杨 波 樊晓锋

（1.中国直升机设计研究所，江西 景德镇333001；2.西藏军区航空保障处，西藏 拉萨850000）

0 引言

直升机采用涡轴发动机提供动力，主要通过传动驱动旋翼和尾桨旋转。正常起动时，旋翼会随发动机起动同步旋转。在某些场景下，如强风环境、狭小空间等，为了保证安全，直升机被限制起动，这极大地限制了直升机的使用和维护。为满足直升机在特殊情况下的使用、维护以及任务需求，部分直升机设有一种旋翼刹车起动模式，该模式能够在刹住旋翼的情况下起动发动机。

从起动过程来看，直升机旋翼刹车起动可分为两个阶段。第一阶段为刹车发动机起动阶段。该阶段旋翼被刹车装置制动，发动机按照预设的控制程序起动并加速到稳定状态。第二阶段为松刹旋翼加速阶段。该阶段发动机已成功起动并稳定运转，此时松开旋翼刹车，旋翼在发动机扭矩作用下快速加速到慢车额定转速。由于刹车装置松开之前发动机已经具备了一定的扭矩输出能力，因此与正常起动相比，采取旋翼刹车起动模式，旋翼拥有更高的加速度和更短的起动时间。

本文介绍了旋翼刹车起动的原理及应用，并结合某型直升机旋翼刹车起动的试验数据，通过对比分析给出了旋翼刹车起动发动机和旋翼的特点。

1 旋翼刹车起动原理

典型单转子航空涡轴发动机的涡轮由燃气涡轮和动力涡轮两部分组成。前端燃气涡轮带动压气机工作，共同构成发动机燃气发生器转子。后端动力涡轮通过传动与旋翼、尾桨机械连接，驱动旋翼、尾桨做功。燃气涡轮与动力涡轮之间无机械连接。正常情况下，涡轴发动机在起动过程中，燃烧后的高温高压燃气推动燃气涡轮转动的同时也推动动力涡轮做功，而动力涡轮与旋翼机械相连，因此，发动机起动过程中，旋翼会随发动机同步运转加速。当发动机起动成功后旋翼和动力涡轮将稳定在一个相对恒定的慢车状态上。

根据涡轴发动机起动特点，直升机可设旋翼刹车起动系统。发动机起动前，首先采用旋翼刹车装置对传动轴进行制动。发动机起动过程中，前端燃气涡轮带动压气机工作，而后端动力涡轮连同旋翼、传动在刹车装置的制动作用下保持静止。待发动机压气机起动完成并稳定运转后，松开旋翼刹车装置，此时动力涡轮失去制动作用，在高压燃气的作用下迅速加速到预设转速，完成直升机旋翼起动。

2 旋翼刹车起动的应用

直升机旋翼刹车起动发动机过程中，旋翼处于不运转状态，因此这种发动机起动方式适用于直升机和涡轴发动机在特定场景下的维护。比如，发动机在实施压气机清洗后进行运转烘干，以及直升机处于舰面、机库等狭小空间，旋翼不具备运转条件时，均可采用旋翼刹车起动发动机。

另外，直升机旋翼刹车起动适用于强风环境下的直升机起动。在强风环境下，尤其是阵风环境，随着风速的增加，旋翼桨叶受阵风影响上下挥舞。旋翼在低转速时，桨叶的旋转离心效应不足，挥舞程度更加剧烈，严重时可能导致桨叶损坏甚至与机身干涉。直升机起动初期，旋翼在低转速运转时间过长，会增加旋翼损坏的风险。因此，强风环境下，直升机采用旋翼刹车起动，旋翼在加速初期具备相对较大的加速度，旋翼起动时间更短，可以在一定程度上降低起动风险。目前国内外直升机起动风速限制一般在15 m/s，采用旋翼刹车起动一般可将风速限制提升至20 m/s以上。

3 某型直升机旋翼刹车起动分析

以某型直升机为研究对象，采用正常和旋翼刹车两种状态，进行该直升机发动机和旋翼起动，并对试验数据进行对比分析。

3.1 发动机起动

涡轴发动机起动过程分为三个阶段[1，2]：

（1）起动机带动燃气发生器运转阶段。

（2）起动机和燃气涡轮共同带动压气机运转阶段。

（3）起动机脱开到发动机加速再到慢车阶段。

发动机的起动按照预定的顺序，分阶段逐步进行。该直升机正常起动和旋翼刹车起动过程中，发动机在前两个阶段的运转及控制基本相同。在进入第三个阶段后，正常起动模式下，发动机动力涡轮和旋翼转速会随之上升，此时采用恒定的动力涡轮转速作为慢车状态进行控制；在旋翼刹车模式下，动力涡轮和旋翼被制动，发动机采用恒定的燃气涡轮转速作为慢车状态进行控制。

在同样的大气条件下，该直升机在正常起动和刹车起动两种模式下的发动机起动过程如图1所示。

图1 某型直升机刹车与正常发动机起动曲线

图1中，该直升机刹车起动与正常起动相比，发动机在前两个阶段的起动曲线基本一致。在第三阶段，由于两种起动方式慢车状态控制目标不同，发动机运转曲线有所差异。正常起动到慢车状态后，发动机燃气涡轮转速随旋翼需求功率进行实时调整，而刹车起动到慢车状态后，发动机燃气涡轮转速恒定在70%。

3.2 旋翼起动

为了进一步分析旋翼刹车起动的特点，尤其是对旋翼加速性的影响，对上述某直升机进行刹车起动，待发动机起动成功至慢车状态稳定运转后，松开旋翼刹车。同样的大气条件下，旋翼刹车起动和正常起动旋翼加速性对比曲线如图2所示。

图2 某型直升机刹车起动与正常起动旋翼加速曲线

由图2可以看出，与正常起动相比，该直升机刹车起动初期旋翼便具有了相对较大的加速度，当旋翼转速增加到10%以上时，两种起动模式旋翼加速性相近。起动到慢车状态后，两种起动模式的旋翼转速均趋于稳定在50%转速。

4 结语

本文介绍了直升机旋翼刹车起动原理以及应用，通过对某型直升机旋翼刹车起动与正常起动数据的对比分析，给出了直升机旋翼刹车起动的特点。结果表明：涡轴发动机可以在直升机旋翼制动的情况下进行刹车起动并稳定工作；在旋翼刹车起动过程中，松开旋翼刹车瞬间，直升机旋翼在起动初期具备比正常起动更大的加速度。因此，旋翼刹车起动应用于强风环境下的直升机起动，可以在一定程度上减小起动风险。