空中起动,全称空中再起动,是指飞机在空中飞行时,主发动机发生空中停车、意外熄火后,在空中完成发动机重新点火、恢复自维持运转的所有起动操作的统称,是航空领域应对高危故障的核心处置流程,直接关系到飞行安全。
需要明确的是:风车起动≠空中起动,二者是子集与全集的包含关系,风车起动是空中起动最核心、最常用的类型,但空中起动的范畴远大于风车起动,包含三类核心实现方式,分别适配不同的飞行场景与故障状态。
5.1 风车起动:空中应急起动的首选方式
风车起动是战斗机空中应急起动的首选方式,核心优势是起动速度快,不依赖 APU、其他发动机等外部辅助系统,全程仅需 FADEC 控制点火与供油逻辑即可完成,是空中停车后的第一处置方案。
专业定义与底层气动原理
风车起动,特指完全不依赖 APU 引气、不依赖空气涡轮起动机,仅靠飞机飞行的迎面冲压气流,吹动发动机风扇、压气机转子像风车一样被动旋转(业内称之为风车状态),当转子转速被冲压气流带至点火转速阈值后,直接喷油点火,完成的空中起动。
- 风车转速的核心影响因素 :风车转速的高低,直接决定了能否完成点火起动,其核心受三个因素影响:一是飞机的指示空速,空速越快,迎面气流能量越强,风车转速越高;二是飞行高度,高度越高,空气越稀薄,冲压能量越弱,风车转速越低;三是发动机自身的气动设计,包括风扇叶片扭角、压气机级数等。
- 风车起动包线 :发动机手册中明确规定的、能够完成风车起动的飞行高度 - 空速范围,只有在这个包线内,冲压气流才能将 N2 转子带到最低点火转速(军用规范通用为8%-15% 额定 N2 ),同时保证滑油系统能建立足够的润滑压力,满足点火与起动的基本要求。超出这个包线,风车转速不足,无法完成可靠点火,只能采用其他辅助起动方式。
风车起动的全流程控制逻辑
- 飞行状态调整 :飞行员发现发动机空中停车后,首先调整飞机的飞行姿态与速度,推杆俯冲增加空速、降低高度,让飞机进入发动机风车起动包线范围内,保证空速、高度满足起动要求,同时将油门杆收到慢车位置,避免供油逻辑异常。
- 起动指令触发 :飞行员触发起动指令,FADEC 立即执行空中起动程序,首先实时监控 N2 风车转速,确认其达到并稳定在最低点火转速阈值以上,满足点火条件。
- 点火与供油控制 :因为转子已经在冲压气流带动下转动,无需起动机带转,EEC 直接接通双通道高能点火系统,同时按照空中起动专用供油曲线,向燃烧室精准供给燃油。高空低气压环境下,燃油的可燃区间大幅收窄,因此空中起动的供油曲线与地面起动完全不同,EEC 会根据高度、空速、进气压力,精准控制油气比,保证点火成功率,同时避免超温、爆燃。
- 点火成功与自维持 :点火成功后,EEC 通过 EGT 上升、转速加速率提升等参数,判定燃烧室建立稳定燃烧,涡轮开始输出功率,带动转子转速持续上升,进入自维持状态,无需再依赖冲压气流带转。
- 慢车稳定与起动完成 :EEC 逐步调整燃油流量,控制发动机平稳加速到空中慢车转速,稳定运转无异常,风车起动流程完成,发动机恢复正常推力输出。
异常处置与保护逻辑
- 如果供油后规定时间内未判定点火成功,EEC 立即判定为空中点火失败,立即切断燃油供给,执行空中冷转,吹除流道内的残留燃油,避免二次点火时爆燃;
- 发动机手册通常会规定空中起动的重试次数,多次点火失败后,EEC 会锁定起动程序,避免反复尝试引发的风险;
- 起动全程严格监控 EGT 超温、转子超转、喘振等异常,一旦出现立即触发保护动作,中止起动。
风车起动的核心技术难点
一是高空低气压、低氧环境下的点火可靠性 ,高空空气稀薄,氧气含量低,燃油雾化效果差,可燃区间极窄,对供油控制精度、点火系统能量要求极高;二是风车状态下的轴承润滑保障 ,滑油泵是靠发动机转子带动的,风车转速过低会导致滑油压力不足,轴承润滑不良,极易引发磨损、卡滞,因此风车起动包线也会将滑油压力的最低要求作为核心边界条件。
5.2 APU 辅助空中起动
APU 辅助空中起动,是当飞行状态超出风车起动包线时,最常用的应急起动方式,其核心逻辑与地面正常起动完全一致。
适用场景
飞机的飞行高度、空速超出了风车起动包线,比如高空低速飞行时,冲压气流太弱,风车转速达不到点火阈值,无法完成风车起动;同时,当前飞行高度在 APU 的空中起动包线范围内,APU 可正常起动并输出高压引气。
全流程控制逻辑
- 飞行员首先执行 APU 空中起动程序,在当前飞行高度下完成 APU 的起动,让 APU 进入稳定自维持运转,输出额定的高压引气与交流电;
- 飞行员触发主发动机起动指令,FADEC 控制 APU 引气接通,驱动主发动机的空气涡轮起动机工作,带动高压转子加速到额定点火转速;
- 后续的点火、供油、起动机脱开、转速上升到空中慢车的流程,与地面正常起动完全一致,全程由 FADEC 闭环控制,完成空中起动。
核心限制
其核心边界是 APU 的空中起动包线,多数战斗机 APU 的最高允许空中起动高度为 12500 米左右,超过这个高度,空气过于稀薄,APU 自身无法完成点火与自维持,也就无法提供引气,这种方式就无法使用。
5.3 交叉引气空中起动
交叉引气起动是双发、四发等多发飞机专用的空中起动方式,核心是利用正常工作的发动机,为停车发动机提供起动引气。
适用场景
多发飞机仅 1 台发动机发生停车,其余发动机仍正常工作,且飞行状态超出了风车起动包线,APU 也无法正常起动的场景,是民航客机、军用运输机多发场景下,可靠性最高的空中起动方式。
全流程控制逻辑
- 飞行员保持正常工作的发动机稳定运转,打开飞机的引气交联系统,用正常工作发动机的高压压气机引气,为停车发动机的空气涡轮起动机提供气源;
- 触发停车发动机的起动指令,引气驱动起动机带动高压转子达到点火转速,后续执行点火、供油、起动机脱开、加速到空中慢车的流程,与地面正常起动一致;
- 起动完成后,关闭引气交联系统,两台发动机恢复独立正常工作。
核心优势
可靠性极高,正常工作的发动机可以提供稳定、充足的高压引气,不受风车转速、APU 工作状态的限制,只要引气系统正常,即可完成可靠起动。