航空发动机构造

航空发动机构造

课堂测试-1

1. 航空发动机的研究和发展工作具有那些特点？ 技术难度大；周期长；费用高

2. 简述航空燃气涡轮发动机的作用。

是现代飞机与直升机的主要动力（少数轻型、小型飞机和直升机采用航空活塞式发动机），为飞机提供推进力，为直升机提供转动旋翼的功率。

3. 航空燃气涡轮发动机包括哪几类？民航发动机主要采用哪种？ 涡喷、涡桨、涡扇、涡轴、桨扇、齿扇等；涡扇。 4. 高涵道比民用涡扇发动机的涵道比范围是多少？ 5-12

课堂测试-2

1． 发动机吊舱包括（进气道）、（整流罩）和（尾喷管）等。

2． 对于民用飞机来说，动力装置的安装位置应该考虑到以下几点：

不影响进气道的效率；排气远离机身；容易接近，便于维护

3． 在现代民用飞机上，发动机在飞机上的安装布局常见的有（翼下安装）、（翼下吊装和垂直尾翼安装）和

（机身尾部安装）。 4． 发动机安装节分两种：（主安装节）与（辅助安装节）。前者传递轴向力、径向力、扭矩，后者传递径向

力、扭矩 。一般主安装节装于（温度较低，靠近转子止推轴承处的压气机或风扇机匣上）上，辅助安装节装于（涡轮或喷管的外壳上）上。

5． 涡轮喷气发动机的进气道可分为（亚音速）进气道和（超音速）进气道两大类。我国民航主要使用亚音

速飞机，其发动机的进气道大多采用（亚音速）进气道。 6． 通常在涡轮喷气和涡轮风扇发动机上采用（热空气）防冰的方式，在涡轮螺旋桨发动机上采用（电加热）

防冰，或是两种结合的方式。

7． 对于涡轮螺旋桨发动机来说，需要防冰的部位有（进气道）、（桨叶）和（进气锥）。 8． 为了对吊舱进行通风冷却，一般把吊舱分成不同区域，各区之间靠（防火墙）隔开，以阻挡火焰的传播。 9． 发动机防火系统包括（火情探测）、（火情警告）和（灭火）三部分。

课堂测试-3

1. 现代涡轮喷气发动机由（进气道）、（压气机）、（燃烧室）、（涡轮）、（尾喷管）五大部件和附件传动装置

与附属系统所组成。

2. 发动机工作时，在所有的零部件上都作用着各种负荷。根据这些负荷的性质可以分为（气动）、（质量）

和（温度）三种。

3. 航空燃气涡轮发动机主轴承均采用（滚动）轴承，其中（滚棒轴承）仅承受径向载荷，（滚珠轴承）可承

受径向载荷与轴向载荷。

4. 转子上的止推支点除承受转子的（轴向）负荷、（径向）负荷外，还决定了转子相对于机匣的（轴向）位

置。因此每个转子有（一）个止推支点，一般置于温度较（低）的地方。

5. 压气机转子轴和涡轮转子轴由（联轴器）连接形成发动机转子，分为（柔性联轴器）和（刚性联轴器）。

其中（柔性联轴器）允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的偏斜角。

6. 结合图3.9，简述发动机的减荷措施有哪些？这些措施是否会减少发动机推力？

减荷措施：

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1）将压气机转子与涡轮转子作成刚性联接或用可以传递轴向力的联轴器联接。 2）B腔通大气

3）A腔引入高压气体

采用减荷措施减少的是作用在转子或者滚动轴承上的轴向力，不会减少发动机推力。

7. 图3.20和图3.21分别为JT9D和PW4000发动机的转子支承方案简图。试回答以下问题：

(1) 写出各转子支承方案代号，并指出止推支点的序号。 (2) 对两支承方案进行对比，分析各自特点。

（1）支承方案代号及止推支点：

JT9D低压转子：0-1-1，1为止推支点（2分） JT9D高压转子：1-1-0，2为止推支点（2分） PW4000低压转子：0-2-1，1为止推支点（2分） PW4000高压转子：1-1-0，3为止推支点（2分） （2）支承方案特点：

a. JT9D低压转子采用两支点支承方案，结构简单，但因低压轴有近3米长，两支点跨距太大，转子刚性较差，易于变形而造成转子与机匣相碰，使发动机性能衰退变快。（1分）

b. PW4000发动机低压转子在风扇后滚珠轴承后面增加一个滚棒轴承，刚性增加，不易变形、振动。（1

分）

课堂测试-4

1. 装于发动机转子上的轴承，一般称为发动机（主轴承），以与（附件传动）中采用的轴承相区别。 2. 滑油供入轴承的方法有两种：（侧向喷射）和（环下供油）。 3. 一个支点采用双排滚珠轴承的关键问题在于如何保证（如何保证两个轴承同时承受轴向负荷），而且（承

荷均匀）。

4. 发动机工作时，转子的不平衡力通过支承结构传给机匣，使发动机产生振动。减振结构一般有（挤压油

膜）和（弹性支座）。

5. 封严装置的作用是什么？常用的封严装置有哪几种形式？

功用：防止滑油从发动机轴承腔漏出，控制冷却空气流和防止主气流的燃气进入封严腔。 类型：篦齿式、涨圈式、浮动环式、液压式、石墨、刷式等。

6. 以上为RB211涡扇发动机的结构简图，分析该发动机的承力系统包括了哪几种承力框架？

1、2号支点：中压压气机进口导流叶片、风扇出口整流叶片 3、4、5号支点：中、高压压气机间中介机匣（铸造机匣） 6、7号支点：高、中压涡轮间的中压涡轮导向器内的承力构件 8号支点：低压涡轮后轴承机匣 7. 简述采用双层机匣的优势。

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外层机匣作为承力壳体，内层机匣作为包容气流的外壳，形成气流通道。

既能保证承力的可靠性，又能保持气流通道的完整性，使叶尖间隙容易保持均匀，提高发动机效率。

课堂测试-5

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

根据压气机的结构形式和气流的流动特点，压气机可分为（离心式）和（轴流式）两种。 轴流式压气机由（静子）和（转子）两部分组成。 轴流式压气机转子一般由（叶片）、（轮盘（鼓筒））、（轴）和一些连接件所组成。

在鼓盘混合式转子中，盘、鼓和轴的连接类型可分为（不可拆卸式）和（可拆卸式）两种。 工作叶片主要由（叶身）和（榫头）两部分组成。

轴流式压气机静子是压气机中不转动的部分，由（机匣）和（静子叶片）组成。 静子叶片的安装包括（直接固定）和（间接固定）两种方案。 轴流式压气机的防喘方法有：（压气机的中间级放气机构）、（可调进口导流叶片和静子叶片）、（可变弯度的进口导流叶片）、（进气处理机匣）和（多转子结构设计）。 9. 轴流式压气机转子的基本结构类型有哪些？各有什么特点？

轴流式压气机转子的基本结构形式：鼓式、盘式和鼓盘混合式。特点如下：

a. 鼓式转子：结构简单、零件数目少、加工方便；抗弯刚性好；强度差。转子圆周速度受限制，应用较

少。

b. 盘式转子：强度好；抗弯刚性差，易产生振动。只用在单盘或小流量压气机上。 c. 混合式转子：抗弯刚性好，强度高，应用广泛。

10. 轴流式压气机转子叶片的榫头分为哪几种类型？各有什么特点？

销钉式榫头、燕尾形榫头和枞树形榫头。特点：

a. 销钉式榫头：不用专用设备加工，有减振、自位作用；尺寸和重量大，承载能力较低。较少采用。 b. 燕尾形榫头：尺寸小、重量轻、结构简单、装拆容易。应用广泛。

c. 枞树形榫头：尺寸小、重量轻、强度高、装拆容易；应力集中严重，加工工艺性差。压气机上较少采用，广泛用在涡轮上。

11. 压气机的中机匣有哪两种结构？各有什么特点？

分半式和整体式（整环式）。特点：

分半式：刚性好，装配维修性好；机匣的周向刚性较差，重量较大。

整体式：重量轻，加工量少，周向刚性均匀，但是压气机的装配较复杂，一般要求转子是可拆卸式的。在压气机级数较少的情况下，常常采用整环式。

课堂测试-6

1. 燃烧室位于压气机和涡轮之间，其功用是使高压（空气）与燃油混合、燃烧，将（化学）能转变为（热）

能，形成高温高压的（燃气）。

2. 扩压器安装在（压气机）和（燃烧室）之间，其通道是（扩张）形的。它的功用是使气流速度（下降），

为燃烧室内的稳定燃烧创造条件。

3. 燃烧室火焰筒筒壁目前都采用（气膜）冷却方式。

4. 旋流器装在火焰筒的前端，其作用是使高温燃气在火焰筒头部产生（低速回流区），以稳定火焰。有（叶

片式）和（非叶片式）两种形式。

5. 发动机的点火装置可分为（直接点火）和（间接点火）两种。 6. 分管燃烧室中，（联焰管）的功用是传播火焰以及均衡各火焰筒的压力。 7. 燃烧室是发动机的重要部件之一。请回答以下问题：

(1) 燃烧室为满足基本功能而采用的措施包括哪些？

(2) 根据主要构件的结构形式，燃烧室分为哪几类？简述其结构特点。

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(3) 现代燃气涡轮发动机普遍采用哪种结构形式的燃烧室？

解答：

（1）燃烧室采用的基本措施：a. 空气分股；b. 形成低速区和回流区；c. 在燃烧室区内形成非均一的混合气

（2）根据主要构件的结构形式，燃烧室分为分管燃烧室、联管燃烧室和环形燃烧室。结构特点： a. 分管燃烧室：由若干个单管燃烧室组成，每个单管燃烧室由一个管形的火焰筒及其外围单独的外壳组成，沿发动机圆周均匀地分布，各个单管燃烧室之间用联焰管联通，传播火焰和均衡压力。

b. 联管燃烧室：燃烧室的内、外壳体构成环形气流通道，若干个管式火焰筒，沿圆周均匀安装在环形气流通道里，相邻火焰筒燃烧区之间用联焰管联接。在每个火焰筒前安装有旋流器、喷油嘴，通常只在两个火焰筒上装有点火装置。

c. 环形燃烧室：燃烧室的内、外壳体构成环形气流通道，通道内安装一个由内、外壁构成的环形火焰筒，因而燃烧是在环形的燃烧区和掺混区进行的。

（3）现代涡轮燃气发动机普遍采用环形燃烧室。

8. 燃烧室中喷油嘴的作用是什么？常用的喷油嘴有哪几种形式？各有什么特点？ （1）喷油嘴的功用是将燃油雾化（或汽化），加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。 （2）类型：离心式喷油嘴、气动式喷油嘴、蒸发管式喷油嘴、甩油喷嘴（亦称甩油盘）。（4分） （3）特点：

a. 离心式喷油嘴：工作可靠，有较好的雾化质量。但雾化质量与供油量（供油压力）有关，需采用双路喷嘴保证不同供油量下的雾化。

b. 气动式喷油嘴：气动喷嘴不要求很高的供油压力，燃烧室出口温度场分布比较均匀、稳定；仅用单管供油。缺点是由于油气充分掺混，贫油熄火极限大大降低，使燃烧室稳定工作范围变窄；在起动时，气流速度较低，压力较小，雾化不良。

c. 蒸发管式喷油嘴：具有气动喷嘴类似的优点，燃烧效率较高，不冒烟，出口温度场较稳定。缺点是燃烧室稳定工作范围较窄，蒸发管本身冷却困难；管内预混油气存在自燃问题；需要辅助起动供油系统等缺点。 d. 甩油喷嘴：甩油喷嘴在高转速、小流量的折流环形燃烧室中得到采用。甩油喷嘴燃油雾化是转速的作用，不受燃油流量的影响。

课堂测试-7

1. 按气流流动方向是否和涡轮旋转轴轴线方向大体一致，涡轮可分为（轴流式）和（径流式）两类。目前

航空燃气涡轮发动机上多采用（轴流式）涡轮。

2. 多级轴流式涡轮的转子多采用（鼓盘混合式）转子，而（鼓式）转子在涡轮中基本不用。

3. 为保证涡轮的工作叶片在高温、高负荷下可靠工作，当前一方面不断研制新的（耐高温）材料，另一方

面不断发展各种（冷却）技术。 4. 轴流式涡轮工作叶片一般由（叶身）、（榫头）及（中间叶根）三部分组成。 5. 和压气机工作叶片相比，涡轮工作叶片的叶身厚度（较大），弯曲程度（较大），截面积沿叶高的变化（较

急剧）。

6. 涡轮叶片分为（带冠）和（不带冠）的两种，（不带冠）的叶片常用于高速转子。 7. 涡轮静子由机匣和（导向器）两部分组成，是涡轮部分的主要传力件。涡轮机匣多采用（整体式）机匣。 8. 设计涡轮转子和设计压气机转子相比，其特殊要求主要有哪些？

（1）减少轮盘向轴的传热量，以改善轴承的工作条件。 （2）在各种工作状态下，保持各零件间定心可靠。

（3）在多级涡轮中，转子的结构方案要和静子结构方案相协调，以利于涡轮部件的装配。 9. 什么是涡轮径向间隙？涡轮径向间隙对涡轮性能有什么影响？减小径向间隙的措施有哪些？

（1）涡轮径向间隙：涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的径向距离。

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（2）对涡轮性能的影响：涡轮径向间隙对涡轮效率有很大的影响，径向间隙增加将使发动机耗油率明显增加。为了减少损失，提高效率，应尽可能减小径向间隙。 （3）减小径向间隙的措施：尽量减小装配间隙；采用双层机匣；采用低线膨胀系数的合金做涡轮机匣；采用机匣冷却措施和主动间隙控制。

10. 榫头的作用是将工作叶片连接到轮盘上。请回答下列问题：

(1) 发动机中常用的榫头形式有哪些？

(2) 压气机常用哪种形式的榫头？涡轮常用哪种形式的榫头？为什么？ （1）销钉式榫头、燕尾形榫头和枞树形榫头

（2）压气机常用燕尾形榫头，涡轮常用枞树形榫头。原因：

a. 枞树形榫头受力均匀，适合高负荷工作的涡轮；对压气机燕尾形榫头受力足够。

b. 枞树形榫头一般与榫槽配合间隙比燕尾形大，在高温下允许膨胀，而且还可以在非支承表面间通入冷却空气，能满足高温下工作的涡轮的需要。

c. 枞树形榫头应力集中的现象在低温下更敏感，不适合压气机。 11. 根据下图分析，涡轮转子采用径向销钉连接时如何实现工作热定心？

至少沿圆周均布三个销钉，在各种工作状态下，相互配合的两个零件可以自由径向变形而它们的中心位置始终保持不变，这种功能叫做自动热定心或工作定心。

12. 下图为JT3D发动机单级高压涡轮转子。试从以下几方面分析其结构特点：

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(1) 盘轴间装配定心； (2) 盘轴间工作定心；

(3) 降低轴承工作温度的措施；

(4) 涡轮轴后端壁向后凸出（外缘向前）的目的。 （1）盘轴间装配定心：圆柱面。 （2）盘轴间工作定心：精密短螺栓。 （3）降低轴承工作温度的措施：

a. 轮盘前端伸出一段较长薄壁筒，上面开有冷却空气通气孔，减少盘向轴的传热

b. 轴承内环内表面开有轴向槽，引入滑油润滑冷却轴承，不仅可减少轴向轴承传热，还可以改善轴承的冷却效果。

（4）涡轮轴后端壁向后凸出：可以缩短盘与轴承间的距离，增强刚性。

课堂测试-8

1. 发动机的排气装置是指涡轮或加力燃烧室以后组织排气的构件，包括（尾喷管）、（反推力装置）和

（消音装置）等。

2. 尾喷管分为（亚音速）喷管和（超音速）喷管。

3. 亚音速喷管是（收敛形）的管道，而超音速喷管是（先收敛后扩张形）的管道。

4. 为了缩短飞机着陆后的滑跑距离，并在机场跑道湿滑或者结冰时保障飞机安全着陆，民用飞机的涡喷

和涡扇发动机上设有（反推力装置）以产生（反推力），常见包括（蛤壳形门）式、（戽斗门）式（堵塞片）式和（旋转门）式等几种形式。

课堂测试-9

1. 在航空发动机中，除了压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管等主要部件外，还有一些保证发动机正常工作所

需的各种附属系统，称为（发动机系统），如（起动系统）、（燃油系统）、（滑油系统）、（空气系统）等。 2. 将发动机转子的功率、转速传输到附件并驱动附件以一定的转速和转向工作的齿轮系及传动轴的组合体，

称为（附件传动装置）。

3. 附件传动装置一般由（中心传动装置（内部齿轮箱））和（外部传动装置（外部齿轮箱））两部分组成。 4. 在多转子发动机中，附件传动装置的驱动力主要来源于（高压转子）。

5. 附件传动装置在发动机上的安装位置，除应考虑环境温度的影响，即不要安装于高温区外，还应考虑到

应使维修人员便于接近附件，即应具有较好的（可达性）。

6. 为了减少发动机附件的数目，减轻发动机的重量，有些发动机将起动机与发电机作为一体，成为（起动

—发电机）。

7. 在大中型飞机上，所采用的电源均为400Hz、115V的交流电。交流电的质量取决于其频率的恒定，取得恒频交流电的方法目前有两种：（电子式）和（机械式）。

8. 恒速传动装置的输入轴与发动机（附件传动装置）相连，转速是（变化）的，输出轴与（交流发电机）

轴相连，转速是（恒定）的。其工作状态包括三种，（增速传动状态）、（减速传动状态）和（直接传动状态）。

9. 简述双速传动装置的作用和工作过程。在下图中用方框分别圈出双速传动装置和起动-发电机的位置，

并标出起动过程和发电状态两种工作状态的传动路线。

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画图：蓝线为起动状态；绿线为发电状态。如下页所示图2。

（1）作用：为了减少发动机附件的数目，减轻发动机的重量，有些发动机将起动机与发电机作为一体，成为起动-发电机。发动机起动时，作为直流电动机使用，起动后，作为发电机使用。双速传动装置的作用是借助两套超越离合器，通过两条不同的传动路线，自动地获得在起动与发电两种工作状态下所需要的两种传动比。

（2）工作过程：

a. 起动发动机时，起动-发电机通过摩擦离合器经两级齿轮减速后驱动发动机转子。 b. 在起动-发电机处于发电状态时，发动机转子经附件主传动轴通过滚棒离合器、摩擦离合器直接驱动发电机工作。

课堂测试-10

1. 航空发动机的滑油系统主要有以下功用：（润滑）、（冷却）、（清洁）、（腐蚀）等。 2. 单位时间内供给发动机的滑油量称为滑油系统的（循环量）。

3. 滑油散热器分为（空气/滑油）散热器和（燃油/滑油）散热器两种。

4. 磁性金属屑探测器也称为磁堵，安装在（回油路）上，用来探测发动机机件的工作情况，判断轴承和齿

轮的（磨损）情况。

5. 典型的发动机的滑油系统由（供油系统）、（回油系统）和（通气系统）三部分组成。 6. 滑油系统有全耗式和再循环式之分。（全耗式）滑油系统没有回油系统，润滑过的滑油直接排出机外。 7. 干槽再循环式滑油系统按照循环性质可分为（调压活门式）滑油系统和（全流式）滑油系统。其中（全

流式）滑油系统在所有发动机正常工作转速下都提供恒定的供油压力。 8. 干槽再循环式滑油系统按循环方式分为（单回路）系统和（双回路）系统。

9. 单回路循环滑油系统，依据滑油散热器在循环系统中所处的位置不同，可分为（冷油箱）和（热油箱）

滑油系统两类。

10. 热油箱滑油系统中的散热器安装在（供油路）上；冷油箱滑油系统中的散热器安装在（回油路）上。 11. 双回路循环系统按回油路线的不同，可分为（长循环式）和（短循环式）两类。

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12. 滑油的主要性能指标有哪些？

粘度，粘度指数，闪点，燃点，凝点，抗氧化性和抗泡沫性，腐蚀性和毒性，残碳量 13. 一般回油泵的容积至少大于增压泵容积的两倍，为什么？

由于回油温度高，且有泡沫，使回油滑油的容积大于供油容积，故增压泵的容积和能力低于回油泵的容积和能力。一般一般回油泵的容积至少大于增压泵容积的两倍。 14. 上图为CFM56-7B发动机的滑油系统。试回答以下问题：

(1) 画出该滑油系统循环方框图（图中滑油箱、滑油泵、滑油滤、散热器、调压活门或释压活门等主要

部件以及发动机用方框表示，如滑油箱）。

(2) 说明回油滤组件中旁通活门和压差电门的功用。(注：其他主要部件功能亦要掌握)

(3) 指出该滑油系统的循环性质（调压活门式或全流式）和循环方式（热油箱、冷油箱、双回路长循环、双回路短循环）。

（2）回油滤旁通活门：当油滤堵塞而使油滤前、后压差过大时，旁通活门打开，滑油不通过油滤，直接回到油箱。

压差电门：当油滤前、后压差过大时，压差电门闭合，给出油滤堵塞信号。 （3）全流式，冷油箱。

课堂测试-11

1. 为了保证航空燃气涡轮发动机能顺利起动，需要有两个相互协调工作的系统：（起动系统）和（点火系

统）。

2. 使发动机转子的转速由零增加到（慢车转速）的过程称为起动过程。 3. 燃气涡轮发动机常用的起动机有（电动）起动机、（燃气涡轮）起动机和（空气涡轮）起动机等几种，民

用航空发动机大多采用（空气涡轮）起动机。

4. 所有燃气涡轮发动机都采用（高能）点火装置，而且总是装备（双套）系统。点火系统的功用是产生（电

火花），点燃（混合气）。

5. 依据使用的低压电源不同，高能点火器分为（直流）高能点火器和（交流）高能点火器两种。

6. 什么情况下需要起动系统和点火系统同时协调工作？什么情况下需要起动系统单独工作？什么情况下

需要点火系统单独工作？

两系统协调工作：地面正常起动 起动系统单独工作：干冷转、湿冷转

点火系统单独工作：空中再点火、恶劣天气下为防止发动机熄火而进行的长明灯式的持续点火 7. 根据发动机起动过程中带动转子转动的扭矩与转子阻力矩的变化情况，简述发动机起动过程的三个阶段，

并写出每一阶段作用在转子上的加速力矩表达式。并说明什么是自维持转速。 书本318 （1）三个阶段：

第一阶段：由起动机开始带动发动机转子转动起，到涡轮开始发出功率时止。Ma=Ms-Mf 第二阶段：由涡轮开始发出功率时起，到起动机脱开时止。Ma=Ms+MT-Mf 第三阶段：由起动机脱开时起，到发动机进入慢车状态时止。Ma=MT-Mf （2）自维持转速是指在上述第二阶段中,，涡轮转子产生的扭矩和转子阻力矩相等即MT=Mf时的转速。

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课堂测试-12

1. APU一般安装在飞机机身尾部非增压舱内，位于方向舵的下面。 由（防火墙）将APU短舱与机体和水平尾翼分隔开。

2. APU起动只能在（驾驶舱）内进行，但停车可以在（驾驶舱）和（轮舱APU地面控制面板）上进行。 3. APU主要由（小型燃气涡轮发动机）、（附件齿轮箱）和（供气系统）等组成。 4. （电子转速电门）的功用是在起动时按一定的程序进行电路的自动控制。它有三个特征控制转速，也

称（三速电门）。第一个特征转速为（电动起动机脱开转速），第二个特征转速为（APU工作控制转速），第三个特征转速为（超转控制转速）。 5. 简述APU的功用。

辅助动力装置是装在飞机上的一套不依赖于机外任何能源、自成独立体系的小型动力装置。 在地面为飞机提供电源和气源，用于向飞机电网供电、起动主发动机以及向飞机空调系统提供压缩空气。 在空中提供备用电源和气源，即，飞机爬升到一定高度后，辅助动力装置即自动停车，但是当飞机在飞行过程中遇到发动机停车故障时，辅助动力装置可重新起动作为应急动力源，为飞机提供电源和气源（超过一定高度后，仅能提供电源）。

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