A turbóhajtómű olyan meghajtórendszer, amely átalakítja a tüzelőanyagban lévő kémiai energia potenciálját, amely a környezeti levegő oxidálószeréhez kapcsolódik, kinetikus energiává , lehetővé téve a reakcióerőt egy összenyomható közegben a kilökéssel ellentétes irányban.
Ezt a típusú motort elsősorban kereskedelmi vagy katonai típusú repülőgépeken használják . A létrehozott tolóerő egy bizonyos mennyiségű levegő felgyorsulásából származik a beömlőnyílás (levegőbemeneti fúvóka) és a kimeneti nyílás (kilökőfúvóka) között. Megfelelő mennyiségű levegő tömeges befecskendezése érdekében a beömlő kompresszor biztosítja a nyomásnövekedést megközelítőleg állandó sebességgel. Jelentős energiafelszabadulást okoz tehát az üzemanyag, általában a kerozin égése a gépen áthaladó levegő oxigénjében. A megtermelt energia egy részét egy turbina nyeri vissza az égéstér kimenetén, hogy meghosszabbítson bizonyos tartozékokat, beleértve a közvetlenül a levegőbemenet után elhelyezkedő kompresszort is. A forró áramlás másik része (a reaktor típusától függően a hideg áramláshoz hozzáadva vagy sem) a kilökő fúvóka tágulásával hozza létre a tolóerőt.
A sugárhajtómű-motor elve már a XIX . Század második felében kialakult, a XX . Század közepe óta azonban a sugárhajtómű költsége / hatékonysága különösen vonzóvá teszi a magas szubszonikus ( között Mach 0,7 és 0,9), így annak használata a polgári légi jármű a Airbus A3XX , Boeing B7xx családok , stb
Hála a beömlő fúvókáknak a szuperszonikus repülés közbeni lökéshullámok elnyeléséhez történő adaptálásának, valamint annak a képességnek, hogy a hang sebességénél nagyobb kibocsátási sebességet generálnak a gázok utóégetéses újramelegítésével , képesek lefedni a szubszonikus és a szuperszonikus repülési tartományokat . Például harci repülőgépeken ( Dassault Rafale , F-16 Fighting Falcon stb.) Használják őket .
A turbóhajtóműipar a polgári és katonai repülés egyik fő ágazata, ami a technológiai fejlődés fontos tényezőjévé és nagyszámú ipari és kereskedelmi vállalkozás erőteljes gazdasági motorjává teszi. Ez egy csúcstechnológia, amely a fontos fejlemények kereszteződésében áll olyan változatos területeken, mint a kohászat, elektronika, informatika, megbízhatóság stb., És ennek következtében az alkalmazott kutatás nagyszerű felhasználója. Ez közvetett módon Franciaországban az autonómia tényezője a védelem területén is.
Az első turbógépet a román Henri Coandă építette és "turbopropellánsként" mutatta be az 1910-es légi bemutatón . Talajvizsgálat során feltalálója és pilótája, meglepve az erejével, levágja a motort, de a légcsavaros motorénál jóval nagyobb tehetetlenség miatt a gép mindenképpen felszáll, majd a hajtástól megfosztva hirtelen és részben landol ég. Coandă visszatér a propellerhajtáshoz , de folytatja tanulmányait, és kalandja lesz a Coandă-effektus felfedezésének eredete .
A Coandă motor először a francia Maxime Guillaume-t inspirálta , aki elsőként iktatta be a 1921. május 3, szabadalom "levegőben történő meghajtásra", szabadalom, amelyet megszerez 1922. január 13. Ennek ellenére semmilyen konstrukció nem követi, mert a kompresszorok és az anyagok terén fontos műszaki fejlődésre volt szükség.
Az 1930-as években nagyjából egyidejűleg, de egymástól függetlenül tervezték az új turbógépeket Frank Whittle ( Angliában) és Hans von Ohain ( Németország) . Whittle repüléstechnikai mérnök, csatlakozott a Royal Air Force a 1928 és elkészítette az első járat, mint a pilóta a 1931 . 22 éves korában először képzelt el propeller nélküli hajtóművet, és ötlete kidolgozásához sikertelenül próbálta anyagi támogatást szerezni a hadseregtől. Ezután egyedül folytatta ennek a motornak a fejlesztését, és két turbina használatát képzelte el, az egyiket a bemeneti nyílásnál a levegő juttatásához az égéstérbe, a másikat pedig az üzemanyag levegőhöz való keveréséhez.
A 1935 , köszönhetően a magán adományok, ő építette az első sugárhajtású prototípus és teszteltük a próbapadon 1937. április. A W.1 , az első sugárhajtású egy kis kísérleti repülőgép, kiadták a 1939. július 7a Power Jets Ltd.-hez , amellyel Whittle társul. Ban ben 1940. február, a Gloster Aircraft Company- t választják a W.1 hajtású repülőgép kifejlesztésére. A " Pioneer " tehát megtette első járatát 1941. május 15.
Von Ohain fizika doktorátust szerzett a németországi Göttingeni Egyetemen . A repülőgépgyártó, Ernst Heinkel egy új típusú repülési meghajtás kifejlesztésére szólította fel az egyetemet. A felhívásra reagálva Von Ohain megfogalmazta egy olyan motor ötletét, amelynek égése folyamatos ciklusban zajlik, és 1934 -ben a rajz Whittle-jéhez hasonló, de a belső részén eltérő hajtómotor szabadalmat nyújtott be a motorhoz. Von Ohain repült az első sugárhajtású egy He 178 a 1939 , az első repülőgép tervezték, hogy powered by ilyen típusú motort.
Az első Whittle és Von Ohain által tervezett turbógépeket centrifugális kompresszor technológiával tervezték . Ezeknek a turbógépeknek az a hátránya, hogy nagy átmérőjű motorra van szükség ahhoz, hogy helyesen összenyomhassa a levegőt a turbórész beömlőnyílásánál, ami megnöveli törzsük átmérőjét és rontja teljesítményüket, különösen a maximális sebességet. A 1940 , Anselm Franz kifejlesztett egy turbóreaktort elvén alapuló axiális kompresszor, az elülső részén, amely sokkal kisebb volt, és a hatékonyság jobb. A Junkers Jumo 004 így 1944- ben nemcsak az első modern turbógép, hanem az első sorozatgyártású motor is lett.
Az első tömeggyártású turbó repülőgépek vadászbombázók voltak , például a második világháború végén használt Messerschmitt Me 262 Schwalbe , amelyet Jumo 004A hajtott . Kialakításukat megkönnyíti a tengelyes turbó fúvókák hosszúkás alakja és kis átmérője. A háború után a turbómotorok elterjedtek mind a katonai, mind a polgári repülés területén, valamint a nagyon hasonló technológiára tervezett turbopropellátoros hajtóművek a propellerek meghajtására. A szövetségesek nagyszámú új sugárhajtóművet építenek, a Me P.1101 (in) valószínűleg a legfejlettebb.
Ezeket az első vadászokat ennek ellenére törékeny motorok és kegyetlen erőhiány fogja büntetni. A Bell P-59 Airacomet , az első sugárhajtású vadászrepülőgép, amelyet az Egyesült Államokban terveztek, csalódást okozó teljesítménye (alulteljesítményű, alacsony sebességgel rosszul manőverezhető stb.) Miatt soha nem vett részt harci feladatokban. Így 1945 -től megjelent az első „hibrid” repülőgép. Ezeket az eszközöket, mint a Ryan FR tűzgolyót , valóban egy turbógép és egy dugattyús motor hajtja . Egyes repülőgépek is rendelkeznek motor- reaktorok , amelyek lehetővé teszik a dugattyús motor kell társítani embrionális sugárhajtóművek. Ezen túlmenően a keresést egyre magasabb sebességre lesz az eredet 1960 új hibridizáció: a sugárhajtóművek társított ramjet . A Nord 1500 Griffon II ezen az elven működik. A turbógép felszálláskor működik, míg a ramjet átveszi a cirkáló repülést.
Ezt követően a turbóhajtóművek folyamatos fejlesztése mind katonai (védelmi, támadási és elrettentő erő szempontjából), mind polgári kérdéssé vált. Tervezte McDonnell Douglas , a F-4 Phantom II egy katonai repülőgép USA a legfontosabb a XX th században , és a harcos Western már a legtöbb óta termelt koreai háború . Két General Electric J79 turbógép hajtja , ez egyike azon kevés repülőgépeknek, amelyek élettartamáról és küldetéskészségéről ismertek. Polgári szempontból a De Havilland üstökös az első kereskedelmi célú repülőgép turbógépekkel. 1949-ben indult , és továbbra is híres volt a repülés közbeni balesetek sorozatáról, amely rávilágított a repülés szerkezeti fáradtságának jelenségére .
A nagyobb teljesítmény keresése a tolóerő szempontjából lényegében két útra összpontosul: a kompressziós arány növelésére - a centrifugális kompresszorok és az első tengelyirányú kompresszorok alig érik el a 6 - os arányt, és a hőmérséklet növelésére. Az Egyesült Államokban 1953-ban a General Electric kifejlesztette a J79-et , amelynek kompresszorának 17 fokozata volt, a statorok közül 6 változó incidenciájú volt. Ez utóbbi 16 500 példányban készül. A 1949 , Pratt & Whitney által kifejlesztett az első kettős-hordó reaktorban, amely kifejlesztéséhez vezetett a katonai J57 használt a Boeing B-52 és a KC-135 , valamint a Douglas Skywarrior .
A civil szektorban JT3C néven ez lesz a Boeing 707 és a Douglas DC-8 eredeti hajtóanyaga , és összesen 21 200 egységben fogják gyártani. Az Egyesült Királyságban Bristol 1949-től fejlesztette ki az Olympust , hasonló technológiával. Kezdetben 5000 daN tolóerőt biztosít , 1957-ben körülbelül 6000, 1960-ban közel 8000 és végül 9000 daN . Felszerelt égetés utáni , ez lesz a hajtóanyag a Concorde névleges tolóerő a 17240 daN .
Franciaországban a Snecma fejleszti az Atar sorozatot , amely a 9C-vel tetőzik majd 6400 daN-nál , és felszereli a Mirage III-at és az 5-öt . Végül a Szovjetunió gyártotta a Mikulin AM-5 , AM-9 és RD-9 gépeket, amelyek felszerelik a MiG-19 és Yak-25 vadászgépeket . A Tu-16 bombázó , és a Tu-104 polgári közlekedés van szerelve a AM-3 (hu) által kifejlesztett Mikouline , amelyek bár a unibody technológia eléri közel 10.000 daN .
A Concorde-on kívül a szuperszonikus , kereskedelmi repülőgépek a szubszonikus sebességre korlátozódnak . A tolóerő növekedése ezért csak a nehezebb és nehezebb repülőgépek meghajtásához szükséges. Az olajsokk után a kutatás olyan motorokra összpontosul, amelyek fajlagos fogyasztása - az üzemanyag-fogyasztás és az elért tolóerő aránya - a lehető legkisebb. A verseny nagyon erősnek bizonyul a három fő motorgyártó - az Egyesült Királyságban működő Rolls-Royce , az egyesült államokbeli Pratt & Whitney és az amerikai General Electric és a francia Snecma közötti konzorcium CFM - között, és ez annál is inkább mivel a Boeing vagy az Airbus a hajtóanyag választását a légitársaságokra bízza. A fejlesztések tehát lényegében egy új típusú turbógéphez kapcsolódnak, a turbóventilátorhoz vagy a bypass turbó sugárhajtóműhöz, amely közvetítőnek tekinthető a turbómotor és a turbopropellátor között (lásd : Repülőgép meghajtása ). Az első fejlesztést a Rolls-Royce végzi a Conway-vel, és a kezdeti 0,3-as hígítási sebesség ezt követően 0,6-ra nőtt.
A nagy hígítású, már nem létező alkatrészekből kifejlesztett turbóventilátoros turbómotorok első generációja lehetővé tette az amerikai légierő Lockheed C-5 Galaxy készülékének felszerelését a General Electric TF39 készülékkel , amely 19 000 daN tolóerőt ért el . Ez a reaktor származik a CF6-ból , egy polgári modellből, amelyet a DC-10 , az Airbus A300 és a Boeing 747 -en találtak . A két versenyző, a Pratt & Whitney és a Rolls-Royce a JT9D-vel és az RB.211 -vel következett, egyenértékű teljesítménnyel.
A repülőgép és a küldetés a közös nevező egy turbógép-család kifejlesztésében. Ugyanazon repülőgép-modellhez több gyártó is kifejlesztheti azonos tartományú motorokat, és így feloszthatja a tartomány piacát.
Először a repülőgép kritériumait veszik figyelembe:
A polgári közlekedésre tervezett misszió típusai a következők lehetnek:
R a cselekvési sugár.
A katonai műveleteknél a repülési idő 40 perc és több óra között változhat dobozokkal történő lopás vagy repülés közbeni üzemanyag-feltöltés esetén.
A polgári szállítási küldetés tipikus profilja egymást követő szakaszokra bontható, például:
A turbóhajtómű méretezése tehát mindezen objektív kritériumok szintézise, ezért a vásárló igényeinek mélyreható tanulmányozását igényli.
Az ügyfelek igényeinek kielégítése érdekében a motorgyártónak ki kell dolgoznia egy motort, amely:
A mai turbógépek rendkívül összetett gépek, amelyek számos alrendszert egyesítenek. Egy új motor kifejlesztése jelentős emberi, technológiai és pénzügyi erőforrásokat igényel, amelyek a világon csak néhány ritka vállalatnál vannak: a General Electric, a Snecma, a Rolls-Royce, a Pratt & Whitney és az NPO Saturn a legfontosabb. A turbó motorokat minden közepes és nagy polgári repülőgépen használják, mert csak ők képesek gazdaságosan elérni a transzkonikus sebességet (mach 0,8 és mach 1 között). Csak kis személyszállító repülőgépek és ultrakönnyű még szerelve a dugattyú robbanás motorral .
A turbó motor gyártásához és üzemeltetéséhez korunk legfejlettebb műszaki ismeretei szükségesek, mint például a folyadékmechanika , a termodinamika , az anyagtudomány , az automatizálás és még az akusztika is . Sőt, polgári vagy katonai repülőgép fedélzetén a turbóhajtómű nemcsak hajtóanyag. Ezenkívül ellátja a fedélzeten rendelkezésre álló összes energiát elektromos, hidraulikus és pneumatikus formában, valamint biztosítja a nyomás- és légkondicionáló rendszert. A motoregységet ezért gyakran „áramfejlesztőnek” vagy „ erőműnek ” nevezik . Ha e motorok hatékonysága és megbízhatósága megalakulásuk óta jelentősen javult, költségük nagyon magas, és általában polgári repülőgép esetében a készülék összköltségének egyharmadát teszi ki .
Valószínűleg a nagyközönség számára kevésbé ismert, hogy a turbóhajtóművek néhány alkalmazást megtalálnak a szárazföldi járművekben. A thrustssc szuperszonikus szárazföldi jármű, amely rendelkezik az abszolút haladási sebesség rekordot átlagosan 1,227.985 km / h , meghajtott két utánégető sugárhajtású fejlődő hatalom körül 106.000 hp . A dragsterek turbómotoros változatai , úgynevezett sugárhajtású autók is léteznek, de ezek nem vehetnek részt egyetlen bajnokságban sem, és csak demonstrációk tárgyát képezik.
A transzgonikus sebességek (mach 0,8 és mach 1 közötti) gazdaságos elérésére való képességük miatt a turbógépeket főleg katonai és polgári repülőgépeken használják. Az összes, több mint 110 ülőhellyel rendelkező repülőgép , az Airbus és a Boeing gyártmánya, turbógépekkel van felszerelve. Négy nagy gyártó szereli fel ezeket a gépeket, nevezetesen az amerikai General Electric és a Pratt & Whitney , a brit Rolls-Royce és a francia Safran Aircraft Motor . Három másik vállalatot is felvehetünk: a német MTU Aero Engines , az olasz Avio és a japán JAEC , amelyek a "nagyokkal" társulva vesznek részt a reaktorok gyártásában.
Így a Safran Aircraft Engines a CFM International-nél , a közös tulajdonban lévő közös vállalatnál , a General Electric-szel együttműködve főleg az Airbus A320 családot és a Boeing 737- et szereli fel . Hasonlóképpen, a JAEC és az MTU Aero Motorok is részt vesznek egy közös vállalatban, az International Aero Engines-ben , a Rolls-Royce és a Pratt & Whitney társaságokkal. Az International Aero Engines 32,5% -ban a Rolls-Royce, 32,5% -a Pratt & Whitney, 23% -a JAEC és 12% -a MTU tulajdona. Kizárólag az A320-as család Airbusának szánt reaktorokat gyárt. Végül a General Electric és a Pratt & Whitney összefogtak egy 50/50-es közös vállalkozásban, a Motor Alliance-ben , hogy felszereljék az Airbus A380-at , versenyben a Rolls-Royce-szal.
A 2011. február 10, Az Avio ipari megállapodást írt alá az amerikai Pratt & Whitney repülőgép-motorgyártóval új Pure Power PW1500G motorjának szállítására .
Az elmúlt évtizedekig a légcsavar volt a repülőgépek meghajtásának monopóliuma, de a szonikus jelenségek azáltal, hogy a használatot 720 km / h- nál alacsonyabb , azaz 200 m / s sebességre korlátozták , újításra volt szükség a -nak. A második világháború felgyorsította egy új meghajtórendszer kifejlesztését anélkül, hogy megváltoztatta volna a kezdeti elvet, amely az összenyomható közegben, azaz a környezeti levegőben végrehajtott cselekvési-reakció elven alapult .
Ez az új rendszer lehet tekinteni, mint egy cső, amelyben a levegő belép a sebesség V0 és a levelek azt a sebességet V1 nagyobb mint V0 . Ebből a szempontból a reaktort nem különböztetik meg a légcsavaroktól, csak az a tény, hogy a reaktoron áthaladva a levegő összenyomódik és hőmérséklete jelentősen megnő, mielőtt az égéstérbe érne. A légcsavarral szembeni második különbség az, hogy a levegőt falak vezérlik, ami szuperszonikus sebességnél lehetővé teszi a kilökést. Az utolsó alapvető különbség a légcsavarral szemben, amely csak a lapátok mechanikai hatása révén hoz energiát a hajtóanyag levegőjébe, az az, hogy a reaktorban a kilökési sebességet a hajtóanyag levegőjébe injektált üzemanyag (kerozin) elégetésével lehet elérni. amely főleg egyszerű áramlás esetén hirtelen térfogatnövekedést tesz lehetővé szinte állandó nyomáson az égéstérben.
Hőmotor és propeller esetén az égéshez használt levegőt és a hajtóanyag levegőt elválasztják. Egy reaktor esetében az égéshez kapcsolódó levegő és a hajtógáz levegő részben (kettős áramlású) vagy teljesen kombinált (egyszeres áramlású). Ennek ellenére az olyan reaktorok kilökési sebességének van egy határa, amelyet „kohászati határnak” neveznek, amelyet az 1980-as években 3500 km / h sebességgel lehet beállítani .
Egy turbó sugárhajtómű úgy működik, mint a légcsavaros tolóerő, az akció-reakció elven, amelyet a környezeti levegő összenyomható közegében hajtanak végre, és amely előre mozgást biztosít az animált gáztömeg bizonyos sebességgel történő kilökődése esetén.
Ez a lökés a következmény:
Ez a reakció-tolóerő a motor előremozdulását eredményezi (innen a sugárhajtómű kifejezés ), és ezért a járművet is, amelyhez kapcsolódik.
A reaktorba V1 sebességgel belépő és V2 sebességgel kilépő nagy tömegű levegő , amelyből V2 >> V1 hajtóerőként alkalmazott reakcióerőt eredményez.
A meghajtáshoz használt levegőt a bemeneti fúvókán keresztül engedik be, amely bizonyos repülőgépeken változó geometriájú lehet, hogy lehetővé tegye a szuperszonikus repülést.
A ventilátor beszívja, majd axiális kompresszoron keresztül összenyomja (vagy egyes motoroknál centrifugális) a levegőt felmelegítik, és részben (vagy csaknem teljes egészében) áthalad az égéstéren, ahol keveredik a permetezett kerozinnal, amely spontán meggyullad (névleges működés).
Ennek az égésnek az eredményeként erőteljesen tágulnak az égett gázok, amelyek egy része a turbinában történő tágulásuk révén lehetővé teszi a kompresszor, a ventilátor és a reaktor működéséhez szükséges tartozékok meghajtását.
A többi gázok elégetett termodinamikai átalakulás termel nyomási energia a turbinában, majd kinetikus energia a Venturi hatás a fúvóka , a részén, amely változó lehet attól függően, hogy a repülési (konvergens szubszonikus vagy divergens a szuperszonikus ) annak érdekében, hogy eléri a tolóerőt, amely lehetővé teszi a repülőgép előrelépését.
A levegő áramlása a motoron belül szubszonikus marad az egész repülési burkolat alatt, és a motor működése addig folytatódik, amíg üzemanyagot injektálnak.
A turbojet a termodinamika két elvére reagál:
- az első úgynevezett energiaelv, amely a kezdeti állapotból a végállapotba fejlődő rendszerre vonatkozik a tömeg megőrzésével. Ennek a rendszernek az állapotváltozása figyelembe veszi a munka vagy hő formájában történő külső cseréket. A gázrendszer egységnyi tömegére eső energiát nevezzük entalpiának, és a turbószóró gázgenerátora által munka vagy hő formájában szolgáltatott energia arányos a gépen áthaladó folyadék tömegáramával és az entalpia változásával. átesett ezen a folyadékon.
Kompresszor és turbina esetében az entalpia változása valós lesz, míg a levegőbemenet és a kilökőfúvóka esetében nulla lesz.
- a második az entrópia vagy a felhasználható energia fogalmán alapulva kiemeli az átalakulás visszafordíthatatlanságát és ezért az energiaveszteséget, amelyet a folyadék átmegy a gépen keresztül.
A turbó motor egy motor:
Ez a ciklus reverzibilis adiabatikus kompresszióból , irreverzibilis izobárikus égésből áll (a reaktort nyitott rendszernek tekintjük), reverzibilis adiabatikus tágulásból és reverzibilis izobáros hűtésből áll.
A turbógép termodinamikai ciklusa négy szakaszból áll, amelyekben a levegő fizikai vagy kémiai átalakuláson megy keresztül:
A termodinamikai ciklusnak ez a négy fázisa egyidejűleg zajlik különböző helyeken, szemben a belső égésű motor négy ütemével, amelyek ugyanazon a helyen (ugyanabban a hengerben) és különböző időpontokban zajlanak.
A ciklus befejezésének biztosítása érdekében a turbó motor (egyáramú) két részből áll:
A termodinamikai ciklus 4 fázisát a nyomás / térfogat és a nyomás / hőmérséklet Brayton ciklusdiagramokkal ábrázolhatjuk, amelyek lehetővé teszik a turbórészen áthaladó levegő jellemzőinek alakulását.
Az autómotorokhoz hasonlóan a turbó is folyamatosan négyfázisú ciklust hajt végre - beszívás, kompresszió, égés és tágulás / kipufogás.
A nyomás / térfogat diagramban a tömörítés elméletileg adiabatikus, és nyomás és hőmérséklet növekedést eredményez.
A kompresszor meghajtásához szükséges teljesítmény a rajta áthaladó levegő tömegétől és a be- és kimenet közötti hőmérséklet-emelkedéstől függ.
Az égés elméletileg izobár, de a kamrában a nyomás kissé csökken, és a hőmérséklet hirtelen megnő. A kamrában lévő nyomás a nyomásesés miatt nem teljesen izobáros.
A tágulás elméletileg adiabatikus, de a sebesség növekedésével a nyomás és a hőmérséklet csökken.
A valóságban, mivel a levegő nem ideális gáz, a sűrítést és a tágulást politropikusnak mondják.
A Nyomás / hőmérséklet diagramban az S hasznos felület és a T4 határértéke jelenik meg . A hasznos felület növelése érdekében meg kell növelni a P3 / P2 tömörítési arányt, vagy csökkenteni kell a T4 hőmérsékleti határértéket, amelyet az anyag hőmérséklet-ellenállása korlátoz.
A különféle turbógépek köre meglehetősen kiterjedt, csakúgy, mint a tolóerő értéke. A polgári szállító repülőgépek tartományában a legkisebb turbógép, a Safran Power Units (korábban Microturbo) TRS 18-1 eléri a 120 és 160 daN értéket , míg a legnagyobb, a General Electric által gyártott GE90-115B több mint 40 000 daN . Ami a harci repülőgépeket illeti, a hatótávolság sokkal korlátozottabb. A Pratt & Whitney F119, amely ezen a téren az egyik legerősebb reaktor, 9 800 és 15 600 daN között fejlődik , míg a Dassault Rafale-t felszerelő Snecma M88 5000 és 7500 daN között fejlődik .
LöketmérésA kinetikus energiát biztosító hajtóanyag alapvető teljesítménye a tolóerő a rajta áthaladó légtömeg gyorsulására reagáló erő.
A tolóerőt egy próbapadon lehet megmérni a tolótartót támogató mobil kocsival érintkező erőegyensúly alkalmazásával. Az erőérzékelő lehet hidraulikus rendszer vagy feszültségmérő, amely elektronikus mérőrendszerrel van összekapcsolva.
A tolóerők megoszlásaA fő erőfeszítések az alábbiak szerint oszlanak meg:
Ez a teljes erő 45% -ának megfelelő tényleges tolóerőt (előremenő erő) eredményezi.
A tolóerő kiszámításaA tolóerő kiszámítható a levegő áramlásának, valamint a levegő be- és kilépési sebességének mérésével, mivel, mint minden közvetlen sugárhajtású motor esetében, főleg két oka van:
A turbógép tolóereje tehát:
Van:
A lendület különbségét beírják, figyelmen kívül hagyva a befecskendezett üzemanyag tömegét:
A fúvóka kimenet és az upstream végtelen közötti nyomáskülönbség a következőket írja:
ezért a tolóerő kifejezése:
A kifejezés elég kicsi ahhoz, hogy elhanyagolható legyen, és a tolóerő csökkentett kifejezése kifejezhető az egyenletekből:
A gázokat a fúvókában felgyorsítják, azáltal, hogy a teljes nyomás és a teljes hőmérséklet potenciális energiáját kinetikus energiává alakítják a fúvóka torka kimeneténél. Amíg a fúvóka szubszonikus üzemmódban van, a kimeneti síkban a statikus nyomás megegyezik a környezeti nyomással. Ha a gáz sebessége nagyobb lesz, mint Mach 1, akkor a torok statikus nyomása nagyobb lesz, mint a környezeti nyomás, és lökéshullámok alakulnak ki a folyásirányban (gyűrűk a fúvóka kimeneténél az utóégéses reaktorokban).
Az izentrikus sebesség a fúvóka kimenetén a következő egyenlettel rendelkezik:
val vel:
Tehát ahhoz, hogy a turbó motor meghajtása előremozduljon, a kipufogógázok sebességének nagyobbnak kell lennie, mint a repülőgép sebessége.
Ugyanaz a tolóerő érhető el alacsonyabb áramlási sebességgel és nagyobb gázkibocsátási sebességgel, vagy éppen ellenkezőleg, nagyobb áramlási sebességgel alacsonyabb sebességnél. Szubszonikus sebesség esetén azonban előnyösebb az áramlást előnyben részesíteni, nem pedig a sebességet.
Erők és hozamokMeg kell különböztetni a turbógép működésének többféle teljesítményét és ennélfogva a hatékonyságát:
A fűtőértékű szállított a sugárhajtóművek a egy tüzelőanyag, és amit kifejez a termék a tüzelőanyag áramlási sebesség és a fűtőértéke. Ez az a teljesítmény, amelyet akkor lehet kinyerni az üzemanyagból, ha a gép tökéletes, és amelyet a következő képlet fejez ki:
val vel:
Az a hőteljesítmény, amelyet a géppel való áthaladása során közölt a gáztömeggel, és amelyet a következő képlet fejez ki:
A fúvóka kimenetén kilökődő gázsugár kinetikus teljesítménye , amelyet a következő képlet fejez ki:
Az a meghajtóerő, amely a kilépő gázok kinetikus erejétől a repülőgép által ténylegesen felhasznált teljesítmény, és amely a repülőgép "légsebességének" a tolóerőnek a szorzata.
Ezekből a teljesítményszintekből számos hatásfokot határoznak meg a turbóhajtóműre:
A termodinamikai hatásfok (40%), amely a termodinamikai teljesítmény és az üzemanyag által szolgáltatott energia aránya, és amelyet a következő képlet fejez ki:
A hőhatékonyságot (30%), amely a gázsugár mozgási teljesítménye és az üzemanyag fűtőteljesítménye közötti arány, a következő képlet fejezi ki:
Ez a hatékonyság jellemzi a gép hatékonyságát a meghajtásra potenciálisan felhasználható energia előállításában. Ezt a hatékonyságot javítja az égéstérből kilépő áramlás hőmérsékletének emelése, összefüggésben a levegő sűrítési arányának növekedésével az áramlási irány előtt. A nyomásesések csökkentése és a turbina-egység hatékonyságának növelése szintén hozzájárul e hatékonyság általános növekedéséhez.
A belső hatékonyság (80%), amely a hőteljesítmény és a termodinamikai teljesítmény aránya, és amelyet a következő képlet fejez ki:
A meghajtási hatékonyság, amely a meghajtáshoz használt teljesítmény és a sugár mozgási teljesítményének aránya (adott Vi esetében 60%) jellemzi, hogy a gázgenerátor által termelt energiát ténylegesen hogyan használják fel a meghajtásra. ez a hatékonyság javul a sugár kilökési sebességének csökkentésével, hogy igazodjon a repülőgép várható sebességi teljesítményéhez.
Az általános hatékonyság (20–25%), amely a megtermelt energia és az üzemanyag által felszabadított energia aránya, és amely a következő képlettel fejezhető ki:
A turbomachinery üzemanyagok először a második világháború végén jelentek meg. Azóta specifikációik fejlődése a következőkön alapult:
Két fő hőmérsékleti jellemző teszi lehetővé a különböző üzemanyagok használatának megkülönböztetését:
Különböző üzemanyagokat használnak a repülésben:
Bizonyos adalékanyagok javítják ezen üzemanyagok tulajdonságait, például:
A polgári és katonai turbógépekben használt üzemanyag főleg kerozin , kőolajtermék, amelyet nyersolajok finomításával nyernek, és amely 86% szénből és 14% hidrogénből áll, a használat biztonsága érdekében lobbanáspontja 41 ° C körül van .
ÉgésA turbojetek esetében az égés kémiai reakció egy szén- és hidrogénatomokból álló üzemanyag, amelynek általános képlete C x H y , és egy oxidálószer, amely a környezeti levegő.
Sztöchiometrikus égésAz üzemanyag-keverék sztöchiometrikusnak mondható, ha az alkotóelemek olyan arányban vannak, hogy mindegyik részt vesz az égésben. Ebben az esetben az egyetlen égéstermék a CO 2 és a vízgőz lesz.
A kerozin száraz levegőben történő sztöchiometrikus égése a következő általános egyenlettel rendelkezik:
CxHy + (x+y/4) (O2 + 3,76N2) → x CO2 + y/2 H2O + 3,76 (x + y/4) N2Az X = 10 és Y = 20, vagyis a készítmény C 10 H 20 , a következő anyagmérleget kaptuk:
140 kg de kérosène + 2 058 kg d'air sec → 440 kg de dioxyde de carbone + 180 kg de vapeur d'eau + 1 578 kg d'azote.Ez a fajta égés manapság nem található a turbófúvókákban, és az üzemanyag-áramlás levegő áramlási aránya, amely sztöchiometrikus égés esetén 0,068, katonai motoroknál inkább 0,03, polgári motoroknál pedig 0,02.
Tényleges égésA levegő nemcsak oxigént tartalmaz, hanem nitrogént ( N 2 ) és ritka gázok (argon stb.) Nyomait is, amelyek szennyező oxidok formájában találhatók az égés végén. Ezeket a szennyező anyagokat szén-monoxidhoz ( CO) és szén ( C) az üzemanyag hiányos elégetéséből származó füst formájában.
Az égés csak egy bizonyos hőmérsékleti és nyomási szinttől lehetséges, és minimális oxigénmennyiséget igényel. A turbojet fő égéstérében a reakció nem sztöchiometrikus, hanem sovány égés oxigénfelesleggel és vízgőz jelenlétével.
Az oxigén megmarad a főkamra égéstermékeiben, amely lehetővé teszi a katonai motorok számára, hogy utánégetőt tápláljanak annak érdekében, hogy magasabb hőmérsékleten felesleges tolóerőt hozzanak létre, anélkül, hogy félnének a forgó alkatrészek romlása.
FogyasztásA hajtóművek üzemanyag-fogyasztását, amely a tolóerővel arányosan növekszik, egy fajlagos fogyasztásnak nevezett paraméterrel értékelik, amely az üzemanyag-fogyasztás és az adott motor tolóerejének arányát képviseli.
A legújabb generációs motorok többségének az utazási repülés aránya 0,55 . Ez az érték egy két GE90-vel felszerelt Boeing 777 esetében , amelyek átlagosan 10 000 km- t haladnak átlagosan 1800 l / 100 km-nél, megközelítőleg 5 l / 100 km-nek felel meg utasonként (360 utas esetén), vagy annyival, mint egy kisautó .
A kisméretű reaktorok azonban nagyon egyszerűsített felépítésük miatt magasabb fajlagos fogyasztással rendelkeznek .
A turbó motorok nagyon összetett kialakítású gépek, amelyeknek ellen kell állniuk az intenzív hő-, mechanikai és rezgési igénybevételeknek, és meg kell felelniük a magas üzemeltetési korlátoknak. A jellemzőket nem pontosan a gyártók adják meg, de az üzemi hőmérséklet 200 ° C és 2000 ° C között becsülhető .
Ezek a korlátok ezért minden területre megfelelő anyagokat igényelnek. Általában a nagynyomású turbinát a legsúlyosabb körülmények (magas hőmérséklet és nyomás) érik. Ennek a zónának a részei általában nikkel és kobalt ötvözetén alapulnak . Hidegebb területeken inkább az acélt és a titánt használják. A belső felületeket, különösen a lapátok és házak felületeit bevonatok védik az anyagok élettartamának növelése érdekében .
A turbó motorok fejlesztése ezenfelül elsősorban a gázvezetéket alkotó anyagok elsajátításának köszönhető, mivel ezeket használják a legtöbbet. Ez az anyagismeret lehetővé teszi a lehető legnagyobb mechanikai ellenállású alkatrészek beszerzését minimális súly mellett. Ma is ez az egyik olyan alkalmazás, amely az anyagtudomány területén igényli a legmagasabb technikát : alkatrészek titánban , lapátok monokristályos ötvözetben, hőkezelések stb.
A turbóhajtómű a GTR vagy Turbojet Group elnevezésű szerelvény része, amely magában foglal egy légbeömlő csatornát, amely a repülőgép cellájának részét képezi, és magát a turbó repülőgépet, amely a repülőgépet meghajtja. A turbó motor a következő alapvető elemekből áll:
Ezen elemek mellett, amelyek minden típusú turbógépen megtalálhatók, a következőket is megtaláljuk:
Az összes ilyen elem által alkotott áram aerotermodinamikája, amely a végpontokig helyezkedik el, és amely leírja azokat az egymás utáni átalakulásokat, amelyeken a turbórészen áthaladó levegő átmegy, azt mutatja, hogy a gépen való áthaladása során a légáramlás romlása figyelhető meg. tolóerő.
Ez egy olyan csatorna, amelynek célja a levegő megkötése és a lehető legjobb körülmények között történő eljuttatása a kompresszor bemenetéhez.
A „levegőbemenet” szerelvény tartalmazza a motor tényleges levegőbemenetét és a levegőbevezető hüvelyt. Ennek megtervezése a repülőgépgyártó feladata.
A motor levegőbemeneteA motor légbeömlője általában könnyűfém ötvözetből áll , amelynek gyakran kiegészítő funkciója van a kiegészítők támogatása.
Levegő beömlő csatornaA légbeömlő hüvely, amely egy repülőgépre szerelt turbó motor esetén lehetővé teszi annak levegővel való ellátását, különböző módon rendezhető el (pitotként, hüvelyként, szárnyakba ágyazva stb. ). Különféle felszerelésekkel (védőrács, zajcsillapító, jegesedésgátló, szűrő stb. ) Felszerelhető . Függetlenül attól, hogy a turbó motor hajtóműve a repülőgép vázán kívül vagy belül van-e felszerelve, a légbeömlő csatornának az lesz a feladata, hogy a teljes levegőellátást biztosítsa a repülési burkolatban, a külső körülményektől függetlenül.
Fő korlátokBizonyos minőségi kritériumokat figyelembe vesznek a légbeömlő csatorna meghatározásakor, minden turbógéppel felszerelt repülőgéptípus esetében. Ezek a kritériumok a következők:
A légbeömlő hüvely :
A föld rögzített pontján és guruláskor a légáramok nagyon jelentős előfordulásokkal jelennek meg a levegőbemenet hüvelyének bejutásakor , ami leválást és örvényeket okoz, csökkentve annak tényleges szakaszát. A nyitott vagy zárt reaktoros próbapadokban ugyanez az oka annak, hogy egy speciális levegőbevezető hüvelyt kell használni , az úgynevezett pavilont .
Azoknál a repülőgépeknél (főként katonai), amelyek vékony fedélzetén vannak légbeömlők, a nyílások kinyitása nagy sebességnél és alacsony repülőgépsebességnél további légbeömlést tesz lehetővé, lehetővé téve a turbógép megfelelő légáramának helyreállítását. Polgári repülőgépeknél, ha a levegőbemenet aerodinamikai profilja vastagabb, elkerülhető a leválás jelensége. A katonai repülőgépek nagymértékben csökkentik a felszállás nagy támadási szögének problémáit azáltal, hogy gyakran alkalmaznak változó geometriájú légbeömlőket, amelyek mindig pontosan a relatív szélben rejlenek (az F-15 jó példa).
Repülési műveletekA belépő hüvelynek a repülési körülményektől függően változó sebességgel vevő energiának néha lassítania kell, néha fel kell gyorsítania a levegőt a kompresszor bemenetén.
Szubszonikus repülésEnnél a Mach alatti fordulatszám-tartománynál a bemeneti hüvely egyszerű divergens lesz, vagyis csökkenteni fogja a sebességet a kompresszor bemenetén lévő légnyomás növelésével, attól kezdve, hogy a játékban lévő sebesség nagyobb lesz, mint Mach 0.5 . Azoknál a repülőgépeknél, amelyeknél ez a cirkáló repülési burkolat, a motor és a burkolat egység (ha a szárny alá van felszerelve) előre van helyezve az elülső élhez képest, hogy elkerüljék az aerodinamikai zavarokat a nagy ütközésű repülési fázisokban.
Szuperszonikus repülésEbben a repülési burkolatban a beömlő hüvelybe bejutó levegő sebessége nagyobb lesz, mint a hang sebessége, ami megszakítást eredményez az áramlásban. Ez a megszakítás a nyomás hirtelen változását eredményezi, amelyet sokkhullámnak neveznek . Ha a levegő áramlása közvetlenül a beömlő hüvelybe kerül, akkor egyenes (a belépő síkra merőleges) lökéshullám keletkezik, míg ha éles akadályt helyezünk e beömlő hüvelybe, akkor ferde hullámfront képződik.
Az átalakulás, amelyen a gáz a lökéshullám áthaladásakor megy keresztül, az energia lebomlásával jár, ami:
Az energia lebomlás ferde lökéshullámban kisebb, mint egyenes lökéshullámban. Az egyenes lökéshullám után az áramlás mindig szubszonikus . A ferde hullám alatt, a sebességvesztés kevésbé erős, lehetséges, hogy több ütközési zónát hozzon létre annak érdekében, hogy elérje a Mach alatti sebességet .
Az alábbi táblázat jelzésként szolgál, hogy megmutassa az energia lebomlásának valóságát a jobb oldali lökéshullám mindkét oldalán.
M1 Mach felfelé |
P2 ____ P1 |
T2
____ T1 |
M2 Mach lefelé |
A sebesség csökkenése a lökéshullám
révén |
---|---|---|---|---|
1.1 | 1,250 | 1,065 | 0,91 | 52 m / s |
2 | 4.50 | 1,690 | 0,577 | 436 m / s |
3 | 10.03 | 2,680 | 0,475 | 755 m / s |
A beömlő hüvely felépítésének konvergencia- és divergenciaterületekkel kell rendelkeznie annak érdekében, hogy lelassuljon a kompresszort tömörítő levegőáramlás, miközben visszanyeri a maximális nyomást. Ennek a szerkezetnek azonban változó geometriájúnak kell lennie, vagyis divergens vagy konvergáló-divergens csatornával kell rendelkeznie a repülési burkolattól függően, annak érdekében, hogy a légáramot minden repülési körülményhez igazítsák, és biztosítsák a lökéshullámok stabilitását, amelyek biztosítják a átmenet a szuperszonikus áramlásból a szubszonikus áramlásba .
Például a Mirage 2000 -en egy mobil egér lehetővé teszi:
A hüvely nagy támadási szögekhez való alkalmazkodását a hüvely alsó oldalán elhelyezett nyílások és lapátok révén lehet elérni. A Mirage 2000 csatorna légbeömlője a következőket tartalmazza:
Az átálláshoz a levegő bemeneti hüvelye a Mirage 2000 végezzük mobil egerek , amelyek:
A turbojet működésének alapját képező termodinamikai folyamat során nyomás alatt álló levegőt juttatnak a jó égési hatékonyság elérése érdekében.
A kompresszor szerepeA kompresszor feladata, hogy optimális nyomás- és hőmérsékleti körülmények között elősegítse a kerozin levegő keverékének meggyulladását. Ennek érdekében a motorgyártók egy kompresszort integráltak az égéstér elé a beáramló levegő áramlásába.
A kompresszor feladata, hogy a kinetikus energiát nyomásenergiává alakítva kezdetben megemelje a beömlőnyílás és az égéstér közötti folyadék nyomását és hőmérsékletét:
Az égési hatékonyság javítása az üzemanyag-fogyasztás csökkentésével, miközben a kohászat határáig melegszik, azáltal, hogy növeli a tömörítési arányt az égéstér beömlőnyílásánál, miközben biztosítja a befecskendezett üzemanyag folyamatos égését.
A turbórész tolóereje, amely lényegében a beáramló levegő áramlásától és a fúvóka kimeneténél a kilökődési sebességtől, az égés végén lévő gázok hőmérsékletétől függő sebességtől függ, szükségessé tette egy kompresszor használatát, amelynek megvalósítása két nagyon különböző elvek:
Az első turbó motorokat, amelyeket Whittle és Von Ohain fejlesztett prototípusokból terveztek, centrifugális kompresszorral látták el, amelyet a turbina hajtott. Az egyszerűség érdeme, mivel egyetlen lapátfokozat hajtja végre a kompressziót, és egyetlen tengely köti össze a turbinát a kompresszorral.
Rövid hosszúságukat a jó összenyomáshoz szükséges nagy átmérő kíséri . A levegő valóban a kompresszor végén éri el maximális kompresszióját, mivel a centrifugális erő annál nagyobb, mivel alkalmazási pontja messze van a forgástengelytől. Ez a nagy átmérő jobban alkalmassá teszi a kis méretű turbó motorokhoz.
Az első angol reaktorokat, például a De Havilland Vampire koboldjait vagy a Gloster Meteor Rolls-Royce Welland- ját tervezték így. Sőt, a legtöbb helikopterturbinát továbbra is ezen az elven tervezték, amely lehetővé teszi a kompakt motorok tervezését.
AlkotmányA centrifugális kompresszor lényegében egy radiális bordákkal ellátott rotorból (vagy centrifugális kerékből) és egy vagy több diffúzorból áll. A rotorban a levegő axiálisan jut be, majd sugárirányban áramlik. A levegő sebessége a centrifugális gyorsulás miatt növekszik, és nyomása a pengék közötti divergens szakasz miatt. A levegő nagyon nagy sebességgel hagyja el a rotorlapátok végét, és az állórészben ennek a sebességnek egy része nyomássá alakul át a lapátok eltérő szakasza miatt.
TeljesítményA centrifugális kompresszor egyszerű, robusztus és jó kompressziós aránnyal rendelkezik. Összehasonlításképpen: a MARBORE VI turbó motor kompressziós aránya 3,80 volt, szemben az egy tengelyes kompresszor fokozatának 1,15 és 1,16 közötti értékével. Az 1940-es évek végén a maximális tömörítési arány elérte a 4-et is. A centrifugális kompresszor nagy mérete azonban elítélte, hogy kis teljesítményű turbinákban használják.
Axiális és centrifugális kompresszorBizonyos turbinagyűrűkben a kompressziót axiális típusú kompresszor, majd egy centrifugális típusú kompresszor biztosítja.
A centrifugális kompresszor feltöltése lehetővé teszi a kompressziós arány jelentős növekedését azonos fordulatszám mellett.
Axiális kompresszorA repülőgépek tömegének növekvő növekedése arra készteti a repüléstechnikai mérnököket, hogy megoldásokat képzeljenek el a turbógép által biztosított tolóerő javítására.
Az alacsonyabb hatékonyság miatt több, azonos sebességgel forgó fokozatot igényelnek, de lényegesen nagyobb forgási sebességet képesek ellenállni. Az első ilyen és egyben az első nagy sorozatban épített Junkers- Motoror Jumo 004 , amely a Messerschmitt Me 262-et hajtotta .
A kohászat fejlődése lehetővé tette olyan axiális kompresszorok gyártását, amelyek a mozgatható kerék minden szakaszához és egy rögzített rácshoz készültek, lehetővé téve a teljes kompressziós fázis elérését. Minél nagyobb a fokozatok száma, annál nagyobb a tömörítési arány.
főbb jellemzőiAz alábbi táblázat az axiális kompresszorok különböző jellemzőinek bemutatására szolgál:
Motorok | Kimeneti nyomás -------------------- Beömlő nyomás |
Kimeneti hőmérséklet | Technológiai jellemzők |
---|---|---|---|
ATAR | 6.11 | 250 ° C | 9 egy emeletes test |
LARZAC | 10.8 | 370 ° C | Kéttestű, LP 2 fokozat + HP 4 fokozat |
M53 a földön | 8.5 | 325 ° C | Egytestű, 3 + 5 emelet |
M53 a 2.3 Mach-nál | 8.5 | Olvadáspont: 430 ° C | Egytestű, 3 + 5 emelet |
CFM56-2 | 24. | 550 ° C | Dupla test, 1 fúvó, LP 3 fokozat + HP 9 fokozat |
A kompresszor a következőkből áll:
A pengék aerodinamikai profilúak, lekerekített éllel (tolerálva az incidencia variációit) és kúpos hátsó éllel (az ébrenlét csökkentése érdekében). Beékelőszögük van a rotor generátorához képest, amely meghatározza az áramlás irányát. Úgy is meg vannak csavarva, hogy a légáramok állandó beesési szöget mutatnak be a penge feje és a gyökér között, amelyek kerületi sebessége nem azonos.
A levegő felváltva halad át egy mozgó keréken, majd egy rögzített rácson (azaz egy kompresszor fokozaton), amely teljes kompressziós fázist hajt végre. A motor tömörítési arányának növeléséhez elegendő a fokozatok számának növelése. Mivel az összenyomódást térfogatcsökkenés kíséri, az áramlás a kompresszor bemenetétől a kimenetéig konvergál az egyes lépések közötti nyomásarányok fenntartása érdekében.
Működés elveA kompresszor fokozatának összenyomásának alapelve a következő:
A fokozatok számának növelésével (rotor + állórész) megnő a teljes kompressziós arány és a hőmérséklet a kompresszor kimenetén.
Összefoglalva: a kompresszor szakaszában, amely magában foglal egy mozgatható rácsot és egy rögzített rácsot:
Egy axiális kompresszorban az áramlás tengelyirányú elmozdulásának sebessége többé-kevésbé állandó nagyságú és irányú: ennek a sebességnek az értéke általában 130 m / s és 170 m / s között van .
Működési határértékekMűködési határértékek jelennek meg:
A nyomásenergiává történő átalakulás minőségét a kompressziós hatásfok jellemzi: ηc = P2 / P1, a veszteségek egy szakaszban:
A kompresszor működési mezőjében (Tömörítési arány; Áramlási sebesség) egyetlen vonal található, amelyre az adott kompresszor összes lehetséges működési pontját elhelyezik: ez az a működési vonal (vagy munkavezeték), amely megfelel az áramlási sebességnek és a tömörítési arány egy adott forgási sebességhez (iso-sebesség vonalak).
Ez az üzemi vonal független a külső körülményektől (nyomás, hőmérséklet), valamint a motor repülési körülményeitől (Mach-szám, magasság).
Ez a működési vonal, amely csökkenti a működési mező iso-sebességét, a kompresszor forgási sebességévé alakítható. Nyilvánvaló, hogy ha ismerjük a kompresszor fordulatszámát, akkor tudjuk, hogy ennek a fordulatszámnak a működési pontja a kompresszor stabil működési vonalán van-e, vagyis megfelel-e az áramlási sebességnek és a tömörítési aránynak.
SzivattyúvezetékEgy másik „pumpáló vezetéknek” nevezett működési vonal kompresszor működési pontjaiból áll, ahol a pengék aerodinamikai megakadását követően csökken a hatékonyság. A két működési vonal közötti távolságot „szivattyúzási margónak” nevezzük.
Ha két egymást követő lapát között a levegő eléri a hangsebességet, akkor a keletkező nyomásfronton a légáramlás blokkolva van.
Nagy sebességnél a szivattyúzás összekapcsolódik az utolsó fokozatok elválasztásával és a fejszakaszok blokkolásával, míg alacsony sebességnél az ellenkezője van.
A kompresszor kiakasztása már nem teszi lehetővé az égéstér alól a nyomásszint fenntartását. A következmények ekkor katasztrofálisak a motor működésében a teljesítmény és a biztonság szempontjából (a mechanikai károsodás, a motor kikapcsolásának veszélye).
Kifolyó szelepIndításkor és a repülés átmeneti változásai során szükséges a levegőt a nagynyomású kompresszorból az alacsony nyomású turbinaelosztóba juttatni. Az indítás során enyhíti az indítót, és repülés közben kiküszöböli az elakadás hatásait, ami csökkenti a szivattyúzási margót.
Ezt a nyomószelepnek nevezett eszközt (TVB: átmeneti légtelenítő szelep) a szabályozás vezérli, és lehetővé teszi a HP kompresszor nyomásának csökkenését.
Többtestes megoldásokMinden szakaszban növekszik a nyomás, de a hőmérséklet is; egy adott szakasznál azonban a beömlő-kimenő nyomás aránya annál magasabb, minél alacsonyabb a beömlő hőmérséklet (annál kevésbé sűríti a tágult levegőt könnyebben).
Az összes fokozat adott forgási sebessége esetén az áramlás előrehaladtával az egyes szakaszok belépő hőmérséklete növekszik, és ezért az egyes szakaszok tömörítési aránya csökken (mert egy adott szakasz esetében a tömörítési arány annál magasabb, minél alacsonyabb a belépési hőmérséklet).
Egy tengelyirányú kompresszorban az egyes fokozatok nyomásarányai ezért csökkennek, és a fokozatonkénti magas nyomásarány fenntartásához szükség lenne a legforróbb fokozatok forgási sebességének növelésére, ezért az az elképzelés, hogy több kompresszor forogjon különböző sebességek és a többtestes megoldások megvalósítása (kettős test, hármas test).
Például a kettős test előnyei egyetlen testhez képest:
A többtestek összetettebbek és kezdeti költségeik magasabbak, de működés közben a különbség a többtest javára válik.
Az égéstér a turbó motor motorjának az a része, amelynek feladata a kompresszorból tüzelőanyag-égetéssel érkező levegő hőmérsékletének emelése annak érdekében, hogy forró gázokat juttasson a turbinába, és részt vegyen a meghajtásban a kilökődő fúvóka tágulása révén.
Az égésnek ott optimálisnak kell lennie, és a turbószóró áramlásának alsó szakaszában nem lehet túl nagy nyomásesés [nyomásesés]. A levegőnek viszonylag alacsony, 100 m / s- nál kisebb sebességgel kell áthaladnia a kamrán . A lángot egy nagyon kis sebességű területen korlátozzák, amelyet a kamrán átáramló levegőáram körülbelül tizede és a hőmérséklet legmagasabb pontja megközelíti a 2000 ° C-ot . A hőmérsékletet a kamrán áthaladó többi levegővel való hígítással nagyon gyorsan csökkentik, hogy a turbina anyagának ellenállásával kompatibilis értéket érjenek el.
A kamra falainak jó mechanikai szilárdságának biztosítása érdekében a hőmérsékletet 900 ° C körül kell korlátozni (a felhasznált tűzálló anyagoktól függ).
Égési reakcióA szénhidrogének levegőben történő égési mechanizmusa egy egzoterm reakció, amely az üzemanyag-keveréket magában foglalja:
A láng hőmérséklete ekkor eléri a maximumot ezekben a körülmények között, és a keverék kezdeti hőmérsékletével növekszik. Ez a hőmérséklet gyorsan csökken, ha ezek a feltételek nem teljesülnek.
A lánggal kémiai reakciót lehetővé tevő gyulladási hőmérséklet lehetővé teszi:
A gyújtáshoz szükséges energia annál fontosabb, ha:
Az autonóm égés határai:
Lamináris áramlás esetén a lángfront követi a keverék áramlási sebességének változását, de a turbórész égőkamrájában a keverék áramlása erősen turbulens. Az égéstermékek keverése a kamrába érkező keverékkel általános égéshez vezet a kamrában, nagyon rövid reakcióidővel. Ha az áramlási sebesség túlságosan megnő, az az idő, amíg a keveréket frissen tartják a kamrában, kevesebb lesz, mint a gyújtás késleltetése, és a láng kiszorul az égéstérből: ez az a fújási jelenség, amelyet „ kifújásnak ” is neveznek .
Az égéstér kihalásának számos oka van, de két fő jelenségnek tudható be:
Nyilvánvaló, hogy a repülés közbeni kihalás, ha többszörös, balesetveszélyt jelenthet, mivel a repülés során az újbóli meggyulladás valószínűsége a következőktől függ:
Ha Q az üzemanyag elégetésével másodpercenként felszabaduló hőmennyiség és Q 'a teljes égetéssel elérhető hőmennyiség, az arány? = Q / Q 'az égéstér hatékonyságát jelenti.
A fajlagos fogyasztás az égés hatékonyságához kapcsolódik. Ennek javítása érdekében biztosítani kell a lehető legintimebb oxidálószer-üzemanyag keveréket azáltal, hogy örvényáramot kapunk a beömlő és a kimeneti lineáris áramlások között. Az égéstér aerodinamikai kialakítása ezért különösen bonyolult.
Az égést befolyásoló paraméterekAz égést befolyásoló fő paraméterek:
A gazdagság a kamra be- és kilépési hőmérsékletétől, valamint a repülési körülményektől függ. Felszálláskor maximális, utazás közben csökken és átmeneti körülmények között (például hirtelen fojtószelep-csökkenés esetén) elérheti a minimális értéket. A gazdagság 1-10 arányban változhat a motoroktól és a repülés közbeni alkalmazási körülményektől függően.
A kamra beömlőnyomásánál a nyomás 0,2 bar és 30 bar között, a belépő hőmérséklet pedig –40 ° C és 650 ° C között változhat a turbószóró működési tartományától függően.
Másrészről, bizonyos repülési körülmények között a kamrának képesnek kell lennie az újragyulladásra, és stabil működési hatótávolsággal kell rendelkeznie az automatikus forgatáshoz (katonai repülőgépek) a magasságban történő kihalás után. Az uralkodás után az égésnek lehetővé kell tennie a motor gyorsulását 10 000 m feletti magasságig , a repülőgép típusától függően.
Repülési üzemanyagok Általános tulajdonságokA repülési üzemanyagnak a következő jellemzőkkel kell rendelkeznie:
Ma ez egy telítetlen szénhidrogén, a kerozin , amely a legjobban megfelel ezeknek a kritériumoknak.
A repülésben használt különféle üzemanyagok jellemzőiMegjegyzés: a kerozin és a tiszta oxigén 3500 K hőmérsékletet ad, ha a keverék sztöchiometrikus.
Lángsebesség - égési stabilitásA lángfront sebessége (homogén keverékben) viszonylag alacsony a turbojet folyadék áramlási sebességéhez képest, és növekszik:
Az égés lehetővé tétele érdekében az áramlás sebessége nem lehet nagyobb, mint a láng terjedési sebessége. Tehát a folyamatos üzemanyag-befecskendezéshez, amely stabil lángot ad, szükség van arra, hogy a befecskendezett üzemanyag-cseppek gyorsan találkozzanak a meggyújtott üzemanyag-cseppekkel, hogy elegendő energiát nyerjenek vissza a saját gyújtásukhoz.
A láng fújásának elkerülése érdekében az áramlást az égésnek megfelelő sebességre lassítják. Ehhez a kamra egy divergenssel kapcsolódik az áramlás előtt elhelyezkedő kompresszorhoz.
A turbina feladata az égéstérből kilépő gázok nyomási energiájának átalakítása mozgási energiává, majd mechanikai energiává a ventilátor, a ventilátor, a kompresszor és a különféle szervizberendezések működtetése érdekében. A turbina kimeneténél megmaradó energia hozzájárul a reaktor tolóerejéhez.
ElvSzubszonikus áramlásban a sebesség, a nyomás és a folyadék sűrűsége közötti kapcsolatot Bernoulli tétel jellemzi . A turbinában lévő gázok kitágulását a folyadék felgyorsításával kapjuk meg egy konvergensben, és a visszanyert kinetikus energia egy részét motorikus munkává alakítjuk át.
Leírás és működésÁltalánosságban elmondható, hogy a turbógépen tapasztalt turbinák axiális típusúak; az áramlás ezért párhuzamos a motor tengelyével. A turbina tágulási szakasza egy rögzített pengék rácsából, az úgynevezett [Distributor] és egy a mobil lapátokból álló rácsból áll, amelyet [Impeller] -nek neveznek. Ha a kimenő teljesítmény meghaladja az egyfokozatú lehetőségeket, többlépcsős turbinákat használnak.
A forgalmazó szerepeAz égéstérből kilépő gázok bejutnak az elosztóba, amely azokat a [járókerék] tangenciális irányában szögben eltéríti . A konvergens hatás révén nyomásenergiájukat kinetikus energiává alakítja. Az így kapott áramlás gyorsulása nyomás és hőmérséklet csökkenéssel jár.
A kerék szerepeAz elosztó kimenetén lévő gázok egy beesési szögben jutnak be a mobil [Kerék] -be, ami a kések alsó és felső felületén a nyomások egyenlőtlen eloszlását eredményezi. A folyadéknak az alsó felületre gyakorolt nyomása nagyobb, mint a felső felületén, és ez aerodinamikai eredményt hoz létre, amely mozgásba hozza a mobil [Kereket], és a kinetikus energia egy részét mechanikai energiává alakítja.
A hasznos mechanikai energia növeléséhez szükséges:
A turbina által kifejlesztett teljesítmény a következő képlettel fejezhető ki:
Val vel
Az Olympus motor által a földön kifejlesztett teljesítmény kiszámítása a következő paraméterértékekkel:
A = 0,018 65 levegő-üzemanyag keverék gazdagságának értéke a következő fajlagos hőértékekkel rendelkezik:
Az Olympus motor turbinája által kifejlesztett teljesítmény ekkor W = 77.600.000 W vagy 105.300 LE
Ezt a teljesítményt, amely a reaktor teljes teljesítményének kis részét képezi, elsősorban a kompresszor és a berendezés meghajtására használják.
KorlátozásokA turbina a turbojet motor azon alkatrésze, amely a legsúlyosabb körülmények között is működik:
Ezenkívül a gázok sebességének bármilyen növekedése a mozgatható kerék forgási sebességének és ennélfogva a kerületi sebesség növekedéséhez vezet , amelyet a mechanikai szilárdság szempontjai korlátoznak. Az áramlás beesési szögének túl nagy növekedése a lapátok időzítéséhez képest aerodinamikai zavarokhoz vezetne, amelyek túlzott nyomáseséshez vezetnének.
Az adiabatikus kompresszió során megnő az entalpia, és a terjeszkedéshez fordított fordulat következik be, ami azt eredményezi, hogy a turbina több energiát képes felvenni, mint amennyit egy kompresszor szakasz képes biztosítani. Ezért van az, hogy a turbinában nem létezik a szivattyúzás vagy az elfordulás jelensége.
A turbina által elnyelt teljesítmény növekedését a fúvókaszakasz (vagy a lefelé irányuló elosztó nyakának) kinyitásával érjük el, hogy növeljük a tágulást.
A turbina minőségét a tágulási hatékonysága alapján értékelik, és az elnyelt teljesítményhatár a lapátok közötti levegő sebességétől függ (blokkolás, ha Mach = 1).
HozamMint a szívóhüvelyben, a kompresszorban vagy az égéstérben, az áramlásnak a turbinában történő átalakítása tökéletlen, ezért a hatékonyság fogalma:
Ha az energiaátalakítás veszteségmentes lenne, akkor:
ebből az egyenletből és P5, P6 és T5 ismeretében kiszámíthatjuk a T6-ot, amely mindig magasabb, mint a valódi T6, és ezért a turbina valós hatékonysága megközelítőleg:
A gyakorlatban ezt a hatékonyságot megváltoztatja a bypass áramlási sebességek megléte (azok az áramlási sebességek, amelyek nem működnek a turbinában, megkerülve a lapátokat és befúrva a rotorok és a statorok közötti radiális hézagokon keresztül). Ezek az áramlási sebességek egyre alacsonyabbak az aktív rendszereknek, például az LPTACC és a HPTACC, vagy a passzív mechanizmusoknak, például a csiszolható anyagoknak köszönhetően. Ezek méhsejtekben törékeny "olvasztható" részek, olyan anyagból, amely kevésbé kemény, mint a pengék sarka. Amikor befut, a pengék elhasználják a koptatható anyagokat, hogy a radiális hézagokat a kések károsítása nélkül állítsák be, és ezáltal állítsák be az alkatrészeket a bypass áramlási sebesség korlátozására. A lapátok lehűlése SzerepAz üzemanyag-fogyasztás csökkentésének kötelezettsége megköveteli, hogy a turbina bemeneti nyílásánál magasabb hőmérsékletek legyenek, és a nyomásnövekedési arányt növelni kell a lefelé irányuló irányban, mivel az SFC nyeresége annál nagyobb, mint amilyen.
A turbina bemeneti hőmérsékletének növekedése lehetővé teszi:
A lapátokat konvekcióval hűtik a hűvösebb levegővel, amelyet a downstream kompresszorból vesznek. Ezt a teljesítménykárosításra kivetett illetéket a kompromisszum és a mérleg szempontjából a motorgyártó terheli.
A lapátok lehűlése magasabb hőmérsékleteket tesz lehetővé, ami javítja a turbina ciklusának általános hatékonyságát, de ez megfelel a motor hiányának, mivel több energiát kellett költeni a tömörítéshez, ha nem avatkozik be. nyom.
Jelenleg az égéstér kimeneténél elért hőmérsékletek és az alkalmazott hűtési áramlási sebességek figyelembevételével az általános egyensúly pozitív.
Két fő eljárást alkalmaznak a turbinapengék hűtésére:
A penge külső falát kalóriacserével hűtjük a forró külső gázok és a penge belsejében keringő, a hátsó szélén ürülő friss gázok között. Az üreges lapátok a következő típusú vezetékekkel vannak felszerelve:
A belső konvekcióval történő hűtés kiegészíthető a falak védőfóliával történő hűtésével. A pengében keringő friss levegő áramlását abból a légáramból veszik, amelyet az elülső és a hátsó élre kifelé vetítenek, és így kialakítanak egy védőfolyadék falat, amely elszigeteli a penge külsejét.
A védő levegő fóliát az elülső szélén vagy a hátsó szélén lézerrel vagy elektroerózióval fúrt kis lyukak hozzák létre.
TechnológiaA pengék kohászata a pengék gyártásából alakult ki, irányított szilárdító ötvözetek öntésével, monokristályos pengékhez vezetve, amelyeknél a hőmérséklet-növekedés nagyon fontos. A turbinatárcsák kohászata a jobb mechanikai és termikus ellenállás irányában is fejlődött a forgási sebesség és az égéstér kimeneti hőmérsékletének növekedésével.
Pengék gyártásaA turbinapengék hőmérsékleti ellenállásának javításának másik módja az új, nagyon magas hőmérsékletnek ellenálló anyagok kifejlesztése és az előállításukhoz használt ötvözetek kohászatának fejlesztése.
ÖtvözetekAz ötvözet egy vagy több mátrixnak nevezett nemesfémből áll, amelyekhez kémiai elemeket adnak, amelyek lehetővé teszik ennek bizonyos tulajdonságainak javítását, például:
Mikroszkópos skálán az ötvözet szemcsék (kristályok) agglomerátumaként jelenik meg. Ha a megszilárdulást különösebb elővigyázatosság nélkül hajtják végre, a szemcsék orientációja zavart és az anyag jellemzői minden irányban észrevehetően megegyeznek: akkor egy EQUIAXE szerkezetről beszélünk.
A jobb mechanikai szilárdságot lehetővé tevő munka tengelyének előnyben részesítése érdekében vannak olyan eljárások, amelyek lehetővé teszik a kristályok kiemelt irányba történő irányítását: ezt irányított szilárdítási ötvözetnek nevezzük.
Más eljárások lehetővé teszik ötvözetek egyetlen szemcsével történő előállítását, ami még jobb tulajdonságokat biztosít számukra, a probléma lényegében a nagyméretű monokristályos részek előállításában rejlik.
Bizonyos úgynevezett "eutektikus" ötvözetek állandó hőmérsékleten megszilárdulnak, mint a tiszta anyagok, és lehetővé teszik finom és homogén szemcseszerkezetek kialakítását.
Egy másik "Porkohászat" néven ismert eljárás lehetővé teszi, hogy az alkotórészeket por alakban összekeverjük, majd nagy nyomáson tömörítsük, és közvetlenül kész méretükben alkatrészeket kapjunk, például turbina korongokat.
TipológiaKéttestű turbógépekben a turbina egy vagy több fokozatból áll (állórész-rotor) nagy nyomáson (HP), és egy másodikból alacsony nyomáson . A HP turbina, amelynek uszonyait a legforróbb égési gázok áramlása éri, az anyagellenállás és az aerodinamika szempontjából a legbonyolultabb rész. Kétféle turbina létezik, az egyik a másik, a másik pedig a reakció.
Egy akcióturbinában (a turbopropellátoros motorok és turbinás motorok előnyben részesített megoldása ) a bővítési munkát (majdnem teljes) csak az állórészben végzik. Az így keletkező mozgási energiát mechanikai energia formájában nyerjük vissza a kompresszor, a reduktor, a légcsavar vagy a forgószárny meghajtása érdekében, valamint a motorhoz szükséges tartozékokkal.
A reaktorturbinában az állórészben és a rotorban is tágulás történik. Ezen túlmenően ebben a típusú turbinában a gázok energiájának csak egy "kis" része lazul fel annak érdekében, hogy azt mechanikai energia formájában visszanyerje, tekintettel arra, hogy a turbina-kompresszor egység (ehhez hozzáadva a ventilátort) kevésbé "nehéz" vezetni, mint egy propellerrel ellátott szerelvény. A fennmaradó energiát a fúvókán kinetikus energia formájában visszanyerjük, hogy létrehozzuk a tolóerőt.
A kilökőcsatornában történik a meghajtáshoz szükséges tágulás azáltal, hogy a turbinán való áthaladás után a gázok fennmaradó energiáját (nyomását és hőmérsékletét) sebességgé alakítja. Minél erősebb a turbó hajtása, annál nagyobb a kidobási sebesség.
A kilökő csatorna áll, motorokhoz nélkül utáni - égés , a kipufogógáz-burkolat és egy fúvóka. Utánégésű motoroknál a kilökőcsatorna tartalmaz egy fűtési rendszert, amely a kipufogóház és a kilökőfúvóka között helyezkedik el.
KipufogóházA turbina mögött elhelyezett kipufogóház biztosítja az áramlás belső és külső folytonosságát, lehetővé téve a kettős áramlású motoroknál a forró áramlás elválasztását a hideg áramlástól.
Kiadó fúvóka A kidobó fúvóka szerepeA turbórész belsejében az áramlás szubszonikus, és ha a turbina kimenetét egy fúvóka meghosszabbítja, ez lehetővé teszi a gáz tömegének felgyorsítását a Col nevű kimeneti szakaszig , a legegyszerűbb konvergáláshoz, amely meghatározza a maximális gázáramot hogy ki lehet dobni. A fúvóka tehát biztosítja az égett gázok kilökését és visszatérését a környezeti nyomásra, úgy, hogy az ebből eredő áramlás gyorsulása előidézze a turbórész tolóerőt.
MűveletA fúvóka kilökődési szakaszát a gyakorlatban úgy határozzuk meg, hogy a motor maximális fordulatszámánál az ottani áramlás sebessége eléri a hangsebességet, azaz Mach 1-et , és hogy a nyakon a statikus nyomás megegyezzen a légköri nyomással .
Ha az áramlás sebessége alacsonyabb, mint a hang sebessége, akkor a kibocsátott tömegáram nem maximális, a gázok a nyakán atmoszférikus nyomásig tágulnak, és a fúvókát megfelelőnek mondják: ez az eset megfelel az összes alacsonyabb sebességnek maximálisan sebesség.
A fúvóka optimális működése a megfelelő fúvóka számára (nyomás a torokban = légköri nyomás) kifejlesztették a változó szakaszú fúvóka elvét, amely lehetővé teszi a kimeneti szakasz alkalmazkodását a motor különböző fordulatszámaihoz.
Olyan motorok nélkül utófűtésének , a konvergens-divergens fúvókát lehetővé teszi, hogy az áramlást a torok, hogy Sonic, hogy gyorsítsa fel az áramlás a széttartó rész pótlólagos tolóerő, a sebesség gáz kiesés akkor képes szuperszonikus.
A motor üzemi fordulatszáma a repülési burkolattól függően változó, a divergens résznek változónak kell lennie, különben a torokhoz tartozó szubszonikus áramlás esetén a divergens lassítaná az áramlást, és a fúvóka hatékonysága csökkenne.
Ha a gázok statikus nyomása túl magas (nagyobb, mint a légköri nyomás kétszerese), az egyszerű csonka kúp a sugár repedéséhez vezet; lökéshullámok sorozatát figyeljük meg, amíg a sugár statikus nyomása meg nem egyezik a légköri nyomással. Ezek a sokkok, amelyek felhasználhatatlan energiaveszteséget okoznak a meghajtásban, a fúvóka általános hatékonyságának csökkenését okozzák.
JellemzőkA fúvóka a turbinától lefelé helyezkedik el, és a legegyszerűbben egy csonka kúpból áll, amelynek felfelé eső szakasza nagyobb, mint a lefelé eső szakasz. A sugár megrepedésének és a lökéshullámok kialakulásának elkerülése érdekében konvergens-divergens fúvókákat használnak. Fűtéses motorokhoz divergens kimenettel és változtatható szelvényű fúvókák használhatók.
Néhány fúvóka olyan kiegészítőket is kaphat, mint:
Egy turbógépben a kompresszor, az égéstér és a turbina egység forró sűrített gázokat szolgáltat, amelyek energiájukat felszabadítják a repülőgép meghajtása érdekében. Ezt az energiát a lehető leghatékonyabban kell felszabadítani, miközben a lehető legkevesebb üzemanyagot kell fogyasztani. Ezután optimalizálni kell a hajtóanyag hatékonyságát .
Általában a hajtási hatékonyság csökken, amikor a kilökési sebesség növekszik, ami arra a következtetésre vezet minket, hogy szubszonikus sebességeknél a szükséges tolóerő elérése érdekében lassítani kell a kidobási sebességet és növelni kell a kilökődött folyadék tömegét. Ilyen körülmények között olyan megoldásokat kellett találni, amelyek nem fogyasztottak sok üzemanyagot, és manapság a kereskedelmi célú repülésben gyakran alkalmazzák a nagy hígítási arányú kettős áramlású technikát .
Az általános elv a következő:
Más szavakkal, a meghajtáshoz használt folyadék két áramra oszlik:
A motor meghajtási hatékonysága jelentős arányban növekszik az 5-höz közeli hígítási értékeknél, és a kilökési sebességek olyanok, hogy a hideg áramlás a teljes tolóerő 80% -át adja.
A repülésben használt turbinagenerátorok közül több típust különböztetnek meg a turbógépek kategóriájában:
Az ilyen típusú gépek mindegyikében olyan szerkezetek vannak, mint:
E két jellemző közül olyan változatokat fejlesztettek ki, amelyek mindegyike reagál a tolóerő jellemzőinek, hatékonyságának, költségének stb. a repülőgépgyártók igényeinek megfelelően.
A műszaki és technológiai fejleményektől függő kronológia azt jelentette, hogy az első turbómotorok egyáramúak és egytestűek voltak. Gázgenerátorral voltak felszerelve, amely egyetlen összekapcsolt kompresszor-turbina egységet tartalmaz, és a kompresszor lehet centrifugális vagy axiális típusú.
Jelenleg a tolóerő és az üzemanyag-fogyasztás teljesítményének növelése érdekében a kompresszort több, különböző sebességgel forgó részre osztották. Annak érdekében, hogy ezeket a kompresszorokat meg lehessen működtetni, magukhoz különböző turbinákat csatlakoztattak hozzájuk.
Minden összekapcsolt kompresszor-turbina pár karosszériának vagy tengelykapcsolónak hívják, és ma az egyáramú vagy kettős áramlású turbórész lehet egytestű, dupla testes vagy hármas testű, a gyártóktól és a felhasználási területtől függően.
Ebben a géptípusban a gázgenerátor egyetlen forgó egységet tartalmaz, amelyet testnek hívnak, és amely egy kompresszort és egy turbinát tartalmaz, amelyek ugyanarra a tengelyre vannak kapcsolva, és ezért ugyanazon a sebességen forognak.
A kéttestű megoldás alkalmazható a kettős áramlású turbó motorra, valamint az egyáramú turbó motorra. Ez egy összetett technológia, amely megtakarítja a súlyt és a hosszúságot, és lehetővé teszi az alacsonyabb energiát igénylő indításokat is.
Ebben a géptípusban a gázgenerátornak két mechanikusan független forgó szerkezete van:
A turbina kapcsolódó LP kompresszor hívják LP turbina és hogy kapcsolódik a HP kompresszor hívják HP turbina
A kompresszor-turbina párok mindegyike a saját sebességével forog, és ezután kettős testű vagy dupla vonós turbógépekről beszélünk . A két test forgási sebessége eltér, ezért ezekhez a motorokhoz két hosszabb és nehezebb koncentrikus tengelyre van szükség . Cserébe egyértelműen javul a hozam .
A két tengely általában ugyanabba az irányba fordul, hogy ne szabjanak túlzott forgási sebességet az őket összekötő csapágyakra (vagy csapágyakra). Bizonyos esetekben azonban különböző irányban forognak, amelynek az az előnye, hogy nem halmoznak fel giroszkópos nyomatékokat , és jobb aerodinamikai hatékonyságot tesznek lehetővé . Másrészt az a dinamikus gerjesztés, amely két ellentétesen forgó testből származik, a két test forgási rendjének összegének függvénye - ahelyett, hogy a rotációs esetben a rezsimek különbségétől függne - ezért nagyon magas, ami rezgésállósági problémákat vet fel .
Minden új generációs motor dupla csövű, vagy akár hármas cső is azok számára, akiknek nagyon nagy a hígítási aránya . Ez utóbbi konfiguráció a Rolls-Royce " Trent " polgári repülési motorcsaládra jellemző . Jellemzője egy további kompresszor-turbina egység jelenléte, amelyet PI -nek hívnak (közbenső nyomáshoz).
Ebben a géptípusban az összes légáramlás áthalad a gázgenerátoron.
Az előállított tolóerő függ a gázgenerátorba belépő levegő tömegétől és a hozzá adott gyorsulástól. Az ilyen típusú turbógépek működési pontját lényegében a kompresszor-turbina szerelvény forgási sebessége és a turbina belépő hőmérséklete jellemzi.
Felhasználási területAz egyáramú turbógépek zajosak, szennyezőek és magas a fajlagos fogyasztásuk. Csak a Mach 1-n felül érik el a legjobb teljesítményt .
Hatékonyságának és fogyasztásának köszönhetően a Simple Flux turbómotort elsősorban nagy repülési sebességre és katonai területen használják. Ezek a motorok utóégővel felszerelhetők a tolóerő rövid időn belüli jelentős növekedése érdekében.
Az ilyen típusú turbógépeknél több levegő jut be, mint amennyi a gázgenerátorhoz szükséges az üzemanyag-fogyasztás csökkentése és a meghajtás hatékonyságának növelése érdekében. A kiegészítő áramlás (vagy áramlás) bypassként áramlik a gázgenerátor körül.
Bár a hatvanas években megjelent a szubszonikus sebességnél olcsóbb és kevésbé zajos sugárhajtóműveknél a kettős áramlás (vagy angol turbofan ) . Ezekben a motorokban egy nagy méretű ventilátor képes elnyelni egy nagy tömegáramot, amely csak részben halad át az LP kompresszoron . A fúvó által előzetesen összenyomott levegő, amely nem jut át az LP kompresszorba , az úgynevezett hideg áramlás , megkerüli a forró részt a fúvóka felé, ahol kilökődik, keveredik a forró gázokkal vagy nem (forró áramlás). Ez lehetővé teszi mérsékelt sebességnél, kb. 1,5 Mach alatt, a tolóerő növelését a gázáram növelésével és a zajszint jelentős csökkentésével. Ritka esetekben, például a General Electric CF700-on vagy a General Electric CJ805-23-on , a fúvót nem a motor eleje, hanem hátulja felé helyezzük. Ezt a funkciót „ hátsó ventilátornak ” nevezik az angolul beszélő országokban.
A hideg áramlást alkotó levegőnek a motorok szerint változó hányadát a másodlagos tömegáram (vagy hidegáram) és az elsődleges tömegáram (vagy melegáram) aránya fejezi ki. Ezt az arányt hígítási sebességnek nevezzük . A szuperszonikus repülésre optimalizált katonai motorok hígítási aránya kisebb, mint 1, míg a 0,8 Mach körüli körutazásokra optimalizált polgári vagy katonai motorok hígítási aránya 5 és 10 között van. A kettős áramlású motorok és a nagy hígítási sebesség a tolóerő legnagyobb részét a hideg áramlásból adják (80%), a forró áramlás a tolóerő 20% -át képviseli.
Előnyök és felhasználási területA nagyon nagy ventilátorral felszerelt turbopropeller motorok és bypass reaktorok fejlesztését nagyrészt a szubszonikus sebességtartományokra fejlesztették ki. Nagyobb légáramlás és alacsonyabb gázhőmérséklet ugyanahhoz a tolóerőhöz képest nagyobb a hatékonyságuk és a fogyasztásuk alacsonyabb. Mivel az üzemanyag-terhelés csökken, ez nagyobb teherbírást tesz lehetővé.
A meghajtás hatékonysága, amely a repüléshez szükséges teljesítmény és az előállított hőteljesítmény aránya, egy adott tolóerő esetén azt mutatja, hogy ez a hatékonyság annál nagyobb lesz, mivel a légáram is nagyobb lesz: az a megoldás, amely a a légáramlás az üzemanyag-áramlás növelése nélkül ezért elfogadható lenne, de ez nem így van, mivel ennek a hőhatékonyság csökkenése a következménye. Tehát a légáram növeléséhez a hőhatékonyság csökkentése nélkül megoldásra van szükség: ossza el a teljes légáramlást két áramra:
A kettős áramlás révén kompromisszum érhető el az egyáramú turbómotor, amelynek hatékonysága csak nagy sebességnél érdekes, és a sebességkorlátozott turbopropellér. Ezenkívül javul a fajlagos fogyasztás és halkabb a működés. Az utóégetés ennek ellenére integrálható a szerelvénybe, nagyobb hatékonysággal, mint az egyáramú turbógép esetében. Számos modern vadászrepülőgépben vannak utánégővel felszerelt turboventilátorok is ( Rafale , Soukhoï Su-27 , F-22 Raptor stb.).
Kettős áramlású turbógépben a labirintus tömítések nyomására szolgáló levegőt az alacsony nyomású kompresszor után áramlik el. A forró alkatrészek, például az elosztók és a HP turbinapengék hűtő levegőjét a HP kompresszor kimenetéből veszik .
A belső légáramkör lehetővé teszi az ellennyomás kifejtését a kompresszoron és a turbina tárcsákon is a csapágyak tengelyirányú erőinek csökkentése érdekében.
A kellő hatékonyság fenntartása érdekében a légszivárgást korlátozzák azáltal, hogy az egész motorba labirinttömítéseket helyeznek el. A rotorok és a turbinaházak közötti radiális hézagok aktív (magas és alacsony nyomású) vezérlését a nagynyomású kompresszor kimenetéből vett levegő küldése biztosítja, amelynek áramlási sebességét egy maga vezérelt szelep vezérli. motor. Ezt a "friss" levegőt használják a forgattyúház hűtésére az ütköző légsugarakon keresztül. Ennek a légáramnak a kezelése lehetővé teszi a burkolat tágulásának, és ezáltal az állórész és a rotor (pontosabban a bordák és a koptatható elemek) közötti sugárirányúság szabályozását. A manőver célja, hogy a repülés minden szakaszában képes legyen korlátozni a "megkerülő" áramlást (veszteségeket). Ezt a rendszert ACC-nek hívják az aktív hézagszabályozáshoz, és ezt megelőzi az LPT vagy a HPT (alacsony nyomású turbina aktív hézagszabályozása és nagynyomású turbina aktív hézagszabályozása). A megkülönböztetés azért fontos, mert az áramlásmenedzsment nem azonos a két turbina esetében.
Kettős áramlású turbó motor esetén a külső légáramkör különféle funkciókat lát el magán a motoron és a repülőgépen.
A levegő általában a HP kompresszorból származik, és felhasználható:
Bizonyos jelentősen felmelegedő tartozékokat légkeringetéssel lehűtenek, és a motorbetétet a másodlagos áramlásból vagy a külső levegőből szellőztetik.
A kenés abból áll, hogy biztosítja a kenést igénylő alkatrészek, például a csapágyak olajrétegének felállítását és megújítását, valamint a hőelvezetést. A felhasznált olajok a terheléstől és a hőmérsékleti körülményektől függenek, és jelenleg elsősorban szintetikus eredetűek, nagyobb hőmérsékleti tartományuk és hosszabb élettartamuk miatt, mint az ásványi eredetű olajok.
Az olajkör az alábbiak funkcióit látja el:
A start funkciónak biztosítania kell:
Ez a funkció a gázgenerátor forgó egységének elforgatásából áll, hogy a kompresszor levegővel tudja ellátni az égéstéret. A hajtáshoz szükséges nyomaték (C) a forgási sebességtől és a hőmérséklettől függ. Eleinte erőteljesen növekszik és csökken, ha a gyújtás bekövetkezik, és a gép felgyorsul. Bizonyos fordulatszámtól kezdve ez a nyomaték nulla lesz, és azt mondják, hogy a motor önálló.
Üzemanyag-ellátásEz a funkció vezérli a fő- és indítóinjektorok tápellátását. Az indítóinjektorok lehetővé teszik a láng terjedését, és meggyújtják a fő injektorok által permetezett üzemanyagot. Az üzemanyagot nyomás alatt szállítják szivattyú segítségével, és az indításhoz szükséges áramlási sebességet egy meghatározott adagolóeszköz határozza meg.
GyújtásEz a funkció lehetővé teszi az üzemanyag-keverék meggyújtását a nagyfeszültségű gyújtógyertyák által előidézett szikrákkal.
Indítsa el a ciklustEzt a ciklust a paraméterek alakulása jellemzi:
Az indítási sorrendet a turbojet motor egy speciális dedikált funkciója hajtja végre.
Újragyújtás Repülés közbenA repülés közbeni újragyújtási eljárás abban különbözik a földi gyújtástól, hogy az indítást már végrehajtották.
Ez az újragyújtási eljárás az úgynevezett "szélmalom" jelenségen alapszik. Valójában, ha azt mondják, hogy a motor "leállt", akkor már nem okoz tolóerőt, de a repülőgép relatív sebessége arra kényszeríti a levegőt, hogy keringjen a motorban. Ezek a légáramlatok elegendőek a motor forgó elemeinek forgatásához.
Amint azt korábban említettük, a motor beindulási körülményei meglehetősen korlátozóak (hőmérséklet, forgási sebesség, a keverék sűrűsége stb.), Ezért ebben az újra gyújtási konfigurációban egy bizonyos fordulatszám-tartományban kell lennie (majd korrelál a motor fordulatszámával). ) és a magasság (légsűrűség).
FöldönA motor talajon történő újbóli ellátása szintén különös figyelmet igényel. Az ilyen műveletek által kiváltott fő kockázat a "Rotor Lock". Ez a jelenség a turbinákat érinti, különösen az alacsony nyomású turbinákat. Amikor a turbina lehűl, az alkatrészek különböző sebességgel hűlnek (tömegüktől és termikus tehetetlenségüktől függően). A vékonyabb ház gyorsabban hűl, mint a rotor, és így gyorsabban behúzódik, miközben a rotor kitágult marad. A ház ezután megcsípi és eltömíti a rotort. Ha a motort ekkor újraindítják, a turbina egyes szakaszai blokkolva maradhatnak. Ez a kisebb hiba kijavítható a motor kikapcsolásával és újraindításával. A forró levegő, amely ekkor áthaladt a motoron, elegendő a forgattyúház kibővítéséhez és a rotor kiszabadításához.
A "rotor reteszelésének" elkerülése érdekében két indítás között be kell tartani a hűtési időt. Ezt az időtartamot azonban bonyolult meghatározni, mert sok paramétertől függ (környezeti hőmérséklet, a motor oltás előtti ciklusa, koptatható elemek kopása stb.).
SzellőzésIdőnként a földön, tesztek vagy speciális eljárások kapcsán szükséges a kompresszor-turbina kapcsoló indítása gyújtás nélkül, üzemanyag-befecskendezéssel vagy anélkül.
Száraz szellőzés használható:
Nedves szellőztetés használható a motor tárolásának tesztelése után, mielőtt a szárny alá szerelik.
A pilóta által hajtott turbógépet egyszerű módon, általában egyetlen vezérléssel hívják, amelyet fojtószelepkarnak hívnak. A cél az, hogy a fojtószelepkar egy bizonyos helyzetében elérjék a repülési körülményekhez igazított tolóerő teljesítményt . A motorba beengedett levegő nyomása, hőmérséklete és sebessége folyamatosan változik a magasságtól és a repülési sebességtől függően, szükség volt a pilóta vezérlés és a motor közötti szabályozó rendszer közbeiktatására.
A polgári turbó motor fojtószelepkarjának jellemző helyzete:
Ismeretes, hogy a tolóerő a turbórészbe belépő levegő áramlásának és a kilépő nyílásnál történő kilökési sebességének a függvénye. Első közelítésként elmondhatjuk, hogy a légáramlás arányos a forgási sebességgel, és a kilökési sebesség arányos a turbina előtti hőmérséklettel.
Következésképpen a tolóerő ellenőrzése a következők ellenőrzését jelenti:
A vezérlő funkció célja továbbá:
Ezt a funkciót a következő paramétereken végzett mérésekből hajtják végre:
a csapágyrezgés mérése elengedhetetlen a repülésbiztonság figyelemmel kísérése szempontjából
Szabályozás SzerepA szabályozási funkció fő célja, hogy a turbóhajtású motort automatikusan fenntartsa a forgási sebesség és a turbina hőmérsékletének meghatározott határai között.
Ez a szabályozás az egyetlen általánosan elérhető fizikai paraméterre vonatkozik: az égéstérbe befecskendezett üzemanyag-áramra.
AlkotmányA szabályozó rendszer különböző berendezésekből áll, amelyeknek a következő feladatokat kell ellátniuk:
Ez a berendezés az üzemanyag-áramkörből, a mozgó alkatrészek (fúvóka, ürítőszelepek, állítható állórészek stb.) Vezérléséből, az elektromos áramkörből, a különféle érzékelőkből és a szabályozó számítógépből áll.
MűveletA turbómotor stabilizált működése esetén a szabályozás fenntartja a forgási sebességet és az optimális hőmérsékletet a turbina előtt úgy, hogy a választott kar helyzetének megfelelő tolóerő a külső zavaroktól függetlenül biztosított legyen. Automatikusan fenntartja a megfelelő munkapontot a nyomaték (üzemanyag-áramlás; fúvókaszakasz) optimalizálásával, miközben biztosítja a gép működési korlátainak kezelését is.
A turbina előtti hőmérséklet közvetlen szabályozása nagyon kényes, úgy döntöttünk, hogy a motor paramétereit szabályozzuk erre a hőmérsékletre:
Ezeknek a paramétereknek a kezelésére és ellenőrzésükre rendelkezésre állnak olyan eszközök, amelyeket [szabályozó paramétereknek] nevezünk változó számban, a turbómotor típusától függően:
Az egyes turbóhajtómű-típusokra jellemző változatlan működési törvények összekapcsolják ezeket a különböző paramétereket, és lehetővé teszik, hogy a szabályozás stabilan tartsa a motor működési pontját, amely megfelel a pilóta által választott tolóerőnek.
A motor működési törvényei azok a kapcsolatok, amelyek lehetővé teszik a beállított vagy szabályozott paraméterek (szabályozandó) variációinak megismerését, ha a beállítási paraméterek változnak. Ezek a motortörvények a motor belső jellemzői, és változóak a repülési feltételekkel és a szabályozó paraméterek értékével. Nem szabad összetéveszteni őket a szabályozási törvényekkel.
Például rögzített fúvókás reaktorhoz, változtatható állórészek vagy nyomáscsökkentő szelepek nélkül, és egy adott repülési feltételhez:
Ezzel az egyszerű példával azt látjuk, hogy a turbóhajtómű szabályozása a belső jellemzőinek integrálását jelenti egy globálisabb rendszerbe, figyelembe véve a külső elemeket.
A motor működési pontjának beállításához a szabályozási paraméterekre kell hatnunk egy szabályozási funkció segítségével, amely lehet:
Két fő mód társítható, amelyek a következők:
Ez a fajta szabályozás stabil, de nem túl pontos, mert a tényleges zavarok gyakran eltérnek, vagy akár nagyon is eltérnek a jelenleg programozott feltételektől. A paraméterkészlet nem mindig rendelkezik a kívánt értékkel, és ez végérvényesen visszaállítja ezt a típusú szabályozást, hogy garantálja a működési pont stabilitását a külső feltételeknek megfelelően.
Például, ha egy adott magasságban egy kar helyzet rögzíti az üzemanyag áramlási értékét, amely maga állítja be a sebesség értékét, és a magasság megváltozik anélkül, hogy a szabályozást tájékoztatnák, akkor különbség lesz a valós sebesség és a neki beállított üzemmód között.
Másrészt átmeneti körülmények között, ahol a korlátozások elérése kockázatos, előnyösebb olyan programot használni, amely integrálja az összes leállást, figyelembe véve a motorok közötti különbségeket és a korlátozott élettartamú alkatrészek öregedését.
Például egy fedélzeti vadászgép esetében a maximális tolóerő megállapításának ideje gyakran ugyanolyan fontos, mint maga a tolóerő szintje, mert sikertelen leszállás esetén a körbefutást teljes biztonságban, motor nélkül kell elvégezni. áramkimaradás szivattyúzás vagy gazdag kihalás következtében.
Hurkolt szabályozásA hurkolt szabályozás elve az, hogy érzékeli a kimeneti érték és a bemeneti alapérték közötti különbséget, majd ezt a különbséget használja egy vagy több vezérlő paraméter vezérlésére. Ez a fajta szabályozás lehetővé teszi a külső variációk leküzdését, de az a hátránya, hogy instabil. Ez az instabilitás kapcsolódik az átvitelek válaszidejéhez és a hurokerősítéshez, vagyis a kimeneti és a bemeneti variáció kapcsolatához.
A hurok teljesítménye megegyezik a szabályozás + motor szerelvény teljesítményével, az utóbbi saját nyereséggel és válaszidővel rendelkezik. Mivel a turbógép jellemzői a repülési viszonyok (Mach, Magasság) függvényében nagyon nagy arányban változnak, a külső viszonyoktól függetlenül a jó általános válasz fenntartása érdekében a szabályozó jellemzőinek is változnia kell. Ez bonyolítja a turbó motorok szabályozását az ipari folyamatok szabályozásához képest.
Szabályozási rendszerekA turbógép használata abból áll, hogy minden repülési körülménynél stabilan működik, és két stabil állapot között átmeneti állapotban működik. Ez azt mutatja, hogy két fő szabályozási módot kell biztosítani:
Egyéb funkciókat is a szabályozási rendszer irányít:
A motor stabilizált működési pontja a kompresszor mezőjének egy adott vonalán található, de amikor a pilóta a gázkar segítségével más kompresszorsebességet igényel, a szabályozásnak:
A sebességváltozások során a kompresszor működési pontja elhagyja a kompresszor mező stabilizált működési vonalát. Fizikailag az üzemanyag növekedése az égéstérben a levegő túlzott tágulását eredményezi, ami a kompresszor kompressziós arányának hirtelen növekedését eredményezi: a turbina által termelt munka gyorsabban növekszik, mint a kompresszor által elnyelt munka, a motor felgyorsul . A fordított akkor történik, ha kevesebb az üzemanyag, a motor lelassul.
A motor szabályozása tehát biztosítja a szükséges üzemanyagot a forgási sebesség, a nyomás és a turbószóró egyes pontjain mért hőmérséklet függvényében.
Korlátozások és tilalmakAz egyik működési pontról a másikra az eltér a kezdeti stabilizált görbétől, és korlátozásokkal áll szemben:
Ezeknek a veszélyes jelenségeknek a védelme érdekében a rendelet rendelkezik az üzemanyag-áramlás korlátozásával:
Az összes szabályozó a törvények kiszámítására szolgáló rendszerből áll, a másik pedig a végrehajtásukból (üzemanyag-áramlás és változó geometria). Ha az első turbógépek óta a végrehajtási rész alig változott (az ATAR101 SNECMA- ban 1949-ben létezett a "szabályozó-mérő szelep" rendszer ), akkor a számítási részben jelentős fejlődés történt.
1970-ig a törvények kiszámítását hidromechanikus rendszerek hajtották végre, karokat, bütyköket, aneroid kapszulákat, szervomotorokat, nyomáscsökkentőket stb.
Az 1970-es évektől kezdve az elektronika fokozatosan jelent meg, ez volt az "alacsony tekintélyű" vegyes számítástechnikai rendszerek korszaka, ahol a szabályozás törvényeit részben analóg elektronikus funkciók hajtották végre:
Az 1980-as évek közepe felé, a digitális technológia fejlődésével az első rendszerek megjelentek, ahol az adatfeldolgozáshoz kapcsolódó elektronika teljesen átvette a számítási funkciót, amely aztán nemcsak a szabályozási törvényekkel, hanem a motorvédelmi törvényekkel, az egész terület integrált karbantartásával és üzembiztonságával is foglalkozott. motor.
Az eredetileg hidromechanikus szabályozás az elektronika egyre fontosabb részével való keveredés felé fejlődött, és jelenleg úgynevezett "teljes hatósági" és "redundáns" rendszerek lesznek, ami a rendszer működésének teljes autonómiáját jelenti. kísérleti beavatkozás.
Technológiai evolúcióA teljesen hidromechanikus ATAR9C SNECMA motor folyadékolajjal történő szabályozása megelőzi az ATAR9K50 SNECMA motor szabályozását, amely változó szivárgásrendszerrel van felszerelve, amelyet a fúvóka hidromechanikai szabályozását vezérlő villanymotor vezérel. A Rolls-Royce / Snecma Olympus-593 Concorde motorokra az első analóg szabályozó rendszert telepítették.
Az SNECMA M53-5 motort "Full Authority Analogue" szabályozással, majd az SNECMA M53-P2 motort "Full Authority Digital" szabályozással látták el.
Az 1980-as évek közepe óta a Digital Full Authority Redundant szabályozás megkezdte a Pratt & Whitney PW2000 és a CFMI / CFM56 -A felszerelését . Ez a rendszer elterjedt minden méretű kereskedelmi repülőgépen. Ez a helyzet minden újabb katonai repülőgép esetében is.
Az étrend szabályozása CélA motor paraméterének szabályozásának az a célja, hogy elkerülje a túl- és az alacsony sebességet, miközben lehetővé teszi a kívánt tolóerő pontos szabályozását.
TörténelmiAz első előírások ugyanazon az elven működtek, mint az első gőzgépek gömbszabályozói. A paralelogramma deformációját, a sebesség függvényét használták az üzemanyag áramlására. A fojtószelep vezérlésével végzett művelet lehetővé teszi új sebesség-alapérték biztosítását a paralelogramma egyensúlyi pontjának módosításával.
Az ilyen típusú szabályozásnak kettős hátránya volt:
Kezdetben ezeket a hátrányokat kiküszöbölték a visszatérő lánc erősítésének korrekciójával barometrikus kapszulák és mechanikus lengéscsillapítók integrálásával annak érdekében, hogy fenntartsák a visszacsatolás erős növekedését. Ez a fajta szabályozás a Turbomeca Fouga repülőgépekre szerelt Marboré motorjaira lett felszerelve. E rögzítések ellenére a kar helyzetének gyors változtatása 4600 m felett tilos volt, a fent leírt hátrányok elkerülése érdekében.
Másrészt ez a rendszer lehetővé teszi a szabályozást gázkar nélkül. Ezt a folyamatot a Turbomeca TURMO IIIC4 készülékén használják, felszerelve az SA330 Puma-t. Ha a rotor sebessége (NR) állandó, a turbina forgási sebessége (mechanikusan kapcsolódik a rotorhoz) lehetővé teszi az NR változásának detektálását a kollektív hangmagasság parancs megváltoztatását követően. A turbina forgási sebességét (NTL) egy adagoló adagolórendszerre alkalmazzák, amely módosítja a Qc-t (üzemanyag-áramlást) annak érdekében, hogy az NTL állandó és ezért az NR állandó maradjon. Ez a rendszer utólagos szabályozást indukál . Ha a pilóta megváltoztatja a motor által leadott teljesítmény / a rotor által felvett teljesítmény egyensúlyát, a rotor fordulatszáma megváltozik, a szabályozás észleli ezt a változást és korrigálja az üzemanyag-áramlást a kívánt NR megtalálásához. Ez a szabályozás meglehetősen puha és mindig alapértelmezés szerint: amikor az NR csökken, a Qc megemelkedik, de nem elegendő az eredeti NR helyreállításához. Ezzel szemben, ha az Nr növekszik, a Qc csökken, de az új szabályozott Nr magasabb lesz, mint a régi. Ez a rendszer bevált és még mindig használatban van, mert nagy egyszerűséggel és ezért nagy megbízhatósággal rendelkezik, függetlenül minden elektromos forrástól.
Másodszor, a vezérelt paraméter már nem az üzemanyag-áramlás, hanem a levegő-üzemanyag keverék gazdagsága volt annak érdekében, hogy kiküszöbölje a nyomás és így a magasság hatását. Ehhez a szabályozáshoz bonyolultabb mechanizmusra volt szükség, amely lehetővé tette a gazdagság változásának magas és alacsony megállásának integrálását a kar sebességének korlátozásainak megszüntetése érdekében. Az ATAR SNECMA motorokat elsőként szerelték fel ezzel a hatékonyabb rendszerrel.
Az üzemanyag-áramlásból és a nyomásból származó gazdagság-paraméter hozzávetőleges ismerete javul a hőmérséklet-paraméter bevezetésével, majd a repülési viszonyokat (tengerszint feletti magasság, ütésnyomás) alkalmazzák a gazdagság felső és alsó megállóinak meghatározásához. Mindezek az információk elektromos formában jelennek meg az ATAR 9K50 SNECMA motorokon .
A kéttestű motoroknál csak az egyik karosszéria van szabályozva a sebességgel, a másik következik: például az F404-en "SEC" -ben a HP karosszériát vezérlik, míg a "PC-ben" az LP karosszériát.
FúvókaszabályozásHogy jöjjön fel.
Az utóégető, amelyet néha újrafűtésnek is neveznek, olyan rendszer, amelyet turbómotoroknál használnak, felszerelve katonai repülőgépeket és néhány szuperszonikusabb polgári repülőgépet a gázkibocsátás sebességének növelése érdekében, ami a tolóerő növekedéséhez vezet, lehetővé téve a repülés burkolatának kiszélesedését.
Az alapelv az, hogy a kerozint - a turbina után , ezért a „poszt” kifejezés - be kell fecskendezni a gázáramba, mielőtt az elhagyná a reaktor fúvókájának torkát. Ennek az üzemanyag-ellátásnak az elégetése az elsődleges égetés után még meglévő maradék oxigén felhasználásával történik.
Az utóégetés szerepeEgy turbógépben a fő égéstér hőmérsékletét korlátozzák azok az anyagok, amelyek a turbina fokozatát alkotják. A turbószóró által kifejtett tolóerő arányos a fúvóka kimenetének kilökési sebességével, amelyet maga a turbina kimenetén lévő hőmérséklet korlátoz. A turbina kimenete és a kilökő fúvóka közötti kilökési sebesség növelése érdekében üzemanyagot juttatunk a gázáramba, amely még egy oxigénmotoroknál még mindig oxigént tartalmaz a hűtéshez való hígítás miatt, vagy a kettős áramlású motoroknál a másodlagos áramlás nem vett részt az elsődleges égésben.
Ez a kiegészítő tápegység lehetővé teszi a repülési burkolat növelését és lehallgatási missziók engedélyezését. Bizonyos lehetőségek, például rövid futópálya felszállás vagy légi harci távolság lehetségesek ennek a felszerelésnek köszönhetően. Ez a fűtési rendszer eddig csak két polgári repülőgépet szerelt fel, a francia-brit Concorde-t és az orosz Tupolev Tu-144-et . Megmarad, hogy a turbina kohászati korlátai miatt is csak ideiglenesen használják, mert nagy az üzemanyag-fogyasztó, és lényegében a gyors harci repülőgépek kiváltsága.
TábornokA gáz fúvókán keresztül történő kibocsátásához elegendő, ha az áramlási irányban keletkező nyomása nagyobb lesz, mint a lefelé irányuló külső statikus nyomás. A kilökési sebesség a termelő nyomás növekvő függvénye az előáram és a nyomás közötti arány meghatározott értékéig. Ezen túl a kilökési sebesség állandó marad.
A fúvókán átáramló tömegáramnak és impulzusáramlásnak nincs korlátja, és a generáló nyomás növekedésével nő. A kilökési sebességhatár a gáz hőmérsékletétől függ: minél melegebb a gáz, annál nagyobb lesz a kilökési sebesség.
Ha a hőmérséklet emelkedik, egy adott generáló nyomásnál a kilökő tömegáram csökken, de a kilökődött lendület növekszik, és ezért a tolóerő növekszik.
Ennek eredményeként meg lehet növelni egy adott turbóhajtómű tolóerejét, amelynek maximális nyomása a teljes gáz „SEC” -et generálja a gáz melegítésével a kilökése előtt.
Ezt az újramelegítést utóégésnek hívják, vagy felmelegszik, és a motor működési pontja teljes gázzal "PC".
Sajátosságok ElőnyökEz technikailag egyszerű eszköz, mivel további mozgó mechanikus alkatrészek nélkül ez könnyűvé és mentessé teszi azokat a hőfeszültségeket, amelyek a motor többi részének vannak kitéve. Lehetővé teszi a turbómotor tolóerejének növelését [+ 50%] anélkül, hogy módosítaná annak méretét vagy a kompresszor működését. Szükséges eszköz a magas Mach eléréséhez, ha a fúvókát nem lehet tartósan a repülés jellemzőihez igazítani.
HátrányokA katonaság számára a „PC” jelentős infravörös aláírással rendelkezik, és egyértelműen növeli a motor fajlagos fogyasztását (CS kg / daN⋅h). A civilek számára a zaj és az SC jelentenek hátrányt.
Végül a látszólagos mechanikai egyszerűség nem zárja ki annak szükségességét, hogy változtatható nyakrészű fúvóka legyen, annak érdekében, hogy elkerüljük a kompresszor kimeneti nyomásának növekedését az újrafűtés előtt. Ez a nyomásnövekedés, az úgynevezett hőelzáródás a kompresszor leállását okozhatja.
Fokozott tolóerőA Vs sebességgel kilépő D gázáramhoz egy megfelelő Sc nyakú és S kivezető szakaszú fúvókából az aerodinamikai képletek azt mutatják, hogy a fúvóka kimenetén a Mach szám szigorúan kapcsolódik a nyak és a kimenet szakaszainak arányához is. mint az állandó nyomáson mért levegő fajlagos hőjének és az állandó térfogatú fajlagos levegő hőjének aránya (Cp / Cv).
A tolóerő arányos a fúvóka kimeneti Mach- jával és a vTt-vel (teljes gázhőmérséklet). Egy turbófúvókában, ahol az áramlási sebességet a kompresszor állítja be, ha a fúvóka geometriáját állandó értéken tartják, a tolóerőt kizárólag a gáz teljes hőmérsékletétől függik.
Ezután megkapjuk az egyszerűsített F ˜ vTt képletet
Példa: ha Tt = 1000 K , a száraz PG és ha Tt = 2000 K a PGpc akkor a tolóerő közötti arány PGsec és a PGpc van v2 = 1,414
A gázsebesség növekedéseA be- és kimenet közötti áramlási sebesség megőrzése, amely a gázok tágulásával társul hevítésével, a kimeneti nyílás sebességének növekedéséhez vezet, amely arányos a tágulási aránnyal, ha hengeres csatornát és szubszonikus áramlást alkalmazunk.
Ez egy olyan rendszer ( közlekedési repülőgépek , tartályhajók , stb ), amely felvértezi bizonyos harci repülőgépek, mint a Panavia Tornado vagy a Saab 37 Viggen, de főleg telepített polgári kereskedelmi repülőgépek látva reaktorok. Ezt a felszerelést, amely nem kötelező az ilyen típusú repülőgépeken, nem veszik figyelembe a repülőgép tanúsításakor.
Nagyméretű kereskedelmi vagy katonai repülőgépen ez egy olyan rendszer, amelynek célja a tolóerő előrehozása annak érdekében, hogy csökkentse a féktávolságot a leszállási szakaszban, miközben enyhíti a fő fékrendszert.
ElvA tolóirányváltó olyan eszköz, amely akadályt vezet be az áramlásba annak érdekében, hogy egy részét elterelje a gördülés irányába, és ezáltal negatív nyomást hozzon létre, amely hajlamos lelassítani az egységet a leszállás leszállását követő gördülési fázisban. fogaskerék érdekében, hogy csökkentsék a fékút alatt partra . Kettős áramlású motoroknál a megfordulás mindkét áramra elvégezhető, a kapott ellennyomás a másodlagos áramláson elért negatív és az elsődleges áramlási nyomás közötti különbség.
A tolatóeszközök általában csak a másodlagos áramlást terelik el.
TechnológiaTöbbféle invertert használnak, például:
Az invertert csak akkor lehet üzembe helyezni, ha a repülőgép a földön van, és a redundáns biztonsági rendszerek megakadályozzák annak repülés közbeni kinyílását vagy kiüresedését.
Az irányváltót speciális karok vezérlik, amelyek a fojtószelep vezérlőjéhez vannak felszerelve.
A leghatékonyabb katonai repülőgépek, különös tekintettel az elfogókra , a sugárfúvóka egy kormányozható eszközzel meghosszabbodik, amely lehetővé teszi a sugár elhajlását, és ezáltal a tolóerő irányát, hogy növelje a repülőgép manőverezhetőségét. Kétdimenziós (illetőleg háromdimenziós) tolóerőről akkor beszélünk, amikor a tolóerő egy (vagy két) irányú síkban van irányítva. Ezen szempont mellett lehetővé teszi a mozgást olyan környezetekben is, ahol nincs szükség a csűrőkre és a vezérlőfelületekre, vagyis nagyon nagy magasságban, ahol ritka a levegő .
Ezt az eszközt különösen orosz Sukhoï prototípusokkal ( SU-37 , MiG 1.44 és MiG-29 OVT ) és amerikai vadászgépekkel ( F-22 , F / B-22 Concept és JSF ) használják. A legújabb fejlesztés (2005) a Rockwell-MBB X-31 . A tolóerő a talaj felé is terelhető, hogy lehetővé tegye a függőleges felszállást és leszállást, mint a Harrier , az F-35 és a Yak-141 esetében .
A nacelle megnevezés azonosítja az összes burkolatot, amely körülveszi a motort és annak felfüggesztését a repülőgép szárnyáig vagy törzséig.
A nacelle fő funkciói a következők:
A turbó motorok általában egy segédmotor, a GAP ( kiegészítő tápegység ) vagy az APU ( kiegészítő tápegység ) segítségét igénylik . Ez egy kicsi turbinás motor, amely gyakran helikopteres turbomotorból származik és a repülőgép törzsében , gyakran a hátsó részén található, sűrített levegővel látja el a turbógépek pneumatikus indítóit is., Mint az elektromos energia a beindulás előtt. A GAP néha felhasználható hidraulikus előállításra, vészhelyzet esetén.
A GAP-ot a repülőgép elektromos akkumulátorai vagy külső tápegységei indítják el. A GAP is használható vészhelyzeti generátor, ha minden generátorok és generátorok a sugárhajtású vagy légcsavaros hatástalan. A legújabb vizsgálatokat sikeresen elvégezték hidrogén üzemanyagcellákkal, mint GAP-val. Ezek az eszközök könnyebbek és nem igényelnek légbevezetést, de drágábbak.
A turbóhajtómű fejlesztésével és tanúsításával kapcsolatos összes tevékenység célja annak demonstrálása, hogy amikor szolgálatba lép, megfelel az ügyfél, jelen esetben a repülőgép gyártója által előírt minőségi és biztonsági feltételeknek. A minőségi szempontot a fejlesztési tesztek fogják kezelni, míg a biztonsággal kapcsolatos kritériumokat a tanúsítási tesztek során értékelik.
A teljesítmény optimalizálását és a mérnöki adatok megszerzését célzó fejlesztési tesztek elsősorban a következőkre összpontosítanak:
Az új motor fejlesztésének biztosításához a 2000-es években szükség volt:
A repülőgépek hajtására szolgáló turbógépek fejlesztésének és gyártásának meg kell felelnie olyan szervezetek követelményeinek, mint a DGAC (JAR-E) Franciaországban vagy az FAA (FAR33) az Egyesült Államokban. Bizonyos gyártók, mint például a franciaországi Safran Aircraft Motorok és az Egyesült Államokbeli GE, együttműködnek a közös motorok terén, ami egyet nem értés esetén kötelezi őket a legszigorúbb előírások betartására.
A tanúsítás két fő szakaszban zajlik:
A motorgyártó szerződést köt a repülőgépgyártóval specifikációk formájában, amelyek meghatározzák és garantálják a repülőgépre telepítendő motor összes műszaki adatait. Ennek a szerződésnek két alapvető feltétele van:
A motor képességét, hogy megfeleljen a meghatározott tolóerő- és fogyasztási követelményeknek, a repülőgép-tanúsítási program mutatja be, amelynek fő szakaszai a motor számára a következők:
A különféle motorbeállításokat az üzemi sebességre (földi és repülési alapjáraton, felszálláson, emelkedőn, körutazáson) állítják be, és a repülőgépgyártó tolóerő-kérését az egész repülési burkolatban és a repülőgép minden változatában teljesítik.
Ez a folyamat három lépésben történik:
A motor által nyújtandó tolóerő értékelése annak a folyamatnak az eredménye, amely a repülőgépgyártónál piaci tanulmányokkal indul, amelyek célja a légitársaságok igényeinek meghatározása méret, tömeg, hatótávolság stb. Tekintetében . és amelyek a meghajtó egység tolóosztályának meghatározásához vezetnek.
A motorgyártó felajánlja a repülőgépgyártónak a motor matematikai modelljét, amely integrálja ipari tapasztalatait, az ügyfél igényeit és a verseny kínálta lehetőségeket. Ebből a modellből és számos felülvizsgálat után a motorgyártó és a repülőgépgyártó megállapodnak egy olyan szerződéses specifikációban, amely integrálja a tolóerő és a fajlagos fogyasztás garanciáit.
A motor teljesítményének bemutatása ATC nacelle földi tesztekMinden bemutató motort ( megfelelőségi motor ) ugyanazzal az ATC nacellával felszerelve tesztelnek egy nyitott próbapadon (a szabadban), ugyanazzal az eljárással, amelyet a jövőben gyártott motorok esetében kell végrehajtani:
ezek a tesztek szolgálnak alapul a gyártási motorok elfogadási határértékeinek megállapításához.
FTC földi tesztekA bemutató motorokat az FTC nacellával teszteljük , az ATC nacellével megegyező eljárással. A teszt eredményeit felhasználjuk:
A repülés tolóerejét azért számoljuk, mert nem tudjuk, hogyan kell mérni, és ehhez erősen műszerezett motorokra van szükség. Az elv az, hogy az Euler-egyenletre támaszkodva kiszámoljuk a motoron keresztüli lendületváltozást.
Miután a fúvókák együtthatóit modelltesztek segítségével meghatározták, és az FTC nacellával végzett talajvizsgálatok alapján meghatározták a motor előtti és utáni nyomáskorrelációt, a repülési tesztek stabilizált szinten (Drag = Thrust) folytatódnak különböző sebességeknél.
A repülés közbeni tolóerő számításából:
A repülési tesztek lehetővé teszik:
Ez a lépés lehetővé teszi a pilótarendszer létrehozását a légijármű-gyártónak eladott tolóerő-garancia vonatkozásában. Ehhez, ha a demonstrációs motorokat közepes sorozatú motoroknak tekintik (teljesítményükben), a repülési tesztek eredményeként kapott tolóerő / sebesség jellemzők ezt lehetővé teszik.
Ezek az átlagos jellemzők a következők:
Az SFC a hajtómű egységenkénti üzemanyag-fogyasztását jelenti, és a motor hatékonyságának értékelésére szolgál. Ez egy nagyon fontos tervezési kritérium, és egy motort úgy terveztek, hogy ezt a paramétert optimalizálják a legelterjedtebb repülési körülményekhez, általában az utazáshoz, vagyis 12 200 m és 0,8 Mach magassághoz .
A fajlagos fogyasztás képlete:
Az SFC és a fajlagos tartomány kapcsolataAz S / R kritérium lehetővé teszi a motor üzemanyag-fogyasztásának és a repülőgép légsebességének korrelálását annak érdekében, hogy lehetővé váljon a motor tolóereje és a repülőgép sebessége közötti megfelelés.
Az S / R képlete :
Az SFC definíciójából arra következtethetünk
A repülőgép finomsága az
Tudva, hogy stabilizált repülés esetén:
arra következtetünk, hogy a sík finomsága ekkor:
következtethetünk
és
akár állandó tömegnél és repülőgép sebességénél az SFC növekedése az S / R azonos sorrendjének csökkenését eredményezi
TechnológiaMagas hígítási arányú motorok esetében a termodinamikai ciklus jellemzői, amelyek befolyásolják az SFC- t:
Nyilvánvaló, hogy az egyes alkatrészek (kompresszorok, égéstér, turbinák stb.) Hatékonysága szintén befolyásolja az SFC-t .
SFC garanciaAz új motor SFC- szintjének kezdeti becslése egy elméleti modellen alapul, amely integrálja a motorgyártó tapasztalatait a már online modellekről. A repülőgépgyártóval aláírt garancia szintje számos olyan ismétlés csúcspontja, amely integrálja a verseny ajánlatait. A motorgyártó által eladott garancia szintjét a repülőgépgyártó felhasználja a légitársaságoknak kínált repülőgépek teljesítményének megállapításához.
A tolóerőhöz hasonlóan az SFC- garanciák bemutatását a demonstrációs motorral hajtott repülőgépek tanúsítási programja során hajtják végre. A repülési teszt eredményeit (tolóerő kiszámítása és az üzemanyag-áramlás mérése) használják az SFC kiszámításához , majd összehasonlítják az eredetileg eladott garanciális szintekkel.
A motorgyártó és a repülőgépgyártó megállapodnak a motor teljesítményszintjéről, amely meghatározza:
Az EQUIVALENT SPEC paraméterrel kiszámítják azokat a pénzügyi szankciókat, amelyeket a motorgyártónak a repülőgépgyártónak kell fizetnie az SFC-vel kapcsolatos garanciák hiánya esetén . Két lehetőség:
Az új SFC- szintet azon demonstrációs motorok átlagából határozzák meg, amelyekből levonják a repülés közben mért hiányt. Ezután kiszámítják az EQUIVALENT SPEC paramétert, amely a motorok helyzetének a talajra történő átültetése a kezdeti repülés közbeni garancia vonatkozásában.
A szériamotorok gyártását a hatóságokkal (FAA, DGAC stb.) És a repülőgépgyártókkal egyeztetett dokumentumokban meghatározott elfogadási teszt szankcionálja. Ezek a dokumentumok egyrészt a biztonsági és az üzembiztonsági szempontokkal foglalkoznak, másrészt nagyon részletesen leírják az átvételi tesztet, valamint az elfogadási határértékeket.
Ez a teszt, amely lehetővé teszi a motor összes verziójának validálását, amelyet maga csak az értékesítési verzióban szállít, két fő fázist tartalmaz:
A vizsgált motor teljesítménye nem közvetlenül összehasonlítható, mert ez a következőktől függ:
A motor teljesítményének szankcionálásához elengedhetetlen az ismert működési feltételek visszaállítása. Az alkalmazott módszer:
Ezeket a korrekciókat olyan szerződéses paraméterekre alkalmazzák, mint:
A próbapadon a motor teljesítményének ingadozása több eredetű, és nagyjából a következőképpen oszlik el 100% -os eltérésen:
Ez a korrekció lehetővé teszi a vizsgált motor tolóerő- és üzemanyag-áramlási paramétereinek értékét a normál környezeti nyomáson 1 013,25 hPa-ra történő emeléshez , hogy összehasonlíthassuk őket a repülőgépgyártónak eladott szerződéses határértékekkel.
Szobahőmérséklet-korrekcióEz a korrekció a motor és annak szabályozásának elméleti modelljéből kiszámított együtthatókkal befolyásolja a forgási sebességet, az EGT hőmérsékletét és az üzemanyag-áramlás paramétereit , amelyek környezeti hőmérsékleti körülményei a várható hőmérsékletek teljes tartományában változnak. elfogadási teszt.
Ezen együtthatók és ezért az elvégzett korrekciók minősége szorosan függ a meghatározásukhoz használt modell (motor + szabályozás) reprezentativitásától. A FAN letekerésének modellezése az LP karosszéria sebessége és a szabályozás által vezérelt változó rendszerek alapján döntő jelentőségű a kiváló minőségű elméleti modell (motor + szabályozás) megszerzésében.
Páratartalom-korrekcióA vízgőz jelenléte a levegőben megváltoztatja a motor teljesítményét, mivel a száraz levegő és a vízgőzzel töltött levegő közötti fajlagos hő különbség van, ami a teszt napján a teljesítmény korrigálását igényli. száraz levegő.
A tolóerőre, a fordulatszámra, az üzemanyag-áramlásra és az EGT paraméterekre alkalmazandó korrekciókat egy olyan motormodell alapján határozzuk meg, amelynek víztartalma 0% -tól telítettségig változik, a bemeneti hőmérséklet és a motor teljesítményének állandó megtartásával. A valódi tesztelés során előforduló különféle motorfordulatszám és belépő hőmérsékleti pontok egymás utáni átvizsgálásával meghatározzák azokat a különböző korrekciós tényezőket, amelyeket a motor paramétereire alkalmaznak a vizsgálat során mérendő páratartalom szintjének függvényében. " igazi teszt.
Kondenzációs korrekcióA környezeti hőmérséklettől és a motorteszt napjának páratartalmától függően a szívóhüvely lehet a kondenzáció helye, ha lokálisan a vízgőz parciális nyomása alacsonyabb lesz, mint a nyomás. Telített gőz: a jelenség exoterm , a víz feladja a hőt, ezért a környezeti levegő megnő a hőmérséklete. A ventilátorba való belépéskor kompresszió következik be, ezért megnő a hőmérséklet és a párolgás, amely energiát vesz fel a motorból. Ezt az energiaelvonást olyan korrekciós intézkedésekkel kell kompenzálni, amelyek csak a BP testének étrendjére vonatkoznak .
Tesztpad korrekciójaA lakott területek közelében végzett motorvizsgálatok ugyanolyan rendű zajszennyezést okoznak, mint a repülőtér megközelítési területei. A zajszennyezés szigorú korlátozását meghatározó jogszabályok arra kötelezik a sugárhajtómű-gyártókat, hogy tesztjeiket zárt padban végezzék. A zajt ezután korlátozza az aerodinamikai konfigurációjuk, amely a levegő be- és kilökő áramlását a falak akusztikus kezelésével felszerelt, függőleges be- és kimeneti konfigurációjú alagutakon keresztül irányítja. Sajnos a motor tolóereje már nem teljesen ugyanaz, mint a szabadban lévő próbapadon, azonos üzemanyag-áramlás érdekében, mivel a kipufogógáz-halmaz gázcsatornájának Venturi-hatásához kapcsolódóan továbbképzendő légáram energiát igényel a motort és a végeredményt számítással kell korrigálni a tényleges motor tolóerő elérése érdekében. A javítások a telepítéstől függően 3 és 10% közötti nagyságrendűek.
A levegő áramlási sebessége a motor bemeneténél a katonai motorok 80 kg / s- tól a nagy tolóerővel rendelkező szubszonikus motoroknál 1600 kg / s-ig változhat, ami a tesztektől függően nagyon változó indukált áramlási sebességet generál.
Ezután minden zárt próbapadhoz korrekciós tényezőt kell meghatározni a szabadtéri próbapaddal kapott teljesítmény-eltérések kiértékelésével, az összes tanúsítási tesztben használt referencia motorok felhasználásával. Ezt a korrekciós tényezőt alkalmazzák a zárt próbapadra továbbított minden egyes motorra. A korrekciós tényező meghatározására szolgáló vizsgálati fázist "padkorrelációnak" nevezzük. Ez a korrelációs szakasz csak akkor kötelező, ha a próbapad belső aerodinamikáját jelentősen módosítani kívánják.
A vizsgálati műszerek korrekciójaA vizsgálati mérési és ellenőrzési lehetőségek eltéréseket idéznek elő a motor reakciójában, és a végleges eredményekben ki kell javítani őket a tényleges motor teljesítményének elérése érdekében. A vizsgálati eredményekhez alkalmazandó korrekciós tényezőket egy motormodellből történő számítással határozzuk meg, amelynek működését műszerekkel és azok nélkül szimulálják.
Nacelle korrelációA gyártási vizsgálatokhoz használt nacellákat össze kell hasonlítani a tanúsítási vizsgálatokhoz használt demonstrációs motorok földi tesztjeinél használtakkal. Az elvégzett vizsgálatok eredményeként megfigyelt eltérések összehasonlító korrekciós tényezőket eredményeznek, amelyeket az egyes gyártási motorok vizsgálati eredményeire alkalmaznak.
A próbapadok teljesítménysodrásaA vizsgálati létesítmények lassú sodródásának meghatározásához monitorozási együtthatót kell meghatározni, amely magában foglalja a pad be- és kimeneti hőmérsékletét, valamint a vizsgálat során felhasznált üzemanyagot. Ezután meghatározzuk az elvégzett munka mennyiségét, és ha stabil, akkor ez azt jelenti, hogy a tesztpad nem fejlődik.
Referenciasebesség-számításokAmint az összes telepítési korrekciót elvégezték, a szerződéses motorparamétereket minden vizsgálati pontnál ki kell igazítani a repülőgépgyártónak eladott szerződéses BP sebességhez viszonyítva. Ezután a tanúsítási szakaszban a demonstrációs motorok talajvizsgálatai során elkészített interpolációs táblázatokat használják.
Az érintett paraméterek a tolóerő, az üzemanyag-áramlás, az EGT hőmérséklete és a HP sebessége kettős test esetén.
Referencia tolóerő számításokAz elv ugyanaz, mint a referenciasebességre való visszatérésnél, de csak az üzemanyag-áramlásról van szó (hasznos az SFC kiszámításához)
Motorvizsgálat elvégzése A műveletek időrendjeA motor próbapadra helyezéséhez végrehajtandó műveletek időrendi sorrendben a következők:
A motorteszt során a felelős személyzetnek:
Anomália esetén a motort nem szállítják az ügyfélhez, és egy kórházi láncba kerül annak értékelése érdekében; a gyártási tesztre való visszatérés a probléma teljes kezelése után történik.
Amint a motor eladta és megkapta a kezelő, annak élettartama megkezdődik, és a szárny alatti könnyű megelőző és gyógyító karbantartási műveletek, valamint a műhelyben végzett súlyos karbantartási műveletek szakítják meg annak érdekében, hogy lehetővé tegyék a használat időtartamát. évtizedekig.
Íme néhány definíció a motor működésével kapcsolatos néhány fogalomról
Hatékonyság és költségek
A hatékonyság ötvözi az anyag belső minőségét és a használati költséget, amely magában foglalja:
Biztonság és védelem
A biztonság kifejezi a berendezések képességét a névleges működés biztosítására. A biztonság a berendezés azon képessége, hogy ne okozzon kárt az emberekben.
Elérhetőség
A rendelkezésre állás (D) kifejezi azt a tényt, hogy egy berendezés egy adott pillanatban képes ellátni az összes olyan funkciót, amelyre tervezték.
Különbséget tesznek a látszólagos rendelkezésre állás és a tényleges rendelkezésre állás között. Mivel a teljes elérhetőség ellenőrzése általában nem lehetséges, csak a látszólagos elérhetőség érhető el.
A rendelkezésre állást a megfelelő üzemidő átlagának (MTBF: meghibásodás átlagos ideje) és a javításhoz szükséges idő átlagának (MTTR: Mean Time to Repair) átlagának figyelembevételével lehet értékelni.
A rendelkezésre állást tehát megbízhatósággal és a berendezés javítására szolgáló eszközökkel lehet elérni.
Megbízhatóság
A megbízhatóság egy berendezés azon képessége, hogy egy adott funkciót adott körülmények között, egy adott időtartamra teljesítsen. Ez tehát a problémamentes működés valószínűsége. Meghatározásához megkülönböztetjük az L (Lambda) és az MTBF (meghibásodás közötti átlagidő) meghibásodási arányt.
Az L károsodási arány az N populáció azon mintáinak százalékos aránya, amelyek az x egységidő alatt elbuknak.
N1 = minták a t időpontban és N2 = minták az időpontban (t + x)
Az MTBF a sebzési arány inverze:
A megbízhatóságot gyakran óránként meghibásodások számában fejezik ki, például 1,10-6, ami azt jelenti, hogy a hiba 1 millió üzemóra után következik be.
A berendezés károsodási aránya idővel változik, akár mechanikus, akár elektronikus alkatrészek esetében, három különböző időszak szerint:
Karbantarthatóság
A karbantarthatóság a berendezések működőképességének képessége. A karbantarthatóság összetevőit (működés, megbízhatóság, szétszerelés, tesztelhetőség stb.) Általában a berendezés tervezési szakaszában határozzák meg.
Karbantartás
A karbantartás meghatározható minden eszköznek és műveletnek, amely a berendezés üzemben tartásához szükséges.
A motor, modul vagy fontosabb tartozék eltávolítását 3 korlátozás indokolhatja:
Lehetséges
A nagyjavítások közötti potenciál (TBO = A felújítás közötti idő) az az időszak, amely megengedett, mielőtt egy motoron, modulon vagy fő tartozékon nagyjavításra lenne szükség.
A motor vagy modul potenciálját a támogató tesztek és tapasztalatok alapján határozzák meg. Általában üzemórákban, de ugyanezen elemek esetében meglévő naptári potenciálokban is kifejeződik években.
A potenciál egy kiterjesztési program tárgya lehet, amely a potenciál végéhez érő motorok szakértelmére épül.
A naptár korlátai
Ez az a maximális idő, amely rendelkezésre áll, miután egy általános felújítás vagy nagyobb javítás után visszatért a repülőgépre.
A felhasználás korlátai
Bizonyos elemek (pl .: csapágyak vagy fogaskerekek) esetében a használati határ órákban vagy ciklusokban van megadva, függetlenül a motor potenciáljától.
Potenciális számláló
Bizonyos szabályozó és ellenőrző számítógéppel felszerelt motoroknál elérhető egy potenciálszámláló funkció.
Ez a funkció figyelembe veszi a motor fordulatszámát és a turbina hőmérsékletét a szárny alatti működés során annak érdekében, hogy kiszámítsa a forgó egységek fáradtságát.
Korlátozott élettartam
Néhány motoralkatrész megengedett használati idővel rendelkezik, mielőtt visszavonják őket a forgalomból.
Ezt az élettartamot számítások és támogató tesztek határozzák meg. Üzemórák számában és ciklusokban van kifejezve (1 ciklus = 1 indítás, 1 indítás, 1 leállítás).
Szolgálati közlemények
A berendezés minden módosítását az alkalmazás módjai és a sürgősség mértéke szerint osztályozzák. Ezek a változtatások lehetnek opcionálisak, ajánlottak vagy kötelezőek.
Minden módosítás a gyártó által kiadott és a Hivatalos Légügyi Szolgálat által jóváhagyott szerviztájékoztatók tárgyát képezi.
Működés közben a légitársaságok a gyártók ajánlása alapján hajtják végre a vezetési eljárásokat és a motor tolóerő-szabályozását annak érdekében, hogy a lehető legkisebb teljesítményromlás érhető el, hogy az elvégzendő karbantartási műveletek egy adott időszakban a lehető legkisebbek legyenek.
A motor teljesítményének valós idejű felügyeletét a repülőgép által az egyes repülések során küldött adatok feldolgozása biztosítja.
Számos korlátozás, amelyek némelyike az egyes motortípusokra jellemző, megköveteli az üzemeltetés ellenőrzését és bizonyos alkatrészek korlátozott élettartammal történő cseréjét.
Vezetési eljárásokA motor működési eljárásait hivatalos dokumentáció (felhasználói kézikönyv, repülési kézikönyv stb.) Határozza meg. Különbséget tesznek az úgynevezett normál vezetési eljárások és a vészhelyzeti eljárások között.
Meghatározzák a vezetési műveleteket a különböző működési fázisokban: beindítás, bekapcsolás, vezetés repülés közben, a motor leállítása, újbóli gyújtás, szellőzés stb. A ciklus fázisaiban, ahol a motor által igényelt teljesítmény a legnagyobb a gazdasági szempontból szükséges menedzsment hangsúlyozása. Kidolgozták a felszállási nyomáscsökkentési eljárást , amelyet következetesen alkalmaznak, amikor csak lehetséges.
Meghatározzák a vezetési műveleteket rendkívüli körülmények között: a motor leállítása repülés közben, a rendszer meghibásodása, a tűz stb., Lehetővé téve a maximális biztonság fenntartását az utasok számára romlott üzemmódban.
Löketcsökkentés a felszállásnál BevezetésMinden kereskedelmi szállító repülőgépet túlzott nyomóerővel rendelkező motorral építenek, hogy megfeleljenek a tanúsítási követelményeknek. A repülőgépgyártó és a motorgyártó repülőgép-összeállítást és motort állít elő a legsúlyosabb körülményekre (maximális terhelés, meleg nap, nagy magasság stb.), Amelyek a neki kijelölt feladatok során előfordulhatnak.
Ezért a repülőgép használatának legtöbb körülményében nagy a tolóerő-tartalék, amelyet nem célszerű használni. A felszállás során fel nem használt tolóerő-tartalékot DERATE -nek hívják, és leggyakrabban a motor által nyújtott maximális tolóerő% -ában fejezik ki.
Ez a tartalék a maximális tolóerő több mint 25% -át elérheti a repülőgép / motor kombinációjától és a napi felszállási körülményektől függően.
A tolóerő operatív irányításaA motorok mechanikai kopás miatt romlanak, és az ebből eredő termodinamikai hatások befolyásolják a hatékonyságot és a tömegáramot. A maximális tolóerővel történő működésnek nincs hatása a tolóerőre, de hozzájárul az EGT margó jelentős csökkentéséhez. Ennek közvetlen következményei vannak az üzemanyag-fogyasztás romlására és a szárny alatti élettartamra.
Ezekből a megfigyelésekből a gyártók prioritásként dolgozták ki a tolóerő csökkentését vagy csökkentését a felszállási szakaszban, amely abból áll, hogy csak a nap körülményei által megkövetelt tolóerő-szintet használják mindaddig, amíg a maximális felszálló terhelést nem érik el.
A hasznos tolóerő csökkenése a felszállásnál (lásd: utazási szintre emelkedés) szintén pozitív hatással van a repülés biztonságára, mivel csökkenti a motor idő előtti kopása által okozott meghibásodás valószínűségét, ha azt gyakrabban hajtják végre ciklusokkal (felszállás, mászás, körutazás, tartás, leszállás) és maximális tolóerővel a ciklus bizonyos szakaszaiban.
Felszállás közbenA kereskedelmi repülőgép felszállása kodifikált eljárást követ, ahol az alábbi jellemzők:
figyelembe veszik a motorok felszálláskor történő beállításakor. A megengedett legnagyobb tolóerő szélsőséges hőmérsékleti körülmények között korlátozza a maximális felszállási súlyt, és kedvezőbb körülmények között a maximális tolóerőt nem használják, ebben az esetben a kifutópálya hosszát szélesebb körben használják.
A csökkentett tolóerővel történő felszállás koncepcióját azért fejlesztették ki a gyártók, mert egy flottán statisztikailag kimutatták a szoros kapcsolatot a feltétlenül szükséges szintre eső tolóerő csökkentése és a szárny alatti élet várható elvárásai között. . Kiderült az is, hogy ennek pozitív hatása volt a fenntartási költségekre.
A következő szempontok és koncepciók teszik lehetővé a gazdasági célkitűzés elérését célzó működési eljárások kialakítását:
Az EGT-hőmérséklet (kipufogógáz-hőmérséklet) a turbina belépő hőmérséklete vagy annak képe, mivel a nagyon magas hőmérséklet miatt a szondákat gyakran lefelé, egy hűvösebb zónába helyezik.
A felszállási EGT-különbség a tanúsított legnagyobb és a legnagyobb érték, amelyet a motor a teljes nyomás és teljesítmény függvényében el tud érni, a napi nyomás és hőmérsékleti viszonyok alapján. Ez a különbség, amely egy motor számára élettartama kezdetén jelentős, hajlamos arra, hogy nagymértékben csökkenjen, amíg el nem éri azt a határértéket, amely eltávolítást igényel, és elmegy a műhelybe a forró alkatrészek megmunkálására.
Ennek a paraméternek a romlási üteme határozza meg a szárny alatti üzemidőt és ezért a vállalat óránkénti költségét.
Bizonyos motorok szabályozása lehetővé teszi az állandó tolóerő nyomásának fenntartását a környezeti hőmérsékleti tartományban, miközben megnő az EGT hőmérséklete, és ez egészen a környezeti levegő hőmérsékletének határértékéig meghaladja a tolóerőt, miközben az EGT hőmérsékletet tartja. állandó.
A motor maximális tolóereje olyan jellemző, amely jellemző rá, de ennek ellenére függ a nap körülményeitől (hőmérséklettől és nyomástól), és amely egy olyan maximális EGT-hőmérsékletre vonatkozik, amelyet a gázgenerátor nem haladhat meg károsodáskor.
A felszálláskor alkalmazott légkondicionáló opciók (légtelenítések) használata befolyásolja az EGT hőmérsékletét. Ennek az opciónak a használata felszálláskor, ami növeli az üzemanyag-fogyasztást, megnöveli az EGT hőmérsékletét ugyanazon a kért tolóerő esetén.
Csökkentési koncepcióA felszállás tolóerejének csökkentése két módszerrel érhető el:
A motor minden alkatrészét és alkatrészeit a kapott stresszszintnek kell kitennie:
Ez kétféle erős mechanikai, termikus és aerodinamikai igénybevételt eredményez:
Nem minden motoralkatrészre vonatkoznak ugyanazok a korlátozások, így a tolóerő csökkentésének előnye nem mindegyik esetében azonos.
KorlátozásokA motort úgy tervezték, hogy a gyártó által meghatározott bizonyos határokon belül működjön: repülési burkolat, sebesség, hőmérséklet, nyomás, terhelési tényezők, idő stb.
A motort úgy tervezték, hogy egy meghatározott nyomás- és külső hőmérséklet-tartományban működjön, a jövőbeni működési feladatainak megfelelően.
A repülési magasság határozza meg a levegő sűrűségét és ennek következtében a motorba beáramló áramlási sebességet, amely áramlási sebesség befolyásolja annak teljesítményét.
A repülőgép sebességének növekedése, amely növeli a motor meghajtási hatékonyságát, hajlamos arra, hogy csökkentsék a tolóerőt, mindaddig, amíg ez nem elegendő a belépő levegő áramlásának növekedéséhez az erőátadás hatására.
Az oltás utáni újragyújtás repülés közben csak bizonyos repülési körülmények között lehetséges (magasság, sebesség stb.).
A motor különféle forgó részeinek fordulatszámát amplitúdó és időtartam korlátozza, hogy megvédje a gép integritását és életet biztosítson a szárny alatt, amely kompatibilis a működéssel.
A határokat a forró alkatrészek és különösen a turbinapengék ellenállása szabja meg. Számos korlát lehet: indulás előtti maradék hőmérséklet, indításkor maximális hőmérséklet, repüléskor maximális hőmérséklet stb.
A nyomás, a hőmérséklet és a fogyasztás határai képviselik őket; Példák: maximális olajnyomás, minimális olajnyomás, maximális olajhőmérséklet, minimális olajhőmérséklet az indításhoz, maximális olajfogyasztás ...
Általában a minimális és a maximális hőmérsékleti határok, és egyes esetekben a nyomáshatárok képviselik ...
Áramkör feszültséghatárai, fogyasztási határai, mintavételi határértékek ...
Bizonyos számú korlátozás társul a motor beindításához: indítási tartomány, paraméterhatárok (hőmérséklet, sebesség stb.) És időhatárok (indítási idő, maximális szellőzési idő, stabilizálási idő a megállás előtt, az idő automatikus forgatása megálláskor ... ).
Levegő mintavételi határértékek, rezgéshatárok, terhelési tényezők határértékei ...
MeghibásodásokÜzem közben a turbóhajtók bizonyos számú hibás működést mutatnak, amelyek többé-kevésbé komolyan veszélyeztethetik a repülés biztonságát. Ezek a rendellenes műveletek különféle típusúak lehetnek, különböző okokkal és többé-kevésbé fontos következményekkel járhatnak.
A rendellenes működést okozó problémák lehetnek szivárgások (levegő, olaj, üzemanyag), a rendszer és a tartozékok meghibásodása, kavitációs jelenségek a nagynyomású áramkörökben. Az okok lehetnek emberi (karbantartás), technológiai (a vártnál nagyobb degradáció), külső (villámcsapás, ütés).
A következmények a felszállás késésétől a repülés közbeni motor leállításáig terjednek (a személyzet dönti el vagy sem). Nyilvánvaló, hogy az előbb a gyártó és az üzemeltető által hozott összes intézkedés hozzájárul az üzemeltetési meghibásodások számának jelentős korlátozásához és a következmények korlátozásához, hogy az utasok élete ne kerüljön veszélybe.
A szivárgásokA levegő, az üzemanyag és az olaj szivárgása a "motor" meghibásodásának egyik fő oka:
A szivárgások túlnyomó részét rosszul sikerült karbantartási művelet okozza:
A szivárgások főleg a szerelvényeken vagy a cső repedése következtében jelentkeznek rezgésfáradás vagy súrlódás okozta kopás miatt.
Az üzemanyag és az olaj közötti áramkörök közötti szivárgásnak súlyos következményei vannak, amelyek a motor tüzéhez és a belső részek tönkremeneteléhez vezethetnek (például az LP turbina kifutása és a tárcsák felszakadása).
Rendszerek és tartozékok meghibásodásaTervezése szerint a rendszer és a tartozékok meghibásodása általában a motor meghibásodásához vezet, másodlagos károsodás nélkül, vagy akár működési hatás nélkül.
Az ilyen jellegű kudarcok felelősek a járatok szinte minden késéséért és törléséért, valamint a repülés közbeni megállások (IFSD) nagy részéért.
Ezeket a hibákat általában kijavítják a motor eltávolítása nélkül, mivel e rendszerek alkatrészei és tartozékai felcserélhetők a szárny alatti motoron (vezetékcserélhető egység).
Olajkör meghibásodásokAz olajkör a repülés közbeni motorleállások többségének oka a legénység által. Ez a következő módon nyilvánul meg:
Több oka lehet:
Az "olajkör kokszolásának" nevezett sajátos hiba, amelynek eredete az olaj termikus lebomlása, többé-kevésbé vastag lerakódások kialakulásához vezet, többé-kevésbé nagy mennyiségben a csövekben és a fúvókákban. Ez a jelenség figyelmeztetés nélkül a csapágy meghibásodásához vezethet.
Üzemanyaggal kapcsolatos bontásokA turbó motorokat olyan polgári (ASTM vagy IATA) vagy katonai (MIL, AIR stb.) Előírásoknak megfelelő üzemanyagok számára tervezték és tanúsították. Ezek a specifikációk korlátozzák bizonyos fizikai vagy kémiai jellemzőket, de másokat különösebb korlátozás nélkül hagynak.
Ennek eredményeként következik, hogy az üzemanyagok, még ha tökéletesen megfelelnek ugyanazoknak az előírásoknak, minőségi különbségeket mutathatnak, amelyek néha a motor hibás működését okozzák.
Úgy látjuk, hogy az üzemanyagnak jelentős számú fizikai és kémiai jellemzője van, amelyek közvetlen vagy közvetett módon befolyásolják a turbó motor megfelelő működését. Lássuk most az üzemanyag-rendszerrel kapcsolatos motorhibákat, amelyek főleg következményekkel járnak:
Úgy látjuk, hogy az alkalmatlan üzemanyag használata több olyan meghibásodás forrása lehet, amelynek következményei lehetnek a repülés biztonságára.
Valódi vagy feltételezett motorhibákAz indító rendszer valódi hibák forrása, amely befolyásolja a motor beindulását és integritásának fenntartását az első forgási fordulatoktól kezdve. A leggyakoribb okok a következők:
Ezeken az indító rendszerhez közvetlenül kapcsolódó okok mellett vannak olyan lapátok vagy turbina tárcsák törései, amelyek a szerelvény forgásához kapcsolódnak a gyorsított fáradtság eredményeként a korlátozott élettartamú vagy FOD alkatrészeken.
A légtelenítő rendszer a motor meghibásodásainak forrása is az alábbiak következtében:
A tolóirányváltó egyes szakaszokban erőteljesen megbüntetheti a repülés biztonságát azáltal, hogy idő előtt kiiktatja, vagy egy vagy több mozgatható fedél elvesztésével a kiállítási löket végén a megállók meghibásodása miatt.
A megalapozatlan és ellenőrizhetetlen pilóta riasztást követő egyes úgynevezett feltételezett hibákhoz a motor ellenőrzött leállítását kell megkövetelni. Ezeknek az információknak, amelyeknek nincs érzékeny megnyilvánulása, például rezgés vagy motor tüze, a pilótának meg kell bíznia a műszerekben.
A motor irányításához a legfontosabb riasztások a következők:
A pilóta által elrendelt motor leállítása egy rossz riasztási jelzés után a motorhiba egyik formája, mert következményekkel járhat a repülés biztonságára.
Elektromágneses interferenciaAz elektronikus szabályozás érzékeny az elektromágneses mezőkre, a spektrumtól és a kibocsátott teljesítménytől függően. A két fő sugárforrás a villám és a mesterséges sugárzás, például az elsődleges radarok és a rádiófrekvenciás adók sugárzása.
A villámlásnak két fő hatása lehet:
Az elektromágneses sugárzás mesterséges kibocsátása zavarhatja a vezetékeket és az elektronikus számítógépeket is, ha az interferenciavédelem hibás.
Az elektromágneses sugárzás mesterséges kibocsátása ellen a biztosított védelem elegendő, ha a pajzsok hatékonyak és a rendszerek robusztusak az adatok megváltoztatására.
A természetes sugárzások, például a nagy teljesítményt elérő villámok ellen a védelem csak fizikai lehet, mivel a villámimpulzus nagyon rövid, ezért kevés esélye van a rendszerek által továbbított információk megváltoztatására.
Végül a kockázat az, ha olyan teljesítménykibocsátással találkozunk, amely meghaladja a tervezésnél figyelembe vett szintet.
VillámcsapásA cumulonimbus típusú felhőkben kialakuló intenzív elektromos mezők okozzák a villámokat és a villámcsapásokat, amikor síkok haladnak át rajtuk. Hosszúkás alakja miatt a repülőgép felerősíti az elektromos teret a végein, a cella az orr és a farok közötti potenciális különbség helyévé válik, amely több tízmillió voltot érhet el. A gyújtási feszültségek elérésekor az első elektromos ív elindul a repülőgép orrától a felhő alapja felé, néhány másodperccel később pedig egy második ív indul a repülőgép farkától a felhő teteje felé.
Ebben a pillanatban egy rövid, néhány tízmikrosodperces impulzusokból és több százezer amperes erősségű elektromos áram halad át a törzsén a bőre külső részén. Az utastér belsejét a fémtörzs Faraday-hatása védi, az utasok csak a közeli levegő ionizálásának fényhatásait láthatják.
A villámáram azonban közvetlen és közvetett hatással lehet a repülőgépre és a motorokra. A közvetlen hatásokat az áramimpulzusok között fennálló állandó áram okozza, míg a közvetett hatásokat a nagyon nagy intenzitású áramimpulzusok okozzák.
A közvetlen hatások mechanikai károsodások, például:
A közvetett hatások olyan elektromágneses zavarok, amelyek összefüggenek azzal a ténnyel, hogy a villámáram egy antennához hasonlítható, amely két egymásra merőleges mezőt sugároz, és terjedésük irányába.
Az impulzus jellegű villámáram által gerjesztett elektromágneses mező változó intenzitású rádióemissziós spektrumra bomlik, a frekvenciákkal fordított arányban, ami megmagyarázza a hosszú hullámú vevők parazita kisüléseit és a rövidhullámú receptorok zavarásának hiányát. .
Ez a rádióelektromos emisszió képes parazita áramokat indukálni az elektromos kábelekben, ha azokat megfelelő árnyékolás nem védi kellőképpen. Ezek a parazita áramok okozhatják az elektronikus vezérlőrendszerek meghibásodásait.
A motor működésének figyelése repülés közbenA biztonságos pilótázáshoz szükséges motor működési paramétereket visszaküldik az utastérbe, de nem célja a kiszámítható karbantartás lehetővé tétele repülés közben vagy a repülés befejezése után.
Ki kellett dolgozni azokat a technikai eszközöket, amelyek a lehető legszigorúbban figyelemmel kísérték a motor átlagos üzemi ponttól való eltéréseit a repülés különböző fázisaiban (felszállás, emelkedés, körutazás, süllyedés).
Ez az üzemmód lehetővé tette a potenciális kudarcok előrejelzésének képességének növekedését azáltal, hogy lehetővé tette a tényleges kudarcok felé való haladásukat.
Ennek az eljárásnak az azonnali előnye volt a repülésbiztonság növelése és a szárnyak alatti élet optimalizálása a betétek jobb kezelése révén.
Célok és módszertanA szárny alatt üzemelő motor kereskedelmi üzemeltetési fázisainak ellenőrzésének fő céljai a következők:
A módszertan a következőkön alapul:
A turbojet gázgenerátorának termodinamikai ciklusának hatékonysága csökken, ha használat közben vagy hirtelen meghibásodás közben romlik. A kopáshoz kapcsolódó hatékonyságcsökkenés növeli az üzemanyag-fogyasztást és a hőmérséklet emelkedését ugyanazon motorfordulatszám mellett, vagy az azonos tolóerő fenntartása érdekében.
Az EGT hőmérséklete tükrözi a forró alkatrészek lebomlási sebességét, és ennek nyomon követése minden szárny alatti motor esetében lehetővé teszi:
Az EGT-árrés romlásának befolyásoló tényezői a következők:
A repülés során megfigyelt paraméterek a repülőgép rendszeréből és a motorból származnak. Három kategóriába sorolják: kötelező, ajánlott és választható.
A repülés során rögzített fő paraméterek listája:
A működési feltételekkel kapcsolatos legfontosabb paraméterek:
Annak érdekében, hogy a megfigyelt paramétereken olyan eltéréseket lehessen elérni, amelyeket a repülőgép-motor rendszer működése a lehető legkevésbé szennyez, előzetes megszerzési kritériumokat kellett meghatározni.
Főként ezek a kritériumok:
Automatikus felvételnél a következő feltételeket kell fenntartani legalább 12 másodpercig:
A kézi felvételnél az utazási viszonyok stabilizálása több mint 5 percig szükséges
Beszerzési kritériumok a Take OFF oldalonA felszállás a repülés olyan szakasza, amely nagyon erős hő- és mechanikai korlátozásokat ró a motorokra. Ez egy átmeneti repülési szakasz, amely a felszállás után visszahat (pl. A turbina tárcsák a motor csökkentett teljesítményű visszatérése után néhány perccel tovább bővülnek), amely a paraméterek megszerzéséhez megköveteli a következő óvintézkedéseket:
A repülés közbeni üzemfigyelés fő célja egy motor eltávolításának előrejelzése a repülés megkezdése előtt, vagy egy olyan repülés során előrelátható hiba megállapítása, amely nem teszi lehetővé a küldetés befejezését a tervezett körülmények között, vagy ami még rosszabb, ami megkérdőjelezi a repülésbiztonság.
Az elv az, hogy a repülés során mért teljesítményt össze kell hasonlítani egy olyan adatbázissal, amely összefoglalja a figyelembe vett motortípus átlagos jellemzőit.
A repülési adatok és a várható értékek közötti megfigyelt különbségek lehetővé teszik az adatbázisban található eltérések kiszámítását a repülés üzemi feltételeinek (magasság, mach, TAT, légkondicionáló légtelenítő hatások) integrálásával.
Az olajnyomás speciális ellenőrzése lehetővé teszi a csapágy lehetséges hibáinak korai felismerését.
Ez a monitorozás lehetővé teszi a kétmotoros repülések (ETOPS) összefüggésében annak megállapítását is, hogy az EGT margók és a kompresszor sebessége akkor elegendő-e a küldetések biztosításához. Ezektől a paraméterektől való eltérés lehetővé teszi az utazási határértékek beállítását.
Három karbantartási módot különböztethetünk meg:
Az ilyen üzemmódok egyikének vagy másikának a motor egy vagy több elemére történő alkalmazásának választása a motor fő funkcióinak előzetes elemzéséből, a megbízhatósági vizsgálatok, az egyes vizsgálatok és a motoron szerzett tapasztalatok előzetes elemzéséből származik. üzemidő.
A karbantartási műveleteket a motorra vonatkozó dokumentáció írja le:
Karbantartás határidővel
Ebben a karbantartási üzemmódban az elemeket egy meghatározott határidőn belül rakják le, és felülvizsgálják, ha van még fennmaradó élettartamuk, vagy visszavonják a szolgálattól, ha elérik az élettartam korlátját.
Állapotfüggő karbantartás
Ez abból áll, hogy a karbantartási eljárásokat az elemek állapotának megfelelően hajtják végre, és ezért figyelemmel kísérik az érintett alkatrészek lebomlását annak érdekében, hogy meghatározzák a beavatkozást a megfigyelt hibára tekintettel. Ez olyan monitorozási eszközöket igényel, mint például az olaj kémiai elemzése vagy szemrevételezés endoszkópos módszerrel.
Karbantartás viselkedésfigyeléssel
Ez a típusú karbantartás a motor működésének bizonyos jelentős paramétereinek állandó megfigyelésén alapul annak érdekében, hogy lehetővé tegye a rendellenességek korai felismerését és a megfelelő karbantartási eljárások alkalmazását a hiba bekövetkezte előtt.
Karbantartási szakaszok
A karbantartást több szakaszra bontották, meghatározva a beavatkozás nehézségeit, a beavatkozás elvégzéséhez szükséges időt, valamint a logisztikai és jogszabályi szempontokat.
A szinteloszlás gyakori példája:
Főként kétféle karbantartás létezik:
Megelőző karbantartás
A megelőző karbantartás magában foglalja azokat az eljárásokat, amelyeket szisztematikusan el kell végezni a motor optimális biztonsági körülmények között történő üzemben tartása érdekében.
A karbantartási program magában foglalja az úgynevezett megvalósítási eljárásokat, mint pl
Javító karbantartás
A javító karbantartás magában foglal minden olyan eljárást, amelyet baleset, meghibásodás, meghibásodás, stb. Esetén kell végrehajtani. A korrekciós intézkedéseknek lehetővé kell tenniük a motor lehető leggyorsabb újbóli üzembe helyezését. A javító karbantartás magában foglalja a hibadiagnosztikát, a funkcionális ellenőrzéseket, az állapotellenőrzéseket, az elemek eltávolítását és felszerelését, beállításokat stb.
Karbantartási eljárásokAz egyes motorokra jellemző karbantartási eljárásoknak vannak bizonyos közös részei, például:
Karbantartási eljárások végrehajtása
Megemlíthetjük a szokásos óvintézkedéseket, például:
Végrehajtási látogatások
A rutin karbantartási program részét képezik. Megkülönböztetünk:
Általánosságban szemrevételezéses ellenőrzésre korlátozódnak, különös tekintettel a levegő beömlő és kipufogó rendszerére.
Ezek egy adott útvonalon zajlanak, amely lehetővé teszi az elemek maximális számának ésszerű módon történő ellenőrzését.
A vezérlés rögzített pontja
Ez a rögzített pont a szárny alatt lévő motorral készül. Célja a motor teljesítményének és mechanikai integritásának ellenőrzése. Rendszeres időközönként vagy elemcserét követően vagy egy hibaelemzést követően hajtják végre. Bizonyos esetekben egy vagy több repülési teszttel egészítik ki. Gazdasági okokból megpróbálják csökkenteni a rögzített pontok időtartamát és számát.
Egy rögzített pont során meg kell tenni a klasszikus telepítési óvintézkedéseket; a motor állapotának felmérésére használt különféle motorparamétereket rögzítik és rögzítik az erre a célra készített lapon.
Időszakos látogatások
Ezek karbantartási látogatások, amelyeket rendszeres időközönként el kell végezni. Számos beavatkozást tartalmaznak, például:
Az időszakos látogatás általában kiegészül egy fix ponttal. Gyakoriságuk, amely a felszereléstől függ, néhány óra vagy tíz óra (például: látogatás 25 - 50 - 100 - 300 óra).
A látogatások "blokkolt" vagy "elterjedt" módon hajthatók végre.
Az úgynevezett "blokkolt" látogatások megfelelnek egy adott típusú látogatás összes műveletének a megadott határidőn belül. "Fokozatos" (vagy progresszív) látogatások esetén a készüléket nem rögzítik rögzített időpontokban. Kihasználjuk a tevékenység nélküli időszakokat, hogy fokozatosan elvégezzük az összes műveletet, ugyanakkor tiszteletben tartjuk az egyes beavatkozások típusainak időtartamát.
A karbantartási módszer (blokkolt vagy progresszív) megválasztása a felhasználó kezdeményezésére marad, a rá jellemző kritériumok alapján.
Az alábbi nem teljes lista ötletet ad arról, hogy mit lehet elérni:
Vezérlők
A karbantartási tevékenységet számos funkcionális vagy állapotellenőrzés is jellemzi.
Az alábbiakban felsoroljuk néhány tipikus vezérlőt:
Tárolás
Ha valamilyen oknál fogva a motort nem kell egy bizonyos ideig működni, akkor a tárolásnak nevezett eljárás alkalmazásával védeni kell a korróziótól.
Ez az eljárás a motor helyzetétől (a repülőgépre telepítve vagy sem) és a tervezett leállástól függ.
Általánosságban elmondható, hogy a motor üzemanyag és olaj keverékével történő járatásával jár, miközben a tároló olajat a levegő beömlő nyílásába permetezik. Ennek a rögzített tárolóhelynek a végén az összes nyílás el van zárva, és a motort bármilyen eszközzel (ponyva, motorháztető stb.) Védik.
Hosszú távú rögzítés vagy szállítás céljából a motort eltávolítják és egy speciális tartályba helyezik, amely gyakran nyomás alatt van, és szárítószerekkel van ellátva.
Az időszakos tárolási ellenőrzéseket a karbantartási utasítások írják elő.
Megjegyzés: A szállítással kapcsolatban óvintézkedéseket kell tenni, hogy ütközés vagy túlzott rezgés ne károsítsa a motorokat.
Kompresszor mosás
A motor idő előtti eltávolításának okai között viszonylag gyakoriak azok, amelyek a kompresszor erózióval vagy korrózióval járó károsodását okozzák.
Valójában a légáram (különösen a kompresszor) olyan levegővel dolgozik, amelyet eróziós vagy maró elemekkel lehet betölteni. Például erózió homokos légkörben, korrózió sós légkörben. Ezenkívül a szivárgásokkal való egyesítés eltömődést okoz, ami csökkenti a teljesítményt.
A motor mosásához víz és tisztítószer keverékét permetezik a levegő beömlő nyílásába. Ezeket a tisztítási eljárásokat megelőzésként, vagy ha a motor szárny alatti ellenőrzése során a teljesítmény csökkenését észlelik.
A motor karbantartási kézikönyve tartalmazza a karbantartási műveletek elvégzéséhez szükséges összes információt, amelyekről emlékezni kell, hogy nagyon fontosak a folyamat gyakran visszafordíthatatlan kibontakozásának (szennyeződés vagy korrózió) megelőzésére.
Eljárás idegen testek lenyelésére
Akár repülés közben, akár földön, a motor különféle tárgyakat képes elnyelni a légáramlásban, amelyek károsíthatják a kompresszort és a turbina lapátjait. A motor tanúsítottan képes tartani magát kalibrált madarak, apró jégesőkő vagy víz befecskendezése esetén felszállás és leszállás közben.
A földön leggyakrabban a levegőbemenet közelében és a repülés során hagyott tárgyakról van szó, leggyakrabban a madarakkal való találkozásról. Idegentestek lenyelése többé-kevésbé súlyos károkhoz vezethet, amelyek jelentős rezgéseket, csökkent teljesítményt és akár a motor leállítását is eredményezhetik.
Lenyelés esetén tanácsos ellenőrizni a légáramot, különösen a kompresszor (ok) és a turbina (k) lapátjait. A karbantartási megoldás ezután a rendellenesség mértékétől és a motor típusától függ.
Eltávolítási és telepítési eljárásokA cserélhető motoralkatrészek között vannak azok, amelyek online (szárny alatt) cserélhetők, és amelyek csak a műhelyben cserélhetők, miután a motort leszerelték.
Az előbbiek az LRU (vezetékcserélhető egység), az utóbbiak az SRU (a boltban cserélhető egység) eljárásainak tárgyát képezik.
Modularitás
A modularitás (moduláris felépítés) lehetővé teszi a tökéletesen cserélhető elemekből álló modul létrehozását , az úgynevezett modulokat annak érdekében, hogy egyszerűbbé váljon a karbantartási műveletek azonos motorparkon .
A modularitás nagyobb működési elérhetőséget és a karbantartási költségek jelentős csökkentését teszi lehetővé.
A moduláris felépítéssel a motorpotenciál fogalma átalakul, helyébe az egyes modulokra jellemző határértékek lépnek.
Az előre kiegyensúlyozott és előre beállított modulokba történő szétválasztás nehézkesebb kezelést igényel, de lehetőséget nyújt bizonyos modulok cseréjére anélkül, hogy a teljes motort visszaadnák a gyárba.
Beállítások
Mielőtt a szárny alá illesztené a motort, számos ellenőrzésen kell átesnie, és repülési jónak kell lennie . Ez még inkább igaz, ha egy karbantartási műveletről van szó, ezért az új FADEC típusú előírások megjelenésével a gyártók éltek azzal a lehetőséggel, hogy bizonyos számú funkciót integráltak, lehetővé téve ezzel a tuningbeállítások jelentős egyszerűsítését.
Hibaelhárítás
A hibaelhárítást két követelmény vezérli, amelyek a motor rögzítésének ideje és az elemek "indokolt" eltávolítása. A hibaelhárítási eljárás a rendellenességektől függ, és nehéz olyan módszert adni, amely minden esetben alkalmazható. Mindazonáltal elmondható, hogy a berendezés ismerete (az alkat, a működés és a viselkedés ismerete) és a módszertani kutatás hozzájárul a biztos diagnózishoz és a gyors hibaelhárításhoz.
Általános elv a tünet egyértelmű meghatározása, értelmezése és a diagnózis logikai elvégzése a hibaelhárítást lehetővé tevő eljárás kiválasztása és alkalmazása érdekében.
A választott eljárás lehet:
A karbantartási kézikönyv hibakeresési táblázatokat tartalmaz, amelyek felsorolják a hibák előfordulásának leggyakoribb eseteit, de a motor működésének ismerete a legtöbb esetben továbbra is alapvető fontosságú.
A karbantartás eszközeiA karbantartáshoz használt eszközök nagyon változatosak, és a következők a következők:
A kenőolaj áramköre szűrőkkel és mágneses dugókkal van felszerelve, amelyek bizonyos részecskéket visszatartanak a szuszpenzióban. Az olaj azonban olyan apró részecskéket is felvesz, amelyek ezeket a hagyományos eszközöket nem képesek visszatartani, de amelyek az olaj spektrometrikus elemzésével kimutathatók és mérhetők. Egy ilyen elemzés eredményei lehetővé teszik az esetleges hibák és rendellenes kopás előzetes észlelését.
A spektrometriai elemzés elve
Az alapelv az alkatrészek kopási sebessége és az olaj szennyezési sebessége közötti arány figyelése, mert minél nagyobb a szennyezési sebesség, annál nagyobb a fém vesztesége, és ezért annál nagyobb a törés kockázata.
A meghatározó paraméter tehát nemcsak az adott időpontban mért koncentráció, hanem mindenekelőtt a szennyezés mértékének növekedése.
A két elektródából álló spektrométer, az egyik fix és egy forog a vizsgálandó olajban, lehetővé teszi a két elektróda közötti potenciálkülönbségnek köszönhetően, hogy elpárologtassa az olajat, amely elektronokat szabadít fel, ami egy optikai rendszer által megfogott fényhullámot diffrakcionál. a felhasznált fémnek megfelelő elemi sugarakba.
A Ferrográfia elve
Ez egy olyan laboratóriumi technika, amely az olajmintában lévő részecskéket erős mágneses mező hatására szétválasztja.
ezeket a részecskéket ezután különböző eljárásoknak vetik alá:
A megadott jelzések alapján meghatározható a kérdéses elem és a tapasztalt kopás típusa. Érdekes eredményeket értünk el így a csapágy túlélése terén (fáradási repedések, amelyek gömb alakú szilánkok keletkeznek).
A különböző módszerek eredményessége
Ezek a módszerek kiegészítik egymást, és gyakran szükség van ezek együttes alkalmazására az adott anyag tökéletes nyomon követéséhez. A különböző kopási minták különböző méretű és alakú részecskéket generálnak, és mindegyik módszer maximális hatékonysággal rendelkezik bizonyos részecskeméretek esetén: például a spektroanalízis csak 15 mikronnál kisebb részecskék esetén hatékony, a mágneses dugó különösen alkalmas 100-300 mikronos részecskékre . A ferrográfia egyik fő előnye, hogy kitölti a két módszer közötti rést, lehetővé téve a 15 és 100 mikron közötti részecskék összegyűjtését és elemzését.
Ezeknek az olykor nagyon kifinomult módszereknek nem szabad elhomályosítaniuk az in situ végzett értékelés hagyományos eszközeit. Ezek olyan általános karbantartási eljárások, amelyek a szerelő felügyeletét és tapasztalatát igénylik:
Tekintettel a nagy forgási sebességre, a forgó szerelvény bármilyen egyensúlyhiánya, ha túllép egy bizonyos küszöböt, sajnálatos következményekkel járhat a keletkező rezgések miatt. Biztosítani kell, hogy ezek a határértékek ne lépjék túl az üzemet.
A forgó szerelvény bármilyen rezgést eredményező deformációja vagy romlása, e rezgések amplitúdójának figyelemmel kísérése lehetővé teheti a rendellenességek korai felismerését.
A rezgésmérést az ellenőrzendő szerelvény közelében elhelyezett érzékelőkkel végezzük. Az alkalmazott érzékelők elektromágneses vagy piezoelektromos típusúak.
Az autós meghatározza a határértékeket és az elvégzendő intézkedéseket (a csapágy cseréje, a rotor szintezése vagy akár a teljes motor cseréje).
Endoszkópos kontrollAz endoszkópos ellenőrzés lehetővé teszi a belső részek vizuális vizsgálatát kis nyílásokon keresztül, szétszerelés nélkül.
Az endoszkóp elve
Ez egy fényt vezetõ optikai szálakkal ellátott nádból és egy lencsékbõl álló látórendszerbõl áll. A generátorból érkező fény hideg és robbanásbiztos, ami lehetővé teszi az irányítást robbanásveszélyes környezetben.
A vezérléshez a rudat az erre a célra szolgáló nyílásokon keresztül vezetik be a motor különböző pontjain. A rúd mozgása és tájolása lehetővé teszi a teljes rész megfigyelését.
Radiográfiai vezérlésA röntgenfelvétel a roncsolásmentes teszt eszközeként használható, és a tervezett, gamma-röntgen típusú eljárás lehetővé teszi a vizsgálatot eltávolítás nélkül.
A gamma radiográfia ötvözi a radioaktivitás és a fényképezés alkalmazását. A sugárforrás γ-sugarak haladnak át a vizsgálandó részen, amely elnyeli a sugárzás egy részét. A keletkező sugárzás lenyűgözi a fényképészeti filmet, amely megmutatja az alkatrész hibáit.
Felszálláskor a turbó sugárzás által keltett zaj jelentős, különösen az egyáramú és a kettős áramlású utóégés esetén. A zaj annál is fontosabb, mivel a kidobási sebesség nagy, ami a vadászrepülőgépeket felszerelő motorok esetében érvényes.
A turbóhajtómű a repülőgépek zajszennyezésének fő forrása, de nem az egyetlen. A szárnyak és a futóművek jelentősen befolyásolják a felszállást és a leszállást. Ezen túlmenően, még ha a becslések szerint az akusztikai zavar kevesebb mint 10% -a légi járművekből, turbógépekből és általában repülőgép-hajtóművekből fakad, nagyon alacsony frekvenciájú hangokat generál, amelyeket a távolság és a falak rosszul csillapítanak. Ennek ellenére jelentős előrelépés történt az elmúlt 50 évben, mivel a repülőgépek zajszintje felszálláskor, megközelítéskor és repülés közben több mint 10 dB-rel csökkent .
A zajszennyezés mérsékléseA turbógép kétféle zajt generál: a gázok kilökődése miatt, valamint a forgó lapátok és a különféle csatornák közötti kölcsönhatások következtében. A második a felszállási vagy megközelítési szakaszban válik dominánssá az elsővel szemben. Mivel a cél a lakott területek zajkibocsátásának csökkentése, a tanulmányok ezért a második típusú zaj csökkentésére összpontosítanak.
Az egyik legismertebb program, amely a turbómotorok zajkibocsátásának csökkentését célozza, az európai „ Resound ” aktív hangelnyelési projekt. Az elv a projekt, hogy létrehozzon egy hullám az azonos térszerkezet - vagyis az azonos frekvenciájú , az azonos amplitúdójú és azonos irányítottság -, mint a vonal a ventilátor zaja, de ki a fázisban 180 ° -kal . Ehhez az interakciós üzemmóddal megegyező akusztikus mód jön létre egy radiális rudakból álló vezérlőrácsnak köszönhetően. Bár az új interakciós hangok létrehozása miatt a harmonikusok akusztikai szintje megnő, az alapvető erősítés eléri a 8 dB-t .
Más újabb projektek, mint például az alacsony zajszintű légi járművek LNA-2-je , inkább a downstream akusztikus sugárzásra koncentrálnak. Indult2005. január, a program kísérleti és numerikus jellemzésen alapszik a sugárzás hatásainak csökkentése érdekében.
A kerozin elégetéséből származó szennyezőanyag-kibocsátás az egyik fő probléma a mérnökök által "fejjel" vett turbó motorral. Ezeket azonban perspektívába kell helyezni, mivel a légi forgalom csak a szennyező kibocsátások 5% -át teszi ki az otthonok közelében, a kibocsátott CO 2 pedig csak 2% -kal járul hozzá a föld üvegházhatásához . A hatások a kondenzcsíkok lényegében jégkristályok által generált vízgőz, maga által termelt az égés a kerozint és kristályosítjuk hideg .
A nagy magasságban történő légszennyezés azonban sokkal nagyobb hatással lehet a környezetre és különösen az ózonréteg elvékonyodására . Valójában a turbó repülőgépek kibocsátásának 75% -a cirkáló repülés közben következik be a troposzférában és az alsó sztratoszférában .
ÉgéstermékekA turbojeták működéséhez kapcsolódó égéstermékek között két mérgező gáz található:
A megoldandó égési problémák a következő turbóhajtású üzemmódokhoz kapcsolódnak:
A szennyezés csökkentése érdekében az égéstér szintjén különböző tengelyekre hatunk: