- Помпаж двигателя самолета: что это?
- Следствия помпажа нагнетателя
- Действия оперативного персонала при возникновении помпажа нагнетателя
- Как устроена силовая установка пассажирского самолета
- Общие сведения о помпаже нагнетателя
- Предупреждение
- Как устраняют помпаж во время полета?
- Предупреждение
- Эксплуатация ГТН
- Помпаж ГТН
- Помпаж двигателя самолета – что это? Причины, последствия, способы устранения
- Помпаж двигателя самолета: причины
- Что такого особенного в центробежных и осевых компрессорах? Что такое помпаж компрессора? Почему на самом деле помпаж – это плохо?
- Как не допустить помпажа?
- Процесс помпажа компрессора
- Общие сведения о помпаже нагнетателя
- Условия и причины возникновения помпажа воздухозаборника
- Как устранить помпаж, если это случилось во время рейса?
- Что происходит при помпаже авиационного мотора?
Помпаж двигателя самолета: что это?
Эта проблема — постоянная потеря воздушного потока через турбину. Если вовремя не обнаружить проблему и не приступить к ее устранению, это может привести к пожару и разрушению двигателя. В этом случае самолет не сможет взлететь — произойдет трагедия. Следующие причины могут вызвать эту проблему:
- Если пилот выводил самолет из траектории, в результате чего на двигатель добавлялись дополнительные нагрузки.
- Если лопасти колес повреждены из-за того, что истек срок их службы.
- Если есть какие-то элементы в двигателе.
- Из-за сильных порывов ветра.
- Низкое давление воздуха.
Как видим, одни проблемы связаны с человеческим фактором, другие — с погодными явлениями, поэтому их сложно предсказать. Очень важно уметь предотвратить эти проблемы, чтобы предотвратить катастрофу.
Следствия помпажа нагнетателя
3.1. Упорный подшипник может быть поврежден. (Поскольку величина осевого смещения определяется действием давления в проточном тракте вентилятора на поверхность основного и закрывающего дисков, имеющих разные площади, резкое изменение давления приведет к резкому изменению нагрузка на подшипник упорного подшипника).
3.2. Защитный диск может сломаться или быть поврежден, поскольку именно в корпусе закрывающего диска возникают наибольшие нагрузки во время работы нагнетателя.
3.3. Образование зазоров в лабиринтных уплотнениях из-за повышенных вибраций.
3.4. Повреждение упорных подшипников.
3.5. Резкие изменения потребляемой мощности, сопровождающие пиковые значения, приводят к изменениям температуры перед ТТ, вибрации ротора ТТ, повреждению подшипников и сепараторов ТТ.
3.6. Из-за резких колебаний температуры газа перед ТТ может произойти увеличение осевого компрессора, что приведет к разрушению лопаточного аппарата и повреждению подшипников ротора двигателя.
Действия оперативного персонала при возникновении помпажа нагнетателя
6.1. Если по какой-либо причине система автоматической защиты не сработала и персонал определил наличие скачков напряжения, необходимо немедленно вскрыть БТР и вывести ГПУ на «кольцо».
6.2. Если открытие агропромышленного комплекса не привело к прекращению работы повышающего режима (например, из-за замерзания защитной сетки или самопроизвольной перестановки задвижек), ГПА следует отключить в аварийной ситуации.
6.3. После открытия АПК «Моквелд» из-за срабатывания защиты от перенапряжения ССС запрещается замыкать АПК без выявления и устранения причин возникновения перенапряжения.
6.4. Запрещается запуск ГПА после АО по причине «помпажа компрессора» без выявления и устранения причин АО.
Как устроена силовая установка пассажирского самолета
Всем привет. Недавно я прочитал другому студенту образовательную программу по общему расположению авиационного оборудования. Вступительный рассказ, хотя и проработанный до автоматизма, занял пару часов и показал необходимость еще двух или трех представлений. Но лень — двигатель прогресса, и в конце концов я созрел, чтобы оформлять все эти «конференции» в печатном виде. А там, где есть внутреннее обучающее руководство, оно близко к публикации на Хабре: вдруг кому еще интересно будет читать. Перед тем как начать презентацию, хочу оговориться, что моя основная специализация — бортовое оборудование, поэтому мое описание могло оказаться «идеальным самолетом для технолога». Тем, кого такой подход не пугает, а также всем, кто задается вопросом, зачем все эти кнопки и ручки нужны в кабине, стоит обратить внимание на первое издание «Силовая установка».
Изображение, которое можно щелкнуть, чтобы лучше видеть: Силовая установка — это общее название авиационных двигателей. Я начну с них, потому что без двигателей самолет — это не самолет, а в лучшем случае планер. Между прочим, стоимость двигателей составляет половину стоимости авиалайнера, и гораздо меньше стран имеют опыт разработки современных двигателей для гражданских самолетов, чем те, которые имеют опыт разработки самолетов.
В настоящее время авиалайнеры почти исключительно оснащены двухконтурными турбореактивными двигателями (ТРД). Вот принципиальная схема такого двигателя:
Подробности об устройстве можно прочитать во многих источниках, начиная с Википедии. Нам, электронщикам, важно понимать следующие факты о том, как работает такой двигатель:
- Компрессор сжимает всасываемый снаружи воздух до того, как он попадает в камеру сгорания,
- В камере сгорания топливо смешивается с воздухом,
- В камере сгорания происходит постоянное сгорание топливовоздушной смеси, что приводит к тому, что нагретый газ расширяется в сторону турбины,
- Турбина вращается под действием расширяющихся газов и вращает компрессор и / или вентилятор,
- Как правило, в двигателях есть две турбокомпрессорные группы: высокого давления и низкого давления. Они могут вращаться независимо друг от друга,
- Основная тяга, как ни странно, создается не горячим газом, выходящим из сопла, а вращением вентилятора,
- Скорость и тягу двигателя можно регулировать подачей топлива,
- В большинстве современных авиационных двигателей управление двигателем осуществляется с помощью специального компьютера FADEC. Этот инструмент анализирует параметры двигателя, условия окружающей среды и управляющие сигналы от органов управления двигателем и контролирует все приводы, которые влияют на работу двигателя, например топливный кран. Часть имени «Полные права» означает, что:
- FADEC несет ответственность за ВСЕ аспекты работы двигателя,
- За работу двигателя отвечает только FADEC, т.е отсутствует резервная схема управления, механические тяги управления дроссельной заслонкой и т.д.
- Помимо сигналов, поступающих от органов управления двигателем, FADEC анализирует данные:
- Системы воздушной сигнализации (СВС): давление и температура наружного воздуха, скорость самолета — для уточнения рабочих параметров,
- Датчики сжатия шасси — для дополнительного контроля возможности включения заднего хода.
Информация о сжатии кадровСжатие шасси — это термин, обозначающий, что самолет не летит, опираясь на крылья, а летит / летит на земле, опираясь на шасси. В этом случае амортизаторы шасси сжимаются, и это фиксируют специальные датчики «датчики сжатия шасси». Важно понимать, что касание колесами полосы движения и сжатие рамы — это два разных события. - Системы кондиционирования воздуха — для регулирования условий работы двигателя в зависимости от количества воздуха, всасываемого в салон, и / или для активации пневматической системы для запуска второго двигателя.
- Основным параметром, ограничивающим предел мощности двигателя, является температура газов сразу за камерой сгорания. Разработчики движка хотели бы его увеличить, но фундаментальные свойства известных материалов пока не позволяют этого.
Для запуска двигателя необходимо запустить турбину под высоким давлением, подать топливо и дать начальную искру. После того, как турбина наберет примерно 50% оборотов в минуту, двигатель начнет вращаться самостоятельно.
Первоначальный запуск двигателя может быть выполнен с помощью электрического пускового генератора (для небольших двигателей) или воздуха высокого давления, специально подаваемого пневматической системой. Кстати, воздух высокого давления в пневмосистему забирается от второго двигателя (уже работающего), от вспомогательной силовой установки (ВСУ) или от внешнего источника.
О ВСУ
APU — это такой небольшой (конечно, относительно простой) газотурбинный двигатель, предназначенный для выработки электроэнергии, давления в гидравлических системах и воздуха высокого давления для запуска основных двигателей. Он меньше по размеру и проще в эксплуатации с аккумуляторным электродвигателем. И с ним можно запускать большие двигатели. Он также используется, когда техническим специалистам необходимо работать с оборудованием, и непрактично «приводить в движение» большие двигатели для получения источника энергии. Подробнее про ВСУ расскажу в другой публикации.
Пример панели управления для запуска двигателя:
Для автоматического запуска сделайте следующее:
- Установите переключатель «ENG START» (1) в положение «IGN / ON»
- Переведите тумблер «ENG MASTER» (2) в положение «ON» (вперед). На данный момент FADEC:
- Он откроет клапан пневматической системы для запуска турбины и компрессора высокого давления
- Открывает вентиль топливной системы — чтобы было что сжечь
- Свечи зажигания
- Следите за процессом загрузки. Если что-то пойдет не так, немедленно верните тумблер стартера в положение ВЫКЛ
- Когда двигатель успешно перешел на холостой ход, запустите второй двигатель, используя ту же процедуру
- Когда оба двигателя запускаются — поверните тумблер ENG START в положение OFF — при нормальной работе двигателя дополнительное искрение на свечах зажигания не требуется
- Во время автоматического запуска двигателя кнопки ручного запуска (3) не используются
Иногда приходится крутить двигатель, но не заводить его. Например, для проверки или для того, чтобы «помыть» его салон керосином после хранения. В этом случае переключатель ENG START должен быть установлен в положение CRANK. Вся процедура запуска будет такой же, но на свечах зажигания не будет искры. Ни искры, ни огня.
Управление двигателями осуществляется с помощью рычагов управления двигателем (дроссельных заслонок).
У каждого двигателя свой рычаг. Здесь все просто — отталкиваем рычаг от себя — двигатель быстрее крутится, тяга увеличивается. Тянем рычаг на себя — он медленнее крутится. Поскольку дроссельная заслонка напрямую не связана с дроссельной заслонкой топлива, не нужно опасаться, что мы сожжем двигатель с большим количеством топлива или остановим его с недостаточным количеством топлива. FADEC в любом случае предотвратит превышение максимальной температуры выхлопных газов или остановку двигателя. Кстати, из-за ограничения температуры выхлопных газов это связано с тем, что в жаре и / или высотных аэропортах двигатель может давать меньшую тягу.
В зоне «низкого газа» при остановке рычага. Чтобы разблокировать передачу рычагов в зону реверсивного режима, потяните за соответствующий кронштейн. Когда двигатель реверсируется, специальные заслонки реверсируют поток от вентилятора двигателя, помогая самолету остановиться:
В общем, с помощью реверса самолет также может повернуть назад, но поскольку в этом режиме для двигателей, подвешенных под крылом, возможно засасывание в двигатель обломков и даже камней с взлетно-посадочной полосы, это не рекомендуется для линии самолета, чтобы активировать задний ход на малых скоростях.
Чтобы включить передачу заднего хода, FADEC анализирует не только положение дроссельной заслонки, но и датчики сжатия шасси, поэтому невозможно случайно запустить задний ход в воздухе.
Кроме того, у двигателей есть специальный «аварийный» режим. Его можно активировать, переместив рычаги управления дроссельной заслонкой в положение, выходящее за пределы режима взлета (на рисунке это APR — положение автоматического резерва мощности). Этот режим используется только в случае отказа одного из двигателей при взлете, когда необходимо обеспечить набор высоты за счет ресурса работающего двигателя. Правда, после посадки двигатель, работающий в аварийном режиме, придется «ушибить».
Рабочие данные двигателя обычно отображаются на несъемной части центрального пилотного дисплея и на специальной странице с расширенными данными двигателя.
В постоянно отображаемом окне рабочего состояния двигателя доступны следующие данные:
к. Текущая скорость вращения двигателя вентилятора (напрямую влияет на тягу)
б) Температура выхлопных газов — это параметр производительности двигателя, который часто ограничивает максимальную тягу. FADEC ограничивает поток топлива, чтобы не расплавить конструкцию лопаток турбины. Водителю также важно понимать, почему круги не увеличиваются, даже если «он спрашивает»
в) заданная частота вращения вентилятора двигателя (разгон двигателя с холостого хода до взлетающего занимает десятки секунд, а текущая частота вращения не всегда совпадает с заданной)
обороты турбины высокого давления. Помните, есть две турбины, и они работают независимо? Следовательно, данные о частоте вращения турбины высокого давления важны при запуске двигателя. Проверять в полете не обязательно
текущий расход топлива
е., знак включения реверса
г. Двигатель работает на полных оборотах (холостой ход, взлет, набор высоты)
На специальной странице дополнительных параметров работы двигателя может отображаться такая информация, например:
- Уровень масла, давление и температура,
- Уровень вибрации двигателя,
- Количество израсходованного с момента последнего пуска топлива,
- Давление воздуха в пневмосистеме,
- И т.д.
Двигатели, у которых вентилятор расположен вне гондолы (кожуха двигателя), называются турбовинтовыми. Они обладают лучшими взлетно-посадочными характеристиками, но быстро теряют эффективность при увеличении скорости выше 0,5 скорости звука (прибл.). Поэтому они в основном используются в самолетах местной и военно-транспортной авиации, где возможность использовать короткие, неподготовленные взлетно-посадочные полосы важнее крейсерской скорости. В конструкции таких двигателей также часто используется редукторный привод, как, например, на следующем рисунке.
На вертолетах также используются газотурбинные двигатели, только в этом случае крутят не винт, а винт, сами двигатели в этом случае называют турбовальными. Хорошее видео, иллюстрирующее принципы их работы: Газотурбинные двигатели (турбовальные) также устанавливаются на танки (Т-80, Абрамс). К достоинствам таких двигателей можно отнести высокую удельную мощность, хороший запуск даже при низких температурах, возможность тянуть снизу: турбина высокого давления отделена от силовой турбины, и двигатель не останавливается при остановке гусениц. К недостаткам можно отнести высокую стоимость двигателя, сложность обслуживания и низкий отклик дроссельной заслонки. Существует несколько полярных мнений по каждой характеристике использования газотурбинных двигателей для танков, я не специалист по танкам — не бросайте в меня камни. Я могу быть не прав.
Одним из «свойств» двигателя, сильно влияющих на конструкцию бортового оборудования, является так называемое «нелокальное разлетание осколков двигателя». Это событие происходит при взрывном разрушении двигателя, когда лопатки компрессоров и турбин разлетаются во все стороны.
При оценке последствий такого отказа считается, что осколки обладают «бесконечной» энергией, достаточной, чтобы пробить любые препятствия, перерезать трубы и кабели. Чтобы обеспечить безопасное завершение полета в случае такого нелокализованного расширения, разработчики электронной архитектуры для каждого критического провода должны обеспечить резервную копию, расположенную в отдельном канале, который не может быть прерван одним и тем же фрагментом основного провода.
На заметку впечатлительным: на самом деле разработчики движков делают все возможное, чтобы избежать нелокализованных скетчей, а они действительно очень редки. Даже большая птица, ударившись о двигатель, не сломает его. Но авиация — консервативная отрасль, и мы строим архитектуру, чтобы противостоять всем потенциальным рискам.
Короче говоря, увеличение двигателя (помпа-фр.) — это нарушение правильного прохождения воздуха через турбину турбореактивного двигателя. По разным причинам поток меняет направление, встречные потоки создают турбулентные завихрения в двигателе, давление на входе становится равным или даже превышает давление на выходе. Проявляется сильными вибрациями, взрывами, появлением дыма и потерей тяги.
Специалисты выделяют три типа возмущений воздушного потока в турбореактивном двигателе:
- Вращающийся срыв — выражается в образовании «зон сваливания», которые вращаются с меньшей угловой скоростью, чем ротор. Это приводит к уменьшению головы и сильной вибрации лопаток.
- Резкое снижение давления и расхода воздуха — приводит к «зависанию двигателя»: расход топлива выше, температура повышается, а тяга не увеличивается.
- Фактический пик двигателя представлен продольными колебаниями потока по всему воздушному пути двигателя.
Этот термин впервые был использован в 1946 году.
Общие сведения о помпаже нагнетателя
1.1. Определение. Скачок — это название, данное внезапным колебаниям давления в системе «наддувной сети». Во время пика расход и потребляемая мощность могут изменяться от нуля до номинала; Возможен периодический выпуск газа из барокамеры на прием компрессора.
1.2. Процесс происхождения. При нормальной работе нагнетателя поток газа имеет определенный расчетный угол атаки (i) на лопасти ротора (рис. 1.1.). При таком угле входа потока в рабочее колесо обтекание лопастей вентилятора происходит плавно, без завихрений.
Угол входа потока (i) в основном зависит от расхода газа через воздуходувку. При уменьшении расхода этот угол увеличивается, при увеличении расхода уменьшается. В случае уменьшения расхода газа через нагнетатель до значения примерно 60% от расчетного значения угол атаки (i) увеличится до критического значения и возникнет так называемое срыв потока от лопасти ротора произойдет (рис. 1.2.).
В результате этого срыва эффективность ступени компрессора резко упадет, то есть степень сжатия упадет. Давление, создаваемое воздуходувкой в напорной камере, будет намного ниже, чем в напорном коллекторе (за клапаном № 2), и газ с более высоким давлением из напорной камеры устремится к входу нагнетателя. У них будет обратный поток газа в проточной части вентилятора. Обратный клапан установлен перед клапаном No. 2 закрывается путем отсечения напорного коллектора от полости вентилятора, давление на выходе вентилятора падает до значения ниже, чем создаваемое вентилятором, и вентилятор возобновляет поток газа в прямом направлении до скорости потока, при которой поток происходит обратное, затем процесс повторяется. Во время перекачки обратный клапан на отводной линии No. 2 служит для предотвращения перетока газа из выпускного коллектора на впуск компрессора.
Предупреждение
Во избежание наездов современные двигатели имеют несколько, обычно три независимых вала турбины. Поэтому при выходе из строя одного вала остальные способны обеспечить стабильную работу мотора. Компрессоры также имеют конструктивные особенности, позволяющие контролировать направление и давление создаваемого потока.
Автоматика защиты от перегрузки по току без участия бригады предотвращает перенапряжение, обнаруживая явление перенапряжения с помощью датчиков, установленных на воздушном тракте и мгновенно реагирующих на изменение параметров подачи топлива и компрессора.
Как устраняют помпаж во время полета?
Что делают пилоты, чтобы справиться с увеличением турбонаддува при движении самолета? Если проблема обнаружена, для начала, двигатель самолета либо переключается в режим «малого газа», либо полностью останавливается. В последнем случае эффект перенапряжения исчезает сам по себе. Стоит отметить, что при возникновении проблемы температура газов в турбине повышается до катастрофического уровня за секунды. Поэтому своевременная остановка поврежденного двигателя чрезвычайно важна с точки зрения предотвращения катастроф.
Противопожарные автоматы устанавливаются на современные авиационные двигатели. Его работа помогает устранить факторы, вызывающие увеличение мощности двигателя, без необходимости целенаправленных действий со стороны экипажа самолета. Благодаря автоматизации на доли секунды снижается давление в зоне турбины и прекращается подача топлива. Все это дает возможность избежать дальнейшего запуска двигателя в полете.
Предупреждение
Во избежание наездов современные двигатели имеют несколько, обычно три независимых вала турбины. Поэтому при выходе из строя одного вала остальные способны обеспечить стабильную работу мотора. Компрессоры также имеют конструктивные особенности, позволяющие контролировать направление и давление создаваемого потока.
Автоматика защиты от перегрузки по току без участия бригады предотвращает перенапряжение, обнаруживая явление перенапряжения с помощью датчиков, установленных на воздушном тракте и мгновенно реагирующих на изменение параметров подачи топлива и компрессора.
Эксплуатация ГТН
При работающем двигателе узел сопла и лопатки турбины покрываются отложениями несгоревшего топлива и масла, что приводит к постепенному ухудшению работы газотурбинного агрегата. Первый признак загрязнения турбины — повышение температуры газов перед турбиной.
необходимо постоянно следить за чистотой канала выравнивания. Если воздух на выходе из уравнительного канала содержит небольшую газовую смесь, это нормально. Если из уравнительного канала выходит только газ — это признак закоксовывания лабиринтных уплотнений или их повреждения.
Из-за сильного закоксовывания лабиринтных уплотнений возможна очень неприятная ситуация — заклинивание ротора в лабиринтном уплотнении. Когда двигатель запускается в воздухе, тахометр GTN определяет, что ротор неподвижен. Чтобы избежать неприятных сюрпризов в виде неподвижного ротора ГТН при запуске двигателя, рекомендуется при запуске двигателя в воздухе проверять свободный ход ротора с помощью секундомера. Уменьшение времени выбега ротора должно насторожить механика, поскольку, вероятно, пора заняться GTN.
Помпаж ГТН
В процессе эксплуатации ГХП часто дает о себе знать повышенным шумом, аплодисментами, громкими хлопками. В этом случае корпус ГТН сильно вибрирует, а значит, вибрируют ротор и лопасти. Это опасно, так как может привести к трещинам в потоке воды в корпусе газотурбинного насоса, поломке лопаток, повреждению проточного тракта компрессора, лабиринтных уплотнений и подшипников.
Все это вызвано явлением, называемым всплеском GHP. Существует множество причин для всплеска, и их знание позволит механикам избежать этого явления, грозного для GTN, или немедленно предпринять шаги, чтобы остановить всплеск. Первым действием механика при появлении признаков перенапряжения является снижение нагрузки на двигатель, а после того, как перенапряжение прекратилось, необходимо найти причину его появления и устранить ее.
Причины повышения GHP могут быть следующими:
- резкое изменение расхода топлива при плавании в шторм;
- прекращение работы цилиндра по разным причинам;
- загрязнение продувочных или выпускных отверстий;
- загрязнение проточного тракта турбины;
- засорение фильтра-глушителя компрессора;
- повреждение проточного тракта турбины;
- повреждение тарелок клапанов вторичных поршневых полостей;
- повреждение подшипников ГТН;
- обрастание корпуса судна;
- кривизна лопасти гребного винта;
- плавание корабля во льдах;
Помпаж двигателя самолета – что это? Причины, последствия, способы устранения
Увеличение двигателя самолета: что это? Под определением следует понимать нарушение работы турбореактивной установки летательного аппарата, нарушение устойчивости его работы. Типичные признаки такой проблемы — треск, дым, пониженная тяга, сильные вибрации.
Увеличение двигателя самолета: что это? Фактически, в основе проблемы лежит потеря постоянного потока воздуха через турбину. Несоблюдение экстренных мер может привести к пожару и повреждению двигателя.
Помпаж двигателя самолета: причины
- вывести ЛА на траекторию выхода за пределы зоны действия двигателя с максимальной нагрузкой;
- повреждение лопастей рабочего колеса в связи с окончанием срока их службы или неисправностью;
- попасть в двигатель посторонних предметов;
- сильные порывы бокового ветра;
- критически низкое давление окружающего воздуха.
Что такого особенного в центробежных и осевых компрессорах? Что такое помпаж компрессора? Почему на самом деле помпаж – это плохо?
Все компрессоры, которые выполняют свою работу за счет увеличения скорости газа, называются динамическими компрессорами. Динамические компрессоры работают, передавая крутящий момент газу через высокоскоростной ротор. Такой компрессор имеет открытую проточную часть. Если закрепить вал, его можно продуть в любом направлении, независимо от того, осевой это компрессор или центробежный. Он сжимает газ, увеличивая его скорость и затем преобразуя его в давление в диффузоре.
В отличие от объемных компрессоров, динамический компрессор имеет постоянный внутренний объем, так что объемный поток через компрессор является произведением поперечного сечения и расхода через это сечение. Скорость потока в этом случае — это кинетическая энергия, которая толкает газ вперед от впуска к выпуску.
Назначение компрессора — транспортировать газ из зоны низкого давления в зону высокого давления. Падение давления, которое это создает, представляет собой потенциальную энергию, которая толкает газ в противоположном направлении от подачи к всасыванию.
Таким образом, карта компрессора, указанная в паспорте компрессора, представляет собой визуальное представление поля битвы между этими энергиями. Чем больше перепад давления, тем меньше расход и наоборот.
Строго говоря, потенциальная энергия в этой системе не полностью зависит только от компрессора. Часть газа идет дальше в технологическом процессе, который характеризуется определенным расходом. Чем выше этот КПД, тем больше газа в технологии останется после разгрузки компрессора и тем меньше будет разница в описанном энергетическом балансе. Точка пересечения между кривой газовой динамики компрессора и кривой сопротивления технологического процесса называется «рабочей точкой компрессора».
Динамическая газовая кривая идеального компрессора горизонтальна слева и вертикальна справа. Правый конец кривой — это предел индуктивности или предел отсечки потока. Скорость газа в этом режиме близка к скорости звука, а дальнейшее ускорение газа связано с энергиями совершенно другого порядка. В нормальных условиях дальнейшее уменьшение дифференциала при достижении этой зоны не вызывает увеличения расхода.
Левая часть этой кривой — линия помпажа. В этом режиме скорость газа настолько высока, что на лопастях происходит срыв потока. Что именно вылетает, я кратко описываю здесь, а подробно вы можете прочитать в этой статье в Википедии. В этот момент кинетическая энергия внезапно падает почти до нуля и все. На поле боя остается потенциальная энергия, которая мгновенно преобразует поток, поступающий на впуск компрессора. Диапазон уменьшается примерно за 30-50 миллисекунд, так что это действительно мгновенно.
Что произойдет дальше? Теоретически так выглядит газодинамическая кривая справа от линии помпажа.
легко видеть, что в идеале падение давления должно начинать уменьшаться, как только поток пересекает линию пика. На самом деле к выходному фланцу компрессора прикреплена трубка, заполненная сжатым газом. Скорость снижения давления в этой трубке зависит от объема трубки по отношению к производительности компрессора. Подобно тому, как компрессор имеет ограничения на впрыск газа вперед, он также имеет ограничения на его прохождение в противоположном направлении. Вот как будет выглядеть реальное поведение параметров.
Поскольку часть газа в конечном итоге течет из выпускного отверстия во впускное отверстие, перепад давления уменьшится настолько, чтобы компрессор смог восстановить прямое направление потока. Полный цикл увеличения потока от падения потока до полного восстановления обычно занимает 1-2 секунды, но в конечном итоге зависит от того, как быстро компрессор при перекачке всасывает достаточно газа из выпускного отверстия, чтобы снова преодолеть падение давления. Если небольшой компрессор вдувается в большую трубу (как это часто бывает при нефтепереработке), цикл помпажа будет дольше. Если большой компрессор дует в небольшом объеме (например, осевой компрессор газовой турбины), пиковый цикл будет меньше одной секунды от запуска до полного восстановления. Однажды я видел восьмисекундный пиковый цикл, поэтому вы можете сказать, что это может быть любое значение от доли секунды до нескольких секунд. Объем нагнетания по отношению к объему компрессора является основным критерием для оценки продолжительности цикла помпажа.
Теперь, когда я описал, что происходит с газом и энергией, интересно рассмотреть, что происходит с самим компрессором.
1. Компрессор предназначен для перекачки газа в определенном направлении. Это означает, что механическая конструкция предполагает, что давление на одной стороне вала будет больше, чем на другой. Это, в свою очередь, предполагает, что направление силы, действующей на вал, всегда будет направлено в сторону всасывания. Размер этой силы может измениться, а направление — нет. Если поток поворачивается, направление вектора этой силы также меняется (не всегда, но часто). Это может вызвать осевое перемещение вала и повредить подшипники и уплотнения.
2.
Когда происходит срыв, он не запускается на всех ножах одновременно. Он распространяется по одному, поэтому заполняет большую часть лезвий завитками. Лопатки, у которых нет потока, примыкают к лопаткам, где поток еще есть, что вызывает дисбаланс сил, действующих на вал, так что он начинает раскачиваться и раскачиваться в разных направлениях. Вот как это обычно выглядит.
3. Мощность, развиваемая приводом, должна передаваться на газ. Если нет потока газа, установка внезапно разряжается. Если это паровая или газовая турбина, ее мгновенный выхлоп может вызвать вращение коленчатого вала и аварийную остановку из-за превышения скорости. Особенно это касается газовых турбин авиационного типа.
4. При сжатии газ нагревается, так что во время помпажа он успевает пройти несколько циклов нагрева и привести к отключению из-за превышения температуры.
В заключение хотелось бы сказать, что явление перенапряжений хорошо изучено специалистами в области автоматизации компрессоров. Как производители компрессоров, так и сторонние поставщики средств автоматизации разработали множество стратегий предотвращения помпажа. Если технология и компрессор правильно рассчитаны при проектировании, все датчики и автоматика настроены правильно, увеличение может произойти только по непреодолимым причинам, связанным с отказом оборудования. В таких критических условиях скачок напряжения — не самое неприятное, что случается с приводом.
Как не допустить помпажа?
В авиационной отрасли есть некоторые меры, которые могут помочь предотвратить такую неприятность, как скачок напряжения. Основное решение проблемы — использовать в дизайне несколько отдельных деревьев. Для начала выясним, что такое деревья? Они движутся в двигателе с разной скоростью независимо друг от друга. У каждого есть турбина и компрессорная часть двигателя. Современные модели часто комплектуются агрегатами, включающими в себя 2-3 независимых вала. Если один из них сломается, остальные смогут поддерживать тягу, необходимую для перемещения самолета.
Пульсирующий реактивный двигатель
Процесс помпажа компрессора
Процесс перенапряжения турбонагнетателей и компрессоров характеризуется пульсирующей скоростью, при которой давление, достигнув критического значения, резко падает до равного в зоне всасывания. Часто помпаж вентилятора сопровождается обратным перетеканием рабочей смеси (так называемым «перерегулированием»).
Когда наблюдается пик, обычные многоступенчатые и одноступенчатые турбокомпрессоры начинают вибрировать и сильно нагреваться, и появляются посторонние шумы, вызванные ненормальным функционированием механизмов. В этот момент электродвигатель и компоненты трансмиссии подвергаются повышенной нагрузке, что, опять же, приводит к резкому повышению температуры. Все это увеличивает износ оборудования и часто становится причиной выхода из строя компрессорного оборудования, клапанов и трубопроводов.
Общие сведения о помпаже нагнетателя
1.1. Определение. Скачок — это название, данное внезапным колебаниям давления в системе «наддувной сети». Во время пика расход и потребляемая мощность могут изменяться от нуля до номинала; Возможен периодический выпуск газа из барокамеры на прием компрессора.
1.2. Процесс происхождения. При нормальной работе нагнетателя поток газа имеет определенный расчетный угол атаки (i) на лопасти ротора (рис. 1.1.). При таком угле входа потока в рабочее колесо обтекание лопастей вентилятора происходит плавно, без завихрений.
Угол входа потока (i) в основном зависит от расхода газа через воздуходувку. При уменьшении расхода этот угол увеличивается, при увеличении расхода уменьшается. В случае уменьшения расхода газа через нагнетатель до значения примерно 60% от расчетного значения угол атаки (i) увеличится до критического значения и возникнет так называемое срыв потока от лопасти ротора произойдет (рис. 1.2.).
В результате этого срыва эффективность ступени компрессора резко упадет, то есть степень сжатия упадет. Давление, создаваемое воздуходувкой в напорной камере, будет намного ниже, чем в напорном коллекторе (за клапаном № 2), и газ с более высоким давлением из напорной камеры устремится к входу нагнетателя. У них будет обратный поток газа в проточной части вентилятора. Обратный клапан установлен перед клапаном No. 2 закрывается путем отсечения напорного коллектора от полости вентилятора, давление на выходе вентилятора падает до значения ниже, чем создаваемое вентилятором, и вентилятор возобновляет поток газа в прямом направлении до скорости потока, при которой поток происходит обратное, затем процесс повторяется. Во время перекачки обратный клапан на отводной линии No. 2 служит для предотвращения перетока газа из выпускного коллектора на впуск компрессора.
Условия и причины возникновения помпажа воздухозаборника
Пиковое всасывание воздуха происходит, когда объем всасываемого воздуха значительно превышает мощность двигателя. В этом случае под действием достаточного противодавления часть воздуха «выталкивается» из воздуховода с последующим повторным переполнением воздуховода воздухом с последующим его «выпуском», и эта картина повторяется с частотой 8 — 10 Гц. Пик ОТ может быть результатом:
выход из строя системы автоматического управления воздухозаборником, связанный с выходом из строя панели или ее полным снятием на М более 1,5;
дросселирование двигателя ниже МАКСИМАЛЬНОЙ остановки при М> 1,5 (на самолетах с системой АРВ-40);
дросселирование двигателя на М = 1,5-1,15 при оборотах менее 3 сек.
3. Каковы пределы максимальной, минимальной указанной скорости и M-числа полета?
Максимальная указанная скорость полета (1400 км / ч) ограничена силой планера и взмахами крыла. Ограничение происходит до высоты 12 км. Время полета с максимально допустимой скоростью полета не ограничено.
Максимальное количество полетов M (2,35) ограничено тепловым сопротивлением планера и двигателя, а также курсовой устойчивостью на высотах более 12 км. Время полета с максимальным номером полета M ограничено тепловым сопротивлением горелки. На самолете Су-27УБ максимальное количество полетов М ограничено курсовой устойчивостью, так как у него большая боковая площадь носовой части фюзеляжа.
Указанная минимальная скорость полета (300 км / ч на высоте 15 км и 400 км / ч на высоте более 15 км) ограничена стабильными условиями работы двигателей в переходном режиме.
4. На каких режимах работы, двигателях, скоростях и почему достигается максимальная дальность полета при ограничении подачи топлива?
При ограниченном запасе топлива полет должен осуществляться на максимальной автономности, при которой набор высоты осуществляется на высоте, рассчитанной по формуле H (м) = 40XD (км) на рабочем режиме двигателя «Максимальный» до D = 300 километров. Режим максимальной дальности соответствует числу М = 0,8-0,85 и высоте (при дальности полета более 300 км) 11-13 км. Поэтому для возвращения на аэродром необходимо в режиме «Максимум» установить число М = 0,8-0,85 и перевести самолет в гору. Дальнейший полет выполнить под номером М = 0,8-0,85.
Достигнув линии спуска, выключите обороты MG и выполните спуск, сохраняя Vпр = 500 км / ч, и приблизьтесь к кратчайшему расстоянию.
5. В чем преимущества самолета с низким запасом устойчивости к аэродинамическим перегрузкам? Какая система гарантирует устойчивость самолета? При каких условиях преимущества превращаются в недостатки?
Самолет с низким запасом устойчивости к аэродинамическим перегрузкам имеет следующие преимущества:
1. Для создания перегрузочного устройства требуется меньший прогиб стабилизатора, меньшее сопротивление изменению перегрузки, создаваемое пилотом, и, таким образом, значительно увеличивается маневренность самолета.
2. Он имеет значительно меньшие потери подъемной силы самолета для балансировки, требуя незначительных отклонений стабилизатора вниз (меньше отрицательной подъемной силы на стабилизаторе), что вызывает большую перегрузку и искривление траектории во время маневров.
Однако такой самолет из-за высокой чувствительности к прогибу стабилизатора требует высокой точности дозирования (прогиба) ручки, что приводит к быстрому утомлению пилота. Самолет практически не будет поддерживать установленный пилотом режим полета (ПУ). Для поддержания этого режима требуется постоянное вмешательство пилота в управление. Кроме того, такой самолет требует двойных движений органов управления при управлении.
Все эти особенности создают условия для раскачивания самолета и делают невозможным его полет.
Приемлемое и безопасное управление самолетом обеспечивается применением на самолете Су-27 системы СДУ-10, которая обеспечивает самолету необходимые характеристики перегрузочной устойчивости и продольной управляемости с небольшой потерей маневренности.
Если SDU-10 выходит из строя и самолет пилотируется в режиме «Hard Link», преимущества маневренного самолета приводят к недостаточной устойчивости самолета и трудностям в пилотировании, как описано выше.
6. При каких условиях и действиях пилота могут возникать продольные колебания самолета?
Раскачивание — это резонансное явление, которое возбуждается пилотом, когда он пытается противодействовать раскачиванию самолета. В этом случае управляющее движение ручки управления может быть чрезмерным и приводить к отклонению ЛА в другую сторону, последующее парирование колебаний приводит к их накоплению. Пилот должен помнить, что раскачивание самолета возможно только за счет его собственных действий (чрезмерных отклонений ручки управления).
Условия для качки существуют на малой, средней высоте и высокой скорости движения орудия, где эффективность продольного управления высока, а также на большой высоте, где имеется небольшое аэродинамическое демпфирование:
на высотах ниже 3000 м в диапазоне М = 0,8-1,2 из-за повышенной чувствительности отклонения РУС в продольном канале к возмущениям, вызванным атмосферной турбулентностью;
в полете с числами М больше 1,5, при выключенном форсаже и, как следствие, значительной отрицательной продольной перегрузке, возможно непроизвольное отклонение пилота РУС «от себя» с последующим его парированием;
на высотах выше 4000 м, где аэродинамическое демпфирование ослабевает, при выдвижении тележки СДУ переходит в режим ПОСАДКА-ПОСАДКА, т.е для работы автомата стабилизации используется вместо ПУ и усиления автоматического устройства САУ и СДУ увеличивается в несколько раз, что в совокупности может привести к увеличению реакции самолета на возмущение в продольном канале и созданию условий для возникновения колебаний;
для числа М больше 2 при включении автоматических режимов САУ из-за возникновения переходных процессов САУ вызывает отклонение рулей направления, не соответствующее реальному режиму полета.
Чтобы остановить накопление, вам необходимо:
удерживать (фиксировать) RSS в исходном положении, близком к нейтральному;
снизить скорость полета.
7. Почему запрещено блокировать крен самолета во время срыва отклонения крена?
Если пилот устранит крен, вызванный скольжением, с помощью флаперонов, произойдет более энергичное вращение, и будут созданы условия для перехода самолета во вращение. Это потому, что половина крыла с опущенным флапероном будет иметь большее сопротивление, что увеличит скорость скольжения. Вместо того, чтобы уменьшать скорость рулона, она будет увеличиваться. В связи с этим ODA ограничивает боковое перемещение рукоятки более чем 1/3 хода при углах атаки более 25 градусов. Поэтому во избежание сваливания необходимо работать с педалями и ручкой согласованно, не допуская их перекрещивания.
8. Какие действия пилота могут привести к сваливанию, если пилот в хорошем состоянии? В каких случаях ODA не предупреждает о максимальном угле атаки?
В конфигурации взлета и посадки угол атаки ограничен 20 градусами, и OPR не настроен для этого ограничения; при превышении ОПР стабилизатор продолжает отклоняться;
в случае отказа (невключения) ОПР и выдачи ФСО сигнала «ОПР» — не превышать угол атаки более чем на 10 градусов.;
при полетах с асимметричной подвеской сваливание происходит до начала работы ОПР, не превышайте угол атаки более чем на 15 градусов.;
при выполнении крутых поворотов с фиксированной РУС на 24 градуса V и Vпр менее 400 км / ч при выводе ЛА из крена. В этом случае SDU не противодействует результирующему скольжению, и самолет может сваливаться. Аналогичный случай возможен при полете самолета с углами атаки более 15 градусов и внезапном возникновении заноса, вызванного отказом (помпажем) одного из двигателей или несимметричным спуском ракет с крыла ВСУ.
Как устранить помпаж, если это случилось во время рейса?
Во время полета могут возникать различные нештатные ситуации. Поэтому пилот должен быть ко всему готов. Если в двигателе есть задняя часть, эту проблему можно исправить, если грамотный водитель проверит триммер. Даже неопытный пилот заметит во время полета, если произойдет наддув двигателя. В такой ситуации необходимо сориентироваться во времени и приступить к решению проблемы. Часто пилоты запускают двигатель на пониженных оборотах или полностью выключают его на время. В результате таких действий исчезает сама волна.
необходимо знать, что превышение температуры двигателя при этой проблеме может достигать нескольких сотен градусов. Таким образом, каждую секунду температура поднимается на сотню, что очень опасно. Для предотвращения такой проблемы есть противопожарная автоматика, которая присутствует практически во всех современных авиалайнерах. Благодаря ему пожар можно ликвидировать, как только он начался. В этом случае экипаж может придумать план действий по устранению этой проблемы. Как только срабатывает автомат, сразу падает подача топлива. Также возможно приостановить подачу.
также не исключено, что пилоты на какое-то время будут замораживать самолет. При этом самолет медленно теряет высоту, пока не пройдет пожар. Впоследствии подача топлива в двигатель нормализуется, и самолет продолжает лететь в нормальном темпе.
Благодаря современным достижениям науки и техники проблема увеличения мощности двигателя авиалайнера может быть решена прямо в полете. Однако, безусловно, лучше, чтобы эту проблему заметили и исправили еще до вылета самолета.
Что происходит при помпаже авиационного мотора?
Помпаж — что это? Это явление возникает из-за потери устойчивого вращения лопаток турбины. Процесс имеет тенденцию к саморасширению. Возникающая в результате турбулентность воздуха мешает работе двигателя. Многократное вращение одной и той же части нагретого воздуха в турбине вызывает значительное повышение температуры компрессора авиационного двигателя.
Помпаж — что это? Работа двигателя в режиме перенапряжения в конечном итоге приводит к его повреждению и последующему разрушению. Этому способствует потеря сопротивления лопаток и взрыв части выхлопных газов из-за чрезмерного повышения температуры.