Turbojet

Suihkuturbiini on käyttövoimajärjestelmä , joka muuttaa potentiaalin kemiallisen energian sisältämän polttoaineen, joka liittyy hapettimen, joka on ilmassa, osaksi kineettistä energiaa , joka mahdollistaa tuottaa reaktion voima kokoonpuristuvan väliaineen vastakkaiseen suuntaan poisto.

Tämän tyyppistä moottoria käytetään pääasiassa kaupallisissa tai sotilastyyppisissä lentokoneissa . Työntövoima syntyy tulokset kiihtyvyyden tietty määrä ilman sisääntulon (ilman tulo- suutin) ja poistoaukon (ulostyöntösuuttimen). Riittävän määrän massan ruiskuttamiseksi sisääntulokompressori tarjoaa paineen nousun suunnilleen vakionopeudella. Merkittävä energian vapautuminen johtuu sitten polttoaineen, yleensä kerosiinin palamisesta koneen läpi kulkevan ilman hapessa. Osa tuotetusta energiasta otetaan talteen turbiinilla polttokammion ulostulossa tiettyjen lisävarusteiden käyttämiseksi, mukaan lukien kompressori, joka sijaitsee heti ilman sisääntulon alapuolella. Lämminvirtauksen toinen osa (lisätty tai ei kylmävirtaan reaktorityypistä riippuen) tuottaa työntövoiman laajentamalla poistosuutinta.

Kenraali

Periaate suihkumoottori on jo toisella puoliskolla XIX th luvulla, mutta puolivälin jälkeen XX : nnen vuosisadan että kustannus / hyötysuhde suihkumoottorin tekee siitä erityisen houkuttelevan kuljetuskone purjehtii alalla suurilla äänen ( välillä Mach 0,7 ja 0,9), joten sen käyttö siviililentokoneiden ja Airbusin A3XX , Boeing B7xx perheet , jne

Ansiosta mukautuksia syöttöaukkosuutinta vaimentaa aaltojen yliäänilento, ja kyky tuottaa sinkoutuminen nopeuksilla suurempi kuin äänen nopeus kautta uudelleen kuumentamisen kaasuista jälkipoltossa , ne voivat kattaa lennon vaihtelee ääntä hitaampien ja ääntä nopeammin . Niitä käytetään esimerkiksi taistelulentokoneissa ( Dassault Rafale , F-16 Fighting Falcon jne.).

Turbe-suihkuteollisuus on merkittävä siviili- ja sotilasilmailun ala, mikä tekee siitä tärkeän teknologisen kehityksen tekijän ja voimakkaan taloudellisen moottorin monille teollisuus- ja kauppayrityksille. Se on huipputeknologia, joka on merkittävän kehityksen risteyksessä vaihtelevilla aloilla kuten metallurgia, elektroniikka, tietotekniikka, luotettavuus jne., Ja näin ollen suuri soveltavan tutkimuksen käyttäjä. Se on myös välillisesti Ranskassa puolustusalan autonomia.

Historiallinen

Johdanto ennen toista maailmansotaa: tienraivaajat

Ensimmäisessä suihkuturbiini- rakennettiin sekä esitetty "turbo-ajoaine" Romanian Henri Coandan klo ilman näyttelyssä vuonna 1910 . Maakokeen aikana sen keksijä ja ohjaaja, hämmästyneenä voimastaan, katkaisee moottorin, mutta paljon suurempi kuin potkurimoottorin hitaus , aiheuttaa koneen nousun joka tapauksessa, mutta sen jälkeen ilman propulsiota laskeutui yhtäkkiä ja osittain palanut. Coandă palaa potkurikäyttöön , mutta jatkaa opintojaan ja seikkailu on Coandă-ilmiön löytämisen lähtökohta .

Coandă - moottori inspiroi ensin ranskalaista Maxime Guillaume , joka oli ensimmäinen tiedosto,3. toukokuuta 1921, patentti "käyttövoimaan reagoimalla ilmassa", patentin, jonka hän saa 13. tammikuuta 1922. Siitä huolimatta sitä ei rakenneta, koska se olisi edellyttänyt merkittävää teknistä kehitystä kompressoreille ja materiaaleille.

Vuonna 1930 , uusi suihkuturbiinimoottorien suunniteltiin, karkeasti samanaikaisesti mutta erillään, jonka Frank Whittle vuonna Englannissa ja Hans von Ohain vuonna Saksassa . Ilmailuinsinööri Whittle liittyi kuninkaallisiin ilmavoimiin vuonna 1928 ja suoritti ensimmäiset lentonsa lentäjänä vuonna 1931 . 22-vuotiaana hän kuvitteli ensimmäistä kertaa potkurikoneen ilman potkureita ja yritti epäonnistuneesti saada taloudellista tukea armeijalta ideansa kehittämiseen. Sitten hän jatkoi yksin tämän moottorin kehittämistä ja kuvitteli kahden turbiinin käyttämistä, toinen sisääntuloaukossa ilman tuomiseksi polttokammioon ja toinen polttoaineen sekoittamiseksi ilman kanssa.

Vuonna 1935 hän rakensi yksityisten lahjoitusten ansiosta ensimmäisen turboahdin prototyypin ja testasi sitä testipenkissä vuonnaHuhtikuu 1937. W.1 , ensimmäinen suihkulentokoneissa pieni koelentokoneet, sitten antoi7. heinäkuuta 1939jotta painepesurilla Oy , johon Whittle liittyy. SisäänHelmikuu 1940, Gloster Aircraft Company valitaan kehittämään W.1-moottorilla varustettu lentokone. " Pioneer " teki näin ensimmäisen lennon15. toukokuuta 1941.

Von Ohainilla on fysiikan tohtorin tutkinto Göttingenin yliopistossa Saksassa. Lentokonevalmistaja Ernst Heinkel kehotti yliopistoa kehittämään uuden tyyppisen ilmailualan käyttövoiman. Kutsuun vastaten Von Ohain ajatteli ajatusta moottorista, jonka palaminen tapahtuu jatkuvassa syklissä, ja vuonna 1934 jätti vetomoottoripatentin, joka on samanlainen kuin Whittle'sin piirustuksessa, mutta erilainen sisäpuolella. Moottoriin. Von Ohain lensi ensimmäisen moottorimoottorin Heinkel He 178 -laitteella vuonna 1939 , ensimmäisen lentokoneen, joka oli suunniteltu käytettäväksi tämän tyyppisellä moottorilla.

Noin toisen maailmansodan aikana

Ensimmäiset Whittlein ja Von Ohainin suunnittelemat turboahtimet suunniteltiin keskipakokompressoritekniikalla . Näiden turmomoottoreiden haittana on vaatia suurihalkaisijainen moottori voidakseen tiivistää ilmaa oikein turboahdin sisääntulossa, mikä lisää niiden rungon halkaisijaa ja heikentää niiden suorituskykyä, erityisesti niiden suurinta nopeutta. Vuonna 1940 , Anselm Franz kehittänyt -moottoreilla perustuu aksiaalisten kompressorit, etuosaan oli paljon pienempi ja tehokkuus paremmin. Junkers Jumo 004 siis tuli vuonna 1944 , paitsi ensimmäinen moderni -moottoreilla mutta myös ensimmäinen massatuotantona.

Ensimmäinen massatuotantona suihkuturbiinimoottorilla tasot olivat -hävittäjäpommittajia , kuten Messerschmitt Me 262 Schwalbe voimanlähteenä Jumon 004A, käytetään lopussa toisen maailmansodan . Niiden suunnittelua helpottaa aksiaalisten turbomoottoreiden pitkänomainen muoto ja pieni halkaisija. Sodan jälkeen turbomoottorit yleistyivät sekä sotilas- että siviili-ilmailussa, samoin kuin hyvin samankaltaisella tekniikalla suunnitellut turbopotkurimoottorit potkurien ajamiseksi. Liittoutuneet rakentavat paljon uusia suihkumoottoreita, Me P.1101 (in) on todennäköisesti edistynein.

Näitä ensimmäisiä metsästäjiä rangaistaan kuitenkin särkyvillä moottoreilla ja julmalla voiman puutteella. Bell P-59 Airacomet , ensimmäinen suihkukone hävittäjän suunniteltu Yhdysvalloissa , ei ole koskaan ollut mukana taistelulentoa koska sen heikko suorituskyky (alitehoinen, huonosti ketterä alhaisella nopeudella, jne). Niinpä vuodesta 1945 lähtien ilmestyi ensimmäinen "hybridilentokone". Näitä laitteita, kuten Ryan FR Fireballia , käyttävät turboahdin ja mäntämoottori . Jotkut lentokoneet ovat jopa varustettu moottori- reaktorit , jotka mahdollistavat mäntämoottorin liittyvän suihkumoottorikäyttöistä alkio. Lisäksi yhä suurempien nopeuksien etsiminen on 1960-luvulla alkanut uudesta hybridisaatiosta: turbomoottorista, joka liittyy ramjetiin . Nord 1500 griffon II toimii tällä periaatteella. Turboahdin toimii lentoonlähdössä, kun ramjet ottaa haltuunsa risteilylle.

Myöhemmin turbomoottoreiden jatkuvasta kehittämisestä tuli tärkeä kysymys, sekä sotilaallisesta (puolustus-, hyökkäys- ja ehkäisevä voima) että siviilikysymyksestä. Suunnitellut McDonnell Douglas , The F-4 Phantom II on sotilaslentokoneen Yhdysvaltain tärkein ja XX : nnen vuosisadan ja taistelija Länsi on eniten tuotettu sitten Korean sodan . Kahdella General Electric J79 -moottorilla varustetulla moottorilla varustettu moottori on yksi harvoista koneista, joka tunnetaan elinikänsä ja tehtäviensä taidoista. Siviilinäkökulmasta De Havilland Comet on ensimmäinen kaupallinen lentokone, joka toimii moottorilla. Se käynnistettiin vuonna 1949 , ja se on edelleen kuuluisa joukosta keskilennon onnettomuuksia, jotka korostivat ilmailun rakenteellisen väsymyksen ilmiötä .

1950 - 1980: suorituskyvyn etsiminen

Suuremman suorituskyvyn etsiminen työntövoiman näkökulmasta keskittyy olennaisesti kahteen polkuun: puristussuhteen lisääminen - keskipakokompressorit ja ensimmäiset aksiaalikompressorit tuskin saavuttavat suhdetta 6 - ja lämpötilan nostaminen. Yhdysvalloissa General Electric kehitti vuonna 1953 J79: n , jonka kompressorissa oli 17 vaihetta, 6 staattorista oli vaihteleva. Jälkimmäistä tuotetaan 16 500 kappaletta. Vuonna 1949 Pratt & Whitney kehitti ensimmäisen kaksoisputkisen reaktorin, joka johti Boeing B-52: lla ja KC-135: llä käytetyn sotilaallisen J57 : n sekä Douglas Skywarriorin kehittämiseen .

Siviilialalla se on nimellä JT3C, ja se on Boeing 707: n ja Douglas DC-8: n alkuperäinen ponneaine ja sitä valmistetaan yhteensä 21 200 yksikössä. Yhdistyneessä kuningaskunnassa Bristol kehitti vuodesta 1949 vastaavan tekniikan Olympuksen . Aluksi se tarjoaa 5000 daN: n työntövoiman , joka on noin 6000 vuonna 1957, lähes 8000 vuonna 1960 ja lopulta 9000 daN . Varustettu jälkipolttamisella , siitä tulee Concorden ponneaine nimellisvoimalla 17240 daN .

Ranskassa Snecma kehittää Atar- sarjaa , joka huipentuu 9C: hen 6400 daN : ssä ja varustaa Mirage III: n ja 5: n . Lopuksi, Neuvostoliitto valmisti Mikulin AM-5 , AM-9 ja RD-9, jotka varustavat hävittäjät MiG-19 ja Yak-25 . Tu-16- pommikoneet ja Tu-104- siviililiikenne on varustettu Mikoulisen kehittämällä AM-3 (en) -tekniikalla, joka saavuttaa lähes 10000 daN: n , vaikka käyttäisikin yksiteknistä tekniikkaa .

Öljyshoki

Concorden lisäksi yliäänitaajuiset , kaupalliset lentokoneet ovat rajoitettu aliäänenopeuksiin . Työntövoiman kasvu on siksi tarpeen vain painavien ja painavien lentokoneiden kuljettamiseksi. Jälkeen öljy sokki , tutkimus on keskittynyt moottoreilla, joiden erityisiä kulutus - välinen suhde polttoaineen kulutuksen ja työntövoima saatu - on niin alhainen kuin mahdollista. Kilpailu on osoittautumassa erittäin vahva välissä kolme moottorivalmistajat - Rolls-Roycen Yhdistyneessä kuningaskunnassa, Pratt & Whitney Yhdysvalloissa ja CFM , konsortion välillä amerikkalaisen General Electric ja ranskalainen SNECMA - ja tämä sitäkin suuremmalla syyllä koska Boeing tai Airbus jättävät ponneaineen valinnan lentoyhtiöille. Kehitys liittyy siis lähinnä uudentyyppiseen turbomoottoriin, turbotuulettimeen tai ohitettavaan turbomoottoriin, jota voidaan pitää välittäjänä turbomoottorin ja potkuriturbiinikoneen välillä (ks . Lentokoneiden käyttövoima ). Ensimmäisen kehityksen suorittaa Rolls-Royce Conwayn kanssa ja alkuperäinen laimennusnopeus 0,3 nousi myöhemmin 0,6: een.

Ensimmäisen sukupolven ohivirtausmoottorien ohivirtausmoottorit korkea laimennussuhdetta eikä kehitetty ennestään komponentteja mahdollisti varustaa Lockheed C-5 Galaxy on Yhdysvaltain ilmavoimien kanssa General Electric TF39 , joka saavutti työntövoima 19000 daN . Tämä reaktori on peräisin siviilimallista CF6 , joka löytyy DC-10: stä , Airbus A300: sta ja Boeing 747: stä . Kaksi kilpailijaa, Pratt & Whitney ja Rolls-Royce, seurasivat JT9D: tä ja RB.211 : tä samalla suorituskyvyllä.

Trinôme-kone, reaktori, tehtävä

Taso ja tehtävä ovat yhteisiä nimittäjiä turbomoottoriperheen kehittämisessä. Samalle lentokonemallille useat valmistajat voivat kehittää saman sarjan moottoreita ja siten jakaa valikoiman markkinat.

Ensinnäkin otetaan huomioon ilma-aluksen kriteerit:

kuljetettavien matkustajien lukumäärä
kuljettava etäisyys;
markkinamaksu;
suurin lentoonlähtöpaino;
tyhjä massa;
polttoaineen määrä
Mach-numero risteilyn aikana;
matkalentokorkeus;
siiven pinta.

Siviilikuljetuksiin suunnitellut operaatiotyypit voivat olla seuraavat:

lyhyen matkan R <2800 km (kotimaan Eurooppa);
lyhyt keskikokoinen kuljetus 2800 km <R <5500 km (Yhdysvaltain kotimaa);
keskipitkän matkan 5500 km <R <8300 km (Eurooppa - Afrikka);
kaukoliikenne 8300 km <R <11100 km (Eurooppa - Yhdysvallat);
erittäin pitkä matka 11 100 km <R (Eurooppa - Aasia ja Yhdysvallat - Aasia).

R on toiminnan säde.

Sotilasoperaatioissa lentoaika voi vaihdella 40 minuutista useaan tuntiin purkkeihin varastamisen tai tankkauksen aikana.

Siviilikuljetusoperaation tyypillinen profiili voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin, kuten:

Taksi;
Nousu jopa 10 m ;
Kiipeily ja kiihtyvyys 460 m - 410 km / h ;
Kiipeä 460 km / h ;
Kiihtyvyys kiipeilynopeuteen;
Kiivetä;
Risteily ( enintään 12 200 m );
Laskeutuminen;
Hidastus jopa 460 km / h ;
Laskeutuminen nopeudella 460 km / h ;
Lähestyminen ja lasku;
Taksi

Turpomoottorin koko on siis kaikkien näiden objektiivisten kriteerien synteesi ja vaatii siksi asiakkaan tarpeiden perusteellista tutkimista.

Ilmailun suurimmat ongelmat

Vastatakseen asiakkaiden tarpeisiin moottorin valmistajan on kehitettävä moottori, joka on:

Kevyt mutta vahva
1. lisätä hyötykuormaa
2. vähentää poistettavan polttoaineen massaa
3. sallia useiden kymmenien tonnien työntövoimat moottoreilla, joiden yksilöllinen massa on vain muutama tonni
4. olla komponentteja, jotka kestävät satojen tonnien voimia vain muutaman sadan kilon painolla
Turvallinen ja luotettava
1. Yksi toimintahäiriö enintään 300 000 h välein
2. Korjaus 15 000 tunnin välein
Kaupallisesti kilpailukykyinen
1. Hiljainen ja vähän saastuttava
2. Edullinen ylläpito
3. Alin mahdollinen hinta kuljetettua kiloa kohti

Moottoreiden teknisen ja monimutkaisuuden lisääntyminen

Nykyiset turbomoottorit ovat erittäin monimutkaisia koneita, jotka kokoavat yhteen suuren määrän alijärjestelmiä. Uuden moottorin kehittäminen vaatii huomattavia inhimillisiä, teknisiä ja taloudellisia resursseja, joita vain harvoilla harvoilla yrityksillä on maailmassa: General Electric, Snecma, Rolls-Royce, Pratt & Whitney ja NPO Saturn . Turboottoreita käytetään kaikissa keskisuurissa ja suurissa siviili-ilma-aluksissa, koska ne ovat ainoat, jotka pystyvät saavuttamaan transoniset nopeudet (mach 0,8: n ja mach 1: n välillä) taloudellisesti. Vain pienet matkustajalentokoneissa ja ultrakevyitä edelleen varustettu kanssa männän räjähdyksen moottoreita .

Turboahdin valmistus ja käyttö edellyttävät aikamme edistyneintä teknistä tietoa, kuten nestemekaniikka , termodynamiikka , materiaalitiede , automaatio ja jopa akustiikka . Lisäksi lentokoneessa, siviili- tai armeijassa turboahdettu moottori ei ole pelkästään ponneaine. Se toimittaa myös kaiken aluksella olevan energian sähköisessä, hydraulisessa ja pneumaattisessa muodossa sekä paineistus- ja ilmastointijärjestelmän. Moottoriyksikköä kutsutaan täten usein "voimageneraattoriksi" tai " voimalaitokseksi " . Jos tehokkuus ja luotettavuus nämä moottorit on parantunut huomattavasti, koska niiden lähtien, niiden hinta on hyvin korkea, ja yleensä edustaa, ja siviili lentokone, kolmasosa kokonaiskustannuksista ja laitteen .

Sovellukset ja valmistajat

Todennäköisesti vähemmän yleisön tuntemat turboahtimet löytävät joitain sovelluksia maakulkuneuvoista. Thrust SSC , ääntä nopeamman maakulkuneuvon että omistaa ehdottoman maahan nopeusennätyksen keskiarvon ollessa 1,227.985 km / h , toimii kahdella jälkipolttimella suihkuturbiinimoottorien joiden teho on noin 106000 hv . Myös turbomoottoriversioita , nimeltään jet-autoja , on olemassa, mutta nämä eivät voi osallistua mihinkään mestaruuskilpailuun ja ovat vain mielenosoitusten kohteena.

Koska niiden kyky saavuttaa taloudellinen transoninen nopeus (välillä mach 0,8 ja mach 1), turboahteita käytetään pääasiassa sekä sotilas- että siviililentokoneissa. Kaikissa Airbusin ja Boeingin tuottamissa yli 110-paikkaisissa lentokoneissa on turbomoottorit. Neljä suurta valmistajaa varustaa nämä koneet: amerikkalaiset General Electric ja Pratt & Whitney , brittiläinen Rolls-Royce ja ranskalaiset Safran-lentokoneet . Voimme lisätä kolme muuta yritystä: saksalaiset MTU Aero Engines , italialainen Avio ja japanilainen JAEC , jotka osallistuvat reaktorien tuotantoon yhdessä "suurten" kanssa.

Siten Safran Aircraft Engines toimii yhteistyössä General Electric sisällä CFM International , joka on yhteisyritys omistama tasan, pääasiassa varustaa Airbus A320 perheen ja Boeing 737 . Samoin JAEC ja MTU Aero Engines osallistuvat myös yhteisyritykseen International Aero Engines yhdessä Rolls-Roycen ja Pratt & Whitneyn kanssa. International Aero Enginesin omistaa 32,5% Rolls-Royce, 32,5% Pratt & Whitney, 23% JAEC ja 12% MTU. Se valmistaa reaktoreita, jotka on tarkoitettu yksinomaan A320-perheen Airbusille. Lopuksi General Electric ja Pratt & Whitney ovat yhdistäneet voimansa 50/50- yhteisyrityksessä, Engine Alliance , varustamaan Airbus A380 , kilpailemaan Rolls-Roycen kanssa.

10. helmikuuta 2011, Avio on allekirjoittanut teollisen sopimuksen amerikkalaisen lentokonemoottorivalmistajan Pratt & Whitneyn kanssa uuden Pure Power PW1500G -moottorinsa toimittamisesta .

Tekninen

Johdanto

Näihin viimeisiin vuosikymmeniin saakka potkurilla oli yksinoikeus lentokoneiden käyttövoimaan, mutta ääniilmiöt rajoittamalla käyttö alle 720 km / h: n nopeuteen , toisin sanoen 200 m / s , oli välttämätöntä innovaatioita -. Toisen maailmansodan nopeuttanut kehitetään uusi propulsiojärjestelmän muuttamatta alkuperäistä periaate perustuu periaatteeseen toiminta-reaktio suoritetaan kokoonpuristuva aine, joka on ilmassa.

Tätä uutta järjestelmää voidaan pitää putkena, jossa ilma tulee nopeudella V0 ja jättää sen nopeudella V1 suuremmaksi kuin V0 . Tästä näkökulmasta reaktori ei poikkea potkurista lukuun ottamatta sitä, että reaktorin läpi kulkiessaan ilma puristuu ja sen lämpötila nousee merkittävästi ennen palotilaan saapumista. Toinen ero potkuriin nähden on se, että ilmaa ohjaavat seinät, mikä tekee poiston mahdolliseksi yliäänenopeudella. Viimeinen perustavanlaatuinen ero potkuriin, joka tuo energiaa ponneaineilmaan vain sen siipien mekaanisella vaikutuksella, on se, että reaktorissa poistumisnopeus saavutetaan polttamalla polttoaineena (kerosiini) ruiskutettuna ponneaineilmaan mikä sallii pääasiassa yksinkertaisen virtauksen, tilavuuden äkillisen kasvun polttokammion melkein vakiopaineessa.

Lämpömoottorissa ja potkurissa palamiseen käytettävä ilma ja ponneaine erotetaan toisistaan. Reaktorissa palamiseen liittyvä ilma ja ponneaineilma ovat osittain (kaksinkertainen virtaus) tai täysin yhdistetty (yksi virtaus). Tästä huolimatta reaktoreiden, kuten potkurien, poistumisnopeudella on raja, joka tunnetaan nimellä "metallurginen raja", joka voidaan asettaa 1980-luvulla 3500 km / h .

Yleinen käyttö

Turboreaktori toimii potkuripotkurin tavoin toiminta-reaktioperiaatteella, joka suoritetaan kokoonpuristuvassa väliaineessa, joka on ympäröivä ilma, ja joka tarjoaa eteenpäin työntövoiman reaktiona animoituneen kaasumassan ulosheittymisestä tietyllä nopeudella.

Tämä työntö on seurausta:

ero vauhtia välillä päästettävän ilman ja kaasujen ulos aikayksikköä kohti;
paine-ero suuttimen ulostulotason ja ylävirran äärettömyyden välillä.

Tämä reaktion työntövoima saa moottorin liikkumaan eteenpäin (siis termi suihkumoottori ) ja siten ajoneuvon, johon se on kiinnitetty.

Perusperiaate

Suuri ilmamassa, joka tulee reaktoriin nopeudella V1 ja lähtee nopeudella V2 siten, että V2 >> V1 tuottaa reaktiovoiman, jota käytetään työntövoimana.

Käyttövoimana käytettävä ilma päästetään sisääntulosuuttimen kautta, joka voi olla vaihtelevan geometrinen tietyillä lentokoneilla, jotta mahdollistettaisiin yliääninen lento.

Imi jota tuuletin puristettiin sitten kautta aksiaalikompressoriosa (tai keskipakoisvoiman joissakin moottorit) ilma lämmitetään ja kulkee osittain (tai lähes kokonaan), polttokammion läpi, jossa se sekoitetaan sumuttamalla petroli, joka syttyy itsestään (nimellinen toiminta).

Tämän palamisen seurauksena palaneet kaasut laajenevat voimakkaasti , ja osa niiden laajentumisesta turbiinissa mahdollistaa kompressorin, tuulettimen ja reaktorin toiminnan kannalta välttämättömien lisävarusteiden käytön.

Loput kaasujen palanut termodynaamiset muutos tuottaa paine-energia turbiinin jälkeen kineettinen energia , jonka Venturi-ilmiön , että suutin , se osa, joka voi vaihdella riippuen lennon kirjekuori (yhtenevät ääntä hitaampien tai hajaantuvan supersonic ), jotta saavuttaa työntövoima, jonka avulla lentokone voi edetä.

Ilmavirta ylläpidetään äänenvoimakkuudella moottorissa koko lentokuoren ajan ja moottorin toiminta jatkuu niin kauan kuin polttoainetta ruiskutetaan.

Termodynaaminen sykli

Turboahdin reagoi kahteen termodynamiikan periaatteeseen:

- ensimmäinen kutsuttu energian periaate, joka koskee järjestelmää, joka kehittyy alkutilasta lopulliseen tilaan massan säilyessä. Tämän järjestelmän tilanmuutoksessa otetaan huomioon vaihto ulkopuolisen kanssa työn tai lämmön muodossa. Energiaa kaasujärjestelmän massayksikköä kohti kutsutaan entalpiaksi, ja turboahdin kaasugeneraattorin työn tai lämmön muodossa toimittama energia on verrannollinen koneen läpi kulkevan nesteen massavirtaukseen ja entalpian vaihteluun. tämän nesteen läpi.

Kompressorilla ja turbiinilla entalpian vaihtelu on todellista, kun taas ilman sisääntulon ja poistosuuttimen nolla.

- toinen, joka perustuu entropian tai käyttökelpoisen energian käsitteeseen, korostaa muutoksen peruuttamattomuutta ja siten energian menetystä, jonka neste kokee koneen läpi kulkiessaan.

Turboahdin on moottori:

lämpö;
aerobinen;
muodostunut kaasuturbakameran ympärille.

Tämä sykli koostuu palautuvasta adiabaattisesta puristuksesta , peruuttamattomasta isobaarisesta palamisesta (reaktoria pidetään avoimena järjestelmänä), palautuvasta adiabaattisesta laajenemisesta ja palautuvasta isobaarisesta jäähdytyksestä.

Turboahdin termodynaaminen sykli käsittää neljä vaihetta, joissa ilmaan tehdään fysikaalisia tai kemiallisia muutoksia:

pyrkimys;
puristus;
palaminen;
laukaisu / poisto.

Nämä termodynaamisen syklin neljä vaihetta tapahtuvat samanaikaisesti eri paikoissa toisin kuin polttomoottorin neljä iskua, jotka tapahtuvat samassa paikassa (samassa sylinterissä) ja eri aikoina.

Tämän syklin loppuun saattamisen varmistamiseksi turbomoottori (yksivirtainen) koostuu kahdesta osasta:

kompressori-uuni-turbiinikokoonpano, joka muuntaa polttoaineen kemiallisen energian puristettujen ja kuumien kaasujen potentiaaliseksi energiaksi;
poistosuutin, joka muuntaa kaasugeneraattorin syöttämän paineenergian nopeudeksi.

Turbojet-moottorin kaavio

Termodynaamisen syklin neljä vaihetta voidaan esittää paine / tilavuus ja paine / lämpötila Brayton -syklikaavioilla, joiden avulla on mahdollista nähdä turbomoottorin läpi kulkevan ilman ominaisuuksien kehitys.

Kuten auton moottorit , suihkuturbiini siten suorittaa jatkuvan nelivaiheisen syklin - saanti, puristus, palamisen ja laajennus / pakokaasu.

Paine / tilavuus-kaaviossa puristus on teoreettisesti adiabaattinen ja johtaa paineen ja lämpötilan nousuun.

Kompressorin käyttämiseen tarvittava teho riippuu sen läpi kulkevasta ilmamassasta ja lämpötilan noususta sisääntulon ja ulostulon välillä.

Palaminen on teoreettisesti isobaarista, mutta kammiossa paine laskee hieman ja lämpötila nousee voimakkaasti. Kammion paine ei ole täysin isobaari painehäviöiden takia.

Laajentuminen on teoreettisesti adiabaattista, mutta paine ja lämpötila laskevat nopeuden kasvaessa.

Todellisuudessa, koska ilma ei ole ihanteellinen kaasu, puristuksen ja paisumisen sanotaan olevan polytrooppisia.

Paine / lämpötila-kaaviossa hyödyllinen pinta S ja T4- raja näkyvät . Hyödyllisen pinnan lisäämiseksi on tarpeen nostaa puristussuhdetta P3 / P2 tai laskea lämpötilarajaa T4, joka on rajoitettu niiden materiaalien lämpötilan kestävyydellä, joista se on valmistettu.

Turbojetin työntövoima

Johdanto

Eri turbomoottoreiden valikoima on melko laaja, samoin kuin niiden työntövoiman arvot. Siviili-ilma-alusten alueella pienin turbomoottori, Safran Power Unitsin (ent. Microturbo) TRS 18-1 , saavuttaa 120-160 daN , kun taas suurin, General Electricin valmistama GE90-115B , kehittää yli 40000 daN . Taistelulentokoneiden kantama on paljon rajoitetumpi. Pratt & Whitney F119, yksi tehokkaimmista reaktorit tällä alalla, kehittyy välillä 9800 ja 15600 daN , kun taas Snecmalle M88 varustaminen Dassault Rafale kehittyy välillä 5000 ja 7500 daN .

Työntömitta

Kineettistä energiaa tuottavan ponneaineen keskeinen suorituskyky on työntövoima, joka reagoi sen läpi kulkevan ilmamassan kiihtyvyyteen.

Työntövoima voidaan mitata testipenkillä käyttämällä voimatasapainoa, joka on kosketuksessa potkuria tukevan liikkuvan vaunun kanssa. Voima-anturi voi olla hydraulinen järjestelmä tai venymäliuska yhdistettynä elektroniseen mittausjärjestelmään.

Työntövoimien jakautuminen

Päätoimet jaetaan seuraavasti:

60% eteenpäin kompressorin reaktiovoimalle;
30% eteenpäin polttokammion reaktiovoimalle;
10% eteenpäin akselin reaktiovoimalle;
55% taaksepäin turbiinin reaktiovoimalle.

Tämä antaa tehokkaan työntövoiman (eteenpäin suuntautuva voima) 45% kokonaisvoimasta.

Työntövoiman laskeminen

Työntövoima voidaan laskea mittaamalla ilmavirta sekä ilman tulo- ja poistonopeudet, koska kuten kaikissa suorissa suihkumoottoreissa, se johtuu pääasiassa kahdesta syystä:

liikemäärän ero päästetyn ilman ja ajan yksikön aikana poistettujen kaasujen välillä;
suuttimen ulostulon ja ylävirran äärettömyyden välillä vallitsevan paine-eron aiheuttama voima.

Sen vuoksi turbomoottorin työntövoima on:

suhteellinen ruiskutetun polttoaineen massa huomioimatta sen läpi kulkevan ilman massavirtaan;
kasvava kaasunpoistonopeuden toiminta suuttimen ulostulossa.

On :

$F$ : Turbojetin työntövoima
$D.$ : Turboahdin läpi kulkevan ilman massavirta
$V_ {1}$ : Lentokoneen nopeus
$V_ {2}$ : Kaasun poistonopeus suuttimen ulostulossa
$S_1$ : Turbojettimoottorin ilmanottoaukko
$S_2$ : Poistosuuttimen osa
$P_ {0}$ : Ympäristön paine äärettömässä ylävirtaan
$P_ {2}$ : Staattinen paine suuttimen ulostulossa

Vauhdin ero kirjoitetaan jättämällä huomioimatta ruiskutetun polttoaineen massa:

{\ displaystyle D \ kertaa V_ {2} -D \ kertaa V_ {1} = D (V_ {2} -V_ {1})}

Suuttimen ulostulon ja ylävirran äärettömyyden välinen paine-ero johtaa kirjoittamiseen:

{\ displaystyle P_ {2} \ kertaa S_ {2} -P_ {0} \ kertaa S_ {1}}

siten työntövoiman ilmaisu:

{\ displaystyle F = D (V_ {2} -V_ {1}) - (P_ {2} \ kertaa S_ {2} -P_ {0} \ kertaa S_ {1})}

Termi on tarpeeksi pieni, jotta se voidaan jättää huomiotta, ja työntövoiman pienentynyt ilmaisu voidaan ilmaista yhtälöistä: ${\ displaystyle (P_ {2} \ kertaa S_ {2} -P_ {0} \ kertaa S_ {1})}$

Lennolla: ${\ displaystyle F = D (V_ {2} -V_ {1})}$
Maalla kiinteässä kohdassa: ${\ displaystyle F = D (V_ {2})}$

Kaasut saatetaan vauhtiin suuttimessa muuttamalla kokonaispaineen ja kokonaislämpötilan potentiaalinen energia kineettiseksi energiaksi suuttimen kurkun ulostulossa. Niin kauan kuin suutin on aliäänijärjestelmässä, staattinen paine lähtötasossa on yhtä suuri kuin ympäristön paine. Jos kaasun nopeus nousee suuremmaksi kuin Mach 1, staattinen paine kurkussa tulee suuremmaksi kuin ympäröivä paine ja iskuaaltoja muodostuu alavirtaan (renkaat suuttimen ulostulossa jälkipolttoreaktoreissa).

Suuttimen ulostulon isentrooppisella nopeudella on seuraava yhtälö:

{\ displaystyle V _ {\ text {isentropic}} = {\ sqrt [{}] {2 \ kertaa Cp \ kertaa Tt \ kertaa \ vasen (1- \ vasen ({\ frac {Pamb} {Pt}} \ oikea ) ^ {\ frac {\ gamma -1} {\ gamma}} \ oikea)}}}

kanssa:

$\gamma$ : Ominaislämmön suhde vakiopaineessa ja tilavuudessa

Siten turbomoottorimoottorin aikaansaamiseksi eteenpäin työntövoiman on pakokaasujen nopeuden oltava suurempi kuin lentokoneen.

Sama työntövoima voidaan saavuttaa pienemmällä virtausnopeudella ja suuremmalla kaasunpoistonopeudella tai päinvastoin suuremmalla virtausnopeudella pienemmällä nopeudella. On kuitenkin edullisempaa suosia virtausta kuin nopeutta, jos kyseessä on äänenvoimakkuus.

Voimat ja tuotot

Turboahdin käytössä on tarpeen erottaa useita tehotasoja ja siten tehokkuutta:

Lämpöteho syötetään suihkuturbiinimoottorilla poltosta polttoaineen ja joka ilmaistaan tuotteen polttoaineen virtaus ja sen lämpöarvo. Se on voima, joka voitaisiin saada polttoaineesta, jos kone olisi täydellinen ja joka ilmaistaan kaavalla:

{\ displaystyle WT = W \ varsigma \ kertaa \ eta _ {t}}

kanssa:

$W \ varsigma$ : polttoaineen syöttämä teho
$\ eta _ {t}$ : teoreettinen syklin hyötysuhde

Lämpöteho tiedoksi kaasumaisen massa sen kulkiessa koneen läpi, ja joka ilmaistaan kaavalla:

{\ displaystyle WTh = {\ frac {1} {2}} \ kertaa m \ kertaa (V_ {1} ^ {2} -V_ {0} ^ {2})}

Kineettinen teho kaasusuihkun ulos ulostulossa suuttimen ja joka ilmaistaan kaavalla:

{\ displaystyle WJ = {\ frac {1} {2}} \ kertaa m \ kertaa V ^ {2}}

Käyttötehoista joka on otettu teho kineettisestä voimasta ulos kaasujen lentokoneen tosiasiallisesti käyttää ja joka on tuote työntövoiman, jonka "ilman nopeus" lentokoneen

{\ displaystyle Wp = m \ kertaa (V_ {1} -V_ {0}) \ kertaa V_ {0}}

Näiden tehotasojen perusteella turboahdelle määritetään useita hyötysuhdetasoja:

Termodynaaminen hyötysuhde (40%), joka on termodynaamisen tehon suhde polttoaineen tuottamaan energiaan ja joka ilmaistaan kaavalla:

\ eta _ {t} = {\ frac {WT} {W \ varsigma}}

Terminen hyötysuhde (30%), joka on suhde kineettinen teho kaasusuihkun ja polttoarvon polttoaineen ilmaistaan kaavalla:

\ eta _ {t} h = {\ frac {Wth} {W \ varsigma}}

Tämä hyötysuhde kuvaa koneen tehokkuutta potentiaalisesti käyttökelpoisen energian tuottamiseen. Tätä hyötysuhdetta parannetaan nostamalla polttokammiosta lähtevän virtauksen lämpötilaa korrelaatiossa sen ylävirran ilman puristussuhteen kasvun kanssa. Painehäviöiden vähentäminen ja turbiinikokoonpanon tehokkuuden lisääminen myötävaikuttavat myös tämän hyötysuhteen yleiseen kasvuun.

Sisäinen hyötysuhde (80%), joka on lämpötehon suhde termodynaamiseen tehoon ja joka ilmaistaan kaavalla:

\ eta _ {i} = {\ frac {Wth} {WT}}

Propulsio tehokkuus , joka on tehon välinen suhde, jota käytetään käyttövoiman ja kineettinen teho suihkun (60% tietyn Vi) luonnehtii tapa, jolla tuottamaa energiaa kaasun generaattori on todella käytetään voimanlähteenä. tätä hyötysuhdetta parannetaan vähentämällä suihkun ulosheittonopeutta sen sovittamiseksi lentokoneen odotettuun nopeustehoon.

Yleinen tehokkuus (20%: sta 25%), joka on suhde tuotetun energian energia vapautuu polttoaineen ja joka voidaan esittää kaavalla:

{\ displaystyle \ eta _ {g} = \ eta _ {t} h \ kertaa \ eta _ {p}}

Polttoaine, palaminen ja kulutus

Polttoaine

Turbokomeroiden polttoaineet ilmestyivät ensimmäisen kerran toisen maailmansodan lopussa. Siitä lähtien niiden eritelmien kehitys on perustunut:

turbiinimoottoritekniikan kehitys;
tietyn tyyppisen polttoaineen tuotantokapasiteetti.

Kahden päälämpötilaominaisuuden avulla voidaan erottaa eri polttoaineiden käyttö:

jäätymispiste;
leimahduspiste (syttyminen kipinän läsnä ollessa).

Ilmailussa käytetään erilaisia polttoaineita:

Armeijan käyttämä JET A-1 / JET A / JP1 -kerosiini, jota kutsutaan myös TR0: ksi, saatu suoraan tislaamalla, jonka leimahduspiste on yli 38 ° C ja jäätymispiste alle -41 ° C ;
Armeijan käyttämä JET B / JP4 (laaja leikkaus) tai TR4, jotka ovat kerosiinin ja bensiinin välituotteita, saatu sekoittamalla kerosiinia ja bensiiniä, jonka leimahduspiste on -25 ° C - 15 ° C ;
JP5-polttoaine, joka on saatu suoraan tislaamalla ja jonka leimahduspiste on yli 60 ° C, jolloin sitä voidaan käyttää lentotukialuksissa maksimaalisen turvallisuuden takaamiseksi.

Tietyt lisäaineet parantavat näiden polttoaineiden ominaisuuksia, kuten:

antioksidantti- ja metallideaktivaattorit;
korroosionestoaineet;
jään esto;
staattisen sähkön hajotin.

Käytetyn polttoaineen siviili- ja sotilas- suihkuturbiinimoottorien on pääasiassa kerosiinia , maaöljytuotteen jalostamalla saatu öljyjä ja joka koostuu 86% hiiltä ja 14% vetyä, joiden leimahduspiste käytön turvallisuutta, joka sijaitsee noin 41 ° C: ssa .

Palaminen

Turboahtimien tapauksessa palaminen on kemiallinen reaktio hiili- ja vetyatomista koostuvan polttoaineen, jonka yleinen kaava on C x H y , ja hapettimen, joka on ympäröivä ilma, välillä.

Stökiometrinen palaminen

Polttoaineseoksen sanotaan olevan stökiometrinen, kun ainesosat ovat sellaisessa suhteessa, että ne kaikki osallistuvat palamiseen. Tällöin ainoat palamistuotteet ovat CO 2 ja vesihöyry.

Kerosiinin stoikiometrisellä palamisella kuivassa ilmassa on seuraava yleinen yhtälö:

CxHy + (x+y/4) (O2 + 3,76N2) → x CO2 + y/2 H2O + 3,76 (x + y/4) N2

Ja x = 10 ja y = 20, eli formulaatio C 10 H 20 , seuraava massatase saadaan:

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.

Tämän tyyppistä palamista ei nykyään löydy turboahteista, ja polttoaineen virtauksen ja ilmavirran suhde, joka on 0,068 stökiometrisen palamisen yhteydessä, on pikemminkin 0,03 sotilasmoottorille ja 0,02 siviilimoottorille.

Todellinen palaminen

Ilma ei sisällä pelkästään happea, vaan myös typpeä ( N 2 ) ja pieniä määriä harvinaisia kaasuja (argonia jne.), Joita palamisen lopussa esiintyy saastuttavien oksidien muodossa. Nämä epäpuhtaudet lisätään hiilimonoksidiin ( CO) ja hiili ( C) polttoaineiden epätäydellisestä palamisesta aiheutuvien höyryjen muodossa.

Palaminen on mahdollista vain tietystä lämpötilasta ja painetasosta ja vaatii vähimmäismäärää happea. Turboahdin pääpolttokammiossa reaktio ei ole stökiometrinen, se on vähärasvainen palaminen ylimääräisellä hapella ja vesihöyryn läsnäolo.

Happi jää pääkammion palamistuotteisiin, mikä antaa sotilasmoottoreille mahdollisuuden syöttää jälkipolttimia ylimääräisen työntövoiman tuottamiseksi korkeammassa lämpötilassa pelkäämättä pyörivien osien heikkenemistä.

Kulutus

Turboahtimien polttoaineenkulutus, joka kasvaa suhteessa työntövoimaan, arvioidaan parametrilla, jota kutsutaan ominaiskulutukseksi, joka edustaa tietyn moottorin polttoaineenkulutuksen ja työntövoiman suhdetta.

Suurimman osan uusimman sukupolven moottoreista on risteilyllä suhde 0,55 . Tämä arvo Boeing 777: lle, joka on varustettu kahdella GE90-moottorilla, jotka kulkevat 10000 km keskimäärin 1800 L / 100 km, vastaa noin 5 L / 100 km matkustajaa kohti (360 matkustajaa kohden) tai yhtä paljon kuin pieni auto .

Pienillä reaktoreilla on kuitenkin yksinkertaistetun rakenteen vuoksi suurempi ominaiskulutus .

Käyttörajoitukset

Turbe-moottorit ovat erittäin monimutkaisen rakenteen koneita, joiden on kestettävä voimakkaita lämpö-, mekaanisia ja tärinäkuormituksia ja täytettävä suuret käyttörajoitukset. Ominaisuuksista ei anneta tarkasti valmistajien, mutta käyttölämpötilat voidaan arvioida välillä 200 ° C ja 2000 ° C: ssa

Nämä rajoitukset edellyttävät siis kullekin alueelle sopivia materiaaleja. Yleensä korkea paine turbiini kohdistetaan eniten ankarissa olosuhteissa (korkea lämpötila ja paine). Tämän vyöhykkeen osat perustuvat yleensä nikkelin ja koboltin seokseen . Kylmemmillä alueilla terästä ja titaania käytetään enemmän. Sisäpinnat, erityisesti siipien ja koteloiden pinnat, on lisäksi suojattu pinnoitteilla materiaalien käyttöiän pidentämiseksi .

Turvomoottoreiden kehitys on lisäksi saavutettu ennen kaikkea kaasuputken muodostavien materiaalien hallinnan ansiosta, koska niitä käytetään eniten. Tämän materiaalituntemuksen avulla on mahdollista saada osia, joilla on suurin mekaaninen kestävyys pienimmällä painolla. Vielä nykyäänkin se on yksi sovelluksista, jotka vaativat korkeinta teknistä materiaalitekniikkaa : osat titaanissa , terät monikiteisessä seoksessa, lämpökäsittelyt jne.

Perustuslaki ja suorituskyky

Turboreaktori on osa kokoonpanoa nimeltä GTR tai Turbojet Group, joka käsittää ilmanottoholkin, joka on osa lentokoneen kennoa, ja itse turbomoottorin, joka ohjaa lentokonetta. Turboahdinmoottori koostuu seuraavista peruselementeistä:

sisääntulovaippa, jota kutsutaan myös imukoteloksi (joka kaksivirtausreaktoreissa sisältää tuulettimen suurimman osan työntövoimasta);
kompressori, joka mahdollistaa reaktoriin vedetyn ilman paineen ja lämpötilan nostamisen ennen polttoaineen ruiskutusta;
palotila, jossa ilman lämpötilan äkillinen nousu (polttoaineen ruiskutuksella) johtaa sen tilavuuden erittäin merkittävään kasvuun;
turbiinin, jossa osa palaneen kaasun energiasta muutetaan mekaaniseksi energiaksi kompressorin ja kaikkien reaktorin pyörivien mekaanisten osien käyttämiseksi;
suuttimella päätetty poistokanava, joka varmistaa ulos tulevien kaasujen nopeutumisen.

Näiden kaikentyyppisten turbomoottoreiden sisältämien elementtien lisäksi löydämme myös:

käynnistys- ja sytytysjärjestelmä;
sääntelyjärjestelmä
kinemaattinen käyttöketju pumpuille, latureille jne.

Kaikkien näiden päästä päähän sijoitettujen elementtien muodostaman virran yleinen aerotermodynamiikka, joka kuvaa peräkkäisiä muutoksia, jotka turbomoottorin läpi kulkeva ilma käy läpi, osoittaa meille, että ilmavirran heikkeneminen koneen läpi kulkiessaan johtaa työntövoiman menetykseen .

"Ilmanottoaukon" kokoonpano

Se on kanava, jonka tarkoituksena on kaapata ilma ja tuoda se parhaisiin mahdollisiin olosuhteisiin kompressorin sisääntuloon.

"Ilmanottoaukko" -kokoonpano sisältää varsinaisen moottorin ilmanottoaukon ja ilmanottoholkin. Tämän suunnittelu on lentokonevalmistajan tehtävä.

Moottorin ilmanottoaukko

Moottorin ilmanotto koostuu yleensä kevytmetalliseoksesta valmistetusta kotelosta , jolla on usein aputoiminto tukemalla lisävarusteita.

Ilmanottokanava

Ilmanottoholkki, joka lentokoneeseen asennetun turbomoottorimoottorin tapauksessa antaa sille mahdollisuuden syöttää ilmaa, voidaan järjestää eri tavoin (pitotiksi, siipiin upotettuun palkkiin jne. ). Se voidaan varustaa erilaisilla laitteilla (suojaritilä, melunvaimennin, jäätymisenestolaite, suodatin jne. ). Olipa turbomoottorimoottori asennettu rungon ulkopuolelle tai sisälle, ilmanottokanavalla on tehtävä varmistaa sen ilmansyöttö koko lentokuoressa ulkoisista olosuhteista riippumatta.

Tärkeimmät rajoitukset

Tietyt laatukriteerit otetaan huomioon ilmanottokanavan määrittelyssä kaikentyyppisille lentokoneille, jotka on varustettu turboahteilla. Nämä kriteerit ovat seuraavat:

Ilmanottoaukko holkki :

sen on mahdollistettava mahdollisimman korkean kokonaispaineen saavuttaminen kompressorin sisääntuloaukossa , koska turbomoottorin kokonaisvoima riippuu siitä suhteellisesti;
sillä on oltava hyvä paineen homogeenisuus tasossa, joka on kohtisuorassa lentokoneen etenemiseen nähden, koska merkittävillä vääristymillä on suora seuraus marginaalin menetyksestä turbomoottoria pumpattaessa ;
sen on kyettävä muuntamaan hyväksyttävällä hyötysuhteella ilman nopeus holkin tuloaukossa ( yleensä 0,6 Mach ) tyydyttäväksi nopeudeksi kompressorin sisääntuloa varten ( Mach 0,5 muhvin päässä);
on oltava minimaalinen vastus sen geometrian ja sijainnin mukaan lentokoneessa.

Kiinteän pisteen toiminta

Maan kiinteässä kohdassa ja rullauksen aikana ilmavirrat aiheuttavat erittäin merkittäviä ilmaantuloholkin sisääntulon yhteydessä aiheuttaen irtoamisia ja pyörteitä vähentäen sen tehollista osuutta. On avoin tai suljettu reaktori testi penkit , se on samasta syystä, joka vaatii käytön erityinen ilmanottoaukon holkki , jota kutsutaan paviljonki .

Lentokoneissa (pääasiassa sotilaallisissa), joissa on ilmanottoaukot ohuella laudalla, luukkujen avaaminen sallii suurella nopeudella ja matalalla lentonopeudella ylimääräisen ilmanottoaukon, mikä mahdollistaa oikean ilmavirran palauttamisen turbomoottoria varten. Siviili-ilma-aluksissa, kun ilmanottoaukon aerodynaaminen profiili on paksumpi, irtoamisilmiötä vältetään. Sotilaslentokoneet vähentävät myös suurelta osin lentoonlähtöön kohdistuvan suuren hyökkäyskulman ongelmia käyttämällä usein muuttuvageometrisiä ilmanottoaukkoja, jotka ovat aina tarkalleen suhteellisessa tuulessa (F-15 on hyvä esimerkki).

Lentotoiminta

Tuloholkin, joka vastaanottaa energiaa vaihtelevalla nopeudella lento-olosuhteista riippuen, on joskus hidastettava, joskus kiihdytettävä ilmaa kompressorin tuloaukossa.

Subsonic lento

Tällä Machin alapuolella olevalla nopeusalueella tuloholkki on yksinkertainen eroava, toisin sanoen se vähentää nopeutta lisäämällä ilmanpainetta kompressorin sisääntulossa siitä, että pelinopeudet ovat suuremmat kuin Mach 0.5 . Lentokoneissa, joille tämä on matkalennon kirjekuori, moottorin ja peitelevyn kokoonpanolla (kun ne on asennettu siiven alle) on etuasento suhteessa etureunaan, jotta vältetään aerodynaamiset häiriöt iskujen aikana.

Yliäänentoisto

Tässä lentokuoressa tuloaukkoon tulevan ilman nopeus kasvaa äänen nopeutta suuremmaksi, mikä luo virtauksessa epäjatkuvuuden. Tämä epäjatkuvuus johtaa äkilliseen paineen vaihteluun, jota kutsutaan sokkiaalloksi . Jos ilmavirta tulee suoraan tuloholkkiin, muodostuu suora iskuaalto (kohtisuorassa sisääntulotasoon nähden), kun taas jos asetamme terävän esteen tähän tuloholkkiin, muodostuu vino aaltorintama.

Transformaatio, jonka kaasu käy, kun isku aalto kulkee, sisältää energian hajoamisen, joka johtaa:

virtausnopeuden lasku;
lämpötilan nousu;
lisääntynyt paine.

Energian hajoaminen on vähäisempää vinoissa aalloissa kuin suorassa iskusaallossa. Suoran iskuaallon alavirta, virtaus on aina äänettömiä . Vinosaallon alapuolella, nopeuden menetys on vähemmän voimakasta, voi olla tarpeen luoda useita iskualueita Machin alapuolisten nopeuksien saavuttamiseksi .

Alla oleva taulukko on tarkoitettu osoittamaan energian hajoamisen todellisuutta oikean iskuaallon kummallakin puolella.

Nopeuden / T ° C / paineen vaihtelu ympäristön T ° C: ssa 15 ° C ja paine 1013,25 hv

M1 Mach ylävirtaan	P2 ____ P1	T2 ____ T1	M2 Mach alavirtaan	Nopeuden lasku iskuaallon kautta
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

Tuloholkin rakenteessa on oltava konvergenssi- ja divergenssialueita, jotta kompressoria ahdistava ilmavirta voidaan hidastaa samalla, kun suurin paine otetaan takaisin. Tämän rakenteen on kuitenkin oltava vaihtelevan geometrian, toisin sanoen sen on oltava divergentti tai konvergentti-divergenttinen kanava riippuen lennon vaipasta, jotta ilmavirta voidaan sovittaa kaikkiin lento-olosuhteisiin ja varmistaa iskuaaltojen vakaus, jotka takaavat siirtyminen yliäänen virtauksesta subääniseen virtaukseen .

Esimerkiksi sen Mirage 2000 , joka on mobiili hiiri sallii:

aikaansaada virtauksen uudelleenpaine ennen kompressorin edessä sijaitsevaa erilaista ilmanottoaukkoa (vino-iskuaaltojen kautta);
ohjata enemmän tai vähemmän ylimääräistä ilmaa ulkopuolelle, sopeutumaan erilaisiin ilmavirta / lentonopeussuhteisiin (tehokas moottorin tehostaminen).

Holkin sovittaminen suuriin iskukulmiin saadaan aikaan luukkujen ja lapioiden avulla, jotka sijaitsevat holkin alapuolilla. Channel ilmanottoaukko on Mirage 2000 sisältää:

kaksi keskeistä sakkeliä, joita kutsutaan " hiiriksi ";
kaksi rajakerroksen ansaa;
neljä ylimääräistä ilmanottoaukkoa;
kaksi lapiota;
erilainen.

Mukauttaminen ilman tuloaukon holkin Mirage 2000 suoritetaan liikkuvan hiiret , jotka:

anna virtauksen olla aina luonteeltaan kriittistä , eli sallia iskuaaltojen sijoittaminen siten, että tuloksena oleva vastus on minimoitu;
säädä tulo-osa ilmamäärän mukaan, joka vaaditaan turbomoottorin oikeaan toimintaan.

Kompressori

Termodynaaminen prosessi, joka on turboahdin toiminnan perusta, sisältää paineilman syötön hyvän palamistehokkuuden saavuttamiseksi.

Kompressorin rooli

Kompressorin tehtävänä on auttaa kerosiini-ilmaseosta syttymään optimaalisissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa. Tätä varten moottorivalmistajat ovat integroineet kompressorin ennen palotilaa tuloilmavirtaan.

Kompressorin tehtävänä on aluksi nostaa tuloaukon ja palotilan välisen nesteen painetta ja lämpötilaa muuttamalla kineettinen energia paineenergiaksi:

keskipakovaikutuksella keskipakokompressorissa;
alentamalla nestettä ja hidastamalla nestettä aksiaalisen kompressorin kiinteissä ja liikkuvissa ritilöissä.

Palamistehokkuuden parantaminen vähentämällä polttoaineenkulutusta kuumennettaessa metallurgian rajaan on mahdollista lisäämällä puristussuhdetta polttokammion sisääntulossa samalla kun varmistetaan ruiskutetun polttoaineen jatkuva palaminen.

Turboahdin työntövoima, joka riippuu olennaisesti tulevasta ilmavirtauksesta ja suuttimen ulostulon nopeudesta, kaasun lämpötilasta riippuvasta nopeudesta palamisen lopussa, teki tarpeelliseksi käyttää kompressoria, jonka toteutus seurasi kahta hyvin erilaiset periaatteet:

puristaminen keskipakovaikutuksella, mikä johtaa kaasun nopeuden ( kineettisen energian ) kasvuun ja josta tekniikka on melkein hylätty XXI - luvun alussa;
puristus hidastamalla nestettä ja vähentämällä kaasun määrää moottorin - aksiaalikompressorin - pyörimisakselilla, joka on tällä hetkellä yleistynyt kaikentyyppisissä turbomoottoreissa.

Keskipakokompressori Kenraali

Ensimmäiset turboahtimet, jotka oli suunniteltu Whittlein ja Von Ohainin kehittämistä prototyypeistä, varustettiin keskipakokompressorilla, jota turbiini käytti. Niillä on yksinkertaisuuden ansio, koska yhden terän vaihe suorittaa puristuksen ja yksi akseli yhdistää turbiinin kompressoriin.

Niiden lyhyeen pituuteen liittyy suuri halkaisija, joka tarvitaan hyvään puristukseen. Ilma saavuttaa suurimman mahdollisen puristuksen kompressorin päässä, koska keskipakovoima on sitä suurempi, koska sen käyttöpiste on kaukana pyörimisakselista. Tämän suuren halkaisijan ansiosta se soveltuu paremmin pienikokoisille turboahteille.

Ensimmäiset englantilaiset reaktorit, kuten De Havilland Vampire Goblinit tai Gloster Meteorin Rolls-Royce Welland , suunniteltiin tällä tavalla. Lisäksi useimmat helikopteriturbiinit suunnitellaan edelleen tällä periaatteella, mikä mahdollistaa pienikokoisten moottoreiden suunnittelun.

Perustuslaki

Keskipakokompressori koostuu pääosin roottorista (tai keskipakopyörästä), jossa on radiaaliset evät ja yhdestä tai useammasta diffuusorista. Roottorissa ilma pääsee aksiaalisesti ja virtaa sitten säteittäisesti. Ilman nopeus kasvaa keskipakokiihdytyksen vuoksi ja sen paine johtuu terien välisestä eroavasta osasta. Ilma lähtee roottorin siipien päästä hyvin suurella nopeudella ja staattorissa osa tästä nopeudesta muuttuu paineeksi terien erilaisten osien vuoksi.

Esitys

Keskipakokompressori on yksinkertainen, kestävä ja sillä on hyvä puristussuhde. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että MARBORE VI -moottorimoottorin puristussuhde oli 3,80 verrattuna 1,15--1,16 yhden aksiaalisen kompressorivaiheen kohdalla. 1940-luvun lopulla suurin puristussuhde saavutti jopa 4. Keskipakokompressorin suuri koko kuitenkin tuomitsi sen käyttämisen pienitehoisissa turbomoottoreissa.

Aksiaalinen ja keskipakokompressori

Tietyissä turbomekaniikoissa puristus saadaan aikaan aksiaalityyppisellä kompressorilla, jota seuraa keskipakokompressori.

Keskipakokompressorin ahtolataus antaa merkittävän lisäyksen puristussuhteessa identtisellä pyörimisnopeudella.

Aksiaalikompressori

Ilma-alusten painon lisääntyminen saa ilmailun insinöörit kuvittelemaan ratkaisuja turbomoottorin työntövoiman parantamiseksi.

Pienemmän hyötysuhteen vuoksi ne vaativat useita vaiheita, jotka pyörivät samalla nopeudella, mutta kestävät huomattavasti suurempia pyörimisnopeuksia. Ensimmäinen laatuaan ja myös ensimmäinen rakennettu suurina sarjoina on Junkers -Motorenin Jumo 004 , joka toimitti Messerschmitt Me 262: n .

Metallurgian edistyminen on mahdollistanut aksiaalisten kompressorien valmistamisen liikkuvan pyörän kullekin vaiheelle ja kiinteän ristikon, mikä on mahdollistanut täydellisen puristusvaiheen saavuttamisen. Mitä suurempi vaiheiden määrä, sitä suurempi puristussuhde.

pääpiirteet

Alla oleva taulukko on tarkoitettu osoittamaan aksiaalikompressorien erilaisia ominaisuuksia:

Moottorit	Lähtöpaine -------------------- Tulopaine	Ulostulolämpötila	Tekniset ominaisuudet
ATAR	6.11	250 ° C	Yksirunkoinen, 9 kerrosta
LARZAC	10.8	370 ° C	Kaksirunkoinen, LP 2 vaihetta + HP 4 vaihetta
M53 maassa	8.5	325 ° C	Yksirunkoinen, 3 + 5 kerrosta
M53 Mach 2.3: lla	8.5	430 ° C	Yksirunkoinen, 3 + 5 kerrosta
CFM56-2	24	550 ° C	Kaksinkertainen runko, 1 puhallin, LP 3 vaihetta + HP 9 vaihetta

Teknologia

Kompressori koostuu:

pyörivän osan - roottorin;
kiinteän osan staattori;
kotelon - kotelo.

Roottori käsittää rummun, joka on muodostettu useiden levyjen kokoonpanosta, joihin terät on kiinnitetty, ja levylle asennettua teräsarjaa kutsutaan liikkuvaksi pyöräksi
Staattori koostuu useista siipirivistä, jotka on kiinnitetty koteloon (ATAR-SNECMA-kotelo) tai holkkiin (kotelo M53-SNECMA); kutakin kiinteiden terien riviä kutsutaan kiinteäksi ristikoksi tai tasasuuntaajaksi.

Terillä on aerodynaaminen profiili, jossa on pyöristetty etureuna (sietää vaihteluita esiintymisessä) ja kapeneva takareuna (herätyksen vähentämiseksi). Niillä on kiilakulma roottorin generaattoriin nähden, mikä määrää virtaussuunnan. Ne on myös kierretty siten, että ilmavirroilla on vakio tulokulma terän pään ja sen juuren välillä, joilla ei ole samaa kehänopeutta.

Ilma kulkee vuorotellen liikkuvan pyörän, sitten kiinteän ristikon (eli kompressorivaiheen) läpi, joka suorittaa täydellisen puristusvaiheen. Moottorin puristussuhteen lisäämiseksi riittää lisäämään vaiheiden määrää. Koska puristamiseen liittyy tilavuuden pieneneminen, virta yhdistyy kompressorin sisääntulosta ja ulostuloon paineiden suhteiden ylläpitämiseksi kunkin vaiheen välillä.

Toimintaperiaate

Kompressorivaiheen pakkaamisen perusperiaate on seuraava:

ilman nopeuttaminen dynaamisen vaikutuksen avulla liikkuvassa pyörässä ja sen staattisen paineen vähäinen kasvu hidastamalla hidastettaessa kulkiessaan kahden peräkkäisen terän väliin muodostuneen jakautuvan osan läpi;
ilman suoristaminen sen jälkeen kun se on kulkenut liikkuvan pyörän läpi ja nostanut sen painetta hidastamalla kahden peräkkäisen kiinteän siiven luomaa erilaista osaa;
ilman lämpötilan nousu sen puristuksen seurauksena.

Lisäämällä vaiheiden lukumäärää (roottori + staattori), yleistä puristussuhdetta ja lämpötilaa kompressorin ulostulossa nostetaan.

Yhteenvetona kompressorivaiheessa, joka sisältää siirrettävän ristikon ja kiinteän ristikon:

Matkaviestinverkko tuottaa energiaa lisäämällä virtauksen suhteellista nopeutta;
Kiinteä ristikko tuo virtauksen takaisin akselille ja lisää painetta vähentämällä virtauksen absoluuttista nopeutta.

Aksiaalisessa kompressori, aksiaalisen virtauksen nopeus on enemmän tai vähemmän vakio suuruus ja suunta: arvo tämä nopeus on yleensä välillä 130 m / s ja 170 m / s .

Toimintarajat

Käyttörajat tulevat näkyviin:

pumppaus;
jättäytyä pois;
pyörimisnopeus;
värähtelytaso;
lämpötila;

Pumppaus johtaa äkillisiin värähtelyihin turboahdin läpi kulkevan ilman paineessa ja virtausnopeudessa. Se johtuu usein virtauksen erottamisesta aamunkoitteessa.
Pysähtyminen liittyy virtausnopeuden äkilliseen laskuun vakionopeudella; seurauksena on, että polttokammion paine on suurempi kuin kompressorin poistopaine ja johtaa polttokammion sammumiseen kääntämällä virtaus.
Teriin kohdistuu keskipakovoima, joka on verrannollinen pyörimisnopeuden neliöön. Huolimatta mitoituksesta, joka on sovitettu vakavimpiin rajoituksiin, tämä nopeus on raja, jota ei saa ylittää murtumakivun yhteydessä.
Terän muotoinen terä voi täristä luonnollisella taajuudella, joka riippuu sen koosta, muodosta ja kiinnitystavasta. Tietty määrä ilmiöitä voi herättää ja ylläpitää mekaanista tärinää, joka voi johtaa murtumiseen, kuten:

takareunan herätykset;
epätasapaino tasapainotusvirheiden vuoksi;
aerodynaamiset epävakaudet (liittyvät ilmavirran irtoamiseen).

Turboahdin suurin Mach-lukumäärä liittyy pääasiassa kompressorin läpi kulkevaan lämpötilan nousuun, joka itsessään riippuu:

lentonopeus;
kompressorin painesuhteesta.

Kompressorin kenttä

Paineenergiaksi muuntamisen laadulle on ominaista puristustehokkuus ηc = P2 / P1, jolloin häviöt vaiheessa voivat olla:

aerodynamiikka;
virtauksella;
mekaaninen.

Toimintalinja

Kompressorin toimintakentässä (Puristussuhde; Virtaus) on yksi viiva, jolle on asetettu kaikki mahdolliset tietyn kompressorin toimintapisteet: käyttöjohto (tai työjohto) tekee virtausnopeuden ja puristuksen vastaavaksi tietyn pyörimisnopeuden suhde (iso-nopeuslinjat).

Tämä toimintalinja on riippumaton ulkoisista olosuhteista (paine, lämpötila) sekä moottorin lento-olosuhteista (Mach-luku, korkeus).

Tämä toimintakentän iso-nopeuksia leikkaava käyttöjohto voidaan muuntaa kompressorin pyörimisnopeudeksi. On selvää, että jos tiedämme kompressorin nopeuden, tiedämme, onko tämän pyörimisnopeuden toimintapiste kompressorin vakaalla toimintalinjalla, toisin sanoen vastaako se virtausnopeutta ja puristussuhdetta.

Pumppauslinja

Toinen toimintalinja, joka tunnetaan nimellä "pumppauslinja", koostuu kompressorin toimintapisteistä, joissa hyötysuhde laskee terien aerodynaamisen jumittumisen seurauksena. Näiden kahden käyttöjohdon välistä etäisyyttä kutsutaan "pumppausmarginaaliksi".

Jos kahden peräkkäisen terän välinen ilma saavuttaa äänen nopeuden, ilmavirta tukkeutuu syntyvällä paine-rintamalla.

Suurella nopeudella pumppaus on kytketty viimeisten vaiheiden erottamiseen ja pään vaiheiden tukkeutumiseen, kun taas pienellä nopeudella se on päinvastainen.

Kompressorin irrottaminen ei enää salli sen ylläpitää painetasoa polttokammion alavirtaan. Seuraukset ovat täten katastrofaaliset moottorin toiminnalle suorituskyvyn ja turvallisuuden kannalta (mekaanisen heikkenemisen, moottorin sammumisen vaara).

Poistoventtiili

Käynnistyksen aikana ja lennon ohimenevien vaihteluiden aikana on tarpeen poistaa ilmaa korkeapainekompressorista matalapaineturbiinijakajaan. Käynnistyksen aikana se vapauttaa käynnistimen ja lennon aikana estää jumiutumisen vaikutukset, mikä vähentää pumppausmarginaalia.

Tätä laitetta, jota kutsutaan poistoventtiiliksi (TVB: Transient Bleed Valve), ohjataan asetuksella ja se sallii HP: n kompressorin paineen laskun.

Monirunkoiset ratkaisut

Kussakin vaiheessa paine nousee, mutta myös lämpötilassa; tietyssä vaiheessa sisääntulon ja ulostulopaineen suhde on sitä korkeampi, mitä matalampi tulolämpötila on (sitä vähemmän paisunut ilma puristuu helpommin).

Kaikkien vaiheiden tietyllä pyörimisnopeudella jokaisen vaiheen tulolämpötilat nousevat virtauksen edetessä ja siten puristussuhde vaihetta kohti pienenee (koska tietyn vaiheen puristussuhde on sitä korkeampi, mitä alhaisempi sisääntulolämpötila on).

Aksiaalikompressorissa kunkin vaiheen painesuhteet pienenevät ja korkeiden painesuhteiden ylläpitämiseksi vaihetta kohti olisi tarpeen lisätä kuumimpien vaiheiden pyörimisnopeutta, joten ajatus usean kompressorin pyörimisestä erilaiset nopeudet ja monirunkoisten ratkaisujen toteuttaminen (kaksoisrunko, kolmoiskappale)

Esimerkiksi kaksoisrungon edut yhteen runkoon verrattuna ovat:

vähemmän pumppausta pienillä nopeuksilla (HP: n runko pyörii nopeammin, mikä estää juuttumisen);
puristustehokkuutta parannetaan pienillä nopeuksilla;
työntövoima joutokäynnillä on pienempi ja kulutus pienenee;
käynnistämistä helpotetaan, koska vain HP: n runko käynnistetään;
kiihtyvyys on nopeampaa pienentyneen hitauden vuoksi.

Monirungot ovat monimutkaisempia ja niiden alkukustannukset ovat korkeammat, mutta toiminnassa ero on monikappaleen hyväksi.

Palotilan

Kenraali

Polttokammio on osa suihkuturbiini moottori, jonka tehtävänä on nostaa lämpötila tuleva ilma kompressorin polttoaineen palamisen antaakseen kuumia kaasuja turbiinin ja osallistua käyttövoiman kautta laajeneminen ruiskutussuuttimen.

Palamisen on oltava siellä optimaalista, eikä virtaus turboahdin alavirran osassa saa olla liian suuri painehäviö [painehäviö]. Ilman on kuljettava kammion läpi suhteellisen pienellä nopeudella, alle 100 m / s . Liekki rajoittuu hyvin alhaisella nopeudella alue syötetään noin kymmenesosa ilman virtausnopeus kammion läpi ja lämpötila korkein kohta lähestyvät 2000 ° C: ssa . Lämpötila laskee hyvin nopeasti laimentamalla kammion läpi kulkevalla muulla ilmalla turbiinin materiaalien resistanssin kanssa yhteensopivan arvon saavuttamiseksi.

Kammion seinämien hyvän mekaanisen lujuuden varmistamiseksi lämpötilan on oltava rajoitettu noin 900 ° C: seen (riippuu käytetyistä tulenkestävistä materiaaleista).

Palamisreaktio

Hiilivetyjen palamismekanismi ilmassa on eksoterminen reaktio, johon liittyy polttoaineseos:

joko kaasumaisessa tilassa ja optimaalisessa ns. stökiometrisessä rikkaussuhteessa ;
joko minimilämpötilassa, joka sallii syttymisen;
tai pienimmällä paineella.

Liekin lämpötila saavuttaa sitten maksimin näissä olosuhteissa ja nousee seoksen alkulämpötilan mukana. Lämpötila laskee nopeasti, jos näitä ehtoja ei täytetä.

Syttymislämpötila sallii kemiallisen reaktion liekin kanssa:

seoksen itsestään syttyminen, jos tämä säilyy;
avustettu sytytys, jos seoksen kohta kohoaa sen yläpuolelle.

Sytytykseen tarvittava energia on sitäkin tärkeämpää, kun:

seoksen lämpötila on matala ja polttoaineen haihtuvuus pieni;
seoksen paine on alhainen;
seoksen rikkaus eroaa stökiometrisestä suhteesta ;
seoksen virtausnopeus on suuri.

Itsenäisen palamisen rajat ovat:

seoksen rikkaus ylimääräisen polttoaineen vuoksi;
oletuspolttoaineseoksen köyhyys;
suurin kaasumainen rikkaus, joka rajoittaa palamista seoksen matalissa lämpötiloissa;
itsesyttymisvyöhyke, joka rajoittaa toimintaa seoksen korkeissa lämpötiloissa.

Laminaarisessa virtauksessa liekin etuosa seuraa seoksen virtausnopeuden vaihtelua, mutta turbomoottorin polttokammiossa seoksen virtaus on erittäin turbulentti. Palamistuotteiden sekoittuminen kammioon saapuvan seoksen kanssa johtaa yleiseen palamiseen kammiossa hyvin lyhyillä reaktioajoilla. Jos virtausnopeus nousee liikaa, seoksen tuoreena pitämiselle kammiossa kuluva aika lyhenee kuin syttymisviive ja liekki poistuu polttokammiosta: tätä puhallusilmiötä kutsutaan myös " puhaltaa ".

Polttokammion sukupuuttoon on monia syitä, mutta ne johtuvat kahdesta pääilmiöstä:

liian matala reaktionopeus johtuu pääasiassa liian alhaisesta seospaineesta ja / tai liian alhaisesta liekin lämpötilasta
riittämätön polttoaineseoksen pitoaika johtuu pääasiassa liian hitaasta polttoaineen höyrystymisestä ja / tai liian suuresta virtausnopeudesta

Tietysti sukupuutto lennolla voi muodostaa onnettomuusriskin, jos se on useita, koska uudelleen syttymisen todennäköisyys lennolla riippuu:

käytettävissä oleva aika ennen laskeutumista maahan ( esim. ilman moottorointia 3000 m : n korkeudessa nopeudella 460 km / h …, A320 (massa 60 t ) laskeutuu nopeudella 9 m / s );
miehistön stressi tällaisessa tilanteessa;
heikentyneet uudelleensytytystekijät (painehäviön menetys, yhden sytytystulpan syttyminen, alhainen hyväksyntänopeus, sää).

Polttokammion suorituskyky Saanto

Jos Q on lämmön määrä, joka vapautuu sekunnissa polttoaineen poltosta, ja Q 'on lämmön määrä, joka voitaisiin saada täydellä palamisella, suhde? = Q / Q 'edustaa palotilan tehokkuutta.

Ominaiskulutus on sidottu palamistehokkuuteen. Sen parantamiseksi on varmistettava hapettimen ja polttoaineen seos mahdollisimman läheisesti saamalla pyörrevirta lineaaristen virtausten välillä sisääntulossa ja ulostulossa. Polttokammion aerodynaaminen rakenne on siksi erityisen monimutkainen.

Palamiseen vaikuttavat parametrit

Tärkeimmät palamiseen vaikuttavat parametrit ovat:

kammioon tuleva lämpötila;
kammion tulopaine;
virtausnopeus kammion sisäänkäynnillä.

Rikkaus riippuu kammion tulo- ja poistumislämpötiloista, mutta myös lento-olosuhteista. Se on suurin lentoonlähdössä, se pienenee risteilyn aikana ja voi saavuttaa minimiarvon ohimenevissä olosuhteissa (esimerkiksi äkillisen kaasun vähennyksen yhteydessä). Rikkaus voi vaihdella suhteessa 1-10 moottoreista ja lennon käyttöolosuhteista riippuen.

Kammion tuloaukon paine voi vaihdella 0,2 barista 30 bariin ja tulolämpötila −40 ° C - 650 ° C turbomoottorin toiminta-alueesta riippuen.

Toisaalta, kammion on tietyissä lento-olosuhteissa pystyttävä uusiutumaan ja sillä on oltava vakaa toiminta-alue autorotointia varten (sotilaslentokoneet) sammumisen jälkeen korkeudessa. Uudelleenkäsittelyn jälkeen palamisen on annettava moottorin kiihtyä yli 10000 m: n korkeuteen lentokonetyypistä riippuen.

Lentopolttoaineet Yleiset ominaisuudet

Ilmailupolttoaineella on oltava seuraavat ominaisuudet:

korkea lämpöarvo massayksikköä kohti lennon autonomian edistämiseksi;
suuri tiheys tietyn massaisten säiliöiden tilavuuden vähentämiseksi;
matala syttyvyys lämpötilan ja paineen olosuhteissa lentoturvallisuuden parantamiseksi;
hyvä voitelu pumppujen ja polttoaineen läpi kulkevien komponenttien hyvän käyttöiän takaamiseksi;
siviilien lentoliikenteen talouden kanssa yhteensopiva hinta.

Nykyään se on tyydyttymätön hiilivety, kerosiini , joka täyttää kaikki nämä kriteerit parhaiten.

Ilmailussa käytettävien eri polttoaineiden ominaisuudet

Tiheys: 0,8 TRO: lle (F34, F35) ja 0,75 TR4: lle (F40)
Alempi lämpöarvo: 43 054 J / kg
Stökiometrinen rikkaus: Dc / Da = 0,06
Enimmäislämpötila palamisen jälkeen: noin 2200 K ilman kanssa 300 K: ssa
ɣ = palavien kaasujen Cp / Cv 1000 K : ssa: 1,3
ɣ = palaneiden kaasujen Cp / Cv lämpötilassa 2000 K : 1,2

Huom: kerosiinin ja puhtaan hapen lämpötila on 3500 K, kun seos on stökiömetrinen.

Liekin nopeus - palamisen vakaus

Liekin etuosan nopeus (homogeenisessa seoksessa) on suhteellisen pieni verrattuna turbojetissä olevan nesteen virtausnopeuteen ja kasvaa:

seoksen paineen kanssa;
polttoainepisaroiden tiheyden ja niiden ruiskutuspaineen kanssa kammiossa.

Jotta palaminen olisi mahdollista, virtausnopeus ei saa olla suurempi kuin liekin etenemisnopeus. Joten jatkuvaan polttoaineen ruiskutukseen vakaan liekin aikaansaamiseksi on välttämätöntä, että ruiskutetut polttoainepisarat kohtaavat nopeasti syttyneet polttoainepisarat, jotta ne saisivat riittävästi energiaa omaan syttymiseensä.

Liekin puhaltamisen välttämiseksi virtaus hidastetaan palamisen kanssa yhteensopiviin nopeuksiin. Tätä varten kammio on kytketty kompressoriin, joka sijaitsee ylävirtaan divergentin avulla.

Turbiini

Päämäärä

Tehtävänä turbiini on muuttaa paine-energiaksi poistuvien kaasujen palotilassa kineettinen energia, sitten mekaanista energiaa, jotta ajaa FAN tai tuuletin, kompressori ja erilaisten palvelujen laitteita. Turbiinin ulostulossa jäljellä oleva energia vaikuttaa reaktorin työntövoimaan.

Periaate

Subsonisessa virtauksessa nopeuden, paineen ja nesteen tiheyden välistä suhdetta luonnehtii Bernoullin lause . Turbiinin kaasujen laajeneminen saadaan kiihdyttämällä konvergentissä olevaa nestettä ja osa talteenotetusta kineettisestä energiasta muuttuu moottorityöksi.

Kuvaus ja käyttö

Yleensä turbojetillä kohdatut turbiinit ovat aksiaalista tyyppiä; virtaus on siis yhdensuuntainen moottorin akselin kanssa. Turbiinin laajennusvaihe koostuu kiinteiden siipien ristikosta, jota kutsutaan [Jakelijaksi], ja liikkuvien siipien ruudukoksi, nimeltään [Juoksupyörä]. Kun poistettava teho ylittää yhden vaiheen mahdollisuudet, käytetään monivaiheisia turbiineja.

Jakelijan rooli

Polttokammiosta lähtevät kaasut tulevat jakelijaan, joka ohjaa ne kulmaan [juoksupyörän] tangentiaalisessa suunnassa. Se muuttaa niiden paineenergian kineettiseksi energiaksi lähentyvän vaikutuksen avulla. Näin saadun virtauksen kiihtyvyyteen liittyy paineen ja lämpötilan lasku. $\ propto$

Pyörän rooli

Jakelijan ulostulossa olevat kaasut pääsevät liikkuvaan [Pyörään] tulokulmassa, joka johtaa paineiden jakautumiseen epätasaisesti terien alapintaan ja yläpintaan. Nesteen alapinnalle kohdistama paine on suurempi kuin yläpinnalle kohdistuva paine ja tämä luo aerodynaamisen tuloksen, joka saa liikkuvan [pyörän] liikkeelle muuttamalla osan kineettisestä energiasta mekaaniseksi energiaksi.

Hyödyllisen mekaanisen energian lisäämiseksi on tarpeen:

joko lisätä nesteen nopeutta;
joko lisätä tulokulmaa ; $\ propto$
tai toimia molempien kanssa samanaikaisesti.

Esitys Teho kehittynyt

Turbiinin kehittämä teho voidaan ilmaista seuraavalla kaavalla:

{\ displaystyle W = J \ kertaa (D5 + dc) \ kertaa [(Cp5 \ kertaa T5) - (Cp6 \ kertaa T6)]}

Kanssa

$\ scriptstyle {\ text {W}} \ mapsto {\ text {Turbiinin kehittämä teho watteina}}$

${\ displaystyle \ scriptstyle {\ text {J}} \ mapsto {\ text {Mekaaninen vastaavuus kilokaloria = 4 186 J / kcal}}}$

$\ scriptstyle {\ text {D5}} \ mapsto {\ text {Ilmavirta turbiinin läpi, kg / s}}$

$\ scriptstyle {\ text {dc}} \ mapsto {\ text {Polttokammioon ruiskutettu polttoaineen virtaus, kg / s}}$

$\ scriptstyle {\ text {Cp}} \ mapsto {\ text {Kaasujen ominaislämpö, joka vaihtelee lämpötilan ja rikkauden mukaan}}$

$\ scriptstyle {\ text {T5}} \ mapsto {\ text {Turbiinin sisääntulolämpötila K}}$

$\ scriptstyle {\ text {T6}} \ mapsto {\ text {Turbiinin ulostulolämpötila K}}$

Lasketaan Olympuksen moottorin kentällä kehittämä teho seuraavien parametrien arvojen avulla:

D5 = 182,4 kg · s -1 ;
dc = 3,4 kg · s -1 ;
T5 = 1293 K ;
T6 = 948 K ;

for = 0,018 65 ilma-polttoaineseoksen rikkauden arvo, meillä on seuraavat ominaislämpöarvot: $\ scriptstyle \ propto$

T5 = 1293 K Cp5 = 0,262 6 $\ oikealle$
yhdisteelle T6 = 948 K Cp6 = 0,253 7 $\ oikealle$

Olympuksen moottorin turbiinin kehittämä teho on silloin W = 77 600 000 W tai 105 300 hv

Tätä tehoa, joka on pieni osa reaktorin kokonaistehosta, käytetään pääasiassa kompressorin ja laitteiden käyttämiseen.

Rajoitukset

Turbiini on turbojettimoottorin komponentti, joka toimii vaikeimmissa olosuhteissa:

korkea lämpötila ;
korkeat keskipakovoimat;
korkeat lämpöjännitykset, erityisesti palotilan syttymisen ja sammumisen aikana;
hapettava ilmakehä;
värähtelyt resonanssijärjestelmien läpikulun aikana.

Lisäksi kaikki kaasujen nopeuden lisäykset johtavat liikkuvan pyörän pyörimisnopeuden ja siten kehänopeuden kasvuun , jota mekaanisen lujuuden näkökohdat rajoittavat. Liian suuri virtauksen tulokulman kasvu suhteessa terien ajoitukseen johtaisi aerodynaamisiin häiriöihin, jotka aiheuttaisivat liiallisia painehäviöitä.

Adiabaattisen kompression aikana entalpia lisääntyy ja laajentumiseksi tapahtuu päinvastainen, mikä johtaa turbiinin kykyyn absorboida enemmän energiaa kuin kompressorivaihe voi tarjota. Tästä syystä turbiinissa ei esiinny pumppaamisen tai pyörimisen pysähtymisen ilmiötä.

Turbiinin absorboiman tehon lisäys saavutetaan avaamalla suutinosa (tai alavirran jakelijan kaula) laajenemisen lisäämiseksi.

Turbiinin laatu arvioidaan sen laajennustehokkuudella ja sen absorboitunut tehoraja riippuu ilman nopeudesta siipien välillä (tukkeutuminen, jos Mach = 1).

Saanto

Kuten tuloholkissa, kompressorissa tai polttokammiossa, virtauksen turbiinissa tapahtuva muutos on epätäydellinen, joten tehokkuuden käsite:

P5 turbiinin todellinen tulopaine;
P6 turbiinin todellinen ulostulopaine;
T5 turbiinin todellinen tulolämpötila;
T6 turbiinin todellinen ulostulolämpötila;
T6 teoreettinen turbiinin ulostulolämpötila;
Roottorin Sr-lähtöosa.

Jos energian muutos olisi häviötön, meillä olisi:

{\ frac {T6th} {T5}} = \ vasen ({\ frac {P6} {P5}} \ oikea) ^ {{{{{frac {Sr-1} {Sr}}}}

tästä yhtälöstä ja tietäen P5, P6 ja T5 voimme laskea T6: n, joka on aina korkeampi kuin todellinen T6, ja siksi turbiinin todellinen hyötysuhde on noin:

{\ frac {T6-T5} {T6th-T5}}

Käytännössä tätä hyötysuhdetta muuttaa ohitusvirtausnopeuksien olemassaolo (virtausnopeudet, jotka eivät toimi turbiinissa ohittamalla terät ja pujottamalla ne roottoreiden ja staattoreiden välisten säteittäisten välysten läpi). Nämä virtausnopeudet ovat matalampia aktiivisten järjestelmien, kuten LPTACC ja HPTACC, tai passiivisten mekanismien, kuten hioma-aineiden, ansiosta. Nämä ovat murenevia "sulavia" osia kennoissa, jotka ovat vähemmän kovaa materiaalia kuin terien korot. Sisäänajon aikana terät kuluttavat hiomatavaroita säätääkseen säteen välykset vahingoittamatta teriä, ja säätävät siten osia ohittamaan virtausnopeuksia. Terien jäähdytys Rooli

Velvollisuus vähentää polttoaineenkulutusta edellyttää korkeampia lämpötiloja turbiinin sisääntulossa ja puristussuhteen lisäämistä alavirtaan, koska SFC: n voitto on sitä suurempi kuin se on.

Lämpötilan nousu turbiinin tuloaukossa sallii myös:

lisätä työntövoimaa lämmitetyn ilmavirran yksikköä kohti;
vähennä polttoaineen massaa poistamiseksi tai suurenna aluetta;
ja tietyn työntövoiman osalta moottorin mittojen ja painon pienentämiseksi.

Periaate

Siivet jäähdytetään konvektiolla käyttämällä alavirran kompressorista otettua viileämpää ilmaa. Tämä maksu suorituksen kustannuksella peritään moottorin valmistajalta kompromissin ja taseen suhteen.

Terien jäähdytys sallii korkeammat lämpötilat, mikä parantaa turbiinisyklin yleistä hyötysuhdetta, mutta tämä vastaa moottorin alijäämää, koska sen puristamiseksi oli tarpeen käyttää enemmän energiaa, kun se ei puutu.

Tällä hetkellä polttokammion ulostulolämpötilan ollessa saavutettu ja ottaen huomioon hyväksytyt jäähdytysvirtaukset, kokonaissaldo on positiivinen.

Turbiinin siipien jäähdyttämiseen käytetään kahta pääprosessia:

sisäinen konvektio;
suojakalvo.

Sisäinen konvektio

Terän ulkoseinä jäähdytetään vaihtamalla kaloreita kuumien ulkoisten kaasujen ja terän sisällä kiertävien ja takareunasta poistuvien tuoreiden kaasujen välillä. Ontot siivet on varustettu seuraavan tyyppisillä putkilla:

kiinteiden siipien vuori (jakelijat);
kanavat tai ontelot liikkuville siipille.

Suojakalvo

Jäähdytystä sisäisellä konvektiolla voidaan täydentää jäähdyttämällä seinät suojakalvolla. Terässä kiertävä raikkaan ilman virtaus otetaan ilmavirrasta, joka heijastetaan ulkopuolelle etu- ja takareunoille suojaavan nesteseinän muodostamiseksi, joka eristää terän ulkopinnan.

Suojaava ilmakalvo syntyy pienillä rei'illä, jotka on porattu etureunaan tai takareunaan laserilla tai sähköerosoinnilla.

Teknologia

Terien metallurgia on kehittynyt terien valmistuksesta valamalla ohjattujen jähmettymiseosten läpi johtamaan yksikiteisiin teriin, joiden lämpötilan nousu on erittäin tärkeää. Turbiinilevyjen metallurgia on myös kehittynyt parempaan mekaaniseen ja lämpöresistanssiin pyörimisnopeuksien ja polttokammion ulostulolämpötilojen kasvaessa.

Terien valmistus

Toinen tapa parantaa turbiiniterien lämpötilakestävyyttä on kehittää uusia erittäin korkeita lämpötiloja kestäviä materiaaleja ja kehittää niiden valmistuksessa käytettyjen seosten metallurgia.

Seokset

Metalliseos koostuu yhden tai useamman tukiaseman metallien kutsutaan matriisi, johon on lisätty alkuaineita, jonka avulla voidaan parantaa tiettyjä ominaisuuksia tämä, kuten:

mekaaninen kestävyys;
kovuus;
korroosionkestävyys;
viruminen vastus;
jne.

Mikroskooppisessa mittakaavassa seos näkyy jyvien (kiteiden) agglomeraattina. Jos jähmettyminen tapahtuu ilman erityistä varovaisuutta, jyvien suunta on häiriintynyt ja materiaalin ominaisuudet ovat huomattavasti samat kaikissa suunnissa: sitten puhutaan EQUIAXE-rakenteesta.

Paremman mekaanisen lujuuden mahdollistavan työakselin suosimiseksi on olemassa prosesseja, jotka mahdollistavat kiteiden ohjaamisen etuoikeutettuun suuntaan: tätä kutsutaan sitten suunnatuksi kiinteytysseokseksi.

Muut prosessit mahdollistavat seosten saamisen yhdellä raeella, mikä antaa niille vieläkin parempia ominaisuuksia, ongelmana on lähinnä suurikokoisten monikiteisten osien saaminen.

Tietyt ns. "Eutektiset" seokset kiinteytyvät vakiolämpötilassa kuten puhtaat aineet ja mahdollistavat hienojen ja homogeenisten raerakenteiden saamisen.

Toinen prosessi, jota kutsutaan "jauhemetallurgiaksi", mahdollistaa sekoittamalla komponentit jauhemaisessa muodossa ja sitten tiivistämällä ne korkeassa paineessa osien, kuten turbiinilevyjen, saamiseksi suoraan niiden lopullisissa mitoissa.

Typologia

Kaksirunkoisissa turbomoottoreissa turbiini koostuu yhdestä tai useammasta vaiheesta (staattori-roottori) korkeassa paineessa ja toisesta alhaisessa paineessa . HP-turbiini, jonka evät altistuvat kuumimpien polttokaasujen virtaukselle, on monimutkaisin osa materiaalivastuksen ja aerodynamiikan kannalta. Turbiineja on kahta tyyppiä, yksi toiminta ja toinen reaktio.

Toimintaturbiinissa (suositeltava ratkaisu turbopotkurimoottoreille ja turbiinimoottoreille ) laajennustyöt (melkein valmiit) suoritetaan vain staattorissa. Näin syntynyt kineettinen energia otetaan talteen mekaanisena energiana kompressorin, alennusvaihteen, potkurin tai pyörivän siiven käyttämiseksi sekä moottorille tarvittavien lisävarusteiden käyttämiseksi.

Reaktioturbiinissa laajeneminen tapahtuu sekä staattorissa että roottorissa. Lisäksi tämän tyyppisessä turbiinissa vain "pieni" osa kaasujen energiasta rentoutuu, jotta se saadaan talteen mekaanisena energiana, kun otetaan huomioon, että turbiini-kompressorikokoonpano (lisää siihen puhallin) on vähemmän "raskas" ajaa kuin potkurilla varustettu kokoonpano. Jäljellä oleva energia otetaan talteen suuttimessa kineettisen energian muodossa työntövoiman aikaansaamiseksi.

Poistokanava

Kenraali

Työntövoimalla hyödyllinen laajentuminen tapahtuu poistokanavassa muuttamalla kaasujen jäljellä oleva energia (paine ja lämpötila) nopeudeksi turbiinin läpi kulkiessaan. Turboahdin työntövoima on sitä voimakkaampi, mitä suurempi heittonopeus on.

Poistokanava koostuu pakokaasupäällysteestä ja suuttimesta moottoreille, joissa ei ole jälkipolttoa . Jälkipolttomoottoreissa poistokanava sisältää lämmitysjärjestelmän, joka sijaitsee pakoputken ja poistosuuttimen välissä.

Pakoputki

Turbiinin takana sijaitseva pakoputki takaa virtauksen sisäisen ja ulkoisen jatkuvuuden, jolloin kaksoisvirtausmoottoreissa on mahdollista erottaa kuuma virtaus kylmästä virtauksesta.

Työntösuutin Työntösuuttimen rooli

Turboahdin sisällä virtaus on äänenvoimakkuutta, ja jos turbiinin ulostuloa laajennetaan suuttimella, se mahdollistaa kaasumassan kiihdyttämisen Col- nimiseen ulostulo-osaan asti , joka yhdistyy yksinkertaisimmaksi osaksi, joka määrittää kaasun maksimivirtauksen joka voidaan poistaa. Suutin varmistaa siten sinkoutuminen poltetun kaasuja ja niiden palata ympäristön paine, niin että kiihtyvyys virtauksen, joka johtaa siitä generoi työntövoima suihkuturbiini.

Operaatio

Suuttimen poisto-osa määritetään käytännössä siten, että moottorin suurimmalla kierrosluvulla virtausnopeus saavuttaa äänen nopeuden, ts. Mach 1 , ja että staattinen paine kaulassa on yhtä suuri kuin ilmakehän paine .

Jos virtausnopeus on pienempi kuin äänen nopeus, ulos virtaava massavirta ei ole suurin, kaasut laajenevat kurkun ilmakehän paineeseen ja suuttimen sanotaan olevan sopiva: tämä tapaus vastaa kaikkia alempia järjestelmiä. suurin nopeus.

Sopivalle suuttimelle saavutettavan suuttimen optimaalinen toiminta (paine kurkussa = ilmakehän paine) on kehitetty vaihtelevan osan suuttimen periaatteella, joka sallii ulostulon osan mukauttamisen moottorin eri nopeuksille.

Moottoreille, joissa ei ole uudelleenlämmitystä , konvergentti-divergentti suutin antaa mahdollisuuden nopeuttaa virtausta kurkussa jakautuvassa osassa ylimääräisen työntövoiman aikaansaamiseksi, jolloin kaasunpoiston nopeus voi olla yliääninen.

Moottorin käyntinopeus vaihtelee lentokuoresta riippuen, divergentin osan on oltava vaihteleva, muuten jos kaulassa esiintyy aliäänen virtausta, divergentti hidastaa virtausta ja suuttimen hyötysuhde putoaa.

Kun kaasujen staattinen paine on liian korkea (yli kaksinkertainen ilmakehän paineeseen), yksinkertainen katkaistu kartio johtaa suihkun puhkeamiseen; sitten tarkkaillaan sarjaa aaltoja, kunnes suihkun staattinen paine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine. Nämä iskut, jotka johtavat käyttökelvoton energian menetykseen propulsiossa, aiheuttavat suuttimen yleisen tehokkuuden laskun.

Ominaisuudet

Suutin sijaitsee alavirtaan turbiinista ja koostuu yksinkertaisimmin katkaistusta kartiosta, jonka ylävirran osa on suurempi kuin alavirran osa. Suihkun räjähtämisen ja iskuaaltojen syntymisen välttämiseksi käytetään konvergentti-divergentteja suuttimia. Lämmityksellä varustetuissa moottoreissa voidaan käyttää suuttimia, joissa on eroava poisto ja vaihteleva osa.

Jotkut suuttimet voivat myös vastaanottaa lisävarusteita, kuten:

äänenvaimennin;
työntövoiman peruutin.

Ponneaineen tehokkuus

Turboahdossa kompressori, polttokammio ja turbiinikokoonpano syöttää kuumia puristettuja kaasuja, jotka vapauttavat energiansa lentokoneen kuljettamiseksi. Tämä energia tulisi vapauttaa mahdollisimman tehokkaasti samalla kun kulutetaan mahdollisimman vähän polttoainetta. Sitten on tarpeen optimoida ponneaineen hyötysuhde .

Yleensä propulsiotehokkuus heikkenee, kun työntönopeus kasvaa, mikä johtaa meidät johtopäätökseen, että aliäänenopeuksilla on tarpeen hidastaa poistonopeutta ja lisätä poistettavan nesteen massa tarvittavan työntövoiman saavuttamiseksi. Kun näin on, se oli tarpeen löytää ratkaisuja, jotka eivät kuluta paljon polttoainetta ja tänään kaksisyöttöinen tekniikkaa suurella laimennusmäärällä käytetään yleisesti kaupallisessa ilmailussa.

Yleinen periaate on seuraava:

käytetään metallurgian sallimaa maksimilämpötilaa;
puristussuhdetta nostetaan tämän lämpötilan maksimoimiseksi, jotta saavutetaan vähemmän polttoainetta (lämpötehokkuuden optimointi);
kuumat kaasut saatetaan toimimaan turbiinissa ennen niiden poistamista voimalaan osallistuvan raikkaan ilman virtauksen nopeuttamiseksi.

Toisin sanoen käyttövoimana käytettävä neste jakautuu kahteen virtaukseen:

termodynaamista prosessia seurannut primaarivirta tai kuuma virtaus;
toissijainen virtaus tai kylmä virtaus, joka saa vain mekaanista energiaa.

Moottorin propulsiotehokkuutta lisätään merkittävissä suhteissa laimennusarvoille, jotka ovat lähellä arvoa 5, ja työntönopeudet ovat sellaiset, että kylmävirta tuottaa 80% koko työntövoimasta.

Typologia

Ilmailussa käytetyistä turbomoottoreista voidaan erottaa useita tyyppejä turbomoottoreiden luokassa:

Yksivirtaiset turbomoottorit ns. Koska yksi ilmavirta kulkee kaasugeneraattorin läpi
Kaksivirtaiset turbomoottorit koostuvat kaasugeneraattorista (kuuma ensiövirta), jonka ympärille ohjataan toissijainen (kylmä) virtaus, jonka tuuletin tuottaa, joka on vastuussa kaasugeneraattorin virtausnopeuden sieppaamisesta.

Jokaisessa tällaisessa koneessa voidaan käyttää esimerkiksi seuraavia rakenteita:

Yksirunkoinen
Monirunkoinen

Näistä kahdesta ominaisuudesta on kehitetty variantteja, joista jokainen vastaa työntöominaisuuksien, tehokkuuden, kustannusten jne. Ongelmiin. lentokoneiden valmistajien tarpeiden mukaan.

Teknisestä ja teknologisesta kehityksestä riippuva kronologia tarkoitti sitä, että ensimmäiset turbomoottorit olivat yksivirtaisia ja yksirunkoisia. Ne oli varustettu kaasugeneraattorilla, joka käsitti yhden linkitetyn kompressori-turbiinikokoonpanon, joka kompressori pystyi olemaan keskipako- tai aksiaalityyppinen.

Tällä hetkellä kompressori on jaettu useisiin osiin, jotka pyörivät eri nopeuksilla työntövoiman ja polttoaineenkulutuksen suhteen. Jotta näitä kompressoreita voidaan käyttää, turbiinit, jotka ovat itse erilaisia, on kytketty niihin.

Kutakin kytkettyä kompressori-turbiiniparia kutsutaan rungoksi tai kytkimeksi, ja nykyään yksivirtainen tai kaksivirtainen turbomoottori voi olla yksirunkoinen, kaksoisrunkoinen tai kolmirunkoinen riippuen valmistajista ja käyttöalueista.

Yksinkertainen runko

Tämän tyyppisessä koneessa kaasugeneraattori käsittää yhden pyörivän kokoonpanon, jota kutsutaan rungoksi ja joka käsittää kompressorin ja turbiinin, jotka on kytketty samalle akselille ja pyörivät siten samalla nopeudella.

Monirunkoinen

Kaksoisrunkoratkaisua voidaan soveltaa sekä kaksivirtaiseen turboottomoottoriin että yksivirtaiseen turboahtimoottoriin. Se on monimutkainen tekniikka, joka säästää painoa ja pituutta ja mahdollistaa myös alhaisemman virrankulutuksen.

Tämän tyyppisessä koneessa kaasugeneraattorilla on kaksi mekaanisesti riippumatonta pyörivää kokoonpanoa:

niin kutsuttu LP- kompressori-turbiinirunko ;
ns. HP- kompressori-turbiinirunko .

Turbiini liittyy LP kompressori kutsutaan LP turbiini ja liittyy HP kompressori kutsutaan HP turbiinin

Kukin kompressori-turbiini paria pyörii omalla nopeudellaan ja me sitten puhua kaksinkertainen elimen tai kaksinkertaisen vetokoukku suihkuturbiinimoottorien . Kahden rungon pyörimisnopeus on erilainen, nämä moottorit vaativat kaksi pidempää ja painavampaa samankeskistä akselia . Vastineeksi saanto on selvästi parantunut.

Akselit kääntyvät yleensä samaan suuntaan, jotta niitä yhdistäville laakereille (tai laakereille) ei aseteta liian suuria pyörimisnopeuksia. Joissakin tapauksissa ne kuitenkin pyörivät eri suuntiin, minkä etuna on, että gyroskooppimomentteja ei kerry ja jotka mahdollistavat paremman aerodynaamisen tehokkuuden . Toisaalta dynaaminen herätys, joka saadaan kahdesta vastakkain pyörivästä kappaleesta, on funktio näiden kahden kehon pyörimisjärjestelmien summasta - sen sijaan, että se olisi riippuvainen järjestelmien erosta, yhdessä pyörivässä tapauksessa - siksi erittäin korkea, mikä aiheuttaa tärinänkestävyysongelmia .

Kaikki uuden sukupolven moottorit ovat kaksoispiippuja tai jopa kolminkertaisia tynnyreille niille, joilla on erittäin korkea laimennusnopeus . Viimeksi mainittu kokoonpano on ominaista siviili-ilmailun Rolls-Royce " Trent " -moottoriperheelle . Sille on tunnusomaista kompressori-turbiinikokoonpanon läsnäolo, jota kutsutaan PI: ksi (välipaineelle).

Yksivirtainen turbomoottori

Tämän tyyppisessä koneessa koko ilmavirta kulkee kaasugeneraattorin läpi.

Tuotettu työntövoima riippuu kaasugeneraattoriin tulevan ilman massasta ja sille annetusta kiihtyvyydestä. Tämän tyyppisen turbomoottorin toimintapisteelle on tyypillisesti tunnusomaista kompressori-turbiinikokoonpanon pyörimisnopeus ja turbiinin tulolämpötila.

Käyttöalue

Yksivirtaiset turbomoottorit ovat meluisia, saastuttavia ja niillä on suuri ominaiskulutus. He saavuttavat parhaan suorituskykynsä vain Mach 1: n ulkopuolella .

Tehokkuuden ja kulutuksensa vuoksi Simple Flux -turboottomoottoria käytetään pääasiassa suurilla lentonopeuksilla ja sotilasalalla. Nämä moottorit voidaan varustaa jälkipolttimella, jotta työntövoima kasvaa nopeasti lyhyinä aikoina.

"Kaksivirtainen" turbomoottori

Tämän tyyppisessä turbomoottorissa päästetään enemmän ilmaa kuin tarvitaan kaasugeneraattorille polttoaineenkulutuksen vähentämiseksi ja työntövoiman tehostamiseksi. Lisävirta (tai virtaus) virtaa ohituksena kaasugeneraattorin ympäri.

Vaikka 1960-luvulla ilmestyi halvempi aliäänenopeudella ja vähemmän meluisilla suihkumoottoreilla kaksoisvirtaan (tai englantilaiseen turbofaniin ) . Näissä moottoreissa suurikokoinen puhallin voi absorboida suuren massavirran, joka kulkee vain osittain LP- kompressorin läpi . Ilma esipuristettu puhaltimen, joka ei läpäise osaksi LP kompressorin , jota kutsutaan kylmä virtaus , ohittaa kuuma osa asti suutin , jossa se on poistettu, sekoitetaan tai kuumien kaasujen kanssa (kuuma virtaus). Tämä mahdollistaa kohtalaisilla nopeuksilla, noin 1,5 Mach: n alapuolella, lisätä työntövoimaa lisäämällä kaasun virtausnopeutta ja vähentää melutasoa huomattavasti. Harvoissa tapauksissa, kuten General Electric CF700 tai General Electric CJ805-23 , puhallin ei ole sijoitettu moottorin eteen, vaan taakse. Tätä ominaisuutta kutsutaan " takapuhaltimeksi " englanninkielisissä maissa.

Kylmävirtauksen muodostama ilman suhde, joka vaihtelee moottorien mukaan, ilmaistaan toissijaisen massavirran (tai kylmävirtauksen) ja ensisijaisen massavirran (tai kuumavirtauksen) suhde. Tätä suhdetta kutsutaan laimennussuhteeksi . Sotilaslentokoneiden moottorit optimoitu yliäänikone lento on laimentaminen on vähemmän kuin 1, kun taas siviili- tai sotilaallisia moottorit optimoitu risteilyjä ympäri Mach 0,8, on laimennusmääristä välillä 5 ja 10. kaksisyöttöinen moottorit ja korkea laimennusnopeuden saavat suurimman osan työntövoiman kylmältä virtaus (80%), kuumavirta edustaa 20% työntövoimasta.

Edut ja käyttöalue

Erittäin suurella tuulettimella varustettujen potkuriturbiinimoottoreiden ja ohitusreaktoreiden kehitys on pitkälti kehitetty aliäänen nopeusalueille. Suuremmalla ilmavirralla ja matalammalla kaasun lämpötilalla samalla työntövoimalla niiden hyötysuhde on suurempi ja kulutus pienempi. Kun polttoainekuorma pienenee, tämä mahdollistaa suuremman hyötykuorman.

Propulsiotehokkuus, joka on lentoon tarvittavan tehon ja tuotetun lämpötehon suhde, osoittaa tietyllä työntövoimalla, että tämä hyötysuhde olisi sitä suurempi, kun myös ilmavirta olisi suurempi: ratkaisu, joka koostuisi Ilman virtaus ilman polttoaineen virtauksen lisäämistä olisi siis hyväksyttävää, mutta näin ei ole, koska tämä johtaa lämpötehokkuuden heikkenemiseen. Joten ilmavirran lisäämiseksi vähentämättä lämpötehokkuutta tarvitaan ratkaisu: jaa koko ilmavirta kahteen virtaukseen:

virtaus kaasugeneraattorille optimaalisen lämpötehokkuuden ylläpitämiseksi;
virtaus, joka virtaa ohituksessa ja sekoitetaan kuumaan virtaukseen joko suuttimessa tai ilmakehässä.

Kaksoisvirtauksella saavutetaan kompromissi yksivirtaisen turbomoottorin, jonka hyötysuhde on mielenkiintoinen vain suurella nopeudella, ja nopeusrajoitetun turboahtimen välillä. Lisäksi ominaiskulutus paranee ja toiminta on hiljaisempaa. Jälkipoltto voidaan kuitenkin integroida kokoonpanoon suuremmalla hyötysuhteella kuin yksivirtaisen turbomoottorin tapauksessa. Monissa nykyaikaisissa hävittäjissä on myös turbopuhaltimet, jotka on varustettu jälkipolttimella ( Rafale , Soukhoï Su-27 , F-22 Raptor jne.).

Turbojet-alijärjestelmät

Sisäinen ilmapiiri

Kaksoisvirtauksella varustetussa turbomoottorissa labyrinttitiivisteiden paineistamiseen käytetty ilma otetaan alavirtaan matalapainekompressorista. Kuumien osien, kuten jakelijoiden ja HP: n turbiiniterien, jäähdytysilma otetaan HP- kompressorin ulostulosta .

Sisäinen ilmapiiri mahdollistaa myös vastapaineiden kohdistamisen kompressoriin ja turbiinilevyihin laakereiden aksiaalisten voimien vähentämiseksi.

Riittävän tehokkuuden ylläpitämiseksi ilmavuotoja rajoitetaan asettamalla labyrinttitiivisteet koko moottoriin. Roottorien ja turbiinikoteloiden (korkea ja matala paine) välisten säteisväleiden aktiivinen hallinta varmistetaan lähettämällä ilmaa korkeapainekompressorin ulostulosta, jonka virtausnopeutta ohjaa itse venttiili, jota ohjataan moottorin säädöllä. . Tätä "raitista" ilmaa käytetään kampikammion jäähdyttämiseen iskuilmasuihkujen avulla. Tämän ilmavirran hallinta mahdollistaa kotelon laajenemisen ja siten staattorin ja roottorin välisten säteittäisten välysten (tarkemmin sanottuna evien ja hioma-aineiden) hallinnan. Ohjauksen tavoitteena on pystyä rajoittamaan ohitusvirtauksia (häviöitä) lennon kaikissa vaiheissa. Tätä järjestelmää kutsutaan ACC: ksi aktiivisen puhdistuman hallintaa varten, ja sitä edeltävät LPT tai HPT (matalapaineisen turbiinin aktiivisen puhdistuman hallinta ja korkeapaineturbiinin aktiivisen puhdistuman hallinta). Ero on tärkeä, koska virtauksen hallinta ei ole sama kahdelle turbiinille.

Ulkoinen ilmapiiri

Kaksinkertaisen virtauksen turboottomoottorissa ulkoinen ilmapiiri suorittaa erilaisia toimintoja itse moottorissa ja lentokoneessa.

Ilma otetaan yleensä HP- kompressorista ja sitä voidaan käyttää:

moottorissa:
- ilman tuloaukon sulattamiseksi,
- välttääksesi kompressorin pumppaamisen varoventtiilin ansiosta,
- toimimaan paine- ja lämpötilainformaationa moottorin ohjauksessa;
lentokoneessa:
- matkustamon paineistukseen ja ilmastointiin,
- katoksen jäänpoistoa varten,
- tiettyjen säiliöiden (hydrauliikka, vesi, polttoaine) paineistamiseksi,
- muiden moottoreiden käynnistämiseen.

Tietyt lisävarusteet, jotka lämpenevät huomattavasti, jäähdytetään ilmankierron avulla ja moottorin suutin tuuletetaan toissijaisesta virtauksesta tai ulkoilmasta.

Öljypiiri

Voitelulla tarkoitetaan öljykalvon muodostumisen ja uusimisen varmistamista voitelua vaativille osille, kuten laakereille, sekä lämmön poistamiseen. Käytetyt öljyt riippuvat kuormitus- ja lämpötilaolosuhteista ja ovat tällä hetkellä pääasiassa synteettistä alkuperää korkeamman lämpötila-alueen ja pidemmän käyttöiän vuoksi kuin mineraalipohjaiset öljyt.

Öljypiiri suorittaa seuraavat toiminnot:

varastointi;
paine syöttö;
suodatus;
elpyminen;
jäähdytys;
kaasunpoisto;
toiminnan ohjaus mittaamalla paine ja lämpötila;
kulumisen hallinta magneettitulpalla;
suodattimen tukkeutumisen tarkistus.

Käynnistä-toiminto

Käynnistystoiminnon on varmistettava:

kompressori-turbiinikytkimen käynnistäminen;
polttoaineen syöttö käynnistysvaiheen aikana;
palotilan sytytystulppien sytytys.

Tuoda markkinoille

Tämä toiminto koostuu kaasugeneraattorin pyörivän kokoonpanon pyörittämisestä siten, että kompressori voi toimittaa palotilan ilmalla. Taajuusmuuttajalle tarvittava vääntömomentti (C) riippuu pyörimisnopeudesta ja lämpötilasta. Alussa se kasvaa voimakkaasti ja vähenee, kun syttyminen tapahtuu ja kone kiihtyy. Tietyllä nopeudella tämä vääntömomentti muuttuu nollaksi ja moottorin sanotaan olevan autonominen.

Polttoaineen syöttö

Tämä toiminto ohjaa pää- ja käynnistysinjektorien virtalähdettä. Käynnistysinjektorit antavat liekin levitä ja sytyttävät pääinjektorien ruiskuttaman polttoaineen. Polttoaine syötetään paineen alla pumpun avulla ja käynnistykseen tarvittava virtausnopeus määritetään erityisellä annostelulaitteella.

Sytytys

Tämän toiminnon avulla polttoaineseos voidaan sytyttää suurjännitteisten sytytystulppien tuottamilla kipinöillä.

Aloita sykli

Tälle syklille on tunnusomaista parametrien kehitys:

kaasun lämpötila;
pyörimisnopeus ;
kiihtyvyys.

Käynnistysjakso suoritetaan turboahdemoottorin erityisellä erillisellä toiminnolla.

Uudelleensyttyminen Lennon aikana

Lennon aikana käytettävä uudelleensytytysmenettely eroaa maassa tapahtuvasta sytytyksestä, koska laukaisu on jo suoritettu.

Tämä uudelleensytytysmenettely perustuu niin sanottuun "tuulimyllyyn". Itse asiassa, kun moottorin sanotaan olevan "pysäytetty", se ei enää tuota työntövoimaa, mutta lentokoneen suhteellinen nopeus pakottaa ilman kiertämään moottorissa. Nämä ilmavirrat ovat riittäviä moottorin pyörivien osien pyörimisen aikaansaamiseksi.

Kuten aiemmin mainittiin, moottorin käynnistysolosuhteet ovat melko rajoittavat (lämpötila, pyörimisnopeus, seoksen tiheys jne.), Joten tässä uudelleensytytyskokoonpanossa on välttämätöntä olla tietyllä nopeusalueella (korreloi sitten moottorin kierrosluvun kanssa). ) ja korkeus (ilman tiheys).

Maassa

Myös moottorin uudelleenlataaminen maassa vaatii erityistä huomiota. Suurin tällaisen toiminnan aiheuttama riski on "roottorin lukitus". Tämä ilmiö vaikuttaa turbiiniin, erityisesti matalapaineturbiiniin. Kun turbiini jäähtyy, osat jäähtyvät eri nopeuksilla (riippuen niiden massasta ja termisestä inertiasta). Ohut kotelo jäähtyy nopeammin kuin roottori ja vetäytyy siten nopeammin samalla, kun roottori pysyy laajentuneena. Kotelo puristaa ja estää roottorin. Jos moottori käynnistetään uudelleen tällä hetkellä, jotkut turbiinin vaiheet voivat pysyä tukossa. Tämä pieni vika voidaan korjata sammuttamalla moottori ja käynnistämällä se uudelleen. Tällä hetkellä moottorin läpi kulkenut kuuma ilma riittää kampikammion laajentamiseen ja roottorin vapauttamiseen.

"Roottorin lukituksen" välttämiseksi jäähdytysaikaa on noudatettava kahden käynnistyksen välillä. Tämän keston määrittäminen on kuitenkin monimutkaista, koska se riippuu monista parametreista (ympäristön lämpötila, moottorin ennen sammumista suorittama sykli, hioma-aineiden kuluminen jne.).

Ilmanvaihto

Joskus on tarpeen käynnistää kompressori-turbiinikytkentä sytyttämättä tai polttoaineen ruiskutuksella tai ilman testejä tai erityisiä menettelyjä.

Kuivaa ilmanvaihtoa voidaan käyttää:

tyhjentää palamaton polttoaine ennen käynnistämistä;
jäännöslämpötilan jäähdyttämiseksi kuumien pisteiden välttämiseksi testin jälkeen;
osana huoltomenettelyä;

Märkä ilmanvaihto voidaan käyttää moottorin varastointitestauksen jälkeen ennen asennusta siiven alle.

Valvonta ja säätö

Tilattu

Ohjaaja ohjaa turbomoottoria yksinkertaisella tavalla, yleensä yhdellä säätimellä, jota kutsutaan kaasuvivuksi. Tavoitteena on saada tietyn kaasuvivun aseman kohdalla työntövoima mukautettuna lento-olosuhteisiin. Moottoriin päästetyn ilman paine, lämpötila ja nopeus, jotka vaihtelevat jatkuvasti korkeuden ja lentonopeuden mukaan, oli tarpeen puuttua ohjaajan ja moottorin väliseen säätöjärjestelmään.

Siviili-turbomoottorin kaasuvivun ominaisasennot ovat:

TO / GA (lentoonlähtö / kiertäminen - lentoonlähtö / kiertäminen);
CL (Kiipeä - Kiipeä);
Mct (jatkuva Maxi);
Tyhjäkäynti (hidas liike);
Kierros (taaksepäin - työntövoiman peruutin).

Ohjaus

Tiedetään, että työntövoima riippuu turbojettimoottoriin tulevasta ilmavirrasta ja sen ulostulonopeudesta. Ensimmäisenä arvioina voidaan sanoa, että ilmavirta on verrannollinen pyörimisnopeuteen ja että poistonopeus on verrannollinen turbiinin edessä olevaan lämpötilaan.

Näin ollen työntövoiman hallinta tarkoittaa hallintaa:

pyörimisnopeus
lämpötila turbiinin edessä

Tarkoituksena ohjaus toiminto on myös:

varmistaa, ettei käyttörajoja ylitetä;
mahdollisen toimintahäiriön havaitsemiseksi;
seurata moottorin eri parametreja reaaliajassa;
tiettyjen toimintavaiheiden, kuten käynnistämisen, hallitsemiseksi.

Tämä toiminto suoritetaan mittauksista, jotka on tehty seuraavilla parametreilla:

pyörimisnopeus;
kaasujen lämpötila;
pneumaattiset ja hydrauliset paineet mitattuna eri paikoista;
ilman, öljyn jne. lämpötilat.

laakerin tärinämittaus on välttämätöntä lentoturvallisuuden seurannan kannalta

Säätö Rooli

Säätötoiminnon päätavoitteena on ylläpitää turbomoottorimoottori automaattisesti määritetyissä pyörimisnopeuden ja turbiinin lämpötilan rajoissa.

Tämä säännös vaikuttaa ainoaan yleisesti saatavilla olevaan fyysiseen parametriin: polttokammioon ruiskutettu polttoaineen virtaus.

Perustuslaki

Säätöjärjestelmä koostuu erilaisista laitteista, joiden on suoritettava seuraavat toiminnot:

tiedot;
tarttuminen;
hallinta;
sähköntuotanto.

Tämä laite koostuu polttoainepiiristä, liikkuvien osien ohjaimista (suutin, poistoventtiilit, muuttuvat staattorit jne.), Sähköpiiristä, erilaisista antureista ja säätötietokoneesta.

Operaatio

Säätö vakiintuneessa turbomoottorin toiminnassa ylläpitää pyörimisnopeutta ja optimaalista lämpötilaa turbiinin edessä siten, että valittua vipuasentoa vastaava työntövoima saadaan aikaan ulkoisista häiriöistä riippumatta. Se ylläpitää automaattisesti vastaavaa toimintapistettä optimoimalla vääntömomentin (polttoaineen virtaus; suutinosa) samalla kun varmistetaan myös koneen käyttörajoitusten hallinta.

Turbiinin edessä olevan lämpötilan suora säätäminen on erittäin herkkä, joten päätämme säätää tätä lämpötilaa edustavia moottorin parametreja:

moottorin nopeus ;
moottorin kierrosluku plus suuttimen osa;
moottorin kierrosluku plus kaasun ulostulolämpötila;
Palamisen C / P-rikkaus C: llä polttoaineen virtaukselle ja P kompressorin ulostulopaineelle.

Näiden parametrien käsittelemiseksi ja niiden hallitsemiseksi käytettävissä on keinoja, joita kutsutaan [säätelyparametreiksi] vaihtelevana lukumääränä turbomoottorin tyypistä riippuen:

SEC-virtaus;
PC: n suorituskyky;
muuttuva suutinosa;
poistoventtiilit;
muuttuvat staattorit;
jne.

Moottorin käyttölait

Kummallekin turbomoottorityypille ominaiset muuttumattomat toimintalakit yhdistävät nämä parametrit ja antavat säätön ylläpitää moottorin toimintapisteen vakaana ohjaajan valitsemaa työntövoimaa vastaavasti.

Moottorin käyttölait ovat suhteita, jotka mahdollistavat säädettyjen tai säädeltyjen parametrien (hallittavien) vaihteluiden tuntemisen, kun säätöparametrit vaihtelevat. Nämä moottorilakit ovat moottorin luontaisia ominaisuuksia ja vaihtelevat lento-olosuhteiden ja säätöparametrien arvon mukaan. Niitä ei pidä sekoittaa sääntelylakiin.

Esimerkiksi kiinteän suuttimen reaktorille, ilman muuttuvia staattoreita tai ilman varoventtiilejä ja tietylle lento-olosuhteelle:

säätölaki (nopeus polttoaineen virtauksen funktiona) antaa nopeusarvon N0, joka vastaa polttoaineen virtausta C0;
moottorilaki (turbiinin tulolämpötila nopeuden funktiona) antaa turbiinin sisääntulolämpötilan arvon Tet0 nopeusarvolle N0.

Tämän yksinkertaisen esimerkin avulla näemme, että turbomoottorin säätely on sen sisäisten ominaisuuksien integrointi globaalimpaan järjestelmään ottaen huomioon ulkoiset elementit.

Moottorin toimintapisteen asettamiseksi meidän on toimittava säätöparametreilla säätötoiminnon avulla, joka voi olla:

ohjelmoitu asetus, jonka tuotosarvo, joka on tuloasetuksen käsittelyn tulos asetuslakissa, ei ota huomioon todellisia olosuhteita tuolloin;
silmukka-asetus, joka ottaa huomioon sen toiminnan muokkaamiseksi sen ulkoisten vaihtelujen mukaan.

Säätötilat

On olemassa kaksi päätilaa, jotka voidaan liittää ja jotka ovat tiloja:

ohjelmoitu;
kihara.

Ohjelmoitu sääntely

Tämäntyyppinen sääntely on vakaa, mutta ei kovin tarkka, koska todelliset häiriöt ovat usein erilaisia tai jopa hyvin erilaisia kuin nykyiset ohjelmoidut olosuhteet. Parametrisarjalla ei aina ole haluttua arvoa, ja tämä nollaa lopullisesti tämäntyyppisen säädön toimintakohdan vakauden takaamiseksi ulkoisten olosuhteiden mukaan.

Esimerkiksi jos tietyllä korkeudella vivun asento vahvistaa polttoaineen virtausarvon, joka itse asettaa nopeusarvon ja korkeus muuttuu ilmoittamatta säätelystä, todellisen nopeuden ja sen järjestelmän välillä on ero.

Toisaalta ohimenevässä tilassa, jossa rajoitukset ovat vaarassa saavuttaa, on parempi käyttää ohjelmaa, joka integroi kaikki pysäyttimet, ottaen huomioon moottoreiden erot ja rajoitetun käyttöiän omaavien osien ikääntymisen.

Esimerkiksi aluksella olevalle hävittäjälle aika työntövoiman saavuttamiseksi on usein yhtä tärkeää kuin itse työntövoiman taso, koska epäonnistuneen laskeutumisen yhteydessä kierros on tehtävä täysin turvallisesti ilman moottoria. pumppauksesta tai voimakkaasta sammumisesta johtuva tehohäviö.

Looped-asetus

Silmukkaohjauksen periaatteena on havaita ero lähtöarvon ja tulon asetusarvon välillä ja käyttää tätä eroa yhden tai useamman ohjaavan parametrin ohjaamiseen. Tämän tyyppinen sääntely antaa mahdollisuuden voittaa ulkoiset vaihtelut, mutta haittana on, että se on epävakaa. Tämä epävakaus liittyy lähetysten vasteaikoihin ja silmukanvahvistukseen, toisin sanoen lähtövariaation ja tulomuutoksen väliseen suhteeseen.

Silmukan suorituskyky on säätö + moottorikokoonpano, jolla on omat voitot ja vasteajat. Turboahdin ominaisuudet, jotka vaihtelevat hyvin suurina osuuksina lento-olosuhteiden (Mach, korkeus) funktiona, on siksi tarpeen, jotta kokoonpanon hyvä vaste säilyy ulkoisista olosuhteista riippumatta, että myös säätimen ominaisuudet vaihdella. Tämä vaikeuttaa turbomoottoreiden sääntelyä verrattuna teollisten prosessien säännöksiin.

Sääntelyjärjestelmät

Turboahdin käyttö koostuu sen ylläpidosta vakaana toiminnassa kussakin lento-olosuhteessa ja saattamalla sen toimimaan ohimenevässä tilassa kahden vakaan tilan välillä. Tämä osoittaa tarpeen säätää kahdesta pääasetuksesta:

vakiintunut sääntely, joka ylläpitää toimintapistettä valitussa lento-olosuhteissa ulkoisissa olosuhteissa tapahtuvista vaihteluista huolimatta ja joka takaa turvallisuusrajojen noudattamisen välttääkseen:
- ylinopeuden lähtö,
- ylikuumenemisen ilmiö ,
- jne.
Asetuksen ohimenevä tilassa , jonka avulla voidaan nopeasti muuttaa toimintapiste välttää:
- pumppaus ilmiö ;
- reaktorin pysäyttäminen;
- ylikuumenemisen ilmiö .

Muita toimintoja hallinnoi myös säätöjärjestelmä:

reaktorin käynnistys:
sytytystulppien sytytys käynnistettäessä:
tiettyjen moottoreiden aktiivinen vapaa tila
jne.

Moottorin säätö

Moottorin vakiintunut toimintapiste on tietyllä linjalla kompressorikentässä, mutta kun ohjaaja pyytää erilaista kompressorin nopeutta kaasulla, säädön on:

lisätä polttoaineen virtausta, kun ohjaaja kiihtyy;
vähentää polttoaineen virtausta päinvastaisessa pyynnössä, ottaen huomioon koneen rajoitukset.

Nopeuden vaihteluiden aikana kompressorin toimintapiste poistuu vakiintuneesta kompressorikentän käyttöjohdosta. Fyysisesti polttoaineen kasvu polttokammiossa tuottaa ilman liiallisen laajenemisen, mikä johtaa äkilliseen kompressorin puristussuhteen nousuun: turbiinin tuottama työ kasvaa nopeammin kuin kompressorin absorboima, moottori kiihtyy . Päinvastoin tapahtuu, kun polttoainetta on vähemmän, moottori hidastuu.

Moottorin säätö antaa siten tarvittavan polttoaineen pyörimisnopeuden, paineen ja lämpötilan funktiona turboahdin tietyissä kohdissa.

Rajoitukset ja kiellot

Jos haluat siirtyä käyttökohdasta toiseen, poiketaan alkuperäisestä vakiintuneesta käyrästä ja kohdataan rajoituksia:

äkillinen polttoaineen virtauksen kasvu voi johtaa:
- ohimenevässä ylilämpötilassa turbiinin edessä,
- rikkaaseen sukupuuttoon,
- kompressorin pumppaus lisäämällä äkillistä painetta kompressorin ulostulossa;
polttoaineen virtauksen pieneneminen, joka voi johtaa vähäiseen sukupuuttoon.

Näiden vaarallisten ilmiöiden torjumiseksi asetuksella on polttoaineen virtauksen rajoitus:

korkea kutsutaan: kiihtyvyyden pysäytys:
matala: hidastuksen pysäytys.

Johdanto

Kaikki säätimet koostuvat järjestelmästä, joka on omistettu lakien laskemiselle ja toisen niiden toteuttamiselle (polttoaineen virtaus ja muuttuva geometria). Jos suoritusosa on ensimmäisten turbomoottoreiden jälkeen muuttunut vähän (ATAR101 SNECMA : ssa oli "Regulator-Metering Valve" -järjestelmä vuonna 1949), laskentaosassa on tapahtunut huomattavaa kehitystä.

Vuoteen 1970 asti lakien laskenta suoritettiin hydromekaanisilla järjestelmillä, jotka panivat toimintaan vivut, nokat, aneroidikapselit, servomoottorit, paineenalentimet jne.

1970-luvulta lähtien elektroniikka ilmestyi vähitellen, se oli "matalan auktoriteetin" sekalaskentajärjestelmien aikakausi, jolloin sääntelylait toteutettiin osittain analogisilla elektronisilla toiminnoilla:

moottorin parametrien tai lento-olosuhteiden (korkeus, iskupaine jne.) sähköinen havaitseminen;
hydromekaaniset servosäätimet sähköisellä asetusarvolla.

Digitaalisen tekniikan kehittyessä 1980-luvun puolivälissä ilmestyivät ensimmäiset järjestelmät, joissa tietojenkäsittelyyn liittyvä elektroniikka otti täyden vastuun laskentatoiminnosta, joka sitten käsitteli sääntelylakien lisäksi moottorinsuojalakeja, integroitua huoltoa ja laitteiden käyttöturvallisuutta. koko moottori.

Ensin hydromekaaniset säännökset ovat kehittyneet kohti sekoittamista yhä tärkeämmän osan elektroniikkaan nykyisin ns. "Täysivaltaisiksi" ja "redundanteiksi" järjestelmiksi, mikä tarkoittaa täydellistä autonomiaa järjestelmän toiminnassa. lentäjien väliintulo.

Teknologinen kehitys

Täysin hydromekaanisen ATAR9C SNECMA -moottorin säätö öljyllä öljyä edeltää ATAR9K50 SNECMA -moottorin säätöä, joka on varustettu muuttuvalla vuotojärjestelmällä, jota ohjaa sähkömoottori, joka ohjaa suuttimen hydromekaanista säätöä. Rolls-Royce / Snecma Olympus-593 Concorde -moottoreihin asennettiin ensimmäinen analoginen säätöjärjestelmä.

SNECMA M53-5 -moottorissa oli "Full Authority Analogue" -säätö, sitten SNECMA M53-P2 -moottorissa "Full Authority Digital" -säätö.

1980-luvun puolivälistä lähtien Digital Full Authority Redundant -säätö on alkanut varustaa Pratt & Whitney PW2000: n ja CFMI / CFM56-A: n . Tämä järjestelmä on yleistynyt kaikenkokoisissa kaupallisissa lentokoneissa. Tämä pätee myös kaikkiin uusiin sotilaskoneisiin.

Ruokavalion säätely Päämäärä

Tämän moottoriparametrin säätämisen tarkoituksena on välttää ylinopeus- ja alinopeusjärjestelmät samalla kun haluttu työntövoima voidaan hallita tarkasti.

Historiallinen

Ensimmäiset säädökset toimivat samalla periaatteella kuin ensimmäisten höyrykoneiden pallosäätimet. Suuntaviivan muodonmuutosta, nopeuden funktiota, käytettiin vaikuttamaan polttoaineen virtaukseen. Toiminto kaasuvivulla uuden nopeuden asetusarvon aikaansaamiseksi muuttamalla suunnan tasapainopistettä.

Tämäntyyppisen sääntelyn haittoja oli kaksi:

kiinteä suhde (silmukan vahvistus) havaitun nopeuseron ja syntyvän polttoaineen virtauseron välillä, tai korkeudessa tämän suhteen (vahvistuksen) on laskettava ylinopeuden välttämiseksi:
ero polttoainevirrassa, joka on verrannollinen tähän samaan vahvistukseen asteikolla (nopea liike), kun vivun olisi pitänyt olla verrannollinen polttokammion paineeseen, jotta se ei aiheuttaisi kompressorin pysähtymistä tai sammumista.

Aluksi nämä epäkohdat eliminoitiin korjaamalla paluuketjun vahvistus integroimalla niihin barometriset kapselit ja mekaaniset vaimentimet vahvan palautevoiton ylläpitämiseksi. Säätötyyppi asennettiin että Turbomeca n Marboré moottoreiden asennettu Fouga lentokoneita. Näistä kiinnityksistä huolimatta nopeat vaihtelut vivun asennossa olivat kiellettyjä yli 4 600 m: n korkeudessa edellä kuvattujen haittojen välttämiseksi.

Toisaalta tämä järjestelmä mahdollistaa säätämisen ilman kaasuvipua. Tätä prosessia käytetään Turbomecan TURMO IIIC4 -laitteessa, joka varustaa SA330 Puman. Roottorin nopeuden (NR) ollessa haluttu vakio, turbiinin pyörimisnopeus (mekaanisesti kytkettynä roottoriin) mahdollistaa NR: n vaihtelun havaitsemisen kollektiivisen nousukomennon muutoksen jälkeen. Turbiinin pyörimisnopeus (NTL) kohdistetaan syöttölaitteen annostelujärjestelmään, joka muuttaa Qc: tä (polttoaineen virtausta) NTL: n ja siten NR: n pitämiseksi vakiona. Tämä järjestelmä aiheuttaa jälkikäteen säätelyn . Jos ohjaaja muuttaa tasapainoa Moottorin syöttämä teho / roottorin ottama teho, roottorin nopeus muuttuu, säätö havaitsee tämän vaihtelun ja korjaa polttoainevirran halutun NR: n löytämiseksi. Tämä säätö on melko pehmeä ja aina oletusarvoisesti: kun NR laskee, Qc kasvaa, mutta ei tarpeeksi alkuperäisen NR: n palauttamiseksi. Toisaalta, jos Nr kasvaa, Qc pienenee, mutta uusi säännelty Nr on korkeampi kuin vanha. Tämä järjestelmä on osoittautunut toimivaksi ja on edelleen käytössä, koska sillä on suuri yksinkertaisuus ja siksi luotettavuus riippumatta kaikista sähkölähteistä.

Toiseksi, ohjattu parametri ei ollut enää polttoaineen virtaus, vaan ilman ja polttoaineen seoksen rikkaus paineen ja siten korkeuden vaikutuksen eliminoimiseksi. Tämä sääntely vaati monimutkaisempaa mekanismia, joka mahdollisti rikkauden vaihtelun korkean ja matalan pysäyttämisen integroinnin vivun nopeuden rajoitusten poistamiseksi. ATAR SNECMA -moottorit varustettiin ensimmäisinä tällä tehokkaammalla järjestelmällä.

Polttoaineen virtauksesta ja paineesta saatavaa rikkausparametrin likimääräistä tuntemusta parannetaan ottamalla käyttöön Lämpötila-parametri, minkä jälkeen lento-olosuhteita (korkeus, iskupaine) käytetään rikkauden ylemmän ja alemman pysähdyksen määrittämiseen. Kaikki nämä tiedot näkyvät ATAR 9K50 SNECMA -moottoreissa sähköisessä muodossa.

Kaksirunkoisissa moottoreissa vain yhtä runkoa säädetään nopeudella, toinen seuraa: esimerkiksi F404: ssä "SEC" -näytössä ohjataan HP: n runkoa, kun taas "PC: ssä" se on LP-runko

Suuttimen säätö

Keksiä.

Jälkipoltin

Jälkipoltin, jota joskus kutsutaan uudelleenlämmitykseksi, on järjestelmä, jota käytetään turboahtimissa, joissa varustetaan sotilaslentokoneita ja tiettyjä yliäänitaajuisia siviililentokoneita kaasunpoiston nopeuden lisäämiseksi, mikä johtaa työntövoiman lisääntymiseen, mikä mahdollistaa lentokuoren laajentamisen.

Periaatteena on ruiskuttaa kerosiinia - turbiinin jälkeen , joten termi "post" - kaasuvirtaan ennen kuin se lähtee reaktorin suuttimen kurkusta. Tämän polttoainesyötön palaminen tapahtuu käyttämällä primääripolton jälkeen vielä jäljellä olevaa happea.

Jälkipolttamisen rooli

Turbojetissä pääpolttokammion lämpötilaa rajoittavat materiaalit muodostavat turbiinivaiheen. Turboahdin tuottama työntövoima on verrannollinen suuttimen ulostulon poistonopeuteen, jota itse rajoittaa turbiinin ulostulon lämpötila. Turbiinin ulostulon ja poistosuuttimen välisen poistonopeuden lisäämiseksi polttoainetta ruiskutetaan kaasuvirtaan, joka sisältää edelleen happea johtuen jäähdytyslaimennuksesta yksivirtaisten moottoreiden tapauksessa tai siitä, että kaksivirtaisissa moottoreissa toissijainen virtaus ei osallistunut ensisijaiseen palamiseen.

Tämä ylimääräinen virtalähde antaa mahdollisuuden lisätä lennon kirjekuorta ja sallia sieppaustehtävät. Tietyt mahdollisuudet, kuten lyhyt kiitotien lentoonlähtö tai ilmataisteluvälit, ovat mahdollisia tämän laitteen ansiosta. Tämä lämmitysjärjestelmä on toistaiseksi varustanut vain kaksi siviililentokonetta, ranskalais-brittiläinen Concorde ja venäläinen Tupolev Tu-144 . Vielä on olemassa, että vaikka turbiinin metallurginen raja tekee sen tarpeelliseksi, sitä käytetään vain väliaikaisesti, koska se on suuri polttoaineenkuluttaja ja se on pääasiassa pikataistelukoneiden etuoikeus.

Kenraali

Kaasun poistamiseksi suuttimen kautta riittää, että sen ylävirran tuottava paine on suurempi kuin alavirran ulkoinen staattinen. Työnnönopeus on muodostavan paineen kasvava funktio tietyn ylävirran paineen ja alavirran painesuhteen arvoon saakka. Sen lisäksi poistonopeus pysyy vakiona.

Massavirtauksella ja momenttivirralla suuttimen läpi ei ole rajoituksia ja ne kasvavat generoivan paineen kasvaessa. Työnnönopeuden raja riippuu kaasun lämpötilasta: mitä kuumempi kaasu, sitä korkeampi poistumisnopeus on.

Jos lämpötila nousee, tietyn generointipaineen kohdalla ulostuleva massavirta pienenee, mutta työnnetty momentti kasvaa ja siten työntövoima kasvaa.

Tämän seurauksena on mahdollista lisätä tietyn turbomoottorin työntövoimaa, jolle on tunnusomaista maksimipaine, joka tuottaa sen täyden kaasun ”SEC”, lämmittämällä kaasua ennen sen poistamista.

Tätä uudelleenlämmitystä kutsutaan jälkipolttoksi tai se lämpenee ja moottorin toimintapiste on täydellä kaasulla "PC".

Erityispiirteet Edut

Se on teknisesti yksinkertainen tapa, koska ilman muita liikkuvia mekaanisia osia, mikä tekee siitä kevyen ja vapaan lämpöjännityksistä, joille moottorin muut osat altistuvat. Se sallii turbomoottorin työntövoiman kasvun [+ 50%] muuttamatta sen kokoa tai kompressorin toimintaa. Se on välttämätön keino saavuttaa korkea Mach, kun suutinta ei voida pysyvästi mukauttaa lennon ominaisuuksiin.

Haitat

Armeijan kannalta PC: llä on merkittävä infrapunayhteys ja se lisää selvästi moottorin ominaiskulutusta (CS kg / (daN⋅h)). Siviileille melu ja SC ovat suuria haittoja.

Lopuksi, ilmeinen mekaaninen yksinkertaisuus ei sulje pois tarvetta varustaa vaihtelevan kaulaosan suutinta, jotta vältetään kompressorin ulostulopaineen nousu uudelleenlämmityksen yläpuolella. Tämä paineen nousu, nimeltään terminen tukos, voi aiheuttaa kompressorin pysähtymisen.

Lisääntynyt työntövoima

Kaasun virtaukselle D, joka poistetaan nopeudella Vs sopivasta kaulaosan Sc ja ulostulo-osan S suuttimesta , aerodynaamiset kaavat osoittavat, että Mach- numero suuttimen ulostulossa on tiukasti sidottu myös kaulan ja ulostulon osiin. vakiopaineisen ilman ominaislämmön ja vakiotilavuuden ilman ominaislämmön suhteena (Cp / Cv).

Työntövoima on verrannollinen Machin suuttimen ulostuloon ja vTt (kaasun kokonaislämpötila). Turboilmukassa, jossa virtausnopeus vahvistetaan kompressorilla, jos suuttimen geometria pidetään vakiona, työntövoima riippuu yksinomaan kaasun kokonaislämpötilasta.

Sitten saadaan yksinkertaistettu kaava F ˜ vTt

Esimerkki: jos Tt = 1000 K on kuivan PG ja jos Tt = 2000 K on PGPC sitten työntövoiman suhde PGsec ja PGPC on v2 = 1,414

Kaasun nopeuden kasvu

Virtausnopeuden säilyminen sisääntulon ja ulostulon välillä, joka liittyy kaasujen laajenemiseen lämmittämällä, johtaa poistonopeuden kasvuun suhteessa laajenemissuhteeseen, jos otetaan sylinterimäinen kanava ja aliäänivirta.

Työntövoiman peruutin

Päämäärä

Se on järjestelmä ( liikenne lentokoneet , levittimet , jne. ), Joka varustaa tietyt torjumiseksi konetta, kuten Panavia Tornado tai Saab 37 Viggen mutta joka on pääasiassa asennettu kaupallisissa lentokoneet on varustettu reaktoreissa. Tätä laitetta, joka ei ole pakollinen tämän tyyppisessä lentokoneessa, ei oteta huomioon lentokoneen sertifioinnissa.

Suurissa kaupallisissa tai sotilaslentokoneissa se on järjestelmä, jonka tarkoituksena on ohjata työntövoimaa eteenpäin, jotta pysähtymismatkaa voidaan vähentää laskeutumisvaiheessa samalla kun vapautetaan pääjarrujärjestelmä.

Periaate

Työntövoima kääntyminen on laite, joka käsittää käyttöön esteen virtauksen, jotta taipuvat sen osan suuntaan liikkuvan ja siten luoda negatiivinen työntövoima, joka pyrkii hidastaa laitteen liikkuvan faasin. Joka seuraa purkamisen laskutelineen jarrutusmatkojen vähentämiseksi laskeutumisen aikana . Kaksoisvirtausmoottoreissa kääntö voidaan tehdä molemmille virtauksille, jolloin saavutettu vastapaine on toissijaisella virtauksella saavutetun negatiivisen työntövoiman ja primäärivirtauksen työntövoiman ero.

Peruutuslaitteet ohjaavat yleensä vain toissijaisen virtauksen.

Teknologia

Useita invertterityyppejä käytetään, kuten:

ritiläinvertterit CFM-moottoreiden sekundäärivirtaukseen;
ruudukon invertterit molemmissa virroissa CF650-tyyppisissä moottoreissa;
este-invertterit kuten concordessa, jossa suuttimen kaksi symmetristä osaa kääntyvät lähettämään suihkua eteenpäin.

Taajuusmuuttaja voidaan ottaa käyttöön vasta, kun lentokone on maassa ja turhat turvajärjestelmät estävät sen avaamisen tai käyttöönoton lennon aikana.

Peruutinta ohjataan erityisillä vipuilla, jotka on asennettu kaasuvipu.

Vektorin työntövoima

Tehokkaimpien sotilaslentokoneiden, erityisesti sieppainten , spesifisyys, suihkusuutinta laajennetaan ohjattavalla laitteella, joka sallii suihkun taipumisen ja siten työntövoiman suunnan ilma-aluksen ohjattavuuden lisäämiseksi. Puhumme yleensä kaksiulotteisesta (vastaavasti kolmiulotteisesta) työntövoimasta, kun työntövoima on suunnattu yhteen (vastaavasti kahteen) suuntatasoon. Tämän näkökohdan lisäksi se mahdollistaa myös liikkumisen ympäristöissä, joissa siivekkeet ja säätöpinnat ovat tarpeettomia, toisin sanoen erittäin korkeilla paikoilla, joissa ilma on harvinaista .

Tätä laitetta käytetään erityisesti venäläisten Sukhoï- prototyyppien ( SU-37 , MiG 1.44 ja MiG-29 OVT ) ja amerikkalaisten hävittäjien ( F-22 , F / B-22 Concept ja JSF ) kanssa. Viimeisin kehitys (2005) on Rockwell-MBB X-31 . Työntövoima voidaan myös taipua kohti maata pystysuorien lentoonlähtöjen ja laskujen mahdollistamiseksi, kuten Harrierilla , F-35: llä ja Yak-141: llä .

Kantolaukku

Nacelle-nimike tunnistaa kaikki moottorin ja sen jousituksen ympäröivät kopat lentokoneen siipeen tai runkoon.

Nacellin päätoiminnot ovat:

varmistaa ilmavirta moottorin ulkopuolelle ja läpi hyvällä aerodynaamisella ja akustisella suorituskyvyllä;
sisältää moottorin ja jopa lentokonetarvikkeita;
ohjaa moottorin ja sen lisävarusteiden tarvittava ilmanvaihto hyvillä tiivisteillä;
hillitä mahdollista tulipaloa tai varmista, että puhaltimen terä pysyy irti;
joskus varmista moottorin peruutusvoima.

Lisävoimayksikkö

Turboahtimet edellyttävät yleensä käynnistettävän apumoottorin, GAP: n ( apuvoimayksikkö ) tai APU: n ( apuvoimayksikkö ) apua . Se on pieni turbiinimoottori, joka on usein johdettu helikopterin turbomoottorista ja sijaitsee lentokoneen rungossa , usein takaosassa, joka toimittaa paineilmaa myös turbomoottoreiden pneumaattisten käynnistimien virran saamiseksi. Kuin sähköenergia ennen käynnistyksiä . GAP: ää voidaan joskus käyttää hydrauliseen tuotantoon hätätilanteessa.

GAP käynnistetään lentokoneen sähköakulla (akuilla) tai ulkoisella virtalähteellä. GAP voidaan myös käyttää hätätilanteessa generaattorin, kun kaikki generaattorit ja generaattoreita ja suihkuturbiinimoottorien tai potkuriturbiinimoottoreiden ovat epäkunnossa. Viimeaikaiset testit on suoritettu onnistuneesti vetypolttokennoilla GAP: nä. Nämä laitteet ovat kevyempiä ja eivät vaadi ilmanottoa, mutta ne ovat kalliimpia.

Kehittäminen ja sertifiointi

Päämäärä

Kaikilla turbomoottorin kehittämiseen ja sen sertifiointiin liittyvillä toimilla pyritään osoittamaan, että kun se aloittaa palvelun, se täyttää asiakkaan, tässä tapauksessa lentokoneiden valmistajan, asettamat laatu- ja turvallisuusedellytykset. Laadunäkökohdat otetaan huomioon kehitystesteissä, kun taas turvallisuuteen liittyvät kriteerit arvioidaan sertifiointitestien aikana.

Kehityskokeet

Kehitystestit, joiden tarkoituksena on optimoida suorituskyky ja hankkia teknisiä tietoja, keskittyvät pääasiassa:

pääkomponenttien toiminta-alue, kuten;
- FAN ;
- HP- ja LP- kompressorit ;
- HP- ja LP- turbiinit ;
- palotila;
koneen kokonaisteho, kun eri komponentit kootaan koko moottoriin saakka;
toimintakyky, joka mahdollistaa transienttikäytön (pumppausmarginaalien) tarkistamisen ja toimintapysäysten (kiihtyvyys ja hidastuvuus) määrittämisen;
sisäinen ilmanvaihto, mekaaniset rajoitteet sekä melu ja kemiallinen saaste;
kestävyys, joka mahdollistaa tiettyjen teknisten valintojen validoinnin;
esineiden (linnut, jää, vesi, hiekka) nieleminen ja jäätyminen;
lento- ja maakokeiden valmistelu avoimilla ja suljetuilla maailmanlaajuisilla testipenkeillä.

Uuden moottorin kehittämisen varmistamiseksi oli tarpeen 2000-luvulla:

7–8 vaatimusten mukaista moottoria, jotka on johdettu prototyypeistä ja jotka ovat samanlaisia kuin sarjavalmisteiset moottorit;
3 vuoden kokonaiskesto (johdannaismoottoreilla 18 kuukautta) ja merkittävä budjetti;
noin 5000 käyttötuntia kertynyt sertifioinnin yhteydessä.

Todistus

Ilma-alusten voimanlähteenä käytettävien turbomoottoreiden kehittämisen ja valmistamisen on täytettävä organisaatioiden, kuten DGAC: n (JAR-E) Ranskassa tai FAA: n (FAR33), Yhdysvaltojen vaatimukset. Tietyt valmistajat, kuten Safran Aircraft Engines Ranskassa ja GE Yhdysvalloissa, tekevät yhteistyötä yhteisten moottoreiden parissa, mikä velvoittaa heidät noudattamaan tiukimpia vaatimuksia erimielisyyksien sattuessa.

Sertifiointi tapahtuu kahdessa päävaiheessa:

mielenosoituksella;
- samankaltaisuus jo sertifioidun olemassa olevan kanssa;
- tekninen ja metodologinen analyysi;
- osittaiset testitulokset;
- täydelliset moottoritestit;
moottoritesteillä, jotka mahdollistavat;
- moottorin teho-ominaisuuksien kalibrointi;
- asianmukaisen toiminnan osoittaminen (käynnistys, joutokäynti, kiihdytys, ylinopeus, työntövoima);
- tarkistaa tärinän ja haitallisen resonanssin puuttuminen käyttöalueelta;
- testata kestävyys syklisillä testeillä;
- testata tulipalon puuttuminen 15 sekunnin ajan ja moottorin siipiripustuksen repeytymisen puuttuminen tuulettimen terän repeämisen jälkeen;
- tarkistaa moottorin käyttäytyminen siinä tapauksessa, että EGT-lämpötila ylittyy huomattavasti muutaman minuutin ajan;
- tarkistaa jäätymisen kestävyys ruiskuttamalla vettä alhaisessa lämpötilassa;
- tarkistaa, että moottori toimii hyvin nieltynä (vesi, jää, hiekka, linnut).

Sopimus lentokoneiden valmistajan kanssa

Moottorin valmistaja allekirjoittaa sopimuksen ilma-aluksen valmistajan kanssa eritelmien muodossa, joissa määritellään ja taataan kaikki lentokoneeseen asennettavan moottorin tekniset tiedot. Tässä sopimuksessa on kaksi perusehtoa:

työntövoiman takuu;
erityinen kulutustakuu.

Moottorin kyky täyttää erityiset työntövoima- ja kulutusvaatimukset osoitetaan ilma-aluksen sertifiointiohjelman kautta, jonka moottorin päävaiheet ovat seuraavat:

toiminta maassa vaatimustenmukaisuuden moottoreiden avoimilla testipenkeillä, jotka on ensin varustettu ATC- nauhalla ja sitten toiseksi varustettu FTC- helmillä ;
lentotestit FTC- helmillä ;
lennon työntövoiman laskeminen ja käytännesääntöjen vahvistaminen (virranhallinta);
ominaiskulutuksen laskeminen ja vertailu takuuseen.

Työntö- ja ajo-lait ( virranhallinta )

Päämäärä

Eri moottorin asetukset määritetään ajonopeuksille (maa ja lento joutokäynnillä, lentoonlähtö, nousu, risteily), ja ilma-aluksen valmistajan työntövoima pyritään suorittamaan koko lennon kirjekuoressa ja jokaisessa lentokoneen versiossa.

Tämä prosessi tapahtuu kolmessa vaiheessa:

tarvittavien työntövoimien määrittäminen;
osoitus moottorin kyvystä saavuttaa vaaditut työntövoimat pysyessään sertifioiduissa rajoissa;
moottorin hallintalaiden määrittäminen, jotta vaaditut työntövoimat voidaan saavuttaa.

Vaaditun työntövoiman määritelmä

Moottorin tarjoaman työntövoiman arviointi on seurausta prosessista, joka alkaa ilma-aluksen valmistajalta markkinatutkimuksilla, joiden tarkoituksena on määritellä lentoyhtiöiden tarpeet koon, painon, kantaman jne. Suhteen . ja jotka johtavat propulsioyksikön paineluokan määrittelyyn.

Moottorinvalmistaja tarjoaa lentokonevalmistajalle matemaattisen mallin moottorista, joka integroi sen teollisen kokemuksen, asiakkaan vaatimukset ja kilpailun tarjoamat ominaisuudet. Tästä mallista ja lukuisien muutosten jälkeen moottorinvalmistaja ja lentokonevalmistaja sopivat sopimuserittelystä, joka yhdistää työntövoiman ja ominaiskulutuksen takeet.

Moottorin kapasiteetin esittely ATC- nacelle-kenttäkokeet

Jokainen esittelymoottori ( vaatimustenmukaisuusmoottori ) testataan varustettuna samalla ATC- nauhalla avoimessa testipenkissä (ulkona) noudattaen samaa menettelyä kuin tuleville tuotantomoottoreille:

ATC- gondoli vuototesti ;
moottorin sisäänajo;
vakauttaminen ja moottorin kierroslukujen määrittely.

nämä testit toimivat perustana tuotantomoottoreiden hyväksymisrajojen vahvistamiselle.

FTC: n kenttätestit

Esittelymoottorit testataan FTC- nauhalla samalla menettelyllä kuin ATC-nauhalla. Testituloksia käytetään:

määritetään ominaisuudet (painekorelaatiot), jotka ovat tarpeen työntövoiman laskemiseksi lennossa;
määritetään korjaavat tekijät vertailevan ATC- helmen ja vertailevan FTC- gondolin välillä .

Lennon työntövoiman laskeminen

Lennon työntövoima lasketaan, koska emme tiedä miten mitata sitä ja tämä edellyttää erittäin instrumentoituja moottoreita. Periaatteena on laskea moottorin läpi kulkeva impulssimuutos luottaen Eulerin yhtälöön.

Sen jälkeen kun suuttimen kertoimet on määritetty mallikokeiden avulla ja määritetty paine-korrelaatiot moottorin ylä- ja alavirtaan FTC- kanteen kanssa tehdyistä testeistä, lentokokeet jatkuvat vakiintuneella tasolla (Vedä = Työntövoima) eri nopeuksilla.

Lennon työntövoiman laskemisesta:

ilma-aluksen valmistaja määrittää ilma-aluksensa napa-alueen;
moottorin valmistaja vahvistaa moottorinsa mallin.

Lentotestit

Lentotestit mahdollistavat:

kerätä tarvittavat tiedot moottorin toimintaa säätelevien lakien laatimiseksi;
määritetään SFC- tasot verrattaessa niitä takuutasoihin;
kehittää malli, jossa määritetään asiakkaalle tarjottavan lentokoneen ja moottorin yhdistetty suorituskyky;
moottorin ominaisuuksien kirjaamiseksi lentoonlähdön yhteydessä (lämpötila ja nopeus) ohimenevästi.

Käyttäytymislakien laatiminen

Tämän vaiheen avulla voidaan luoda luotsausjärjestelmät suhteessa lentokoneen valmistajalle myytyyn työntövoiman takaamiseen. Tätä varten, kun esittelymoottoreita pidetään keskisuurina moottoreina (suorituskyvyssä), lentokokeista johtuvat työntövoima / nopeusominaisuudet mahdollistavat tämän saavuttamisen.

Näitä keskimääräisiä ominaisuuksia ovat:

standardimoottoreiden leviäminen (tällä hetkellä +/- 2%);
sääntelyn epätarkkuudet;
ilman kosteuden vaikutukset.

Erityinen kulutustakuu

Määritelmä

SFC edustaa polttoaineenkulutus kohden työntövoiman ja arvioimiseen käytetään moottorin tehokkuutta. Tämä on erittäin tärkeä suunnittelukriteeri, ja moottorin tarkoituksena on optimoida tämä parametri yleisimmille lento-olosuhteille, yleensä risteilylle, toisin sanoen 12 200 m korkeudelle ja 0,8 Mach: lle.

Erityisen kulutuksen kaava on:

SFC = \ textstyle {\ frac {WF} {FN}}

SFC: n ja ominaisalueen välinen suhde

S / R- kriteerin avulla voidaan korreloida moottorin polttoaineenkulutus lentokoneen ilmanopeuden kanssa, jotta moottorin työntövoiman ja lentokoneen nopeuden välinen vastaavuus voidaan sallia.

Kaava S / R: lle on:

S / R = \ tekstityyli {\ frac {V} {WF}}

$\ scriptstyle {\ text {V}} \ mapsto {\ text {lentokoneen nopeus}}$

$\ scriptstyle {\ text {WF}} \ mapsto {\ text {moottorin kulutus}}$

SFC: n määritelmästä voimme päätellä sen ${\ displaystyle \ textstyle WF = FN \ kertaa SFC}$

Koneen hienous on $f = \ textstyle {\ frac {T} {P}}$

$\ scriptstyle {\ text {T}} \ mapsto {\ text {lentokoneen kokonaisvastus}}$

$\ scriptstyle {\ text {P}} \ mapsto {\ text {lift}}$

Tietäen, että vakautetun lennon tapauksessa:

moottorin työntövoima on yhtä suuri kuin kokonaisvastus (ilma + moottorit);
hissi on yhtä suuri kuin lentokoneen kokonaispaino,

päätellään, että koneen hienous on tällöin:

f = \ textstyle {\ frac {FN} {P}}

voimme päätellä

{\ displaystyle S / R = \ textstyle {\ frac {V} {FN \ kertaa SFC}}}

{\ displaystyle S / R = \ textstyle {\ frac {V} {f \ kertaa P \ kertaa SFC}}}

joko vakiopainolla ja lentokoneen nopeudella, SFC: n kasvu johtaa saman S / R- järjestyksen pienenemiseen

Teknologia

Moottoreille, joilla on korkea laimennussuhde, termodynaamisen syklin ominaisuudet, jotka vaikuttavat SFC: hen, ovat:

kokonaispuristussuhde;
laimennosnopeus;
polttokammion ulostulolämpötila;
puhaltimen puristussuhde;
tosiasia, että moottori, jonka kuuma ja kylmä virtaus sekoittuu tai ei, on ennen poistoa.

Kunkin komponentin (kompressorit, polttokammio, turbiinit jne.) Tehokkuus vaikuttaa myös SFC: hen .

SFC- takuu

Alustava arvio uuden moottorin SFC- tasoista perustuu teoreettiseen malliin, joka integroi moottorin valmistajan kokemuksen jo verkossa olevista malleista. Lentokonevalmistajan kanssa allekirjoitettu takuutaso on huipentuma lukuisille iteraatioille, jotka integroivat kilpailun tarjoukset. Lentokoneen valmistaja käyttää sitten moottorivalmistajan myymää takuutasoa määrittääkseen lentoyhtiöille tarjotun lentokoneen suorituskyvyn.

Kuten työntövoiman tavoin, SFC- takuiden esittely tapahtuu esittelymoottoreilla varustetun moottorikäyttöisen ilma-aluksen sertifiointiohjelman aikana. Lentotestien tuloksia (työntövoiman laskenta ja polttoaineen virtauksen mittaus) käytetään SFC: n laskemiseen ja verrataan sitten alun perin myytyihin takuutasoihin.

Moottorin valmistaja ja lentokonevalmistaja sopivat moottorin suorituskyvystä, joka määrittää:

ilma-aluksen suorituskyky;
tuotantomoottoreiden hyväksyntärajat;
kaikki taloudelliset seuraamukset, jotka moottorin valmistaja on velvollinen maksamaan takuusitoumusten rikkomisesta;
seurantaohjelman toteuttaminen, jos takauksiin liittyy alijäämä.

Vastaava Spec

EQUIVALENT SPEC -parametria käytetään laskettaessa taloudellisia seuraamuksia, jotka moottorin valmistajan on annettava lentokoneen valmistajalle, jos SFC: lle ei ole takuita . Kaksi mahdollisuutta:

takauksia pidetään eikä seuraamuksia ole;
moottori on alijäämäinen, se kuluttaa odotettua enemmän, ja tässä tapauksessa tuotantomoottoreiden hyväksymisrajat lasketaan uudelleen suhteessa alkuperäiseen takuuseen. Näitä uusia rajoja kutsutaan EQUIVALENT SPEC.

Uusi SFC- taso määritetään sellaisten esittelymoottoreiden keskiarvosta, joista vähennetään lennolla mitattu alijäämä. Sitten lasketaan parametri EQUIVALENT SPEC, joka tarkoittaa moottoreiden tilanteen saattamista maahan perustuen alkuperäiseen lennon takuuseen.

Tuotanto ja vastaanotto

Sarjamoottorien tuotannosta määrätään viranomaisten (FAA, DGAC jne.) Ja lentokoneiden valmistajien kanssa sovituissa asiakirjoissa määritellyllä hyväksyntätestillä. Nämä asiakirjat käsittelevät toisaalta turvallisuus- ja käyttöturvallisuusnäkökohtia ja toisaalta kuvaavat hyväksyntätestiä sekä hyväksymisrajoituksia.

Hyväksyntätestit

Johdanto

Tämä testi, jonka avulla voidaan validoida kaikki moottoriversiot kerralla, joka toimitetaan vain sen myyntiversioon, käsittää kaksi päävaihetta:

hyvän mekaanisen käyttäytymisen todentaminen;
1. vakiintunut limitys;
2. tasapainotus ja tärinä;
3. ohimenevä tunkeutuminen;
moottorimallin kaikkien versioiden suorituskyvyn ja taattujen rajojen tarkastus.

Moottorin suorituskyvyn arviointi Kenraali

Testattavan moottorin suorituskyky ei ole suoraan vertailukelpoinen, koska se riippuu:

ympäristön olosuhteet testipäivänä;
1. ilmakehän paine ;
2. moottorin päästämän ilman lämpötila;
3. ilman kosteus;
testattavan moottorin ympäristö;
1. suljettu testipenkki;
2. testeihin tarvittavat lisäsovitusjärjestelmät (tulosuutin, lentokoneen gondoli, instrumentointi);
itse moottorin;
1. moottoriin nimellisasennossa asennettujen säätölakien ja muuttuvien järjestelmien kokoonpanon vaikutus.

Standardointi

Moottorin suorituskyvyn määrittelemiseksi on välttämätöntä palauttaa se tunnetuihin käyttöolosuhteisiin. Käytetty menetelmä on:

korjaa testin raakatulokset riippuvaisilla korjauskertoimilla
1. poikkeamat testipäivän ympäristöolosuhteiden ja standardiympäristöolosuhteiden välillä
  1. ilmanpaine 1013,25 hPa
  2. ympäristön lämpötila 15 ° C
  3. kosteus 0%
2. erot testiympäristön ja käyttöympäristön välillä (lentokoneessa), joka on
  1. moottori, joka on integroitu lentokoneen helmikoneeseen ja toimii ulkona
  2. ilman instrumentteja ilmanottokanavassa
3. itse moottoriin ja sen säätämisen vaikutuksesta johtuvia poikkeamia
ilmaista nämä korjatut tulokset vertailuna valitun moottorin parametrin funktiona, kuten:
1. vertailunopeus (ohjaava parametri)
2. vertailuvoima (parametrijoukko)

Näitä korjauksia sovelletaan sopimusparametreihin, kuten:

työntövoima;
polttoaineen virtaus;
LP ja HP kehon nopeudet kaksikerroksiset kehon moottorit;
turbiinin tulolämpötila, liian korkea suoraan mitattavaksi, korvataan poistokaasun lämpötilan mittauksella, jota kutsutaan EGT: ksi .

Testipenkin moottorin suorituskyvyn vaihteluilla on useita syitä, ja ne jakautuvat suunnilleen seuraavasti yli 100%: n vaihtelulle:

40% johtuu testipenkissä suoritetuista fyysisistä mittauksista;
30% johtuu laskelmien tekemistä korjauksista;
30% liittyy suoraan moottorituotannon mielikuvituksiin.

Raakatestitulosten korjaukset Ympäristön paineen korjaus

Tämän korjauksen avulla testattavan moottorin työntövoiman ja polttoaineen virtausparametrien arvo voidaan tuoda standardiympäristöpaineolosuhteisiin 1 013,25 hPa, jotta niitä voidaan verrata lentokoneen valmistajalle myytyihin sopimusrajoihin.

Huonelämpötilan korjaus

Tämä korjaus vaikuttaa pyörimisnopeuteen, EGT- lämpötilaan ja polttoaineen virtausparametreihin kertoimilla, jotka on laskettu moottorin teoreettisesta mallista ja sen säätelystä, joiden ympäristön lämpötilaolosuhteet vaihtelevat koko lämpötilavälillä, joka todennäköisesti esiintyy. pääsykoe.

Näiden kertoimien ja siten tehtyjen korjausten laatu riippuu läheisesti niiden määrittämisessä käytetyn mallin (moottori + säätö) edustavuudesta. Mallintaminen rentoutumiseen ja FAN mukaan nopeus LP- elin ja muuttujan järjestelmiä, joita käytetään asetusta ovat ratkaisevia saada teoreettinen malli (moottori + asetus) korkealaatuisia.

Kosteuden korjaus

Vesihöyryn läsnäolo ilmassa muuttaa moottorin suorituskykyä johtuen kuivan ilman ja vesihöyryllä täytetyn ilman ominaislämmön erosta, mikä edellyttää suorituskyvyn korjaamista testipäivänä. kuiva ilma.

Työntövoimaan, nopeuteen, polttoaineen virtaukseen ja EGT- parametreihin sovellettavat korjaukset määritetään moottorimallista, jonka vesihöyrypitoisuus vaihtelee 0 prosentista kyllästykseen pitämällä tulolämpötila ja moottorin teho vakiona. Tarkastelemalla peräkkäin moottorin eri nopeuksia ja sisääntulolämpötilapisteitä, joita todellisessa testauksessa voi esiintyä, määritetään eri korjauskertoimet, jotka tehdään moottorin parametreihin testin aikana mitattavan kosteustason funktiona. '' todellinen testi.

Kondensaation korjaus

Ympäristön lämpötilasta ja kosteusasteesta riippuen moottoritestipäivänä sisääntuloholkki voi olla kondensaation paikka, kun paikallisesti vesihöyryn osapaine putoaa alle paineen. Tyydyttynyt höyry: ilmiö on eksoterminen , vesi luovuttaa lämpöä ja siksi ympäröivän ilman lämpötila nousee. Tullessaan FAN, on puristus, joten lämpötilan nousu ja haihduttamalla, jossa otetaan energiaa moottorista. Tämä energian poisto on kompensoitava korjaavilla toimenpiteillä, jotka liittyvät vain verenpaineen kehon ruokavalioon .

Testipenkin korjaus

Asutuilla alueilla suoritetut moottoritestit aiheuttavat melutasoa samassa järjestyksessä kuin lentokentän lähestymisalueet. Lainsäädäntö, jolla asetetaan tiukka raja melupäästöille, velvoittaa suihkumoottoreiden valmistajat suorittamaan testinsä suljetussa penkissä. Melua rajoittaa sitten niiden aerodynaaminen konfiguraatio, joka ohjaa ilman sisään- ja ulosvirtauksen tunneleiden läpi, jotka on varustettu seinien akustisilla käsittelyillä ja joilla on pystysuora sisään- ja ulostulokonfiguraatio. Valitettavasti moottorin työntövoima ei ole enää täsmälleen sama kuin avoimessa testipenkissä identtisen polttoainevirran saavuttamiseksi, koska pakollinen pinon kaasuputken Venturi-vaikutukseen liitettävä lisävirta, joka on koulutettava, vaatii energiaa moottori ja lopputulos on korjattava laskemalla moottorin todellisen työntövoiman saamiseksi. Tehdyt korjaukset ovat luokkaa 3% - 10% asennuksesta riippuen.

Ilmavirta moottorin sisääntulossa voi vaihdella 80 kg / s : stä sotilaskäyttöön tarkoitetuissa moottoreissa 1 600 kg / s : iin suuritehoisilla subäänikaiuttimilla, mikä tuottaa erittäin vaihtelevia indusoituja virtausnopeuksia testeistä riippuen.

Kullekin suljetulle testipenkille määritetään sitten korjauskerroin arvioimalla ulkoilmatestipenkillä saadut suorituskykypoikkeamat käyttämällä kaikissa sertifiointitestissä käytettyjä vertailumoottoreita. Tätä korjauskerrointa sovelletaan sitten jokaiseen suljettuun testipenkkiin vietyyn tuotantomoottoriin. Testivaihetta tämän korjauskertoimen määrittämiseksi kutsutaan "penkkikorrelaatioksi". Tämä korrelaatiovaihe on pakollinen vain, jos testipenkin sisäistä aerodynamiikkaa halutaan muuttaa merkittävästi.

Testauslaitteiden korjaus

Testimittaus- ja ohjauslaitteet aiheuttavat poikkeamia moottorin vasteessa, ja ne on korjattava lopputuloksissa moottorin todellisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. Testituloksiin sovellettavat korjauskertoimet määritetään laskemalla moottorimallista, jonka toimintaa simuloidaan instrumentoinnin kanssa ja ilman sitä.

Nacelle-korrelaatio

Tuotantokokeissa käytettyjä nacelleja on verrattava sertifiointikokeissa käytettyjen esittelymoottoreiden kenttätesteihin käytettyihin. Suoritettujen testien tuloksena havaitut poikkeamat johtavat korjaaviin tekijöihin, joita sovelletaan kunkin tuotantomoottorin testituloksiin.

Testipenkkien suorituskyky

Testauslaitteistojen hitaan kulkeutumisen määrittämiseksi määritetään seurantakerroin, johon sisältyy penkin tulo- ja lähtölämpötilat sekä testin aikana kulutettu polttoaine. Sitten määritetään tarjotun työn määrä, ja jos se on vakaa, se tarkoittaa, että testipenkki ei kehity.

Vertailunopeuden laskelmat

Kun kaikki asennuskorjaukset on tehty, sopimusperusteiset moottorin parametrit on mukautettava jokaiselle testipisteelle suhteessa lentokoneen valmistajalle myytyyn sopimusnopeuteen. Sertifiointivaiheen aikana esittelymoottoreiden kenttätesteissä laadittuja interpolaatiotaulukoita käytetään sitten.

Kyseiset parametrit ovat työntövoima, polttoaineen virtaus, EGT-lämpötila ja HP-nopeus kaksoiskappaleissa.

Vertailupainelaskelmat

Periaate on sama kuin palautettaessa vertailunopeuteen, mutta kyseessä on vain polttoaineen virtaus (hyödyllinen SFC: n laskemisessa)

Moottoritestin suorittaminen Operaatioiden aikajärjestys

Moottorin asettamiseksi testipenkille on suoritettava seuraavat toimet kronologisessa järjestyksessä:

Instrumentointi ja öljynsyöttö asennetaan sen kiinteään kohtaan
Kuiva ilmanvaihto ilman polttoainetta
Alkaa sitten Juoksu sisään
Asetukset ja säätimet
Suorituskykykäyrät
Korroosiosuojaus ja sammutus

Kokeilun seuranta

Moottorin testauksen aikana vastuuhenkilön tulee:

valvoa turvallisten raja-arvojen parametreja
1. Ruokavalion
2. Turbiinin lämpötila
3. Tärinä
4. Akselin laakerin lämpötilat
5. Öljyn ja polttoaineen paine
Tarkista kaikki moottorin käyttötavat ja kaikki toleranssiparametrit
tarkista suorituskyky vakautetuissa ja ohimenevissä järjestelmissä
varmistaa testin lopun tarkastukset
1. öljytaso
2. tiivistäminen
3. kulumisenilmaisimet
antaa lopullinen seuraamus raportin muodossa, joka toimitetaan asiakkaalle ja joka toimii todisteena moottorin ennenaikaisesta kulumisesta sen ilmaantuessa (valmistajan takuu).

Poikkeavuuden sattuessa moottoria ei toimiteta asiakkaalle, vaan se menee sairaalaketjuun arvioitavaksi; paluu tuotantotestaukseen tapahtuu ongelman täydellisen käsittelyn jälkeen.

Käyttö ja kunnossapito

Kun kuljettaja on myynyt ja vastaanottanut moottorin, sen käyttöikä alkaa ja se keskeytyy kevyillä ennaltaehkäisevillä ja parantavilla huoltotoimenpiteillä siipien alla sekä raskailla huoltotoimilla työpajassa, jotta käyttöaika olisi useita. vuosikymmenien ajan.

Yleiset käsitteet

Tässä on joitain määritelmiä joistakin moottorin toimintaan liittyvistä käsitteistä

Tehokkuus ja kustannukset

Tehokkuus yhdistää materiaalin luontaisen laadun ja käyttökustannukset, jotka sisältävät:

hankinnan alkuperäiset kustannukset
käyttökustannukset
ylläpitokulut

Turvallisuus

Turvallisuus ilmaisee laitteiden kyvyn varmistaa niiden nimelliskäyttö. Turvallisuus on laitteiden kyky olla aiheuttamatta vahinkoa ihmisille.

Saatavuus

Saatavuus (D) ilmaisee tosiasian, että laite pystyy tietyllä hetkellä suorittamaan kaikki toiminnot, joita varten se on suunniteltu.

Näennäinen saatavuus ja todellinen saatavuus erotetaan toisistaan. Koska täydellistä saatavuuden hallintaa ei yleensä voida suorittaa, vain näennäinen saatavuus on käytettävissä.

Saatavuus voidaan arvioida ottamalla huomioon hyvän toiminnan aikojen keskiarvo (MTBF: Mean Time Between Failure) ja korjauksiin tarvittavien aikojen keskiarvo (MTTR: Mean Time to Repair).

D = MTBF / (MTBF + MTTR)

Saatavuus voidaan siten saada luotettavuudella ja laitteiden korjaamiseen toteutetuilla keinoilla.

Luotettavuus

Luotettavuus on laitteen kyky suorittaa tietty toiminto tietyissä olosuhteissa tiettynä ajanjaksona. Siksi tämä on ongelmattoman toiminnan todennäköisyys. Sen määrittelemiseksi erotellaan vikaantumisaste L (Lambda) ja MTBF (keskimääräinen vikaantumisaika).

Vahinkoaste L on prosenttiosuus näytteistä populaatiosta N, joka epäonnistui yksikön ajan x aikana.

L = (N1-N2) / N1

jossa N1 = näytteet hetkellä t ja N2 = näytteet ajankohtana (t + x)

MTBF on vahinkoprosentin käänteinen:

MTBF = 1 / l

Luotettavuus ilmaistaan usein vikojen määränä tunnissa, esimerkiksi 1,10-6, mikä tarkoittaa, että vika tapahtuu miljoonan käyttötunnin jälkeen.

Laitteiden vaurioitumisaste muuttuu ajan mittaan joko mekaanisten tai elektronisten komponenttien osalta kolmen erillisen jakson mukaan:

Melko lyhyt ensimmäinen jakso, jolloin laite kärsii nuorekas vikaantumisesta
Toinen pidempi jakso, jossa vahinkojen määrä on alhaisin,
Kolmas hyvin lyhyt ajanjakso, joka tunnetaan nimellä "vanhuus" ja jossa vahinkojen määrä kasvaa merkittävästi.

Ylläpidettävyys

Ylläpidettävyys on laitteiden kyky pitää toimintakunnossa. Ylläpidettävyyden komponentit (käyttö, luotettavuus, purkaminen, testattavuus jne.) Määritetään yleensä laitteiden suunnitteluvaiheessa.

Huolto

Ylläpito voidaan määritellä kaikki tarvittavat välineet ja toimet laitteen "ylläpitämiseksi" käytössä.

Moottorin, moduulin tai tärkeän lisävarusteen poistaminen voidaan perustella kolmella rajoituksella:

tarkistusten välinen potentiaali
tiettyjen syklin osien käyttöikä
kalenteripotentiaali.

Mahdollisuudet

Huoltoiden välinen potentiaali (TBO = Time Between Repair) on käyttöaika, joka on sallittu ennen moottorin, moduulin tai tärkeän lisävarusteen suurta kunnostusta.

Moottorin tai moduulin potentiaali määritetään tukevien testien ja kokemusten perusteella. Se ilmaistaan yleensä käyttötunneina, mutta myös vuosina näiden samojen elementtien kalenterimahdollisuuksien suhteen.

Potentiaali voi olla laajennusohjelman kohde, joka perustuu potentiaalin loppupäässä olevien moottoreiden asiantuntemukseen.

Kalenterirajat

Tämä on enimmäisaika, joka on palattu huollon aloittamiseen lentokoneessa yleisen kunnostuksen tai suuren korjauksen jälkeen.

Käyttörajat

Tiettyjen elementtien (esim. Laakerit tai hammaspyörät) käyttöraja on ilmaistu tunteina tai syklinä moottoripotentiaalista riippumatta.

Mahdollinen laskuri

Joissakin moottoreissa, joissa on säätö- ja valvontatietokone, potentiaalilaskentatoiminto on käytettävissä.

Tässä toiminnossa otetaan huomioon moottorin kierrosluvut ja turbiinin lämpötila siipien alla käytettäessä pyörivien kokoonpanojen väsymisnopeuksien laskemiseksi.

Rajoitettu käyttöikä

Joidenkin moottorikomponenttien käyttöaika on sallittu ennen niiden poistamista käytöstä.

Tämä käyttöikä määritetään laskelmilla ja niitä tukevilla testeillä. Se ilmaistaan käyttötuntien lukumääränä ja jaksoina (1 sykli = 1 käynnistys, 1 käynnistys, 1 pysäytys).

Palvelutiedotteet

Kaikki laitteeseen tehdyt muutokset luokitellaan käyttötapojen ja kiireellisyyden mukaan. Nämä muutokset voivat olla valinnaisia, suositeltavia tai pakollisia.

Kaikki muutokset ovat valmistajan julkaisemien ja virallisten ilmailupalvelujen hyväksymien huoltotiedotteiden alaisia.

Operaatio

Lentotoiminnan harjoittajat toteuttavat ajo-ohjeet ja moottorin työntövoiman hallinnan valmistajien suositusten mukaisesti, jotta suorituskyky heikkenee mahdollisimman vähän, jotta toteutettavat huoltotoimet minimoidaan tietyn ajanjakson ajan.

Moottorin suorituskyvyn reaaliaikainen seuranta varmistetaan käsittelemällä ilma-aluksen jokaisen lennon aikana lähettämiä tietoja.

Useat rajoitukset, joista osa on ominaisia kullekin moottorityypille, edellyttävät toiminnan valvontaa ja tiettyjen osien vaihtamista rajoitetulla käyttöiällä.

Ajo-ohjeet

Moottorin toimintatavat määritellään virallisissa asiakirjoissa (käyttöohje, lentokäsikirja jne.). Tehdään ero ns. Normaalien ajo- ja hätätapojen välillä.

Normaalit menettelyt

Ne määrittelevät ajo-olosuhteet eri toimintavaiheille: käynnistys, käynnistys, lennon ajaminen, moottorin pysäyttäminen, uudelleensytytys, tuuletus jne. Syklin vaiheissa, joissa moottorilta vaadittu teho on suurin painotetaan johtamista tarpeen mukaan taloudellisista syistä. Lentoonlähtöteho vähennys menettely on kehitetty ja sitä käytetään johdonmukaisesti aina kun mahdollista.

Hätätoimenpiteet

Ne määrittelevät ajo-olosuhteet poikkeuksellisissa olosuhteissa: moottorin sammutus lennon aikana, järjestelmän viat, tulipalo jne., Mikä antaa mahdollisuuden ylläpitää maksimaalista turvallisuutta matkustajille huonossa toimintatilassa.

Työntövoiman vähentäminen lentoonlähdössä Johdanto

Kaikki kaupalliset kuljetuslentokoneet on rakennettu moottorilla, jolla on ylimääräinen työntömarginaali sertifiointivaatimusten täyttämiseksi. Lentokonevalmistaja ja moottorinvalmistaja tuottavat lentokonekokoonpanon ja moottorin kaikkein ankarimmissa olosuhteissa (suurin kuorma, kuuma päivä, suuri korkeus jne.), Joita voi esiintyä sille osoitetuissa tehtävissä.

Siksi useimmissa lentokoneen käyttöolosuhteissa on suuri työntövoima, jota ei ole hyödyllistä käyttää. Lentoonlähdön aikana käyttämätöntä työntövaraa kutsutaan DERATE-arvoksi ja se ilmaistaan useimmiten prosentteina moottorin suurimmasta työntövoimasta.

Tämä varaus voi saavuttaa yli 25% suurimmasta työntövoimasta riippuen lentokoneen / moottorin yhdistelmästä ja päivän lentoonlähtöolosuhteista.

Työntövoiman operatiivinen hallinta

Moottorit heikkenevät mekaanisen kulumisen takia ja tästä johtuvat termodynaamiset vaikutukset vaikuttavat tehokkuuteen ja massavirtaan. Suurimmalla työntövoimalla toimimalla ei ole vaikutusta työntövoimaan, mutta se vähentää huomattavasti EGT-marginaalia. Tällä on suoria vaikutuksia polttoaineenkulutuksen heikkenemiseen ja siipien alla olevaan elämään.

Näiden havaintojen perusteella valmistajat ovat kehittäneet periaatteen työntövoiman vähentämiseksi tai vähentämiseksi lentoonlähtövaiheessa prioriteettina, joka koostuu siitä, että käytetään vain päivän olosuhteiden edellyttämää työntövoimaa niin kauan kuin suurinta lentoonlähtökuormitusta ei saavuteta.

Hyödyllisen työntövoiman vähenemisellä lentoonlähdöllä (ks. Nousu risteilytasolle) on myös myönteinen vaikutus lentoturvallisuuteen vähentämällä moottorin ennenaikaisen kulumisen aiheuttaman vikaantumisen todennäköisyyttä, jos moottori altistuu useammin sykleille (lentoonlähtö, kiipeily, risteily, pito, lasku) ja suurimmalla työntövoimalla syklin tietyissä vaiheissa.

Lentoonlähdön aikana

Kaupallisen ilma-aluksen lentoonlähtö noudattaa kodifioitua menettelyä, jossa seuraavat ominaisuudet:

kiitotien ominaisuudet (pituus, kunto, korkeus jne.)
paikallinen sää
lentoonlähtöpaino
jne.

otetaan huomioon moottoreita säädettäessä lentoonlähdössä. Suurin sallittu työntövoima rajoittaa suurinta lentoonlähtöpainoa ääriolosuhteissa ja suotuisammissa olosuhteissa suurinta työntövoimaa ei käytetä, kiitotien pituutta käytetään tässä tapauksessa laajemmin.

Lentoonlähdön käsite alennetulla työntövoimalla kehitettiin valmistajien toimesta, koska laivaston laivastossa on tilastollisesti osoitettu läheinen suhde työntövoiman vähentämisen ehdottomasti välttämättömälle tasolle ja odotetut hyödyt siiven alla olevan elämän suhteen. . Vaikuttaa myös siltä, että tällä oli positiivinen vaikutus ylläpitokustannuksiin.

Seuraavat näkökohdat ja käsitteet mahdollistavat toimintamenetelmien rakentamisen tämän taloudellisen tavoitteen saavuttamiseksi:

Moottorin tehonhallinta
Työntö- ja EGT-marginaalin suhde
EGT: n lentomarginaalin käsite
Työntövoiman vähentämisen vaikutus EGT: n lentoonlähtölämpötilaan
EGT-lämpötilan suhde lentoonlähtöön ja ulkolämpötila (OAT)
Ilmastointitoiminnon vaikutus EGT-lämpötilaan

Määritelmät

EGT-lämpötila

EGT-lämpötila (pakokaasulämpötila) on turbiinin sisääntulolämpötila tai sen kuva, koska erittäin korkeiden lämpötilojen vuoksi anturit sijoitetaan usein alavirtaan viileämmälle alueelle.

EGT-marginaali lentoonlähdössä

EGT-lentoonlähtömarginaali on ero sertifioidun maksimiarvon ja suurimman arvon välillä, jonka moottori voi saavuttaa täydellä voimanotolla päivän paine- ja lämpötilaolosuhteiden perusteella. Tätä eroa, joka on merkittävä moottorille sen käyttöiän alkaessa, on taipumus pienentää huomattavasti, kunnes se saavuttaa rajan, joka vaatii poistamista ja menemistä korjaamoon töihin kuumien osien parissa.

Tämän parametrin heikkenemisnopeus määrittää siipialueen toiminta-ajan ja siten yrityksen tuntikustannukset.

Vahva korrelaatio ja EGT-lämpötila

Tiettyjen moottoreiden säätö mahdollistaa jatkuvan työntövoiman lentoonlähdössä ympäristön lämpötila-alueella samalla, kun EGT-lämpötila nousee ja tämä ylittää ympäristön ilman lämpötilan raja-arvon, jonka yli työntövoima laskee samalla kun EGT-lämpötilaa pidetään vakio.

Moottorin suurin työntövoima on sille ominainen ominaisuus, joka kuitenkin riippuu päivän olosuhteista (lämpötilasta ja paineesta) ja joka on tarkoitettu suurimmalle EGT-lämpötilalle, jota kaasugeneraattori ei saa ylittää heikentyessä.

Ilmastointivaihtoehtojen (ilmaus) käyttö lentoonlähdössä vaikuttaa EGT-lämpötilaan. Tämän vaihtoehdon käyttö lentoonlähdössä, mikä lisää polttoaineenkulutusta, saa EGT-lämpötilan nousemaan samalla pyydetyllä työntövoimalla.

Vähennyskäsite

Lentoonlähdön työntövoiman vähentäminen voidaan saavuttaa kahdella tavalla:

ensimmäinen, nimeltään FLEX TEMP, joka perustuu ilman lämpötilaparametrin (OAT) käyttöön, jonka avulla säätö voi asettaa suurimman työntövoiman.
toinen perustuu ennalta ohjelmoitujen työntövoimien käyttöön, jotka asetuksella voidaan toteuttaa.

Moottorivaurio

Kaikkiin moottorin osiin ja niiden osiin kohdistuu aiheutuvat jännitystasot:

pyörimisnopeudet
korkeat sisäiset lämpötilat ja paineet

Tämä johtaa kahden tyyppisiin voimakkaisiin mekaanisiin, termisiin ja aerodynaamisiin rasituksiin:

sykliset, jotka riippuvat huipun kuormituksista lentojaksojen eri vaiheissa
vakiot, jotka riippuvat altistumisajoista kuormille, joille moottorin eri komponentit voivat altistua

Kaikkiin moottorin osiin ei sovelleta samoja rajoituksia, joten työntövoiman vähentämisen etu ei ole sama kaikille niille.

Rajoitukset

Moottori on suunniteltu toimimaan tietyissä valmistajan määrittelemissä rajoissa: lentokuori, nopeudet, lämpötilat, paineet, kuormitustekijät, aika jne.

Lentoalue

Moottori on suunniteltu toimimaan määrätyllä paine- ja ulkolämpötila-alueella sen tulevia käyttötarkoituksia varten.

Lentokorkeus määrittää ilman tiheyden ja siten moottoriin tulevan virtausnopeuden, virtausnopeuden, joka vaikuttaa sen suorituskykyyn.

Lentokoneen nopeuden lisäys, joka lisää moottorin propulsiotehokkuutta, pyrkii vähentämään työntövoimaa niin kauan kuin se ei ole riittävä aiheuttamaan tuloilmavirran lisääntymistä pakkosyötön vaikutuksesta.

Hallitusalue

Uudelleensytytys lennon aikana sammutuksen jälkeen on mahdollista vain tietyissä lento-olosuhteissa (korkeus, nopeus jne.).

Toimintajärjestelmät

Moottorin eri pyörivien osien nopeuksiin sovelletaan amplitudi- ja kestorajoituksia koneen eheyden suojelemiseksi ja käyttöiän takaamiseksi siiven alla.

Kaasun lämpötila

Rajoja asettaa kuumien osien ja erityisesti turbiinilapojen vastus. Rajoja voi olla useita: jäännöslämpötila ennen käynnistystä, maksimilämpötila käynnistyksen aikana, korkeimmat lämpötilat lennossa jne.

Öljykierron rajat

Niitä edustavat paine-, lämpötila- ja kulutusrajat; esimerkkejä: suurin öljynpaine, vähimmäisöljynpaine, suurin öljyn lämpötila, vähimmäisöljylämpötila käynnistykseen, suurin öljynkulutus ...

Polttoainepiirin rajat

Niitä edustavat yleensä minimi- ja maksimilämpötilarajat ja joissakin tapauksissa painerajat ...

Sähköiset rajat

Piirin jänniterajat, kulutusrajat, näytteenottorajat ...

Lähtörajat

Moottorin käynnistykseen liittyy tietty määrä rajoja: käynnistysalue, parametrirajat (lämpötilat, nopeudet jne.) Ja aikarajat (käynnistymisaika, suurin tuuletusaika, stabilointiaika ennen pysähtymistä, automaattinen kierto pysäytettäessä ... ).

Eri rajat

Ilman näytteenottorajat, tärinärajat, kuormituskerroinrajat ...

Toimintahäiriöt

Käytön aikana turbomoottoreilla on tietty määrä toimintahäiriöitä, jotka voivat enemmän tai vähemmän vakavasti vaarantaa lentoturvallisuuden. Nämä epänormaalit toiminnot voivat olla erilaisia, niillä voi olla erilaisia syitä ja enemmän tai vähemmän tärkeitä seurauksia.

Epänormaalia toimintaa aiheuttavat ongelmat voivat olla vuotoja (ilma, öljy, polttoaine), järjestelmän ja lisävarusteiden hajoamisia, kavitaatioilmiöitä korkeapainepiireissä. Syyt voivat olla inhimillisiä (ylläpito), teknisiä (odotettua suurempia heikkenemisiä), ulkoisia (salamanisku, isku).

Seuraukset vaihtelevat viivästyneestä lentoonlähdöstä moottorin pysäyttämiseen lennolla (miehistön päätös tai ei). On selvää, että kaikki valmistajan ensin ja sitten käyttäjän toteuttamat toimenpiteet myötävaikuttavat toimintahäiriöiden määrän voimakkaaseen rajoittamiseen ja seurausten rajoittamiseen siten, että matkustajien henki ei vaarannu.

Vuodot

Ilma-, polttoaine- ja öljyvuodot ovat yksi tärkeimmistä "moottorin" vikojen syistä:

ilmavuodot aiheuttavat säätöpoikkeamia, moottorin irrotusta, moottorin sammutuksia ja ylikuumenemista;
polttoainevuodot aiheuttavat myös konepellin tulipaloja ja säiliön tyhjenemistä;
öljyvuotojen vuoksi moottori on pysäytettävä, muuten akselin laakerit ja valot hupun alla tai koteloissa vaurioituvat;
polttoainevuodot öljyyn aiheuttavat kotelon tulipaloja.

Suurin osa vuodoista johtuu huonosti menneestä huoltotoimenpiteestä:

liittimien väärä kiristys;
tiivisteiden tai koteloiden vauriot;
vuototestimenettelyn noudattamatta jättäminen.

Vuotoja esiintyy pääasiassa liittimissä tai putkien repeämisen seurauksena tärinän väsymisestä tai kitkan kulumisesta.

Piirien välisillä vuotoilla polttoaineen ja öljyn välillä on vakavia seurauksia, jotka voivat johtaa moottorin tulipaloon ja sisäisten osien tuhoutumiseen (esimerkiksi LP-turbiinin karkotus ja levyjen repeämä).

Järjestelmien ja lisävarusteiden viat

Suunnittelun mukaan järjestelmän ja lisävarusteiden viat johtavat yleensä moottorin vikaantumiseen ilman toissijaisia vaurioita tai jopa ilman toimintavaikutuksia.

sukupuuttoon;
pumppaus;
miehistön tilaama moottorin sammutus hälytyksen jälkeen;
huonontunut käyttötila.

Tämäntyyppiset epäonnistumiset ovat vastuussa melkein kaikista lentojen viivästymisistä ja peruutuksista sekä suuresta osasta lennon keskeytyksiä (IFSD).

Nämä viat korjataan yleensä poistamatta moottoria, koska näiden järjestelmien komponentit ja lisävarusteet ovat vaihdettavissa moottorissa siipien alla (linjan vaihdettava yksikkö).

Öljypiirin viat

Öljypiiri on suurin osa miehistön tilaamista moottorin sammutuksista lennon aikana. Tämä ilmenee:

liian matala öljynpaine (tosi tai väärä);
öljymäärän lasku, joka johtaa moottorin varotoimiin;
liiallinen öljyn lämpötila;
suodattimien tukkeutuminen.

Syitä on useita:

ulkoiset (putket) tai sisäiset (kotelot) vuotot;
öljypumpun vika (paineistus tai talteenotto);
piirin tukkeutuminen;
väärä ilmoitus.

Erityinen vika, jota kutsutaan "öljypiirin koksiksi" ja jolla on alkuperänsä vuoksi öljyn terminen hajoaminen, johtaa enemmän tai vähemmän paksujen kerrostumien muodostumiseen ja enemmän tai vähemmän suurina määrinä putkiin ja suihkukoneisiin. Tämä ilmiö voi johtaa laakerin rikkoutumiseen ilman varoitusta.

Polttoaineisiin liittyvät erittelyt

Turbojet on suunniteltu ja sertifioitu polttoaineille, jotka täyttävät siviili- (ASTM tai IATA) tai armeijan (MIL, AIR jne.) Vaatimukset. Nämä eritelmät rajoittavat tiettyjä fysikaalisia tai kemiallisia ominaisuuksia, mutta jättävät toiset ilman erityisiä rajoituksia.

Tämän seurauksena polttoaineet saattavat jopa täyttää samat vaatimukset, mutta niiden laatu voi olla erilainen, mikä joskus aiheuttaa moottorin toimintahäiriöitä.

Aromaattinen suvaitsevaisuus (> 20% tai jopa 30%) johtaa
- nivelten turvotus
- koksin muodostuminen injektorin päihin
- erittäin kirkas liekki, joka johtaa sekoittimien ylikuumenemiseen
Olefiinin määrä toleranssista poikkeavaa (> 5%), mikä johtaa sakan muodostumiseen tai "kumimaisiin" ikeniin
Rikkipitoisten yhdisteiden määrä toleranssista poikkeavaa (> 0,3%) aiheuttaa turbiinin siipien korroosiota muodostumalla rikkihappoa
Merkaptaanit ylittävät toleranssin (> 0,003%), mikä aiheuttaa kadmiumpinnoitteen hyökkäyksen ja elastomeeritiivisteiden heikkenemisen
Liian korkea höyrynpaine (enintään = 0,21 bar 38 ° C: ssa ) provosoi
- höyrylukot kaasun kertymisen avulla
- pumppujen ja suuttimien kavitaatio (esimerkiksi CONCORDE OLYMPUS -moottorit eivät hyväksy Jet B -polttoainetta (RVP = 0,21 bar ja rajoitettiin Jet A- ja Jet A1 -polttoaineilla).
Sujuvuus toleranssin ulkopuolella (jäätymislämpötila ja viskositeetit liian korkeat), mikä johtaa säiliöpumppujen deaktivoitumiseen, puutteelliseen sumutukseen ja siten kammion polttoaineen syttymättömyyteen.
Lämpöstabiilisuus toleranssin ulkopuolella, mikä johtaa lakan muodostumiseen ja injektorien tukkeutumiseen, mikä lisää lämmönvaihtimien (polttoaine / öljy) tehokkuuden menetystä
Saastuminen
- kiinteät hiukkaset (hiekka, ruoste jne.), mikä johtaa suodattimien tukkeutumiseen, pumppujen ennenaikaiseen kulumiseen ja vaikutukseen ensimmäisen sukupolven moottoreiden hydraulisäädön vakauteen.
- kondenssivedellä, jolla on seurauksia mikro-organismien muodostumisesta säiliöissä (korroosio), jääkiteiden muodostumisesta alhaisessa lämpötilassa ja lisääntyneistä sammumismahdollisuuksista alentamalla liekin lämpötilaa.
Pienempi rikkipitoisuuden ansiosta alhaisempi voitelu (ominaisuutta ei määritelty)

Näemme, että polttoaineella on huomattava määrä fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, joilla on suora tai epäsuora vaikutus turbomoottorin moitteettomaan toimintaan. Katsotaanpa nyt moottorihäiriöt, jotka liittyvät polttoainejärjestelmään ja joilla on pääasiassa seurauksia:

Polttoaineen tuottaminen johtaa
- syttyminen maassa polttoainepumpun käyttövian vuoksi
- syttymätön lennon aikana menettämällä HP: n polttoainepumpun tilavuushyötysuhde (kuluminen) tai "höyrylukko" syöttöputken tai ruiskutuskiskon tasolla
- sammutus kavitaatiolla suuttimien laskeutumisen aikana tai LP-pumpun käytön häiriö.
Polttoaineen ruiskutuksen säätäminen mahdollisilla seurauksilla
- pumppaus
- sukupuuttoon
- irrottaa
- epävakaus, joka liittyy polttoaineen saastumisesta johtuviin hydraulisiin servo-poikkeavuuksiin

Näemme, että sopimattoman polttoaineen käyttö voi olla monien toimintahäiriöiden lähde, jolla voi olla vaikutuksia lentoturvallisuuteen.

Todelliset tai epäillyt moottoriviat

Käynnistysjärjestelmä on todellisten vikojen lähde, joka vaikuttaa moottorin käynnistykseen ja sen eheyden ylläpitoon ensimmäisistä kierrosta alkaen. Yleisimmät syyt ovat:

- käynnistysilmaventtiilin avautuminen sähköisen, mekaanisen tai yksinkertaisesti jäätymisen seurauksena, mikä johtaa kaasuturbiinin käynnistymättömyyteen.
- käynnistysilmaventtiilin sulkeutuminen epäonnistuu, mikä edellyttää moottorin sammuttamista, koska on olemassa vaara, että käynnistysmoottori ja kori ylikuumenevat.
- vetoakselin testinäytteen (mekaaninen sulake käynnistimen ja moottorin kytkimen välissä) repeämä termisen epätasapainon aiheuttaman väsymyksen tai ylivääntömomentin vuoksi (moottorin pysäyttämisen jälkeen odotusaikojen noudattamatta jättämisen jälkeen moottorin yläosa on kuumempi kuin alaosa ja siitä johtuvat mekaaniset muodonmuutokset heikentävät pyörivän osan tasapainoa lämpöhomogenointiin tarvittavan ajan)
- vaihteiston vaurioituminen pyörivän liitoksen öljyvuodon tai kampikammion väsymisvaurion seurauksena.
- keskipakokytkimen vapauttamatta jättäminen, joka johtaa käynnistimen käynnistämiseen moottorilla ja seurauksena öljyn ylikuumenemisesta, joka voi laukaista nacellipalon.

Näiden käynnistysjärjestelmään suoraan liittyvien syiden lisäksi on terä- tai turbiinilevyjen rikkoutumisia, jotka liittyvät kokoonpanon pyörimiseen kiihtyneen väsymisen seurauksena osilla, joilla on rajoitettu käyttöikä tai FOD.

Ilmanpoistojärjestelmä on myös moottorin toimintahäiriöiden aiheuttaja:

- ilmanpoistoputken repeämä seurauksena on, että kuuman ilman puhallus vahingoittaa huppujen alla olevia johdotuksia ja lisävarusteita
- takaiskuventtiilin "AUKI" vika, joka aiheuttaa "HP" -näytteen uudelleen nauttimisen IP-tulon kautta (IN-FLOW-BEDED)
- nestekompressorin pumppaus tai pyörivä erotus, joka aiheuttaa HP-kompressorin pumppaamisen (kriittinen vika moottoreissa, joissa on näytteenottovahvistin)

Työntövoimanvaihdin voi rangaista voimakkaasti lentoturvallisuutta tietyissä vaiheissa sen ennenaikaisella käyttöönotolla tai yhden tai useamman siirrettävän kopan menetyksellä käyttöönoton iskun lopussa pysähdysten epäonnistumisen seurauksena.

Tietyt ns. Oletetut viat perusteettoman ja tarkistamattoman ohjaajan hälytyksen jälkeen edellyttävät moottorin hallittua sammutusta. Tämä tieto, jolla ei ole arkaluontoisia ilmenemismuotoja, kuten tärinää tai moottorin tulipaloa, vaatii ohjaajan luottamaan instrumentointiin.

Merkityksellisimmät hälytykset moottorin ajamisessa ovat:

- öljyn tason lämpötila ja paine
- suodattimen tukkeutumisen ilmaisin
- turbiinin lämpötila
- pyörivien osien pyörimisnopeudet
- käynnistysilmaventtiilin AUKI- tai KIINNI-asentoon
- työntövoimanvaihtimen VAPAUTETTU asento

Ohjaajan tilaama moottorin sammutus huonon hälytysilmoituksen jälkeen on eräänlainen MOOTTORIN VIKA, koska sillä voi olla vaikutuksia lennon turvallisuuteen.

Sähkömagneettiset häiriöt

Sähköiset määräykset ovat herkkiä sähkömagneettisille kentille spektristä ja lähetetystä tehosta riippuen. Kaksi tärkeintä päästölähdettä ovat salama ja keinotekoinen säteily, kuten ensisijaisten tutkien ja radiotaajuuslähettimien lähteet.

Salamalla voi olla kaksi päävaikutusta:

mekaaninen vaikutus ja lämpövaikutus komposiittirakenteiden metallielementteihin (palovammat iskupisteissä, sähkökaaret ja ylipaine laatikoissa, säiliön räjähdyksissä, jos suoja on riittämätön).
sähkömagneettinen vaikutus, joka indusoi virtoja kannissa ja johtimissa, joita ei ole riittävästi suojattu, häiritsevät niiden kantamia sähköisiä tietoja.

Keinotekoiset sähkömagneettisen säteilyn päästöt voivat myös häiritä johdotusta ja elektronisia tietokoneita, kun häiriösuojaus on viallinen.

Keinotekoisia sähkömagneettisen säteilyn päästöjä vastaan tarjotut suojat ovat riittävät, jos suojat ovat tehokkaita ja järjestelmät kestävät tietojen muutoksia.

Luonnollisia päästöjä, kuten salamia, jotka voivat saavuttaa suuret tehot, suojaavat vain fyysisesti, koska salaman pulssi on hyvin lyhyt, sillä on vain vähän mahdollisuuksia muuttaa järjestelmien lähettämää tietoa.

Riski on viime kädessä kohdata sähkönpäästöt, jotka ylittävät suunnittelussa huomioon otetun tason.

Salamanisku

Kumulonimbus-tyyppisissä pilvissä kehittyvät voimakkaat sähkökentät ovat syy salamoihin ja salamaniskoihin, kun koneet kulkevat niiden läpi. Pitkän muodonsa ansiosta lentokone vahvistaa sähkökenttää päissään, solusta tulee nenän ja hännän välisen potentiaalisen eron paikka, joka voi saavuttaa kymmeniä miljoonia volttia. Kun sytytysjännitteet saavutetaan, ensimmäinen sähkökaari alkaa lentokoneen nokasta kohti pilven pohjaa ja muutama sekunti myöhemmin toinen kaari alkaa lentokoneen hännästä kohti pilven yläosaa.

Tällä hetkellä sähkövirta, joka koostuu lyhyistä muutaman kymmenen mikrosekunnin pulsseista ja satojen tuhansien ampeerien voimakkuudesta, kulkee rungon läpi ihonsa ulkopuolella. Mökin sisätilat on suojattu metallirungon Faraday-vaikutuksella, ja matkustajat näkevät vain lähellä olevan ilman ionisaation valaisevat vaikutukset.

Salamavirralla voi kuitenkin olla suoria ja epäsuoria vaikutuksia lentokoneeseen ja moottoreihin. Suorat vaikutukset johtuvat nykyisten pulssien välisestä pysyvästä virrasta, kun taas epäsuorat vaikutukset johtuvat erittäin voimakkaista virtapulsseista.

Suorat vaikutukset ovat mekaanisia vaurioita, kuten:

palaa sähkökaaren tulo- ja poistumispaikoissa
niittifuusioita vapauttamalla lämpöä, kun virta virtaa
hupun lävistys ja lämpövahingot, koska salaman plasma voi saavuttaa useita kymmeniä tuhansia asteita
sähkökaari polttoainesäiliöissä, jossa on räjähdysvaara, jos rikkaus sen sallii

Epäsuorat vaikutukset ovat sähkömagneettisia häiriöitä, jotka liittyvät siihen, että salamavirtaa voidaan verrata antenniin, joka säteilee kahta kenttää kohtisuorassa toisiinsa nähden ja niiden etenemissuuntaan.

Pulssiluonteisen salaman virran synnyttämä generoitu sähkömagneettinen kenttä hajoaa vaihtelevan voimakkuudeksi radiopäästöspektriksi päinvastaisessa suhteessa taajuuksiin, mikä selittää loispäästöt pitkäaaltovastaanottimissa ja häiriöiden puuttumisen. lyhytaaltoreseptorit.

Tämä radiopäästö pystyy indusoimaan loisvirrat sähkökaapeleissa, ellei niitä ole riittävästi suojattu sopivalla suojauksella. Nämä loisvirrat voivat olla sähköisten ohjausjärjestelmien vikojen syy.

Moottorin toiminnan valvonta lennon aikana

Turvalliseen ohjaamiseen tarvittavat moottorin toimintaparametrit palautetaan matkustamoon, mutta niitä ei ole tarkoitettu ennakoivaan huoltoon lennon aikana tai lennon päättymisen jälkeen.

Oli tarpeen kehittää tekniset keinot, jotta moottorin poikkeamia sen keskimääräisestä toimintapisteestä lennon eri vaiheissa (lentoonlähtö, nousu, risteily, lasku) seurattiin mahdollisimman tarkasti.

Tämä toimintatapa mahdollisti kyvyn ennustaa mahdolliset epäonnistumiset parantamalla mahdollisuuden pysäyttää niiden eteneminen kohti todellisia vikoja.

Tämän etenemisen välittömät edut olivat lentoturvallisuuden parantaminen ja siipien alla olevan elämän optimointi parantamalla talletusten hallintaa.

Tavoitteet ja metodologia

Siiven alla toimivan moottorin valvonnan päätavoitteet kaupallisen toiminnan aikana ovat:

eliniän pidentäminen siiven alla optimoimalla kerrostumia
pienemmät ylläpitokustannukset
parannettu suurten vikojen ehkäisy

Menetelmä perustuu:

moottorin parametrien, kuten lämpötilojen, paineiden, poikkeamien analyysi lentokoneiden huoltojärjestelmän raporttien käsittelyn mukaisesti.
poistoennuste, joka perustuu rajoitetun käyttöiän (LLP) moottoriosien, kuten korkeapaineturbiinilevyjen ja jäljellä olevan EGT-marginaalin, jäljellä olevaan potentiaaliin.

EGT-marginaalin heikkeneminen

Turboahdin moottorin kaasugeneraattorin termodynaamisen syklin hyötysuhde heikkenee, kun se heikkenee käytön aikana tai yhtäkkiä vian aikana. Kulumiseen liittyvä hyötysuhteen lasku johtaa polttoaineen kulutuksen kasvuun ja lämpötilan nousuun samalla moottorin kierrosluvulla tai saman työntövoiman ylläpitämiseksi.

EGT-lämpötila heijastaa kuumien osien hajoamisnopeutta, ja sen tarkkailu kullekin siiven alla olevalle moottorille sallii:

tunnistaa kuumien osien (jotka ovat lennolla eniten rajoitettuja) toimintapisteen epänormaalit poikkeamat
arvioida siipien alla oleva elinikä ilman irrotusta (riippumatta siitä, ovatko ensimmäiset laitteet vai huoltoon irrotetut)
toteuttaa siipien alla huoltomenettelyt, joiden tarkoituksena on palauttaa marginaali tai lieventää sen hajoamista

EGT-marginaalin heikkenemiseen vaikuttavat tekijät ovat:

moottoriympäristö (hiekka, rakeet, tulivuoren tuhka jne.)
lentoonlähtöjen aikana käytetyn suurimman työntövoiman suhde (vähennys)
EGT-marginaalin palauttamiseen säännöllisesti käytettävät huoltotoimenpiteet (vesipesu, EGT-lämpötila-antureiden vaihtaminen jne.)
erilaiset lentokoneiden syklit (lentojaksot) riippuen siitä, onko kyseessä lyhyt, keskipitkä vai pitkä matka

Valvotut parametrit

Lennon aikana valvotut parametrit tulevat lentokoneen järjestelmästä ja moottorista. Ne luokitellaan kolmeen luokkaan: pakolliset, suositellut ja valinnaiset.

Luettelo lennon aikana tallennetuista pääparametreista:

Ilma-aluksen tunniste, päivämäärä, GMT-aika
lentovaihe, korkeus, Mach, TAT
Ilmastointi- ja vuototiedot
moottorin toimintaparametrit: nopeudet, EGT-lämpötila, polttoaineenkulutus
moottorin käyttökokoonpano, kuten säätötyyppi ja teho

Tärkeimmät käyttöolosuhteisiin liittyvät parametrit ovat:

lennon vaihe
korkeus
Mach
TAT
Verenvuototila
Jäänestotila

Hankintaperusteet

Jotta saavutettaisiin vaihtelut valvotuista parametreista, jotka ovat lentokonemoottorijärjestelmän toiminnalla mahdollisimman saastuneita, oli määriteltävä aikaisemmat hankintaperusteet.

Pääasiassa nämä kriteerit ovat:

vakaa lento-olosuhteet automaattisella kaasulla pois päältä, jos mahdollista;
moottorit nimelliskäyttötilassa;
riittävän merkittävillä numeroilla tallennetut tiedot;
säännöllisesti kalibroitu instrumentointijärjestelmä.

Matkan vakauden kriteerit

Automaattisessa hankinnassa seuraavat olosuhteet on pidettävä yllä vähintään 12 sekunnin ajan:

Korkeus yli 6000 m
Mach välillä 0,6 ja 0,9
TAT-vaihtelu alle 1 ° C
Moottorin kierrosluvun vaihtelu alle 0,4%
Korkeuden vaihtelu alle 30 m
Vakaa verenvuoto
Jäänestoinen nauha ja siipi POIS PÄÄLTÄ

Manuaalisessa hankinnassa risteilyolosuhteiden vakauttaminen on tarpeen yli 5 minuutin ajan

Hankintakriteerit Take Off -sivustolla

Lähtö on lentovaihe, joka asettaa moottoreille erittäin voimakkaita lämpö- ja mekaanisia rajoituksia. Se on lisäksi ohimenevä lentovaihe, jolla on vaikutuksia lentoonlähdön jälkeen (esimerkiksi turbiinilevyt jatkavat laajenemista useita minuutteja moottoreiden palautumisen jälkeen alennetulla teholla), joka edellyttää parametrien hankkimisessa seuraavia varotoimia:

Vältä poikkeama-analyysin parametrien käyttöä päivän ensimmäisestä lentoonlähdöstä tai lentoonlähdöstä moottorin sammutuksen jälkeen alle 4 tuntia
Kirjaa tiedot suurimman EGT-ajankohdan aikaan, joka vaihtelee moottorityypin mukaan

Esitysten arviointi

Lennon aikana tapahtuvan toiminnan seurannan päätavoitteena on ennakoida moottorin poisto ennen lennon alkua tai tunnistaa ennakoitavissa oleva vika lennolla, joka ei salli tehtävän päättymistä odotettavissa olevissa olosuhteissa tai pahempaa, mikä kyseenalaistaa lentoturvallisuus.

Periaatteena on verrata lennon aikana mitattua suorituskykyä tietokantaan, joka sisältää yhteenvedon kyseessä olevan moottorityypin keskimääräisistä ominaisuuksista.

Lentotietojen ja odotettujen arvojen välillä havaitut erot mahdollistavat tietokannan poikkeamien laskemisen integroimalla lennon toimintaolosuhteet (korkeus, mach, TAT, ilmastointivuotot)

Öljynpaineen erityinen seuranta mahdollistaa laakerin mahdollisten vikojen varhaisen havaitsemisen.

Tämän seurannan avulla on myös mahdollista määrittää kaksimoottoristen lentojen (ETOPS) yhteydessä, ovatko EGT-marginaalit ja kompressorin nopeus tuolloin riittävät tehtävien varmistamiseksi. Poikkeamat näistä parametreista mahdollistavat matkanopeuden asettamisen.

Huolto

Kenraali

Voimme erottaa kolme huoltotilaa:

- huolto ja aikaraja
- tilasta riippuvainen huolto
- ylläpito käyttäytymisen seurannalla.

Valinta soveltaa yhtä tai toista näistä moodeista yhteen tai useampaan moottorin osaan johtuu moottorin päätoimintojen alustavasta analyysistä, luotettavuustutkimuksissa saaduista tuloksista, erityisistä testeistä ja myös käyttöikä.

Huoltotoimenpiteet on kuvattu moottoria koskevissa asiakirjoissa:

- Huolto-opas,
- Tekninen huolto-ohje
- Huoltokirja (korjaus).

Huolto määräajalla

Tässä huoltotilassa elementit talletetaan kiinteään määräaikaan ja tarkistetaan, jos elinkaaripotentiaalia on jäljellä, tai ne poistetaan käytöstä, jos käyttöikäraja saavutetaan.

Tilasta riippuvainen huolto

Tämä koostuu huoltomenettelyjen suorittamisesta elementtien tilan mukaan ja siten kyseisten osien hajoamisen seuraamisesta havaitun vian huomioon ottamiseksi. Tämä edellyttää valvontavälineitä, kuten öljyn kemiallista analyysia tai silmämääräistä tarkastusta endoskooppisella menetelmällä ...

Huolto käyttäytymisen seurannalla

Tämän tyyppinen huolto perustuu moottorin toiminnan tiettyjen merkittävien parametrien pysyvään seurantaan poikkeavuuksien varhaisen havaitsemisen mahdollistamiseksi ja asianmukaisten huoltomenettelyjen soveltamiseksi ennen vian tapahtumista.

Huoltovaiheet

ylläpito jaettiin useisiin vaiheisiin, jotka määriteltiin toimenpiteen vaikeuksien, toimenpiteen suorittamiseen tarvittavan ajan sekä logististen ja lainsäädännöllisten näkökohtien mukaan.

Yleinen esimerkki tasojen jakautumisesta on:

- 1 kpl Echelon: Moottori kiinnitetty lentokoneen (käynnit, talletukset ... LRU)
- 2 ND Echelon: Moottori irrotettiin lentokoneesta (Removal - Asennus SRU ja moduulit)
- 3 rd Echelon: Moottori poistetaan ja raskashuolloille (väliintulosta moduulit, jne)
- 4 th Echelon Yleinen muokkaus - korjaus (erikoistunut työpaja) - ennen reittiehdotuksen testipenkkiin siiven alle

Huoltotyypit

Huoltoa on pääasiassa kahta tyyppiä:

- niin kutsuttuja ennaltaehkäiseviä huoltotoimenpiteitä
- ns. korjaavat toimet

Ennakkohuolto

Ennakoiva huolto sisältää menettelyt, jotka on suoritettava järjestelmällisesti moottorin pitämiseksi toiminnassa optimaalisissa turvallisuusolosuhteissa.

Huolto-ohjelma sisältää niin kutsutut toteutusmenettelyt, kuten

- ennen lentoa tehtävät tarkastukset
- lennon jälkeiset vierailut
- ns. säännölliset vierailut (50, 100, 400 tuntia).

Korjaava huolto

Korjaava huolto sisältää kaikki toimenpiteet, jotka on suoritettava tapahtumien, vikojen, vikojen jne. Sattuessa. Korjaavien toimien on mahdollistettava moottorin palauttaminen normaalikäyttöön mahdollisimman nopeasti. Korjaava huolto kattaa: vianmäärityksen, toimintatarkastukset, kuntotarkastukset, elementtien poistamisen ja asennuksen, säädöt jne.

Huoltomenettelyt

Kullekin moottorille ominaiset huoltomenettelyt sisältävät tiettyjä yhteisiä osia, kuten:

- nykyiset tekniset vierailut
- erilaisia tarkastuksia ja menettelyjä
- moduulien tai elementtien poistaminen ja asentaminen
- staattisesti tai dynaamisesti testipenkissä tai siiven alla tehdyt säädöt.

Huoltomenettelyjen toteuttaminen

Voimme mainita tavanomaiset varotoimet, kuten:

- vaarallisten alueiden kunnioittaminen,
- tulipalon sattuessa toteutettavat toimenpiteet,
- laitteen sijainti (suhteessa tuuleen ja naapuriasennuksiin)
- imualue
- jne.

Toteutusvierailut

Ne sisältyvät rutiinihuolto-ohjelmaan. Erotamme:

- lentoa edeltävä tarkastus
- lennon jälkeinen vierailu
- vierailu päivän viimeisen lennon jälkeen ...

Yleensä ne rajoittuvat silmämääräisiin tarkastuksiin, erityisesti ilman sisääntuloon ja pakokaasuun.

Ne tapahtuvat tietyn polun mukaisesti, jolloin elementtien maksimimäärä voidaan tarkistaa järkevällä tavalla.

Kiinteä ohjauspiste

Tämä kiinteä piste tehdään moottorin siiven alla. Sen tarkoituksena on tarkistaa moottorin suorituskyky ja mekaaninen eheys. Se suoritetaan säännöllisin väliajoin tai elementtien vaihdon jälkeen tai vika-analyysin jälkeen. Joissakin tapauksissa sitä täydennetään yhdellä tai useammalla lentokokeella. Taloudellisista syistä kiinteiden pisteiden kestoa ja määrää yritetään vähentää.

Kiinteän pisteen aikana on noudatettava perinteisiä asennuksen varotoimia; moottorin tilan arvioimiseksi käytetyt moottorin eri parametrit rekisteröidään ja kirjataan tätä tarkoitusta varten tarkoitettuun arkkiin.

Säännölliset vierailut

Nämä ovat huoltokäyntejä, jotka on tehtävä säännöllisin väliajoin. Ne sisältävät useita toimenpiteitä, kuten:

- silmämääräiset tarkastukset
- Vierailut öljypiirin suodattimiin ja magneettiliittimiin
- Öljynäytteet kemiallista ja spektrografista analyysiä varten

Säännöllistä vierailua täydennetään yleensä kiinteällä pisteellä. Niiden taajuus, joka riippuu laitteistosta, on muutama tunti tai kymmeniä tunteja (esimerkki: vierailu 25-50-100-300 tuntia).

Vierailut voidaan suorittaa "estetyllä" tai "levitetyllä" tavalla.

Niin sanotut "estetyt" vierailut vastaavat kaikkien vierailutyyppisten operaatioiden suorittamista ilmoitettuna määräaikana. "Porrastettujen" (tai progressiivisten) käyntien yhteydessä laitetta ei käytetä kiinteinä aikoina. Hyödynnämme käyttämättömyyskausia kaikkien toimintojen asteittaiseen suorittamiseen kunnioittaen kuitenkin kunkin interventiotyypin ajanjaksoa.

Huoltomenetelmän valinta (estetty tai progressiivinen) jätetään käyttäjän aloitteeseen hänelle ominaisten kriteerien mukaisesti.

Seuraava ei-tyhjentävä luettelo antaa käsityksen siitä, mitä voidaan saavuttaa:

- Kunnon silmämääräiset tarkastukset: ilman sisääntulo, kompressori, suutin, johdotuksen kiinnikkeet, hallintalaitteet,
- Toiminnalliset tarkastukset,
- Suodattimien tarkastus (tukosilmaisin, elementit jne.), - Magneettitulppien tarkastus,
- Öljynäytteenotto analyysia varten,
- Kiinteä ohjauspiste (parametrit ...),
- Tasot - Mahdollinen täysi,
- Endoskopia, tärinä, hioma-aineiden kuluminen

Ohjaimet

Huoltotoiminnalle on ominaista myös lukemat toiminnalliset tai kunnon tarkastukset.

Alla on luettelo joistakin tyypillisistä hallintalaitteista:

- Moottorin tehonsäätö (tehonvarmistustarkistus)
- Pyörivän kokoonpanon vapaan pyörimisen manuaalinen hallinta sen tarkistamiseksi, ettei siinä ole epänormaalia kitkaa
- Automaattinen pyörimisajan hallinta (aika pyörivän kokoonpanon täydelliseen pysähtymiseen moottorin ollessa pysäytettynä)
- Tarkistetaan välys turbiinin siipien päässä
- Kompressorin eroosion visuaalinen hallinta työkaluilla
- Suora silmämääräinen tarkastus (ilmanotto, poisto, kotelot, liitännät, jarrutus, putket, lisävarusteet jne.)
- Sisäosien kunnon endoskooppinen hallinta
- Pelin hallinta
- Tärinän hallinta
- Läpäisevyyden hallinta (virtaus tiettyjen elementtien läpi)
- Vuototarkastus
- Halkeamien hallinta ja havaitseminen
- Erilaiset toimintatarkastukset (testityökalujen käyttö).

Varastointi

Jos moottoria ei jostain syystä käytetä tietyn ajan, se on suojattava korroosiolta käyttämällä ns. Varastointimenettelyä.

Tämä menettely riippuu moottorin sijainnista (asennettuna lentokoneeseen vai ei) ja suunnitellusta seisokista.

Yleisesti ottaen siihen kuuluu moottorin käyttäminen polttoaineen ja öljyn seoksella samalla, kun ruiskutetaan öljyä ilmanottoaukkoon. Tämän kiinteän varastointipisteen lopussa kaikki aukot ovat tukossa ja moottori suojattu millä tahansa tavalla (suojapeitteet, konepellit jne.).

Pitkäkestoiseen liikkumattomuuteen tai kuljetukseen moottori poistetaan ja sijoitetaan erityiseen säiliöön, joka on usein paineistettu ja varustettu kuivausaineilla.

Säännölliset varastotarkastukset on annettu huolto-ohjeissa.

Huomaa: Kuljetuksessa on noudatettava varotoimia, jotta moottorit eivät vahingoitu iskujen tai liiallisen tärinän vaikutuksesta.

Kompressorin pesu

Moottorin ennenaikaisen poistamisen syistä ovat suhteellisen yleisiä syitä, jotka johtuvat kompressorin pilaantumisesta eroosion tai korroosion vuoksi.

Ilmavirta (erityisesti kompressori) toimii ilman kanssa, joka voidaan ladata eroosio- tai syövyttävillä elementeillä. Esimerkiksi eroosio hiekkailmassa, korroosio suolaliuoksessa. Lisäksi sulautuminen vuotoihin aiheuttaa tukkeutumisen, mikä heikentää suorituskykyä.

Moottorin pesemiseksi suihkutetaan veden ja puhdistusaineen seosta ilmanottoaukkoon. Näitä puhdistusmenetelmiä sovelletaan joko ennaltaehkäisyyn tai kun suorituskyvyn heikkeneminen on havaittu moottorin tarkkailussa siiven alla.

Moottorin huolto-opas sisältää kaikki tarvittavat tiedot näiden huoltotoimenpiteiden suorittamiseksi, ja on muistettava, että ne ovat erittäin tärkeitä prosessin usein peruuttamattoman etenemisen (likaantumisen tai korroosion) estämiseksi.

Menettely vierasesineiden nielemiseksi

Olipa lento tai maa, moottori voi absorboida erilaisia esineitä ilmavirrassa, mikä voi vahingoittaa kompressoria ja turbiinin siipiä. Moottori on sertifioitu kestämään kalibroitujen lintujen, pienten rakeiden tai veden ruiskutusta nousun ja laskeutumisen aikana.

Maalla se on useimmiten ilmanottoaukon lähelle ja lennon aikana jätettyjä esineitä, useimmiten lintujen kohtaaminen. Vieraiden esineiden nieleminen voi johtaa enemmän tai vähemmän vakaviin vaurioihin, jotka voivat johtaa merkittävään tärinään, heikentyneeseen suorituskykyyn ja jopa moottorin pysäyttämiseen.

Nielemisen yhteydessä on suositeltavaa tarkistaa ilmavirta ja erityisesti kompressorin (kompressorien) ja turbiinin (turbiinien) siivet. Huoltoratkaisu riippuu sitten poikkeavuuksien asteesta ja moottorityypistä.

Irrotus- ja asennusmenettelyt

Vaihdettavista moottorikomponenteista löytyy komponentteja, jotka voidaan vaihtaa verkossa (lokasuojan alla), ja niitä, jotka voidaan vaihtaa korjaamossa vasta moottorin poistamisen jälkeen.

Ensin mainitut ovat LRU: n (linjan vaihdettavissa oleva yksikkö) menettelyt ja jälkimmäiset SRU: n (myymälän vaihdettava yksikkö) menettelyt.

Modulaarisuus

Modulaarisuus (moduulirakenne) antaa mahdollisuuden muodostaa moottori, joka koostuu täysin vaihdettavista elementeistä, joita kutsutaan moduuleiksi, jotta huoltotoimet voidaan yksinkertaistaa identtisten moottoreiden joukossa .

Modulaarisuus mahdollistaa paremman käytettävyyden ja vähentää merkittävästi ylläpitokustannuksia.

Modulaarisen rakenteen myötä moottoripotentiaalin käsite kehittyy korvaamaan kullekin moduulille ominaiset rajat.

Eri tasapainotettuihin ja ennalta asetettuihin moduuleihin johtaminen edellyttää hankalampaa hallintaa, mutta antaa mahdollisuuden korvata tietyt moduulit palauttamatta koko moottoria tehtaalle.

asetukset

Moottori on läpikäytävä useita tarkastuksia ennen siipien alle asettamista ja sen on oltava hyvä lento . Tämä on vieläkin totta, kun kyse on huoltotoimenpiteistä, ja siksi valmistajat, joilla on uusia FADEC-tyyppisiä määräyksiä, ovat käyttäneet tilaisuutta integroida tietty määrä toimintoja, mikä helpottaa huomattavasti säätöjen säätämistä.

Ongelmien karttoittaminen

Vianmääritystä ohjaavat kaksi vaatimusta, jotka ovat moottorin ajoaika ja elementtien "perusteltu" poisto. Vianmääritysmenettely riippuu poikkeavuudesta, ja on vaikeaa antaa menetelmää, jota voidaan soveltaa kaikissa tapauksissa. Voidaan kuitenkin sanoa, että laitteiden tuntemus (rakenne, toiminta ja käyttäytyminen) ja metodinen tutkimus auttavat varmistamaan varman diagnoosin ja nopean vianmäärityksen.

Yleisenä periaatteena on määritellä oire selvästi, tulkita se ja suorittaa diagnoosi loogisella tavalla vianmäärityksen sallivan menettelyn valitsemiseksi ja soveltamiseksi.

Valittu menettely voi olla:

- asetus
- tukkeutuneen suodattimen purkaminen, puhdistaminen ja kokoaminen
- viallisen tai käyttöiän lopettaneen osan korvaaminen
- moottorin toimintatarkastus (kiinteä piste)
- jne.

Huolto-opas sisältää vianetsintätaulukot, joissa luetellaan yleisimmät vikatapaukset, joita voi esiintyä, mutta moottorin toiminnan tuntemus on edelleen välttämätöntä useimmissa tapauksissa.

Huoltovälineet

Huoltoon käytettävät keinot ovat hyvin erilaisia, ja seuraavat ovat tärkeimpiä:

- öljyanalyysi
- tärinän hallinta
- endoskooppinen hallinta
- röntgen

Öljyanalyysi

Voiteluöljypiiri on varustettu suodattimilla ja magneettitulpilla, jotka pitävät tietyt hiukkaset suspensiossa. Öljy ottaa kuitenkin myös pieniä hiukkasia, joita ei voida pidättää näillä tavanomaisilla keinoilla, mutta jotka voidaan havaita ja mitata öljyn spektrometrisella analyysillä. Tällaisen analyysin tulokset mahdollistavat mahdollisten vikojen ja epänormaalin kulumisen havaitsemisen etukäteen.

Spektrometrisen analyysin periaate

Perusperiaatteena on tarkkailla osien kulumisnopeuden ja öljyn saastumisnopeuden suhdetta, koska mitä suurempi saastumisnopeus, sitä suurempi metallihäviö on, sitä suurempi on rikkoutumisriski.

Määrittävä parametri ei siis ole vain tiettynä ajankohtana mitattu pitoisuus, mutta ennen kaikkea myös pilaantumisnopeuden kasvu.

Spektrometri, joka koostuu kahdesta elektrodista, joista yksi on kiinteä ja toinen pyörii analysoitavassa öljyssä, sallii näiden kahden elektrodin välisen potentiaalieron ansiosta höyrystää öljyn, joka vapauttaa elektroneja aiheuttaen sen diffraktoivan optisen järjestelmän sieppaaman valoaallon. käytettyä metallia vastaaviin alkeissäteisiin.

Ferrografian periaate

Se on laboratoriotekniikka, joka erottaa öljynäytteen sisältämät hiukkaset voimakkaan magneettikentän vaikutuksesta.

näille hiukkasille tehdään sitten erilaisia menettelyjä:

- Hiukkastutkimus (visuaalinen tai mikroskooppinen)
- Laskeminen koon mukaan (manuaalinen tai automaattinen)
- Analyysi kuumentamisen jälkeen

Annetuista merkinnöistä on mahdollista määritellä kyseinen elementti ja kohdatun kulumisen tyyppi. Tällöin saadaan mielenkiintoisia tuloksia laakereiden eloonjäämisen alalla (väsymishalkeamat, jotka muodostavat pallomaisia sirpaleita).

Eri menetelmien vaikuttavuus

Nämä menetelmät ovat toisiaan täydentäviä, ja on usein tarpeen käyttää niitä yhdessä tietyn materiaalin täydellisen seurannan saamiseksi. Erilaiset kulumiskuviot tuottavat erikokoisia ja -muotoisia hiukkasia, ja jokaisella menetelmällä on maksimaalinen hyötysuhde tietyille hiukkaskokoille: esimerkiksi spektrianalyysi on tehokas vain alle 15 mikronin hiukkasille, magneettitulppa soveltuu erityisen hyvin 100-300 mikronin hiukkasille. . Yksi ferrografian tärkeimmistä eduista on täyttää aukko näiden kahden menetelmän välillä sallimalla 15 - 100 mikronin hiukkasten kerääminen ja analysointi.

Nämä joskus hyvin kehittyneet menetelmät eivät saisi peittää perinteisiä "in situ" -arviointimenetelmiä. Nämä ovat yleisiä huoltomenettelyjä, jotka edellyttävät mekaanikon valvontaa ja kokemusta:

- Suodattimien tutkiminen
- Magneettikorkkien tutkimus
- Öljyn tarkastus (väri, haju jne.)
- Tarkistetaan pelejä
- Melujen tarkistus (epänormaalit äänet)
- Erilaisia visuaalisia tarkastuksia

Tärinän hallinta

Suurten pyörimisnopeuksien vuoksi kaikilla pyörivän kokoonpanon epätasapainolla voi, jos se ylittää tietyn kynnyksen, aiheutua valitettavia seurauksia syntyvän tärinän takia. On varmistettava, että näitä rajoja ei ylitetä käytön aikana.

Mikä tahansa pyörivän kokoonpanon muodonmuutos tai heikkeneminen, joka johtaa värähtelyihin, näiden värähtelyjen amplitudin tarkkailu voi sallia poikkeaman varhaisen havaitsemisen.

Tärinämittaus suoritetaan antureilla, jotka on sijoitettu tarkastettavan kokoonpanon läheisyyteen. Käytetyt anturit ovat sähkömagneettisia tai pietsosähköisiä.

Autoilija määrittelee raja-arvot ja suoritettavat toimenpiteet (laakerin vaihto, roottorin tasoitus tai jopa koko moottorin vaihto).

Endoskooppinen hallinta

Endoskooppinen tarkastus mahdollistaa sisäosien visuaalisen tarkastelun pienien aukkojen läpi purkamatta.

Endoskoopin periaate

Se koostuu ruoko, joka on varustettu valoa johtavilla valokuiduilla, ja linsseistä koostuva näköjärjestelmä. Generaattorista tuleva valo on kylmää ja räjähdyssuojattua, mikä mahdollistaa ohjauksen räjähdysherkässä ympäristössä.

Tarkastusta varten sauva viedään tähän tarkoitukseen tarkoitettujen aukkojen kautta moottorin eri kohtiin. Vavan liike ja suunta mahdollistavat koko osan tarkkailun.

Radiografinen ohjaus

Radiografiaa voidaan käyttää rikkomattoman testauksen keinona, ja suunniteltu gamma-radiografiatyyppi mahdollistaa tarkastuksen suorittamatta mitään poistoa.

Gamma-radiografiassa yhdistyvät radioaktiivisuuden ja valokuvien käyttö. Γ-säteiden lähde kulkee tutkittavan osan läpi, joka absorboi osan säteilystä. Tuloksena oleva säteily tekee vaikutuksen valokuvaelokuvassa, joka näyttää osan viat.

Reaktorien aiheuttama pilaantuminen

Melusaaste

Kenraali

Lentoonlähdössä turbomoottorin aiheuttama melu on huomattava, erityisesti yhden ja kahden virtauksen jälkipolttamisen yhteydessä. Melu on sitäkin tärkeämpää, koska työntönopeus on suuri, mikä pätee hävittäjiä varustaviin moottoreihin.

Turboreaktori on lentokoneiden melusaasteen pääasiallinen lähde, mutta ei ainoa. Laskusiivekkeet ja laskuteline on merkittävä vaikutus nousussa ja laskussa. Lisäksi vaikka on arvioitu, että alle 10% akustisesta ärsytyksestä johtuu lentokoneista, turbomoottoreista ja yleisemmin lentokoneiden moottoreista, ne tuottavat hyvin matalataajuisia ääniä, joita etäisyys ja seinät vaimentavat huonosti. Merkittävää edistystä on kuitenkin tapahtunut viimeisten 50 vuoden aikana, koska lentokoneiden melutaso on laskenut yli 10 dB sekä lentoonlähdön tai lähestymisen aikana että lennon aikana.

Melupäästöjen vähentäminen

Turboahdin tuottaa kahden tyyppistä melua: se johtuu kaasujen poistumisesta ja pyörivien siipien ja eri kanavien välisestä vuorovaikutuksesta. Toinen tulee hallitsevaksi ensimmäiseen nähden nousu- tai lähestymisvaiheessa. Koska tavoitteena on vähentää melupäästöjä asutetuilla alueilla, tutkimuksissa keskitytään tämän toisen tyyppisen melun vähentämiseen.

Yksi tunnetuimmista ohjelmista turbosuihkujen melupäästöjen vähentämiseksi on eurooppalainen aktiivinen äänenvaimennusohjelma ” Resound ”. Projektin periaatteena on luoda aalto , jolla on sama paikkarakenne - eli sama taajuus , sama amplitudi ja sama suuntaus - kuin puhaltimen linjamelu, mutta vaiheen ulkopuolella 180 ° . Tätä varten syntyy vuorovaikutustavan kanssa identtinen akustinen tila radiaalitangoista koostuvan ohjausverkon ansiosta. Vaikka yliaaltojen akustinen taso kasvaa uusien vuorovaikutusäänien luomisen takia, perusvahvistus saavuttaa 8 dB .

Muut uudemmat projektit, kuten Low Noise Aircraft 2: n “LNA-2” , keskittyvät enemmän loppupään akustiseen säteilyyn. Alkoi vuonnatammikuu 2005, ohjelma perustuu kokeelliseen ja numeeriseen karakterisointiin tämän säteilyn vaikutusten vähentämiseksi.

Ilmansaasteet

Kenraali

Kerosiinin poltosta johtuvat epäpuhtauspäästöt ovat yksi suurimmista ongelmista insinöörien ottamassa "pää vastakkain" -moottorimoottorissa. Niiden on kuitenkin suhteutettava, sillä lentoliikenne muodostaa vain 5% saastepäästöjen läheisyydessä koteja, ja CO 2 vapautuu vaikuttaa omalta vain 2% maapallon kasvihuoneilmiötä . Likaantumisten vaikutukset ovat pääasiassa vesihöyryn muodostamia jääkiteitä, jotka itse muodostuvat kerosiinin palamisesta ja kiteytyvät kylmällä .

Ilman pilaantumisella suurilla korkeuksilla voi kuitenkin olla paljon enemmän vaikutuksia ympäristöön ja erityisesti otsonikerroksen ohenemiseen . Itse asiassa 75% turbomoottoreiden päästöistä tapahtuu matkalennon aikana troposfäärissä ja alemmalla stratosfäärillä .

Palamistuotteet

Turvomoottoreiden toimintaan liittyvien palamistuotteiden joukossa on kaksi myrkyllistä kaasua:

korkean lämpötilan typpimonoksidi;
hiilimonoksidi moottorin käydessä joutokäynnillä.

Ratkaistavat palamisongelmat on yhdistetty seuraaviin turboahdin toimintatiloihin:

joutokäyntinopeudella on oltava korkea rikkaus moottorin reaktionopeuden ja käyttölämpötilan nostamiseksi;
täydellä kaasulla rikkautta on vähennettävä lämpötilan laskemiseksi ja vahvistuksen saamiseksi;
- höyryjen ja typpimonoksidin aiheuttamasta pilaantumisesta,
- moottorin sisäseinien lämpötiloista,
- poistokaasujen lämpötilojen homogeenisuudessa.

Saastumisen vähentämiseksi toimimme polttokammioiden eri akseleilla:

vaiheittainen palaminen käyttäen kaksikantakammiota;
muuttuva sisäinen geometria.

Huomautuksia ja viitteitä

Maxime Guillaume patentissa n o 534 801.
" Keksinnön patentti - ponneaine reagoimalla ilmassa " , teollisoikeuksien virastossa .
(en) Kendall F. Haven (2006) , 100 kaikkien aikojen suurinta tiedekeksintöä . Kuinka suihkumoottori keksittiin ?, P. 225-226 .
(en) Mary Bellis, " Suihkumoottorit - Hans von Ohain ja Sir Frank Whittle - Suihkumoottorin historia " , About.com (käytetty 16. elokuuta 2009 ) , s. 1.
(in) " Junkers Jumo 004 B4 Turbojet Engine " on National Air and Space Museum (näytetty 16 elokuu 2009 ) .
(en) Klaus Hünecke (1997) , Suihkumoottorit: teorian, suunnittelun ja käytön perusteet , Turbine Aircraft Engine, luku. 1, s. 3 .
(in) " History of Jet Engines " on Scientists and Friends (katsottu 16. elokuuta 2009 ) , s. 1-5.
" Bell P-59 Airacomet: The USAAF's False First Jet " , legendaarisella lentokoneella (katsottu 25. elokuuta 2009 ) .
" Ryan FR-1 Fireball: The US Navy's Hybrid Fighter , " Legendary Plane (käytetty 25. elokuuta 2009 ) .
" North N. 1500 Griffon: ranskalainen ramjet liian aikaisin " , legendaarisella lentokoneella (katsottu 25. elokuuta 2009 ) .
(in) " McDonnell F-4A Phantom II" Sageburner " " päälle National Air and Space Museum (näytetty 16 elokuu 2009 ) .
(sisään) " De Havilland Comet " , Century of Flight (avattu 16. elokuuta 2009 ) .
Jean-Claude Thevenin (2004) , Turboahdin, suihkukoneiden moottori , luku. 6 - Joitakin tunnusomaisia lukuja, s. 38-40 .
Thrust SSC, Sport Auto , numero 430, marraskuu 1997, s. 10-11 .
Neljä moottorivalmistajaa rinnakkain
“ Yli 150-paikkaiset lentokoneet: kuka hallitsee mitä? " Air & Cosmos , n o 2176S,12. kesäkuuta 2009, s. 102.
(sisään) " Kuinka suihkumoottori toimii? " On About.com (näytetty 16 elokuu 2009 ) .
“ Microturbo - Safran Group ” , osoitteessa microturbo.com (luettu 25. elokuuta 2009 ) .
Jean-Claude Thevenin (2004) , Turboreaktori, suihkukoneiden moottori , luku. 2 - Eri tyyppiset potkurit ja niiden työntövoima, s. 8 .
Jean-Claude Thevenin (2004) , Turboreaktori, suihkukoneiden moottori , luku. 5 - Materiaalit, turboahtimien mekaaninen suunnittelu ja valmistus, s. 32-34 .
Jean-Claude Thevenin (2004) , Turboahdin, suihkukoneiden moottori , luku. 3 - Turbojettimoottorin toimintaperiaate, s. 12-15 .
" Goblin Reactor " , Kanadan ilmavoimissa (käyty 24. elokuuta 2009 ) .
Daniel Vioux, “ Turbojettien elementit ” (tarkastettu 5. marraskuuta 2015 ) .
Patrice Guerre-Berthelot , 70 vuotta lentokoneita , Rennes, Marines éditions) ,marraskuu 2010, 96 Sivumäärä ( ISBN 978-2-35743-062-4 ) , s. 22.
" Lentokoneen propulsiojärjestelmä " (käytetty 18. elokuuta 2009 ) .
" Turbofan " (käytetty 18. elokuuta 2009 ) .
Jean-Claude Thevenin (2004) , turbomoottori, suihkukoneiden moottori , Chap. 3 - Turbojettimoottorin toimintaperiaate, s. 25 .
Jean-Claude Thevenin (2004) , turbomoottori, suihkukoneiden moottori , luku. 3 - Turbojettimoottorin toimintaperiaate, s. 26 .
(in) " Kuinka jälkipoltin toimii? » , Kuinka asiat toimivat? (käytetty 15. elokuuta 2009 ) .
“ Thrust reverser control systems ” , Messier Bugatti (käytetty 19. elokuuta 2009 ) .
" työntövoima vector " on légendaire.net Jet (näytetty 19 päivänä elokuuta 2009 ) .
(in) " Auxiliary Power Units " , NASA: lla (katsottu 19. elokuuta 2009 ) .
“ Study of the noise of the turbojet engine ” (käytetty 30. elokuuta 2009 ) .
" Virtausten ja aeroakustiikan numeerinen simulointi " , ONERA (kuultu 30. elokuuta 2009 ) .
" tuulettimen ääni turbofanimoottorin alavirtaan " , ONERA-laitteessa (kuultu 30. elokuuta 2009 ) .
" Ympäristö - Saastuminen " [PDF] , ACIPA (käytetty 30. elokuuta 2009 ) .

Liitteet

Bibliografia

R. Kling, yleinen termodynamiikka ja sovellukset , Pariisi, Éditions Technip,1967( OCLC 19286332 )
R. Ouziaux & J.Perrier, soveltava mekaniikka, osa 1, nestemekaniikka , Dunod ,1958
R. Ouziaux & J.Perrier, soveltava mekaniikka, 2. osa, termodynamiikka , Dunod ,1958
Jacques Lachnitt, nestemekaniikka , PUF que sais-je?
R. Comolet, kokeellinen nestemekaniikka, volyymit 1, 2 ja 3 , Masson,1969
G.Lemasson, energianmuuntajakoneet , Delagrave,1963
R. Vichnievsky, Koneisiin käytetty termodynamiikka , Masson,1967
V.Bensimhon, operaatio ilman turboksiinien mukauttamista , Masson,1986
(en) Kendall F.Haven, 100 kaikkien aikojen suurinta tiedekeksintöä , Libraries Unlimited,2006, 333 Sivumäärä ( ISBN 978-1-59158-264-9 , lue verkossa )
(en) Klaus Hünecke, Suihkumoottorit: teorian, suunnittelun ja toiminnan perusteet , Zenith Imprint,1997, 241 Sivumäärä ( ISBN 978-0-7603-0459-4 , lue verkossa )
Jean-Claude Thevenin, turbomoottori, suihkukoneiden moottori , Association Aéronautique et Astronautique de France,2004, 46 Sivumäärä ( lue verkossa )
Serge Boudigues, suihkuturbiinimoottorien , Dunod ,1970, 112 Sivumäärä
Gilbert Klopfstein, lentokoneen ymmärtäminen (osa 3) , Cépaduès,2008, 256 Sivumäärä
J. Découflet, Turbokompressorien aerotermodynamiikka , ENSAE-kurssi
Alfred Bodemerjvt , Global ilmailu- Turbokoneiden , Pariisi, Larivière painoksia, Coll. "Docavia" ( n o 10)1979, 255 Sivumäärä ( OCLC 37145469 )
Alfred Bodemer ja Robert Laugier, ATAR ja kaikki muut ranskalaiset suihkumoottorit , Riquewihr, Éditions JD Reiber,1996, 335 Sivumäärä ( ISBN 978-2-9510745-0-7 , OCLC 41516392 )
Lehmann ja Lepourry, Turbojet-tekniikka , Toulouse, ENAC,yhdeksäntoista kahdeksankymmentäyksi, 323 Sivumäärä ( OCLC 300314006 )

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit

[video] Jet Engine Animation päälle YouTubessa . Animo turboahtimesta (keskipakokompressori).