0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое помпаж реактивного двигателя

Что такое помпаж двигателя самолета?

Перед тем как разобраться, что такое помпаж двигателя самолета, надо понимать, что такое срыв турбореактивного агрегата лайнера. В целом, это неполадка, которая имеет свои характерные признаки. В них нужно разбираться, чтобы не допустить трагедии.

Помпаж двигателя самолета: что это?

Эта неполадка представляет собой утрату устойчивого течения потока воздуха через турбину. Если вовремя не обнаружить проблему, а также не начать с ней бороться, то может произойти возгорание и разрушение мотора. В таком случае воздушное судно не сможет лететь, следовательно, произойдет трагедия. Спровоцировать эту проблему могут следующие причины:

  1. Если пилот вывел летательный аппарат за пределы траектории, в результате чего на мотор добавились дополнительные нагрузки.
  2. Если повреждены лопасти колеса по причине того, что их эксплуатационный срок окончен.
  3. Если в движок попали какие-то предметы.
  4. Вследствие сильных порывов ветров.
  5. Низкое давление воздуха.

Как мы видим, некоторые проблемы связаны с человеческим фактором, а некоторые обусловлены погодными явлениями, поэтому их трудно предвидеть. Очень важно уметь предупредить эти проблемы, дабы не допустить катастрофы.

Как не допустить помпажа?

В авиации есть некоторые меры, которые позволяют предупредить такую неприятность, как помпаж. Главное решение проблемы таится в применении в конструкции нескольких валов отдельных. Для начала выясним, что такое валы? Они движутся в моторе на различных скоростях, вне зависимости друг от друга. У каждого имеется часть турбины и компрессора мотора. Сегодняшние модели зачастую оснащены агрегатами, в состав которых входят 2—3 независимых вала. Если какой-то из них сломался, то остальные в силах поддерживать тягу, требуемую для перемещения самолета.

Как устранить помпаж, если это случилось во время рейса?

При перелете могут произойти разные внештатные ситуации. Именно поэтому пилот должен быть готовым ко всему. Если случился помпаж двигателя, то эта проблема поправима, если лайнером управляет грамотный летчик. Даже неопытный пилот во время полета заметит, если происходит помпаж движка. В такой ситуации нужно вовремя сориентироваться и приступить к решению проблемы. Зачастую летчики переводят мотор на сниженные обороты или вообще отключают его на какой-то период. В результате подобных действий помпаж сам пропадает.

Нужно знать, что повышение температуры мотора при данной проблеме может достигать несколько сотен градусов. Так, с каждой секундой на сотню температура повышается, что очень опасно. Для предотвращения такой проблемы есть противопожарная автоматика, которая присутствует практически во всех современных авиалайнерах. Благодаря ей можно устранить возгорание, как только оно началось. При этом экипаж может продумать план действий по ликвидации данной проблемы. Как только срабатывает автоматика, тут же снижается подача горючего. Возможна даже приостановка подачи.

Также возможен вариант, что пилоты на какое-то время отправят самолет в свободное пике. При этом процессе воздушное судно медленно теряет высоту, пока не пройдет возгорание. После этого в моторе нормализуется подача горючего и самолет продолжает лететь в нормальном темпе.

Благодаря современным достижениям науки и техники такую проблему, как помпаж двигателя авиалайнера, можно решить непосредственно во время полета. Хотя, безусловно, лучше, чтобы еще до отправки самолета эта проблема была замечена и решена.

Как летчики готовятся к полету?

Нужно знать, что так просто в рейс никто не отправляется. Без тщательной подготовки ни один самолет не поднимется в воздух. Подготовка к отправке подразумевает следующее:

  1. Перед полетом всех летчиков проверяет медицинская комиссия. В обязательном порядке берется анализ крови для того, чтобы определить, нет ли алкоголя в организме пилота. Также водителям воздушного судна измеряют давление и пульс. Если после внешнего осмотра у врача появляются сомнения относительно состояния летчика, то его дополнительно проверяют. Начинается медицинская проверка за 2—3 часа до отправки.
  2. После прохождения медкомиссии весь экипаж получает нужные документы и чемодан. Бортпроводники также получают аптечки.
  3. Перед полетом летчики внимательно изучают маршруты по картам, проверяют прогноз погоды, определяют, какое количество топлива понадобится для полета, а также выбирают запасной аэродром.
  4. Только после вышеуказанных процедур, а также подробного инструктажа пилоты имеют право проходить на борт.

Помимо подготовки личного персонала, безусловно, готовится сам летательный аппарат. За 3 часа до вылета самолет готовят к дальнейшему применению. Процедура подготовки включает в себя такие этапы:

  • снятие защитных чехлов с узлов деталей самолета;
  • далее открываются различные люки лайнера;
  • после этого проверяют работу двигателя;
  • потом проверяют, как открываются и закрываются двери;
  • далее изучают подробно систему безопасности, смотрят, в каком состоянии различные кнопки и детали лайнера;
  • потом проверяют все рычаги и кнопки управления;
  • проверяют, в исправном ли состоянии управление навигацией, электропитанием, гидронасосами, давлением и т. п.
  • налаживают работу топливного насоса;
  • проверяют панели управления заправкой и т. д.

В конце происходит проверка салона, который обязательно должен быть в чистом состоянии, кресла должны быть полностью готовыми для пассажиров. Когда уполномоченные работники проведут все работы по проверке, самолет будет готов к эксплуатированию. Отметим, что сотрудники несут ответственность за исправность лайнера и, следовательно, за безопасность экипажа. Именно поэтому на такую работу берут только ответственных, умных, внимательных и трудолюбивых людей.

Как выясняется, в процессе полета с самолетом могут произойти разные неприятности. Главное, чтобы пилоты были готовы к этому, и знали выход из той или иной ситуации. Помпаж двигателя – это распространенная проблема, которую можно предотвратить, если есть необходимое оборудование. А пока предлагаем посмотреть помпаж двигателя самолета на видео.

Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от помпажа при эксплуатации

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок. Периодически в каждый промежуток времени 0,01…0,1 с измеряют давление за компрессором высокого давления Рк и при отклонении величины давления более 1-100% относительно измерения, предшествовавшего текущим значениям, при постоянном значении n1, производят остановку двигателя. С момента начала падения давления за компрессором Рк предпочтительно давление измеряют в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с. Реализация изобретения позволяет предотвратить развитие помпажа двигателя, вызванного различными причинами (неправильная эксплуатация, повреждение рабочих лопаток и т.д.) при эксплуатации газотурбинного двигателя в наземной установке. Позволяет снизить затраты на восстановительный ремонт двигателей путем своевременной остановки и тем самым предотвращения развития разрушений в газовоздушном тракте и системах двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от помпажа при эксплуатации, включающий измерение исходных частот вращения ротора низкого давления n1 и ротора высокого давления n2 в начале эксплуатации, измерение давления и температуры на турбине, периодическое измерение частоты вращения роторов в процессе эксплуатации двигателя и остановку двигателя в зависимости от предельных отклонений давления и температуры на турбине от их предшествующих значений, отличающийся тем, что дополнительно периодически в каждый промежуток времени 0,01…0,1 с измеряют давление за компрессором высокого давления Рк и при отклонении величины давления более 1-100% относительно измерения, предшествовавшего текущим значениям, при постоянном значении n1, производят остановку двигателя. 2. Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что с момента начала падения давления за компрессором Рк давление измеряют в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с, ограниченный частотой опроса первичных преобразователей измерения давления.

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя при эксплуатации, в частности, от помпажа, включающий измерение исходных частот вращения ротора низкого давления n1 и ротора высокого давления n2 в начале эксплуатации, измерение давления и температуры газа на турбине, периодическое измерение частоты вращения роторов в процессе эксплуатации двигателя и остановку двигателя в зависимости от предельных отклонений давления и температуры на турбине от их предшествующих значений.

/RU №2168163, МПК7 G01M 15/00, опубл. 27.05.2001 г.)/

Однако этот способ не позволяет своевременно определить начало возникновения помпажа, что в условиях эксплуатации газотурбинного двигателя приводит к существенным разрушениям газовоздушного тракта двигателя.

Задачей изобретения является разработка способа эффективной защиты двигателя при работе от возникновения помпажа, включающего принятие превентивных мер по остановке газотурбинного двигателя до развития помпажа.

Ожидаемый технический результат — снижение повреждений и продление сроков эксплуатации двигателя путем эксплуатационных ограничений параметров на максимальном режиме работы.

Технический результат достигается тем, что в известном способе защиты двухконтурного турбореактивного двигателя при эксплуатации, в частности, от помпажа, включающем измерение исходных частот вращения ротора низкого давления n1 и ротора высокого давления n2 в начале эксплуатации, измерение давления и температуры на турбине, периодическое измерение частоты вращения роторов в процессе эксплуатации двигателя и остановку двигателя в зависимости от предельных отклонений давления и температуры на турбине от их предшествующих значений, согласно изобретению дополнительно периодически в каждый промежуток времени 0,01…0,1 с измеряют давление за компрессором высокого давления Рк и при отклонении величины давления более 1-100% относительно измерения, предшествовавшего текущим значениям, при постоянном значении n1, производят остановку двигателя. В соответствии с предложением с момента начала падения давления за компрессором Рк предпочтительно давление измеряют в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с.

При эксплуатации турбореактивных двигателей при определенных условиях наблюдается срывной режим их работы, то есть нарушение газодинамической устойчивости работы, сопровождающейся хлопками, резким падением мощности и вибрацией, которая способна разрушить двигатель. Воздушный поток, обтекающий лопатки рабочего колеса, резко меняет направление, и внутри турбины возникают турбулентные завихрения, а давление на входе компрессора становится равным или большим, чем на его выходе (помпаж).

Читать еще:  Двигатели однофазные схема подключен

Помпаж может вызываться отклонениями в работе двигателя от расчетных режимов, в частности: разрушением и отрывом лопаток рабочего колеса (например, из-за старости), попаданием в двигатель постороннего предмета (снега, механического твердого фрагмента), сильным боковым ветром при запуске, низким давлением окружающего воздуха (в жаркую погоду в горах) и другими.

Работа двигателя в режиме помпажа быстро приводит к его разрушению из-за недопустимого повышения температуры газов перед турбиной и потери прочности ее лопаток, поэтому при его возникновении двигатель должен быть переведен в режим «малый газ» (на котором помпаж исчезнет сам собой) или отключен. Рост температуры газов может достигать нескольких сот градусов в секунду, и время принятия решения персоналом ограничено. На современных двигателях предусмотрена противопомпажная автоматика, обеспечивающая автоматическое, без участия персонала устранение помпажа путем обнаружения помпажных явлений через измерение давления и пульсаций давления на разных участках газовоздушного тракта и кратковременного (на доли секунды) снижения или прерывания подачи топлива, открытия перепускных заслонок и клапанов, включения аппаратуры зажигания двигателя, восстановления подачи топлива и восстановления режима работы двигателя.

В изобретении предлагается дополнительно периодически в каждый, определенный экспериментально, промежуток времени в интервале 0,01…0,1 с измерять давление за компрессором высокого давления Рк. Если при измерении давления отклонения относительно его текущих значений превысят величину более 1% (100%), то это указывает на начало возникновения помпажа, что позволяет оперативно принять решение и отключить двигатель при наступлении значимых помпажных явлений (например, сверхнормативные вибрации и другие.) Если отклонение давления достигнет 100% от предыдущего текущего измерения, то наблюдается механическое разрушение двигателя. При значениях промежутков времени 0,1 с наступают значимые помпажные явления. Для наиболее точного определения момента наступления значимых помпажных явлений, в соответствии с предложением, с момента начала падения давления за компрессором Рк предусмотрена возможность измерения давления в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с, ограниченный частотой и являющийся наиболее информативным.

На чертеже показан газотурбинный двигатель, установленный в газоперекачивающем агрегате или энергоустановке с подключенной системой управления, реализующей предлагаемый способ.

Газотурбинный двигатель 1 включает в себя: компрессор 2 (включающий в себя компрессор низкого и высокого давления), турбину 3 (включающую в себя турбину низкого и высокого давления), свободную (силовую) турбину 4. Для реализации предложенного способа производится контроль изменения давления за компрессором Рк относительно исходной величины.

Перед началом эксплуатации газотурбинного двигателя 1 проводят измерение его базовых (исходных) характеристик, включающее в себя определение исходного давления Рк за компрессором 2. В процессе эксплуатации проводится постоянный контроль давления Рк и сравнение его величины с предшествующими измеренными значениями. При снижении давления Рк за компрессором 2 на величину более 1% относительно предшествующих текущих значений за промежуток времени менее 0,1 с при отсутствии управляющего сигнала на изменение режима работы двигателя производят останов двигателя.

Реализация изобретения позволяет предотвратить развитие помпажа двигателя, вызванного различными причинами (неправильная эксплуатация, повреждение рабочих лопаток и т.д.) при эксплуатации газотурбинного двигателя в наземной установке. Позволяет снизить затраты на восстановительный ремонт двигателей путем своевременной остановки и тем самым предотвращения развития разрушений в газовоздушном тракте и системах двигателя.

Авиационные газотурбинные двигатели

Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

Авиационные ГТД можно можно разделить на:

  • турбореактивные двигатели (ТРД)
  • двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)
  • Турбовинтовые двигатели (ТВД)
  • Турбовальные двигатели (ТВаД)

Притом, ТРД и ТРДД могут содержать в себе форсажную камеру, в таком случае они будут ТРДФ и ТРДДФ соответственно. В этой статье мы их рассматривать не будем.

Начнём с турбореактивных двигателей.

Турбореактивные двигатели

Такой тип двигателей был создан в первой половине 20-го века и начал находить себе массовое применение к концу Второй мировой войны. Первым в мире серийным турбореактивным самолетом был немецкий Me.262. ТРД были популярны вплоть до 60-ых годов, после чего их стали вытеснять ТРДД.


Современная фотография Me-262, сделанная в 2016 году

Самый простой турбореактивный двигатель включает в себя следующие элементы:

  • Входное устройство
  • Компрессор
  • Камеру сгорания
  • Турбину
  • Реактивное сопло (далее просто сопло)

Можно сказать, что это минимальный набор для нормальной работы двигателя.

А теперь рассмотрим что для чего нужно и зачем.

Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие. В нём кинетическая энергия входящего воздуха частично преобразуется в давление.

*здесь и дальше мы будем говорить про дозвуковые скорости. На сверхзвуковой скорости физика меняется, и там все совсем не так.

Компрессор — это устройство, в котором происходит повышение давление воздуха. Компрессор можно характеризовать такой величиной, как степень повышения давления. В современных двигателях оно уже начинает переступать за 40 единиц. Кроме того, в нем увеличивается температура (может быть, где-то до 400 градусов Цельсия).

Камера сгорания — устройство, в котором к сжатому воздуху (после компрессора) подводится тепло из-за горения топлива. Температура в камере сгорания очень высокая, может достигать 2000 градусов Цельсия. Вам может показаться, что давление газа в камере тоже сильно увеличивается, но это не так. Теоретически принято считать, что подвод тепла осуществляется при постоянном давлении. В реальности оно немного падает из-за потерь (проблема несовершенства конструкции).

Турбина — устройство, превращающее часть энергии газа после камеры сгорания в энергию привода компрессора. Так как турбины используются не только в авиации, можно дать более общее определение: это устройство, преобразующее внутреннюю энергию рабочего тела (в нашем случае рабочее тело — это газ) в механическую работу на валу. Как вы могли понять, турбина и компрессор находятся на одном валу и жестко связаны между собой. Если в компрессоре происходит повышение давления газа, то в турбине, наоборот, понижение, то есть газ расширяется.

Сопло — суживающийся канал, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую (оставшийся запас энергии газа после турбины). Как и в турбине, в сопле происходит расширение газа. Образуется струя, которая, вытекая из сопла, движет самолёт.

С основными элементами разобрались. Но все равно не очень понятно как оно работает? Тогда давайте ещё раз и коротко.

Воздух из атмосферы попадает во входное устройство, где немного сжимается и поступает в компрессор. В компрессоре давление воздуха растёт ещё сильнее, растёт и температура. После компрессора воздух поступает в камеру сгорания и, смешиваясь там с топливом, воспламеняется, что приводит к сильному возрастанию температуры, при, можно сказать, постоянном давлении. После камеры сгорания горячий сжатый газ попадает в турбину. Часть энергии газа расходуется на вращение компрессора турбиной (чтобы он мог выполнять свою функцию, описанную выше), другая часть энергии расходуется на, нужное нам, движение самолёта, из-за того, что газ, пройдя турбину, превращается в реактивную струю в сопле и вырывается из него (сопла) в атмосферу. На этом цикл завершается. Конечно, в реальности все процессы цикла проходят непрерывно.

Такой цикл называется циклом Брайтона, или термодинамическим циклом с непрерывным характером рабочего процесса и подводом тепла при постоянном давлении. По такому циклу работают все ГТД.


Цикл Брайтона в P-V координатах

Н-В — процесс сжатия во входном устройстве
В-К — процесс сжатия в компрессоре
К-Г — изобарический подвод тепла
Г-Т — процесс расширения газа в турбине
Г-С — процесс расширения газа в сопле
С-Н — изобарический отвод тепла в атмосферу


Схематичная конструкция турбореактивного двигателя, где 0-0 — ось двигателя

ТРД может иметь и два вала. В таком случае компрессор состоит из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), а подвод работы будут осуществлять турбина низкого давления (ТНД) и турбина высокого давления (ТВД) соответственно. Такая схема более выгодная газодинамически.


Реальный двигатель такого вида в разрезе

Мы рассмотрели принцип работы самой простой схемы авиационного газотурбинного двигателя. Естественно, на современных «Эйрбасах и Боингах» устанавливаются ТРДД, конструкция которых заметно сложнее, но работает все по таким же законам. Давайте рассмотрим их.

Двухконтурный турбореактивный двигатель

ТРДД, прежде всего, отличается от ТРД тем, что имеет два контура: внешний и внутренний. Внутренний контур содержит в себе то же самое, что и ТРД: компрессор (разделенный на КНД и КВД), камеру сгорания, турбину (разделенную на ТВД и ТНД) и сопло. Внешний контур представляет собой канал, с соплом в конце. В нем нет ни камеры сгорания, ни турбины. Перед обоими контурами (сразу после входного устройства двигателя) стоит ступень компрессора, работающая на оба контура.

Не очень понятная картина выходит, да? Давайте разберемся как оно работает.


Схематичная конструкция двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя

Воздух, попадающий в двигатель, пройдя через первую ступень компрессора низкого давления, разбивается на два потока. Одна часть воздуха идет по внутреннему контуру, где происходят те же процессы, которые были описаны, когда мы разбирали ТРД. Вторая часть воздуха попадает во внешний контур, получив энергию от первой ступени КНД (та, которая работает на два контура). Во внешнем контуре энергия воздуха тратится только на преодоление гидравлических потерь (за счёт трения). В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу. Тяга, созданная внешним контуром, может составлять 80% тяги всего двигателя.

Одной из важнейших характеристик ТРДД является степень двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внешнем контуре, к расходу воздуха во внутреннем контуре. Это число может быть как больше, так и меньше единицы. На современных двигателях это число переступает за значение в 12 единиц.
Двигатели, степень двухконтурности которых больше двух, принято называть турбовентиляторными, а первую ступень компрессора (ту, что работает на оба контура) вентилятором.

Читать еще:  Двигатель 4500 оборотов в минуту


ТРДД самолета Boeing 757-200. На переднем плане видно входное устройство и вентилятор

На некоторых двигателях вентилятор приводится в движение отдельной турбиной, которая ставится ближе всего к соплу внутреннего контура. Тогда двигатель получается трехвальным. Например, по такой схеме выполнены двигатели Rolls Royce RB211 (устанавливались на L1011, B747, B757, B767), Д-18Т (Ан-124), Д-36 (Як-42)


Д-18Т в разрезе изнутри

Главное достоинство ТРДД заключается в возможности создания большой тяги и хорошей экономичности, по сравнению с ТРД.

На этом я хотел бы закончить про ТРДД и перейти к следующему виду двигателей — ТВД.

Турбовинтовые двигатели

Турбовинтовой двигатель, как и турбореактивный, относится к газотурбинным двигателям. И работает он почти как турбореактивный. Элементарный турбовинтовой двигатель состоит из уже знакомых нам элементов: компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. К ним добавляются редуктор и винт.

Принцип работы работы такой же, как у турбореактивного, с разницей в том, что практически вся энергия газа расходуется на турбине на вращение компрессора и на вращение винта через редуктор (здесь винт и редуктор находятся на одном валу с компрессором). Винт создаёт основную долю тяги. Оставшаяся, после турбины, часть энергии направляется в сопло, образуя реактивную тягу, но она мала, может составлять десятую часть от общей. Редуктор в этой схеме нужен для того, чтобы понизить обороты и передать момент, так как турбина может вращаться с очень высокой частотой, например, 10000 оборотов в минуту, а винту нужно только 1500. И винт достаточно тяжелый.


Схематичная конструкция ТВД

Но бывает и другая схема турбовинтовых двигателей: со свободной турбиной.
Её суть в том, что за обычной турбиной компрессора ставится отдельная турбина, которая механически не связана с турбиной компрессора. Такая турбина называется свободной. Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение.


Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной

Хочу отметить, что не нужно смотреть на турбовинтовые двигатели как на малоэффективный пережиток прошлого. Я несколько раз слышал такие высказывания, но они неверны.
Турбовинтовой двигатель в некоторых случаях обладает наивысшим КПД, как правило, на самолетах с не очень большими скоростями (например, на 500 км/ч), притом, самолет может быть внушительных размеров. В таком случае, турбовинтовой двигатель может быть в разы выгоднее, рассмотренного ранее, турбореактивного двигателя.

На этом про турбовинтовые двигатели можно заканчивать. Мы потихоньку подошли к понятию турбовального двигателя.

Турбовальный двигатель

Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.

Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.


Схематичная конструкция турбовального двигателя


Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал

Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.

«Мы были в ужасе!» (с) Помпаж двигателя в самолете рейсом Барселона — Екатеринбург. ФОТО, ВИДЕО очевидцев

Специалисты различают три вида нарушения воздушного потока в турбореактивном двигателе:

  • Вращающийся срыв — выражается в образовании «срывных зон», вращающихся с меньшей угловой скоростью, относительно ротора. Приводит к снижению напора и сильной вибрации лопаток.
  • Внезапное уменьшение напора и расхода воздуха — приводит к «зависанию двигателя»: расход топлива больше, температура растёт, а тяга не увеличивается.
  • Собственно помпаж двигателя — продольные колебания потока во всём воздушном тракте двигателя.

Впервые этот термин стал применяться в 1946 году.

Общие сведения о помпаже нагнетателя

1.1. Определение. Помпажом называют резкие колебания давления в системе «нагнетатель-сеть». При помпаже расход и потребляемая мощность могут изменяться от нуля до номинала, возможен периодический выброс газа из напорной полости на всас нагнетателя.

1.2. Процесс возникновения. При штатной работе нагнетателя поток газа имеет определённый расчётный угол атаки (i) на рабочие лопатки (рис. 1.1.). При таком угле входа потока в рабочее колесо обтекание лопаток нагнетателя происходит плавно, без завихрений.

Угол входа потока (i) зависит прежде всего от расхода газа через нагнетатель. При снижении расхода этот угол увеличивается, при увеличении расхода уменьшается. В случае снижения расхода газа через нагнетатель до значения примерно 60% от расчётного, угол атаки (i) увеличится до критического значения и произойдёт так называемый срыв потока с рабочей лопатки (рис.1.2.).

В результате этого срыва резко снизится эффективность работы ступени нагнетателя, т. е. упадёт степень сжатия. Давление, создаваемое нагнетателем в напорной полости будет намного меньше чем в напорном коллекторе (за краном №?2) и газ с более высоким давлением из напорной полости устремится на всас нагнетателя. Т.е. возникнет обратное течение газа в проточной части нагнетателя. Установленный перед краном №?2 обратный клапан закрывается, отсекая напорный коллектор от полости нагнетателя, давление на выходе нагнетателя падает до значения меньшего, чем создаваемое нагнетателем, и нагнетатель возобновляет подачу газа в прямом направлении до расхода, при котором возникает обратное течение, а затем процесс повторяется. При помпаже обратный клапан на линии крана №?2 служит для предотвращения перетока газа из напорного коллектора на всас нагнетателя.

Предупреждение

Чтобы не допустить помпажа, в современных двигателях предусмотрено несколько, обычно три, независимых валов турбины. Поэтому при выходе одного вала из строя, остальные в состоянии обеспечить устойчивую работу двигателя. Компрессоры также имеют конструктивные особенности, позволяющие контролировать направление и давление создаваемого потока.

Антипомпажная автоматика без участия экипажа предотвращает возникновение помпажа, выявляя с помощью датчиков, установленных на всём протяжении воздушного тракта, помпажные явления и мгновенно реагируя изменением подачи топлива и настроек компрессора.

Причины помпажа

Главная причина помпажа — снижение расхода газа через нагнетатель. Это может произойти по следующим причинам:

  • Пониженной частоты вращения ротора нагнетателя по сравнению с параллельно работающими ГПА
  • Влияние параллельно включенных более напорных нагнетателей. (Например работа в один напорный коллектор нагнетателей со степенями сжатия 1,44 и 1,5 может привести к помпажу нагнетателя с меньшей степенью сжатия).
  • Колебания давления в сети. (Например в следствии падения давления на входе в нагнетатель из-за утечки газа или самопроизвольном закрытии кр.№?7 или СОК).
  • Самопроизвольная перестановка кранов в обвязке нагнетателя. (Закрытие кр.№?1 приведёт к падению давления на всасе и создаваемой нагнетателем степени сжатия будет недостаточно для передавливания давления напорного коллектора, закрытие кр.№?2 приведёт к чрезмерному росту давления за нагнетателем).
  • Попадание постороннего предмета на защитную решетку или её обмерзание.
  • «Запирание» выходного коллектора в следствии роста температуры газа. (Это происходит из-за роста давления при росте температуры в постоянном объёме трубопровода).

Литература

Следствия помпажа нагнетателя

3.1. Большая вероятность повреждения упорного подшипника. (Т.к. величина осевого сдвига определяется действием давления в проточной части нагнетателя на поверхности основного и покрывающего дисков, имеющих различную площадь, то резкое изменение давления приведёт к резкому изменению нагрузки на упорный подшипник).

3.2. Возможность отрыва или повреждения покрывающего диска. т. к. именно в теле покрывающего диска возникают наибольшие нагрузки при работе нагнетателя.

3.3. Разработка зазоров в лабиринтовых уплотнениях в следствии повышенной вибрации.

3.4. Повреждение опорных подшипников.

3.5. Сопровождающие помпаж резкие изменения потребляемой мощности приводит к скачкам температуры перед СТ, вибрации ротора СТ, повреждению подшипников СТ и зубчатых обойм.

3.6. Из-за резкого колебания температуры газа перед СТ может возникнуть помпаж осевого компрессора, который приводит разрушению лопаточного аппарата и повреждению подшипников ротора двигателя.

Отрывок, характеризующий Помпаж (авиация)

Все это должно быть исполнено в порядке (le tout se fera avec ordre et methode), сохраняя по возможности войска в резерве. В императорском лагере, близ Можайска, 6 го сентября, 1812 года». Диспозиция эта, весьма неясно и спутанно написанная, – ежели позволить себе без религиозного ужаса к гениальности Наполеона относиться к распоряжениям его, – заключала в себе четыре пункта – четыре распоряжения. Ни одно из этих распоряжений не могло быть и не было исполнено. В диспозиции сказано, первое: чтобы устроенные на выбранном Наполеоном месте батареи с имеющими выравняться с ними орудиями Пернетти и Фуше, всего сто два орудия, открыли огонь и засыпали русские флеши и редут снарядами. Это не могло быть сделано, так как с назначенных Наполеоном мест снаряды не долетали до русских работ, и эти сто два орудия стреляли по пустому до тех пор, пока ближайший начальник, противно приказанию Наполеона, не выдвинул их вперед. Второе распоряжение состояло в том, чтобы Понятовский, направясь на деревню в лес, обошел левое крыло русских. Это не могло быть и не было сделано потому, что Понятовский, направясь на деревню в лес, встретил там загораживающего ему дорогу Тучкова и не мог обойти и не обошел русской позиции. Третье распоряжение: Генерал Компан двинется в лес, чтоб овладеть первым укреплением. Дивизия Компана не овладела первым укреплением, а была отбита, потому что, выходя из леса, она должна была строиться под картечным огнем, чего не знал Наполеон. Четвертое: Вице король овладеет деревнею (Бородиным) и перейдет по своим трем мостам, следуя на одной высоте с дивизиями Марана и Фриана (о которых не сказано: куда и когда они будут двигаться), которые под его предводительством направятся к редуту и войдут в линию с прочими войсками. Сколько можно понять – если не из бестолкового периода этого, то из тех попыток, которые деланы были вице королем исполнить данные ему приказания, – он должен был двинуться через Бородино слева на редут, дивизии же Морана и Фриана должны были двинуться одновременно с фронта. Все это, так же как и другие пункты диспозиции, не было и не могло быть исполнено. Пройдя Бородино, вице король был отбит на Колоче и не мог пройти дальше; дивизии же Морана и Фриана не взяли редута, а были отбиты, и редут уже в конце сражения был захвачен кавалерией (вероятно, непредвиденное дело для Наполеона и неслыханное). Итак, ни одно из распоряжений диспозиции не было и не могло быть исполнено. Но в диспозиции сказано, что по вступлении таким образом в бой будут даны приказания, соответственные действиям неприятеля, и потому могло бы казаться, что во время сражения будут сделаны Наполеоном все нужные распоряжения; но этого не было и не могло быть потому, что во все время сражения Наполеон находился так далеко от него, что (как это и оказалось впоследствии) ход сражения ему не мог быть известен и ни одно распоряжение его во время сражения не могло быть исполнено. Многие историки говорят, что Бородинское сражение не выиграно французами потому, что у Наполеона был насморк, что ежели бы у него не было насморка, то распоряжения его до и во время сражения были бы еще гениальнее, и Россия бы погибла, et la face du monde eut ete changee. [и облик мира изменился бы.] Для историков, признающих то, что Россия образовалась по воле одного человека – Петра Великого, и Франция из республики сложилась в империю, и французские войска пошли в Россию по воле одного человека – Наполеона, такое рассуждение, что Россия осталась могущественна потому, что у Наполеона был большой насморк 26 го числа, такое рассуждение для таких историков неизбежно последовательно. Ежели от воли Наполеона зависело дать или не дать Бородинское сражение и от его воли зависело сделать такое или другое распоряжение, то очевидно, что насморк, имевший влияние на проявление его воли, мог быть причиной спасения России и что поэтому тот камердинер, который забыл подать Наполеону 24 го числа непромокаемые сапоги, был спасителем России. На этом пути мысли вывод этот несомненен, – так же несомненен, как тот вывод, который, шутя (сам не зная над чем), делал Вольтер, говоря, что Варфоломеевская ночь произошла от расстройства желудка Карла IX. Но для людей, не допускающих того, чтобы Россия образовалась по воле одного человека – Петра I, и чтобы Французская империя сложилась и война с Россией началась по воле одного человека – Наполеона, рассуждение это не только представляется неверным, неразумным, но и противным всему существу человеческому. На вопрос о том, что составляет причину исторических событий, представляется другой ответ, заключающийся в том, что ход мировых событий предопределен свыше, зависит от совпадения всех произволов людей, участвующих в этих событиях, и что влияние Наполеонов на ход этих событий есть только внешнее и фиктивное. Как ни странно кажется с первого взгляда предположение, что Варфоломеевская ночь, приказанье на которую отдано Карлом IX, произошла не по его воле, а что ему только казалось, что он велел это сделать, и что Бородинское побоище восьмидесяти тысяч человек произошло не по воле Наполеона (несмотря на то, что он отдавал приказания о начале и ходе сражения), а что ему казалось только, что он это велел, – как ни странно кажется это предположение, но человеческое достоинство, говорящее мне, что всякий из нас ежели не больше, то никак не меньше человек, чем великий Наполеон, велит допустить это решение вопроса, и исторические исследования обильно подтверждают это предположение. В Бородинском сражении Наполеон ни в кого не стрелял и никого не убил. Все это делали солдаты. Стало быть, не он убивал людей. Солдаты французской армии шли убивать русских солдат в Бородинском сражении не вследствие приказания Наполеона, но по собственному желанию. Вся армия: французы, итальянцы, немцы, поляки – голодные, оборванные и измученные походом, – в виду армии, загораживавшей от них Москву, чувствовали, что le vin est tire et qu’il faut le boire. [вино откупорено и надо выпить его.] Ежели бы Наполеон запретил им теперь драться с русскими, они бы его убили и пошли бы драться с русскими, потому что это было им необходимо. Когда они слушали приказ Наполеона, представлявшего им за их увечья и смерть в утешение слова потомства о том, что и они были в битве под Москвою, они кричали «Vive l’Empereur!» точно так же, как они кричали «Vive l’Empereur!» при виде изображения мальчика, протыкающего земной шар палочкой от бильбоке; точно так же, как бы они кричали «Vive l’Empereur!» при всякой бессмыслице, которую бы им сказали. Им ничего больше не оставалось делать, как кричать «Vive l’Empereur!» и идти драться, чтобы найти пищу и отдых победителей в Москве. Стало быть, не вследствие приказания Наполеона они убивали себе подобных.

Читать еще:  Двигатель 40630с его характеристики

Выявление помпажа

4.1. Внешне помпаж проявляется в сильном прерывистом шуме, сильных вибрациях, возможны периодические толчки, раскачка трубопроводов на свайных основаниях.

По показаниям приборов помпаж выявляют по следующим признакам:

Помпаж двигателя самолета – что это? Причины, возможные последствия, способы устранения

Помпаж двигателя самолета – что это? Под определением следует понимать срыв работы турбореактивного агрегата авиационного судна, нарушение устойчивости его функционирования. Характерными признаками такой неполадки является возникновение хлопков, дымление, снижение тяги, мощные вибрации.

Помпаж двигателя самолета – что это такое? По сути, в корне проблемы лежит потеря устойчивого течения воздушного потока через турбину. Без принятия экстренных мер это может привести к возгоранию и разрушению двигателя.

Помпаж двигателя самолета: причины

Среди вероятных причин, которые могут привести к возникновению неполадки, стоит выделить:

  • вывод воздушного судна на запредельную траекторию, при которой на двигатель оказываются максимальные нагрузки;
  • повреждение лопастей рабочего колеса по причине окончания их срока службы или неисправности;
  • попадание в движок посторонних предметов;
  • сильные порывы бокового ветра;
  • критически низкое давление окружающего воздуха.

К каким решениям прибегают в авиации для предупреждения помпажа?

Использование в конструкции нескольких отдельных валов является главным решением, которое позволяет предотвратить помпаж двигателя самолета. Что это? Валы в движке перемещаются на разных скоростях, независимо друг от друга. Каждый из них несет на себе часть турбины и компрессора двигателя. На современные самолеты обычно устанавливают агрегаты, которые содержат 2-3 независимых вала. При выходе из строя одного из них, остальные способны поддерживать тягу, которая требуется для перемещения судна в воздушном пространстве.

Помпаж двигателя самолета – что это? Такое явление довольно быстро приводит к разрушению движка во время полета. В случае возникновения аварийной ситуации пилоты переводят двигатель на сниженные обороты либо и вовсе отключают его на некоторое время. При своевременном обнаружении проблемы и применении такого подхода помпаж обычно исчезает сам по себе.

Повышение температуры двигателя при помпаже может составлять несколько сотен градусов в секунду. Поэтому на современных самолетах устанавливается противопожарная автоматика. Она позволяет устранить возгорание, что дает экипажу больше времени на принятие верных решений. При срабатывании автоматики одновременно происходит прерывание либо снижение подачи топлива.

Воздушное судно могут на некоторое время отправлять в свободное пике, если возникает помпаж двигателя самолета. Что это? На борту отключают все двигатели. Самолет начинает плавно терять высоту до той поры, пока не устранится возгорание. Далее в двигателях восстанавливается подача топлива и происходит возвращение к нормальному режиму полета.

В заключение

Помпаж двигателя может стать довольно серьезной проблемой во время полета. Однако современные достижения в науке и технике позволяют справляться с таким явлением. Сегодня самолеты оснащаются всевозможными сигнализаторами для экипажа, противопожарной автоматикой, системами, которые осуществляют своевременное отключение агрегата и его перезапуск.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector