Если впуск работающего реактивного двигателя заблокировать на некоторое короткое время, какова будет после этого последовательность событий?

Это объяснение для дозвукового самолета, аналогичный процесс происходит на более высоких скоростях.

Причины

Птица, предмет или лед могут нарушить поток воздуха, поступающего в двигатель. Другим источником срыва компрессора является чрезмерный угол наклона двигателя относительно воздушного потока, когда создается большой шаг или краб, или при входе в след от впереди идущего самолета.

Немедленный эффект

В любом случае, если поток выходит за пределы рабочей зоны в каком-либо месте компрессора двигателя, аэродинамический срыв компрессора может возникнуть точно так же, как срыв крыла:

^{Заглохший аэродинамический профиль в аэродинамической трубе, видны отрыв потока и турбулентность. Источник}

Пограничный слой воздуха отрывается от поверхности лопаток компрессора и становится неустойчивым.

Ступени компрессора состоят из вращающихся лопаток и стационарных лопаток, разграничивающих небольшие каналы: ^{Источник}

Проблема развивается из области низкого массового расхода, при этом несоответствия увеличиваются до тех пор, пока поток не остановится, в процессе, называемом вращающимся срывом :

• Проход заблокирован медленным воздухом (отслоение пограничного слоя оранжевым), восходящий воздух пытается использовать следующий проход:
  
  

• Однако следующий проход достигается под более высоким углом атаки, это условие также приводит к остановке этого прохода.

• Этот эффект быстро распространяется от одной лопатки к другой на ступени компрессора.

Поскольку проходы заблокированы отходящим воздухом над свалившимися аэродинамическими профилями, давление в каналах и выше по потоку увеличивается:

• Отрывной воздушный поток очень турбулентный с изменяющейся скоростью (в том числе и с отрицательными значениями).

• Заглохшие ячейки продолжают вращаться со скоростью, составляющей часть скорости вращения компрессора, давление вокруг лопаток периодически меняется.

Могут начаться вибрации лезвия/лопасти. Вибрации вредны для двигателя, удары могут сломать металлическую деталь, если возникнет резонанс.

Турбинный двигатель работает, достигая точного равновесия вокруг потока воздуха в компрессоре, камерах сгорания и турбине:

• Турбина должна получать определенное количество энергии, чтобы приводить в действие компрессор с нужной скоростью.

• Камеры сгорания должны получать точное количество топлива и воздуха для подачи энергии на турбину.

• Компрессор должен подавать необходимое количество воздуха к камерам сгорания.

(Давайте проигнорируем тот факт, что газотурбинные двигатели в большинстве случаев имеют два или три золотника, т. е. узел компрессор-турбина с механической связью, каждый из которых вращается со своей скоростью и должен найти это общее равновесие).

Как только скорость или давление воздуха изменяются по какой-либо причине, необходимо найти новое равновесие, иначе начинают происходить плохие вещи. В остановленном компрессоре иногда невозможно достичь нового равновесия. Это приводит к драматическим последствиям.

Последующие эффекты

После вращающегося киоска запускается каскад событий:

1. Снижение давления на входе в камеру сгорания

   Компрессор теперь менее эффективен, давление ниже по потоку компрессора снижается, а также становится нестабильным. Величина изменения давления так или иначе ограничивается эффектом напорной камеры диффузора компрессора для осевого компрессора (статором диффузора после рабочего колеса для центробежного компрессора). ^{Расположение диффузора, источник} В зависимости от того, удастся ли найти новый баланс или нет, горение может продолжаться, пока происходит вращающийся срыв. В этом случае он будет иметь пониженную мощность из-за менее эффективного компрессора, и потребуется меньший расход топлива. Может потребоваться выключить двигатель и перезапустить его, чтобы выйти из заклинивания компрессора.
   
   
   
   
   
   

2. Перегрев

   Теперь для горения доступно меньше воздуха, если расход топлива не уменьшается, смесь становится слишком богатой, температура горения повышается, происходит перегрев в камерах сгорания и после турбины. Поскольку материалы, используемые для камер сгорания и турбины, работают при максимально допустимой температуре, любое нежелательное повышение температуры может повредить их.
   
   Это может произойти, если блок управления подачей топлива (FCU) неправильно ограничивает расход топлива и пытается сохранить прежнюю тягу/расход топлива.
   
   

3. Всплеск

   Диффузор компрессора (или камера в центробежном компрессоре) находится перед камерами сгорания. Последний представляет собой область очень высокого давления при высокой температуре. Если давление в диффузоре слишком низкое по сравнению с давлением на входе в турбину, горячий газ может начать поступать обратно в диффузор и компрессор. Это всплеск .
   
   Помпаж создает громкий хлопок, а волна давления может повредить вентилятор и впускное отверстие двигателя.
   
   Помпаж может быть связан с выходом пламени из двигателя через выхлопную трубу или впускное отверстие двигателя. Пламя возникает из-за выброса несгоревшего топлива, скопившегося в камерах сгорания.
   
   Элементы компрессора не предназначены для удержания горячего газа из камер сгорания, они могут быть повреждены при повторном выбросе.
   
   Опять же, двигатель может восстановиться после помпажа, если нет повреждений. Цикл может повторяться, но в какой-то момент повреждения неизбежны.
   
   Подробнее о остановке компрессора: что такое останов компрессора?
   
   

4. Потеря управления

   Помпаж также создает асимметричную дополнительную тягу, приводящую к силе рыскания для двигателя, расположенного не по центральной линии.
   
   Если помпаж важен и самолет находится в критической фазе (например, разворачивается для взлета), эффект рыскания может привести к потере управления.
   
   

Срыв реальных дел

• Предполагается, что в этой аварии из-за обледенения повторяющиеся выбросы являются результатом неправильного управления потоком топлива. Оба двигателя были уничтожены.

• Эта авария была вызвана остановкой компрессора под большим углом наклона.

• В этом происшествии при взлете эффект рыскания помпажа был фактически истолкован как столкновение с другим самолетом.

К счастью, с большинством остановок компрессора можно справиться безопасно, как, например, с этой на скорости вращения взлета (обратите внимание на пламя на 0:34).

Очевидно, что заклинивание компрессора является серьезной проблемой, поэтому конструкторы двигателей тратят много усилий на его предотвращение и поддержание рабочей точки двигателя в безопасном (и работоспособном) состоянии. Например, использование лопастей с переменным углом атаки и путями выхода воздуха и т. д.

Компрессор глохнет. Это вызовет резкое повышение температуры турбины, что может привести к ее повреждению. В конце концов, без подсоса воздуха пламя погаснет и двигатель остановится.