Как запускаются газотурбинные двигатели?

Средством запуска большинства газотурбинных двигателей является отбираемый воздух под высоким давлением. Этот источник прокачки обычно исходит от APU, но также может исходить от уже работающего двигателя (запуск перекрестной прокачки) или от внешней тележки .

В некоторых самолетах запуск полностью контролируется FADEC, и его необходимо инициировать и контролировать только летному экипажу, а в других самолетах определенные шаги необходимо инициировать вручную.

Приведенный ниже процесс лучше всего описывает турбовентиляторный двигатель. Прочитайте ответ @Falk для получения информации о различиях с турбовинтовыми двигателями.

Основы ТРДД

Обратите внимание на изображение ниже (Источник: К. Аайнскаци, Википедия):

Части двигателя, на которые я буду ссылаться ниже:

• Вентилятор N1, вал N1 ​​и турбина N1, которые отображаются зеленым цветом и помечены как «Вентилятор/компрессор низкого давления», «Вал низкого давления» и «Турбина низкого давления». Эти юниты соединены и двигаются как одно целое.
• Компрессор N2, вал N2 и турбина N2 показаны фиолетовым цветом и помечены как «Компрессор высокого давления», «Вал высокого давления» и «Турбина высокого давления». Они соединены и движутся как одно целое, но независимо от вала N1. На фото не показан привод вспомогательных агрегатов, который соединен с валом N2 для привода вспомогательных агрегатов двигателя.
• Горячая секция, изображена желтым цветом и помечена как «Камера сгорания». Здесь постоянно горит огонь в реактивном двигателе.

Запуск двигателя

Процесс запуска двигателя следует этой базовой формуле

• Через открытие клапанов отбора воздуха отбираемый воздух направляется в стартёр воздушной турбины. Эти устройства обычно используют отбираемый воздух под высоким давлением для вращения и включения центробежной муфты, соединенной с приводом вспомогательных агрегатов двигателя. Это, в свою очередь, заставляет вал N2 внутри двигателя вращаться.

• При вращении вала N2 вращаются компрессор N2 и турбины N2. Это начинает нагнетать воздух через двигатель спереди назад.

• Когда вспомогательный вал и валы N2 вращаются, аксессуары должны начать работать, и это можно проверить по показаниям давления масла на EICAS.

• При увеличении оборотов N2 включится зажигание. Эти воспламенители расположены в горячей части двигателя и производят небольшие искры. На EICAS должно быть указание, что зажигание активно.

• При дальнейшем увеличении оборотов N2 будет вводиться расход топлива. Это будет проверено на EICAS. После того, как будет замечен расход топлива, важно, чтобы следующая остановка произошла достаточно быстро.

• Выключить свет! Топливо поджигается зажиганием, и теперь огонь, горящий в горячей секции, подаваемый воздухом из компрессора, создает тягу на турбинах N2 и N1.

• Поскольку двигатель создает тягу на турбине N1, вал N1 ​​вращает вентилятор N1, и EICAS заметит увеличение скорости вращения N1. Скорость вращения N1 и N2 увеличивается.

• При превышении порогового значения N2 клапаны стравливания воздуха, питающие стартер с воздушной турбиной, закрываются, и стартер отключается. Запальники выключаются при некотором пороге N2.

• Двигатель перейдет в режим стабильной тяги на холостом ходу.

Что может пойти не так?

• Зависший старт

  • N2 не раскручивается в достаточной степени для подачи потока топлива.
  • Каждый старт имеет ограничение по времени, и старт будет прерван.

• Нет воспламенителей

  • Прервите пуск и переключите запальники.
  • Позвоните МХ.

• Неспособность зажечь

  • Подача топлива вводится, но свет не выключается в надлежащее время
  • Топливо накапливается в двигателе, и если лампочка не горит, это может привести к повреждению.
  • Запуск прерывается, и выполняется работа всухую, чтобы очистить двигатель.

• превышение ИТТ

  • Обычно существует ограничение межтурбинной температуры при запуске двигателя.
  • Если это превышено, запуск должен быть прерван.
  • Это может потребовать согласования с MX, прежде чем будет предпринята другая попытка запуска.

• Стартер воздушной турбины не выключается

  • Это должно быть исправлено перед отъездом
  • В некоторых двигателях MX может исправить это при работающем двигателе.

• Запорный клапан стравливающего воздуха, питающий стартер воздушной турбины, не закрывается.

  • Для исправления может потребоваться остановка двигателя.
  • Однако на некоторых самолетах этот клапан может быть закрыт МХ вручную при работающем двигателе.
  • Требуется согласование с MX.

• Побег N1 или N2

  • Если FADEC не управляет потоком топлива должным образом, двигатель может не стабилизироваться, а продолжать раскручиваться.
  • Прервать запуск.
  • Согласуйте с MX перед попыткой перезапуска.

Как насчет запуска двигателя в воздухе?

Если двигатель перегорел, можно попытаться перезапустить его в воздухе. Эти запуски обычно происходят одним из нескольких способов:

• Начало перекрестного кровотечения
• запуск ВСУ
• Начало ветряной мельницы

Запуск APU — это, по сути, тот же процесс, что и выше. Запуск с перекрестной продувкой, который также можно выполнить на земле, просто заменяет работающий двигатель на высокой мощности, чтобы обеспечить отбор воздуха для запуска, и в остальном аналогичен описанному выше.

Интересным началом является начало ветряной мельницы. Необходимость в этом означает, что случилось что-то плохое. Необходимость запуска ветряной мельницы означает отсутствие источников отбора воздуха для питания стартера воздушной турбины. Это может означать, что все двигатели выключены, а ВСУ недоступен (ПЛОХО!), или просто что выпускные клапаны остановленного двигателя не закрылись и не могут быть открыты.

Для EMB-145, с которым я знаком, запуск ветряной мельницы требовал снижения на воздушной скорости от 260 до 320 KIAS и не мог быть предпринят выше эшелона полета 250. Короче говоря, вы надеетесь, что массового расхода через двигатель достаточно, чтобы раскрутить компрессор N2, как это сделал бы ATS. С индикацией N2 в зоне запуска двигателя вы вводите искру и топливо и надеетесь, что двигатель загорится. В худшем случае, если вы слишком медлительны и не можете обеспечить достаточный поток воздуха до выключения света, двигатель может быстро перегреться и выйти из строя. По этой причине особенно важно прервать этот тип запуска, как только будет обнаружена неисправность.

Если вы хотите узнать о реактивных двигателях, прочитайте ответ @casey. Это очень подробно и хорошо.

Есть газотурбинные двигатели, которые запускаются по-другому. Речь идет о турбовинтовых или турбовальных двигателях. Известным примером является турбина PT6, обеспечивающая мощность многих небольших винтовых самолетов с турбинным двигателем, таких как серия King Air компании Beachcraft и Cheyenne и JetProp компании Piper.

Эти двигатели состоят из двух частей: газогенератора и свободной силовой турбины. Газогенератор — это, по сути, реактивный двигатель. Он состоит из воздухозаборника, компрессора, камеры сгорания и турбины. Я не знаю ни одного турбовинтового двигателя с соплом для создания тяги, как у реактивного двигателя, но если кто-то из вас знает об этом, мне было бы интересно прочитать ваш комментарий. В турбовальном двигателе выхлоп вообще не используется для создания тяги, поэтому некоторые из них даже перевернуты (компрессор в задней части двигателя, но, естественно, все еще питается воздухом из впускного отверстия, направленного вперед). Возможно, вы заметили, что в некоторых самолетах с турбовальными двигателями выхлоп находится очень близко к пропеллеру - вот причина.

Второй компонент представляет собой свободную силовую турбину, приводимую в действие выхлопом газогенератора, приводящую в движение гребной винт через редуктор (скорость свободной силовой турбины > 30 000 об/мин, скорость винта < 3 000 об/мин). В большинстве двигателей эти компоненты удерживаются вместе только корпусом двигателя, поэтому его называют свободной силовой турбиной.

Теперь мы все имеем общее представление об этом типе двигателя и можем говорить о последовательности запуска. К газогенератору подключается так называемый стартер-генератор. По сути, это электродвигатель с питанием от батареи (или любого другого источника постоянного тока), используемый для проворачивания вала газогенератора. После запуска двигателя этот двигатель можно использовать в качестве генератора постоянного тока. Если вы посмотрите на принципы работы электродвигателя и генератора постоянного тока, вы увидите, что технически они одинаковы. Вам нужно только изменить некоторые соединения. Обычно это делается с помощью трехпозиционного кулисного переключателя «пуск-генератор».

Последовательность запуска почти такая же, как и для реактивного двигателя:

• Провернуть вал газогенератора стартером
• При определенной частоте вращения (обычно 10-15%) доливайте топливо
• Следите за параметрами двигателя
• Переключиться на генератор

Обычно свободная силовая турбина начинает вращать гребной винт очень скоро после добавления топлива, так или иначе, некоторые двигатели оснащены тормозом гребного винта, предотвращающим вращение секции свободной силовой турбины. Это полезно для работы секции газогенератора только для получения электрической или гидравлической, иногда пневматической энергии - какой-нибудь ВСУ. Известным примером является серия ATR компании Aerospaitiale. Они назвали это «гостиничным режимом».

Отличные ответы до сих пор. Есть несколько других способов запуска реактивного двигателя.

У F-16 двигатель соединен с коробкой передач специальным высокоскоростным сбалансированным валом. Есть муфта, где вал соединяется с коробкой передач. К коробке передач также прикреплена турбина меньшего размера, известная как реактивный топливный стартер (JFS), размером примерно с большой арбуз, также со сцеплением. Коробка передач также имеет гидравлические насосы и генераторы.

Чтобы запустить самолет:

1. главный двигатель отсоединен от коробки передач
2. JFS сцеплен с коробкой передач
3. гидравлическое давление подается от аккумулятора к насосу, заставляя его работать как гидромотор, который вращает коробку передач
4. поворотный редуктор раскручивает JFS до такой степени, что он достигает начальной скорости
5. топливо подается в JFS, зажигание срабатывает, и он запускается
6. JFS ускоряется, производя около 200 лошадиных сил.
7. когда JFS работает на полном ходу, муфта вала двигателя включается
8. поворотный вал вращает главный двигатель до тех пор, пока он не достигнет начальной скорости
9. как только главный двигатель достигает определенной скорости, JFS отключается от коробки передач и выключается.
10. вращающийся двигатель подключает генераторы и гидравлику, перезаряжая давление в аккумуляторах для следующего запуска

В некотором отношении это похоже на бульдозер или другую тяжелую технику. Многие из них имеют небольшой «пони-мотор» с электростартером, который затем создает комбинацию мощности и крутящего момента, необходимую для запуска основного двигателя. Как только главный двигатель заработает, пони-мотор отключится и выключится.

В других, более старых самолетах, таких как F-100 Super Sabre, использовался небольшой заряд взрывчатого вещества (стартовый патрон, по сути, большая болванка). Вы бы установили его в двигатель. Пилот электрически запускал его в выхлопную турбину, которая раскручивала двигатель до такой степени (вы надеялись), чтобы он разогнался до стартовой скорости, а затем включался топливная система и системы зажигания. Если тележка не срабатывала должным образом, вам приходилось ждать определенное время, пока она остынет, прежде чем вы могли ее снять. Вы бы не хотели, чтобы он взорвался на рампе (возможно присутствие паров топлива) или в ваших руках (ой!).

Думаю, теперь моя очередь добавить экзотические способы запуска реактивного двигателя.

Jumo 004 на Me-262 и Ar-234 имел небольшой поршневой двигатель в центральной опоре, который запускался электрически, но также мог запускаться вручную механиком. Вы когда-нибудь замечали отверстие в середине шипа и застрявшее в нем кольцо (см. левый рисунок ниже)?

Кольцо было прикреплено к веревке, которую можно было использовать для запуска поршневого двигателя (стартерный двигатель Riedel, правое изображение). Это может раскрутить двигатель до 2000 об/мин. При 500-1000 об/мин пилот включал зажигание. Теперь начальное сгорание помогло раскрутить двигатель еще больше, пока при 5000 об/мин поршневой двигатель не расцеплялся. Затем пилот мог медленно увеличивать обороты до 8700 об/мин, максимум.

Что может пойти не так? Много:

• Поршневой двигатель не расцеплялся.

• Недостаточный расход топлива, поэтому двигатель не разгонялся. При низких температурах топливные насосы приходилось включать, но только до 3000 об/мин.

• Зажигание должно было начаться не сразу. Затем вращающийся двигатель подавал топливо в камеру сгорания, где оно собиралось и выбрасывалось в задний обтекатель двигателя. Когда начнется горение, сгорит и собранное топливо, что приведет к возгоранию двигателя.

• Пилот слишком быстро нажимал на газ. Это приведет к подаче слишком большого количества топлива в камеру сгорания и перегреву турбины выше ее предела. Только при более высоком потоке воздуха, близком к расчетной скорости, дроссель мог быть заблокирован. -

Другая процедура запуска аналогична J-58 в SR-71, которая была очень похожа. Только то, что стартовый двигатель был намного больше и не являлся частью двигателя: это была нестандартная конструкция двух тюнингованных двигателей Buick 455 V-8, соединенных вместе на тележке и приводивших в движение вертикальный приводной вал, который приводил двигатель в движение от левого борта под гондола двигателя. Чтобы начать воспламенение, был впрыснут специальный состав, называемый триэтилбораном, потому что холодный JP-7 (специальное топливо для J-58) не воспламенится сам по себе. Как только двигатель смог поддерживать себя, тележка была отключена.

Двигатели Buick часто выходили из строя, и позже их заменили двумя большими блоками Chevy. Также двигатели могли запускаться сжатым воздухом. См. эту ссылку для получения дополнительной информации.

Что еще может пойти не так? Список тоже очень похож...

Для очень простого запуска турбины, без FADEC или компьютерного управления, вот видео запуска турбинного вертолета Mosquito XET .

Дроссельная заслонка на 50%, затем вернитесь в положение холостого хода.

Включите стартер.

При 17% оборотов включите воспламенитель.

При 30% оборотах включите топливо... грохот указывает на то, что горелка загорелась.

При 50% выключите стартер.

На 70% выключите воспламенитель.

На 100% готов к полету.

Mosquito использует газовую турбину Solar мощностью 90 л.с., изначально созданную для резервных генераторов, что является одной из причин, по которой весь пакет (относительно) недорог: около 65-70 тысяч долларов за вертолет с турбинным двигателем.

Требуется некоторая сборка...

Существует также итерация карданного вала стартовых двигателей. Как временный техник на Торнадо, я не могу рассказать вам, насколько разочаровывает эта система!

ВСУ приводит в действие коробку передач, которая имеет генератор, гидравлический насос и выходной вал к двигателю для его запуска. Он также соединен с другой коробкой передач на двигателе №2 через вал, который также имеет гидравлический насос, генератор и выходной вал. Таким образом, ВСУ или любой двигатель могут работать с одной или обеими коробками передач и запускать один или оба двигателя!

Не стесняйтесь делиться его работой, теперь самолет все равно не обслуживается в Великобритании ;)

http://www.tornado-data.com/Tid/systems/common/secondary_power_system.htm