Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Запуск авиационного двигателя
Defense.gov News Photo 120306-F-KN424-910 - Летчик 1-го класса Кванн Петерс слева и старший летчик Брайан Тернер вместе с 20-м отделом технического обслуживания самолетов отсоединяют шланг самолета от a.jpg
Наземный экипаж отсоединяет воздушный стартовый шланг от Boeing B-52 Stratofortress

С тех пор, как братья Райт совершили свой первый полет с двигателем в 1903 году, использовалось множество вариантов запуска авиационных двигателей . Используемые методы были разработаны для экономии веса, простоты эксплуатации и надежности. Ранние поршневые двигатели запускались вручную, в период между войнами разрабатывались системы ручного запуска, электрические и картриджные системы для более крупных двигателей.

Газотурбинные авиационные двигатели, такие как турбореактивные двигатели , турбовальные двигатели и турбовентиляторные двигатели, часто используют пневматический / пневматический запуск с использованием отбираемого воздуха от встроенных вспомогательных силовых установок (APU) или внешних воздушных компрессоров, которые теперь рассматриваются как распространенный метод запуска. Часто требуется запустить только один двигатель с помощью APU (или удаленного компрессора). После запуска первого двигателя с использованием отбираемого воздуха от ВСУ, перекрестный выпуск воздуха из работающего двигателя можно использовать для запуска оставшегося (-ых) двигателя (-ов).

Поршневые двигатели [ править ]

Ручной запуск / раскачивание винта [ править ]

Эскиз 1918 года, когда наземный экипаж получает инструкцию по запуску вручную

Ручной запуск поршневых двигателей самолетов путем поворота винта - самый старый и простой метод, отсутствие какой-либо бортовой системы запуска дает заметную экономию веса. Позиционирование гребного винта относительно коленчатого вала выполнено таким образом, что поршни двигателя проходят через верхнюю мертвую точку во время хода качания.

Поскольку система зажигания обычно устроена так, чтобы производить искры перед верхней мертвой точкой, существует риск того, что двигатель отскочит назад во время ручного запуска, чтобы избежать этой проблемы, один из двух магнето, используемых в типичной системе зажигания авиационного двигателя, снабжен импульсным сцепление », это подпружиненное устройство задерживает искру до верхней мертвой точки, а также увеличивает скорость вращения магнето для получения более сильной искры. При запуске двигателя импульсная муфта перестает работать и включается второй магнето. [1] По мере роста мощности авиадвигателей (в межвоенный периодпериод), раскачивание пропеллера одним человеком стало физически затруднительным, наземный персонал мог взяться за руки и сплотиться как команда или использовать брезентовый носок, надетый на одну лопасть гребного винта, причем носок имел кусок веревки, прикрепленный к концу гребного винта. [2] [3] Обратите внимание, что это отличается от ручного «переворачивания» радиально-поршневого двигателя, который выполняется для выпуска масла, которое застряло в нижних цилиндрах перед запуском, чтобы избежать повреждения двигателя. Оба они кажутся похожими, но в то время как ручной запуск включает в себя резкое, сильное «рывок» винта для запуска двигателя, переворачивание просто выполняется поворотом винта на определенную заданную величину.

Несчастные случаи произошли во время запуска пилотом-одиночкой, высоких настроек дроссельной заслонки, не задействованных тормозов или использования противооткатных упоров, в результате чего самолет тронулся с места без управления пилотом. [4] «Заведение двигателя» при включении зажигания и переключателях, случайно оставленных «включенными», также может привести к травмам, поскольку двигатель может неожиданно запуститься при возгорании свечи зажигания. Если переключатель находится не в исходном положении, искра возникнет до того, как поршень коснется верхней мертвой точки, что может заставить гребной винт резко отскочить назад.

Стартер Хаки [ править ]

Основная статья: Стартер Хакс
Шаттлворт Коллекция «ы рабочий Hucks Стартер расположен с их Bristol F.2 Fighter

Стартер Hucks (изобретенный Бентфилдом Хаксом во время Первой мировой войны) представляет собой механическую замену наземной команде. Основанное на шасси транспортного средства, устройство использует ведомый вал сцепления для вращения гребного винта, расцепляясь при запуске двигателя. Стартер Hucks регулярно используется в коллекции Shuttleworth для самолетов стартового периода. [3]

Потяните шнур [ править ]

Основная статья: Начало отдачи

Самоподдерживающиеся моторные планеры (часто известные как «турбины») оснащены небольшими двухтактными двигателями без системы запуска, для наземных испытаний шнур наматывается на выступ гребного винта и быстро вытягивается вместе с работающими клапанами декомпрессора . Эти двигатели запускаются в полете с помощью декомпрессора и увеличения воздушной скорости для вращения винта. Ранние варианты моторного планера Slingsby Falke используют систему запуска от тяги, установленную в кабине. [5]

Электростартер [ править ]

Основная статья: Стартер (двигатель)
Супермарин Спитфайр при готовности с тележкой аккумулятора , подключенного

Самолеты начали оснащаться электрическими системами примерно в 1930 году, работающими от батареи и небольшого ветряного генератора . Системы изначально были недостаточно мощными, чтобы приводить в действие стартерные двигатели. Внедрение моторных генераторов решило проблему. [6]

Внедрение электростартерных двигателей для авиационных двигателей повысило удобство за счет увеличения веса и сложности. Они были необходимостью для летающих лодок с высоко установленными, недоступными двигателями. Стартер, работающий от бортовой аккумуляторной батареи, заземленного источника питания или и того, и другого, приводится в действие ключом или переключателем в кабине. Ключевая система обычно облегчает переключение магнето. [6] [7]

В холодных условиях трение, вызванное вязким моторным маслом, вызывает большую нагрузку на систему запуска. Другой проблемой является нежелание топлива испаряться и сгорать при низких температурах. Были разработаны системы разбавления масла (смешивание топлива с моторным маслом) [8] и использовались подогреватели двигателя (включая разжигание пожаров под двигателем). Система подкачивающего насоса Ki-Gass использовалась для запуска британских двигателей. [9]

Самолеты, оснащенные воздушными винтами с регулируемым шагом или с постоянной скоростью , запускаются с малым шагом, чтобы уменьшить воздушные нагрузки и ток в цепи стартера. [ необходима цитата ]

Многие легкие самолеты оснащены сигнальной лампой включения стартера в кабине, что является обязательным требованием летной годности для защиты от риска того, что стартер не отключится от двигателя. [10]

Coffman starter [ править ]

Основная статья: Стартер двигателя Коффмана

Стартер Коффмана представлял собой устройство, работающее от взрывного патрона, горящие газы работали либо непосредственно в цилиндрах для вращения двигателя, либо через редукторный привод. Впервые представленный на дизельном двигателе Junkers Jumo 205 в 1936 году, стартер Coffman не получил широкого применения гражданскими операторами из-за высокой стоимости патронов. [11]

Пневматический стартер [ править ]

В 1920 году Рой Федден разработал систему газового пуска поршневого двигателя, которая использовалась на двигателе Bristol Jupiter к 1922 году. [3] Система, используемая в ранних двигателях Rolls-Royce Kestrel, подавала воздух высокого давления от наземного агрегата через распределительный вал, приводимый в движение. распределитель к цилиндрам через обратные клапаны , система имела недостатки, которые удалось преодолеть путем перехода на электрический запуск. [12]

Запуск в полете [ править ]

Когда поршневой двигатель необходимо запустить в полете, можно использовать электродвигатель стартера. Это нормальная процедура для моторных планеров , которые взлетали с выключенным двигателем. Во время фигур высшего пилотажа на более ранних типах самолетов нередко возникало отключение двигателя во время маневров из-за конструкции карбюратора . Если электростартер не установлен, двигатели можно перезапустить путем пикирования самолета для увеличения скорости полета и скорости вращения винта «мельница». [13]

Инерционный стартер [ править ]

В инерционном стартере авиационного двигателя используется предварительно повернутый маховик для передачи кинетической энергии на коленчатый вал, обычно через редукторы и муфту для предотвращения условий чрезмерного крутящего момента. Были использованы три варианта: ручной, электрический и их комбинация. Когда маховик полностью находится под напряжением, либо вытягивается ручной трос, либо используется соленоид для включения стартера. [14]

Газотурбинные двигатели [ править ]

Запуск газотурбинного двигателя требует вращения компрессора до скорости, обеспечивающей подачу сжатого воздуха в камеры сгорания . Пусковая система должна преодолевать инерцию компрессора и фрикционные нагрузки, система продолжает работать после начала сгорания и отключается, когда двигатель достигает скорости холостого хода. [15] [16]

Электростартер [ править ]

Основная статья: Стартер (двигатель)

Могут использоваться два типа электрического стартера: двигатель с прямым запуском (для отключения в качестве двигателей внутреннего сгорания) и система стартер-генератор (с постоянным включением). [17]

Гидравлический стартер [ править ]

Небольшие газотурбинные двигатели, особенно турбовальные двигатели, используемые в вертолетах и турбореактивных двигателях крылатых ракет, могут запускаться редукторным гидравлическим двигателем с использованием давления масла из наземного источника питания. [18]

Воздушный старт [ править ]

Основная статья: Система воздушного пуска
Пневматический двигатель турбореактивного двигателя General Electric J79 в разрезе

В системах с воздушным запуском золотники компрессора газотурбинного двигателя вращаются под действием большого объема сжатого воздуха, действующего непосредственно на лопатки компрессора или приводящего в действие двигатель через небольшой турбинный двигатель с редуктором . Эти двигатели могут весить до 75% меньше, чем эквивалентная электрическая система. [15]

Сжатый воздух может подаваться от бортовой вспомогательной силовой установки (ВСУ), переносного газогенератора, используемого наземным экипажем, или путем поперечной подачи отбираемого воздуха от работающего двигателя в случае многодвигательного самолета. [19]

Turbomeca Palouste газового генератор был использован для запуска Спейте двигатели на Blackburn Buccaneer . Де Хэвилленд Sea Vixen был оснащен своей собственной Palouste в съемном контейнере подкрыльевого для облегчения запуска вдали от базы. [20] Другие типы военных самолетов, использующие сжатый воздух с земли для запуска, включают Lockheed F-104 Starfighter и варианты F-4 Phantom с турбореактивным двигателем General Electric J79 .

Стартеры горения [ править ]

Стартер AVPIN [ править ]

В версиях турбореактивного двигателя Rolls-Royce Avon использовался стартер турбины с редуктором, который сжигал изопропилнитрат в качестве топлива. На военной службе это монотопливо имело обозначение НАТО S-746 AVPIN. Для запуска отмеренное количество топлива вводилось в камеру сгорания стартера, затем зажигалось электрически, горячие газы раскручивали турбину на высоких оборотах, а выхлопные газы выходили за борт. [21]

Стартер картриджа [ править ]

Масса картриджа , запуск Hawker Sea Hawk самолетов
Основная статья: Стартер двигателя Коффмана

Подобный по принципу действия стартеру Коффмана поршневого двигателя, взрывной патрон приводит в действие небольшой газотурбинный двигатель, который шестеренчатым двигателем соединен с валом компрессора. [22]

Стартер топливной / воздушной турбины (APU) [ править ]

Основная статья: Вспомогательная силовая установка

Разработанные для ближнемагистральных авиалайнеров, большинства гражданских и военных самолетов, которым требуются автономные стартовые системы, эти устройства известны под различными названиями, включая вспомогательную силовую установку (APU), стартер реактивного топлива (JFS), воздушный пусковой агрегат (ASU) или газотурбинный компрессор. (GTC). [21] Состоящие из небольшой газовой турбины с электрическим запуском , эти устройства обеспечивают сжатый отбираемый воздух для запуска двигателя и часто также обеспечивают электрическую и гидравлическую энергию для наземных операций без необходимости запуска основных двигателей. [23] ASU используются сегодня в гражданской и военной наземной поддержке для обслуживания самолетов при запуске главного двигателя (MES) и пневматической поддержки отвода воздуха для охлаждения и обогрева системы экологического контроля (ECS).

Стартер двигателя внутреннего сгорания [ править ]

Двухтактный стартер Riedel для Junkers Jumo 004

Интересной особенностью всех трех немецких конструкций реактивных двигателей, которые производились до мая 1945 года: немецких моделей BMW 003 , Junkers Jumo 004 и Heinkel HeS 011 с осевым турбореактивным двигателем, была система стартера, которая состояла из двигателя Riedel мощностью 10 л.с. (7,5 кВт) плоский сдвоенный двухтактный двигатель с воздушным охлаждением, спрятанный во впускном патрубке и по сути служивший новаторским примером вспомогательной силовой установки (ВСУ) для запуска реактивного двигателя - для Jumo 004 отверстие в крайней носовой части впускного переключателя содержал D-образную ручную ручку, которая запускала поршневой двигатель, который, в свою очередь, вращал компрессор. Две маленькие бензиновые /В кольцевой заборник встроены баки для масляной смеси . [24] Локхид SR-71 дрозд использовал два Buick Nailheads в качестве стартера двигателей, которые были установлены на тележке. Позже стали применяться двигатели большой блочной конструкции Chevy.

Перезапуск в полете [ править ]

Газотурбинные двигатели могут быть отключены в полете, преднамеренно экипажем для экономии топлива или во время летных испытаний, или непреднамеренно из-за нехватки топлива или срыва пламени после остановки компрессора .

Достаточная воздушная скорость используется для «ветряной мельницы» компрессора, после чего включаются топливо и зажигание, бортовая вспомогательная силовая установка может использоваться на больших высотах, где плотность воздуха ниже. [16]

Во время набора высоты с увеличением Lockheed NF-104A реактивный двигатель был остановлен при наборе высоты 85 000 футов (26 000 м) и был запущен методом ветряной мельницы при спуске в более плотном воздухе. [25]

Запуск импульсной струи [ править ]

Основные статьи: Импульсный реактивный двигатель и Argus As 014
Секционный двигатель AS 014 на выставке в Лондонском музее науки

Импульсные реактивные двигатели - необычные силовые установки самолетов. Тем не менее, Argus As 014, который использовался для питания летающей бомбы V-1, и Fieseler Fi 103R Reichenberg был заметным исключением. В этой импульсной струе три воздушных сопла в передней части были подключены к внешнему источнику воздуха высокого давления, для запуска использовался бутан от внешнего источника, зажигание осуществлялось свечой зажигания, расположенной за системой заслонки, при этом на свечу подавалось электричество. питается от переносного пускового устройства. [26]

Как только двигатель запустился и температура поднялась до минимального рабочего уровня, шланг для внешнего воздуха и соединители были сняты, а резонансная конструкция выхлопной трубы поддерживала работу импульсной струи. Каждый цикл или импульс двигателя начинался с открытыми заслонками; топливо было впрыснуто за ними и воспламенилось, и в результате расширение газов заставило заслонки закрыться. Когда после сгорания давление в двигателе упало, заслонки снова открылись, и цикл повторялся примерно от 40 до 45 раз в секунду. Система электрического зажигания использовалась только для запуска двигателя; нагрев обшивки выхлопной трубы поддерживал горение. [26]

Ссылки [ править ]

Примечания
  1. Перейти ↑ Thom 1988, p. 166.
  2. ^ Лумсден 2003, стр. 40.
  3. ^ a b c Gunston 2006, стр. 86.
  4. Перейти ↑ Thom 1988, p. 202.
  5. Перейти ↑ Hardy 1982, p. 174.
  6. ^ а б Ганстон 2006, стр. 87.
  7. Перейти ↑ Thom 1988, p. 167.
  8. ^ Gunston 2006, стр. 89.
  9. ^ Gunston 2006, стр. 85.
  10. Перейти ↑ Thom 1988, p. 165.
  11. ^ Gunston 2006, стр. 87-88.
  12. ^ Rubbra 1990, стр. 40.
  13. Перейти ↑ Williams 1975, p. 59.
  14. ^ FAA 1976, стр. 263.
  15. ^ a b FAA 1976, стр. 270.
  16. ^ a b Стюарт 1986, стр. 33.
  17. ↑ FAA 1976, стр. 271–272.
  18. ^ Gunston 1997, стр. 82.
  19. ^ FAA 1976, стр. 277.
  20. ^ Архив Flightglobal - Полет , март 1965 г. Дата обращения: 15 августа 2012 г.
  21. ^ а б Ганстон 1997, стр. 81.
  22. ^ FAA 1976, стр. 281.
  23. ^ FAA 1976, стр. 283.
  24. ^ Gunston 1997, стр. 141.
  25. Перейти ↑ Bowman 2000, p. 173.
  26. ^ a b Jane's 1998, стр. 284.
Библиография
  • Боуман, истребитель Martin W. Lockheed F-104 . Рамсбери, Мальборо, Уилтшир, Великобритания: Crowood Press Ltd., 2000. ISBN  1-86126-314-7 .
  • Федеральное управление гражданской авиации , Справочник по механике планера и силовой установки, Министерство транспорта США, Джеппесен Сандерсон, 1976.
  • Ганстон, Билл . Разработка поршневых авиационных двигателей . Кембридж, Англия. Патрик Стивенс Лимитед, 2006. ISBN 0-7509-4478-1 
  • Ганстон, Билл. Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей . Кембридж, Англия. Патрик Стивенс Лимитед, 1997. ISBN 1-85260-586-3 
  • Харди, Майкл. Планеры и планеры мира . Лондон: Ян Аллан, 1982. ISBN 0-7110-1152-4 . 
  • Боевой самолет Джейн времен Второй мировой войны . Лондон. Studio Editions Ltd, 1998. ISBN 0-517-67964-7 
  • Ламсден, Алек. Британские поршневые двигатели и их самолеты . Мальборо, Уилтшир: Эйрлайф Паблишинг, 2003. ISBN 1-85310-294-6 . 
  • Rubbra, AA . Поршневые двигатели Rolls-Royce - вспоминает дизайнер: Историческая серия № 16 : Rolls-Royce Heritage Trust, 1990. ISBN 1-87292-200-7 
  • Стюарт, Стэнли. Полеты на больших самолетах . Шрусбери, Англия. Эйрлайф Паблишинг Лтд., 1986. ISBN 0 906393 69 8 
  • Том, Тревор. Пособие воздушного пилота 4-Самолет-Техника . Шрусбери, Шропшир, Англия. Эйрлайф Паблишинг Лтд, 1988. ISBN 1-85310-017-X 
  • Уильямс, Нил . Высший пилотаж , Шрусбери, Англия: Эйрлайф Паблишинг Лтд., 1975 ISBN 0 9504543 03