Запуск авиационного двигателя - Aircraft engine starting

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
Наземная бригада отсоединяет воздушный пусковой шланг от Боинг B-52 Стратофортресс

Множество вариаций запуск авиационного двигателя использовались с Братья Райт совершил свой первый полет с двигателем в 1903 году. Используемые методы были разработаны с учетом 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.

Газовая турбина авиационные двигатели, такие как турбореактивные двигатели, турбовалы и турбовентиляторы часто используют пневматический / пневматический запуск, с использованием стравить воздух из встроенного вспомогательные силовые установки (APU) или внешние воздушные компрессоры теперь рассматриваются как распространенный метод запуска. Часто требуется запустить только один двигатель с помощью APU (или удаленного компрессора). После запуска первого двигателя с использованием стравливания воздуха от ВСУ, перекрестный отвод воздуха от работающего двигателя может использоваться для запуска оставшегося двигателя (ей).

Поршневые двигатели

Ручной запуск / раскачивание винта

Эскиз 1918 года наземной бригады, получающей инструкции по ручному запуску

Ручной запуск поршневых двигателей самолетов путем поворота винта - самый старый и простой метод, отсутствие какой-либо бортовой системы запуска дает заметную экономию веса. Расположение гребного винта относительно коленчатый вал устроен так, что поршни двигателя проходят через верхняя мертвая точка во время раскачивания.

Поскольку система зажигания обычно устроена так, чтобы производить искры до верхней мертвой точки существует риск раскручивания двигателя во время ручного запуска, чтобы избежать этой проблемы, один из двух магнето, используемых в типичной системе зажигания авиационного двигателя, оснащенимпульсная связь ', это подпружиненное устройство задерживает искру до верхней мертвой точки, а также увеличивает скорость вращения магнето для создания более сильной искры. Когда двигатель запускается, импульсная муфта перестает работать и включается второй магнето.[1]Поскольку авиадвигатели росли в емкость (вовремя межвоенный период), раскачивание винта одним человеком стало физически затруднительным, наземный персонал мог взяться за руки и объединиться в команду 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 удаления масла, которое застряло в нижних цилиндрах перед запуском, чтобы избежать повреждения двигателя. Оба кажутся похожими, но в то время как ручной запуск включает резкое, сильное «рывок» винта для запуска двигателя, переворачивание просто выполняется поворотом винта на определенную заданную величину.

Несчастные случаи произошли во время запуска двигателя одиноким пилотом, высоких настроек дроссельной заслонки, не задействованных тормозов или использования противооткатных упоров; все это привело к троганию с места без пилота.[4] «Заведение двигателя» при включении зажигания и случайно оставленных переключателях 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 привести к резкому отскоку гребного винта.

Хакс стартер

Основная статья: Хакс стартер
В Коллекция Шаттлворта работает Hucks Starter со своими Бристоль F.2 Истребитель

Стартер Хакса (изобретен Бентфилд Хакс во время Первой мировой войны) является механической заменой наземного экипажа. На базе шасси автомобиля в устройстве используется схватить ведомый вал для вращения гребного винта, отключаясь при запуске двигателя. Стартер Хакс регулярно используется в Коллекция Шаттлворта для самолетов стартового периода.[3]

Потяните шнур

Основная статья: Возвратный старт

Самоподдерживающиеся моторные планеры (часто известные как «турбины») оснащены небольшими двухтактными двигателями без системы запуска, для наземных испытаний шнур оборачивается вокруг выступа гребного винта и быстро вытягивается вместе с рабочим декомпрессор клапаны. Эти двигатели запускаются в полете с помощью декомпрессора и увеличения скорость полета чтобы мельница пропеллера. Ранние варианты Slingsby Falke Моторный планер использует систему запуска от тяги, установленную в кабине.[5]

Электростартер

Основная статья: Стартер (двигатель)
А Супермарин Спитфайр наготове с тележка аккумулятор связаны

Самолеты начали оснащаться электрическими системами примерно в 1930 году, работающими от батареи и небольшими ветряными двигателями. генератор. 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, заземляющего источника питания или от того и другого, приводится в действие ключом или переключателем в кабине. Ключевая система обычно облегчает переключение магнето.[6][7]

В холодных условиях трение, вызванное вязкий моторное масло вызывает высокую нагрузку на систему запуска. Другой проблемой является нежелание топлива испаряться и сгорать при низких температурах. Разработаны системы разбавления масла (смешивание топлива с моторным маслом),[8] и предпусковые подогреватели двигателя (в том числе разжигание костров под двигателем). В Ки-Гасс система подкачивающего насоса использовалась для облегчения запуска британских двигателей.[9]

Самолет оснащен винты с переменным шагом или же пропеллеры с постоянной скоростью запускаются с мелким шагом для уменьшения воздушных нагрузок и Текущий в цепи стартера.[нужна 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]

Коффман стартер

Основная статья: Стартер двигателя Коффмана

Стартер Коффмана представлял собой устройство, работающее от взрывчатого патрона, горючие газы работали либо непосредственно в цилиндры для вращения двигателя или работы через редукторный привод. Впервые представлен на Юнкерс Юмо 205 дизельный двигатель в 1936 г. стартер Коффмана не получил широкого распространения гражданские операторы за счет патронов.[11]

Пневматический стартер

В 1920 г. Рой Федден разработали систему запуска газового поршневого двигателя, она использовалась на Бристоль Юпитер двигатель к 1922 году.[3] Система, использовавшаяся в Роллс-Ройс пустельга двигатели направляли воздух высокого давления от наземного агрегата через распредвал ведомый распределитель к цилиндрам через обратные клапаны, система имела недостатки, которые удалось преодолеть путем перехода на электрический пуск.[12]

Запуск в полете

Когда поршневой двигатель необходимо запустить в полете, можно использовать электрический стартер. Это нормальная процедура для моторные планеры которые парили с выключенным двигателем. Во время высшего пилотажа на более ранних типах самолетов нередки случаи, когда двигатель отказывался во время маневров из-за карбюратор дизайн. Без установленного электростартера двигатели могут быть перезапущены путем пикирования самолета для увеличения воздушной скорости и скорости вращения «ветряного» пропеллера.[13]

Инерционный стартер

В инерционном стартере авиационного двигателя используется предварительно повернутый маховик перевести кинетическая энергия к коленчатому валу, обычно через редукторы и схватить для предотвращения условий чрезмерного крутящего момента. Были использованы три варианта: ручной, электрический и их комбинация. Когда маховик полностью находится под напряжением, либо тянут ручной трос, либо соленоид используется для включения стартера.[14]

Газотурбинные двигатели

Запуск газотурбинного двигателя требует вращения компрессор до скорости, обеспечивающей достаточное количество сжатого воздуха для 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

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

Малые газотурбинные двигатели, особенно турбовальный двигатели, используемые в вертолетах и крылатая ракета турбореактивные двигатели может быть запущен с помощью редуктора гидравлический мотор используя давление масла из наземного источника питания.[18]

Воздушный старт

Основная статья: Система воздушного пуска
Вид в разрезе пневматического двигателя General Electric J79 турбореактивный

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

Сжатый воздух может подаваться от бортовой вспомогательный блок питания (ВСУ), переносной газогенератор используется наземной командой или перекрестным кормлением стравить воздух от работающего двигателя в случае многомоторного самолета.[19]

В Turbomeca Palouste газогенератор использовался для запуска Spey двигатели Блэкберн Буканьер. В de Havilland Sea Vixen был оборудован собственным Palouste в съемном контейнере под крылом для облегчения запуска при удалении от базы.[20] Другие типы военных самолетов, использующие сжатый воздух с земли для запуска, включают: Lockheed F-104 Истребитель и варианты F-4 Фантом с использованием General Electric J79 турбореактивный двигатель.

Стартеры горения

AVPIN стартер

Версии Роллс-Ройс Эйвон турбореактивный двигатель использовал стартер турбины с редуктором, который сгорел изопропилнитрат как топливо. На военной службе это монотопливо имел НАТО обозначение С-746 АВПИН. Для запуска отмеренное количество топлива вводилось в камеру сгорания стартера, затем зажигалось электрически, горячие газы вращали турбину на высоких оборотах, а выхлопные газы выходили за борт.[21]

Стартовый картридж

Массовый запуск картриджа Хоукер Си Хок самолет
Основная статья: Стартер двигателя Коффмана

По принципу действия аналогичен стартеру Коффмана поршневого двигателя, патрон взрывчатого вещества приводит в действие небольшой газотурбинный двигатель, соединенный шестернями с валом компрессора.[22]

Стартер топливной / воздушной турбины (APU)

Основная статья: Вспомогательный блок питания

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 для реактивного топлива (JFS), воздушный пусковой агрегат (ASU) или газотурбинный компрессор. (GTC).[21]Эти устройства, состоящие из небольшой газовой турбины с электрическим запуском, обеспечивают сжатый воздух. стравить воздух для запуска двигателя и часто также обеспечивают электрическую и гидравлическую мощность для наземных операций без необходимости запуска основных двигателей.[23]В настоящее время блоки ASU используются в гражданской и военной наземной поддержке для обслуживания самолетов при запуске главного двигателя (MES) и пневматической поддержки отвода воздуха для охлаждения и нагрева системы экологического контроля (ECS).

Стартер двигателя внутреннего сгорания

Двухтактный стартер Riedel Юнкерс Юмо 004

Интересная особенность всех трех проектов немецких реактивных двигателей, которые производились до мая 1945 года: немецкий BMW 003, Юнкерс Юмо 004 и Heinkel HeS 011 осевой поток турбореактивный В конструкции двигателя была система стартера, которая состояла из Ридель 10 л.с. (7,5 кВт) плоский близнец двухтактный двигатель с воздушным охлаждением, спрятанный во впускном патрубке, по сути служил новаторским примером вспомогательный блок питания (APU) для запуска реактивного двигателя - для Jumo 004 отверстие в крайней передней части впускного переключателя содержало D-образную ручную ручку, которая запускала поршневой двигатель, который, в свою очередь, вращал компрессор. Две маленькие бензиновые /масляная смесь баки устанавливались в кольцевой заборник.[24]В Локхид SR-71 Блэкберд использовал два Buick Nailheads в качестве стартера двигатели, которые были установлены на тележке. Позже стали применяться двигатели большой блочной конструкции.

Перезапуск в полете

Газотурбинные двигатели могут отключаться в полете, преднамеренно экипажем для экономии топлива или во время летные испытания или непреднамеренно из-за топливное голодание или же пламя после остановка компрессора.

Достаточный скорость полета используется для «ветряной мельницы» компрессора, после чего включаются топливо и зажигание, бортовая вспомогательная силовая установка может использоваться при высокой высоты где плотность воздуха ниже.[16]

Во время подъема с увеличением Локхид NF-104A реактивный двигатель был остановлен при наборе высоты 85 000 футов (26 000 м) и был запущен с помощью мельничный метод при спуске по более плотному воздуху.[25]

Пуск импульсной струи

Основные статьи: Импульсный реактивный двигатель и Аргус Ас 014
Разрезанный двигатель AS 014 на выставке Лондонский музей науки

Импульсные реактивные двигатели - необычные силовые установки самолетов. Тем не менее Argus As 014 используется для питания Летающая бомба Фау-1 и Fieseler Fi 103R Reichenberg примечательным исключением: в этой импульсной струе три воздушных сопла в передней части были подключены к внешнему источнику воздуха высокого давления, бутан от внешнего источника использовался для запуска, зажигание осуществлялось от свеча зажигания расположен за системой заслонок, электричество в вилку подается 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]

Рекомендации

Примечания
  1. ^ Том 1988, стр. 166.
  2. ^ Ламсден 2003, стр. 40.
  3. ^ а б c Ганстон 2006, стр. 86.
  4. ^ Том 1988, стр. 202.
  5. ^ Харди 1982, стр. 174.
  6. ^ а б Ганстон 2006, стр. 87.
  7. ^ Том 1988, стр. 167.
  8. ^ Ганстон 2006, стр. 89.
  9. ^ Ганстон 2006, стр. 85.
  10. ^ Том 1988, стр. 165.
  11. ^ Gunston 2006, стр. 87–88.
  12. ^ Руббра 1990, стр. 40.
  13. ^ Уильямс 1975, стр. 59.
  14. ^ FAA 1976, стр. 263.
  15. ^ а б FAA 1976, стр. 270.
  16. ^ а б Стюарт 1986, стр. 33.
  17. ^ FAA 1976, стр. 271–272.
  18. ^ Ганстон 1997, стр. 82.
  19. ^ FAA 1976, стр. 277.
  20. ^ Flightglobal архив - 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. ^ Ганстон 1997, стр. 141.
  25. ^ Боумен 2000, стр. 173.
  26. ^ а б Джейн 1998, стр. 284.
Библиография
  • Боуман, Мартин В. Lockheed F-104 Истребитель. Рамсбери, Мальборо, Уилтшир, Великобритания: Crowood Press Ltd., 2000. ISBN  1-86126-314-7.
  • Федеральная авиационная администрация, Справочник по механике планера и силовой установки Силовая установка Министерство транспорта США, Джеппесен Сандерсон, 1976 г.
  • Ганстон, Билл. Разработка поршневых авиационных двигателей. Кембридж, Англия. Патрик Стивенс Лимитед, 2006 г. ISBN  0-7509-4478-1
  • Ганстон, Билл. Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей. Кембридж, Англия. Патрик Стивенс Лимитед, 1997 год. 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 г. ISBN  0-517-67964-7
  • Ламсден, Алек. Британские поршневые двигатели и их самолеты. Мальборо, Уилтшир: Эйрлайф Паблишинг, 2003. ISBN  1-85310-294-6.
  • Руббра А.А.. Rolls-Royce Piston Aero Engines - вспоминает дизайнер: Историческая серия no 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. Руководство воздушного пилота 4-Самолет-Техника. Шрусбери, Шропшир, Англия. Эйрлайф Паблишинг Лтд, 1988 г. ISBN  1-85310-017-X
  • Уильямс, Нил. Высший пилотаж, Шрусбери, Англия: Эйрлайф Паблишинг Лтд., 1975 г. ISBN  0 9504543 03