Zjawisko przepięć silników lotniczych

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Przepięcia to niezwykle nieprzyjemne zjawisko, które może doprowadzić do całkowitego zniszczenia silnika i śmierci ludzi. Wszedł w nasze życie wraz z erą samolotów odrzutowych, która rozpoczęła się w latach 50. i 60. ubiegłego wieku. Teraz to zjawisko nie stanowi już absolutnie śmiertelnego niebezpieczeństwa. Dzięki zgromadzonym doświadczeniom i rozwiązaniom technicznym można w wielu przypadkach zapobiec przepięciom silników lotniczych, ale naruszenie to ma miejsce do dziś.

Silniki liniowców pasażerskich

Wbrew powszechnemu przekonaniu, nowoczesne liniowce pasażerskie to tylko 20-30 procent samolotów odrzutowych. Tyle ciągu daje reaktywny element nowoczesnego silnika turbośmigłowego. Pozostałe 70-80 procent uzyskuje się z ciągu starego dobrego śmigła obracanego przez turbinę. To prawda, że śmigło to zupełnie różni się od klasycznych śmigieł lotniczych poprzednich generacji samolotów. Aby zrozumieć zjawisko przepięć silników lotniczych, konieczne jest przynajmniej minimalne zrozumienie budowy współczesnego silnika lotniczego. Schemat silnika pokazano na zdjęciu.

Zasada działania silnika lotniczego

Nowoczesny silnik, zwykle zawieszony pod skrzydłem w pięknej owiewce gondoli silnika, jest strukturalnie układem dwuobwodowym. Obwód zewnętrzny to wentylator, który właściwie działa na zasadzie klasycznego śmigła lotniczego i jest połączeniem wielu łopatek, które są doskonale widoczne z przodu każdego nowoczesnego samolotu. Drugim zadaniem tego wentylatora jest pobieranie powietrza do wewnętrznego obwodu silnika. Ta ostatnia jest znacznie bardziej skomplikowana i reprezentuje następujący łańcuch współdziałających ze sobą jednostek: wspomniany już wentylator pompuje powietrze do sprężarki, która spręża je do wymaganych wartości, następnie ogrzane i sprężone powietrze trafia do komory spalania, gdzie miesza się z naftą lotniczą i zapalnikami.

Wychodzące gazy (produkty spalania) obracają łopatki turbiny, która obraca wentylator (są na tym samym wale), po czym reszta spalin jest wyrzucana przez dyszę i dodaje ciąg, działając na zasada odrzutowca. Jeśli usuniesz kontur zewnętrzny, otrzymasz silnik czysto odrzutowy, a więc jest to turbośmigłowy. No lub turbofan - jak lubisz bardziej.

Oczywiście ten opis działania silnika jest niezwykle uproszczony. Silnik lotniczy to najbardziej złożony system techniczny. Chociaż na świecie jest wiele krajów, które mogą projektować i produkować samoloty, znacznie mniej krajów dysponuje technologią do projektowania i produkcji turbośmigłowych.

Zjawisko przepięcia

Samo słowo pompage pochodzi z francuskiego i oznacza „pompowanie”, „pompowanie”. Jego istotą jest naruszenie normalnego przepływu powietrza w silniku. Jego drgania wzdłużne zachodzą na całej ścieżce powietrza, powodując nierównowagę w stosunku powietrza do paliwa w komorze spalania. Jeśli brak równowagi jest na korzyść paliwa, nadmiernie wzbogacona mieszanka eksploduje; jeśli brak równowagi jest na korzyść powietrza, spalanie ustaje.

Na zewnątrz skok silnika samolotu wygląda jak łańcuch eksplozji, któremu towarzyszą silne wibracje i wyrzut płomienia z dyszy. Sekwencję zdarzeń w tym procesie można sobie wyobrazić w następujący sposób: brak powietrza, nadmiar paliwa w komorze spalania, wybuch w komorze spalania, gwałtowne przyspieszenie turbiny, gwałtowny skok prędkości wentylatora, nadmiar powietrze, ustanie spalania, spadek prędkości, znowu brak powietrza. Cykl jest zakończony.

Jeśli wszystkie te zdarzenia powtarzają się wielokrotnie, wibracje i lokalne zjawiska wybuchowe mogą prowadzić do bardzo smutnych konsekwencji, w tym katastrofy samolotu odrzutowego.

Powody

Przyczyny gwałtownego skoku silnika samolotu mogą być różne. Najczęstsze to uszkodzenie łopatek turbiny spowodowane zużyciem lub przedostaniem się ciała obcego do wlotu powietrza. Na przykład ptak lub kamień z pasa startowego. Może to być również spowodowane błędami załogi, przepełnieniem przy rozruchu, pracą silnika na ekstremalnych limitach oraz zjawiskami atmosferycznymi, takimi jak trąba powietrzna lub nadmiernaniskie ciśnienie w czasie upałów.

Jak zapobiegać i eliminować przepięcia

Nowoczesne silniki mają czujniki zainstalowane w drogach oddechowych. Na podstawie odczytów czujników, wbudowana automatyka natychmiast dokonuje zmian trybu podawania paliwa i parametrów sprężarki. W samym silniku zamiast jednego, dwóch, a nawet trzech wałów zastosowano w celu zapewnienia jego stabilnej pracy w przypadku wystąpienia zjawisk udarowych, rozłączając bezpośrednie połączenie pomiędzy wentylatorem a turbiną.

Skok turbiny, jeśli występuje w locie poziomym, jest eliminowany poprzez chwilowe wyłączenie silnika lub zmniejszenie jego prędkości, po czym możliwe jest przeprowadzenie tzw. wydmuchać nadmiar paliwa z komory spalania nadciągającym strumieniem powietrza.

Najbardziej niebezpieczną rzeczą jest gwałtowny wzrost przy starcie, kiedy mija się punkt decyzyjny. Jednak nowoczesne samoloty są w stanie kontynuować start nawet z jednym niesprawnym silnikiem.