X
تبلیغات
رایتل

Aviation Technology

تکنولوژی هوایی

استارت در موتورهای جت

نحوه استارت در موتورهای جت


برای استارت زدن یک موتور جت دو سیستم مجزا باید فراهم باشد. اول آنکه شرایطی باید فراهم شود که کمپرسور و توربین به سرعتی برسند که هوای کافی را به محفظه احتراق بفرستند و در آنجا با سوخت مخلوط شوند. دوم تمهیداتی برای احتراق مخلوط هوا سوخت در محفظه احتراق. هنگام استارت زدن موتور جت این دو سیستم باید همزمان با هم عمل کنند, و در عین حال در عمل مسقل از دیگری باشند. چراکه گاهی نیاز داریم تا جهت انجام تعمیرات, موتور را به گردش در بیاوریم بدون آنکه ignition داشته باشیم و یا در پرواز و در شرایطی که موتور خاموش شده سیستم احتراق باید بتواند مستقلا عمل relight را انجام دهد.

به هنگام استارت زدن این دو سیستم کاملا هماهنگ هم عمل میکنند و توسط یک مدار الکتریکی کنترل می شوند.


انواع روش های استارت زدن


روش استارت زدن برای تمامی موتورهای جت بر یک اصل استوار است ولی از راه های گوناگونی حاصل میشود. نوع منبعی که توان اولیه را برای استارت موتور تامین میکند بسته به نوع موتور و شرایط و نوع هواپیما متغیر است. برخی از انرژی الکتریکی استفاده میکنند, بعضی از گاز, هوا, و یا فشار هیدرولیک. برای مثال موتور یک هواپیمای نظامی باید در حداقل زمان ممکن روشن شود و در عین حال به سیستم خارجی و کمکی وابسته نباشد. موتور هواپیمای های مسافربری باید طوری روشن شود که کمترین مزاحمت را برای مسافرین داشته باشد و همچنین جوانب اقتصادی مسئله از قبیل صرفه جویی در سوخت و ... هم مد نظر قرار گیرد.

موتور استارتر هواپیما باید از قدرت کافی برخوردار باشد و بتواند یک گشتاور کافی را جهت به گردش درآوردن اجزائ گردنده موتور( کمپرسور فشار بالا) فراهم کند و یک شتاب یکنواختی را به آن بدهد و آن را از حالت سکون به سرعتی برساند که توربین بتواند موتور را در حالت فعال نگه دارد ( بادمان باشد توربین وظیفه اش گرفتن انرژی از گازهای خروجی است و از طریق شفتی که توربین را به کمپرسور متصل میکند سبب گردش آن میشود)


1- استارت الکتریکی:


این روش در موتورهای توربوپراپ و توروجت استفاده میشود. معمولا استارتر یک موتور DC است که از طریق جهبه دنده کاهنده (Reduction Gear) و کلاچ به موتور متصل است تا بتوان بعد از آنکه موتور به سرعت مورد نظر خود رسید از استارتر جدا شود.

منبع انرژی الکتریکی میتواند High Voltage یا Low Voltage باشد و از طریق رله ها و مقاومت هایی که در مدار طراحی شده عبور میکند تا ولتاژ متناسب با افزایش سرعت استارتر افزایش یابد. همچنین این منبع انرژی مورد نیاز سیستم احتراق را نیز فراهم میکند. انرژی الکتریکی بصورت خودکار بعد از آنکه موتور با موفقیت استارت خورد و Time Cycle خود را طی کرد قطع میشود.


2- کاتریج:


این روش گاهی اوقات در هواپیماهای نظامی استفاده میشود و از مزایای آن میتوان به سریع بودن و مستقل بودن آن اشاره کرد. در این روش موتور استارتر در واقع یک توربین از نوع Impulse است که توسط گازهای پر سرعتی که حاصل سوختن این کاتریج است به گردش در می آید. توان خروجی توربین از طریق Reduction Gear موتور را به گردش در می آورد. مجددا یک سیستم قطع خودکار استارتر را از موتور جدا میکند. سوختن مواد محترقه داخل کاتریج توسط یک چاشنی الکتریکی انجام میگید.


3- Iso-propyl-nitrate:


از ویژگی های این روش میتوان به پر توان بودن و سریع بودن آن اشاره کرد.در روش نیز استارتر از یک توربین بهره میبرد که انرژی کسب شده را از طریق یک Reduction Gear به موتور منتقل میکند. در این روش توربین در اثر گازهای ناشی از احتراق Iso-propyl-nitrate به گردش در می آید. این ماده در اصطلاح از نوع سوخت های mono fuel است که برای سوختن به هوا نیاز ندارند. این سوخت به داخل محفظه احتراقی که در داخل این استارتر تعبیه شده پاشیده میشود و به کمک یک سیستم الکتریکی محترق میشود. یک پمپ وظیفه انتقال سوخت را از منبع به داخل محفظه احتراق برعهده دارد. قبل از هر استارت یک پمپ هوا دود باقیمانده در محفظه احتراق را تخلیه میکند. تمام مراحل عملیاتی این سیستم توسط یک مدار الکتریکی کنترل میشود.


4-استارت هیدرولیکی


برای استارت موتورهای جت کوچک استفاده می شود. بیشتر یکی از پمپ های هیدرولیک متصل به موتور برای این منظور بکار میرود و به آن Starter/Pump میگویند. روش ارسال گشتاور به موتور در موتورهای گوناگون متفاوت است ولی وجود Reduction Gear و Clutch در غالب مدل ها مشترک است. نیروی ابتدایی که باعث گردش پمپ هیدرولیک میشود از یک منبع زمینی تامین میشود.


5- Air Start :


این نوع از استارتر ها متداولترین نوع در بین هواپیماهای تجاری هستند. از مزایای آنها سبک بودن, با صرفه بودن و نحوه استفاده راحت از انها است. این نوع استارتر در قسمت accessory به موتور متصل است و از چند منبع به شرح زیر هوای مورد نیاز خود را میگیرد:

A.P.U

Ground Power Unit

Cross Bleed Start, به این معنی که اگر یک موتور روشن داشته باشیم میتوانیم بخشی از هوای عبوری از کمپرسور آن موتور را برای استارت زدن موتور خاموش بگیریم. (به گرفتن هوا از کمپرسور موتور ها Bleed می گویند)

هوا از طریق یکی از همین منایعی که ذکر شد به دریچه استارت میرود(Start Valve) و در آنجا پس از به گردش درآوردن توربین به خارج منتقل می شود. توربین از طریق یک Reduction Gear و بوسیله Sprag Clutch Ratchet شفت موتور را می گرداند. Ignition (تولید جرقه برای احتراق مخلوط هوا سوخت) بصورت خودکار همزمان با شروع گردش موتور آغاز می شود. ( ممکن است عمل Ignition لحظاتی پس از شروع گردش موتور و همزمان با ورود سوخت به محفظه احتراق صورت گیرد) با ورود سوخت به داخل محفظه احتراق موتورشعله ایجاد میشود و در اصطلاح به آن Light Up می گویند که با افزایش E.G.T (دمای گازهای خروجی از توربین) و افزایش شتاب کاری موتور همراه است. در یک سرعت معینی, بالاتر از سرعت خود اتکایی موتور یا همان Self Sustained Speed , دریچه استارت (Start Valve) بسته می شود, Sprag Clutch Ratchet ارتباط بین استارتر و موتور را قطع می کند و موتور در دور Idle به کار خود ادامه میدهد و استارتر از حرکت باز می ایستد. Sprag Clutch Ratchet از این رو طراحی شده که موتور بعد از استارت خوردن, استارتر را با خود نگرداند و مانع از لطمه خوردن به آن شود.


چرخه استارت:


در اینجا یک چرخه نرمال را در استارت یک موتور جت بررسی میکنیم. در این مثال موتور از نوعTwin spool است. یعنی اینکه LP Compressor و HP Compressor با دو شفت مجزا به LP Turbine و HP Turbine متصل هستند, و لذا سرعت گردش کمپرسور ها از همدیگر تاثیر نمی پذیرند. همانطور که در سیستم زیر میبینید هر موتور برای خود یک starter مجزا دارد که از هوایی با حجم زیاد و فشار کم (که توسط APU , موتور هواپیما و یا تجهیزات زمینی تامین میشود) بهره میبرد.

در هنگام انجام استارت پارامترهای مهمی که باید به دقت تحت نظر باشند E.G.T و سرعت گردش کمپرسور فشار بالاست ( N2) چراکه این دو به ما نشان میدهند که آیا پروسه استارت به خوبی انجام میپذیرد با خیر؟

سایر پارامتر هایی که بر حسب شرایط ممکن است مهم باشند و به آنها نیاز داریم عبارتند از:


LP Rotation N1, Fuel Flow, Duct Pressure, start Valve Warning Light

 

هنگامی که مبادرت به استارت میکنیم, استارتر به گردش در می آید و باعث چرخش کمپرسور فشار بالا می شود, در لحظات اولیه Ignition و تزریق سوخت نداریم تا هنگامیکه سرعت کمپرسور به حد کافی بالا رود تا جریان هوای مورد نیاز در داخل محفظه احتراق برای انجام عمل احتراق به میزان مناسب برسد. هنگامی که RPM به اندازه تعیین شده رسید, سوخت و Ignition توسط سوئیچ فعال میشوند و سوئیچ تا پایان مرحله استارت باید فعال نگه داشته شود. Light Up شدن موتور با افزایش در EGT مشخص می شود و باید در مدت زمان مشخصی (حدودا 20 ثانیه) انجام پذیرد. افزایش اولیه EGT بدلیل وجود مقدار زیادی سوخت در محفظه احتراق زیاد است. پس از آن افزایش EGT یکنواخت خواهد بود. گازهای تولید شده در محفظه احتراق باعت حرکت توربین می شوند و کار استارتر آسانتر میشود و موتور شتاب میگیرد.

در این حال با افزایش دور کمپرسور و نزدیک شدن به دور Idle , سیستم کنترل سوخت Fuel Control Unit ( که گاهی از آن به عنوان قلب موتور یاد میشود چون وظیفه تنظیم سوخت ارسالی به موتور را دارد) مقدار جریان سوخت را افزایش می دهد. و سبب آن میشود که مخلوط هوا/سوخت rich شود (نسبت سوخت از هوا بیشتر شود) که این باعث دومین جهش در افزایش EGT خواهد شد. افزایش شتاب موتور باعث رسیدن آن به Self Sustained Speed می شود یعنی سرعتی که در آن موتور میتواند بدون کمک استارتر به کار خود ادامه دهد. البته در این سرعت استارتر قطع نمیشود و اجازه می دهیم تا موتور قدری بیشتر سرعت بگیرد و این امکان رسیدن آرام موتور را به دور Idle فراهم میکند. Self Sustained Speed حدودا 30% N2 است.

بعد از آنکه موتور به دور حداقل خود رسید و Ignition & Fuel Switch را رها میکنیم . دور Idle در موتورها حدود 60%N2 و 25%N1 است.


Blowout Cycle:


این حالت که آن Motoring Over هم میگویند, برای خارج کردن سوختی است که طی یک استارت ناموفق وارد موتور شده است. برای جلوگیری از Torching ( خروج شدید شعله از موتور جت که پدیده خطرناکی است) در موتورهای جت حتما باید سوخت باقیمانده در موتور خارج گردد. برای این منظور سیستم استارت موتورهای جت امکانی را فراهم میکند که طی آن استارتر بدون عمل سیستم احتراق موتور را میچخاند و سبب بیرون راندن سوخت میشود. در اغلب موتورهای پیشرفته امروزی, موتورها یک Duty Cycle سه تا پنج دقیقه ای دارند! این زمان نسبتا طولانی از آن جهت است که اگر نتونستیم موتوری را استارت بزنیم , سوئیچ مربوط به احتراق و سوخت را رها کرده و اجازه میدهیم استارتر به گردش موتور ادامه دهد تا سوخت از موتور خارج شود و سپس برای یک استارت مجدد اقدام میکنیم.


Relight System:


هرگاه در حین پرواز شعله در محفظه احتراق خاموش شود ( Flame out ), توسط سیستم Fuel/Ignition و بدون بکارگیری استارتر میتوانیم موتور هواپیما را روشن کنیم. در این شرایط چون کمپرسور توسط جریان هوا در حال چرخش است نیازی به استارتر نیست. در اصطلاح موتور windmill می شود یعنی جریان هوا موتور را می چرخاند. ( اکنون متوجه میشویم که چرا در آن عکس خلبان خواسته بود تا هواپیما رو به باد قرار گیرد) E.G.T و RPM دو فاکتوری هستند که به ما نشان میدهند آیا Relight با موفقیت انجام شده یا خیر؟ افزایش هرکدام به منزله موفق بودن relight است.


Hot Start:


تنها راه تشخیص بین Hot Start و Normal Start در این است که مقادیر E.G.T را در این دو حالت با هم مقایسه کنیم. در Hot Start درجه حرار گازهای خروجی از موتور بیش از حد زیاد میشود و از اینرو آسیب های جبران ناپذیری به توربین وارد میکند. گذشتن دمای گازهای خروجی از حد نرمال تنها ظرف چند ثانیه رخ میدهد و از اینرو باید در اولین فرصت سوئیچ Fuel/Ignition را در وضعیت خاموش قرار دهیم.

Hot Start زمانی رخ میدهد که نسبت سوخت از هوا بیشتر بوده و هوای کافی برای خنک کردن اجزائ داخلی موتور نداشته باشیم که این خود میتواند دلایل متعددی داشته باشد از جمله موقعیت نا صحیح قرارگیری Throttle (در حالت idle نباشند) و یا سرعت پایین موتور در لحظات ابتدایی استارت. دلیل دیگری که جالب است بدانیم داشتن باد پشت در استارت های دوم در طول روز میتواند باعث این معضل شوند چراکه باد پشت مانع از خروج گازهای داغ موتور شده و به افزایش E.G.T کمک میکند.

 

:Wet Start


هنگامی بوجود می آید که نتوانیم استارت موفقی داشته باشیم بطوریکه RPM به حد نرمال خود رسیده ولی EGT به اندازه کافی افزایش نداشته ست. در این حالت است که مقدار زیادی سوخت به داخل موتور پمپ شده بدون آنکه مصرف شده باشد و خطر Torching را به همراه دارد. اینجاست که باید از Motoring Over ) Blow Out ) استفاده کنیم تا سوخت انباشته شده را خارج کنیم.


Hung Start:


شرایطی است که در آن افزایش EGT بیش از آن مقداری است که RPM موتور به آن نیاز دارد ( نرخ افزایش EGT و RPM یکسان نیست) و موتور در سرعتی کمتر از Self Sustain speed قرار میگیرد. در این حالت EGT از مفدار مجاز بیشتر نمیشود ولیکن چون دور موتور برای آن مقدار EGT کافی نیست ادامه کار به موتور لطمه وارد میکند. از عمده دلایل این مشکل آلودگی کمپرسور و ناتوانی آن در تامین هوای مورد نیاز موتور است.

تاریخ ارسال: پنج‌شنبه 13 تیر‌ماه سال 1392 ساعت 10:49 | نویسنده: امیر سمعیی | چاپ مطلب 0 نظر