Nastartování leteckého motoru - Aircraft engine starting

Nastartování leteckého motoru
Defense.gov News Photo 120306-F-KN424-910 - Letec 1. třídy Kwann Peters odešel a starší letec Bryan Turner oba s 20. jednotkou údržby letadel odpojili hadici letadla od a.jpg
Pozemní personál odpojil vzduchovou startovací hadici od a Boeing B-52 Stratofortress

Mnoho variací nastartování leteckého motoru byly používány od Bratři Wrightové uskutečnili svůj první motorový let v roce 1903. Použité metody byly navrženy pro snížení hmotnosti, jednoduchost ovládání a spolehlivost. Časné pístové motory byly spouštěny ručně, přičemž mezi válkami se vyvíjely ruční převodové systémy, elektrické a nábojové systémy pro větší motory.

Plynová turbína letecké motory jako např proudové motory, turbohřídele a turboventilátory často používají vzduchové / pneumatické spouštění s použitím krvácet vzduch z vestavěného pomocné energetické jednotky (APU) nebo kompresory externího vzduchu jsou nyní považovány za běžnou spouštěcí metodu. Pomocí APU (nebo vzdáleného kompresoru) je často potřeba nastartovat pouze jeden motor. Po nastartování prvního motoru pomocí APU odvzdušněte vzduch s příčným krvácením z běžícího motoru lze použít ke spuštění zbývajících motorů.

Pístové motory

Ruční start / natáčení vrtule

Náčrt pozemní posádky z roku 1918, která dostávala instrukce po spuštění

Ruční startování leteckých pístových motorů natáčením vrtule je nejstarší a nejjednodušší metoda, absence jakéhokoli palubního spouštěcího systému poskytuje znatelnou úsporu hmotnosti. Umístění vrtule vzhledem k klikový hřídel je uspořádán tak, aby prošly písty motoru horní úvrať během kyvného zdvihu.

Protože systém zapalování je normálně uspořádán tak, aby produkují jiskry před horní úvratí existuje riziko zpětného rázu motoru během ručního startování, aby se tomuto problému zabránilo, je jedno ze dvou magnetů použitých v typickém systému zapalování leteckého motoru vybavenoimpulsní vazba ', toto pružinové zařízení zpožďuje jiskru až do horní úvrati a také zvyšuje rychlost otáčení magneto, aby vytvořilo silnější jiskru. Když motor vystřelí, impulsní spojka již nefunguje a je zapnuto druhé magneto.[1]Jak se letecké motory zvětšovaly kapacita (Během meziválečné výkyv vrtule pro jednu osobu se stal fyzicky obtížným, pozemní personál se spojil za ruce a stáhl se jako tým nebo použil plátěnou ponožku připevněnou přes jednu lopatku vrtule, přičemž ponožka měla na konci špičky vrtule délku lana.[2][3] Toto se liší od ručního „převrácení“ motoru s radiálním pístem, které se provádí za účelem uvolnění oleje, který se před spuštěním zachytil ve spodních válcích, aby nedošlo k poškození motoru. Ti dva vypadají podobně, ale zatímco ruční startování zahrnuje ostré, silné „vytrhnutí“ vrtule pro nastartování motoru, převrácení se jednoduše provádí otočením vrtule o určitou nastavenou hodnotu.

K nehodám došlo při startu osamělé ruky pilota, vysokém nastavení plynu, neaktivovaném brzdění nebo nepoužívání zakládacích klínů, což vše mělo za následek rozjezd letounu bez pilota u ovládacích prvků.[4] „Otáčení motoru“ se zapalováním a nechtěnými spínači v poloze „zapnuto“ může také způsobit zranění, protože při vystřelení svíčky může motor neočekávaně nastartovat. Pokud spínač není v počáteční poloze, dojde k jiskře dříve, než píst zasáhne horní úvrati, což může přinutit vrtule k prudkému zpětnému rázu.

Hucks startér

Hlavní článek: Hucks startér
The Sbírka Shuttleworth pracovní Hucks Starter umístěný s jejich Bristol F.2 Fighter

Startér Hucks (vynalezl Bentfield Hucks během první světové války) je mechanická náhrada pozemního personálu. Na základě podvozku vozidla zařízení používá a spojka hnaný hřídel pro otáčení vrtule, uvolnění při spuštění motoru. U firmy se pravidelně používá startér firmy Hucks Sbírka Shuttleworth pro startovní období letadla.[3]

Zatáhněte za kabel

Hlavní článek: Start zpětného rázu

Samonosné motorové kluzáky (často označovaná jako „turba“) jsou vybavena malými dvoutaktními motory bez startovacího systému, při zkoušce na zemi je šňůra ovinuta kolem osy vrtule a rychle tažena ve spojení s provozem dekompresor ventily. Tyto motory jsou spouštěny za letu provozováním dekompresoru a zvyšováním rychlost vzduchu větrný mlýn na vrtuli. Rané varianty Slingsby Falke motorový kluzák používá systém spouštění pomocí kokpitu.[5]

Elektrický startér

Hlavní článek: Startér (motor)
A Supermarine Spitfire v pohotovosti s a akumulátorový vozík připojeno

Letadlo začalo být vybaveno elektrickými systémy kolem roku 1930, napájeno baterií a malým větrem generátor. Systémy zpočátku nebyly dostatečně silné, aby poháněly startovací motory. Problém vyřešilo zavedení motorem poháněných generátorů.[6]

Zavedení elektrických startovacích motorů pro letecké motory zvýšilo pohodlí na úkor extra hmotnosti a složitosti. Byly nezbytností pro létající čluny s vysoko namontovanými, nepřístupnými motory. Startér je napájen palubní baterií, zemním elektrickým napájením nebo oběma způsoby a je ovládán klíčem nebo spínačem v kokpitu. Klíčový systém obvykle usnadňuje přepínání magnet.[6][7]

V chladném prostředí je tření způsobeno viskózní motorový olej způsobuje vysoké zatížení spouštěcího systému. Dalším problémem je neochota paliva odpařovat se a spalovat při nízkých teplotách. Byly vyvinuty systémy ředění oleje (směšování paliva s motorovým olejem),[8] a byly použity předehřívače motoru (včetně zapalování ohně pod motorem). The Ki-Gass Ke spuštění britských motorů byl použit systém plnicího čerpadla.[9]

Letadlo vybavené stavitelné vrtule nebo vrtule s konstantní rychlostí jsou spuštěny v jemném stoupání, aby se snížilo zatížení vzduchu a proud v obvodu spouštěcího motoru.[Citace je zapotřebí ]

Mnoho lehkých letadel je v kokpitu vybaveno výstražným světlem „spouštěč zapojen“, což je povinný požadavek letové způsobilosti, aby se zabránilo riziku, že se motor startéru neodpojí od motoru.[10]

Coffman startér

Hlavní článek: Coffmanův startér motoru

Coffmanovým startérem bylo zařízení ovládané výbušnou patronou, přičemž hořící plyny působily buď přímo v válce otáčet motorem nebo pracovat přes převodovku. Poprvé představeno na Junkers Jumo 205 vznětový motor v roce 1936 nebyl Coffmanův startér široce používán civilní operátoři kvůli nákladům na kazety.[11]

Pneumatický startér

V roce 1920 Roy Fedden navrhl plynový spouštěcí systém pístového motoru, který se používal na Bristol Jupiter motor do roku 1922.[3] Systém používaný na začátku Rolls-Royce Kestrel motory odváděly vysokotlaký vzduch z pozemní jednotky přes a vačková hřídel poháněný rozdělovač do válců pomocí zpětné ventily měl systém nevýhody, které byly překonány přechodem na elektrické spouštění.[12]

Za letu

Pokud je třeba za letu nastartovat pístový motor, lze použít elektrický startér. Toto je normální postup pro motorové kluzáky které stoupaly s vypnutým motorem. Během akrobacie s dřívějšími typy letadel nebylo neobvyklé, že motor během manévrů z důvodu karburátor design. Bez nainstalovaného elektrického startéru lze motory restartovat ponořením do letadla, aby se zvýšila rychlost letu a rychlost otáčení vrtule „větrného mlýna“.[13]

Startér setrvačnosti

Startér setrvačnosti leteckého motoru používá předotočený setrvačník převést Kinetická energie k klikovému hřídeli, obvykle přes redukční převody a a spojka aby se zabránilo podmínkám přetížení. Byly použity tři varianty, ručně poháněné, elektricky poháněné a kombinace obou. Když je setrvačník plně pod napětím, je tažen ruční kabel nebo a solenoid slouží k zapnutí startéru.[14]

Motory s plynovou turbínou

Spuštění motoru s plynovou turbínou vyžaduje otáčení motoru kompresor na rychlost, která poskytuje dostatek stlačeného vzduchu k spalovací komory. Startovací systém musí překonat setrvačnost kompresoru a třecí zatížení, systém zůstane v provozu i po spuštění spalování a vypne se, jakmile motor dosáhne volnoběžných otáček.[15][16]

Elektrický startér

Hlavní článek: Startér (motor)

Lze použít dva typy elektrického spouštěcího motoru, přímé spouštění (pro odpojení jako spalovací motory) a systém spouštěče a generátoru (trvale zapnutý).[17]

Hydraulický startér

Zejména malé motory s plynovou turbínou turboshaft motory používané ve vrtulnících a řízená střela proudové motory může být spuštěna převodovým stupněm hydraulický motor pomocí tlaku oleje ze zemního zdroje.[18]

Spuštění vzduchem

Hlavní článek: Systém startování vzduchem
Pohled v řezu na vzduchový startovací motor a General Electric J79 proudový

U systémů spouštění vzduchem se cívky kompresoru motoru s plynovou turbínou otáčejí působením velkého množství stlačeného vzduchu působícího přímo na lopatky kompresoru nebo hnaným motorem malým ozubeným kolem turbína motor. Tyto motory mohou vážit až o 75% méně než ekvivalentní elektrický systém.[15]

Stlačený vzduch lze přivádět z palubní jednotky pomocná napájecí jednotka (APU), přenosný generátor plynu používané pozemní posádkou nebo křížovým krmením krvácet vzduch z běžícího motoru v případě vícemotorových letadel.[19]

The Turbomeca Palouste ke spuštění motoru byl použit generátor plynu Spey motory Blackburn Buccaneer. The de Havilland Sea Vixen byl vybaven vlastním Palouste ve vyjímatelném kontejneru pro spodní křídlo, který usnadňoval start, když byl pryč od základny.[20] Mezi další typy vojenských letadel, které pro start používají stlačený vzduch dodávaný ze země, patří Lockheed F-104 Starfighter a varianty F-4 Phantom za použití General Electric J79 proudový motor.

Spouštěče spalování

Startér AVPIN

Verze Rolls-Royce Avon proudový motor používal spalovací motor s převodovkou, který hořel isopropyl nitrát jako palivo. Ve vojenské službě toto jednopalivo měl NATO označení S-746 AVPIN. Pro spuštění bylo do startovací spalovací komory přivedeno měřené množství paliva, které bylo následně elektricky zapáleno, horké plyny otáčející turbínu při vysokých otáčkách s výfukem vystupujícím přes palubu.[21]

Startér kazety

Hromadný start kazety z Hawker Sea Hawk letadlo
Hlavní článek: Coffmanův startér motoru

Podobně jako u principu spouštěče Coffman s pístovým motorem, výbušná patrona pohání malý turbínový motor, který je spojen pomocí ozubených kol s hřídelí kompresoru.[22]

Spouštěč palivové / vzduchové turbíny (APU)

Hlavní článek: Pomocná napájecí jednotka

Vyvinuty pro dopravní letadla na krátké vzdálenosti, většinu civilních a vojenských letadel vyžadujících samostatné startovací systémy, jsou tyto jednotky známy pod různými názvy, včetně Auxiliary Power Unit (APU), Jet Fuel Starter (JFS), Air Start Unit (ASU) nebo Gas Turbine Compressor (VOP).[21]Zahrnující malou plynovou turbínu, která je elektricky spouštěna, tato zařízení poskytují stlačený vzduch krvácet vzduch pro spouštění motorů a často také poskytují elektrickou a hydraulickou energii pro pozemní operace bez nutnosti provozu hlavních motorů.[23]ASU se dnes v civilní a vojenské pozemní podpoře používají k provozu letadel při startu hlavního motoru (MES) a pneumatické odvzdušnění pro chlazení a vytápění systému řízení prostředí (ECS).

Startér spalovacího motoru

Riedel dvoutaktní spouštěč motoru Junkers Jumo 004

Zajímavostí všech tří německých konstrukcí proudových motorů, které před květnem 1945 prošly výrobou jakéhokoli druhu: německou BMW 003, Junkers Jumo 004 a Heinkel HeS 011 axiální tok proudový konstrukce motoru byl spouštěcí systém, který sestával z a Riedel 10 hp (7,5 kW) ploché dvojče dvoudobý vzduchem chlazený motor skrytý v sání a v zásadě fungoval jako průkopnický příklad AN pomocná napájecí jednotka (APU) pro nastartování tryskového motoru - u modelu Jumo 004 obsahovala díra v extrémním nose nasávacího odklonu ruční táhlo ve tvaru písmene D, které nastartovalo pístový motor, který následně otáčel kompresorem. Dva malé benziny /olejová směs do prstencového sání byly namontovány nádrže.[24]The Lockheed SR-71 Blackbird použity dva Buick Nailheads jako spouštěcí motory, které byly namontovány na vozíku. Později byly použity velké blokové motory Chevy.

Restartování za letu

Motory s plynovou turbínou mohou být vypnuty za letu záměrně posádkou kvůli úspoře paliva nebo během letový test nebo neúmyslně kvůli hladovění paliva nebo plamen po stání kompresoru.

Dostatečný rychlost vzduchu se používá k „větrnému mlýnu“ kompresoru, poté se zapne palivo a zapalování, může být při vysoké rychlosti použita palubní pomocná jednotka nadmořské výšky kde je hustota vzduchu nižší.[16]

Během zoomu stoupání operace Lockheed NF-104A proudový motor byl vypnut při stoupání přes 85 000 stop (26 000 m) a byl spuštěn pomocí metoda větrného mlýna při sestupu hustším vzduchem.[25]

Spouštění pulzním paprskem

Hlavní články: Pulzní tryskový motor a Argus As 014
Dělený motor AS 014 na displeji u London Science Museum

Pulzní proudové motory jsou neobvyklé letecké elektrárny. Nicméně Argus As 014 slouží k napájení V-1 létající bomba a Fieseler Fi 103R Reichenberg V tomto pulzním paprsku byly tři vzduchové trysky v přední části připojeny k vnějšímu zdroji vysokotlakého vzduchu, butan ke spuštění byl použit externí zdroj, zapalování bylo provedeno a zapalovací svíčka umístěný za uzavíracím systémem, elektřina do zástrčky je dodávána z přenosné spouštěcí jednotky.[26]

Jakmile motor nastartoval a teplota vzrostla na minimální provozní úroveň, byla odstraněna hadice externího vzduchu a konektory a rezonanční konstrukce výfukového potrubí udržovala střelbu pulzním paprskem. Každý cyklus nebo puls motoru začal otevřenými uzávěry; za nimi bylo vstřikováno a zapáleno palivo a výsledná expanze plynů nutila uzávěry zavřít. Když tlak v motoru po spalování poklesl, uzávěry se znovu otevřely a cyklus se opakoval, zhruba 40 až 45krát za sekundu. Elektrický zapalovací systém byl použit pouze ke spuštění motoru; zahřívání výfukového pláště udržovalo spalování.[26]

Reference

Poznámky
  1. ^ Thom 1988, str. 166.
  2. ^ Lumsden 2003, s. 40.
  3. ^ A b C Gunston 2006, s. 86.
  4. ^ Thom 1988, str. 202.
  5. ^ Hardy 1982, str. 174.
  6. ^ A b Gunston 2006, s. 87.
  7. ^ Thom 1988, str. 167.
  8. ^ Gunston 2006, s. 89.
  9. ^ Gunston 2006, s. 85.
  10. ^ Thom 1988, str. 165.
  11. ^ Gunston 2006, s. 87–88.
  12. ^ Rubbra 1990, s. 40.
  13. ^ Williams 1975, str. 59.
  14. ^ FAA 1976, s. 263.
  15. ^ A b FAA 1976, s. 270.
  16. ^ A b Stewart 1986, s. 33.
  17. ^ FAA 1976, s. 271–272.
  18. ^ Gunston 1997, s. 82.
  19. ^ FAA 1976, s. 277.
  20. ^ Archiv Flightglobal - Let, Březen 1965 Citováno: 15. srpna 2012
  21. ^ A b Gunston 1997, s. 81.
  22. ^ FAA 1976, s. 281.
  23. ^ FAA 1976, s. 283.
  24. ^ Gunston 1997, s. 141.
  25. ^ Bowman 2000, s. 173.
  26. ^ A b Jane's 1998, str. 284.
Bibliografie
  • Bowman, Martin W. Lockheed F-104 Starfighter. Ramsbury, Marlborough, Wiltshire, Velká Británie: Crowood Press Ltd., 2000. ISBN  1-86126-314-7.
  • Federální letecká správa, Příručka k pohonné jednotce draků a pohonných jednotek Americké ministerstvo dopravy, Jeppesen Sanderson, 1976.
  • Gunston, Bille. Vývoj pístových leteckých motorů. Cambridge, Anglie. Patrick Stephens Limited, 2006. ISBN  0-7509-4478-1
  • Gunston, Bille. Vývoj proudových a turbínových leteckých motorů. Cambridge, Anglie. Patrick Stephens Limited, 1997. ISBN  1-85260-586-3
  • Hardy, Michaele. Kluzáky a kluzáky světa. London: Ian Allan, 1982. ISBN  0-7110-1152-4.
  • Jane's Fighting Aircraft of World War II. Londýn. Studio Editions Ltd, 1998. ISBN  0-517-67964-7
  • Lumsden, Aleku. Britské pístové motory a jejich letadla. Marlborough, Wiltshire: Airlife Publishing, 2003. ISBN  1-85310-294-6.
  • Rubbra, A.A.. Pístní aero motory Rolls-Royce - návrhář si pamatuje: Historická řada č. 16 : Rolls Royce Heritage Trust, 1990. ISBN  1-87292-200-7
  • Stewart, Stanley. Létání velkými tryskami. Shrewsbury, Anglie. Airlife Publishing Ltd, 1986. ISBN  0 906393 69 8
  • Thom, Trevor. Příručka leteckého pilota 4 - Letadlo-technický. Shrewsbury, Shropshire, Anglie. Airlife Publishing Ltd, 1988. ISBN  1-85310-017-X
  • Williams, Neil. Letecká akrobacie, Shrewsbury, Anglie: Airlife Publishing Ltd., 1975 ISBN  0 9504543 03