ورود و فشرده سازی در موتور جت

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: Tehran, Qeytariyeh

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 933

سپاس: 602

جنسیت:

تماس:

ورود و فشرده سازی در موتور جت

پست توسط rohamjpl »

ورودی هوا یکی از مهمترین قسمتهای موتور است و اهمیت آن حتی برای هواپیماهای تندرو بیشتر است. ورودی باید به گونه ای طراحی شود که حداقل اختلال در جریان ایجاد کند. علاوه بر این ، جریان به کمپرسور باید تا حد ممکن یکنواخت باشد تا تلفات فشار را به حداقل برساند و انرژی مفید را به حداکثر برساند. شکل و محل ورودی بستگی به طراحی هواپیما به طور کلی ، تعداد موتورها و غیره دارد.تصویر
انواع مصرف
در هواپیماهای جنگنده ، موتور معمولاً در بدنه هواپیما قرار دارد که در اطراف آن شکل گرفته تا ورودی ایجاد شود.
در هواپیماهای تجاری ، موتورها معمولاً در زیر بالها یا در کنار بدنه نصب می شوند. بنابراین ، ورودی بخشی جدایی ناپذیر از هر مجموعه موتور است و نیازی به تغییرات دیگر در بدنه یا بالها ندارد. در اولین هواپیماهای تجاری در اوایل دهه 50 ، De Havilland Comet ، موتورها در بالهای دو طرف بدنه ادغام شدند. این به دلیل دشواری در ادغام موتورهای جدیدتر (یعنی موتورهای بای پس زیاد) با قطرهای بسیار بزرگتر و پیچیدگی بیشتر نگهداری و جداسازی در مقایسه با طرح پیلون/سخت افزار فعلی ، بسیار طراحی اضافی است.
دریافتهای زیر صوتی و فراصوت
به طور کلی ، انواع زیر برای موتورهای جت قابل تشخیص است:
مصرف ساده (تک) جت رزمی. این ساده ترین شکل ورودی موتور یکپارچه در بدنه هواپیما و در عین حال کارآمدترین آن است که خط محور مرکزی موتور است.
مصرف جت جنگی دوگانه همانطور که در بالا نشان داده شده است ، از دو ورودی در طرف هواپیما یا در ریشه بالها تشکیل شده است. در هر دو حالت ، ورودی ها قبل از ورود هوا به موتور به هم می رسند.
مصرف صوتی برای بیشتر برنامه های تجاری ، سرعت هوا قبل از ورود این کمپرسور به طور معمول حدود 0.5 ماخ است. با توجه به این واقعیت که اکثر هواپیماهای مدرن با سرعتهای زیر صوتی بالا عمل می کنند ، میزان ورودی باید کمی تغییر کند.
مصرف مافوق صوت به همین دلیل ، میزان مصرف باید در ابتدا همگرا شود تا سرعت از مافوق صوت به حدود 1 ماخ کاهش یابد و سپس برای کاهش بیشتر سرعت به حدود 0.5 ماخ واگرا شود. ایجاد امواج شوک معمولی به دیواره های ورودی یکی از ساده ترین روش ها برای کند کردن آیرودینامیکی جریان است.
ورودی های متغیر اینها را می توان از طریق استفاده از سطوح ورودی متحرک یا ایجاد موج شوک مایل و مایل در ورودی پیاده سازی کرد. ورودی های متغیر از نظر مکانیکی پیچیده تر و سنگین تر از ورودی های ساده مافوق صوت هستند. هر دو هواپیمای مافوق صوت تجاری که حتی تولید شده بود ، Concorde و Tu-144 ، دارای ورودی های شیب دار متغیر بودند.
ورودی های توربوپراپ اینها در اصل بسیار ساده هستند اما به دلیل وجود پروانه شکل های متفاوتی دارند. دو ترتیب مشترک در زیر نشان داده شده است.
ورودی های توربوپراپ
در موارد خاص ، ممکن است از فیلترهای ورودی برای کاهش احتمال آسیب به اجسام خارجی (FOD) استفاده شود. با این حال ، شایان ذکر است که استفاده از فیلترها باعث کاهش فشار در ورودی می شود و اغلب به تشکیل یخ بسیار حساس هستند. فرسودگی بیش از حد فیلتر و تعمیر و نگهداری نامناسب می تواند منجر به آسیب عمده کمپرسور شود و اضافه شدن آنها ، از جمله هر مکانیسم کنترلی ، باعث افزایش وزن می شود که توجیه آن در اکثر موارد دشوار است.
به همین دلایل ، استفاده از فیلترها برای هواپیماهای رزمی محدود است ، زیرا ورودی آنها اغلب به زمین نزدیکتر است. در صورت نصب ، فیلترها در هنگام تاکسی سواری ، در موارد خاص هنگام برخاستن و هنگام پرواز در مناطقی که احتمال FOD وجود دارد (یعنی به دلیل گله پرندگان و غیره) استفاده می شود.
انواع کمپرسور
فشرده سازی هوا در موتور جت اساساً تنها با استفاده از یکی از دو نوع کمپرسور انجام می شود. کمپرسور گریز از مرکز و کمپرسور محوری
کمپرسور گریز از مرکز شامل یک یا دو مرحله است که در هر مرحله از قطعه دوار (پروانه) برای تسریع هوا و دیفیوزر برای افزایش دمای مورد نیاز استفاده می شود. کمپرسور محوری شامل چندین مرحله با ردیف های مختلف پره های چرخان و ثابت است که به طور پی در پی هوا را به فشار مطلوب فشرده می کند.
کمپرسور گریز از مرکز به طور کلی قوی تر و آسان تر تولید می شود. با این حال ، کمپرسورهای محوری می توانند جرم بسیار بیشتری از هوا را نسبت به سطح ورودی جذب کنند و می توانند نسبت فشار بیشتری تولید کنند. افزایش ظرفیت جریان هوا از طریق کمپرسور برابر با افزایش رانش قابل استفاده است. پس از همه ، فشار بیشتری می خواهد
l کارایی موتور را افزایش داده و مصرف سوخت خاصی را کاهش می دهم.
مصرف سوخت ویژه نسبت نسبت فشار
گریز از مرکز: اصول عملکرد
توربین پروانه را با سرعت زیاد هدایت می کند و در نتیجه مکش مداوم در مرکز آن ایجاد می شود. نیروهای گریز از مرکز که بوجود می آیند هوا را به سمت خارج ، در امتداد مسیرهای پره های پروانه ، به بیرون هل می دهند ، که جریان را تسریع می کند ، در حالی که کمی هوا را تحت فشار قرار می دهد.
با خروج هوا از پروانه ، از طریق دیفیوزرها عبور می کند. دهانه های واگرا که امکان تبدیل انرژی جنبشی به انرژی فشار را فراهم می کند. کمپرسورهای گریز از مرکز اغلب طوری طراحی می شوند که حدود نیمی از افزایش فشار از پروانه و نیمی دیگر از دیفیوزرها ناشی می شود.
تغییرات سرعت فشار در کمپرسور گریز از مرکز
جرم هوای فشرده و افزایش فشار به خودی خود بستگی به سرعت چرخش کمپرسور دارد. برای اکثر کمپرسورهای گریز از مرکز ، سرعت نوک تیغه ممکن است به 480 متر بر ثانیه (1575 فوت/ثانیه) برسد. دمای هوا در ورودی نیز بر عملکرد کمپرسور تأثیر می گذارد. هر چه هوا سردتر باشد ، فشار بیشتری برای همان انرژی ورودی به کمپرسور می رسد.
برای حفظ راندمان بالا در کمپرسور ، از نشت قابل توجه هوا در فضای بین پروانه و روکش باید با به حداقل رساندن فاصله بین این دو جلوگیری کرد.
گریز از مرکز: طراحی و ساخت
سه عنصر اصلی کمپرسور گریز از مرکز عبارتند از ورودی ، پروانه و پره های پخش کننده. شفتی که پروانه را به توربین متصل می کند بر روی یاطاقان غلتکی توپی یا استوانه ای قرار دارد و یا به عنوان یک جزء واحد ساخته می شود یا از دو بخش مونتاژ شده است که جداسازی راحت تر را امکان پذیر می سازد.
پروانه
پروانه اغلب از یک دیسک جعلی با پره های شعاعی ساخته شده در یک یا هر دو طرف که کانالهای واگرا تشکیل می دهند ، ساخته می شود. ممکن است پره ها به سمت عقب خم شوند ، هرچند مدلهای قبلی برای سهولت ساخت دارای پره های مستقیم بودند. برای کمک به تغییر جریان از محوری (ورودی) به شعاعی ، پره ها در مرکز پروانه اغلب کمی در امتداد جهت چرخش خم می شوند. در برخی موارد ، این انحنا ممکن است به پره های اصلی وارد نشود ، بلکه به پره های اضافی بین آنها اشاره شود.تصویر
انتخاب پروانه به طور کلی با الزامات کلی طراحی انجام می شود ، اما پروانه تک ورودی مکش مطلوب را برای بهترین عملکرد ممکن در هر شرایط ارائه می دهد. این ترتیب همچنین مزایای اثر قوچ (از سرعت ورودی) را بهتر از جایگزین دو ورودی می گیرد ، بنابراین خطر توقف در ارتفاعات بالاتر را کاهش می دهد. استفاده از پروانه دو ورودی نیز منجر به افزایش کمی دما می شود.
با این وجود ، قطر یک پروانه دو ورودی مورد نیاز برای مکش یک توده هوا کوچکتر از قطر یک پروانه تک ورودی است ، که متعاقباً بر قطر کلی موتور تأثیر می گذارد.
منتشر کننده ها
دیفیوزرها ممکن است به عنوان یک جزء با پوشش پروانه یا در مجموعه ای جداگانه تولید شوند. در هر دو مورد ، دیفیوزرها شامل تعدادی پره هستند که به صورت مماسی در محیط پروانه قرار گرفته اند و حفره های واگرا را برای تبدیل انرژی جنبشی به انرژی فشار تشکیل می دهند. نوک داخلی پره مماس با جهت جریان است ، زیرا از پروانه خارج می شود. فاصله نوک یک ویژگی محکم کنترل شده است که برای عملکرد روان موتور بسیار مهم است. یک فاصله بسیار کوچک می تواند منجر به ارتعاشات آیرودینامیکی شود که می تواند جریان را مختل کرده یا ارتعاشات مکانیکی را روی پروانه ایجاد کند.
تلفات
با چرخاندن پروانه ، فشار جلوی پره ها بیشتر از فشار عقب است. در نتیجه ، تمایلی برای عبور مقداری هوا از جلوی پره به عقب از طریق شکاف بین پروانه و بدنه وجود دارد. هوا در حال فرار به برخی از تلفات انرژی کمک می کند ، که شامل تلفات اصطکاک نیز می شود. اتلاف اصطکاک منبع اصلی از دست دادن فشار راکد در سراسر دیفیوزر است.
ارتعاشات کمپرسور
همانطور که قبلا ذکر شد ، ممکن است ارتعاشاتی در کمپرسور از طریق مکانیسم زیر ایجاد شود. لبه های دیفیوزرها هنگام خروج از پروانه ، مانعی برای جریان ایجاد می کنند که منجر به افزایش قابل توجه و موضعی فشار می شود. این افزایش یک ناهنجاری در توزیع محیطی فشار ایجاد می کند و با عبور پره های پروانه از این نقطه ، نیروی اضافی بوجود می آید. اگر فاصله بین پروانه و پوسته به اندازه کافی کوچک باشد ، این باعث ارتعاشات قابل توجه می شود. علاوه بر این ، اگر فرکانس این ارتعاش آیرودینامیکی با فرکانس طبیعی پروانه مطابقت داشته باشد ، سیستم طنین انداز شده و باعث ایجاد ترک در طرفین پره می شود.
مواد تولیدی
پروانه ها معمولاً از آهنگریهای آلیاژ آلومینیوم ساخته می شوند و ورودی آن به طور سنتی از فولاد یا فولاد آلیاژی ساخته می شود.
بدنه های قبلی اغلب با استفاده از آلیاژ منیزیم یا آلومینیوم برای قسمت جلویی و اغلب از فولاد برای قسمت های جلو ساخته می شدند
عقب
محوری: اصول عملکرد
کمپرسور محوری از یک یا چند قطعه چرخان تشکیل شده است که دارای تیغه های هوافیله ای شکل هستند که به صورت جانبی متصل شده اند. در بین سری تیغه های دوار (روتور) ، پره های ثابت (استاتور) را می توان در بدنه کمپرسور نصب کرد. کمپرسورها عموماً شامل چندین مرحله هستند ، زیرا انرژی خروجی (افزایش فشار) از یک مرحله کوچک است. برای وضوح ، یک مرحله به یک جفت روتور-استاتور اشاره دارد. برخی از کمپرسورها ، از جمله اکثریت کمپرسورهای مدرن ، دارای یک ردیف اضافی استاتور در جلو هستند تا بتوانند به بهترین نحو جریان را به سمت مرحله اول هدایت کنند. در اصل ، زاویه همه تیغه ها می تواند به صورت پویا برای پاسخ به شرایط مختلف عملکرد متفاوت باشد.
همانطور که از جلو به عقب کمپرسور حرکت می کنیم (یعنی از شرایط فشار پایین به فشار بالا) ، کاهش تدریجی قطر درام دوار و روکش مشاهده می شود. این امر برای حفظ سرعت محوری ثابت ، با افزایش فشار و چگالی هوا ضروری است. این کاهش اندازه را می توان با استفاده از طبل مخروطی شکل ، با کاهش قطر بدنه یا هر دو به دست آورد.
یک کمپرسور تک قرقره ، مانند آنچه در زیر نشان داده شده است ، شامل یک درام و چند استاتور است. تعداد کل مراحل بر اساس افزایش فشار مورد نظر تعیین می شود. یک کمپرسور چند قرقره از دو یا سه درام روتور تشکیل شده است که هریک توسط یک بخش توربین جداگانه با بهترین سرعت چرخشی حرکت می کنند ، که متعاقباً حداکثر نسبت فشرده سازی ممکن را به دنبال دارد.
حتی اگر از دو قرقره برای یک موتور ساده (توربوجت/بدون بای پس) استفاده شود ، اجرای آنها در موتورهای دو جریان بسیار مناسب تر است. در این موارد ، قسمت جلوی کمپرسور طوری طراحی شده است که در ابتدا حجم بیشتری از هوا را نسبت به جرم تزریق شده به کمپرسور فشار قوی (HP) فشرده کند. بقیه جریان دور زده می شود و در بسیاری از موارد با جریان اصلی در اگزوز ادغام می شود.
همچنین ممکن است یک فن در قسمت جلوی یک کمپرسور تک یا چند قرقره اضافه شود. در موتورهای سه چرخ ، فن توسط بخش اختصاصی توربین هدایت می شود و محور آن فشار کم (LP) است. فن به طور م asثر به عنوان یک مرحله فشرده سازی با فشار کم به سمت مرکز خود عمل می کند (کمی هوا را که وارد هسته می شود تحت فشار قرار می دهد) و به عنوان یک ملخ عمل می کند که میزان جریان جرم بالایی را به سمت ناحیه تیغه وسط و نوک تیغه برای جریان بای پس انجام می دهد. نسبت کوچکتر جریان ، معروف به جریان اصلی یا هوای گرم ، از طریق کمپرسور فشار متوسط ​​(IP) و فشار بالا (HP) ، محفظه احتراق و توربین عبور می کند.
کمپرسور محوری تک قرقره
در حالت عادی ، مجموعه چرخان با سرعت کافی بالا می چرخد ​​تا از مصرف مداوم اطمینان حاصل شود. با عبور هوا از روتورها ، شتاب گرفته و به سمت استاتورها رانده می شود. انتشار هوا بین استاتورها و روتورها مکانیزم محرک فشرده سازی است (یعنی شتاب جریان توسط روتورها ، که متعاقباً توسط استاتورها مختل می شود و توده معینی از هوا را مجبور به تجمع در برابر خود می کند) ، اما استاتورها همچنین با اصلاح زاویه جریان بین روتورها کمک می کنند. یک ردیف آخر استاتورها نیز معمولاً برای عادی سازی جریان هنگام خروج از کمپرسور و جلوگیری از گردابها یا تلاطم جریان قبل از ورود به محفظه احتراق استفاده می شود. تکامل فشار و سرعت را برای یک کمپرسور ساده در زیر مشاهده می کنید ، اما لازم به ذکر است که افزایش فشار و چگالی نیز با افزایش مداوم دما نیز همراه است.
این تبادل مکرر انرژی را می توان با استفاده از معادله برنولی به صورت ریاضی شرح داد:
$P_T=p+\frac{1}{2}\rho(u^2+v^2+w^2)$
جایی که:
PT فشار رکود است
p فشار استاتیک است
ρ چگالی هوا است
u ، v و w اجزای سرعت هستند (به ترتیب شعاعی ، مماسی و محوری)
چرخش اضافه شده توسط روتورها به افزایش کل انرژی حمل شده توسط جریان با افزایش تکانه زاویه ای (مرتبط با اصطلاح ρv2/2) کمک می کند. استاتور چرخش را با تبدیل انرژی جنبشی به انرژی داخلی برمی دارد که با افزایش مقدار p منعکس می شود.
تغییرات سرعت فشار در کمپرسور محوری
از مرحله ای به مرحله بعد ، نسبت فشرده سازی کوچک است و معمولاً بین 1.1 تا 1.2 است. دلیل کوچک بودن افزایش فشار در هر مرحله این است که هم میزان انتشار در حال وقوع و هم میزان انحراف جریان باید نسبتاً پایین نگه داشته شود تا تلفات ناشی از جداسازی و توقف جریان به حداقل برسد. افزایش کوچک اما تدریجی فشار در چند مرحله و جریان نسبتاً پایدار دو دلیل برای عملکرد بهتر کمپرسورهای محوری هستند. برای مرجع ، حداکثر سرعت در یک کمپرسور محوری 0.9 ماخ است و جریان تا حد زیادی مزاحم نیست ، در حالی که در یک کمپرسور گریز از مرکز ممکن است تا 1.2 ماخ در یک مسیر بسیار عذاب آور که شامل یک خم 90 درجه قبل از ورود به احتراق c می شود.
هامبر
برای دستیابی به نرخ فشرده سازی بالا ، تعداد زیادی مرحله مورد نیاز است ، اما با افزودن مراحل بیشتر ، کار بهینه سازی طراحی برای کارآمدترین عملکرد هر مرحله دشوارتر می شود. در برخی موارد ، ممکن است سیستمهای کنترل جریان خودکار نصب شوند ، اما استفاده از چند قرقره کارآمدترین جایگزین است. ترتیبی که برای طیف وسیع تری از شرایط عملیاتی نیز مناسب است. موتورهایی مانند Rolls-Royce Spey نسبت فشرده سازی بالاتری را در آن زمان با استفاده از کمپرسور چند حلقه و کنترل جریان خودکار برای بخش HP ارائه می کردند.
اکثر موتورهای جت مدنی مدرن دارای یک فن در جلو هستند. در اصل ، فن را می توان در جلو یا عقب موتور قرار داد ، مورد اول بسیار رایج تر است زیرا عملکرد چنین قطعه بزرگی در قسمت سرد موتور قابل اطمینان تر است. همانطور که در مورد کمپرسورهای LP/IP/HP ، فن نیز ممکن است از یک یا چند مرحله تشکیل شود ، اما در اکثر موتورهای دو چرخ و در حال حاضر ، در همه موتورهای سه چرخ ، فن از یک مرحله واحد تشکیل شده است.
محوری: طراحی و ساخت
مهمترین بخش تولید کمپرسور ، خود مجموعه گردان است. محور روتورها توسط یاتاقان ها پشتیبانی می شود و بر روی بدنه ثابت نصب می شود به گونه ای که امکان تنظیمات کوچک را فراهم می کند. بدنه کمپرسور شامل تعدادی محفظه استوانه ای است که برخی از آنها برای سهولت مونتاژ و نگهداری به نصف تقسیم شده اند.تصویر
روتورها
مجموعه گردان ممکن است شامل یک درام یا مجموعه ای از دیسک های جداگانه یا ترکیبی از این دو باشد. در مواردی که از یک درام استفاده می شود ، معمولاً قبل از مونتاژ تیغه ها ، قالب گیری می شود و سپس اندازه می شود. در جایی که از دیسک های جداگانه استفاده می شود ، هر ردیف روتور روی یک دیسک اختصاصی محکم می شود که مستقیماً به شفت وصل می شود. در طبل ها ، ناحیه اطراف ریشه تیغه ها باید بار محوری و محیطی ایجاد شده را تحمل کنند. در مجموعه دیسک ، از طرف دیگر ، بار محیطی توسط دیسک ها حفظ می شود ، در حالی که بار محوری به فاصله بین دیسک ها منتقل می شود.
مونتاژ درام و دیسک کمپرسور
روش های اتصال تیغه
تیغه های روتور
تیغه ها به شکل ایروفویل هستند که معمولاً برای دستیابی به توزیع فشار مناسب در طول تیغه طراحی و بهینه شده اند تا جریان هوا دارای سرعت محوری یکنواخت باشد. فشار در نوک تیغه بیشتر است و این با نیروهای گریز از مرکز که چرخش تیغه بر جریان ایجاد می کند ، مقابله می کند. این امر با چرخاندن تیغه به دست می آید تا زاویه لرزش (یا زاویه تنظیم) به بهترین حالت برای آن ارتفاع تغییر کند. ارتفاع کل تیغه نیز در امتداد کمپرسور متفاوت است و بلندترین قسمت در جلو است.
مشخصات تیغه در امتداد ارتفاع ، برجسته کردن زاویه و وتر تکان دهنده
استاتورها
پره های استاتور نیز به شکل ایروفویل هستند و یا مستقیماً روی بدنه کمپرسور یا روی حلقه هایی که روی بدنه نصب شده اند ، نصب می شوند. پره ها اغلب در گروه های کوچکتر یا حلقه های کفن مجاور مونتاژ می شوند که حرکت نوک پره را محدود می کند و ارتعاشاتی را که ممکن است به دلیل تغییرات سریع در جریان هوا ایجاد شود کاهش می دهد ، به ویژه در جلوی موتور که تیغه ها و پره ها بلندتر هستند. همانطور که انتظار می رفت ، پره ها نیز به گونه ای نصب شده اند که از حرکات محیطی آنها در شیارهای پوشش جلوگیری می کند.
مجامع استاتور وانتصویر
مواد
به طور کلی ، انتخاب مواد برای کمپرسور به دلیل نیاز به مقاومت در برابر خستگی عالی ، هم از نظر بار مکانیکی و هم حرارتی ، تعیین می شود. نسبت استحکام خوب به وزن و مقاومت خوب در برابر ضربه هر دو ویژگی اصلی هستند ، در مورد بلعیدن یا آسیب جسم خارجی (FOD).
از لحاظ تاریخی ، آلیاژهای تیتانیوم ، آلیاژهای آلومینیوم و فولاد برای تولید تیغه و پره استفاده می شده است. در بسیاری از موارد ، بسته به موقعیت قطعات در کمپرسور و متعاقباً دمای کارکرد آن ، می توان از ترکیبی از این یا چند آلیاژ استفاده کرد. در جایی که درجه حرارت به اندازه کافی پایین است ، مواد کامپوزیتی در حال حاضر برای اجزای حیاتی استفاده می شود. تیغه های فن GE LEAP نمونه ای منحصر به فرد از تیغه های کامپوزیتی بافته شده از الیاف کربن هستند که برای کاهش وزن نسبت به تیغه های تیتانیوم مقاومت بسیار خوبی ارائه می دهند.
ترکیبات مشابهی از مواد نیز برای پوشش استفاده می شود- قسمت جلویی اغلب از آلیاژهای آلومینیوم ساخته شده است (آلیاژهای منیزیم نیز در گذشته توسط برخی از تولید کنندگان استفاده می شده است) ، در حالی که قسمت عقب اغلب از فولاد ساخته شده است.
محوری: شرایط کار
در یک کمپرسور محوری چند مرحله ای ، هر مرحله یا به سادگی هر جفت از یک روتور و یک استاتور ویژگی های جریان خاص خود را دارد که کمی با بقیه متفاوت است. در نتیجه ، طراحی کارآمدترین کمپرسور ممکن مستلزم بهینه سازی هر مرحله خاص است. اگر یک رویکرد ساده شده برای بهینه سازی (یعنی از نظر جریان هوا ، نسبت فشار یا دورها) در نظر گرفته شود ، این کار بسیار ساده است ، اما البتهبه دلیل شرایط واقعی در کمپرسور ، یک کار طراحی بسیار چالش برانگیز است.
هنگامی که شرایط کار از مشخصات طراحی فراتر می رود ، گردابها به دنبال جریان در اطراف تیغه ها ایجاد می شوند که منجر به ناهنجاریهای جریان گسترده تری می شود. به این پدیده استال یا افزایش می گویند. این دو اصطلاح اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند اما با شدت اختلال در جریان متفاوت است. Stall به اختلال جریان در یک یا چند مرحله اشاره می کند ، در حالی که افزایش نشان دهنده اختلال جریان در همه مراحل و متعاقباً به کل کمپرسور است.
تیغه های کمپرسور برای افزایش فشار و سرعت جریان در یک سرعت چرخشی معین طراحی شده اند. اگر هر عامل داخلی یا خارجی رابطه بین فشار ، سرعت و چرخش را مختل کند ، ممکن است جداسازی جریان ایجاد شود و منجر به ایجاد گردابهایی شود که در بالا ذکر شد. دلایلی که ممکن است این اتفاق بیفتد عبارتند از:
کاهش جذب هوا به دلیل یخ زدگی
تغییر ناگهانی جریان به دلیل مانور ناگهانی هواپیما
افزایش ناگهانی مقدار سوخت وارد شده به محفظه احتراق
مکش یک جسم خارجی
آسیب یک یا چند تیغه (شکست خستگی ، FOD و غیره)
دریافت ناکافی هوا در ارتفاعات بسیار زیاد
به طور کلی ، اگر دلیل وقوع توقف در یک مرحله همچنان ادامه داشته باشد ، این به بقیه مراحل منتهی می شود که منجر به افزایش کامل کمپرسور می شود. در موارد خفیف کوچک یا متوسط ​​، ممکن است یک ارتعاش غیرمعمول احساس شود یا ممکن است در واکنش با افزایش سرعت یا کند شدن موتور ، تأخیر ایجاد شود. با این حال ، در شرایط استثنایی ، زمان لازم برای تبدیل یک غرفه به یک افزایش کامل می تواند بسیار کوتاه باشد.
شایان ذکر است که در دورهای کم ، افزایش جزئی در اولین مراحل مشاهده می شود حتی اگر موتور مجهز به سیستم کنترل جریان خودکار باشد. این نوع غرفه هیچ آسیبی به کمپرسور وارد نمی کند و عموماً مورد توجه قرار نمی گیرد. توقف گسترده تر منجر به افزایش دما در کمپرسور ، ارتعاشات شدید و صدای تپش می شود. افزایش کامل نیز با افزایش دما و صدای بلندتر همراه است.
محوری: موج
همانطور که در بالا مشخص شد ، افزایش زمانی رخ می دهد که رابطه بین فشار ، سرعت محوری و سرعت چرخش مختل شود و منجر به ناهنجاری در جریان در سراسر کمپرسور و موتور به طور کلی شود. افزایش ناگهانی نه تنها بر عملکرد موتور جت تأثیر می گذارد بلکه می تواند صدمات جدی یا فاجعه بار به آن وارد کند.
به منظور جلوگیری از افزایش موتور ، عملکرد آن باید در محدوده طراحی ایمن باشد. تعیین محدوده عملیاتی ایمن را می توان با رسم جریان جرم ، Q ، در برابر نسبت فشار انجام داد. برای سرعت چرخشی معین ، منحنی مربوط به نسبت فشاری است که برای جریان جرمی معینی از هوا که وارد موتور می شود به دست می آید. رسم خط بین تمام نقاطی که نسبت فشار بیشترین است ، منجر به منحنی حداکثر فشرده سازی می شود که مربوط به کارآمدترین عملکرد کمپرسور است. در هر یک از منحنی های عملیات ، یک نقطه افزایش نیز می تواند مشخص شود و خطی که به همه این نقاط متصل می شود منحنی افزایش نامیده می شود. این به طور م theثر کمترین جریان هوای جرمی ممکن را در کمپرسور نشان می دهد ، در حالی که به عملکرد عادی دست می یابد.
کمپرسورها به گونه ای طراحی شده اند که فشارهای عملکردی و نرخ جریان جرم شامل حاشیه های ایمنی محافظه کار هستند تا از افزایش در طیف وسیع تری از شرایط جلوگیری شود. با شناسایی ایمن ترین نقاط عملیاتی در منحنی های بالا ، خط کار نیز ترسیم می شود. حاشیه ایمنی منطقه ای بین خط کار و خط افزایش است.
در کمپرسورهای گریز از مرکز ، خط افزایش به سمت چپ خط حداکثر کارایی می افتد ، در حالی که عکس این مورد در مورد کمپرسورهای محوری است. از آنجا که عملکرد موتور در نسبتهای فشار بیشتر منجر به کارایی بیشتر می شود ، کمپرسورهای گریز از مرکز عملکرد کمی پایدارتری نسبت به کمپرسورهای محوری ارائه می دهند. البته در واقعیت ، کمپرسورهای محوری طیف وسیعی از مزایای عملیاتی را ارائه می دهند و از طریق مراحل متعدد و بهینه سازی ، می توان نسبت فشرده سازی تا 60: 1.0 را به دست آورد ، همانطور که در مورد GE9X GE صادق است.
منحنی موج برای کمپرسورهای گریز از مرکز و محوریتصویر
محوری: استال
به دلیل شباهت پروفیل های هواپیمای هوایی که بال هواپیما و تیغه های کمپرسور دارند ، غرفه در کمپرسور اغلب شبیه به استال بال است. در مورد بال ها ، به طور گسترده ای شناخته شده است که استال زمانی اتفاق می افتد که زاویه حمله از حد مشخصی فراتر رود. هنگامی که سرعت جریان به داخل کمپرسور به سرعت تغییر می کند ، وضعیت بسیار مشابهی بوجود می آید. با فرض ثابت ماندن سرعت چرخش ، کاهش سرعت جریان ورودی منجر به افزایش زاویه حمله می شود. همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت ، چنین افت ناگهانی می تواند به دلایل مختلف رخ دهد ، اما مانورهای ناگهانی که باعث ایجاد اختلال در مصرف می شود ، یکی از شایع ترین دلایل است.
زاویه حمله با تغییر سرعت ورودی
Va سرعت محوری (ورودی) است
Vr سرعت چرخش است
α زاویه است
e از حمله
همچنین شایان ذکر است که با افزایش ارتفاع پرواز ، حاشیه عملیاتی ایمن باریک می شود. موتورهای جت با پس سوزها ، که معمولاً در هواپیماهای جنگنده یافت می شوند ، با خطر اضافی توقف مواجه می شوند که می تواند ناشی از ترکیبی از میزان تزریق سوخت در پس سوز ، باز شدن نازل متغیر خروجی یا بازده احتراق باشد ، که همه آنها می توانند به ایجاد فشار برگشتی کمک می کند.
حوادث کوچکی در هنگام چرخش و خاموش شدن مراحل یک سفر بسیار معمول است و معمولاً هیچ آسیبی به موتور وارد نمی کند. با فشار دادن گاز گاز توسط خلبان ، سوخت بیشتری در محفظه احتراق تزریق می شود تا شتاب مورد نظر حاصل شود. اگر موتور جت قبلاً در نزدیکی محدوده استال کار می کرد ، افزودن سوخت بیشتر می تواند آن را لحظه ای به شرایط توقف برساند. تزریق سوخت های بیشتر منجر به افزایش بسیار کوتاه اما شدید فشار در محفظه می شود که کمی هوا را از کمپرسور کند کرده و متعاقباً وارد کمپرسور نیز می شود. امروزه اکثر موتورهای مدرن مجهز به تنظیم کننده ها و محفظه های سوخت پیشرفته تری هستند که تا حد زیادی با این اثر مقابله می کند و حتی در هنگام شتاب گیری سریع نیز به میزان کافی خطر ایست را حفظ می کند.
بیایید یک موتور دو سیم پیچ را در نظر بگیریم که در حال کند شدن است. با عقب کشیدن گاز گاز ، سوخت کمتری در محفظه احتراق تزریق می شود و قرقره با فشار بالا ابتدا به دلیل جرم نسبتاً کوچکتر شروع به کند شدن می کند. این می تواند منجر به توقف در مراحل فشار پایین به همان دلیل قبلی شود.
استال همچنین می تواند در ارتفاعات بالا و بدون هیچ گونه تغییر ناگهانی در دور موتور رخ دهد. اگر کریستالهای یخ در هوا وجود داشته باشند ، آنها وارد موتور شده و با رسیدن به قسمتهای گرمتر کمپرسور ، بخار می شوند. اگر فرد در نظر بگیرد که هوا در ارتفاعات چقدر نازک است و می تواند دلیل ایست در کمپرسور فشار قوی باشد ، این تغییر فاز سریع قابل توجه است. کارکردن هر موتور بر اساس مشخصات سازنده باعث می شود حوادث جدی توقف و موج نادر نباشد. اپراتورهای باتجربه می توانند درک بسیار خوبی از عملکرد موتور در طیف وسیعی از شرایط داشته باشند و پاسخ سریع می تواند بدون ایجاد صدمه بر چنین مشکلاتی فائق آید.
محوری: کنترل جریان
در بسیاری از موارد ، مطلوب است که یک سیستم کنترل جریان خودکار برای فعال کردن عملیات ایمن (جلوگیری از افزایش) در طیف وسیع تری از شرایط عملیاتی نصب شود. این به طور معمول شامل تخلیه (خونریزی) هوای فشرده به صورت خودکار از یکی از مراحل میانی به اتمسفر یا جریان بای پس (در صورت وجود آرایش چند حلقه ای به عنوان توربوفن های تک محور نادر است) می شود. همچنین ممکن است از پره های راهنمای ورودی متغیر در جلوی کمپرسور استفاده کنید که زاویه حمله را تنظیم کرده و در دورهای کمتر چرخش از توقف یا افزایش آن جلوگیری می کند.
می توان با استفاده از یک شیر مکانیکی ، هیدرولیکی یا پنوماتیک ، خونریزی از کمپرسور را بدست آورد که وقتی نسبت تراکم کم است باز می ماند و با افزایش سرعت چرخش موتور به تدریج خاموش می شود. هنگامی که شیر باز است ، جریان به مراحل جلو در عقب کمپرسور افزایش و کاهش می یابد. به این ترتیب ، خطر توقف در مراحل اول به دلیل کاهش جریان کاهش می یابد (زیرا این میزان در حال حاضر افزایش یافته است) و مراحل عقب دیگر به دلیل سرعت محوری بسیار زیاد در معرض خطر گرفتگی قرار ندارند (زیرا کاهش جریان نیز منجر می شود به منظور کاهش سرعت).)I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست