Como são iniciados os motores das turbinas?

O meio de partida da maioria dos motores de turbina é o ar de alta pressão. Essa fonte de sangria geralmente vem de uma APU, mas também pode vir de um mecanismo já em funcionamento (partida cruzada) ou de um dispositivo externo. carrinho de huffer.

Em alguns aviões, a partida é totalmente controlada pelo FADEC e só precisa ser iniciada e monitorada pela tripulação de vôo, e em outros aviões certas etapas devem ser iniciadas manualmente.

O processo abaixo descreve melhor um motor turbofan. Leia a resposta do @Falk para obter informações sobre diferenças nos motores turboélice.

Noções básicas de turbofan

Consulte a imagem abaixo (Crédito: K. Aainsqatsi, Wikipedia):

As partes do motor a que me referirei abaixo são:

• A ventoinha N1, o eixo N1 e a turbina N1 são exibidos em verde e rotulados como "Ventilador / Compressor de baixa pressão", "Eixo de baixa pressão" e "Turbina de baixa pressão". Essas unidades estão conectadas e se movem como uma peça.
• O compressor N2, o eixo N2 e a turbina N2, são exibidos em roxo e rotulados como "Compressor de alta pressão", "Eixo de alta pressão" e "Turbina de alta pressão". Eles são conectados e se movem como um só, mas independentemente do eixo N1. A não figura é uma unidade acessória que é engrenada no eixo N2 para acionar os acessórios do motor.
• A seção quente, mostrada em amarelo e rotulada "Câmara de combustão". É o lar de um fogo constantemente aceso em um motor a jato.

Ligar o motor

O processo de partida do motor segue esta fórmula básica

• Através da abertura das válvulas de ar de sangria, o ar de sangria é enviado para um acionador de partida de turbina a ar. Esses dispositivos normalmente usam o ar de sangria de alta pressão para girar e engatar uma embreagem centrífuga conectada ao acionamento acessório do motor. Por sua vez, isso faz com que o eixo N2 dentro do motor gire.

• Com a rotação do eixo N2, o compressor N2 e as turbinas N2 estão girando. Isso começa a forçar o ar através do motor da frente para trás.

• Com o eixo do acessório e os eixos N2 girando, os acessórios devem começar a funcionar e isso pode ser verificado pelas indicações de pressão do óleo no EICAS.

• Com o aumento da rotação do N2, a ignição será ligada. Esses dispositivos de ignição estão localizados na seção quente do motor e produzem pequenas faíscas. Deve haver uma indicação no EICAS de que a ignição está ativa.

• Com o aumento da rotação do N2, o fluxo de combustível será introduzido. Isso será verificado no EICAS. Uma vez observado o fluxo de combustível, é importante que a próxima parada aconteça em breve.

• Luz apagada! O combustível é aceso pela ignição e agora o fogo queimando na seção quente fornecida pelo ar pelo compressor está produzindo impulso nas turbinas N2 e N1.

• Como o motor está produzindo empuxo na turbina N1, o eixo N1 está girando o ventilador N1 e o EICAS notará esse aumento na rotação do N1. As velocidades de rotação N1 e N2 aumentam.

• Acima do limite do N2, as válvulas de purga que fornecem o motor de partida da turbina a ar se fecharão e o motor de partida será desengatado. Os ignitores serão desligados em algum limite do N2.

• O motor se ajustará em uma configuração de empuxo de marcha lenta estável.

O que pode dar errado?

• Início pendurado

  • O N2 falha ao girar o suficiente para que o fluxo de combustível seja introduzido.
  • Cada início tem um limite de tempo e o início será abortado.

• Sem ignitores

  • Interrompa a partida e troque os ignitores.
  • Ligue para o MX.

• Falha na ignição

  • O fluxo de combustível é introduzido, mas a luz apagada não ocorreu em um período adequado
  • O combustível está se acumulando no motor e, se ocorrer uma luz apagada, pode ser prejudicial.
  • A partida é interrompida e o motor seco é executado para limpar o motor.

• Excesso de ITT

  • Geralmente, há uma limitação na temperatura entre turbinas durante a partida do motor.
  • Se isso for excedido, o início deve ser abortado
  • Isso pode exigir coordenação com o MX antes de tentar outra partida.

• O acionador de partida da turbina a ar falha ao desengatar

  • Isso deve ser corrigido antes de partir
  • Em alguns mecanismos, o MX pode corrigir isso com o mecanismo em funcionamento.

• A válvula de corte de ar de sangria que fornece o acionador de partida da turbina a ar não fecha

  • Isso pode exigir o desligamento do motor para corrigir
  • No entanto, em alguns aviões, esta válvula pode ser fechada manualmente pelo MX com o motor ligado
  • É necessária coordenação com o MX.

• N1 em fuga ou N2

  • Se o FADEC não estiver gerenciando corretamente o fluxo de combustível, o motor pode não se acostumar, mas continua girando.
  • Interrompa o início.
  • Coordene com o MX antes de tentar reiniciar.

Que tal dar partida no motor no ar?

Se o motor sofrer uma explosão, uma reinicialização no ar pode ser tentada. Essas partidas geralmente ocorrem de uma das seguintes maneiras:

• Início crossbleed
• Início da APU
• Começo do moinho de vento

O início da APU é essencialmente o mesmo processo acima. A partida cruzada, que também pode ser feita no solo, substitui apenas um motor em funcionamento em uma configuração de alta potência para fornecer o ar de sangria para a partida e, caso contrário, é o mesmo que acima.

O começo interessante é o começo do moinho de vento. A necessidade disso significa que algo ruim aconteceu. Para precisar de um início de moinho de vento, isso significa que não há fontes de ar de sangria para abastecer o motor de partida da turbina a ar. Isso pode significar que todos os motores estão desligados e a APU está indisponível (RUIM!), Ou apenas que as válvulas de sangria para um mecanismo de desligamento falharam ao fechar e não podem ser abertas.

Para o EMB-145 com o qual estou familiarizado, era necessário iniciar um moinho de vento descendo a uma velocidade no ar entre 260 KIAS e 320 KIAS e não podia ser tentado acima de FL250. Em resumo, você espera que o fluxo de massa através do motor seja suficiente para girar o compressor N2 como o ATS faria. Com uma indicação N2 no envelope de partida pneumática do motor, você introduz faísca e combustível e espera que o motor acenda. Na pior das hipóteses, se você ficar muito lento e incapaz de fornecer fluxo de ar suficiente antes da luz ser apagada, o motor poderá superaquecer rapidamente e ser danificado. Por esse motivo, é especialmente importante abortar esse tipo de início assim que uma anormalidade for detectada.

Se você gostaria de saber sobre motores a jato, leia a resposta de @ casey. É muito detalhado e bom.

Existem alguns motores de turbina que são iniciados de maneira diferente. Estamos falando de motores turboélice ou eixo turbo. Um exemplo famoso é a turbina PT6, que fornece energia a muitos pequenos aviões a hélice, como a série King Air da Beachcraft e a Cheyenne e JetProp da Piper's.

Esses motores consistem em duas partes, o gerador de gás e a turbina de energia livre. O gerador de gás é praticamente um motor a jato. Consiste em uma entrada, um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina. Eu não conheço nenhum motor turbo-hélice com um bico para criar empuxo, como um motor a jato tem, mas se um de vocês souber, gostaria de ler seu comentário. Em um motor de eixo turbo, o escape não é usado para gerar empuxo, então alguns deles são invertidos (compressor na parte traseira do motor, mas ainda causa causa de ar de uma entrada direcionada para a frente). Talvez você tenha notado que, em algumas aeronaves movidas a turbo, o escape está muito próximo do suporte - eis o motivo.

O segundo componente é uma turbina de potência livre, acionada pelo escapamento do gerador de gás, acionando a hélice através de uma caixa de engrenagens de redução (velocidade da turbina de potência livre> 30.000 RPM, velocidade de propulsão <3.000 RPM). Na maioria dos motores, esses componentes são mantidos unidos apenas pelo corpo do motor, por isso é chamado de turbina de energia livre.

Agora todos nós temos uma idéia básica desse tipo de mecanismo e podemos falar sobre a sequência de início. Um chamado gerador de partida é conectado ao gerador de gás. Basicamente, é um motor elétrico alimentado por uma bateria (ou qualquer outra fonte de energia CC) usada para acionar o eixo do gerador de gás. Uma vez iniciado o motor, este pode ser usado como um gerador que fornece energia CC. Se você observar os princípios de um motor elétrico e um gerador de corrente contínua, verá que eles são tecnicamente os mesmos. Você só precisa alterar algumas conexões. Isso geralmente é feito com a operação de um interruptor oscilante de três posições 'gerador de partida'.

A sequência de início é praticamente a mesma de um motor a jato:

• Gire o eixo do gerador de gás com o motor de partida
• A uma velocidade de rotação específica (geralmente 10-15%), adicione combustível
• Monitore os parâmetros do mecanismo
• Mudar para o gerador

Geralmente, a turbina de energia livre começa a girar a hélice logo após a adição de combustível; de qualquer forma, alguns motores são equipados com um freio de hélice, impedindo que a seção da turbina de energia livre gire. Isso é útil para operar a seção do gerador de gás apenas para obter energia elétrica ou hidráulica, às vezes pneumática - algum tipo de APU. A série ATR da Aerospaitiale é um exemplo famoso. O chamado "modo hotel".

Excelentes respostas até agora. Existem algumas outras maneiras pelas quais um motor a jato pode ser iniciado.

O F-16 tem o motor conectado a uma caixa de engrenagens com um eixo especial equilibrado em alta velocidade. Há uma embreagem na qual o eixo se conecta à caixa de engrenagens. Também anexada à caixa de engrenagens está uma turbina menor, conhecida como Jet Fuel Starter (JFS), aproximadamente do tamanho de uma melancia grande, também com uma embreagem. A caixa de engrenagens também possui bombas e geradores hidráulicos.

Para iniciar o avião:

1. o motor principal é desmontado da caixa de velocidades
2. o JFS está agarrado à caixa de velocidades
3. a pressão hidráulica é alimentada de um acumulador para uma bomba, fazendo com que ela funcione como um motor hidráulico, que gira a caixa de engrenagens
4. a caixa de marchas gira o JFS até o ponto em que atinge a velocidade inicial
5. combustível é alimentado ao JFS, a ignição dispara e começa
6. o JFS acelera, produzindo cerca de cavalo-vapor 200
7. Quando o JFS está em rotação máxima, a embreagem do eixo do motor engata
8. o eixo de rotação gira o motor principal até atingir a velocidade inicial
9. uma vez que o motor principal atinge uma velocidade específica, o JFS é desacoplado da caixa de velocidades e é desligado
10. o motor giratório coloca os geradores e hidráulicos on-line, recarregando a pressão nos acumuladores pela próxima vez que for necessário

Em alguns aspectos, isso é semelhante a um trator ou outro equipamento pesado. Muitos deles têm um pequeno "motor de pônei" com um acionador de partida elétrico, que produz a combinação de potência / torque necessária para dar partida no motor principal. Uma vez que o motor principal está em funcionamento, o motor do pônei desacelera e desliga.

Outras aeronaves mais antigas, como o F-100 Super Sabre, usavam uma carga explosiva pequena (cartucho de partida, essencialmente um grande espaço em branco). Você o instalaria no mecanismo. O piloto o disparava eletricamente na turbina de exaustão, que aceleraria o motor o suficiente (você esperava) para fazer com que tudo começasse a velocidade e depois acionasse os sistemas de combustível e ignição. Se o carrinho não disparar corretamente, você terá que esperar um certo período de tempo para esfriar antes de poder removê-lo. Você não gostaria que ele disparasse na rampa (possível presença de vapores de combustível) ou em suas mãos (ai!).

Acho que agora é a minha vez de adicionar maneiras exóticas para iniciar um motor a jato.

O Jumo 004 do Me-262 e Ar-234 tinha um pequeno motor de pistão no espigão central que era acionado eletricamente, mas também poderia ser acionado manualmente por um mecânico. Você já reparou no buraco no meio do espigão e no anel preso nele (veja a figura à esquerda abaixo)?

O anel foi preso a uma corda que poderia ser usada para dar partida no motor de pistão (figura à direita). Isso poderia acelerar o mecanismo sozinho até 2000 RPM. Nas rotações 500 - 1000, o piloto ligava a ignição. Agora, a combustão de partida ajudou a acelerar o processo do motor, até às RPM 5000, onde o motor do pistão se desacoplava. Em seguida, o piloto poderia acelerar lentamente as acelerações para 8700 RPM, o máximo.

O que poderia dar errado? Muito:

• O motor do pistão não se separaria.

• Fluxo de combustível insuficiente, para que o motor não acelere. Em temperaturas frias, as bombas de combustível precisavam ser ligadas, mas apenas até 3000 RPM.

• A ignição não começaria em breve. Em seguida, o motor em rotação forneceria combustível para a câmara de combustão, onde seria coletado e fundido na carenagem traseira do motor. Quando a combustão começou, o combustível coletado também queimava, resultando em um incêndio no motor.

• O piloto aceleraria os aceleradores muito rapidamente. Isso forneceria muito combustível para a câmara de combustão e aqueceria a turbina acima do seu limite. Somente com o fluxo de ar mais alto próximo à velocidade do projeto, o acelerador poderia ser protegido por firewall. -

O outro procedimento inicial é o dos J-58s no SR-71, que era notavelmente semelhante. Só que o motor de partida era muito maior e não fazia parte do motor: era um design personalizado de dois Buick 455 V-8s ajustados, acoplados em um carrinho e dirigindo um eixo de transmissão vertical que estava movendo o motor a partir de uma porta sob a barquinha do motor. Para iniciar a ignição, um composto especial chamado trietilborano foi injetado, porque o JP-7 frio (o combustível especial para os J-58s) não se inflamava sozinho. Uma vez que o motor pudesse se sustentar, o carrinho foi desengatado.

Os motores Buick frequentemente falhavam e mais tarde foram substituídos por dois grandes blocos da Chevy. Além disso, os motores podem ser iniciados com ar pressurizado. Vejo este link para mais.

O que mais pode dar errado? Essa lista também é bem parecida ...

Para uma inicialização de turbina muito básica, sem FADEC ou controle de computador, aqui está um vídeo de Helicóptero de turbina XET do mosquito sendo iniciado.

Acelere a 50% e, em seguida, reduza para a posição de marcha lenta.

Engate o motor de partida.

Em 17% RPM, ligue o dispositivo de ignição.

Em 30% RPM, ligue o combustível ... o estrondo indica que a lata do queimador se acendeu.

Em 50%, desligue o motor de partida.

Em 70%, desligue o dispositivo de ignição.

Com 100%, está pronto para voar.

O Mosquito usa uma turbina a gás 90 hp Solar feita originalmente para geradores de backup, e é uma das razões pelas quais todo o pacote é (relativamente) barato: cerca de US $ 65k-70k para um helicóptero movido a turbina.

Alguma montagem necessária ...

Há também a iteração de acionamento do eixo dos motores de partida. Como um tempo em que a tecnologia foi usada no Tornado, não posso começar a dizer o quão frustrante é esse sistema!

Uma APU opera uma caixa de engrenagens, que possui um gerador, uma bomba hidráulica e um eixo de saída para o motor para dar partida. Também é acoplado a outra caixa de engrenagens no motor no2 através de um eixo, que também possui uma bomba hidráulica, gerador e eixo de saída. Portanto, a APU ou qualquer um dos motores pode funcionar com uma ou ambas as caixas de marchas e iniciar um ou ambos os motores!

Sinta-se seguro ao compartilhar a operação agora, de qualquer maneira, a aeronave está fora de serviço no Reino Unido;)

http://www.tornado-data.com/Tid/systems/common/secondary_power_system.htm