Воздушный запуск двигателя самолёта на земле

В последнее время опять участились случаи такого действия, поэтому я и решил написать об этом. Со стороны выглядит тоже интересно – куча техники, шумит, крутится. Поэтому тема на самом деле совершенно не скучная.

У самолёта помимо маршевых двигателей имеется вспомогательная силовая установка (APU/ВСУ), которая тоже является газотурбинным двигателем, только намного меньше. Смысл её в том, чтобы обеспечивать самолёт автономной электроэнергией, а также работу иных систем самолёта. Но главная функция ВСУ – воздушный запуск двигателя. Собственно для того, чтобы обеспечить раскрутку двигателя до появления минимальной тяги у компрессора, чтобы подача топлива привела к нормальной работе, а не пожару, необходимо раскрутить двигатель до весьма серьезных оборотов. С учетом массы движущихся частей (вентилятор, приводы, компрессор, турбина) для раскрутки понадобится очень большой стартер со сложной системой приводов и солидный запас электроэнергии. От этого можно отказаться путём использования ВСУ, которая обеспечит непрерывную подачу воздуха к лопаткам турбины, которая и раскрутит двигатель для его запуска.
Но неужели можно в авиации прожить без отказов? ВСУ периодически загибается в самый неподходящий момент. Но это не является проблемой, если рядом большой, надёжный и хорошо экипированный аэропорт. У аэропорта есть все установки, чтобы обеспечить замену функционала ВСУ на земле. Источники электропитания для обеспечения электроэнергией (у нас их зовут «ниэпы» или «хоучины»). Кондиционеры для охлаждения самолёта летом. Унифицированные моторные подогреватели (УМП или «печки») для обогрева зимой. Но функцию запуска выполняют УВЗ – установки воздушного запуска. Они представляют собой либо самоходную установку на шасси Газели (Аист-6С), в кузове которой расположен компрессор с рукавами, подсоединяемыми через адаптер к самолёту. Либо прицепную установку с дизельным двигателем с компрессором, такими же рукавами и адаптером. Эти, кстати, помощнее будут.
Воздушный запуск производится на стоянке, а не на точке запуска. Очень много техники, процедура занимает времени побольше, чем обычный запуск, а потом ещё всё это нужно собрать. Вообще, для организации этого действия требуется минимум наземный источник электропитания, установка воздушного запуска. Ну и тягач для источника, водитель или тягач для установки, механик на СПУ (ушах), руководители подгоном/отгоном техники. Сначала это всё растягивается. Пассажиры видят кучу народу в оранжевых костюмах, тянущих толстые рукава к самолёту. Выглядит, наверное, из салона жутковато. Но процедура штатная, в день выполняется очень много раз. Потом из салона обычный звук запуска двигателя, потом все бегут убирать растянутые предметы. После чего буксировка на точку запуска (ну либо в случае с самоходной стоянкой запуск второго и руление).

Но чем больше двигатель, тем зрелищнее перфоманс. С двигателями GE90, установленными на Боинге-777, мощности техники начинает не хватать. Во-первых источники питания могут барахлить, а бортовая сеть, где много пассажиров, света и желающих зарядить гаджеты в тот момент, когда начинается раскрутка, потребляет много электроэнергии. Не зря их подключают двумя фишками к самолёту. Но источник один. Выход в подключении двух источников питания (фото прилагаю выше), от каждого по одной фишке. С установками воздушного запуска ситуация такая же. На памяти не помню, чтобы GE90 запустили от одной установки. Зато хорошо помню, как регулярно запускают сразу с трёх установок (Аист и два прицепа). Выглядит это феерично: два хоучина, три установки, два тягача для установок и с десяток человек для установки и уборки. Ну и огромный крутящийся двигатель, не особо шумный, но с низкочастотным завыванием.
Про воздушный запуск не могу не вспомнить пару историй. Одно время Центр-Юг планировал эксплуатацию самолётов CRJ-200, но был кинут Руслайном, который впрочем некоторое время полетал за Центр-Юг на них. А базировались мы в Белгороде, где не было установок воздушного запуска. В полёте у одной из машин отказала ВСУ. Пришлось обслуживаться с работающим маршевым двигателем, в том числе производить заправку.
Ну и все помнят, как летом на Боинге-747 России пассажир выпустил надувной трап, открывая аварийный выход, прямо на установку воздушного запуска, так как самолёту не хватало электропитания, и потребовался ещё один источник.
Ещё момент: на самолёте Ан-24РВ, Ан-26, Ан-30 был установлен в качестве ВСУ двигатель РУ-19, который обеспечивал работу бортовой электросети, но воздушный запуск не обеспечивал. С другой стороны запуск турбовинтовых двигателей осуществлялся без использования воздушного запуска с помощью стартер-генераторов ГО-16. Зато РУ-19 обеспечивал дополнительную тягу. Вот такая немного парадоксальная система.
На самолётах АТР-72 нет ВСУ. Во время нахождения на стоянке самолёт требует наличия источника электропитания либо переключает правый двигатель в режим Hotel Mode, то есть отключается винт, но двигатель продолжает работать, обеспечивая работу электросети самолёта.
——————————————————————————-
1. Информация о сотрудничестве, партнерстве и об авторе публикуется на страницах:
https://travelfoxes.livejournal.com/177869.html
https://zen.yandex.ru/media/skyexpert/promejutochnye-itogi-aviabloga-610848356b8d0650576d84b9

2. Копия данной статьи расположена на платформе Яндекс.Дзен по адресу:
https://zen.yandex.ru/media/skyexpert/vozdushnyi-zapusk-dvigatelia-samoleta-na-zemle-61b79de92638382c891a3cbd

3. Автором данной публикации является владелец данного канала. Статья не содержит конкретных данных по какому-либо рейсу и перевозчику, не содержит конфиденциальную и коммерческую информацию. Статьи могут содержать фактические неточности в силу того, что являются воспоминаниями, а не источником официальной информации. В силу специфики канала — автор не может публиковать собственные фотоматериалы из контролируемой зоны аэропорта (материалы из КЗА делаются при полёте пассажиром из доступных зон) и нарушающие правила конфиденциальности.

Способ запуска турбореактивного двигателя самолета

Авторы патента:

Давиденко А.Н.

Иванов В.Г.

Карчевский О.В.

Лебедев В.А.

Марчуков Е.Ю.

Погосян М.А.

Федюкин В. И.

Чепкин В.М.

F02C7/26 — пуск; зажигание

Способ запуска турбореактивного двигателя самолета заключается в запуске стартера, подключении его вала к ротору двигателя и после набора ротором заданной частоты вращения отключении от него вала стартера. В аварийной ситуации при невозможности запуска двигателя в полете или при проверке работы систем самолета на земле вал стартера отключается от ротора двигателя и стартер переключается на работу в режиме вспомогательной силовой установки. В штатных условиях для запуска двигателя или при проверке работы систем самолета на земле в качестве стартера используют пороховой стартер. В экстремальных условиях для запуска двигателя и в аварийных ситуациях в качестве стартера параллельно с газотурбинным стартером используют пороховой стартер. В зоне негарантированного запуска газотурбинного стартера используют пороховой стартер. Изобретение позволяет произвести запуск двигателя практически в любых условиях на земле и на любой высоте в зоне возможных полетов самолета и дает возможность летчику в аварийной ситуации ориентировать самолет в зону возможного катапультирования. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к способам запуска авиационных турбореактивных двигателей.

Известен способ запуска турбореактивного двигателя самолета, заключающийся в запуске стартера, подключении его вала к ротору двигателя и после набора ротором заданной частоты вращения отключении от него вала стартера, а в аварийной ситуации при невозможности запуска двигателя в полете или при проверке работы систем самолета на земле в отключении вала стартера от двигателя и переключении его на работу в режиме вспомогательной силовой установки, причем в штатных условиях для запуска двигателя или при проверке систем самолета на земле в качестве стартера используют газотурбинный стартер [1].

Недостатком известного способа является ограниченный диапазон высоты полета, на которой может быть произведен запуск двигателя в случае его заглохания. Известно, что с увеличением высоты полета мощность на выходе газотурбинного стартера существенно снижается. Так, например, на высоте полета свыше 7 километров мощность газотурбинного стартера недостаточна для подкрутки ротора двигателя при признаках его заглохания, и запуск двигателя не гарантирован. Вместе с тем, обеспечение возможности такого запуска особенно актуально для современных сверхманевренных самолетов.

Раскрутка ротора двигателя газотурбинным стартером также затруднительна и при экстремальных условиях для запуска двигателя на земле (высокая температура окружающей среды, высокогорные условия и т.п.).

Кроме того, известным способом не всегда обеспечивается привод исполнительных агрегатов самолета в аварийной ситуации, и тем самым летчику не дается возможность ориентировать самолет в зону возможного катапультирования.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения запуска двигателя на земле при любых условиях окружающей среды, в том числе и экстремальных, и в полете при признаках заглохания двигателя практически на любой высоте из области возможных полетов самолета и обеспечения аварийного режима работы исполнительных агрегатов самолета.

Для решения вышеуказанной задачи в способе запуска турбореактивного двигателя самолета, заключающемся в запуске стартера, подключении его вала к ротору двигателя и после набора ротором заданной частоты вращения отключении от него вала стартера, а в аварийной ситуации при невозможности запуска двигателя в полете или при проверке работы систем самолета на земле в отключении вала стартера от ротора двигателя и переключении стартера на работу в режиме вспомогательной силовой установки, причем в штатных условиях для запуска двигателя или при проверке работы систем самолета на земле в качестве стартера используют газотурбинный стартер, в экстремальных условиях для запуска двигателя и аварийных ситуациях в качестве стартера параллельно с газотурбинным стартером используют пороховой стартер, а в зоне негарантированного запуска газотурбинного стартера используют пороховой стартер.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в использовании для запуска двигателя в экстремальных условиях или в аварийных ситуациях параллельно с газотурбинным стартером порохового стартера, а в зоне негарантированного запуска газотурбинного стартера одного порохового стартера. Это позволяет произвести запуск двигателя практически в любых условиях на земле и на любой высоте зоны возможных полетов, а также дает возможность летчику в аварийной ситуации при невозможности запуска двигателя на протяжении некоторого времени (приблизительно 2 минуты) воздействовать на управляющие поверхности самолета и тем самым ориентировать самолет в зону возможного катапультирования.

Предлагаемое изобретение поясняется представленной на чертеже схемой системы запуска двигателя самолета.

Предлагаемый способ реализуется системой запуска турбореактивного двигателя самолета, которая содержит газотурбинный и пороховой (преимущественно многозарядный) стартеры 1 и 2, установленные параллельно друг другу. Оба стартера 1 и 2 соединены своими валами с узлами энергоснабжения систем самолета: с генератором 3 и плунжерным насосом 4. Стартер 1, генератор 3 и насос 4 обеспечивают энергоснабжение систем самолета на земле в испытательных целях, работая в режиме вспомогательной силовой установки. Для работы в режиме вспомогательной силовой установки вышеперечисленные агрегаты механически отсоединяются от вала двигателя 5 посредством одной управляемой муфты 6 или нескольких муфт. Оба стартера 1 и 2 соединены с валом двигателя через обгонные муфты (не показаны).

Способ запуска турбореактивного двигателя самолета осуществляется следующим образом.

Для обеспечения проверки систем самолета без использования наземных средств, а также для обеспечения комфортных условий в кабине летчика при крайних температурных условиях на боевом дежурстве включают режим вспомогательной силовой установки, для чего запускают газотурбинный стартер 1, крутящий момент от которого передается через обгонную муфту стартера 1 и набор шестеренчатых передач потребителям, при этом муфта 6 разомкнута. Газотурбинный стартер 1 выходит на установившийся режим и обеспечивает привод самолетных агрегатов и подачу воздуха на систему кондиционирования воздуха в течение заданного времени.

Для запуска двигателя на земле газотурбинный стартер переводят в режим запуска. По достижении определенной частоты вращения вала двигателя от газотурбинного стартера стартер отключают и дальнейший привод самолетных агрегатов осуществляют от двигателя. При экстремальных условиях для запуска двигателя на земле (высокая температура окружающей среды, высокогорные условия) параллельно с запуском газотурбинного стартера запускают пороховой стартер, дополнительный крутящий момент от которого передается на ротор двигателя, таким образом улучшая условия запуска.

Запуск двигателя в полете производится после его заглохания при включении зажигания и подаче топлива в диапазоне авторотации ротора двигателя и высоты полета, достаточных для запуска двигателя. При меньших оборотах авторотации, то есть при меньших приборных скоростях, до определенной высоты полета (до 7 км) для запуска двигателя используют подкрутку ротора двигателя газотурбинным стартером 1, который запускают по команде, выработанной в соответствии с приборной скоростью и признаками заглохания двигателя. При этом муфта 6 замкнута и крутящий момент от газотурбинного стартера 1 передается на вал двигателя 5. После запуска двигателя стартер 1 отключают.

Для уменьшения времени запуска двигателя подкрутку его ротора в полете в зоне гарантированного запуска газотурбинного стартера производят параллельно газотурбинным и пороховым стартером.

В области негарантированного запуска газотурбинного стартера (на высоте более 7 км) подкрутку ротора двигателя производят запуском порохового стартера.

В ситуации, когда запуск двигателя в полете невозможен (заклинивание, пожар и т. д.), для обеспечения условий катапультирования летчика, а также увода самолета в безопасную зону падения размыкают муфту 6 и запускают длительно работающую (2-3 минуты) ступень порохового стартера 2, крутящий момент от которого через обгонную муфту и шестеренчатые передачи передается на валы генератора 3 и насоса 4, обеспечивающих частичное питание гидравлических и электрических систем самолета на время 2-3 минуты. Если аварийная ситуация возникла в зоне возможной работы газотурбинного стартера, то параллельно с пороховым стартером 2 может быть включен газотурбинный стартер 1.

Предложенный способ позволяет расширить зону запуска двигателя и обеспечивает аварийный режим работы исполнительных агрегатов самолета.

Источник информации Патент US 4461143 А, МПК F 02 С 7/26, 1984 г.

Формула изобретения

Способ запуска турбореактивного двигателя самолета, заключающийся в запуске стартера, подключении его вала к ротору двигателя и после набора ротором заданной частоты вращения отключении от него вала стартера, а в аварийной ситуации при невозможности запуска двигателя в полете или при проверке работы систем самолета на земле в отключении вала стартера от ротора двигателя и переключении стартера на работу в режиме вспомогательной силовой установки, причем в штатных условиях для запуска двигателя или при проверке работы систем самолета на земле в качестве стартера используют газотурбинный стартер, отличающийся тем, что в экстремальных условиях для запуска двигателя и в аварийных ситуациях в качестве стартера параллельно с газотурбинным стартером используют пороховой стартер, а в зоне негарантированного запуска газотурбинного стартера используют пороховой стартер.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Способ пуска и газоснабжения энергетической газотурбинной установки и устройство для его осуществления // 2186224

Изобретение относится к энергетическим газотурбинным установкам, преимущественно используемым при модернизации тепловых электрических станций по парогазовым технологиям

Способ пуска и газоснабжения энергетической газотурбинной установки и устройство для его осуществления // 2182247

Изобретение относится к энергетике

Способ запуска и поддержания оборотов газотурбинного авиационного двигателя со свободной турбиной, работающего по парогазовому циклу // 2171904

Способ запуска авиационного газотурбинного двигателя // 2168043

Парогазовая установка // 2142565

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к энергетическим парогазовым установкам (ПГУ), использующим газообразное топливо

Система регулирования подачи топлива при пуске газотурбинного двигателя // 2133359

Изобретение относится к области бронетанкового вооружения и техники, в частности к силовым установкам танков

Авиационная силовая установка с дополнительным газотурбинным двигателем для воздушной пусковой системы и системы вентиляции и кондиционирования // 2133358

Изобретение относится к области авиации, в частности к пусковым системам авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), позволяющим дополнительно осуществлять кондиционирование кабины и (или) салона летательного аппарата

Авиационная силовая установка с дополнительным газотурбинным двигателем для воздушной пусковой системы и системы кондиционирования // 2123126

Способ пуска и газоснабжения энергетической газотурбинной установки // 2111370

Устройство для управления воздушным стартером // 2109971

Газотурбинная установка и способ ее запуска // 2199675

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в газотурбинных установках, предназначенных для привода ряда электрогенераторов, компрессоров, насосов, а также в некоторых других газотурбинных двигателях

Пусковая топливная система корабельных газотурбинных двигателей // 2201516

Система автоматического пуска газотурбогенератора (варианты) // 2208690

Способ регистрации воспламенения топлива в форсажной камере газотурбинного двигателя // 2211934

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности авиационного двигателестроения

Пусковое устройство одновального газотурбинного агрегата // 2216637

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для пуска энергетического одновального газотурбинного агрегата, в котором в качестве разгонного двигателя используется турбогенератор, соединенный механически с валом газовой турбины

Способ запуска авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя (трдд) с большой степенью двухконтурности и устройство для его осуществления // 2221157

Изобретение относится к области авиадвигателестроения

Способ пуска камеры сгорания // 2221198

Каталитический воспламенитель // 2232349

Способ и система для запуска газотурбинного двигателя // 2233989

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к способам и системам для запуска газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью электростартера (Э/С) или стартера-генератора (СТГ)

Устройство для управления воздушным стартером // 2238417

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к управлению воздушным стартером, и направлено на повышение надежности закрытия пневмоклапана, открывающего и закрывающего вход в воздушный стартер

Как пилоты запускают реактивные двигатели на самолетах?

Автор
Джастин Хейворд

Опубликовано 4 ноября 2020 г.

Вы когда-нибудь задумывались, как пилоты запускают самолет? В частности, как эффективно и безопасно задействовать реактивные двигатели? В этой статье рассматривается процедура этого на современных реактивных самолетах.

Включение дрона

Запустить реактивный самолет, конечно, сложнее, чем завести автомобиль. Вы не просто поворачиваете ключ и запускаете двигатель. На самом деле ключ вообще не задействован, но есть сходство в том, что первым шагом к запуску двигателя является получение мощности через меньший «стартер».

Во-первых, бортовые системы питаются от наземного питания или внутреннего аккумулятора. Это запустит большинство основных приборов, систем, огней и связи самолета, но не используется непосредственно для запуска двигателей.

Будьте в курсе: Подпишитесь на наш ежедневный дайджест авиационных новостей.

Наземный силовой агрегат (и тягач) для самолета KLM. Фото: Barcex через Wikimedia

Приведение в действие лопастей

При запуске реактивного двигателя перед подачей топлива через двигатель должен проходить достаточный поток воздуха. В противном случае слишком раннее начало сгорания может привести к повреждению двигателя из-за перегрева. Поэтому перед подачей топлива необходимо использовать другой метод, чтобы запустить вращение лопастей и создать воздушный поток.

На большинстве крупных коммерческих самолетов энергия используется для запуска вспомогательной силовой установки (ВСУ). Это отдельная силовая установка, размещенная в хвостовой части самолета. ВСУ представляет собой небольшой газотурбинный двигатель, который генерирует отбираемый компрессором воздух высокого давления. Этот воздух используется для вращения лопаток турбины главного двигателя.

Выхлоп APU A380 на хвосте самолета. Фото: Дэвид Моннио через Викимедиа

Запуск двигателей

Двигатели будут запускаться по одному. Как только лопасти первого двигателя, который нужно запустить, будут достаточно вращаться, он будет запущен. Топливо направляется в двигатель и воспламеняется. Каждый двигатель обычно имеет два воспламенителя, которые генерируют высоковольтную искру зажигания (во многом похожую на свечу зажигания в поршневом двигателе), которая воспламеняет топливно-воздушную смесь.

Современные самолеты в значительной степени зависят от превосходной вычислительной мощности. Фото: Getty Images

Затем давление нарастает для дальнейшего вращения двигателя, и, как только он достигает скорости холостого хода, питание от ВСУ прекращается.

Затем по очереди запускается второй двигатель (а также третий и четвертый двигатели для некоторых самолетов). Их можно запустить таким же образом с помощью ВСУ или с помощью воздуха высокого давления от уже запущенного двигателя. Это известно как «перекрестная прокачка», а также метод, используемый для повторного запуска отказавшего двигателя.

Четыре двигателя на А380 запускаются последовательно, используя ВСУ или воздух от других двигателей. Фото: Гетти Изображений

Вариации и старые самолеты

В качестве альтернативы ВСУ некоторые реактивные самолеты используют стартер реактивного топлива (JFS) или даже прямое питание от батареи для первоначального вращения лопастей. JFS, как и APU, представляет собой отдельную турбину, которая генерирует воздух, отбираемый от компрессора, для запуска основного двигателя, напрямую связанного с двигателем. Они до сих пор встречаются на некоторых реактивных самолетах меньшего размера и старых моделях двигателей.

Также возможен запуск некоторых двигателей от наземного источника. Воздух под высоким давлением может подаваться из передвижной тележки для облегчения запуска двигателей.

Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Как начинают вращаться лопасти реактивного двигателя?

Как начинают вращаться лопасти реактивного двигателя?

Небольшой толчок вспомогательной силовой установки…

Автор Sarah Jensen

Когда пилот подъезжает к воротам аэропорта, он не просто бросает его в парк и оставляет двигатели работать на холостом ходу. На самом деле, как объясняет Макс Бранд, кандидат в мастера, работающий в лаборатории газовых турбин в отделе аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института, реактивные двигатели выключаются, когда самолет находится у выхода на посадку. Однако, как знает любой, кто ходил в самолете, он не совсем выключен. Свет горит, и самолет гудит под ногами. Возможно, вы даже заметили выхлопные газы, исходящие из задней части самолета, когда смотрели в окно в районе выхода на посадку.

— Выхлоп идет от вспомогательной силовой установки, — говорит Бранд. «ВСУ похожа на мини-реактивный двигатель, обычно расположенный в задней части самолета, содержащий компрессор, камеру сгорания и турбину, которая обеспечивает самолет электричеством и сжатым воздухом для системы кондиционирования воздуха, пока самолет находится на земле. ” ВСУ также обеспечивает первый шаг в запуске основных двигателей реактивного самолета и заставляет его лопасти вращаться с десятками тысяч оборотов в минуту, необходимых для того, чтобы двигатель стал достаточно самоподдерживающимся и продвигал самолет во время взлета и полета.

Только после того, как пассажиры пристегнуты, а их столики установлены в вертикальное положение и закреплены, ВСУ начинает подавать сжатый воздух к основным газотурбинным двигателям самолета. Сжатый воздух проходит через небольшую турбину снаружи двигателя, заставляя его вращаться. К турбине прикреплен вал, который шестернями соединен с валом основного двигателя, и он тоже начинает вращаться.

«Лопасти, соединенные с валом двигателя, начинают вращаться все быстрее и быстрее, — объясняет Бранд. «Та часть, которую вы видите в передней части двигателя, — это вентилятор, представляющий собой большой компрессор, обеспечивающий большую тягу, которая приводит самолет в движение», — объясняет Бранд. «За вентилятором внутри двигателя находится более мощный компрессор меньшего размера, который повышает давление и температуру воздуха, подготавливая его к сжиганию реактивного топлива». Как только лопасти начинают двигаться достаточно быстро, пилот медленно добавляет топливо в камеру сгорания двигателя. Там электрическая искра воспламеняет воздушно-топливную смесь, и выхлоп проходит из камеры сгорания через турбину, состоящую из еще большего количества лопастей, разгоняя двигатель до тех пор, пока он не достигнет холостого хода, точки, в которой он становится самоподдерживающимся.