Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое помпаж двигателя вертолета

Центробежные компрессорные установки. Защита от помпажа.

Компрессорные установки в промышленности используются во многих технологических операциях. Сжатый воздух получают разными типами компрессорных установок. От роторного типа, до вихревых турбомашин. Центробежные компрессорные установки типа К-250 имеют широкое распространение в промышленности. Но у всех типов компрессоров есть критический режим работы – помпаж.

Введение

Динамическое сжатие газа в центробежных компрессорах достигается увеличением политропного напора потока газа. Такой процесс описывается газодинамическими характеристиками компрессора, которые представлены на двухмерном графике кривой показывающей рабочие точки компрессора.

На режимах работы компрессора близких к расчетной точке (точка А), поток газа согласуется с формой элементов проточной части. При существенном отклонении режимов в потоке возникают различные вторичные течения, возникают сложные физические процессы.
Пересечение линии помпажа (точка В) сопровождается высокочастотными колебаниями, при этом происходит скачкообразное изменение расхода от максимального значения до отрицательного (реверсирование потока).

ПОМПАЖ – это нестационарный, автоколебательный режим работы компрессора с частотой колебаний давления и расхода порядка 0,5 – 2,0 Гц в зависимости от аккумулирующих характеристик сети.

Помпаж сопровождается быстрым ростом температуры газа, появлением сильных толчков и вибрации, что может привести к разрушению компрессора. Помпаж – недопустимое явление для компрессоров.

Как защититься от помпажа?

Современные системы управления компрессорными установками в своем арсенале имеют много различных алгоритмов для защиты компрессора от помпажных явлений. Математические модели описывающие процессы, протекающие при сжатии воздуха, заложенные в системы управления компрессорными установками позволяют осуществить управление исполнительными механизмами по кривой помпажа КУ (компрессорной установки), для уменьшения эксплуатационных затрат, без ущерба механической части КУ. В процессе эксплуатации механические характеристики КУ меняются не в лучшую сторону. Мат. Модель может быть адаптивна к новым характеристикам КУ, но она сложна в реализации. Поэтому на стадии пусковой наладке, настраивают мат. модель под конкретную КУ. Но само детектирование начала помпажных явлений или установившегося помпажа имеет место быть в независимости от применяемой системы управления КУ. Поэтому данный вид аварийной остановки КУ присутствует в любой САУ (системы автоматического управления) КУ. Для детектирования помпажных явлений используется много входных данных: изменение давления на выходе, температуры и т.д.

Детектор помпажа КУ

В данной статье я расскажу, как детектировать помпажное явление в КУ, применяя простой программный алгоритм и единственный сигнал, по которому будет происходить оценка данного явления.
Рассмотрим КУ К-250.

Центробежный, многоступенчатый компрессор, имеющий промежуточные отводы к газоохладителям.
В рабочем режиме, когда КУ вышел на номинальные характеристики, ток статора имеет практически номинальное значение, если двигатель подобран без запаса по мощности. Во время помпажных явлений, давление на выходе повышается до максимально возможного, для данного типа КУ, после чего происходит перетекание сжатого воздуха под воздействием давление из ступеней высшего порядка к низшим. В момент перетекания нагрузка на валу двигателя резко уменьшается, возникает механический удар. Этот момент необходимо детектировать на ранней стадии, чтобы предотвратить механические повреждения КУ. Почему возникают эти помпажные явления, останутся за рамками этой статьи.
Рассмотрим график тока статора в рабочем режиме.

Во время начавшегося помпажа, когда сжатый воздух перетекает из высшей ступени в низшую, происходит «подталкивание» электродвигателя, в этот момент происходит всплеск действующего значения тока, а затем в связи с уменьшением нагрузки происходит провал тока, затем набор рабочего тока, сжатие продолжается и цикл повторяется вновь, вплоть до исчезновения помпажа. График такого режима.

На данном графике колебания происходят с частой в 1 Герц. Такое поведение тока статора, прямое следствие начавшегося помпажа КУ. Как программно детектировать?

Помпаж вызывается сильными отклонениями в работе двигателя от расчетных режимов:

  • вывод самолета на закритические углы атаки;
  • разрушение и отрыв лопаток рабочего колеса (например, из-за старости);
  • попадание в двигатель постороннего предмета (птицы, снега, фрагмента бетонного покрытия ВПП);
  • попадание в воздухозаборник пороховых газов при стрельбе из пушек или пусках ракет на боевых самолетах;
  • попадание в воздухозаборник продольного вихря.
  • ошибками, допущенными при проектировании или сбоями в работе системы управления двигателя и (или) управляемого воздухозаборника;
  • сильным боковым ветром при запуске двигателя на аэродроме (ранние модели двигателей JT-9D);
  • низким давлением окружающего воздуха (в жаркую погоду в горах).
  • помпаж входного устройства может возникнуть на больших сверхзвуковых скоростях полета при значительном увеличении количества воздуха, подводимого к двигателю, по сравнению с расходом воздуха через двигатель, т.е. когда пропускная способность диффузора значительно превышает потребности двигателя в расходе воздуха.

Как устранить помпаж, если это случилось во время рейса?

При перелете могут произойти разные внештатные ситуации. Именно поэтому пилот должен быть готовым ко всему. Если случился помпаж двигателя, то эта проблема поправима, если лайнером управляет грамотный летчик. Даже неопытный пилот во время полета заметит, если происходит помпаж движка. В такой ситуации нужно вовремя сориентироваться и приступить к решению проблемы. Зачастую летчики переводят мотор на сниженные обороты или вообще отключают его на какой-то период. В результате подобных действий помпаж сам пропадает.

Падение

По официальной версии Ту-154Б-2 свалился в плоский штопор из-за ряда ошибок, допущенных экипажем. Полетные условия в Средней Азии специфические – в теплое время года здесь очень жарко даже по ночам. Взлетал самолет в 23:00, и температура наружного воздуха составляла +33℃. В жару набор высоты происходит значительно дольше. Автоматика, контролирующая угол атаки, один раз сработала при достижении его критического значения и затем по неустановленным причинам была обесточена. На необходимой высоте воздух оказался горячее на 16,5℃.

Читать еще:  Что такое двигатель эмка

Самолет шел на автопилоте и углы атаки достигли предельных значений. Ту-154Б-2 начало трясти из-за приближающегося срыва потока, но на борту посчитали, что виной всему помпаж, то есть сбои в работе двигателей, сопровождающиеся хлопками. Для его устранения дважды производился перевод на малый газ. В то время как самолету нужно было набирать скорость, он терял ее, в том числе, и из-за превышения допустимых углов атаки. В итоге воздушное судно стало неуправляемым и оказалось в плоском штопоре, вывести из которого тяжелый авиалайнер не представлялось возможным.

Ту-154Б-2 падал чуть более 2,5 минут и при ударе о землю в горизонтальной плоскости почти не двигался. Дальнейшее расследование выявило не только ошибки экипажа, но и увеличение полетной массы. Это было сделано без учета температуры наружного воздуха, которая в июле над Кызылкумом значительно выше стандартной.

Что такое «стелс» и когда оно работает, а когда — не очень?

Технологии, позволяющие уменьшить заметность самолётов получили название «стелс». Их эффективность вызывает споры многие годы. Оценки разнятся от «вы его не заметите, пока самолёт не подлетит в упор» до «да у нас есть радары метрового диапазона, против которых “стелс” бессильны!» Что же это такое и как оно работает?

Теория

Тела отражают электромагнитные волны, и это позволяет обнаруживать летающие объекты. В истинности этого утверждения может убедиться каждый, посмотрев на пролетающую мимо ворону. Но электромагнитные волны бывают разными.

Более короткие волны — например, ультрафиолет — не всегда подходят для обнаружения воздушных целей, потому что хорошо поглощаются водяным паром, который всегда присутствует в атмосфере. Другое дело — более длинные волны: инфракрасные и радиоволны. Уже перед Второй мировой войной во многих странах начали экспериментировать с радиолокаторами. Они посылали электромагнитную волну, та отражалась от цели, и по принятому сигналу при должном умении можно было узнать много интересного: в каком направлении находится цель, её скорость и дальность до неё.

Как только появились радиолокаторы, тут же появились и средства борьбы с ними. Например, бросали алюминиевые полоски, отражения от которых могли ослеплять локаторы, излучать ложный сигнал, обманывающий или также ослепляющий радар и тому подобное.

Борьба средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) с радиолокаторами продолжается до сих пор. Но в определённый момент возник вопрос: а нельзя ли сделать так, чтобы отражённого излучения не было? Ну или по крайней мере не было в сторону радара?

Оказалось, что можно резко уменьшить возвращаемое излучение, и в этом помогает знание природы электромагнитного излучения. Дело в том, что это волна. И ведёт она себя далеко не всегда как поток частиц, и уж тем более не как луч в учебнике оптики. Например, волна может обойти вокруг объекта и отправиться в сторону своего источника. Особенно это хорошо ей удаётся, если объект по форме близок к цилиндру.

Обшивка самолёта может работать, как волновод, позволяя волне пройти вокруг фюзеляжа и излучиться в ту сторону, с которой и пришла

На гранях объекта волна излучается во все стороны, а отражается по законам геометрической оптики. И если есть на самолёте прямые углы, то они сыграют роль уголкового отражателя, направляя волну в направлении локатора, где и поджидает противник.

Правила и проблемы

Из всего этого следуют некоторые правила.

В-2. Волны, отражаясь от задней кромки крыла, будут уходить куда угодно, но только не в стороны радара

  1. Нет прямым углам! Допустимы только тупые и острые углы, которые направят излучение подальше от противника.
  2. Меньше граней! Лючки, антенны, приёмники воздушного давления — всё, что высовывается над поверхностью, будет источником отражённого излучения. Если это убрать, то и заметность самолёта резко снизится.
  3. То, что нельзя убрать, надо скрыть. Например, лопатки турбины спрятать за S-образным воздуховодом, в котором будут поглощаться радиолучи. Кабину прикрыть металлизированным фонарём, который не пропустит радиоизлучение внутрь.
  4. Самолёт должен быть зелёный и плоский, — тогда волна не сможет его обойти. Отсюда же следует, что кили желательно делать наклонными: излучение они будут отражать куда-нибудь вниз или вверх.
  5. Боковая проекция самолёта должна быть небольшой.

На этом израильском F-35 хорошо заметны лючки, прикрытые крышками с зубчатыми краями. Фонарь чуть темнее, чем привычно – как раз из-за металлизированного
покрытия

Отдельная проблема — двигатель, а точнее, лопатки турбины. Из-за своей функции они имеют сложную форму, поэтому их отражающая способность весьма велика. Хорошо, если удаётся скрыть их за S-образным воздуховодом, однако это ведёт к дополнительным потерям скорости. Поэтому на В-2, например, воздухозаборники просто выведены на верх крыла — оно закрывает их от вражеских радаров. Но для истребителей это плохой вариант, поскольку при маневрировании с большим углом атаки (грубо говоря, когда нос самолёта задирается вверх) крыло начинает затенять воздухозаборник: увеличивается турбулентность потока, а значит, возможен помпаж двигателя. Поэтому на истребителях такой вариант ещё ни разу не применяли.

Это всё — про форму. Однако для заметности важна не только форма объекта, но и поверхность. Все материалы по-разному отражают и преломляют излучение.

Можно подобрать те материалы, что будут это делать особенно хорошо как раз на тех длинных волнах, на которых работают вражеские локаторы.

Читать еще:  Двигатель g4ed для каких авто

В ход вполне может пойти эффект, сходный с тем, который помогает добиваться «просветлённой» оптики. Если сделать двухслойный материал толщиной примерно в четверть длины падающей на него волны, то отразившееся от внутренней границы излучение при выходе за внешнюю границу материала окажется в противофазе с отразившемся излучением, — и волны друг друга погасят.

Что же делать?

На вопли «аэродинамистов»: «вы что, хотите нам запретить делать нужную форму несущих поверхностей?!» тоже нашёлся ответ. Можно сделать накладку из материала, свойства которого изменяются с глубиной. Тогда волны будут «заманиваться» внутрь материала, где и поглотятся. И только на крики «прочнистов» — «да сколько ж это будет весить?!» — нет никакого ответа. Весит всё это радиопоглощающее богатство много.

Ехидные замечания: «а вот если мы посветим радаром метрового диапазона, что будет?» тоже остаются без приятного для пилотов «стелс» ответа: ничего хорошего не будет. Как уже говорилось выше, толщина покрытия привязана к длине волны, против которой оно работает. Соответственно, чтобы покрытие работало против радаров метрового диапазона, оно должно быть очень толстым.

Ну что — всё? Сплошной обман эти ваши «стелсы», мы их будем видеть радарами метрового диапазона?

Проблема в том, что радар, работающий в таком диапазоне, тоже должен быть размера порядка нескольких метров. Это слишком много даже для истребителя, не говоря уже об управляемой ракете. Кроме того, есть проблема точности. Чем больше длина волны — тем меньше точность измерений.

В общем, обнаружить самолёт «стелс» можно, а вот поразить — куда более сложная задача.

На данный момент есть лишь один случай достоверного поражения такого самолёта — когда югославы в 1999 году сбили F-117. Отличился 3-й дивизион 250-й ракетной бригады, вооружённой старенькими С-125. Согласно наиболее правдоподобным описаниям, цель была обнаружена и поражена с использованием только радиолокационных средств. Фирма «Локхид», построившая самолёт, потом оправдывалась: мол, американские военные заставили F-117 маневрировать в сложном рельефе местности, а меры по уменьшению заметности адаптированы только для горизонтального полёта. Но, согласно югославскому описанию, самолёт летел на средней высоте и начал маневрирование уже после пуска. Так что иногда «стелс» сбить всё-таки можно.

Впрочем, это единственная потеря — при том, что F-117 и в Ираке в 1991 году и в 2003-м, и в Югославии выполняли особо важные задания и летали довольно много.

Мерой заметности самолёта является эффективная поверхность рассеивания (ЭПР). По имеющимся оценкам, у наиболее продвинутых современных самолётов эта ЭПР снижена до 0,001 кв.м или даже до 0,0001 кв.м. Это в тысячи, а то и в десятки тысяч раз меньше, чем у обычного истребителя. Правда, впечатление от успехов американских авиастроителей несколько портит то, что дальность обнаружения, согласно основному закону радиолокации, пропорциональна корню четвёртой степени от ЭПР. Если переводить с физического на русский, то это означает уменьшение дальности обнаружения в сравнении с обычным истребителем раз эдак в пять. Тоже очень много, но всё же не в тысячи раз.

Кроме радиодиапазона существует ещё и инфракрасный диапазон. И здесь совсем сложно, — ведь источником является сам самолёт. Чем современнее двигатель, тем больше температура газов в нём. Выключенный, он остывает не сразу, и за самолётом остаётся довольно длинный факел, не всегда видимый визуально, но отлично заметный для инфракрасных головок самонаведения ракет. Кроме того, излучение идёт и от горячих поверхностей двигателей — ведь неслучайно их делают из жаропрочного титана.

Су-27. Титановые вставки легко видеть – их не красят по той же самой причине: краска обгорит

Что с этим можно сделать? Горячие части можно прикрыть теми же килями; кроме того, кили могут хотя бы частично закрывать факел. Ещё можно поставить двухконтурный двигатель, часть тяги которого будет образовываться за счёт разгона турбиной холодного воздуха. Этот воздух, смешиваясь ещё внутри двигателя с горячими газами из первого контура, будет их охлаждать.

Двухконтурный двигатель — это не только меньшая заметность, но и большая топливная эффективность!

Платой за это станет меньшая максимальная скорость. Поэтому ни F-22, ни F-35 до двух махов и не добираются.

Выводы

Технологии «стелс» не панацея. Но она позволяет существенно уменьшить дальность обнаружения самолётов, в том числе и для головок самонаведения ракет. Возможно, против них современные радиолокационные ракеты станут совсем неэффективными. Но пока что в реальном бою этого ещё никто не проверял.

Николай Куимов родился в 1957 году в Подольске.

Окончил Тамбовское высшее военное авиационное училище лётчиков имени М. М. Расковой. В 1989 году Куимов окончил Центр подготовки лётчиков-испытателей Государственного лётно-испытательного центра имени Чкалова. С начала 1990-х годов был лётчиком-испытателем ОКБ имени Ильюшина.

Участвовал в испытаниях самолетов «Ил-96-300ПУ» и «Ил-76МФ». Также принимал активное участие в испытаниях «Ил-114-100». В общей сложности Куимов освоил более 35 типов самолётов. 30 марта 2019 года командовал экипажем, который провёл первый испытательный полёт опытного образца российского лёгкого военно-транспортного самолёта Ил-112В. 16 декабря 2020 года на аэродроме в Жуковском Куимов, командуя экипажем, совершил первый полёт на новом пассажирском региональном турбовинтовом самолёте Ил-114-300. Заслуженный лётчик-испытатель Российской Федерации (2003). Также награждён рядом медалей[2]. Указом Президента Российской Федерации от 28 декабря 2006 года за «мужество и героизм, проявленные при испытании новых образцов авиационной техники» Николай Куимов был удостоен звания Героя Российской Федерации.

Читать еще:  Двигатель ауди дизель технические характеристики

Летчик-испытатель Дмитрий Комаров родился в 1969 году. Служил в армии.

Окончил Качинское высшее военное училище летчиков.

Комаров служил в строевых частях ВВС и, как Куимов, был летчиком-испытателем в «Авиационном комплексе имени С. В. Ильюшина». Он проводил испытания самолетов Ил-76ТД-90ВД, Ил-114-300 и участвовал в испытаниях Ил-103, Ил-114, Ил-76МД-М.

В 2011 году Комаров стал заслуженным летчиком-испытателем, а в 2018-м его наградили орденом Мужества.

О бортинженере Николае Хлудееве известно не так много. Он родился в 1965 году и проживал в Звездном Городке. Хлудеев участвовал в международных авиасалонах, в частности, МАКС.

У него остался сын Роман, который рассказал, что всегда будет восхищаться отцом.

«Очень хотелось пойти по стопам отца, но время упущено. Сейчас уже другая работа, другие интересы. Но я все равно мальчик, который влюблен в небо благодаря отцу», — добавил Роман Хлудеев. И добавил, что отец много рассказывал ему про самолеты, но не брал его в полет.

Конструкция вертолета

Для начала следует познакомиться с термином — авторотация. Это эффект вращения вертолета в сторону, противоположную направлению вращения несущего винта. Таковы законы физики. Вертолеты приходится оснащать дополнительным винтом, расположенным в хвосте, — рулевым. Рулевой винт создает силу, противоположную авторотации и компенсирующую ее. Наличие рулевого винта позволяет вертолету двигаться в нужную сторону, а не крутиться на месте.

Схема без хвостового винта

Авиастроители создали вертолет по схеме NOTAR (это сокращение от английского No Tail Rotor, в переводе — «без хвостового винта»). Вместо рулевого винта имеется хвостовая балка, через которую проходит воздух от вентилятора. Он вырывается из хвостового сопла в нужном направлении, компенсируя авторотацию.

Вертолеты двухвинтовой схемы

Рулевой винт является самым проблемным узлом современных вертолетов. Во-первых, он опасен и может тяжело травмировать человека, стоящего рядом с вертолетом. Во-вторых, именно от этой «мелочи» полностью зависит работоспособность такой большой и сложной машины, как вертолет. Стоит этому небольшому и хрупкому узлу повредиться — и вертолет превратится в груду неуправляемого металла. Неудивительно, что авиаинженеры пытаются исключить рулевой винт из конструкции вертолета. Одним из путей является создание вертолета с двумя несущими винтами.

Парочка соосных несущих винтов

Вертолетная схема с парой несущих винтов, расположенных один над другим, называется соосной (это слово означает, что оси винтов совпадают). Два несущих винта вращаются на одной оси в противоположные стороны, благодаря чему происходит взаимная компенсация эффекта авторотации. Основным мировым производителем вертолетов по такой схеме является российское предприятие «Камов». В частности, в 1997 г. был разработан ударный вертолет «Камов» Ка-52 (на западе его окрестили «Аллигатором»).

Парочка разнесенных несущих винтов

Еще одной схемой конструирования вертолетов является схема с двумя разнесенными несущими винтами. Термин «разнесенные» означает, что несущие винты располагаются не на одной оси (как в соосной схеме), а в разных местах фюзеляжа. По такой схеме создан тяжелый американский вертолет СН-47 «Чинук» фирмы «Боинг» (чинуки — индейское племя). Первые «Чинуки» транспортировали пушки и грузовики в джунглях Вьетнама более полувека назад.

Сложности конструкции

Пара несущих винтов — это, безусловно, великолепная идея. Она позволяет исключить такое слабое звено, как рулевой винт. Однако она же привносит в конструкцию новую проблему. Сдвоенный несущий винт намного сложнее устроен, чем одиночный. Поэтому только самые передовые фирмы мира занимаются производством вертолетов соосной схемы.

Легендарный «Ирокез»

Война во Вьетнаме стимулировала создание многоцелевых ударных вертолетов. Самый известный из них — «ирокез» — занимался не только массовой транспортировкой или эвакуацией, но и вошел в историю как первый вертолет непосредственной огневой поддержки войск.

Русский винтокрылый «универсал»

В 1971 г. на вооружение Советской армии был принят вертолет Ми-24, созданный в конструкторском бюро еще одного гения вертолетостроения — русского инженера М. Миля. Это уникальная машина, сочетающая качества транспортного и ударного вертолета. До настоящего времени не создано настолько универсальной машины. Ми-24 может с успехом уничтожать танки, штурмовать вражеские укрепления, доставлять грузы, высаживать десант и эвакуировать раненых.

Ударный боец племени апачей

Создание в России транспортно-ударного вертолета Ми-24 весьма впечатлило военных стран НАТО. В 1982 г. в армию США поступили первые серийные вертолеты АН-64 «Апач» (апачи — племя североамериканских индейцев). На сегодня это один из самых эффективных проектов в области вертолетостроения, настоящая боевая машина XXI в. Он разработан для взаимодействия с наземными войсками на переднем крае в условиях наступательных операций.

«Европеец» под номером 135

С 1996 г. совместная франко-германская фирма «Еврокоптер» производит легкий многоцелевой вертолет ЕС-135. Термин «многоцелевой» означает, что эта машина может выступать в различных качествах как на гражданской, так и на военной службе. ЕС-135 применяется как санитарный, поисково-спасательный, полицейский и разведывательный вертолет, также к нему можно прикрепить внешние крылышки с подвесным оружием.

Боевой «немец»

В годы Второй мировой войны фирма «Мессершмитт» производила отличные боевые самолеты. После войны она вошла в состав концерна, занимавшегося в том числе производством вертолетов. Перед нами — Во-105, легкий многоцелевой вертолет. До 2000 г. было выпущено более 1400 таких моделей. Из них 800 — гражданских модификаций (для полиции, госпиталей и больниц, транспортных компаний) и 600 — военных (разведывательный и ударный варианты).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector