Cosa succede a un motore a turbina dal momento in cui viene avviato un avviamento fino al raggiungimento del minimo stabile?
Cosa può andare storto?
Il mezzo per avviare la maggior parte dei motori a turbina è l'aria di spurgo ad alta pressione. Questa sorgente di spurgo proviene tipicamente da un'APU, ma può anche provenire da un motore già in funzione (avvio incrociato) o da un carrello huffer esterno.
In alcuni aeroplani l'avvio è completamente controllato da FADEC e devono essere avviati e monitorati solo dall'equipaggio di volo, e su altri aeroplani alcuni passaggi devono essere avviati manualmente.
Il processo di seguito descrive meglio un motore turbofan. Leggi la risposta di @Falk per informazioni sulle differenze con i motori turboelica.
Fare riferimento all'immagine qui sotto (Credito: K. Aainsqatsi, Wikipedia):
Le parti del motore a cui farò riferimento di seguito sono:
Il processo di avviamento del motore segue questa formula di base
Attraverso l'apertura delle valvole di sfiato , l'aria di spurgo viene inviata a un avviatore di una turbina ad aria. Questi dispositivi utilizzano tipicamente l'aria di spurgo ad alta pressione per girare e innestare una frizione centrifuga collegata alla trasmissione accessoria del motore. Questo a sua volta fa girare l'albero N2 all'interno del motore.
Con l'albero N2 in rotazione, il compressore N2 e le turbine N2 girano. Questo inizia a forzare l'aria attraverso il motore dalla parte anteriore a quella posteriore.
Con l'albero degli accessori e gli alberi N2 in rotazione, gli accessori dovrebbero iniziare a funzionare e questo può essere verificato dalle indicazioni della pressione dell'olio sull'EICAS.
Con maggiore rotazione dell'N2 , l'accensione verrà inserita. Questi accenditori si trovano nella sezione calda del motore e producono piccole scintille. Dovrebbe esserci un'indicazione sull'EICAS che l'accensione è attiva.
Con un ulteriore aumento della rotazione di N2, verrà introdotto il flusso di carburante. Ciò sarà verificato sull'EICAS. Una volta rilevato il flusso di carburante, è importante che la prossima fermata avvenga abbastanza presto.
Luce spenta! Il carburante viene acceso dall'accensione e ora il fuoco che brucia nella sezione calda fornita dall'aria del compressore sta producendo spinta attraverso le turbine N2 e N1.
Poiché il motore è producendo spinta attraverso la turbina N1, l'albero N1 fa girare la ventola N1 e l'EICAS noterà questo aumento nella rotazione N1. Le velocità di rotazione N1 e N2 aumentano.
Al di sopra di una soglia N2, le valvole di sfiato che alimentano l'avviatore della turbina si chiuderanno e l'avviatore si disinnesterà. Gli accenditori si spegneranno a una certa soglia di N2.
Il motore si stabilirà in un'impostazione stabile della spinta al minimo.
Hung start
Nessun dispositivo di accensione
Mancata accensione
Superamento ITT
Il lo starter della turbina ad aria non si disinnesta
La valvola di intercettazione dell'aria di spurgo che alimenta lo starter della turbina non si chiude
Runaway N1 o N2
Se il motore si spegne, si può tentare un riavvio in volo. Questi avvi si verificano in genere in uno dei seguenti modi:
L'avvio dell'APU è essenzialmente lo stesso processo di cui sopra. L'avviamento incrociato, che può essere effettuato anche a terra, sostituisce semplicemente un motore acceso a una potenza elevata per fornire l'aria di spurgo per l'avviamento ed è altrimenti lo stesso come sopra.
L'inizio interessante è il inizio del mulino a vento. La necessità di questo significa che è successo qualcosa di brutto. Per aver bisogno di un avvio del mulino a vento, ciò significa che non ci sono fonti di aria di spurgo per alimentare l'avviatore della turbina ad aria. Ciò può significare che tutti i motori sono spenti e l'APU non è disponibile (MALE!), O semplicemente che le valvole di spurgo di un motore spento non si sono chiuse e non possono essere aperte.
Per l'EMB-145 che conosco, una partenza con il mulino a vento richiedeva la discesa a una velocità tra 260 KIAS e 320 KIAS e non poteva essere tentata sopra FL250. In breve, speri che il flusso di massa attraverso il motore sia sufficiente per far girare il compressore di N2 come farebbe l'ATS. Con un'indicazione N2 all'interno della busta dell'avviamento del motore, introduci scintilla e carburante e speri che il motore si accenda. Nel peggiore dei casi, se si è troppo lenti e non si è in grado di fornire un flusso d'aria sufficiente prima dello spegnimento della luce, il motore può surriscaldarsi rapidamente e danneggiarsi. Per questo motivo è particolarmente importante interrompere questo tipo di avvio non appena viene rilevata un'anomalia.
Se desideri conoscere i motori a reazione, leggi la risposta di @ casey. È molto dettagliato e buono.
Ci sono alcuni motori a turbina che vengono avviati in modo diverso. Stiamo parlando di motori turboelica o turboalbero. Un famoso esempio è la turbina PT6, che fornisce potenza a molti piccoli aeroplani a elica a turbina come la serie King Air di Beachcraft e Piper's Cheyenne e JetProp.
Questi motori sono costituiti da due parti, il generatore di gas e la potenza libera turbina. Il generatore di gas è praticamente un motore a reazione. È costituito da un ingresso, un compressore, una camera di combustione e una turbina. Non conosco nessun motore turboelica con un ugello per creare spinta, come un motore a reazione ne ha uno, ma se uno di voi lo sa, mi piacerebbe leggere il tuo commento. Su un motore turboalbero lo scarico non è affatto utilizzato per generare spinta quindi alcuni di essi sono addirittura invertiti (compressore nella parte posteriore del motore, ma di causa ancora alimentato con aria da una presa diretta in avanti). Forse hai notato che in alcuni aeromobili a turboalbero lo scarico è molto vicino all'elica: ecco il motivo.
Il secondo componente è una turbina a potenza libera, guidata dallo scarico del generatore di gas, che guida l'elica tramite un riduttore (velocità della turbina a potenza libera> 30.000 RPM, velocità dell'elica < 3.000 RPM). Nella maggior parte dei motori questi componenti sono tenuti insieme solo dal carter motore, ecco perché si chiama turbina a potenza libera.
Ora abbiamo tutti un'idea di base di questo tipo di motore e possiamo parlare della sequenza di avvio. Un cosiddetto generatore di avviamento è collegato al generatore di gas. Fondamentalmente è un motore elettrico alimentato da una batteria (o qualsiasi altra fonte di alimentazione CC) utilizzata per azionare l'albero del generatore di gas. Una volta avviato il motore, questo motore può essere utilizzato come generatore che fornisce potenza CC. Se guardi i principi di un motore elettrico e di un generatore DC vedrai che tecnicamente sono gli stessi. Hai solo bisogno di cambiare alcune connessioni. Questo di solito viene fatto azionando un interruttore a bilanciere a tre posizioni "start-off-generator".
La sequenza di avvio è praticamente la stessa di un motore a reazione:
Solitamente la turbina a potenza libera inizia a girare l'elica subito dopo l'aggiunta del carburante, tuttavia alcuni motori sono dotati di freno dell'elica che impedisce alla sezione di turbina a potenza libera di girare. Ciò è utile per azionare la sezione del generatore di gas solo per ottenere alimentazione elettrica o idraulica, a volte pneumatica, una sorta di APU. La serie ATR di Aerospaitiale è un famoso esempio. La chiamavano "modalità hotel".
Finora ottime risposte. Ci sono un paio di altri modi in cui un motore a reazione può essere avviato.
L'F-16 ha il motore collegato a un cambio con uno speciale albero bilanciato ad alta velocità. C'è una frizione in cui l'albero si collega al cambio. Al cambio è collegata anche una turbina più piccola nota come Jet Fuel Starter (JFS), delle dimensioni approssimative di un'anguria di grandi dimensioni, anch'essa dotata di frizione. Il cambio ha anche pompe idrauliche e generatori.
Per avviare l'aereo:
In alcuni aspetti, questo è simile a un toro apripista o altre attrezzature pesanti. Molti di loro hanno un piccolo "motore pony" con un avviamento elettrico, che produce poi la combinazione di potenza / coppia necessaria per avviare il motore principale. Quando il motore principale è in funzione, il motore del pony si spegne e si spegne.
Altri velivoli più vecchi, come l'F-100 Super Sabre, utilizzavano una piccola carica esplosiva (cartuccia iniziale, essenzialmente un grande vuoto). Lo installeresti nel motore. Il pilota lo avrebbe sparato elettricamente nella turbina di scarico, che avrebbe fatto girare il motore abbastanza (speravi) per far sì che il tutto iniziasse a velocità, quindi innestasse i sistemi di alimentazione e accensione. Se il carrello non si accendeva correttamente, era necessario attendere un certo periodo di tempo affinché si raffreddasse prima di poterlo rimuovere. Non vorresti che scendesse sulla rampa (possibile presenza di vapori di carburante) o nelle tue mani (ahi!).
Immagino che ora sia il mio turno di aggiungere modi esotici per avviare un motore a reazione.
Il Jumo 004 di Me-262 e Ar-234 aveva un piccolo motore a pistoni nella punta centrale che era avviato elettricamente, ma può anche essere avviato a mano da un meccanico. Hai mai notato il foro al centro della punta e l'anello bloccato in esso (vedi l'immagine a sinistra sotto)?
L'anello era attaccato a una corda che potrebbe essere utilizzata per avviare il motore a pistoni (motorino di avviamento Riedel, foto a destra). Questo potrebbe avviare il motore da solo fino a 2000 giri / min. A 500-1000 giri / min il pilota inserisce l'accensione. Ora la combustione iniziale ha contribuito a far girare ulteriormente il motore, fino a 5000 giri / min, quando il motore a pistoni si sarebbe disaccoppiato. Quindi il pilota potrebbe far avanzare lentamente le manette fino a 8700 giri / min, il massimo.
Cosa potrebbe andare storto? Molto:
Il motore a pistoni non si disaccoppia.
Flusso di carburante insufficiente, quindi il motore non accelera . A basse temperature, le pompe del carburante dovevano essere accese, ma solo fino a 3000 giri / min.
L'accensione non si avviava abbastanza presto. Quindi il motore rotante fornirebbe carburante alla camera di combustione, dove si raccoglierebbe e verrebbe soffiato nella carenatura del motore posteriore. Quando la combustione è iniziata, anche il carburante raccolto bruciava, provocando un incendio del motore.
Il pilota avrebbe fatto avanzare le manette troppo rapidamente. Ciò fornirebbe troppo carburante alla camera di combustione e riscalderebbe la turbina oltre il suo limite. Solo con il flusso d'aria più elevato vicino alla velocità di progetto è possibile bloccare l'acceleratore. -
L'altra procedura di avviamento è quella dei J-58 nell'SR-71, che era notevolmente simile. Solo che il motore di avviamento era molto più grande e non faceva parte del motore: era un design personalizzato di due Buick 455 V-8 sintonizzati, accoppiati su un carrello e azionanti un albero di trasmissione verticale che guidava il motore da una porta sotto la navicella del motore. Per avviare l'accensione, è stato iniettato un composto speciale chiamato trietilborano, perché il freddo JP-7 (il carburante speciale per i J-58) non si sarebbe acceso da solo. Una volta che il motore poteva sostenersi da solo, il carrello veniva disinnestato.
I motori Buick si guastavano frequentemente e in seguito furono sostituiti da due grandi blocchi Chevy. Inoltre, i motori potrebbero essere avviati con aria pressurizzata. Vedi questo link per ulteriori informazioni.
Cos'altro potrebbe andare storto? Anche questo elenco è abbastanza simile ...
Per l'avvio di una turbina molto semplice, senza FADEC o controllo del computer, ecco un video di un elicottero a turbina Mosquito XET avviato.
Accelerare al 50%, quindi ridurlo al minimo.
Innestare il motorino di avviamento.
Al 17% del regime, accendere l'accenditore.
Al 30% RPM, accendi il carburante ... il rombo indica che il bruciatore si è acceso.
Al 50%, spegni lo starter.
Al 70%, spegni l'accenditore.
Al 100%, è pronto a volare.
Il Mosquito utilizza una turbina a gas solare da 90 hp originariamente realizzata per generatori di riserva, motivo per cui l'intero pacchetto è (relativamente) poco costoso: circa $ 65k-70k per un elicottero alimentato a turbina.
Alcuni assemblaggi richiesti ...
C'è anche l'iterazione della trasmissione a cardano dell'avviamento dei motori. Dato che un tempo serviva la tecnologia su Tornado, non posso iniziare a dirti quanto sia frustrante questo sistema!
Un'APU aziona un cambio, che ha un generatore, una pompa idraulica e un albero di uscita al motore per avviarlo. È anche accoppiato ad un altro cambio sul motore no2 tramite un albero, che ha anche una pompa idraulica, un generatore e un albero di uscita. Quindi l'APU o entrambi i motori possono funzionare o entrambi i cambi e avviare uno o entrambi i motori!
Sentiti al sicuro condividendone il funzionamento ora che l'aereo è comunque fuori servizio nel Regno Unito;)
http://www.tornado-data.com/Tid/systems/common/secondary_power_system.htm