אווירודינמיקה-עקרונות מנוע סילון

Transcription

אווירודינמיקה-עקרונות מנוע סילון
‫עקרונות מנוע סילון‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנוע סילון‬
‫• סוגי מנועי סילון‬
‫בתעופה האזרחית והצבאית קיימים מספר סוגי מנועי סילון‪.‬‬
‫אנו נדון בשלושה סוגים עיקריים‪:‬‬
‫‪ ‬טורבו סילון‬
‫‪ ‬טורבו‪-‬מניפה‬
‫‪ ‬טורבו‪-‬פרופ‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנוע סילון‬
‫• מנוע טורבו‪-‬מניפה‬
‫עקרון פעולה‬
‫מנוע הטורבו‪-‬מניפה (אשר במקור נקרא מנוע מעקף‪-‬טורבו‪-‬‬
‫סילון) הוא למעשה מנוע סילון רגיל אשר בו‪ ,‬בקצה הקדמי‬
‫של מדחס לחץ נמוך (‪ )N1‬נמצאת מניפה גדולה בקדמת‬
‫המנוע הדוחסת אוויר לליבת המנוע‪.‬‬
‫ההבדל העיקרי בין מנוע טורבו‪-‬מניפה למנוע טורבו‪-‬סילון הוא‬
‫שרק חלק מהאוויר נכנס לתא השריפה ונשרף‪ ,‬בעוד חלק‬
‫אחר "עוקף" (ומכאן שמו הישן של המנוע) את תא השריפה‬
‫מבחוץ ונפלט יחד עם גזי הפליטה מצינור הפליטה‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנוע סילון‬
‫• יחס עקיפה ‪ -‬היחס בין כמות האוויר הנכנסת דרך הכונס‬
‫לבין כמות האוויר הנכנסת לליבת המנוע‪.‬‬
‫יחס זה הנו פרמטר חשוב במנועי טורבו‪-‬מניפה; ככל שיחס‬
‫העקיפה גדול יותר כך גדלה יעילותו של המנוע‪.‬‬
‫במנועי המניפה הראשונים‪ ,‬יחס העקיפה עמד על פחות מ‪1-‬‬
‫(כלומר יותר אוויר נשרף מאשר עוקף)‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנוע סילון‬
‫יחס עקיפה (המשך)‬
‫היום‪ ,‬כל מנועי ה"פה הגדול" של מטוסי הסילון האזרחיים הם‬
‫מנועים בעלי יחס עקיפה גבוה אשר בדרך כלל עומד על ‪3‬‬
‫(כמות האוויר העוקף גדולה פי ‪ 3‬מכמות האוויר הנשרף)‪,‬‬
‫מכאן שכ‪ 70%-‬מהאוויר הנכנס למנוע עובר דרך תעלת‬
‫הזרימה העוקפת וכ‪ 30%-‬מהאוויר הנכנס למנוע עובר דרך‬
‫פנים המנוע‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנוע סילון‬
‫• תיאור מנוע טורבו‪-‬פרופ בסיסי‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫מנועי טורבו‪-‬פרופ‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫מנוע טורבו‪-‬פרופ טורבינה‬
‫חופשית‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫• נחשול‬
‫על מנת להסביר את תופעת הנחשול נגדיר קודם מספר מושגים‪.‬‬
‫‪ ‬מהירות הקול ‪ -‬מהירות הקול אינה קבועה (להבדיל ממהירות‬
‫האור) ולמעשה תלויה בטמפרטורה‪.‬‬
‫לשם כך אנו מגדירים מספר מאך‬
‫מהירות‪M= V -‬‬
‫מהירות הקול ‪C‬‬
‫באותו גובה‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫‪‬מאך קריטי ‪ -‬המהירות בה נקודה כלשהי על הפרופיל‬
‫מגיעה למהירות הקול‪ .‬ברוב הפרופלורים המאך הקריטי הוא‬
‫‪.0.85‬‬
‫‪ ‬זווית התקפה ‪ -‬כמו בהגדרה הקלאסית זו הזווית בין מיתר‬
‫הפרופיל לזרימה היחסית אולם על הלהב פועלות שתי‬
‫זרימות; זרימת הסיבוב וזרימת האוויר‪.‬‬
‫הזרימה היחסית היא השקול‬
‫ביניהם (היתר במשולש ישר זווית)‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫כאשר זווית ההתקפה גבוהה מעל לזווית ההזדקרות‪ ,‬נקבל‬
‫נחשול‪ ,‬כלומר הזדקרות המדחס‪.‬‬
‫חלקו האחורי של המדחס אינו מגיע ליעילותו המרבית אלא רק‬
‫במהירות סל"ד גבוהה ואילו חלקו הקדמי יעיל כבר‬
‫מההתחלה (בסל"ד נמוך)‪.‬‬
‫מהירות הקול בחלקו האחורי של המדחס גבוהה ממהירות הקול‬
‫בחלקו הקדמי‪ .‬כלומר‪ ,‬נוצר מעין "פקק" אוויר בלחץ באמצע‬
‫המדחס המונע מהאוויר להתקדם לאורכו בעיקר בסל"ד‬
‫נמוך‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫הטמפרטורה בקצה האחורי של המדחס גבוהה מזו שבחלק‬
‫הקדמי ולכן עולה בו מהירות הקול‪.‬‬
‫‪ ‬הזדקרות ‪ -‬דרגה דחיסה אחת מזדקרת‪.‬‬
‫‪ ‬נחשול ‪ -‬הזדקרות במספר דרגות או לכל המדחס‪.‬‬
‫נחשול מתחיל תמיד מחלקו האחורי של המדחס לעבר חלקו‬
‫הקדמי‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫להזדקרות מספר סיבות‪:‬‬
‫‪ ‬סל"ד נמוך‬
‫‪ ‬רוח צולבת‬
‫‪ ‬תמרונים חריפים‬
‫‪ ‬נזק בלהבי המדחס‬
‫‪ ‬יחס דחיסה גבוה מדי (הרבה דרגות)‬
‫‪ ‬חסימת הכונס‬
‫‪ ‬האטה או החשה מהירים מדי (משנים את רכיב הסל"ד)‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫נחשול עלול להיגרם גם במנועים בהם קיימים תריסי פליטה‬
‫בצינור הפליטה‪ .‬כאשר אלו סגורים מדי הלחץ מאחורי‬
‫המדחס יגרום לעצירת זרימת האוויר במדחס‪.‬‬
‫כל הסיבות הללו עלולות לגרום להקטנת הווקטור הצירי או‬
‫הסיבובי ולשינוי זווית ההתקפה עד לקבלת הזדקרות‪.‬‬
‫הואיל ותופעת ההזדקרות קיימת בעיקר במדחסים ציריים‬
‫קיימות מספר שיטות למניעתם‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫‪ - INLET GUIDE VANES I.G.V ‬להבי הכוונה מתכוונים‬
‫בכניסה למדחס הדואגים לכוון את הזרימה בצורה שלא‬
‫תגרום להזדקרות (הקטנת הווקטור הצירי)‪.‬‬
‫‪ ‬שסתומי פריקה ‪ - BLEED VALVES‬אלו שסתומים‬
‫הפורקים אוויר‪ ,‬בערך באמצע המדחס‪ ,‬למניעת נחשול‪.‬‬
‫שסתומים אלה משחררים החוצה אוויר ומאפשרים לחלקו‬
‫האחורי של המדחס להעביר את כל האוויר‪ .‬שסתומי הפריקה‬
‫מפוקחים אוטומטית ופתוחים בסל"ד נמוך ונסגרים בסל"ד‬
‫גבוה‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫• שימו לב שנקודת פעולת שסתומי השחרור תלויה בטמפרטורה‪.‬‬
‫ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר הם יסגרו מאוחר יותר‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫‪‬מדחס מפוצל ‪ -TWIN SPOOL -‬על מנת לקבל יחס‬
‫דחיסה גבוה אנו נדרשים להרבה דרגות מדחס אולם מאידך‬
‫ריבוי דרגות עלול לגרום לתופעת הנחשול‪ .‬אחת השיטות‬
‫המקובלות כיום היא לבנות את המדחס משני חלקים‪.‬‬
‫החלק הקדמי ‪ -‬מדחס לחץ נמוך או ‪ N1‬מסתובב לאט יותר‬
‫מהחלק האחורי‪.‬‬
‫החלק האחורי ‪ -‬מדחס לחץ גבוה או ‪ N2‬מסתובב מהר יותר‬
‫מהחלק הקדמי‪.‬‬
‫שינוי המהירות של שני המדחסים מתקבל עקב מיקום‬
‫הטורבינות כפי שנראה באיור הבא‪.‬‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬
‫עקרונות מנועי סילון‬
‫"אנימוס" חברה לפיתוח ויישום‬
‫מערכות הדרכה בע"מ‬