Kompresör durak - Compressor stall

Bir kompresör durması , bir gaz türbini veya turboşarjın kompresöründeki hava akışının yerel olarak bozulmasıdır . Kompresör boyunca hava akışının tamamen kesilmesiyle sonuçlanan bir durma, kompresör dalgalanması olarak adlandırılır . Olayın ciddiyeti, motor aletleri tarafından zar zor kaydedilen anlık bir güç düşüşünden, normal çalışmayı geri kazanmak için yakıt akışında ayarlamalar gerektiren bir dalgalanma durumunda tam bir kompresyon kaybına kadar değişir.

Kompresör durması, basit aerodinamik ve manuel veya mekanik yakıt kontrol üniteleri olan erken jet motorlarında yaygın bir sorundu , ancak daha iyi tasarım ve Tam Yetkili Dijital Motor Kontrolü gibi hidromekanik ve elektronik kontrol sistemlerinin kullanılmasıyla neredeyse ortadan kaldırıldı . Modern kompresörler, motorun çalışma aralığında durmayı önlemek veya sınırlamak için dikkatle tasarlanmış ve kontrol edilmiştir.

Türler

İki tip kompresör duraklaması vardır:

Döner durak

Dönen durak , kompresör içinde basınçlı hava sağlamaya devam eden, ancak etkinliği azaltılmış yerel bir hava akışı kesintisidir . Dönen duraklama, küçük bir hava folyosu oranında , kompresörün dengesini bozmadan yerel hava akışını bozan kanat tıkanması yaşadığında ortaya çıkar . Duran hava folyoları , akış yönünde hareket etmek yerine kompresörün çevresi etrafında dönen nispeten durgun hava cepleri ( stol hücreleri olarak adlandırılır ) oluşturur. Stall hücreleri rotor kanatlarıyla birlikte döner, ancak hızlarının %50 ila %70'inde dönerek, her biri stall hücreyle karşılaştığında rotor etrafındaki sonraki kanatları etkiler. Kararsızlığın akış yolu halkası etrafında yayılması, bitişik kanatta bir insidans artışına neden olan durak hücre blokajı tarafından tahrik edilir. Bitişik kanat, insidans artışının bir sonucu olarak durur, bu nedenle, rotor etrafında durma hücresi "dönüşüne" neden olur. Kompresör diskinin tüm çevresini kaplayan, ancak radyal düzleminin sadece bir kısmını kaplayan, kompresör yüzünün geri kalanı normal akışı geçmeye devam eden, eksene göre simetrik olan kararlı yerel durmalar da meydana gelebilir.

Dönel bir durma, harici bir rahatsızlıktan kaynaklanan anlık olabilir veya kompresör durma ve durmayan alanlar arasında bir çalışma dengesi bulduğunda sabit olabilir. Yerel stall'lar, kompresörün verimini önemli ölçüde azaltır ve etkilenen bölgede stall hücrelerle karşılaşan kanat profilleri üzerindeki yapısal yükleri arttırır. Bununla birlikte, birçok durumda, kompresör kanat profilleri, orijinal durma hücrelerinin komşu bölgeleri etkilemesi ve durma bölgesi hızla büyüyerek tam bir kompresör durması haline gelmesi için normal hava akışındaki rahatsızlığı absorbe etme kapasitesi olmadan kritik olarak yüklenir.

Eksen simetrik durma veya kompresör dalgalanması

Daha yaygın olarak kompresör dalgalanması olarak bilinen eksenel simetrik durma ; veya basınç dalgalanması , kompresörün arkasında zaten sıkıştırılmış havaya karşı çalışmaya devam edememesi nedeniyle akışın tersine dönmesi ve önceden sıkıştırılmış havanın motor girişinden şiddetli bir şekilde dışarı atılmasıyla sonuçlanan sıkıştırmada tam bir bozulmadır. Kompresör, ya basınç yükselme kapasitesinin sınırını aşan koşullarla karşılaşır ya da anlık bir rahatsızlığı absorbe etme kapasitesine sahip olmayacak şekilde aşırı yüklenir ve tüm kompresörü kapsayacak şekilde bir saniyeden daha kısa sürede yayılabilen bir dönme durması yaratır.

Motor basınç oranı , kompresörün sabit hava akışını sürdürebileceği bir seviyeye düştüğünde kompresör normal akışa geri dönecektir . Ancak, stall'a neden olan koşullar devam ederse, stabil hava akışının geri dönüşü, dalgalanma anındaki koşulları yeniden üretecek ve süreç tekrar edecektir. Böyle bir "kilitli" veya kendi kendini yeniden üreten durma, özellikle tehlikelidir, çok yüksek düzeyde titreşime neden olur, motorun hızlanmasına ve olası hasara neden olur, hatta kompresörün ve stator kanatlarının kırılması ve ardından bunların yutulması yoluyla motorun tamamen tahrip olmasına bile neden olur, aşağı yönde motor bileşenlerini yok etmek.

nedenler

Bir kompresör, havayı yalnızca belirli bir basınç oranına kadar kararlı bir şekilde pompalayacaktır. Bu değerin ötesinde akış bozulacak ve kararsız hale gelecektir. Bu, kompresör haritasında dalgalanma çizgisi olarak bilinen noktada meydana gelir . Komple motor, kompresörü, bir kompresör haritasında çalışma çizgisi olarak bilinen şey üzerinde aşırı basınç oranının altında küçük bir mesafe çalışır halde tutmak için tasarlanmıştır. İki çizgi arasındaki mesafe, bir kompresör haritasında dalgalanma marjı olarak bilinir. Aşırı basınç oranını düşürmek veya çalışma basıncı oranını yükseltmek için motorun çalışması sırasında çeşitli şeyler olabilir. İkisi çakıştığında, artık herhangi bir dalgalanma marjı yoktur ve bir kompresör aşaması durabilir veya önceki bölümlerde açıklandığı gibi kompresörün tamamı dalgalanma gösterebilir.

Kompresör dalgalanma marjını aşındıran faktörler

Aşağıdakiler, yeterince şiddetliyse, durmaya veya kabarmaya neden olabilir.

• Hasara neden olan yabancı cisimlerin yutulması ve ayrıca kum ve kir erozyonu dalgalanma hattını düşürebilir.
• Kompresörde biriken kir ve kompresör uç boşluklarını veya conta sızıntılarını artıran aşınmanın tümü, çalışma hattını yükseltme eğilimindedir.
• Şiddetli dalgalanma ile birlikte tam bir dalgalanma marjı kaybı, bir kuş çarpmasıyla meydana gelebilir . Yerde taksi yapmak, havalanmak, alçaktan uçmak (askeri) ve karaya yaklaşmak kuş çarpmalarının tehlikeli olduğu yerlerde gerçekleşir. Bir kuş bir kompresör tarafından yutulduğunda ortaya çıkan tıkanma ve kanat profili hasarı kompresörün aşırı yükselmesine neden olur. Bir pistte veya uçak gemisi uçuş güvertesinde hasara neden olabilecek enkaz örnekleri, lastik kauçuğu, çöp ve somun ve cıvata parçalarıdır. Spesifik bir örnek, başka bir düzlemden atılan metal bir parçadır . Pistler ve uçak gemisi uçuş güverteleri, yabancı cisimlerin içeri girmesini önlemek amacıyla sık sık temizlenir.
• Tasarım kapsamı dışında uçak operasyonu; örneğin , motor girişinde hava akımı ayrımlarıyla sonuçlanan aşırı uçuş manevraları, girişte veya kompresörde buz birikebileceği buzlanma koşullarında uçuş, aşırı irtifalarda uçuş.
• Uçuş manuel prosedürleri dışında motor çalışması; örneğin , erken jet motorlarında , pilotun notları yavaş gaz kelebeği hareketlerini belirttiğinde ani gaz kelebeği hareketleri ( slam hızlanma ). Aşırı yakıt doldurma, çalışma hattını dalgalanma hattına ulaşana kadar yükseltti. (Aşırı yakıtı otomatik olarak sınırlamak ve kabarmayı önlemek için genişletilmiş yakıt kontrol özelliği).
• Motor girişine türbülanslı veya sıcak hava akışı, örneğin , düşük ileri hızda ters itme kullanımı , sıcak türbülanslı havanın yeniden yutulması veya askeri uçaklar için füze ateşlemesinden kaynaklanan sıcak egzoz gazlarının yutulması ile sonuçlanır.
• Giriş bozulmasına neden olabilecek tabanca ateşlemesinden kaynaklanan sıcak gazlar; örneğin , Mikoyan MiG-27 .

Etkileri

Kompresör eksenel simetrik durmalar veya kompresör dalgalanmaları, motordan bir veya daha fazla aşırı yüksek sesle çarpma ürettikleri için hemen tanımlanabilir. Bu tip kompresör durması sırasında motordan çıkan alev jetleri raporları yaygındır. Bu stall'lara artan egzoz gazı sıcaklığı, stop eden kompresörün yaptığı işteki büyük azalma nedeniyle rotor hızında bir artış ve - çok motorlu uçak durumunda - etkilenen motor yönünde yalpalama eşlik edebilir . itme kaybı.

Yanıt ve kurtarma

Kompresör durmalarına karşı uygun tepki, motor tipine ve durumuna göre değişir, ancak genellikle etkilenen motorda ani ve istikrarlı bir şekilde azalan itme gücünden oluşur. Gelişmiş kontrol ünitelerine sahip modern motorlar, birçok stall nedenini önleyebilirken, jet uçağı pilotları, hava hızını düşürürken veya gazı arttırırken bunu hesaba katmaya devam etmelidir.

Önemli durak oluşumları

Uçak geliştirme

Rolls-Royce Avon motoru

Rolls-Royce Avon turbojet motoru tekrarlanan kompresör erken tasarımdan ortadan kaldırmak için zor olduğu onun 1940'larda gelişiminde dalgalanmaları etkilendi. Öyle ki motorun algılanan önemi ve aciliyeti olan Rolls-Royce kompresör tasarımı lisanslı Safir gelen motor Armstrong Siddeley hız gelişimine.

Yeniden tasarlanan motor, İngiliz Elektrikli Canberra bombacısı ve de Havilland Comet ve Sud Aviation Caravelle uçakları gibi güç uçaklarına gitti .

Olimpos 593

1960'larda Concorde Supersonic Transport'un (SST) geliştirilmesi sırasında, bir kompresör dalgalanmasının girişte yapısal bir arızaya neden olmasıyla büyük bir olay meydana geldi. Kompresörden ileri doğru yayılan darbe, bir giriş rampasının ayrılmasına ve girişin önünden dışarı çıkmasına neden olmak için yeterli güçteydi. Rampa mekanizması güçlendirildi ve tekrar oluşmasını önlemek için kontrol yasaları değiştirildi.

uçak kazaları

ABD Donanması F-14 kazası

Bir kompresör kabini , Amerika Birleşik Devletleri Deniz Kuvvetleri'nin ilk kadın uçak gemisi savaş pilotu olan Teğmen Kara Hultgreen'in 1994'teki ölümüne katkıda bulundu . Grumman F-14 Tomcat adlı uçağı, Hultgreen'in bir yana kayma uygulayarak yanlış bir son yaklaşma konumundan kurtulma girişiminin neden olduğu bozulan hava akışı nedeniyle bir kompresör durması ve sol motorunda, Pratt & Whitney TF30 turbofan'da arıza yaşadı ; Aşırı yalpalama açısından kompresör durmaları, bu tip motorların bilinen bir eksikliğiydi.

Güney Hava Yolları Uçuş 242

1977'de bir McDonnell Douglas DC-9-9-31 olan Southern Airways Flight 242'nin Georgia üzerinde bir fırtına hücresine girerken kaybolması , büyük miktarlarda su ve dolunun yutulmasından kaynaklanan kompresör duraklarına bağlandı . Tezgahlar, Pratt & Whitney JT8D-9 turbofan motorlarının her ikisinde de kanatların sabit kanatlarla çarpışmasına neden oldu . Tezgahlar o kadar şiddetliydi ki, motorların tahrip olmasına neden oldu, uçuş ekibinin halka açık bir yola acil iniş yapmaktan başka seçeneği kalmadı , 62 yolcu ve yerdeki diğer sekiz kişi öldü.

1997 Irkutsk Antonov An-124 kazası

Bir Antonov 124 o zaman nakliye uçağı imha edildi çöktü havalandıktan hemen sonra İrkutsk-2 Rusya'da Havaalanı. Pist 14'ten kalktıktan üç saniye sonra, yaklaşık 5 metre (16 ft) yükseklikte, 3 numaralı motor fırladı. Yüksek bir hücum açısıyla uzaklaşan 1 ve 2 numaralı motorlar da yükseldi ve uçağın pistin sonunu yaklaşık 1.600 metre (5.200 ft) geride bırakmasına neden oldu. Bir yerleşim bölgesinde birkaç evi vurdu, gemideki 23 kişiyi ve yerdeki 45 kişiyi öldürdü.

Trans Dünya Havayolları Uçuş 159

6 Kasım 1967 tarihinde, TWA Uçuş 159 , bir Boeing 707 onun üzerinde kalkış silindirine sonra adlandırılmış gelen Greater Cincinnati Airport , geçti Delta Air Lines Flight 379, bir Douglas DC-9 birkaç ayaklar kapalı kir sıkışmış pist ' kenar. TWA uçağının birinci zabiti, yanından geçerken Delta 379'dan gelen egzozun yutulmasından kaynaklanan bir kompresör durması olduğu bilinen yüksek bir patlama duydu. Bir çarpışma olduğuna inanan yardımcı pilot, kalkışı iptal etti. Hızı nedeniyle, uçak pisti aşarak 29 yolcudan 11'ini yaraladı, bunlardan biri dört gün sonra yaralanmalar sonucu öldü.

İskandinav Havayolları Uçuş 751

Aralık 1991'de , Stockholm'den Kopenhag'a giden bir McDonnell Douglas MD-81 olan Scandinavian Airlines Flight 751 , kalkıştan kısa bir süre sonra kompresörün durmasına neden olan buz yutması nedeniyle her iki motorunu da kaybettikten sonra düştü. Kalkış tırmanışı sırasında pilotların gücü azaltmasını önlemek için tasarlanmış yeni kurulmuş bir otomatik gaz kelebeği sistemi nedeniyle, pilotun dalgalanmayı algılamada gücü azaltma komutları sistem tarafından karşılandı ve motor hasarına ve toplam motor arızasına yol açtı. Uçak, can kaybı olmadan başarıyla bir orman açıklığına zorunlu iniş yaptı.

Ayrıca bakınız

• Eksenel fan tasarımı
• Kompresörlerde dalgalanma

Referanslar

Jet Motoru — Rolls-Royce plc, 1995. ISBN  0-902121-23-5 .

Notlar

bibliyografya

Dış bağlantılar