Почему из двигателей самолета иногда идет дым, и насколько это опасно

Наверняка, вы тоже его не раз замечали. И это зрелище, надо признать, очень пугающее. Ведь все мы знаем, что одна из самых распространенных причин авиакатастроф — проблемы с двигателем. Британский пилот Чарли Пейдж рассказал местному изданию, откуда берется дым, и почему не всегда стоит переживать по этому поводу.

Не забудьте поставить лайк и подписаться на канал Turizm.ru в Яндекс Дзен, чтобы не пропускать новые публикации.

Дым часто появляется во время запуска двигателей, отмечает летчик. И пассажиры, сидящие рядом с крыльями, могут его увидеть. Но паниковать точно не стоит. Выхлоп, как отмечает Ч. Пейдж, обычное явление. Дело в том, что турбины начинают вращаться до того, как искра и топливо поступают в основные двигатели. Это происходит уже когда вращение становится достаточно быстрым. Дальше система работает самостоятельно. В этот момент и появляется дым, чаще всего черный или темно-серый.

У данного явления есть несколько физических причин. Во-первых, между перелетами на дальние расстояния техники заправляют двигатели маслом. Если они даже слегка переусердствуют, то его излишки сгорят при запуске.

Во-вторых, если температура наружного воздуха очень низкая, некоторое количество избыточного топлива сгорает вне камеры. Действительно, выглядит очень пугающе, когда клубы темного дыма буквально вырываются из задней части двигателей самолета. Но это не оказывает никакого отрицательного воздействия ни на двигатель, ни на сам самолет. Скорее, это даже норма.

Волноваться можно начинать, говорит пилот, если двигатели начинают дымить уже после взлета. Тогда это является свидетельством пожара в системе. Впрочем, по его мнению, даже в этом случае у экипажа есть все шансы безопасно посадить современный самолет.

Запуск авиационного двигателя — Aircraft engine starting

С тех пор, как братья Райт совершили свой первый полет с двигателем в 1903 году, использовалось множество вариантов запуска авиационных двигателей . Используемые методы были разработаны с учетом экономии веса, простоты эксплуатации и надежности. Ранние поршневые двигатели запускались вручную, а в период между войнами разрабатывались системы ручного пуска, электрические и картриджные системы для более крупных двигателей.

Газотурбинные авиационные двигатели , такие как сопловые , турбовальными и турбовентиляторных часто используют воздух / пневматические пуска, с использованием воздуха , отбираемого от встроенного в вспомогательных силовых установок (ВСУ) или внешних воздушных компрессоров в настоящее время рассматривается в качестве общего способа запуска. Часто требуется запустить только один двигатель с помощью APU (или удаленного компрессора). После запуска первого двигателя с использованием отбираемого воздуха от ВСУ, перекрестный отвод воздуха из работающего двигателя можно использовать для запуска оставшегося (-ых) двигателя (-ов).

Содержание

Поршневые двигатели

Ручной запуск / раскачивание винта

Ручной запуск поршневых двигателей самолетов путем поворота винта — самый старый и простой метод, отсутствие какой-либо бортовой системы запуска дает заметную экономию веса. Позиционирование гребного винта относительно коленчатого вала выполнено таким образом, что поршни двигателя проходят через верхнюю мертвую точку во время хода качания.

Поскольку система зажигания обычно устроена так, чтобы производить искры перед верхней мертвой точкой, существует риск того, что двигатель отскочит назад во время ручного запуска, чтобы избежать этой проблемы, один из двух магнето, используемых в типичной системе зажигания авиационного двигателя, оснащен импульсным сцепление », это подпружиненное устройство задерживает искру до верхней мертвой точки, а также увеличивает скорость вращения магнето, чтобы произвести более сильную искру. Когда двигатель запускается, импульсная муфта больше не работает, и включается второй магнето. По мере увеличения мощности авиационных двигателей (в период между двумя мировыми войнами ) раскачивание гребного винта для одного человека становилось физически затруднительным, наземный персонал брался за руки и объединялся в команду или использовал брезентовый носок, надеваемый на одну лопасть гребного винта. длина троса, прикрепленного к концу гребного винта. Обратите внимание, что это отличается от ручного «переворачивания» радиально-поршневого двигателя, который выполняется для выпуска масла, которое застряло в нижних цилиндрах перед запуском, во избежание повреждения двигателя. Оба они кажутся похожими, но в то время как ручной запуск включает резкое и сильное «рывков» винта для запуска двигателя, переворачивание просто выполняется поворотом винта на определенную заданную величину.

Несчастные случаи произошли во время запуска двигателя одиноким пилотом, высоких настроек дроссельной заслонки, не задействованных тормозов или использования противооткатных упоров, в результате чего самолет тронулся с места без управления пилотом. «Заведение двигателя» при включении зажигания и случайно оставленных переключателях также может привести к травмам, поскольку двигатель может неожиданно запуститься при возгорании свечи зажигания. Если переключатель находится не в исходном положении, искра возникнет до того, как поршень коснется верхней мертвой точки, что может привести к резкому отскоку гребного винта.

Хакс стартер

Стартер Hucks (изобретенный Бентфилдом Хаксом во время Первой мировой войны) представляет собой механическую замену наземной команде. Основанное на шасси транспортного средства, устройство использует ведомый вал сцепления для вращения гребного винта, расцепление которого происходит при запуске двигателя. Стартер Hucks регулярно используется в коллекции Shuttleworth для самолетов стартового периода.

Потяните шнур

Самоподдерживающиеся моторные планеры (часто известные как «турбины») оснащены небольшими двухтактными двигателями без системы запуска, для наземных испытаний шнур наматывается на выступ гребного винта и быстро вытягивается вместе с работающими клапанами декомпрессора . Эти двигатели запускаются в полете с помощью декомпрессора и увеличения воздушной скорости для вращения винта. Ранние варианты моторного планера Slingsby Falke используют систему запуска от вытяжки, установленную в кабине.

Электростартер

Самолеты стали оснащаться электрическими системами около 1930, питание от батареи и небольшой ветряной генератор . Системы изначально были недостаточно мощными, чтобы приводить в действие стартерные двигатели. Внедрение моторных генераторов решило проблему.

Внедрение электростартерных двигателей для авиационных двигателей повысило удобство за счет увеличения веса и сложности. Они были необходимы для летающих лодок с высоко установленными, недоступными двигателями. Стартер, работающий от бортовой аккумуляторной батареи, заземленного источника питания или и того, и другого, приводится в действие ключом или переключателем в кабине. Ключевая система обычно облегчает переключение магнето.

В холодных условиях трение, вызванное вязким моторным маслом, вызывает большую нагрузку на систему запуска. Другой проблемой является нежелание топлива испаряться и сгорать при низких температурах. Были разработаны системы разбавления масла (смешивание топлива с моторным маслом) и использовались предпусковые подогреватели двигателя (включая разжигание пожаров под двигателем). Система подкачивающего насоса Ki-Gass использовалась для запуска британских двигателей.

Самолеты, оснащенные воздушными винтами с регулируемым шагом или с постоянной скоростью , запускаются с малым шагом, чтобы уменьшить воздушные нагрузки и ток в цепи стартера.

Многие легкие самолеты оснащены сигнальной лампой включения стартера в кабине, что является обязательным требованием летной годности для защиты от риска того, что стартер не отключится от двигателя.

Коффман стартер

Стартер Коффмана представлял собой устройство, приводимое в действие патроном взрывчатого вещества, горючие газы работали либо непосредственно в цилиндрах для вращения двигателя, либо через редукторный привод. Впервые представленный на дизельном двигателе Junkers Jumo 205 в 1936 году, стартер Coffman не получил широкого распространения среди гражданских операторов из-за высокой стоимости патронов.

Пневматический стартер

В 1920 году Рой Федден разработал систему запуска газового поршневого двигателя, которая использовалась на двигателе Bristol Jupiter к 1922 году. Система, используемая в ранних двигателях Rolls-Royce Kestrel, направляла воздух высокого давления от наземного блока через распределитель с приводом от распределительного вала к распределителю. цилиндров через обратные клапаны , система имела недостатки, которые удалось преодолеть путем перехода на электрический запуск.

Запуск в полете

Когда поршневой двигатель необходимо запустить в полете, можно использовать электрический стартер. Это нормальная процедура для моторных планеров , которые взлетали с выключенным двигателем. Во время фигур высшего пилотажа на более ранних типах самолетов нередко возникало отключение двигателя во время маневров из-за конструкции карбюратора . Если электростартер не установлен, двигатели можно перезапустить путем пикирования самолета, чтобы увеличить скорость полета и скорость вращения винта «мельницы».

Инерционный стартер

В инерционном стартере авиационного двигателя используется предварительно повернутый маховик для передачи кинетической энергии на коленчатый вал, обычно через редукторы и муфту для предотвращения условий чрезмерного крутящего момента. Были использованы три варианта: ручной, электрический и их комбинация. Когда маховик полностью находится под напряжением, либо вытягивается ручной трос, либо используется соленоид для включения стартера.

Газотурбинные двигатели

Запуск газотурбинного двигателя требует вращения компрессора до скорости, обеспечивающей подачу сжатого воздуха в камеры сгорания . Пусковая система должна преодолевать инерцию компрессора и фрикционные нагрузки, система продолжает работать после начала сгорания и отключается, когда двигатель достигает скорости холостого хода.

Электростартер

Могут использоваться два типа электрического стартера: двигатель с прямым запуском (для отключения в качестве двигателей внутреннего сгорания) и система стартер-генератор (с постоянным включением).

Гидравлический стартер

Небольшие газотурбинные двигатели, в частности турбовальные двигатели, используемые в вертолетах и турбореактивных двигателях крылатых ракет, могут запускаться редукторным гидравлическим двигателем с использованием давления масла из наземного источника питания.

Воздушный старт

В системах с воздушным запуском золотники компрессора газотурбинного двигателя вращаются под действием большого объема сжатого воздуха, действующего непосредственно на лопатки компрессора или приводящего в действие двигатель через небольшой турбинный двигатель с редуктором . Эти двигатели могут весить до 75% меньше, чем эквивалентная электрическая система.

Сжатый воздух может подаваться от бортовой вспомогательной силовой установки (ВСУ), переносного газогенератора, используемого наземным экипажем, или путем поперечной подачи отбираемого воздуха от работающего двигателя в случае многодвигательного самолета.

Turbomeca Palouste газового генератор был использован для запуска Спейте двигатели на Blackburn Buccaneer . Де Хэвилленд Sea Vixen был оснащен своей собственной Palouste в съемном контейнере подкрыльевого для облегчения запуска вдали от базы. Другие типы военных самолетов, использующие сжатый воздух для запуска с земли, включают Lockheed F-104 Starfighter и варианты F-4 Phantom с турбореактивным двигателем General Electric J79 .

Стартеры горения

AVPIN стартер

В версиях турбореактивного двигателя Rolls-Royce Avon использовался стартер турбины с редуктором, который сжигал изопропилнитрат в качестве топлива. На военной службе это монотопливо имело обозначение НАТО S-746 AVPIN. Для запуска отмеренное количество топлива подавалось в камеру сгорания стартера, затем зажигалось электрически, горячие газы вращали турбину на высоких оборотах, а выхлопные газы выходили за борт.

Картридж стартера

Подобный по принципу действия стартеру Коффмана поршневого двигателя, патрон с взрывчатым веществом приводит в действие небольшой газотурбинный двигатель, который шестернями соединен с валом компрессора.

Стартер топливной / воздушной турбины (APU)

Разработанные для ближнемагистральных авиалайнеров, большинства гражданских и военных самолетов, которым требуются автономные стартовые системы, эти устройства известны под различными названиями, включая вспомогательную силовую установку (APU), стартер реактивного топлива (JFS), воздушный пусковой агрегат (ASU) или газотурбинный компрессор. (GTC). Состоящие из небольшой газовой турбины с электрическим запуском , эти устройства обеспечивают сжатый отбираемый воздух для запуска двигателя и часто также обеспечивают электрическую и гидравлическую энергию для наземных операций без необходимости запуска основных двигателей. В настоящее время блоки ASU используются в гражданской и военной наземной поддержке для обслуживания самолетов при запуске главного двигателя (MES) и пневматической поддержки отвода воздуха для охлаждения и нагрева системы экологического контроля (ECS).

Стартер двигателя внутреннего сгорания

Интересной особенностью всех трех немецких конструкций реактивных двигателей, которые производились до мая 1945 года: немецких моделей BMW 003 , Junkers Jumo 004 и Heinkel HeS 011 с турбореактивными двигателями с осевым потоком, была система стартера, которая состояла из двигателя Riedel мощностью 10 л.с. (7,5 кВт) плоский сдвоенный двухтактный двигатель с воздушным охлаждением, спрятанный во впускном отверстии и, по сути, служивший новаторским примером вспомогательной силовой установки (ВСУ) для запуска реактивного двигателя — для Jumo 004 отверстие в крайней носовой части впускного переключателя содержал D-образную ручную ручку, которая запускала поршневой двигатель, который, в свою очередь, вращал компрессор. В кольцевой заборник были установлены два небольших бака для смеси бензина и масла . В Lockheed SR-71 Blackbird в качестве стартера использовались две головки Buick Nailhead , которые устанавливались на тележке. Позже стали использоваться двигатели большой блочной конструкции Chevy.

Перезапуск в полете

Газотурбинные двигатели могут быть отключены в полете, преднамеренно экипажем для экономии топлива или во время летных испытаний, или непреднамеренно из-за нехватки топлива или срыва пламени после остановки компрессора .

Достаточная воздушная скорость используется для «ветряной мельницы» компрессора, после чего включаются топливо и зажигание, бортовая вспомогательная силовая установка может использоваться на больших высотах, где плотность воздуха ниже.

Во время операции набора высоты Lockheed NF-104A реактивный двигатель был остановлен при наборе высоты 85 000 футов (26 000 м) и был запущен методом ветряной мельницы при спуске в более плотном воздухе.

Запуск импульсной струи

Импульсные реактивные двигатели — необычные силовые установки самолетов. Тем не менее, Argus As 014 использовался для питания летающей бомбы V-1, и Fieseler Fi 103R Reichenberg был заметным исключением. В этой импульсной струе три воздушных сопла в передней части были подключены к внешнему источнику воздуха высокого давления, для запуска использовался бутан от внешнего источника, зажигание осуществлялось свечой зажигания, расположенной за системой заслонки, при этом на свечу подавалось электричество. питается от переносного пускового устройства.

Как только двигатель запустился и температура поднялась до минимального рабочего уровня, шланг для внешнего воздуха и соединители были сняты, а резонансная конструкция выхлопной трубы поддерживала работу импульсной струи. Каждый цикл или импульс двигателя начинался с открытыми заслонками; Топливо было впрыснуто за ними и воспламенилось, и в результате расширения газов закрылись заслонки. Когда после сгорания давление в двигателе упало, заслонки снова открылись, и цикл повторялся примерно от 40 до 45 раз в секунду. Система электрического зажигания использовалась только для запуска двигателя; нагрев обшивки выхлопной трубы поддерживал горение.