Что такое остановки компрессора реактивного двигателя и как их можно предотвратить?

Jan 24, 2024

Остановка компрессора обычно сопровождается громким хлопком и может привести к выходу пламени из выхлопной системы двигателя.

Вы наверняка слышали или даже сталкивались с проблемой остановки двигателя в автомобиле. Но знаете ли вы, что реактивные двигатели тоже страдают от сваливания? Эти остановки, или, точнее, остановки компрессора двигателя, вызваны нестабильностью воздушного потока внутри двигателя.

Задача компрессора в реактивном двигателе — сжимать воздух из впускного отверстия. Это сжатие приводит к увеличению давления воздуха. В то же время он снижает скорость воздуха. Компрессорный агрегат состоит из лопаток ротора и статоров. За каждым ротором следует статор. Роторы являются движущимися телами, а статоры остаются статичными.

Когда воздушный поток проходит через роторы, происходит чистое увеличение скорости воздушного потока, и по мере его прохождения на статоры кинетическая энергия в нем преобразуется в энергию давления. Это достигается за счет создания расходящихся проходов между лопастями ротора и статорами.

В типичном реактивном двигателе повышение давления в каждой паре ротора и статора весьма невелико и составляет примерно от 1,1 до 1,2:1. Это означает, что для достижения степени сжатия, скажем, 20:1 потребуется несколько роторов и статоров. В двигателях раннего поколения это делалось на одной турбине компрессора или на одном золотнике. Это была одна из основных причин, почему они часто попадали в стойла.

Получайте последние новости авиации прямо на свой почтовый ящик: подпишитесь на нашу рассылку сегодня.

Как происходит застой? Лопасти ротора компрессора представляют собой, по сути, небольшие аэродинамические профили, такие же, как крылья. Благодаря этому они требуют, чтобы воздух обтекал их под оптимальным углом атаки. Если этот угол слишком мал или слишком велик, лопасти больше не смогут поддерживать плавный поток воздуха внутри двигателя. Угол атаки на ротор определяется частотой вращения компрессора и осевой скоростью воздушного потока..

Хотите получить ответы на еще несколько ключевых вопросов в авиации? Остальные наши руководства можно посмотреть здесь!

Реактивные двигатели (особенно с одной катушкой) имеют фиксированные лопасти, обеспечивающие максимальную производительность при очень высоких оборотах. При низких оборотах угол атаки лопасти нарушается, и поток воздуха внутри двигателя нарушается. Двигатели раннего поколения нередко глохли во время руления на земле, поскольку на этом этапе двигатели работали ниже оптимальных оборотов.

Чтобы дать вам пример того, как это на самом деле работает, вы можете представить себе компрессор двигателя, работающий со скоростью 100% (оптимальная частота вращения). В этом состоянии он может сжимать воздух со степенью сжатия 20:1.

Это означает, что по мере прохождения воздуха через компрессорный узел его объем становится все меньше и меньше. На выходе он сжат до 20:1. В этом сценарии, поскольку лопасти оптимизированы для работы со скоростью 100% об/мин, роторы могут получить оптимальный угол атаки, а поток воздуха внутри двигателя остается равномерным.

Теперь предположим, что мы снизили обороты двигателя примерно до 50%. При этом снижается скорость работы компрессорного узла, и поступающий в него воздух сжимается уже не до 20:1, а, скажем, примерно до 8:1. В этом случае больший объем воздуха проходит через компрессор с более высокой скоростью или с более высокой осевой скоростью.

Это нарушает угол атаки лопастей и приводит к нарушению воздушного потока внутри двигателя. Аналогично, если двигателю разрешено работать на более высоких оборотах, чем расчетные, скажем, на 110 %, воздушный поток сжимается сильнее.

Это заставляет его проходить через барабан компрессора с более высокой осевой скоростью, в результате чего угол атаки роторов становится выше оптимального, что приводит к нарушению воздушного потока и остановке компрессора.

Сам по себе срыв – это частичное нарушение воздушного потока. Когда воздушный поток внутри двигателя полностью прерывается, это называется помпажом двигателя. Пилоты должны оперативно реагировать на событие сваливания, чтобы предотвратить возникновение помпажа.

Как установлено, каждый раз, когда поток воздуха через лопатки оказывается ниже или выше оптимального угла, происходит нарушение потока воздуха, что приводит к остановке компрессора. Здесь мы рассмотрим некоторые условия, которые могут привести к остановке компрессора.