در حال بررسی...راه اندازی موتور توربوفن
راه اندازی موتور توربوفن شامل مجموعه‌ای از مراحل است که باید به طور منظم صورت بگیرند تا از کارکرد درست موتور اطمینان حاصل شود. موتورهای توربوفن بسیار پیچیده و پرهزینه هستند و بنابراین باید به خوبی از آنها مراقبت شود. یک اشتباه ساده می‌تواند به راحتی یک موتور را از رده خارج کند.
اجزای یک موتور توربوفن که در راه‌اندازی آن نقش ایفا می‌کنند
به طور خلاصه، یک موتور توربوفن معمولی شامل ورودی هوا، کمپرسور، محفظه احتراق و توربین است. عملکرد آن به گونه‌ای است که ابتدا هوا به داخل ورودی کشیده شده و سپس فشرده می‌شود. از مرحله کمپرسور، هوا به محفظه احتراق انتقال می‌یابد و در آنجا سوخت و جرقه اضافه می‌شود که سپس هوا را می‌سوزاند. این هوا به داخل توربین‌ها منتقل می‌شود و در آنجا انبساط پیدا می‌کند. این انبساط، انرژی جنبشی جریان را افزایش داده و با خروج از موتور، نیرویی برابر و مخالف به هواپیما وارد می‌شود. این نیرو بعنوان نیروی پیشران شناخته می‌شود.
برای کشیدن هوا به داخل جهت راه‌اندازی، ابتدا باید کمپرسور با سرعت مشخصی چرخانده شود که این در واقع، اولین الزام برای راه اندازی موتور توربوفن است. در ابتدایی‌ترین حالت خود، یک موتور توربوفن با نسبت گذردهی بالا دارای دو بخش کمپرسور است. بخش کمپرسور کم‌فشار به عنوان N1 و بخش کمپرسور پرفشار به عنوان N2 شناخته می‌شود. در طول فرآیند راه‌اندازی، کمپرسور N2 همان کمپرسوری است که نیاز به چرخش دارد، به دلیل اینکه اکثر تجهیزات جانبی موتور مانند پمپ‌های روغن و هیدرولیک و غیره به این کمپرسور متصل هستند.
دو روش برای چرخاندن کمپرسور N2 وجود دارد. یکی از این روش‌ها استفاده از جریان برق است. این روش بیشتر برای راه‌اندازی موتورهای توربینی با اندازه کوچکتر مانند موتورهای توربوپراپ مورد استفاده قرار می‌گیرد. در اینجا یکی از ژنراتورهای الکتریکی موتور مانند یک استارتر عمل می‌کند. در ابتدا انرژی را دریافت کرده، سپس به چرخش در‌می‌آید و همانطور که به کمپرسور N2 متصل می‌شود، باعث چرخاندن این کمپرسور نیز می‌شود.
روش دوم توسط موتورهای توربوفن بزرگتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در اینجا از یک موتور استارتر جداگانه برای چرخاندن کمپرسور N2 استفاده می‌شود. این موتور ایر استارتر نامیده می‌شود و صرفا با هوا کار می‌کند. این هوا ممکن است توسط یک واحد توان کمکی (APU) یا یک واحد استارت زمینی تغذیه شود.
فرآیند راه‌اندازی
همانطور که در بالا توضیح داده شد، برای راه اندازی موتور توربوفن کمپرسور N2 باید چرخانده شود. برای انجام این کار، باید هوا به موتور استارتر فرستاده شود. اگر هواپیما مجهز به APU باشد، این هوا موسوم به هوای زیرکش‌شده (bleed air) می‌تواند توسط APU تامین شود. در طول عملیات زمینی، واحد APU، هوای واحدهای تهویه مطبوع را تامین می‌کند. با این حال، در هنگام راه‌اندازی، هوای این واحدها قطع می‌شود تا برای روشن‌شدن موتور، این هوا در دسترس باشد.
هنگامی که خلبان استارتر را درگیر می‌کند، دریچه استارت باز می‌شود که اجازه می‌دهد هوای زیرکش‌شده به داخل توربین موتور استارتر منتقل شود. سپس استارتر موتور N2 را می‌چرخاند. همانطور که N2 می‌چرخد، خلبان آن را از طریق نمایشگر کابین نظارت می‌کند. در حدود ۲۰ درصد چرخش N2، سوخت توسط خلبان با استفاده از کلیدهای سوخت وارد محفظه احتراق می‌شود. جرقه‌زن‌ها سپس مخلوط سوخت و هوا را روشن می‌کنند که باعث افزایش دمای موتور می‌شود. در اکثر موتورهای توربوفن، این دما در مراحل توربین یا خروجی حس می‌شود که به آن دمای گاز خروجی (EGT) می‌گویند.
وقتی که سوخت برای اولین بار وارد می‌شود، افزایش شدید EGT به دلیل وجود سوخت اضافی در محفظه احتراق در مقایسه با هوا وجود دارد. هوای کمتر به معنای خنک‌شدن کمتر است. با شتاب‌گرفتن موتور، سوخت بیشتری وارد شده که این به تدریج EGT را افزایش می‌دهد. در برخی مواقع، موتور به سرعت خودبایسته می‌رسد که در آن موتور می‌تواند بدون کمک موتور استارتر به شتاب خود ادامه دهد. با رسیدن به این نقطه، موتور استارتر به طور خودکار از کمپرسور N2 جدا شده و جرقه‌زن‌ها خاموش می‌شوند. سپس EGT در یک مقدار به اوج خود می‌رسد و سپس با متعادل‌شدن سوخت و هوا در محفظه احتراق کاهش می‌یابد. این روند فرآیند راه‌اندازی را به پایان می‌رساند.
مقدار اوج EGT بسیار مهم است. مقدار اوج بالای EGT، خرابی احتمالی موتور را نشان می‌دهد. این مقدار همچنین ممکن است به دلیل خرابی موتور استارتر باشد. در هر صورت، مقدار اوج بالای غیرعادی EGT در هنگام شروع باید قبل از تبدیل شدن به یک مشکل بزرگ و اساسی مورد بحث قرار گیرد. دمای EGT خود نشان‌دهنده دمای توربین‌ها است و از آنجایی که آنها به گرما حساس هستند، یک حد شروع EGT وجود دارد که هرگز نباید از آن تجاوز کرد. در صورت تجاوز، موتور باید فورا خاموش شده و هواپیما برای تعمیر و نگهداری آماده شود.
هنگامی که APU غیرقابل استفاده یا در دسترس نیست، یک واحد استارت زمینی را می‌توان به هواپیما متصل کرد. یک لوله بلند از واحد استارت به آداپتور متصل است که هوای واحد را به موتورها می‌رساند. این روش موقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد که خلبانان یکی از موتورهای خود را با واحد استارت روشن می‌کنند. پس از روشن شدن موتور، اتصال آن از هواپیما قطع می‌شود. سپس هوا خارج‌شده از موتور روشن‌شده را می‌توان از طریق یک ولوِ زیرکش منحرف کرد تا موتور باقیمانده راه‌اندازی شود. این نوع شروع، استارت cross-bleed نامیده می‌شود.
برای موتورهایی که با یک ژنراتور الکتریکی یا موتور شروع به کار می‌کنند، همین فرآیند صورت می‌گیرد، با این تفاوت که نیازی به تامین هوا برای راه‌اندازی آن وجود ندارد. بوئینگ ۷۸۷ تنها هواپیمای بزرگی است که از برق برای روشن‌کردن موتور استفاده می‌کند. این هواپیما نیاز به توان زیادی دارد و بدون APU، دو واحد نیروی زمینی خارجی برای استارت موتور به هواپیما موردنیاز است.
اختلالات در فرآیند راه اندازی موتور توربوفن
دو اختلال اصلی استارت در موتور توربوفن وجود دارد. یکی استارت داغ و دیگری استارت ناقص نام دارد. در یک استارت داغ، با تزریق سوخت، دمای EGT همانطور که انتظار می‌رود افزایش می‌یابد، اما دما به سرعت تا حد شروع EGT شتاب می‌گیرد. اگر این اتفاق بیفتد، خلبانان باید فورا سوخت و جرقه‌زن را خاموش کنند. تاخیر در این امر می‌تواند باعث تجاوز از حد EGT شود و این ممکن است موتور را در عرض چند ثانیه از کار بیاندازد.
یک دلیل ساده برای استارت داغ، کافی‌نبودن جریان هوا است. این امر می‌تواند به دلیل ضعیف‌بودن موتور استارت، عدم عملکرد APU یا واحد استارت زمینی در تامین هوای کافی یا مشکل در واحد کنترل الکترونیکی موتور باشد. راه‌اندازی موتور با باد همسو در عقب هواپیما نیز امکان دارد باعث استارت داغ شود، به دلیل اینکه باد خلاف جهت چرخش است.
در حالت استارت ناقص، دور کمپرسور موتور نمی‌تواند به مقدار مورد انتظار یا سرعت خودنگهدار شتاب دهد. به نوعی در یک مقدار غیرقابل قبول پایین با EGT بالاتر از آنچه برای دور پایین انتظار می‌رود، باقی می‌ماند. اقدام خلبان در استارت ناقص، با خاموش‌کردن موتور از طریق بستن دریچه‌های سوخت میسر است. استارت ناقص عمدتا ناشی از خرابی موتور استارت است.
زمانی که موتور روشن نمی‌شود، قبل از راه‌اندازی مجدد، فرآیندی به نام سیکل دمیدن باید توسط خلبانان صورت گیرد. این فرآیند به دلیل آن است که در اکثر استارت‌های ناموفق، سوخت نسوخته در محفظه احتراق جاری می‌شود. اگر راه‌اندازی آن با این سوخت موجود در محفظه صورت گیرد، این می‌تواند باعث مشتعل‌شدن سوخت اضافی و خروج شعله‌های آتش از خروجی موتور شود که این به‌عنوان آتش‌سوزی لوله خروجی شناخته می‌شود.
این پدیده، به ندرت به اجزای موتور آسیب می‌رساند. با این وجود، می‌تواند به سازه‌های هواپیما که مستقیما در معرض آن هستند، مانند اجزای بال و فلپ‌ها آسیب برساند. برای انجام سیکل دمیدن، خلبانان باید احتراق را متوقف کنند و به سادگی موتور استارت را بدون وارد کردن سوخت روشن نمایند. این کار هوا را از طریق محفظه احتراق وارد کرده و سوخت اضافی موجود در آن را خارج می‌کند.
راه‌اندازی مجدد موتور در حین پرواز
موتورهای توربوفن بسیار قابل اعتماد هستند. با این حال، احتمال از کار افتادن این موتورها در هوا وجود دارد. اگر موتوری در حین پرواز از کار بیفتد، خلبانان می‌توانند در این شرایط راه‌اندازی مجدد انجام دهند. راه‌اندازی موتور توربوفن در آسمان بسیار شبیه به راه‌اندازی آن روی زمین است. یک تفاوت مهم در این است که در حین پرواز، سرعت رو به جلوی هواپیما، کمپرسور را به طور خودکار می‌چرخاند. هرچه هواپیما سریع‌تر حرکت کند، چرخش سریع‌تر است. بنابراین، در هوا، اگر موتور با سرعت پایدار حرکت کند، می‌توان بدون کمک موتور استارت راه‌اندازی کرد. کمتر از این سرعت، هوای موتور فعال یا هوای APU عملیاتی ممکن است برای تبدیل سرعت کمپرسور N2 به سرعت قابل‌قبول مورد نیاز باشد.
منبع:
