در حال بررسی...واحد تولید توان کمکی در هواپیما
واحد تولید توان کمکی (APU)، یک موتور توربینی کوچک است که معمولا در قسمت دم هواپیما قرار دارد و برای راه‌اندازی موتورهای اصلی ضروری است. این واحد، انرژی لازم برای تهویه هوا یا گرمایش کابین را تامین کرده و همچنین توان سامانه‌های الکتریکی را در حالی که هواپیما روی زمین است، فراهم می‌کند.
” بخوانید: آشنایی با واحد تولید توان کمکی APU “
چگونه یک واحد APU به راه‌اندازی موتور کمک می‌کند؟
موتور هواپیمای جت، مشابه موتور خودرو، هوای بیرون را جذب و فشرده می‌کند، سپس آن را با سوخت ترکیب کرده و در نهایت این ترکیب باعث مشتعل‌شدن می‌شود. در حالی که در موتور خودرو، هوا با استفاده از پیستون فشرده شده، در موتورهای توربینی این کار از طریق کمپرسور انجام می‌شود.
با مشتعل‌شدن ترکیب سوخت و هوا در داخل، گاز خروجی حاصل، از توربین موتور عبور کرده که به نوبه خود باعث حرکت کمپرسور می‌شود و هوای بیشتری را برای این ترکیب فراهم می‌کند. از این رو، موتور هواپیمای راه‌اندازی‌شده، به مثابه یک سامانه حلقه بسته است که می‌تواند تا زمانی که ترکیب سوخت و هوا قابل‌اشتعال وجود داشته باشد، کار کند. با این حال، راه‌اندازی آن کمی چالش برانگیزتر است.
پمپ‌های سوخت موتور می‌توانند با انرژی باتری کار کنند، اما توربین برای شروع چرخش و درگیر شدن کمپرسور به فشار نیاز دارد. در اینجا یک واحد تولید توان کمکی موردنیاز است.
این واحد تولید توان کمکی، هوای بیرون را فشرده کرده و به سمت موتور می‌فرستد، سپس فرآیند احتراق آغاز شده و به توربین تا رسیدن به سرعت کافی برای کارکرد پایدار شتاب می‌دهد. هنگامی که موتور اول راه‌اندازی می‌شود، می‌تواند هوا را برای راه‌اندازی موتورهای دیگر فراهم کند.
سایر کاربردهای APU
هنگام سفر با هواپیما در گذشته، ممکن است متوجه شده باشید که درست قبل از راه‌اندازی موتور و با از کار افتادن سامانه تهویه هوای هواپیما، کابین بسیار ساکت می‌شود. هنگامی که موتورها روشن می‌شدند، چراغ‌های کابین گاهی با خاموش و روشن‌شدن چشمک می‌زدند. دلیل این مسئله این است که تا آن زمان، هوای داخل کابین و نیروی الکتریکی سامانه‌های هواپیما توسط APU تامین می‌شدند.
هوای تولیدشده توسط کمپرسور APU را می‌توان به سامانه کنترل هوای هواپیما هدایت کرد و در آنجا خنک یا گرم شده و از طریق کابین منتقل می‌شود. سپس، قبل از راه‌اندازی موتور، تمام هوای موجود از واحد تولید توان به موتورها فرستاده شده و در نتیجه سکوت ناگهانی در داخل هواپیما ایجاد می‌شود. تولید توان APU از طریق دینام متصل به آن انجام می‌شود. واحد APU اغلب به‌عنوان منبع تغذیه روی باند و تا زمان روشن‌شدن موتورها استفاده می‌شود.
چشمک‌زدن سریع چراغ‌های کابین زمانی اتفاق می‌افتد که سامانه‌های هواپیما برای تامین توان به ژنراتورهای موتور وصل می‌شوند. یک واحد APU می‌تواند تمام توان لازم را برای مدت زمان طولانی در اختیار هواپیما قرار دهد. به همین دلیل، با استفاده از این واحدها بسیاری از هواپیماهای مسافربری را می‌توان در حین پرواز راه‌اندازی کرد تا سامانه‌های هواپیما را در صورت نیاز عملیاتی نگه دارند (به‌عنوان مثال، در صورت از کار افتادن هر دو موتور).
پرواز ۱۵۴۹ خطوط هواپیمایی آمریکا که توسط یک فروند ایرباس A320 انجام شد، پس از برخاستن از فرودگاه لاگاردیا نیویورک، هر دو موتور خود را از دست داد، اما توانست در رودخانه هادسون فرود بیایید. نتیجه موفقیت‌آمیز آن حادثه تا حدی به تصمیم خدمه در راه‌اندازی APU بلافاصله پس از دست‌دادن توان موتورها نسبت داده شد.
استفاده از APU برای تامین هوای کابین نیز می‌تواند به عملیات در شرایط نامساعد کمک کند. به‌عنوان مثال، در روزهای بسیار گرم، عملکرد هواپیما به دلیل چگالی هوا کمتر کاهش می‌یابد. بنابراین، استفاده از تمام توان موتور موجود بسیار مهم است، اما از آنجایی که مقداری هوا به داخل کابین هدایت می‌شود، می‌تواند سخت باشد.
برای حل این مشکل، رویه‌های عملیاتی بسیاری از هواپیماها، مانند بوئینگ ۷۴۷-۴۰۰، به خلبانان این امکان را می‌دهد که APU را در هنگام برخاستن به منظور تهویه مطبوع کابین، روشن نگه دارند. در این پیکربندی، موتورها به حداکثر عملکرد خود دست خواهند یافت.
آیا همه هواپیماها از لحاظ تاریخی دارای APU بودند؟
استفاده از واحدهای APU به زمان جنگ جهانی اول برمی‌گردد، در آن زمان، موتورهای پیستونی کوچک به‌عنوان منبع اضافی برق تولیدی برای تامین توان سامانه‌های هواپیما مورداستفاده قرار می‌گرفتند.
حتی اولین نمونه‌های موتور هواپیمای جت، مانند هواپیماهای یانکرز و BMW ساخت کشور آلمان، از موتورهای پیستونی به‌عنوان APU استفاده می‌کردند. در نهایت، موتورهای پیستونی با توربین‌های گاز جایگزین شدند تا به واحدهای تولید توان کمکی امروزی تبدیل شوند.
در صنعت هوانوردی غیرنظامی، هواپیمای بوئینگ ۷۲۷ اولین هواپیمایی بشمار می‌رفت که دارای APU بود. شایان ذکر است که هواپیمای بی۷۰۷، اولین هواپیمای جت بوئینگ، فاقد APU بود و به تجهیزات پشتیبانی فرودگاهی هنگام فرود نیاز داشت. از آنجایی که واحدهای APU در هواپیماهای جت در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ بطور رایج‌تر مورد استفاده قرار گرفتند، بسیاری از هواپیماهای بوئینگ ۷۰۷ به این واحد تولید توان مجهز شدند تا از مدت زمان توقف آنها در فرودگاه کاسته شود.
آیا همه هواپیماها APU دارند؟
از آنجایی که هدف اصلی واحد APU کمک به راه‌اندازی موتور است، احتمالا آن را در هواپیماهایی با موتورهای بزرگتر که برای راه‌اندازی به هوا و توان الکتریکی زیادی نیاز دارند، می‌توان مشاهده کرد. سایر هواپیماها، مانند هواپیماهای سبک پیستونی مانند پایپر Arrow و همچنین جت‌های تجاری مانند سسنا Citation X، مجهز به موتورهایی هستند که به اندازه کافی کوچک هستند تا با استفاده از توان الکتریکی موجود از طریق باتری آنبورد راه‌اندازی شوند.
موتور سری Garrett 331 تولیدشده توسط هانی‌ول پس از سال ۱۹۹۹، به‌عنوان یک APU در انواع هواپیماهای ایرباس و بوئینگ نصب شده‌است. همین موتور به‌عنوان موتور اصلی بیچ‌کرافت کینگ ایر و چندین هواپیمای توربوپراپ دیگر عمل می‌کند.
علاوه بر این، نصب APU به وزن هواپیما اضافه می‌کند که باعث کاهش ظرفیت حمل مسافران و بار همراه آنها می‌شود. از یک طرف، یک APU معمولی فقط ۲۰۰ تا ۳۰۰ پاوند وزن دارد. از سوی دیگر، برای سسنا Citation X، این مقدار کمی کمتر از ۱۰ درصد حداکثر بار مجاز آن است.
آیا یک واحد APU فعال در هر پرواز موردنیاز است؟
واحدهای APU آسایش مسافران را فراهم کرده، هزینه‌های حمل‌و‌نقل زمینی را کاهش داده و برای هواپیماها زمانی که در فرودگاه پارک می‌شوند، انعطاف‌پذیری عملیاتی را فراهم می‌کنند. تاثیر عملیاتی از طریق استفاده از تجهیزات زمینی کاهش می‌یابد. بنابراین، در بیشتر موارد، بدترین نتیجه ممکن از یک APU معیوب در صورت در دسترس‌نبودن تجهیزات زمینی، تاخیر در پرواز است.
گاهی اوقات، شرکت‌های هواپیمایی تا زمانی که موتور هواپیما نیاز به تعمیر پیدا می‌کند، بدون APU فعال به کار خود ادامه می‌دهند. همانطور که گفته شد، شرایطی وجود دارد که داشتن یک APU عملیاتی صرفا امکان‌سنجی نیست، بلکه یک ضرورت و یک الزام قانونی است. این شامل پروازهایی است که برای مدت طولانی از روی آب مانند مسیرهای پروازی بر فراز اقیانوس آرام یا اطلس انجام می‌شود.
پرواز هواپیماهای دو موتوره در چنین مسیرهایی، باید با قوانین ایتاپس مطابقت داشته باشد که برای اطمینان از ایمنی در صورت از کار افتادن یکی از موتورها بر روی آب، لازم است. برای بسیاری از هواپیماها، یک واحد APU قابل اعتماد که برای استفاده به‌عنوان منبع انرژی اضافی در پرواز در دسترس است، بخشی از گواهینامه ایتاپس است.
چگونه می‌توان از تجهیزات زمینی به جای APU استفاده کرد؟
همانطور که در بالا ذکر شد، اولین هواپیماهای جت مسافربری با APU عرضه نمی‌شدند و به تجهیزات زمینی اضافی برای تامین توان و روشن‌کردن موتورهای خود نیاز داشتند. هنگامی که واحد APU در دسترس نباشد، از تجهیزات زمینی مشابهی در هواپیماهای روزآمد استفاده می‌شود.
برق را می‌توان با استفاده از یک واحد توان زمینی (GPU) در اختیار هواپیما قرار داد. یک واحد توان زمینی معمولی، یک ژنراتور است که به مخزن اختصاصی هواپیما متصل می‌شود. واحد GPU، یک قطعه بسیار متداول از تجهیزات در محوطه فرودگاه است. حتی در هواپیماهایی با واحدهای APU فعال، خطوط هوایی ممکن است از یک GPU برای تامین توان استفاده کنند. دلایل مختلفی وجود دارد که آن را به گزینه بهتری تبدیل می‌کند.
اول اینکه یک واحد توان زمینی سوخت کمتری نسبت به واحد تولید توان کمکی فعال مصرف می‌کند و گازوئیل (سوخت رایج GPU) ارزان‌تر از سوخت جت است. دوم اینکه تعمیر یک واحد موبایل به دلیل فرسودگی گزینه بسیار ساده‌تری نسبت به برداشتن APU از هواپیما است. از این رو، استفاده از یک واحد توان زمینی در همه جا مقرون به‌صرفه‌تر است.
همانطور که گفته شد، برخی از خطوط هوایی دارای واحد توان زمینی مخصوص به خود هستند، در حالی که برخی دیگر تجهیزات پشتیبانی زمینی را از فرودگاه‌ها یا سایر شرکت‌های ارائه‌دهنده آنها اجاره می‌کنند. از این رو، استفاده از GPU یا استفاده از APU روی زمین به ترجیح کاربر بستگی دارد.
برای کمک به راه‌اندازی موتور در زمانی که APU در دسترس نیست، خطوط هوایی از واحدهای استارت هوا (ASU) استفاده می‌کنند. واحدهای استارت هوا شامل یک وسیله نقلیه (معمولا یک کامیون) با یک کمپرسور هوای بزرگ هستند که توسط یک موتور کار می‌کنند. مانند APU، این واحدها از کمپرسور برای به حرکت درآوردن توربین استفاده می‌کند.
هنگامی که یک ASU در حال استفاده است، خلبانان معمولا از آن برای راه‌اندازی یک موتور استفاده می‌کنند، سپس هوای فشرده را از موتور اول به سراسر هواپیما منتقل می‌کنند تا موتورهای دیگر نیز راه‌اندازی شوند. برخلاف یک واحد توان زمینی، واحدهای استارت هوا معمولا تنها زمانی مورداستفاده قرار می‌گیرند که APU در شرایط عملیاتی نباشد.
حتی گرمایش و خنک‌کاری کابین را می‌توان با استفاده از تجهیزات پشتیبانی زمینی انجام داد. گزینه‌های زیادی (از جمله ثابت و متحرک) برای تامین هوای مطبوع بطور مستقیم از طریق یک شلنگ اتصال به هواپیما وجود دارد. در صورت در دسترس‌بودن، این واحدها جایگزین خوبی برای واحدهای APU فعال هستند.
چه زمانی از GPU، ASU و APU استفاده می‌شود؟
استفاده از APU باعث انعطاف‌پذیری در عملیات می‌شود. خدمه پرواز هواپیمای بوئینگ ۷۰۷ باید حداقل اولین موتور را در مراحل اولیه استقرار روی باند روشن کنند. با استفاده از واحد APU، راه‌اندازی موتور می‌تواند در زمانی که هواپیما عملیات پوش‌بک انجام می‌دهد، اتفاق بیافتد. چنین رویکردی باعث صرفه‌جویی در زمان عملیات برخاست می‌شود.
اگرچه عملیات خطوط هوایی متفاوت است، معمولا آنها از ترکیبی از تجهیزات موجود روی زمین استفاده می‌کنند. در یک پرواز برنامه‌ریزی‌شده معمولی خطوط هوایی، واحد APU درست پس از فرود راه‌اندازی می‌شود و تا زمانی که هواپیما به GPU متصل شود، کار می‌کند.
در این پیکربندی، خدمه پرواز می‌توانند موتورها را حتی قبل از اتصال GPU خاموش کنند و به مسافران این امکان را می‌دهد که زودتر هواپیما را ترک کنند. واحد GPU در طول فرآیند برای پرواز بعدی به تامین توان خود ادامه می‌دهد. سپس، خلبانان درست قبل از اینکه آماده حرکت شوند واحد APU را روشن می‌کنند، خدمه زمینی GPU را قطع کرده و موتورها روشن می‌شوند.
معمولا خدمه پرواز واحد APU را قبل از عملیات برخاست خاموش می‌کنند. البته، بسته به فرودگاه، محدودیت‌های عملیاتی و سایر شرایط، روش ممکن است متفاوت باشد. گاهی اوقات (به‌عنوان مثال، در توقف‌های کوتاه یا جایی که تجهیزات زمینی در دسترس نیست)، واحد APU در تمام مدت زمانی که هواپیما روی زمین است، کار می‌کند.
آینده فناوری واحد APU چیست؟
از آنجایی که صنعت به دنبال جایگزین‌های بهتر برای موتورهای معمولی است، طراحی‌های آینده APU بدون شک متفاوت خواهند بود. علاوه بر نگرانی‌های مربوط به انتشار آلایندگی زیاد، یک APU فعال به آلودگی صوتی فرودگاه می‌افزاید. برخی از فرودگاه‌ها قبلا با محدودکردن استفاده از APU به این مشکل رسیدگی کرده‌اند.
در حالی که APU یک قسمت حیاتی در فرآیند راه‌اندازی موتور باقی می‌ماند، مقامات هواپیمایی به دنبال ارائه فرصت‌هایی برای خطوط هوایی هستند تا وابستگی خود را به APU برای اهداف دیگر کاهش دهند. توجه ویژه‌ای به راه‌های جایگزین برای تامین توان الکتریکی هواپیما می‌شود.
بسیاری از فرودگاه‌ها استقرار سامانه‌های جدیدی را آغاز کرده‌اند که اجازه می‌دهد هواپیماها را بطور مستقیم به شبکه اصلی برق در محوطه متصل کنند. برای گزینه‌های دیگر، برخی یک APU با آلایندگی صفر پیشنهاد می‌کنند که می‌تواند توان الکتریکی در پرواز تولید کند و آن را در یک باتری اختصاصی برای استفاده بعدی روی زمین ذخیره کند.
منبع:
