Het fenomeen van de overspanning van vliegtuigmotoren

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:37

Pieken is een uiterst onaangenaam fenomeen dat kan leiden tot volledige vernietiging van de motor en de dood van mensen. Hij kwam in ons leven samen met het tijdperk van straalvliegtuigen, dat begon in de jaren 50-60 van de vorige eeuw. Nu vormt dit fenomeen niet langer een absoluut dodelijk gevaar. Dankzij de opgebouwde ervaring en technische oplossingen kan in veel gevallen een overspanning van vliegtuigmotoren worden voorkomen, maar deze overtreding komt vandaag de dag nog steeds voor.

Motoren van passagiersschepen

In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, zijn moderne passagiersschepen slechts 20-30 procent straalvliegtuigen. Dat is hoeveel stuwkracht het reactieve onderdeel van een moderne turbopropmotor geeft. De resterende 70-80 procent wordt verkregen uit de stuwkracht van de goede oude propeller die door de turbine wordt geroteerd. Toegegeven, deze propeller is compleet anders dan de klassieke vliegtuigpropellers van eerdere generaties vliegtuigen. Om het fenomeen van de overspanning van vliegtuigmotoren te begrijpen, is het noodzakelijk om op zijn minst een minimaal begrip te krijgen van de structuur van een moderne vliegtuigmotor. Het motordiagram wordt getoond in de afbeelding.

Het werkingsprincipe van een vliegtuigmotor

Een moderne motor, meestal hangend onder de vleugel in een mooie motorgondel kuip, is structureel een systeem met twee circuits. Het buitenste circuit is een ventilator, die eigenlijk werkt volgens het principe van een klassieke vliegtuigpropeller en een combinatie is van vele bladen, die perfect zichtbaar zijn vanaf de voorkant van elk modern vliegtuig. De tweede taak van deze ventilator is het aanzuigen van lucht voor het interne circuit van de motor. Dit laatste is veel gecompliceerder en vertegenwoordigt de volgende reeks eenheden die met elkaar in wisselwerking staan: de reeds genoemde ventilator pompt lucht in de compressor, die deze comprimeert tot de vereiste waarden, waarna de verwarmde en gecomprimeerde lucht de verbrandingskamer binnenkomt, waar deze zich vermengt met luchtvaartkerosine en ontbrandt.

Uitgaande gassen (verbrandingsproducten) laten de bladen van de turbine draaien, waardoor de ventilator draait (ze bevinden zich op dezelfde as), waarna de rest van de uitlaatgassen door het mondstuk worden uitgestoten en stuwkracht toevoegen, inwerkend op het jet-principe. Als je de buitencontour verwijdert, krijg je een puur straalmotor, en dus een turboprop. Nou, of turbofan - zoals je meer wilt.

Natuurlijk is deze beschrijving van de werking van de motor extreem vereenvoudigd. Een vliegtuigmotor is het meest complexe technische systeem. Hoewel er veel landen in de wereld zijn die vliegtuigen kunnen ontwerpen en produceren, zijn er veel minder landen die de technologie hebben om turboprops te ontwerpen en te produceren.

Surge-fenomeen

Het woord pompage zelf komt uit het Frans en betekent "pompen", "pompen". De essentie ervan is in strijd met de normale luchtstroom in de motor. De longitudinale oscillaties vinden plaats langs het gehele luchtpad, waardoor een onbalans ontstaat in de verhouding tussen lucht en brandstof in de verbrandingskamer. Als de onbalans in het voordeel van brandstof is, explodeert het oververrijkte mengsel, als de onbalans in het voordeel van lucht is, stopt de verbranding.

Uiterlijk ziet de golf van de vliegtuigmotor eruit als een ketting van explosies, vergezeld van sterke trillingen en het uitwerpen van vlammen uit het mondstuk. De volgorde van gebeurtenissen in dit proces kan als volgt worden voorgesteld: gebrek aan lucht, een teveel aan brandstof in de verbrandingskamer, een explosie in de verbrandingskamer, een scherpe versnelling van de turbine, een scherpe sprong in de ventilatorsnelheid, een teveel aan lucht, stopzetting van de verbranding, een afname van de snelheid, opnieuw gebrek aan lucht. De cyclus is voltooid.

Als al deze gebeurtenissen herhaaldelijk worden herhaald, kunnen trillingen en lokale explosieve verschijnselen leiden tot zeer trieste gevolgen, waaronder een vliegtuigcrash.

Redenen

De redenen voor de sterke stijging van de vliegtuigmotor kunnen verschillend zijn. De meest voorkomende is schade aan de turbinebladen als gevolg van slijtage of een vreemd voorwerp dat de luchtinlaat binnendringt. Bijvoorbeeld een vogel of een steen van de landingsbaan. Het kan ook worden veroorzaakt door fouten van de bemanning, te veel brandstof bij het opstarten, draaiende motor op extreme limieten en atmosferische verschijnselen zoals wervelwinden of overmatigelage druk bij warm weer.

Hoe overspanning te voorkomen en te elimineren

Moderne motoren hebben sensoren in de luchtwegen. Op basis van de metingen van de sensoren brengt de ingebouwde automatisering onmiddellijk wijzigingen aan in de brandstoftoevoermodus en compressorparameters. In de motor zelf worden in plaats van één, twee of zelfs drie assen gebruikt om een stabiele werking te garanderen in het geval van overspanningsverschijnselen, waarbij de directe verbinding tussen de ventilator en de turbine wordt verbroken.

Turbinestoot, als deze optreedt in horizontale vlucht, wordt geëlimineerd door eenvoudigweg de motor tijdelijk uit te zetten of de snelheid te verlagen, waarna het mogelijk is om de zogenaamde "koude zuivering" uit te voeren, dat wil zeggen om blaas overtollige brandstof uit de verbrandingskamer met een tegemoetkomende luchtstroom.

Het gevaarlijkste is de golfslag bij het opstijgen, wanneer het beslissingspunt is gepasseerd. Moderne vliegtuigen kunnen echter doorgaan met opstijgen, zelfs met één defecte motor.