Вопрос № 1. Классификация систем запуска

Содержание лекции

Введение

 

Запуск АД – процесс вывода авиационного двигателя на минимальный режим его устойчивой работы.

Запуск или включение силовой установки, осуществляется системой запуска, как на земле, так и в воздухе. Система запуска должна обеспечивать запуск авиационного двигателя и раскрутку его до режима малого газа в любых погодных условиях и в минимальное время. Время запуска двигателя напрямую влияет на время подготовки ЛА к вылету, а следовательно и на боевую готовность частей и подразделений ВВС.

Таким образом, безотказная работа системы запуска двигателя, её грамотная эксплуатация ведёт к повышению безопасности полётов, повышению боевой живучести и боевой готовности авиационных частей.

 

Вопрос № 1. Классификация систем запуска

 

Запуск авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) представляет собой переходный режим работы двигателя от неподвижного состояния (на земле) или режима авторотации (в полете) до режима малого газа.

Запуск АД – процесс вывода двигателя на минимальный режим его устойчивой работы, т.е. на режим малого газа.

Режимом малого газа авиационного газотурбинного двигателя называется режим малого вращения ротора, на котором двигатель развивает минимальную тягу, работает надежно и устойчиво и обеспечивает выход на любой рабочий режим.

Система запуска входит в систему управления силовой установкой. Классификация систем запуска определяется в зависимости от варианта использования типа энергии для раскрутки роторов двигателя до минимально устойчивого режима работы и соответственно, тип системы запуска определяется типом агрегата предварительной раскрутки ротора двигателя (тип стартера). По этому признаку различают:

- электрические системы запуска с электростартерами (в том числе со стартерами-генераторами);

- турбокомпрессорные системы запуска с турбокомпрессорными стартерами, работающими на топливе основного двигателя;

- воздушные системы запуска с воздушными турбостартерами, работающими на сжатом воздухе;

- воздушно-пороховые системы запуска с пороховыми турбостартерами, работающие на горячем газе, получаемом при сгорании твердого топлива;

- гидравлические системы запуска с гидростартерами (в том числе со стартерами-генераторами).

Наибольшее распространение получили электрические турбокомпрессорные и воздушные системы запуска.

Все системы запуска содержат пусковые устройства (стартер), систему зажигания, обеспечивающую воспламенение топлива, агрегаты запуска двигателя с помощью которых осуществляется подача топлива и кислорода, управления выходным соплом, компрессором и др., аппаратуру управления, включающую временные программные механизмы, логические устройства, регулирующую и коммутационную аппаратуру цепей управления и силовых электрических цепей.

Наибольшее распространение получили пневматический, турбостартерный и электрический способы запуска.

На современных летательных аппаратах с газотурбинными двигателями тягой более 30000 Н используются турбостартерные системы запуска с турбокомпрессорными стартерами, работающими на топливе двигателя летательного аппарата, и с турбостартерами ограниченного запаса рабочего тела (воздушными, пороховыми, жидкостными).

Турбокомпрессорный стартер (ТКС) представляет собой сравнительно небольшой газотурбинный двигатель с ограниченной продолжительностью работы (до 90-100 с) в стартерном режиме и мощностью от 50 до 200 кВт.

Впервые в мире ТКС для запуска авиационных ГТД были изготовлены в Советском Союзе в начале 50-х годов.

ТКС запускаются от электрического стартера. После выхода на рабочий режим ТКС раскручивает ротор запускаемого двигателя за счет избыточной мощности, раскручиваемой турбины турбостартера. Основными элементами ТКС являются генератор газа, силовая турбина и редуктор.

Вращающий момент от турбостартера к валу запускаемого двигателя передается:

- механическим путем;

- через гидромуфту;

- за счет газодинамической связи.

Электрический стартер, предназначенный для запуска турбостартера, соединяется с валом турбостартера через фрикционную муфту и муфту свободного хода.

Достоинством турбостартера по сравнению с другими системами запуска является:

- сравнительно небольшой расход энергии на запуск самого стартера, а следовательно, и большая автономность системы;

- возможность получения при небольших габаритах стартера значительной мощности, что обеспечивает ускоренный запуск двигателя;

- отсутствие специального рабочего тела, так как ТКС работает на том же топливе, что и основной двигатель.

Однако использование турбостартеров усложняет производство и эксплуатацию ГТД, увеличивает общее время запуска, так как ко времени запуска ГТД добавляется время запуска турбостартера.

Системы запуска с электрическими стартерами отличаются:

- простотой устройства и управления;

- надежностью в работе;

- обеспечивают многократное повторение запуска;

- имеют сравнительно небольшие габариты и массу по отношению к развиваемой мощности.

Операции запуска легко автоматизируются. Однако область эффективного использования электрических систем запуска ограничиваются сейчас выходной мощностью 18 кВт, а в отдельных случаях 40 кВт, так как для данных систем характерно значительное увеличение их массы с увеличением их мощности. Поэтому для двигателей с большой тягой электрические системы запуска менее пригодны, чем системы запуска с турбостартерами.

Необходимо отметить, что большинство летательных аппаратов имеют на борту электрические системы запуска. На легких самолетах и вертолетах эти системы используются для запуска основных ГТД, а на средних и тяжелых - для запуска ГТД вспомогательных силовых установок, которые в свою очередь запускают основные ГТД летательного аппарата.

Для запуска ГТД на летательных аппаратах применяются электрические стартеры и стартеры-генераторы четырех типов:

- стартеры прямого действия типа СТ;

- стартеры-генераторы типа ГСР-СТ; у них якорь машины соединен с приводом ГТД через двухскоростной редуктор;

- стартеры-генераторы типа СТГ со встроенным планетарным двухскоростным редуктором;

- обычные самолетные генераторы типа ГСР и ГС, применяемые в стартерном и генераторном режимах с постоянным передаточным числом редуктора, расположенного в приводе ГТД. Своего дополнительного редуктора в этом случае ГСР и ГС не имеют.

Для улучшения коммутации в стартерах и генераторах ГСР имеются дополнительные полюсы, а в СТГ и ГС еще и дополнительная компенсационная обмотка. Это позволяет в широком диапазоне нагрузок иметь удовлетворительную коммутацию как в стартерном, так и в генераторном режиме.

Стартеры прямого действия представляют собой электрические двигатели смешанного возбуждения, рассчитанные на повторно-кратковременный режим работы.

Основное возбуждение создается последовательной обмоткой, а параллельная обмотка служит только лишь для ограничения частоты вращения холостого хода. При последовательном возбуждении электродвигатель сравнительно малочувствителен к понижениям напряжения при больших токах, и в то же время более экономично расходует энергию в пусковом режиме, чем при параллельном возбуждении.

При запуске электродвигателя Д через редуктор Р с передаточным отношением (i =3) и механизм сцепления МС соединяются с валом реактивного двигателя АД. В качестве механизма сцепления применяются муфты свободного хода (чаще всего храповые). Эти муфты осуществляют механическое соединение вращающихся частей или позволяют им свободно вращаться друг относительно друга в зависимости от направления передаваемого момента.

Рис 1. Структура стартера прямого действия

 

Основные преимущества стартеров прямого действия заключаются в простоте устройства и обслуживания, надежности в эксплуатации, сравнительно небольшом времени запуска.

Недостатки стартеров проявляются в том, что электродвигатель стартера должен иметь сравнительно большую мощность, а следовательно, большие габариты и массу; электростартер в полете не используется и после запуска становится мертвым грузом; для питания электродвигателя необходимы аккумуляторы большой емкости.

Наибольшее распространение для запуска современных авиационных газотурбинных двигателей получили системы запуска со стартер-генераторами. Основное преимущество стартер-генераторов состоит в том, что вместо двух агрегатов (стартера и генератора) на двигатель устанавливается один агрегат, который в процессе запуска выполняет роль стартера, а при работе авиадвигателя-генератора, что дает существенную экономию в массе. Стартер-генераторы имеют смешанное или параллельное возбуждение. Механическая связь стартер-генератора с авиадвигателем осуществляется через редуктор с автоматически изменяемым передаточным отношением. Применение такого редуктора позволяет лучше использовать мощность стартер-генератора в стартерном режиме.

Редуктор состоит из храповой муфты 6 и роликовой муфты свободного хода 3, вмонтированных во втулку; зубчатых колес 2 и 7, сцепленных с шестернями 8 и 4.

При запуске авиадвигателя вращающий момент передается от стартер-генератора 1 к валу авиадвигателя 5 по стрелке, обозначенной буквой "А". В этом случае вал стартер-генератора вращается быстрее вала ГТД, и храповая муфта находится в зацеплении, а муфта свободного хода расцеплена. Передаточное отношение (больше единицы) определяется числами зубцов шестерен 4 и 7.

После запуска авиационного двигателя стартер-генератор переходит в генераторный режим работы и вращающий момент передается от вала авиадвигателя 5 к стартер-генератору по стрелке, обозначенной буквой "Б". В зацеплении находится муфта свободного хода, а храповая муфта освобождается. Передаточное отношение становится равным единице или меньше ее и определяется числами зубцов 8 и 2.

 

Рис.2. Кинематическая схема редуктора с автоматически изменяемым передаточным отношением

 

Вывод: таким образом изменение передаточного отношения происходит в зависимости от направления передаваемого момента при неизменном направлении вращения. Редукторы с автоматически изменяемым передаточным отношением размещаются в коробке приводов авиадвигателя или в самом стартер-генераторе. Промышленностью выпускаются стартер-генераторы двух серий: ГСР-СТ и СТГ.