Системы запуска газотурбинных двигателей

Запуском авиадвигателя (АД) называется процесс вывода его на минимальный режим устойчивой работы, т.е. на режим малого газа (МГ).

Чтобы запустить двигатель необходимо выполнить условие:

Принудительно раскрутить ротор АД (за счет энергии внешних источников) и создать такую частоту вращения, при которой обеспечивалось бы необходимое количество воздуха в камере сгорания и давление воздухо-воздушной смеси

Необходимо подвести пусковое топливо

Воспламенить пусковое топливо

В очаг пламени подать топливо и обеспечить устойчивую работу авиадвигателя

Перечисленные условия выполняются специальными пусковыми устройствами: стартерами, пусковыми топливными системами, системы зажигания и аппаратуры управления.

Запуск АД является важным моментом, т.к. он существенно влияет на боеготовность самолета. Исходя из этого, к системам запуска предъявляется ряд требований:

Обеспечение надёжности запуска

Минимальное время запуска

Автоматизация всех операций при запуске

Обеспечение автономного запуска

Основные этапы запуска

В процессе запуска ГТД стартер преодолевает два момента - М_с и М_дин.

где j - момент инерционных сил, а n - частота вращения. В процессе запуска М_трения = const. Основное сопротивление стартеру в момент раскрутки представляет момент компрессора М_к, который увеличивает степень сжатия воздуха:

Процесс запуска АД может быть представлен в виде трех этапов, следующих один за другим.

На первом этапе, который осуществляется от начала раскрутки ротора до пусковой частоты вращения n1. В раскрутке ротора участвует только стартер. При n1 в камере сгорания создается расход воздуха и давление, которое является благоприятным для воспламенения топливо-воздушной смеси. В конце первого этапа включается система зажигания и пусковая топливная система. Происходит воспламенение т-в смеси, в очаг пламени впрыскивается рабочее топливо и начинает работать турбина.

На втором этапе ротор АД раскручивается под действием момента стартера и момента турбины. При частоте вращения n2 момент турбины равен:

Частота вращения n2 является такой, при которой АД работает в неустойчивом режиме. Поэтому необходимо производить дальнейшую раскрутку ротора АД до частоты сопровождения n3.

На третьем этапе. При n3 турбина имеет избыточный момент, достаточный для раскрутки ротора АД и стартер можно отключать.

От n3 до n4 турбина раскручивает ротор АД и при частоте вращения n4 двигатель выходит на режим устойчивой работы, т.е. на режим малого газа.

В некоторых двигателях все три этапа запуска не являются обязательными. Может отсутствовать третий режим.

Мощность стартера выбирается таким образом, что Мстарт.>Мстатич.

Для ускорения процесса запуска АД мощность стартера имеет следующую зависимость: для повышения скорости запуска в два раза, мощность стартера надо увеличить в четыре раза.

Особенности запуска на земле и в воздухе

Особенностью запуска в воздухе является то, что за счет набегающего потока воздуха авиадвигатель авторотирует, т.е. самовращается. Поэтому для запуска АД в воздухе достаточно подать и поджечь топливо. Для надёжного запуска на больших высотах необходимо так же осуществлять подпитку кислородом. Иногда применяют встречный запуск, т.е. на работающем АД включается пусковая топливная система, система зажигания и кислородной подпитки в момент, предшествующий возможному срыву потока в пламени камере сгорания.

При запуске АД на земле различают:

автономный запуск (от бортовых источников питания)

запуск от аэродромного источника

ложный запуск

консервация (используется когда необходимо длительное хранение самолета. При этом вместо керосина подается масло. Осуществляется раскрутка АД, происходит смазка двигателя, система зажигания не включается.

При расконсервации - обратные процессы):

холодная прокрутка АД (ХПАД - топливо не подается и зажигание не включается. Используется для проверки пусковых агрегатов АД, а так же в случае неудавшегося запуска)

Для облегчения запуска на земле желательно снижение М_{компрессора}. Для этого часть воздуха, проходящего через компрессор, сливается в атмосферу через клапаны перепуска воздуха, которые находятся за 2-3 ступенью компрессора.

При запуске АД на земле для исключения перегрева двигателя и облегчения запуска на самолётах с регулируемым выходным соплом, створки сопла открываются на максимальную величину.