Системы наддува
Системы наддува
Для наддува двигателя применяют приводной нагнетатель (компрессор) (см. рис. 1.5, а) или турбокомпрессор (см. рис. 1.5, б), а в комбинированной системе наддува на первой ступени — приводной нагнетатель, а на второй — турбокомпрессор (ТК).
Приводной нагнетатель имеет механическую связь с коленчатым валом двигателя, что обеспечивает на малых частотах вращения и при разгоне высокое давление наддува, хорошие динамические свойства транспортного средства, уменьшение выброса сажи дизелем.
Газотурбинный наддув предполагает использование энергии отработавших газов для привода ТК. Несмотря на увеличение работы выталкивания из-за установки турбины на пути движения отработавших газов, турбонаддув позволяет получить ряд преимуществ в сравнении с наддувом от приводного нагнетателя:
улучшить топливную экономичность;
снизить габариты системы наддува;
повысить степень форсирования двигателя благодаря большему давлению наддува на средних и высоких частотах вращения;
уменьшить уровень шума.
Существуют следующие варианты организации наддува по способу подвода газа от цилиндров к турбине:
изобарная система с близким к постоянному давлением газа перед турбиной предполагает, что газы из всех цилиндров для сглаживания пульсации их давления подводятся в общий выпускной коллектор большого объема, а затем поступают в стационарном потоке на лопатки турбины, работающей с высоким КПД. Однако при расширении в этом коллекторе газы теряют часть энергии;
импульсная система с пульсирующим потоком газа перед турбиной предполагает подвод газов к турбине от нескольких групп цилиндров, которые объединены общим трубопроводом. В одну группу объединяют два-три цилиндра так, чтобы их фазы впуска по возможности не перекрывались. Длину впускного коллектора делают минимальной для наилучшего использования энергии отработавших газов в турбине. Газы от каждой группы цилиндров подводятся к определенной части окружности колеса турбины. В выпускном коллекторе создаются колебательные импульсы для уменьшения работы выталкивания.
Работа, совершаемая импульсной турбиной, больше изобарной: потери энергии при перетекании газа меньше, а сумма работ газа за цикл — больше. Однако КПД турбины снижается из-за пульсации давления на входе в нее. Поэтому импульсные системы эффективны на малых частотах вращения и сравнительно низком наддуве при давлениях в выпускном коллекторе 0,16 МПа и ниже, а изобарные системы — на больших частотах вращения и при высокой степени форсирования турбонаддувом, когда пульсации давления сглаживаются.
Промежуточное охлаждение наддувочного воздуха, нагреваемого при сжатии в компрессоре автотракторных двигателей до температуры 70…130 «С, организуют между компрессором и впускным коллектором двигателя. Это увеличивает массовое наполнение цилиндров и позволяет повысить мощность двигателя, улучшить топливную экономичность, уменьшить тепловую напряженность деталей. В автомобильных двигателях используются два типа охладителей наддувочного воздуха: воздухо-воздушный и водовоздушный.
Воздуховоз душный охладитель устанавливают перед масляным и жидкостным радиаторами двигателя.
Охлаждение организуют потоками встречного и создаваемым вентилятором воздуха. Охладитель обычно используют при невысоких степенях форсирования и наличии встречного потока воздуха (на автомобилях).
Возврат к списку
Японские автомобили с аукционов и со стоянки
звоните (495) 411-04-95
Тюнинг
Тюнинг эктерьера
Тюнинг интерьера
Тюнинг подвески
Тюнинг двигателя
Аксессуары
Автозвук
Производители
Сабвуферы
Фронтальная акустика
Подиумы
Материалы для звукоизоляции
| Система наддува «Компрекс» |
Недостатки турбокомпрессора, касающиеся его разгонной характеристики и протекания крутящего момента двигателя, дают повод заниматься развитием других систем наддува, которые бы не имели этих недостатков. Введенное швейцарской фирмой «Броун Бовери» (г. Баден) наименование «Компрекс» применяется для обозначения газодинамической машины, использующей действие волн давления, в которой как и в турбокомпрессоре, но совершенно по другому принципу воздушный заряд сжимается за счет энергии выпускных газов. Это наименование означает, что речь идет о машине, объединяющей в себе процессы сжатия и расширения. Принцип действия этой системы основан на том, что волна давления, проходящая через канал трубопровода, отражается на свободном конце отрицательно, т. е. как волна разрежения, а на закрытом конце как волна давления, и, наоборот, всасывающая волна на открытом конце отражается как волна давления, а на закрытом — как всасывающая. Система наддува «Компрекс» состоит из ротора Р с осевыми каналами-ячейками трапецеидального сечения, открытыми с торцов (рис. 9.16). Ротор, укрепленный в подшипниках и окруженный кожухом, приводится через ременную передачу от коленчатого вала двигателя. Газодинамический цикл начинается в 1 с того, что канал-ячейка заполняется свежим воздухом под действием атмосферного давления; вертикальные штрихи на рисунке обозначают, что скорость движения газов в этой зоне равна нулю.  Внезапная остановка газового потока у кромки, перекрывающей вход газов в ячейку из патрубка ГВД, создает волну разрежения III, которая снижает давление газов и уменьшает до нуля скорость их движения. В тот момент, когда правый конец ячейки проходит кромку, перекрывающую патрубок ВВД, выпускные газы заполняют приблизительно две трети ячейки и отделяются от имеющегося воздуха зоной перемешивания. В зоне 2 давление ниже, чем в зоне высокого давления, но выше, чем атмосферное, поэтому газы вытекают из ячейки в выпускную трубу, как только ротор поворачивается в положение, при котором ячейка сообщается с патрубком отвода газов ГНД. Волна разрежения IV, возникающая в ячейке, достигает правого ее конца в тот момент, когда устанавливается сообщение с каналом ВНД. Эта волна разрежения и отраженные волны V, VI и VII создают повышенное давление у газового края ячейки, и газы вытекают в патрубок ГНД. При этом с воздушной стороны этой ячейки образуется разрежение, и она заполняется свежим воздухом. Осуществление этого столь просто описанного способа на практике встретило ряд трудностей, которые преодолевались в процессе многолетнего развития. Для обеспечения симметричного нагревания кожуха, необходимого для сохранения малых зазоров как с торцевой, так и с боковой сторон, все каналы выполнены парными, как это показано на рис. 9.16. При одном повороте ротора каждый канал соответственно дважды заполняется газом или воздухом и дважды опустошается. С целью лучшего решения проблем, связанных с тепловым расширением, разделительные перегородки между ячейками выполнены не прямыми, а изогнутыми в виде буквы S. Кроме того, для снижения шума между разделительными перегородками предусмотрены различные расстояния, т. Основная трудность заключалась в достижении высокой степени наддува в более широком диапазоне частот вращения. Ротор приводится от коленчатого вала двигателя при постоянном передаточном отношении, т. е. при низкой частоте вращения двигателя ротор также имеет низкую частоту вращения. Время пробегания волн в каналах зависит только от температуры газа или воздуха, но температура газа зависит не от частоты вращения двигателя, а от крутящего момента. В соответствии с этим оптимальные размеры ротора и его частота вращения могли быть определены только для одного скоростного режима двигателя. За счет специальных выемок, размещенных в определенных местах на торцевых сторонах статора (между впускными и выпускными каналами), фирме «Броун Бовери» удалось достичь наложения дополнительных волн давления на описанный выше простой цикл при отклонении условий работы от расчетных, что дает возможность применять этот способ наддува в широком диапазоне нагрузочных и скоростных режимов работы автомобильного двигателя. Преимущества системы «Компрекс» лучше всего видны из сопоставления ее с системой турбонаддува. Автомобильный дизель типа DК швейцарской фирмы «Адольф Заурер» (г. Арбон) для сравнения испытывался как на стенде, так и на грузовом автомобиле с применением турбонаддува и системы «Компрекс» (рис. 9.18 и 9.19). Шестицилиндровый рядный двигатель имеет диаметр цилиндра 128 мм и ход поршня 140 мм, что соответствует рабочему объему 10,8 л. Максимальная мощность двигателя без наддува составляет 210 л. с. при частоте вращения 2200 об/мин, а при применении наддува (той или иной системы) она достигает 300 л. е., т. е. повышается примерно на 43%. При турбонаддуве максимальный крутящий момент двигателя соответствует среднему эффективному давлению, равному 13 бар; максимум кривой изменения крутящего момента имеет место при частоте вращения 1400 об/мин, при более низких значениях n крутящий момент резко падает (рис. 9.18). При использовании системы «Компрекс», как следует из рис. 9.19, наибольшему крутящему моменту двигателя соответствует среднее эффективное давление ре = 13,7 бар; максимум Ме достигается при n = 1100 об/мин, при более низких частотах вращения наблюдается лишь незначительное уменьшение крутящего момента. Таким образом, характер изменения крутящего момента в этом случае является более благоприятным. Еще большее различие между турбонаддувом и системой «Компрекс» наблюдается при работе двигателя на режиме разгона (рис. 9.20). Разгон ротора обменника давления при системе «Компрекс» — в отличие от ходовой части турбокомпрессора — при мгновенном набросе нагрузки двигателя не требуется, так как здесь наддув происходит посредством волн давления. Из рисунка видно, что давление наддува, равное 1 бар, достигается при системе «Компрекс» уже приблизительно через 1,1 с, в то время как при турбонаддуве — только через 6 с. Нужно заметить, что для изготовления ротора обменника давления не требуются материалы высокой жаропрочности, так как ротор попеременно соприкасается с газом и воздухом и воспринимает среднюю температуру между этими двумя средами. То же относится и к кожуху, который выполняется неохлаждаемым. Однако этим важным для автомобильных двигателей преимуществам противостоят и недостатки, которые до сих пор препятствовали широкому распространению системы «Компрекс»: большие габаритные размеры и более высокая стоимость, чем у турбокомпрессора. Поскольку ротор обменника давления приводится от коленчатого вала двигателя, как правило, через ременную передачу, размещение агрегата «Компрекс» на двигателе является не таким свободным, как турбокомпрессора. При серийном производстве таких агрегатов стоимость изготовления их может быть существенно уменьшена, в процессе дальнейшего развития можно ожидать и уменьшения габаритных размеров. |
Мощность, необходимая для вращения ротора, невелика, так как она расходуется только на преодоление трения в подшипниках и вентиляционных потерь. Воздушные и газовые каналы сходятся на торцевых сторонах корпуса: патрубки низкого давления воздуха ВНД и высокого давления воздуха ВВД на одной стороне и патрубки для подвода газа высокого давления ГВД и низкого давления ГНД — на другой. Энергия для сжатия наддувочного воздуха отбирается у выпускных газов. Процессы сжатия и расширения осуществляются под действием волн давления и расширения в каналах-ячейках ротора, проходящих мимо неподвижных патрубков, впускных и выпуск- пых для каждой из протекающих сред. Процессы, происходящие и роторе, лучше всего пояснить с помощью схематической развертки боковой поверхности ротора (рис. 9.17), заимствованной из брошюры фирмы «Броун Бовери» SК-ТLТ 55057/1D. На этом же рисунке изображены впускные и выпускные каналы неподвижного корпуса.
е. ячейки имеют различную ширину.
При использовании системы «Компрекс» отпадает необходимость ограничения топливоподачи по давлению наддува в связи со снижением дымности.
По-видимому, затраты на снижение шума системы «Компрекс» будут несколько выше, чем при турбонаддуве.Системы наддува самолетов | SKYbrary Aviation Safety
Система, которая обеспечивает комфорт и безопасность экипажа и пассажиров, контролируя давление в кабине и воздухообмен изнутри самолета наружу.
Авиационные двигатели становятся более эффективными с увеличением высоты, сжигая меньше топлива при заданной скорости полета. Кроме того, при полете над погодными условиями и связанной с ними турбулентностью полет становится более плавным, а самолет менее утомляемым. Поэтому экипажи обычно летают как можно ближе к крейсерскому потолку самолета, в зависимости от правил полета и любых других ограничений, таких как кислородная система самолета. Чтобы иметь возможность летать на больших высотах, самолет должен быть герметизирован, чтобы экипаж и пассажиры могли дышать без дополнительного кислорода.
Салон и грузовые отсеки (или багажные отсеки) на большинстве самолетов находятся внутри герметичного блока, способного удерживать воздух под давлением, превышающим давление окружающей среды снаружи самолета.
Отбираемый воздух из газотурбинных двигателей используется для повышения давления в кабине, а воздух выпускается из кабины с помощью выпускного клапана. С помощью регулятора давления в кабине для управления потоком воздуха через выпускной клапан давление внутри самолета можно увеличивать или уменьшать по мере необходимости либо для поддержания заданного перепада давления, либо для поддержания заданной высоты в кабине.
На практике, когда самолет набирает высоту, для удобства пассажиров система наддува будет постепенно увеличивать высоту кабины и перепад давления в то же время. Если самолет продолжает набор высоты после достижения максимального перепада давления, перепад давления будет поддерживаться при наборе высоты кабины. Максимальная крейсерская высота будет ограничена необходимостью поддерживать высоту кабины на уровне 8000 футов или ниже.
Бортовой высотомер, дифференциальный манометр и датчик скорости набора высоты в кабине помогают экипажу следить за наддувом самолета.
События, хранящиеся в базе данных SKYbrary A&I, которые включают ссылки на систему кондиционирования воздуха, включают:
B788, на маршруте, северо-западная часть Тихого океана, 2019 г. оба рюкзака вышли из строя менее чем в часе пути от пункта назначения, Нариты. Когда высота кабины достигла 10 000 футов, уже начавшийся спуск был завершен как аварийный, и после этого полет прошел без дальнейших событий. Расследование показало, что, хотя почти двумя месяцами ранее была выпущена измененная нестандартная процедура, ограничивающая сброс упаковки до максимальной высоты 35000 футов, она все еще находилась «на рассмотрении» у оператора, который с тех пор внес поправки в свои процедуры оценки сообщений производителя, которые влияние на безопасность эксплуатации.
A319, Хельсинки, Финляндия, 2018 г.
3 августа 2018 г. дым начал усиливаться в пассажирском салоне, но не в кабине экипажа самолета Airbus A319, выруливающего на вылет из Хельсинки. Бортпроводники уведомили капитана, который остановил самолет и санкционировал экстренную эвакуацию.
Затем это началось, когда двигатели еще работали, и неадекватные инструкции для пассажиров привели к совершенно беспорядочной эвакуации. Следствие объяснило это неадекватными процедурами экипажа, которые предусматривали только эвакуацию по приказу капитана по причинам, о которых они были непосредственно осведомлены, а не ситуацией, когда необходимость эвакуации была очевидна только в кабине.
B738, Глазго, Великобритания, 2012 г.
19 октября 2012 г. самолет Boeing 737-800, эксплуатируемый Jet2, вылетевший из Глазго, совершил прерванный взлет на высокой скорости, когда в кабине экипажа появился странный запах, и старший бортпроводник сообщил о том, что появилось быть дым в салоне. В результате последующей экстренной эвакуации один пассажир получил серьезную травму. Следствию не удалось окончательно определить причину дыма, а также обнаруженных запахов гари, но чрезмерная влажность в системе кондиционирования воздуха была сочтена вероятным фактором, и впоследствии Оператор внес изменения в свои процедуры технического обслуживания.
A320, в пути, к северу от острова Эланд Швеция, 2011 г.
5 марта 2011 г. самолет Finnair Airbus A320 следовал в западном направлении во время круиза в южном воздушном пространстве Швеции после отправки с системой отвода воздуха от двигателя 1, когда система отвода воздуха от двигателя 2 не работала. потерпел неудачу, и был необходим аварийный спуск. Расследование показало, что система двигателя 2 отключилась из-за перегрева и что доступ к упреждающим и реактивным процедурам, связанным с операциями только с одной доступной системой отбора воздуха, был недостаточным. Было отмечено, что экипаж не использовал воздух ВСУ для поддержания наддува кабины во время завершения полета.
A320, в пути, к западу-юго-западу от Карачи Пакистан, 2018 г.
5 марта 2018 г. экипаж самолета Airbus A320, снижавшегося в направлении Карачи, заметил медленное, но постоянное падение давления в кабине, что в конечном итоге привело к срабатыванию предупреждения о превышении высоты в кабине, которое заставил их надеть кислородные маски, начать аварийный спуск и объявить PAN УВД до тех пор, пока ситуация не нормализуется.
Расследование показало, что причиной была обработка внутренне искаженных данных в активном контроллере давления в кабине, который использовал высоту посадочной площадки более 10 000 футов. Отмечается, что Airbus разрабатывает модифицированный контроллер, который предотвратит ошибочные расчеты данных.
A320, в пути, к северо-востоку от Гранады Испания, 2017 г.
21 февраля 2017 г. самолет Airbus A320, отправленный с неработающим ВСУ, испытал последовательные отказы систем кондиционирования и наддува, второй из которых произошел на эшелоне полета FL300 и вызвал объявление MAYDAY и аварийный спуск с последующим без происшествий отклонением в сторону Аликанте. Расследование показало, что причиной двойного отказа, вероятно, была необнаруживаемая и необнаруженная деградация системы регулирования отбора воздуха самолета, и, отметив возможную сопутствующую ошибку технического обслуживания, было рекомендовано провести новое плановое техническое обслуживание для проверки компонентов системы отбора воздуха типа самолета.
система быть установлена.
B738, в пути, недалеко от Сиднея, Австралия 2018
12 июля 2018 г. самолет Boeing 737-800 поднимался на эшелон FL135 вскоре после взлета из Сиднея, в то время как первый помощник выполнял линейную тренировку, когда прозвучал звуковой сигнал предупреждения о высоте в кабине, потому что оба воздуха кондиционеры не были включены. Капитан взял на себя управление и снизил самолет до FL100, пока ситуация не нормализовалась и намеченный полет не был завершен. Расследование отметило, что, хотя оба пилота имели опыт управления другими типами самолетов, у обоих было ограниченное время на Боинге 737, и они пришли к выводу, что неправильная конфигурация системы была следствием неправильного управления процедурами и контрольными списками.
E190, в пути, к юго-западу от Турку, Финляндия, 2017 г.
3 декабря 2017 г. самолет Embraer E190, следовавший по маршруту на эшелоне полета FL310, уже возвращался в Хельсинки из-за запаха гари в кабине экипажа, когда в салоне появился дым.
затем дым в кабине экипажа. Авиадиспетчерам было объявлено MAAYDAY, сообщившее о «пожаре на борту», и их предложение об отводе в Турку было принято. Ситуация сначала улучшилась, но ухудшилась после приземления, что вызвало предупредительную аварийную эвакуацию. Впоследствии следствие приписало дым неисправной машине воздушного цикла. Также были выявлены проблемы с недоступными дымовыми колпаками бортпроводников, а также с проведением и последствиями эвакуации.
B764, в пути, Оденкур, Франция, 2017 г.
23 августа 2017 г. самолет Boeing 767-400ER, вылетевший из Цюриха для трансатлантического перехода, столкнулся с проблемой герметизации кабины, когда самолет приблизился к эшелону полета 100 и выровнялся для прохождения применимый контрольный список. Однако, несмотря на то, что не удалось подтвердить, что система наддува работает нормально, затем набор высоты был возобновлен, что привело к повторению той же проблемы и аварийному снижению MAYDAY с эшелона полета 200. Расследование показало, что инженер перепутал, какое давление Клапан системы должен был быть деактивирован перед вылетом и что решение летного экипажа продолжить набор высоты было рискованным.
B734, в пути, к востоку-северо-востоку от Танегасима, Япония, 2015 г.
30 июня 2015 г. обе системы подачи стравливаемого воздуха на Боинге 737-400 на эшелоне полета 370 быстро вышли из строя, что привело к полной потере давления и после аварийный спуск до 10 000 футов QNH, полет был продолжен в запланированный пункт назначения, Кансай. Расследование показало, что обе системы вышли из строя из-за неисправности регулирующих клапанов предварительного охлаждения и что эти неисправности были вызваны ранее выявленным риском преждевременного ухудшения качества обслуживания, который был устранен в необязательном, но рекомендованном сервисном бюллетене, который не был рассмотрен оператор задействованного воздушного судна.
B789, в пути, восточная Бельгия, 2017 г.
29 апреля 2017 г. самолет Boeing 787-9, который только что достиг крейсерской высоты после отправки, имея только одну доступную главную систему ECS, начал терять давление в кабине. Предупредительный спуск и PAN были заменены на быстрый спуск и MAYDAY, когда высота кабины превысила 10 000 футов.
Расследование показало, что вводу самолета в эксплуатацию не предшествовала достаточно тщательная проверка вероятной надежности оставшейся системы ECS. Также были подчеркнуты неразборчивость автоматического объявления, сопровождающего падение кислородной маски кабины, и постоянные проблемы с качеством считывания CVR с бортовых самописцев 787, защищенных от столкновений.
B773, в пути, к востоку-северо-востоку от Анкориджа, штат Арканзас, США, 2015 г.
30 декабря 2015 г. самолет Boeing 777-300, совершавший в восточном направлении Тихий океан по пути в Торонто, столкнулся с прогнозируемой турбулентностью в ясном небе от умеренной до сильной, связанной с реактивным самолетом поток по гористой местности. Некоторые пассажиры остались незащищенными и получили ранения, один серьезно, и рейс был направлен в Калгари. Расследование показало, что действия экипажа снизили риск травм, но можно было добиться большего. Также было установлено, что пилоты не располагали всей соответствующей информацией и что выход из строя части системы кондиционирования воздуха во время турбулентности произошел из-за неправильно установленного хомута.
A320, окрестности Дублина, Ирландия, 2015 г.
3 октября 2015 г. самолет Airbus A320, только что вылетевший из Дублина, подвергся воздействию дыма из системы кондиционирования воздуха как в кабине экипажа, так и в салоне. Был объявлен «PAN», и самолет вернулся, и оба пилота в целях предосторожности использовали свои кислородные маски. Расследование показало, что плановая промывка двигателя под давлением, проведенная перед вылетом, была выполнена неправильно, в результате чего загрязняющее вещество попало в отбираемый воздух, подаваемый в систему кондиционирования воздуха. Было обнаружено, что причиной ошибки стало отсутствие обучения инженеров Оператора процедурам мойки двигателя.
h35B / AS29, на маршруте/маневрировании, недалеко от Смита, штат Невада, США, 2006 г.
28 августа 2006 г. самолет Hawker 800 столкнулся с планером на высоте 16 000 футов в воздушном пространстве класса «Е». Планер стал неуправляемым, и его пилот эвакуировался на парашюте. Hawker был структурно поврежден, один двигатель остановился, но его доставили в ближайший аэропорт.
В ходе расследования было отмечено, что столкновение произошло в районе, хорошо известном наличием планеров, в котором транспортные самолеты часто избегали столкновений с планерами, используя информацию УВД о воздушном движении или следуя RA TCAS. Планером управлял посетитель этого района с намеренно отключенным транспондером для экономии заряда батареи.
A320, в пути, к северу от Марселя Франция, 2013 г.
12 сентября 2013 г. произошел сбой управления наддувом в A320 из-за неисправности системы отбора воздуха после отправки с одной из двух пневматических систем, отключенных в соответствии с положениями MEL. Расследование показало, что причина отказа в полете была устранена с помощью факультативного SB, который еще не был включен. Кроме того, отсутствие ясности в соответствующих СОП реагирования экипажа и задержка с предоставлением пересмотренной процедуры MEL означали, что использование единой системы было неоптимальным и после необходимого постепенного снижения до эшелона полета 100 было отложено из-за неадекватной реакции УВД и неспособности УВД отреагировать на вызов PAN требовал, чтобы он был обновлен до MAYDAY.
Герметизация самолетов Руководство для начинающих — AeroSavvy
Как и почему в самолетах создается герметизация?
Летать легко. Мы запрыгиваем на борт комфортабельного авиалайнера и летим высоко в стратосфере, даже не задумываясь о дышащем . Система наддува самолета позволяет это сделать. Вот как работает магия…
Гипотетический эксперимент: если вы поместите весы в вакуумную камеру и сравните вес наполненного воздушного шара с пустым, вы увидите, что воздух имеет массу.
Атмосфера Земли имеет толщину около 300 миль. На уровне моря наши тела подвергаются давлению около 14,7 фунтов от этого высокого столба воздуха. Держу пари, ты даже не заметишь! Для животных, бродящих по поверхности земли, атмосфера с давлением 14,7 фунтов на квадратный дюйм обеспечивает идеальное количество кислорода.
По мере набора высоты давление воздуха, действующее на нас, быстро уменьшается. Вы замечаете уменьшение, когда ваши уши лопаются, когда вы поднимаетесь в гору или едете на быстром лифте.
Хотя толщина атмосферы составляет 300 миль, большая часть молекул воздуха сжата в пределах нескольких тысяч футов от земной поверхности.
Денвер в порядке. Подъем выше сулит неприятности.
По мере того, как мы поднимаемся выше, молекулы воздуха расходятся дальше друг от друга. Когда мы дышим, в наши легкие поступает меньше воздуха и меньше кислорода. Люди, живущие в Денвере, штат Колорадо (5600 футов), вполне счастливы дышать в более низкой атмосфере с давлением 12 фунтов на квадратный дюйм. Однако при подъеме на большую высоту давление падает очень быстро.
На высоте 18 000 футов атмосферное давление падает до 7,3 фунтов на квадратный дюйм, что составляет около половины давления на уровне моря. Во вдохе воздуха просто недостаточно кислорода, чтобы адекватно снабжать мозг. При таком давлении у здорового взрослого человека есть всего 20-30 минут полезного сознания.
Авиалайнеры летают на высоте от 30 000 до 43 000 футов. На этих высотах атмосфера обеспечивает давление менее 4 фунтов на квадратный дюйм.
Если бы вы попытались дышать на такой высоте, ваше полезное сознание длилось бы меньше минуты (после чего вскоре последовала бы смерть).
Чтобы выжить на большой высоте, пассажирам самолета нужно помочь дышать. Решение состоит в том, чтобы накачать воздух в самолет, чтобы внутреннее давление было достаточно высоким, чтобы люди были счастливы.
Зачем возиться с наддувом? Почему бы не лететь низко?
Самолеты, безусловно, могут летать ниже 10 000 футов, где атмосферное давление составляет комфортные 10 фунтов на квадратный дюйм или выше, но у него есть некоторые недостатки:
- Трудно пересечь горный хребет высотой 14 000 футов на высоте 10 000 футов.
- Самая плохая погода бывает на малых высотах.
- Турбовентиляторные двигатели очень неэффективны на низких оборотах.
- Наземная скорость самолета ниже на малых высотах.
Если вам нужен быстрый и плавный полет на экономичном самолете, способном пролететь над горным хребтом, нам нужно повысить давление!
Как работает система наддува?
Корпус самолета (фюзеляж) представляет собой длинную трубу, способную выдерживать значительные перепады давления воздуха; Думайте об этом как о большой пластиковой бутылке из-под газировки.
Теоретически мы могли бы запечатать бутылку так, чтобы при наборе высоты самолета внутреннее давление воздуха оставалось прежним. Мы не можем этого сделать, потому что трудно идеально герметизировать огромный фюзеляж самолета. Даже если бы мы могли, пассажиры быстро израсходовали бы доступный кислород. И только представьте запах внутри идеально запаянной тубы в дальнем полете! Очевидно, что большая запечатанная бутылка из-под газировки не подойдет нам без некоторых модификаций.
Чтобы решить эту проблему, системы наддува постоянно закачивают свежий наружный воздух в фюзеляж. Для контроля внутреннего давления и выпуска старого вонючего воздуха в хвостовой части самолета имеется моторизованная дверь, называемая выпускным клапаном . Он размером с портфель и расположен сбоку или внизу фюзеляжа. Более крупные самолеты часто имеют два выпускных клапана. Клапаны автоматически контролируются системой наддува самолета. Если внутри кабины требуется более высокое давление, дверь закрывается. Чтобы уменьшить давление в кабине, дверь медленно открывается, позволяя выйти большему количеству воздуха. Это одна из самых простых систем в самолете.
Одним из преимуществ системы наддува является постоянный поток чистого свежего воздуха, проходящего через самолет. Воздух внутри самолета полностью меняется каждые две-три минуты, что делает его намного чище, чем воздух в вашем доме или офисе.
Системы наддува предназначены для поддержания давления внутри кабины в пределах от 12 до 11 фунтов на квадратный дюйм на крейсерской высоте. В обычном полете, когда самолет поднимается на высоту 36 000 футов, внутренняя часть самолета «поднимается» на высоту от 6000 до 8000 футов.
Профиль внешней и внутренней высоты при обычном полете. Почему бы не оставить давление в кабине 14,7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы имитировать давление на уровне моря и обеспечить максимальный комфорт? Самолет должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать перепад давления , то есть разницу между давлением воздуха внутри и снаружи самолета.
Превышение предела перепада давления — это то, что заставляет воздушный шар лопнуть, когда он чрезмерно надут. Чем больше перепад давления, тем прочнее (и тяжелее) должен быть построен самолет. Можно построить самолет, способный выдерживать давление на уровне моря во время полета, но для этого потребуется значительное увеличение прочности и веса. Кабина на 12 фунтов на квадратный дюйм — хороший компромисс.
Выпускной клапан Общая информация:
Если вы посмотрите на фотографии авиалайнеров, сделанные до 1990 года, вы можете увидеть коричневые пятна вокруг выпускного клапана. Пятна от табачного дыма . Авиакомпании были в восторге, когда индустрия запретила курение. Деготь и никотин склеивали клапаны, инструменты и датчики, причиняя ущерб на тысячи долларов в год. Табак — это действительно неприятная штука.
Защита фюзеляжа от проблем с избыточным давлением
Два типа механических устройств устанавливаются на фюзеляже для защиты гермоотсека самолета от избыточного перепада давления.
Клапаны сброса избыточного давления
У каждого герметизированного самолета есть предел максимального перепада давления. Превышение этого предела (нагнетание слишком большого давления воздуха в фюзеляж) может привести к повреждению — даже выбить двери и окна. Для защиты самолета от избыточного давления клапаны сброса избыточного давления установлены. Устройства (иногда называемые дроссельными клапанами) подпружинены для сброса избыточного давления воздуха, когда давление в кабине превышает максимальный предел.
Клапан сброса избыточного давления Boeing 757. Чрезмерное давление воздуха в фюзеляже заставляет подпружиненные двери открываться, выпуская избыточное давление наружу.Двери сброса отрицательного перепада давления
Отрицательный перепад давления означает, что давление снаружи кабины больше, чем давление внутри кабины. Такая ситуация может возникнуть во время быстрого спуска. Отрицательное давление плохо, потому что оно давит внутрь на двери и окна.
Эти компоненты не предназначены для этого типа силы.
Опять же, для защиты фюзеляжа от повреждений используются подпружиненные устройства. Давление воздуха менее 1,0 фунта на квадратный дюйм на внешней стороне дверей заставляет их открываться внутрь против нагрузки пружины, пропуская воздух в фюзеляж для выравнивания давления.
Двери для сброса отрицательного перепада давления на Боинге 757. Избыточное давление снаружи фюзеляжа заставляет двери открываться внутрь, выпуская воздух внутрь фюзеляжа.Откуда берется сжатый воздух?
Boeing Stratocruiser от SDASM Электрические компрессоры
Старые авиалайнеры с поршневым двигателем, такие как Boeing Stratocruiser, использовали электрические воздушные компрессоры для подачи свежего наружного воздуха в салон. Эта система работала хорошо, но компрессоры сильно утяжеляли самолет.
Boeing 707 от ClipperArctic CC BY-SA 2.0
Турбокомпрессоры
Ранние реактивные лайнеры, такие как Douglas DC-8 и Boeing 707, использовали отбираемый из двигателей воздух для вращения турбокомпрессоров.
Затем турбокомпрессоры закачивали в кабину свежий наружный воздух.
MD-88 от Lvco99 CC BY-NC-SA 2.0
Воздух для отбора воздуха из двигателя
В большинстве современных авиалайнеров для создания давления в салоне используется воздух, отбираемый из компрессорной секции двигателей. Этот очень горячий воздух должен быть охлажден до комфортной температуры, прежде чем он будет направлен в салон.
Boeing 787 от Tim Wang CC BY-SA 2.0
Электрические компрессоры (снова!)
Новый Boeing 787 Dreamliner возвращает электрический компрессор. Электрическая система 787 приводит в действие компрессоры, как и на старом Stratocruiser. Достижения в области технологий делают эту систему намного более эффективной, чем ее предшественница из 19-го века.50-е годы.
Что такое отбор воздуха?
Реактивный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины/выхлопа. Компрессор находится в передней части двигателя.
Ряд вращающихся лопастей всасывает свежий воздух снаружи. Когда воздух сжимается, он становится очень горячим. Помните школьную физику? При сжатии газа его температура повышается. Затем горячий сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где смешивается с топливом и сжигается. Расширенные газы проходят через лопатки турбины, которые приводят в действие лопатки компрессора, прежде чем выйти из двигателя, создающего тягу.
Отбираемый воздух представляет собой свежий, чистый, горячий воздух , взятый из секции компрессора двигателя до , смешанный с топливом или выхлопными газами. Обычно отбираемый горячий воздух используется для защиты крыльев и двигателя от обледенения, наддува кабины, стартеров двигателей и гидравлических насосов с пневматическим приводом.
Как пилоты контролируют наддув?
Регуляторы давления на 757 и 767 Действительно, действительно легко.
Панель управления высотой кабины на 757 и 767 очень проста. Во время предполетных проверок пилоты поворачивают ручку «LDG ALT», чтобы отобразить высоту аэропорта посадки. Вот и все! Мы не трогаем его до конца полета. Автоматический режим заботится о выпускном клапане вместо нас.
Остальные индикаторы и ручки предназначены для резервирования на случай неисправности. Есть два отдельных автоматических режима. Ручной режим позволяет нам отрегулировать положение выпускного клапана в случае отказа обеих автоматических систем. Системы наддува работают отлично и редко вызывают какие-либо проблемы.
Последствия полета в герметичной кабине
Воздух в кабине самолета имеет очень низкую влажность. Во время длительного перелета важно пить много воды, чтобы избежать обезвоживания. Когда стюардесса предложит вам бутылку воды, выпейте ее. Вы можете не заметить, что обезвожены.
Употребление алкоголя : Обезвоживание усиливает воздействие алкоголя на организм.