Λύσεις — Ενότητα 3.11: Έλεγχοι και Όργανα Αεριοστρόβιλου Κινητήρα (σελ. 366-367) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 3.11: Έλεγχοι και Όργανα Αεριοστρόβιλου Κινητήρα

Λύσεις στις 6 ερωτήσεις της ενότητας 3.11: παράμετροι διόρθωσης ροής καυσίμου από τον ρυθμιστή καυσίμου, ρόλος του συστήματος συγχρονισμού λειτουργίας κινητήρων στα πολυκινητήρια αεροσκάφη (αποφυγή ροπής εκτροπής/yaw), χρήση του οργάνου μέτρησης ροής καυσίμου, τρόπος λειτουργίας του οργάνου μέτρησης ώσης μέσω του λόγου πίεσης κινητήρα (EPR), αρχή λειτουργίας της διάταξης μέτρησης ροπής αξονοστρόβιλου κινητήρα (παραμόρφωση άξονα σε στρέψη) και σημασία της ένδειξης θερμοκρασίας εξόδου καυσαερίων (EGT) ως λειτουργικού ορίου και κρίσιμης ένδειξης κατά την εκκίνηση.

Παράμετροι διόρθωσης ροής καυσίμου από τον ρυθμιστή καυσίμου

Ερώτηση: Ο ρυθμιστής καυσίμου εκτός από τη θέση του μοχλού ισχύος διορθώνει τη ροή του καυσίμου με τις ακόλουθες παραμέτρους: Α) Τη στατική πίεση του αέρα. Β) Την περιστροφική ταχύτητα του κινητήρα. Γ) Τη στατική πίεση του θαλάμου καύσης. Δ) Όλα τα παραπάνω.

Απάντηση:

• §3.11 (εισαγωγή). «Ο ρυθμιστής καυσίμου, εκτός από τη θέση της μανέτας, διορθώνει τη ροή του καυσίμου ανάλογα με τις τιμές των ακόλουθων παραμέτρων: την πυκνότητα του αέρα στο ύψος πτήσης του αεροσκάφους... τις στροφές του κινητήρα, την πίεση εισαγωγής συμπιεστή, την πίεση του θαλάμου καύσης, τη θερμοκρασία εξαγωγής των καυσαερίων, την ταχύτητα του αεροσκάφους.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Δ) Όλα τα παραπάνω. Ο ρυθμιστής καυσίμου δεν διορθώνει τη ροή καυσίμου μόνο με βάση μία παράμετρο, αλλά συνδυάζει πολλές: την πυκνότητα του αέρα εισαγωγής (μέσω στατικής πίεσης και θερμοκρασίας εισόδου), τις στροφές του κινητήρα (περιστροφική ταχύτητα), την πίεση εισαγωγής του συμπιεστή, την πίεση (στατική) του θαλάμου καύσης, τη θερμοκρασία εξαγωγής καυσαερίων και την ταχύτητα του αεροσκάφους. Επομένως, τόσο η στατική πίεση του αέρα (Α) όσο και η περιστροφική ταχύτητα (Β) και η στατική πίεση του θαλάμου καύσης (Γ) περιλαμβάνονται στις παραμέτρους που λαμβάνει υπόψη ο ρυθμιστής καυσίμου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Δ) Όλα τα παραπάνω — πυκνότητα αέρα, στροφές, πιέσεις συμπιεστή/θαλάμου καύσης, EGT, ταχύτητα αεροσκάφους

Ρόλος συστήματος συγχρονισμού λειτουργίας κινητήρων

Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος ύπαρξης του συστήματος συγχρονισμού λειτουργίας κινητήρων στα πολυκινητήρια αεροσκάφη;

Απάντηση:

• §3.11.1. «Είναι απαραίτητη η χρήση ενός συστήματος, το οποίο να συγχρονίζει την παραγόμενη ώση ή ισχύ, από όλους τους κινητήρες, για την αποφυγή δημιουργίας ροπής εκτροπής στον κατακόρυφο άξονα του αεροσκάφους (yaw)... Το σύστημα συγχρονισμού της λειτουργίας των κινητήρων ρυθμίζει αυτόματα τις στροφές τους, έτσι ώστε με την ίδια θέση της μανέτας σε όλους τους κινητήρες να έχουμε ίδια παραγόμενη ώση.»

Σύνοψη: Ο ρόλος του συστήματος συγχρονισμού λειτουργίας κινητήρων είναι να συγχρονίζει αυτόματα την παραγόμενη ώση ή ισχύ όλων των κινητήρων ενός πολυκινητήριου αεροσκάφους, ώστε με την ίδια θέση της μανέτας σε όλους τους κινητήρες να παράγεται η ίδια ώση. Έτσι αποφεύγεται η δημιουργία ροπής εκτροπής (yaw) στον κατακόρυφο άξονα του αεροσκάφους, η οποία προκαλείται από ασύμμετρη παραγωγή ώσης μεταξύ των κινητήρων και είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη στη φάση της απογείωσης (μέγιστες στροφές, μικρό ύψος, λίγος χρόνος για διορθωτικές ενέργειες). Στους αεριοστρόβιλους κινητήρες ο συγχρονισμός γίνεται με σήμα πίεσης εξόδου καυσαερίων, ενώ στους ελικοστρόβιλους με σήμα από τον μετρητή ροπής κάθε κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ρόλος: αυτόματος συγχρονισμός στροφών/ώσης όλων των κινητήρων → αποφυγή ροπής εκτροπής (yaw), κρίσιμο στην απογείωση

Χρήση οργάνου μέτρησης ροής καυσίμου

Ερώτηση: Ποια είναι η χρήση του οργάνου μέτρησης της ροής καυσίμου στον αεριοστρόβιλο κινητήρα;

Απάντηση:

• §3.11.2.5. «Η ένδειξη της παροχής του καυσίμου... Η ένδειξη αυτή είναι συνήθως σε λίβρες καυσίμου ανά ώρα, και χρησιμοποιείται από το πλήρωμα για τον έλεγχο της κατανάλωσης καυσίμου και τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας του κινητήρα.»

Σύνοψη: Το όργανο μέτρησης ροής καυσίμου, με τη χρήση κατάλληλου ροόμετρου τοποθετημένου στη γραμμή καυσίμου, δίνει την ένδειξη της παροχής καυσίμου που καταναλώνει ο κινητήρας κατά τη λειτουργία του, συνήθως σε λίβρες καυσίμου ανά ώρα. Η ένδειξη αυτή χρησιμοποιείται από το πλήρωμα για δύο κύριους σκοπούς: τον έλεγχο της κατανάλωσης καυσίμου (π.χ. για υπολογισμό εναπομείναντος καυσίμου/αυτονομίας) και τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας του κινητήρα (μια ασυνήθιστη τιμή ροής καυσίμου μπορεί να υποδεικνύει πρόβλημα στο σύστημα καυσίμου ή στη λειτουργία του κινητήρα).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ροόμετρο σε λίβρες/ώρα — έλεγχος κατανάλωσης καυσίμου και σωστής λειτουργίας κινητήρα

Τρόπος λειτουργίας οργάνου μέτρησης ώσης (EPR)

Ερώτηση: Με ποιον τρόπο λειτουργεί το όργανο μέτρησης της ώσης του αεριοστρόβιλου κινητήρα;

Απάντηση:

• §3.11.2.1. «Το όργανο αυτό μας παρέχει την ένδειξη του λόγου των πιέσεων εισαγωγής και εξαγωγής, ή λόγου πίεσης του κινητήρα (Σχήμα 3.58). Η μέτρηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της παραγόμενης ώσης.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η ώση ενός αεριοστρόβιλου κινητήρα δεν μπορεί να μετρηθεί απευθείας κατά την πτήση· γι' αυτό χρησιμοποιείται το όργανο ένδειξης λόγου πίεσης κινητήρα (Engine Pressure Ratio — EPR). Το όργανο αυτό λαμβάνει σήμα από έναν αισθητήρα πίεσης τοποθετημένο στην είσοδο του κινητήρα και έναν αισθητήρα πίεσης τοποθετημένο στην έξοδο (εξαγωγή) του κινητήρα. Τα δύο σήματα πίεσης οδηγούνται σε έναν μετατροπέα σήματος EPR, ο οποίος υπολογίζει τον λόγο της πίεσης εξαγωγής προς την πίεση εισαγωγής και τον μεταφέρει ως ένδειξη στο όργανο του πιλοτηρίου. Επειδή η ώση του κινητήρα σχετίζεται άμεσα με αυτόν τον λόγο πιέσεων, η ένδειξη EPR χρησιμοποιείται από τον πιλότο ως έμμεση αλλά αξιόπιστη μέτρηση της παραγόμενης ώσης, χωρίς να απαιτείται απευθείας μέτρησή της.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• EPR = λόγος πίεσης εξαγωγής/εισαγωγής (αισθητήρες πίεσης + μετατροπέας σήματος EPR) → έμμεση μέτρηση ώσης

Αρχή λειτουργίας διάταξης μέτρησης ροπής αξονοστρόβιλου κινητήρα

Ερώτηση: Περιγράψτε την αρχή λειτουργίας της διάταξης μέτρησης της ροπής ενός αξονοστρόβιλου κινητήρα.

Απάντηση:

• §3.11.2.2. «Η μέτρηση της ροπής μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας την παραμόρφωση άξονα σε στρέψη... Η γωνία αυτή μετριέται σε σχέση με ένα σημείο αναφοράς... Ο εξωτερικός άξονας περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με τον εσωτερικό άξονα, δε μεταφέρει ροπή και, συνεπώς, δεν παραμορφώνεται. Η γωνία στρέψης του εσωτερικού άξονα σε σχέση με τον εξωτερικό μας δίνει και την ένδειξη της μεταφερόμενης ροπής. Η διαφορά της γωνίας ανιχνεύεται από μαγνητικούς αισθητήρες.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στους αξονοστρόβιλους κινητήρες η ροπή δεν μπορεί να μετρηθεί από την πίεση καυσαερίων (μικρό ποσοστό της ώσης προέρχεται από αυτά), γι' αυτό χρησιμοποιείται η αρχή της παραμόρφωσης άξονα σε στρέψη: όσο μεγαλύτερη ροπή αναπτύσσει ο κινητήρας, τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία στρέψης του άξονα μεταφοράς ισχύος. Για να μετρηθεί αυτή η γωνία χρησιμοποιούνται δύο ομόκεντροι άξονες: ο εσωτερικός άξονας, που μεταφέρει την πραγματική ροπή από τον κινητήρα στον έλικα και άρα παραμορφώνεται σε στρέψη, και ένας εξωτερικός άξονας αναφοράς, ο οποίος περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα αλλά δεν μεταφέρει ροπή, οπότε δεν παραμορφώνεται. Η σχετική γωνία στρέψης μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού άξονα ανιχνεύεται από μαγνητικούς αισθητήρες (έναν αισθητήρα ροπής και έναν αισθητήρα αναφοράς), τοποθετημένους πάνω από τους δύο άξονες. Η διαφορά φάσης/γωνίας που καταγράφουν οι αισθητήρες μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα ανάλογο της αναπτυσσόμενης ροπής, το οποίο εμφανίζεται στο όργανο ένδειξης του πιλοτηρίου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αρχή: γωνία στρέψης εσωτερικού (ροπής) άξονα ως προς εξωτερικό άξονα αναφοράς (χωρίς παραμόρφωση), ανιχνευόμενη μαγνητικά → ανάλογη της ροπής

Σημασία ένδειξης θερμοκρασίας εξόδου καυσαερίων (EGT)

Ερώτηση: Για ποιους λόγους είναι βασική η ένδειξη της θερμοκρασίας εξόδου καυσαερίων σε έναν αεριοστρόβιλο κινητήρα;

Απάντηση:

• §3.11.2.4. «Η θερμοκρασία αποτελεί ένα από τα λειτουργικά όρια του κινητήρα και χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της θερμικής καταπόνησης του στροβίλου του καθώς και για τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας του... Η ένδειξη στροφών παράλληλα με την ένδειξη θερμοκρασίας εξαγωγής καυσαερίων είναι οι δύο πιο κρίσιμες ενδείξεις κατά την εκκίνηση ενός κινητήρα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η ένδειξη της θερμοκρασίας εξόδου καυσαερίων (EGT) είναι βασική για πολλούς λόγους. Πρώτον, η θερμοκρασία αποτελεί ένα από τα λειτουργικά όρια του κινητήρα, κατασκευαστικά συσχετισμένο με τη (δυσκολομέτρητη) θερμοκρασία εισόδου καυσαερίων στον στρόβιλο, η υπέρβαση του οποίου μπορεί να προκαλέσει σοβαρή θερμική καταπόνηση και βλάβη στα πτερύγια του στροβίλου (ακόμη και μικρή υπέρβαση, π.χ. 20°C πάνω από το μέγιστο όριο, μπορεί να μειώσει κατά το ήμισυ τη διάρκεια ζωής των πτερυγίων). Δεύτερον, η EGT χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας του κινητήρα γενικότερα, αφού μια μη φυσιολογική ένδειξη μπορεί να υποδεικνύει πρόβλημα καύσης ή βλάβη. Τρίτον, μαζί με την ένδειξη των στροφών (N), η EGT αποτελεί μία από τις δύο πιο κρίσιμες ενδείξεις κατά την εκκίνηση του κινητήρα, φάση κατά την οποία εμφανίζονται συχνά φαινόμενα υπερθέρμανσης (hot start) που πρέπει να εντοπιστούν άμεσα για να αποφευχθεί βλάβη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• EGT: λειτουργικό όριο (θερμική καταπόνηση στροβίλου) + έλεγχος σωστής λειτουργίας + κρίσιμη ένδειξη (μαζί με N) κατά την εκκίνηση