Turbomotoare. Sisteme Automate de Pornire

INTRODUCERE

Dezvoltarea aviației în ultimele trei decenii, caracterizată prin apariția avioanelor supersonice și hipersonice, prin realizarea unor avioane de pasageri de mare capacitate, prin diversificarea și extinderea domeniilor de utilizare a aeronavelor, a putut fi posibilă atât datorită unor progrese considerabile înregistrate în domeniul aerodinamicii, instalațiilor de bord cât și în domeniul sistemelor de propulsie. Ansamblul instalațiilor de bord joacă un rol foarte important în obținerea unor performanțe superioare de zbor, în creșterea fiabilității aeronavei și a securității zborului, în asigurarea îndeplinirii misiunii pentru care este proiectată și destinată aeronava.

Motoarele de construcție recentă sunt realizate pe baza unor tehnologii și concepții constructive dintre cele mai moderne și se pot grupa în două mari categorii: motoare turboreactoare (MTR) și motoare cu piston.

Categoria motoarelor turboreactoare este cea mai reprezentativă și aparține deopotrivă schemelor cu simplu flux și dublu flux. La rândul lor, motoarele turboreactoare dublu flux pot fi monojet și bijet.

Cele mai multe aeronave militare de luptă sunt echipate cu motoare turboreactoare dublu flux monojet, fapt pentru care voi prezenta în proiect acest tip de motor (MTR–DF–MJ).

Lucrarea prezintă considerații privind pornirea motoarelor de aviație, la sol și în condiții speciale, avându-se în vedere aspectele esențiale care intervin în acest proces, și anume: demarorul utilizat, metoda și sistemul de comanda a pornirii.

Proiectul demarează prin prezentarea pe scurt a unui motor turboreactor dublu flux monojet. Acest lucru ajută la înțelegerea și analiza procesului de pornire a unui MTR. Sunt prezentate, fără detalii, părțile componente ale motorului și schema unui MTR dublu flux monojet. În continuare sunt prezentate, pe scurt, instalațiile și agregatele care alcătuiesc instalația de pornire a motorului.

Pentru a putea face o analiză obiectivă a regimurilor de pornire ale MTR este necesară efectuarea unor studii asupra:

demaroarelor utilizate pentru pornirea MTR;

metodelor de comandă folosite în pornirea demaroarelor;

sistemelor de comandă ale procesului de pornire;

instalațiilor electrice de pornire.

Odată efectuat acest studiu vom desprinde cu ușurință aspectele comparative ale procesului de pornire ale diferitelor motoare turboreactoare.

Totodată lucrarea își propune să analizeze atât pornirea la sol a motoarelor turboreactoare, cât și pornirea în condiții speciale.

CAPITOLUL 1

CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND PORNIREA AUTOMATĂ A MOTOARELOR DE AVION

1.1. GENERALITĂȚI

Spre deosebire de motoarele electrice, care – cu excepția motoarelor sincrone dezvoltă un cuplu mare de pornire, motoarele cu ardere internă nu pot porni singure. Prin pornirea unui motor cu ardere internă se înțelege ansamblul de operații, prin care acesta este adus din starea de repaus în situația de a putea funcționa stabil și independent. Totalitatea instalațiilor și agregatelor, care asigură pornirea unui motor, se numește sistem sau instalație de pornire. Principalele părți componente ale acestei instalații sunt:

dispozitivele de antrenare a arborelui motorului din starea de repaus până la o anumită turație la care motorul poate să-și asigure în condiții bune funcțiile de alimentare și aprindere. La această turație minimă de pornire (turație de mers în gol), energia dezvoltată de motor acoperă energia consumată pentru învingerea momentelor de frecare și pentru acționarea organelor cuplate cu motorul, cum sunt pompele, ventilatoarele, generatoarele electrice etc.;

agregatele care asigură alimentarea motorului cu combustibil în timpul pornirii;

instalațiile de aprindere a combustibilului sau amestecului carburant (combustibil-aer) în timpul pornirii;

dispozitivele necesare pentru asigurarea unor regimuri mecanice și termodinamice optime ale motorului în perioada de pornire;

instalația de automatizare a procesului de pornire;

sursele de alimentare cu energie a sistemului de pornire.

Pentru antrenarea inițială la pornire se folosesc diferite tipuri de motoare auxiliare numite demaroare.

În afară de preocuparea pentru obținerea unor caracteristici energetice cât mai bune, cercetările în acest domeniu au urmărit realizarea unor sisteme automate de pornire cu fiabilitate înaltă și cu masa de zbor cât mai redusă.

Atât pornirea motoarelor cu turbină, cât și pornirea motoarelor cu piston ridică o serie de probleme distincte și specifice.

În cele ce urmează, datorită specificației din tema de proiect, voi trata pornirea motoarelor cu turbină cu gaze.

1.2. PORNIREA MOTOARELOR TURBOREACTOARE

Instalația de pornire a unui avion trebuie să permită atât pornirea la sol a motorului, cât și pornirea lui în zbor. În afară de aceste funcțiuni, sistemul de pornire mai sigură în mod automat pornirea de prevenire și rotirea “la rece” pentru ventilarea și stocarea (conservarea) motorului.

Debitarea și reglarea cantității de combustibil în camera de ardere principală și cea de forțaj (acolo unde există) în funcție de regimul de funcționare a motorului, pornirea motorului și aprinderea combustibilului în camera de forțaj, precum și comanda motorului și a voleților ajutajului reactiv reglabil sunt asigurate de sistemul de combustibil și automatica motorului. Acest sistem de combustibil se împarte în trei subsisteme:

sistemul de pornire;

instalația de combustibil principală;

sistemul de forțaj.

Sistemul de pornire servește pentru alimentarea cu combustibil a motorului în cadrul pornirii la sol și în aer și se compune din:

instalația de combustibil pentru pornire;

instalația de evacuare a aerului;

instalația de oxigen pentru pornirea în aer;

automatul de pornire;

instalația de alimentare cu combustibil suplimentar.

Cantitatea de combustibil necesară pornirii în raport cu cantitatea de aer intrată în motor în procesul pornirii este asigurată de către instalația de combustibil pentru pornire. Această instalație funcționează numai la pornire.

Instalația de evacuare a aerului servește pentru lărgirea gamei de stabilitate a funcționării compresorului în timpul pornirii motorului la sol.

Instalația de alimentare cu oxigen servește pentru mărirea intensității flăcării în cazul pornirii motorului în aer.

Automatul de pornire reglează debitul de petrol din momentul pornirii până la ieșirea motorului la regimul “ralanti”.

Instalația de alimentare cu combustibil suplimentar la pornire servește pentru ieșirea accelerată a motorului în regim de “ralanti”. La turația rotorului de înaltă presiune de 3.500 rot./min. instalația iese din funcțiune.

Instalația de combustibil principală servește pentru debitarea și reglarea cantității de combustibil la injectoarele de lucru ale motorului la toate regimurile de funcționare. Instalația se compune din:

rezervor de combustibil;

pompe de combustibil;

debitmetre, robinete;

rampă de combustibil;

injectoarele camerei principale.

Instalația de combustibil pentru forțaj asigură o ardere normală a combustibilului în camera de forțaj, menținând coeficientul de aer în limitele date și asigură legea de creștere în timp a presiunii combustibilului în sistemul de forțaj. Se compune din:

pompă de forțaj;

ace (cuie) de reglaj;

sistemul de aprindere al forțajului.

1.3. PREZENTAREA UNUI MTR–DF–MJ

Așa cum am menționat, clasa motoarelor turboreactoare se poate împărți în două subclase:

motoare turboreactoare monoflux (MTR–MF);

motoare turboreactoare dubluflux (MTR–DF).

În general, un MTR are următoarele părți componente:

dispozitiv de admisie;

compresor;

turbină;

cameră de ardere;

dispozitiv de evacuare.

Motorul studiat este format din două rotoare: cel de joasă presiune (RJP) și cel de înaltă presiune (RIP).

RJP cuprinde:

compresorul de joasă presiune;

arborele;

turbina de joasă presiune.

RIP cuprinde:

compresorul de înaltă presiune;

arborele;

turbina de înaltă presiune.

Cele două rotoare au între ele o legătură gazo-dinamică și se rotesc independent unul față de altul, cu turații diferite.

Compresorul are rolul de a transmite aerului ce-l traversează lucrul mecanic prestat de turbină, astfel încât, la ieșirea acestuia din compresor, să se realizeze gradul de comprimare necesar funcționării optime a motorului. Partea mobilă – rotorul – are rolul de a imprima fluidului o mișcare de rotație, prestând lucru mecanic și mărind energia cinetică a fluidului. Comprimarea se realizează datorită curgerii fluidului prin partea fixă – stator. Statorul imprimă fluidului o direcție cât mai apropiată de axa motorului și, datorită secțiunii sale divergente, face ca viteza la ieșirea din stator să fie mai mică decât cea de la intrare, iar presiunea să crească.

Turbina are rolul de a prelua energia de la gazele rezultate în urma arderii și de a transmite unor consumatori (compresorului și altor agregate specifice motorului).

Aerul din atmosferă este preluat cu ajutorul dispozitivului de admisie.

Camera de ardere are rolul de a asigura arderea combustibilului la toate regimurile de zbor ale avionului și la toate regimurile de funcționare ale motorului.

La ieșirea din motor, gazele sunt accelerate în dispozitivul de evacuare, obținându-se astfel o tracțiune maximă.

În prezentarea acestui tip de motor, nu am analizat unele particularități, cum ar fi camera de postcombustie și nici tipurile constructive de turbină, compresor, cameră de ardere sau dispozitiv de admisie. Am considerat că este necesar ca cititorului să-i fie prezentat doar modul în care se realizează procesul termodinamic și părțile componente ale motorului.

Schematic, un MTR–DF–MJ se poate reprezenta ca în fig. 1 de mai jos.

Fig. l – Schema unui MTR–DF–MJ

Așa cum se observă din figură, fluxul de aer care pătrunde în motor se împarte în două:

fluxul principal, care circulă la baza primelor palete ale compresorului, apoi prin întreg compresorul, camera de ardere, turbină și dispozitivul de evacuare;

fluxul secundar, care circulă prin zona extremă a primelor trepte de compresor (denumită ventilator) și apoi este direct evacuat în atmosferă.

În continuare în proiect turațiile la care mă voi referi, vor fi turații ce caracterizează mișcarea rotorului de înaltă presiune, deoarece trebuie avut în vedere faptul că:

(1)

CAPITOLUL 2

PORNIREA MTR LA SOL

Destinația de bază a sistemului de pornire este de a asigura pornirea la sol a MTR, această activitate fiind cea mai complexă. Nu voi neglija însă nici pornirea în aer, pornirea de prevenire și rotirea la rece.

Pornirea turbomotorului reprezintă un proces mult mai complex decât pornirea motoarelor cu piston, deoarece sunt necesare puteri mult mai mari (turbina, la turații mici, dezvoltă o putere inferioară puterii necesare pentru antrenarea celorlalte organe ale motorului: compresor, pompe, angrenaje etc.). Pornirea turbomotorului poate fi considerată ca terminată la o turație de ordinul 15% din turația nominală, în timp ce la motoarele cu piston 2-3% din turația nominală.

Pentru un sistem de pornire a unui MTR se impun următoarele condiții principale:

să asigure pornirea într-un timp scurt impus de tipul de avion și de misiunile sale;

să permită pornirea automată și sigură a motorului, atât la sol, cât și în zbor, la toate altitudinile și vitezele de exploatare; la nevoie, această operație trebuie să poată fi repetată de 3-5 ori;

să asigure porniri automate în gama de temperaturi cuprinse între (–50ºC) și (+50ºC), fiind realizat la gabarit și greutate minime;

să fie simplu, sigur și nepericulos în exploatare;

să aibă resursa cel puțin egală cu resursa motorului.

Pentru a realiza condiții cât mai bune de pornire, din punct de vedere termodinamic, instalația de automatizare a procesului de pornire trebuie să asigure:

deschiderea la maximum a voleților ajutajului de reacție, în felul acesta mărindu-se cuplul turbinei pe seama creșterii raportului de destindere a gazelor în turbină, pentru o valoare dată a lui T3;

acționarea aparatului director al compr

acționarea aparatului director al compresorului, astfel încât să se micșoreze debitul de aer prin motor și deschiderea supapei de transvazare a aerului de la treapta medie a compresorului, operații care determină micșorarea cuplului rezistent dezvoltat de compresor;

în cazul MTP pentru micșorarea cuplului rezistent este necesar, în plus, să fie aduse paletele elicei la pas minim.

Este cunoscut faptul că puterea Ptb dezvoltată de turbină este proporțională cu temperatura T3 a gazelor în fața turbinei. Dar, chiar și la valoarea maximă admisibilă T3max a acestor gaze, puterea turbinei acoperă puterea Pc necesară antrenării compresorului, precum și a celorlalte agregate de abia la o turație suficient de mare n2 (vezi fig. 2). Prin urmare, teoretic, arborele motorului ar trebui să fie antrenat de la sursa exterioară de energie cel puțin până la turația minimă de pornire n2. În realitate însă, se poate considera că procesul de pornire a MTR cuprinde trei etape. Cele trei etape sunt materializate în graficul din fig. 2.

Fig. 2 – Etapele pornirii MTR

(graficele de variație a temperaturii T3 și a puterilor)

PRIMA ETAPĂ

Acționarea arborelui motor se face numai de la demaror, cuplul turbinei considerându-se nul, deoarece nu se debitează combustibil în camera de ardere. Temperatura din fața turbinei este scăzută, în cazul studiat – pornirea la sol, ea fiind egală cu temperatura mediului ambiant, TH. În această primă etapă are loc accelerarea ansamblului compresor-turbină de la turația zero (stare de repaus), până la turația n1. La această turație începe alimentarea camerelor de ardere cu combustibil. Acum presiunea dezvoltată de compresor atinge valoarea minimă necesară procesului de ardere.

După cum se poate observa din fig. 3, ecuația de acționare are forma:

(2)

unde:

Mde – cuplul dezvoltat de demarorul electric;

Mrez – cuplul rezistent la arborele turbomotorului, raportat la arborele demarorului;

Ja – momentul de inerție al pieselor în mișcare, raportat la arborele demarorului;

Nde – turația demarorului.

Fig. 3. Graficul de variație a cuplurilor în timpul pornirii

A DOUĂ ETAPĂ

Datorită injecției de combustibil la începutul acestei etape, temperatura urcă brusc până la valoarea , așa cum se observă în fig. 3. Începând cu turația n1, turbina începe să dezvolte un cuplu de acționare. În această etapă, la accelerarea arborelui motor contribuie atât demarorul cât și turbina. Etapa durează până când se atinge turația n3, la care puterea turbinei este mai mare decât puterea necesară pentru acționarea arborelui motor cu un anumit exces, necesar pentru siguranța pornirii.

La turația n3 demarorul se decuplează, deși, așa cum se observă din fig. 2, cuplul activ al turbinei egalează cuplul rezistent la curbare încă de la turația n2. Teoretic, demarorul se poate decupla de la turația n2, însă, datorită faptului că la această turație MTR-ul nu are încă o funcționare stabilă, demarorul își continuă funcționarea în regim de însoțire până la turația MTR-ului n3. În plus, această însoțire se face și pentru scurtarea timpului de accelerare a motorului de la n2 până la n4.

Într-adevăr, la turația n2 încă nu exista o rezerva de temperatura în fața turbinei care să permită decuplarea sursei exterioare, astfel că cea mai mică înrăutățire a alimentarii motorului ar putea provoca ratarea pornirii. În afară de aceasta, continuarea rotirii motorului cu o turație apropiată de n2 ar însemna un surplus prea mic de putere, deci o durată prea mare a pornirii în condițiile temperaturii și a unei răciri reduse a motorului.

Prin scurtarea acestui timp de accelerare, se scurtează și timpul de pornire a MTR. Este evident că, dacă turația n3 la care este decuplat demarorul crește, timpul de pornire va scădea, însă acest fapt presupune și o putere mai mare dezvoltată de instalația de pornire (demaror).

În concordanță cu fig. 3 și relația (1), se poate scrie ecuația de acționare pentru această etapă:

(3)

în care, în plus față de relația (2) intervine Mtb – cuplul dezvoltat de turbină, corespunzător puterii Ptb și vitezei de rotație .

A TREIA ETAPĂ

În această etapă are loc accelerarea finală a ansamblului turbină-compresor până la turația de ralanti (de mers în gol sau de gaze reduse):

La această turație turbina funcționează la temperatura , mai scăzută decât temperatura maximă admisibilă , ca urmare a faptului că numai între n3 și n4 ritmul de creștere a debitului de aer depășește ritmul de creștere a debitului de combustibil injectat.

Ecuația de acționare are forma:

În timpul acestei etape se ajunge la un echilibru între puterea consumată Pc și puterea dezvoltată de turbină Ptb, în condițiile unei temperaturi acceptabile (). După turația de ralanti n4, există posibilitatea trecerii la turații mai mari (turația de croazieră, turația nominală sau turația maximă).

Cuplul rezistent al compresorului Mc este un cuplu rezistent dinamic, ce depinde de turație. În calculele analitice acest cuplu poate fi considerat că variază proporțional cu pătratul turației:

Valorile orientative ale turațiilor n1, n2, n3 și n4 raportate la turația maximă a motorului sunt date în tabelul 1, de mai jos. Din cele arătate rezultă că o condiție de bază a instalațiilor de pornire este de a dezvolta un cuplu motor cât mai mare. În felul acesta se poate scurta durata procesului de pornire, factor deosebit de important în cazul avioanelor cu destinație specială. Asupra timpului de pornire influențează și capacitatea de aprindere a combustibilului injectat.

În medie se poate admite că pentru majoritatea turboreactoarelor timpul de pornire este cuprins între 30 și 60 secunde.

Tabelul 1

CAPITOLUL 3

DEMAROARE UTILIZATE PENTRU PORNIREA TURBOMOTOARELOR

Demarorul este un motor special, destinat să asigure accelerarea turbomotorului până la turația n3. Există mai multe tipuri de demaroare, care se deosebesc prin construcția motorului și prin natura agentului de lucru folosit în motor. Acestea pot fi împărțite în două grupe principale:

demaroare electrice;

demaroare cu turbină (turbodemaroare) cu unul sau două motoare;

La rândul lor, cele cu turbină pot fi: cu gaze, cu aer, cu pulbere, cu gaze și aer, precum și cu turborachete.

3.1. DEMAROARE CU TURBINĂ CU GAZE

Este vorba de mici turbomotoare asemănătoare turbinelor din instalațiile turbopropulsoare, cu deosebirea că acestea sunt destinate să funcționeze o durată scurtă, numai în timpul pornirii. Turbodemaroarele de acest tip sunt echipate cu compresoare centrifugale cu o singură treaptă, având camerele de ardere în spirală și în contracurent, sau în buclă. Pentru ușurarea pornirii și micșorarea duratei procesului, turbodemaroarele sunt decuplate de la arborele motorului de avion. Abia după ce au intrat în regim normal de funcționare sunt cuplate la arborele motorului prin intermediul unui reductor (fig. 4). Turbodemaroarele au nevoie de un sistem propriu de pornire, ceea ce complică construcția instalației în ansamblu.

Fig. 4 – Schema unui turbodemaror cu doi arbori, cu compresor

propriu și cu turbină liberă

În cazul schemei din fig. 4 prima miniturbină este destinată pentru antrenarea compresorului turbodemarorului, iar a două pentru accelerarea motorului ce trebuie pornit.

Între ele nu există decât o legătură gazodinamică. Ca urmare, prima turbină atinge repede turații înalte, servind apoi ca generator de gaze pentru a două turbină. Această schemă (cu turbină liberă) permite simplificarea construcției reductorului deoarece turația turbinei a două este mult mai mică decât turația compresorului.

Turbodemaroarele de acest tip sunt caracterizate prin puteri mari la greutate și gabarite relativ mici ale instalației, prin porniri autonome practic în număr nelimitat. Raporturile greutate/putere (greutățile specifice) ale acestor sisteme sunt de 1,7-2,5 daN/kW (1,3-1,8 daN/CP), ale turbodemarorului propriu-zis de 0,8-1,5 daN/kW (0,6-1,1 daN/CP), iar puterile ce se obțin sunt cuprinse între 136-272 kW (100 și 200 CP).

Dintre dezavantajele sistemelor de pornire cu turbodemaror menționăm: construcția complicată, fiabilitatea redusă, durata relativ mare a pornirii (se include și pornirea turbodemarorului).

3.2. TURBODEMAROARE CU PULBERE

De data aceasta pentru acționarea compresorului sunt folosite gazele produse prin arderea unei pulberi (fig. 5).

Fig. 5 – Schema demarorului cu pulbere

1-încărcătura de pulbere; 2-camera încărcăturii; 3-butonul de pornire;

4-aprinzător; 5-colectorul de gaze; 6-diafragma de siguranță; 7-turbina;

8-reductorul; 9-cuplajul de antrenare; 10-supapa de siguranță;

11-sistem de acționare a diafragmei

Încărcătura de pulberi este plasată în camera 2 cu pereți groși. Pentru aprindere se utilizează pulberea neagră amorsată printr-o scânteie electrică. Gazele rezultate prin ardere sunt trimise în colectorul de gaze 5 și prion fereastra diafragmei de la siguranța 6 pătrund la paletele turbinei cu gaze 7. La ieșirea din turbină gazele sunt evacuate în atmosferă. Cuplul dezvoltat în turbină este transmis la motorul care este pornit. Aceste turbine dezvoltă turații foarte mari (până 50000 rot/min). Avantajul principal al turbodemaroarelor cu pulbere constă în crearea unui mare impuls la pornire. Astfel, la o masă a încărcăturii de pulbere de 1-1,5 kg și la o durată a arderii de 3-4 secunde, puterea dezvoltată de demaror poate ajunge la 220-295 kW (300-400 CP). Asemenea puteri permit reducerea substanțială a timpului de pornire. Masa specifică a demarorului este de numai 0,136-0,204 kg/kW (0,1-0,15 kg/CP), iar gabaritele sunt mici. Totuși, sistemul prezentat are o serie de neajunsuri, motiv pentru care este puțin utilizat în instalație

3.3. DEMAROARE CU VAPORI ȘI CU TERMORACHETE

Schema demarorului cu vapori de apă este prezentată în fig. 6:

F:g 6. Schema demarorului cu vapori cu apă

1-butelia de aer comprimat; 2-rezervorul de apă oxigenată;

3-generatorul de vapori; 4-turbina; 5-reductorul; 6-cuplajul de antrenare

Turbina 4 a unui asemenea demaror funcționează cu vapori obținuți prin disocierea apei oxigenate. Din rezervorul 2 apa oxigenată este dislocată în generatorul de vapori 3 cu ajutorul aerului comprimat din butelia 1. Descompunerea apei oxigenate se face în prezența unui catalizator și are loc cu mare degajare de căldură. Aburul supraîncălzit în amestec cu oxigenul format prin descompunerea apei oxigenate este folosit drept fluid de lucru în turbina 4, al cărui cuplu este transmis prin reductorul 5 și cuplajul 6 la arborele motorului ce trebuie pornit. Și aceste demaroare au o serie de neajunsuri esențiale, motiv pentru care sunt puțin răspândite.

Demaroarele a căror turbină funcționează cu produsele descompunerii unui singur element component sau cu produsele de ardere a carburantului și oxidantului, ambele luate la bord, poartă denumirea convențională de demaroare cu turborachetă. Combustibilul folosit este acidul azotic și petrolul sau acidul azotic și furfurolul. Sistemul rezultă mai simplu dacă se folosește un combustibil cu un singur component. În felul acesta s-a ajuns la demaroare cu turborachetă care dezvolta 220-295 kW (300-400 CP) la o masă proprie de 3-40 kg. Ținând seamă și de rezerva de combustibil necesară pentru 5-6 porniri s-a ajuns la mase specifice ale acestor instalații de numai 0,4-0,54 kg/kW (0,3-0,4 kg/CP).

3.4. TURBODEMAROARE PNEUMATICE

Turbina turbodemarorului pneumatic funcționează cu aer comprimat din butelii. Pentru a se reduce consumul de aer direct din butelii, de regulă acesta este supus unei preîncălziri prin arderea unui combustibil. Dar chiar și în acest caz consumul de aer rămâne mare, din care cauză este greu de construit pe acest principiu un sistem de pornire autonom. Pe avioanele multimotoare cu sursa de alimentare a turbodemaroarelor pneumatice este avantajos să se folosească un generator de aer (sub presiune) cu turbina cu gaze montat chiar la bord (fig. 7).

Fig. 7 – Sistem de pornire cu generator de aer comprimat și turbină

destinat unui avion cu patru motoare

Distribuția aerului spre motoarele de pornit se face prin conducte adecvate și, la nevoie, acest aer poate fi preîncălzit în camere speciale înainte de a fi introdus în turbina demarorului. Masa specifică a unui asemenea sistem de pornire raportată la puterea tuturor turbinelor cu aer reprezintă 0,68-0,81 kg/kW (0,5-0,6 kg/CP) pentru un avion cu patru motoare și 0,4-0,54 kg/kW (0,3-0,4 kg/CP) pentru un avion cu șase motoare. Această soluție constructivă este avantajoasă și prezintă largi perspective de utilizare.

3.5. SISTEME DE PORNIRE FĂRĂ DEMAROR

Pentru antrenarea motorului se poate utiliza chiar turbina proprie a acestuia, fluidul de lucru fiind aerul comprimat sau gazele obținute prin arderea unei pulberi și trimise spre turbină prin ajutaje speciale. Principalul avantaj al acestui sistem de pornire este construcția simplă, dar asemenea instalații sunt neeconomice, fapt pentru care se folosesc mai rar, în cazuri speciale, la motoare de mică putere pentru o singură pornire.

3.6. CONSIDERAȚII PRIVIND UTILIZAREA DEMAROARELOR ELECTRICE

Demaroarele electrice sunt, de regulă, mașini electrice de curent continuu, alimentate de la acumulatoarele de bord sau de aerodrom, la tensiunea de 24-48 V. Caracteristic acestora este faptul că sunt simple în exploatare, asigură o antrenare perfect controlabilă a arborelui motor pe timpul pornirii și permit automatizarea completă a procesului pornirii.

Dezavantajele folosirii demaroarelor electrice sunt date de acumulatoare, care prezintă o masă importantă (120-180%) din greutatea demarorului, iar capacitatea lor scade la temperaturi reduse ale mediului înconjurător. La avioanele grele în locul acumulatoarelor este rațional a se folosi o instalație generatoare compusă dintr-un mic motor auxiliar, turbina cu gaze care antrenează un generator. Această instalație poate fi folosită de asemenea ca sursa de energie pentru instalațiile electrice ale avionului și pentru acționarea mai multor agregate ale motorului și avionului. În acest caz se obțin avantaje din punct de vedere al greutății în ansamblu.

Din aceste motive demaroarele electrice ca și turbodemaroarele au căpătat o răspândire mai mare la bordul aeronavelor. În cele ce urmează se vor face câteva considerații asupra pornirii automate cu demaror electric și cu turbodemaror. În fig. 8 este prezentată structura a patru variante de pornire. Agregatele care concură exclusiv la pornirea motorului sunt încadrate în figura cu linie întreruptă. Pe aceleași scheme sunt reprezentate și generatoarele de bord. Examinând aceste două scheme se constată că agregatele de pornire cu demaror electric D (fig. 8a) și respectiv cu turbodemaror TD (fig. 8b) sunt utilizate doar la pornire, fiind transportate complet inutil pe timpul zborului.

Utilitatea folosirii motorului electric ca generator-demaror poate fi văzută și printr-o simplă comparație a schemelor din fig. 8.

Fig. 8 – Variante de sisteme de pornire: a) cu demaror electric; b) cu turbo-demaror; c) cu generator demaror; d) cu generator demaror excitat în derivați.

S-au folosit următoarele simboluri:

G-D – generator-demaror;

B – baterie de acumulatoare;

PP – panou de pornire;

APR – aparat de pornire și reglare;

R – reductor;

MC – mecanism de cuplare;

CA – cutie de agregate;

Mav – motor de avion.

Majoritatea agregatelor sunt utilizate în tot timpul zborului, iar sistemul de pornire și cel electro-energetic de bord se constituie într-un sistem unitar, mai simplu din punct de vedere constructiv, mai puțin voluminos și cu o masă de zbor mai mică.

În figura 8c este reprezentat sistemul de pornire în care generatorul de bord preia și funcția de demaror. Pentru asigurarea cuplului de pornire, generatorul demaror G-D este prevăzut cu o înfășurare suplimentară de excitație de tip serie. În schimb generatorul-demaror G-D din fig. 8d funcționează numai cu excitația derivație atât în regim de generator cât și în regim de motor electric (demaror). Reductorul R împreună cu dispozitivul de cuplare MC sunt plasate în interiorul generatorului-demaror, soluție ce complică, întrucâtva, constructiv mașina electrică, dar care aduce o importanță simplificare a cutiei de agregate CA a motorului de avion.

3.7. SISTEMUL DE TRANSMISIE

Cea mai simplă și mai sigură cuplare dintre motorul electric și mașina de lucru este cuplarea directă, adică pe același arbore. Trebuie ținut cont, însă, că motorul electric nu poate fi construit întotdeauna pentru o viteză corespunzătoare celei care se cere pe arborele mașinii de lucru și, în plus, cu cât viteza motorului electric este mai redusă, cu atât costul este mai ridicat (cresc gabaritul și greutatea), iar randamentul său scade. Motoarele de curent continuu, considerate de ordin economic, au dus la limitarea gamelor de turații și, implicit, la standardizarea acestora.

Alegerea unei variante raționale de acționare (motor-reductor) se ține seama de considerentele enumerate mai sus, comparându-se în primul rând costul unui motor electric de viteză redusă cu costul unui motor electric de viteză ridicată, împreună cu al reductorului de viteză. în afară de această comparație referitoare la indicele de cost, este necesar să se compare, de asemenea, gabaritul și spațiul ocupat de un motor electric de viteză redusă, respectiv un motor de viteză ridicată și reductorul de viteză. în plus, în ambele cazuri se impune studierea randamentelor sistemelor de acționare. Se va observa că pierderile de energie în cazul acționării prin motor de turație ridicată și reductor sunt mai mici decât în cazul folosirii motorului de turație redusă. în studiul comparativ privind cele două variante posibile de acționare, este necesar să se țină seama și de puterea posibilă ce poate fi transmisă pe unitatea de volum a unui organ de transmisie, format din roată dințată, care este de aproximativ 10 ori mai mare decât puterea posibilă a fi transmisă pe unitatea de volum de rotorul unui motor electric.

Prezența organelor de transmisie este impusă de unul sau mai multe din motivele enumerate mai jos:

viteza motorului electric diferă de viteza arborelui principal al mașinii de lucru;

necesitatea opririi mașinii de lucru pentru un timp scurt, fără a opri și motorul de acționare;

pentru protejarea motorului împotriva eventualelor șocuri de sarcină;

în vederea reducerii duratei totale de funcționare.

Pentru a asigura caracteristici optime de funcționare ca demaror și ca generator se recurge în general la o transmisie cu două viteze, așa cum este reprezentat schematic în fig. 9.

Fig. 9 Mecanismul de transmisie cu două viteze

1-generatorul demaror; 2, 4, 7, 8-roți dințate; 3-cuplaj cu role (cu deplasare liberă); 5-motor; 6-cuplaj cu gheare.

Canalul și viteza de lucru se modifică automat, la trecerea de la regimul de demaror la cel de generator și invers. În regim de demaror mașina electrica 1 acționează motorul de avion 5 prin intermediul roților dințate 4-7 și a cuplajului de ghidare 6. După pornire, sensul de transmitere a energiei se inversează dar are loc prin roțile dințate 8-2 și prin cuplajul cu role 3, cuplajul cu gheare întrerupând legătura cinematică anterioară.

Dintre cele arătate reiese că utilizarea organului de transmisie în sistemul de funcționare oferă numeroase avantaje.

CAPITOLUL 4

METODE DE COMANDĂ A PORNIRII

DEMARORULUI ELECTRIC

4.1. CLASIFICAREA METODELOR DE COMANDĂ A PORNIRII

Pentru a obține un sistem de pornire cu caracteristici energetice cât mai bune, pentru reducerea timpului de pornire și pentru limitarea șocurilor mecanice, termice și electrice în timpul accelerării motorului de avion , este necesară realizarea unor caracteristici mecanice artificiale cât mai adecvate fiecărei etape a pornirii. Posibilitățile existente în acest scop se pot observa din expresia caracteristicii mecanice a demarorului electric.

Ecuația de echilibru a tensiunilor la bornele mașinii de lucru este:

U=E+RI

unde: – U este tensiunea de alimentare a demarorului;

R rezistența totală a circuitului indusului;

I curentul prin acel circuit.

Voi considera că R=Ri+Rad, unde Rad este o rezistență adițională legată în serie cu circuitul indusului (care poate lipsi).

Tensiunea electromotoare E a mașinii are expresia:

unde: – fluxul magnetic;

Ke – constantă ce depinde de parametrii constructivi ai mașinii.

Din expresiile de mai sus rezultă ecuația caracteristicii: =(I), adică:

Din expresia anterioară se observă că se poate acționa asupra mărimii turației demarorului, modificând parametrii U, Rad și . Valorilor nominale ale acestor parametri le corespunde caracteristica mecanică naturală, care este unică pentru motorul dat. Prin comanda pornirii se înțelege tocmai modificarea convenabilă a parametrilor menționați, astfel încât să rezulte caracteristicile dinamice și energetice dorite pentru sistemul de pornire cu demaror electric.

Se disting mai multe metode de comanda a pornirii:

metoda pornirii directe, care presupune cuplarea demarorului la sursa electrica fără a se modifica parametrii U, R și ;

metoda pornirii cu reostat, caz în care în serie cu indusul se conectează o rezistență adițională;

metoda creșterii în trepte a tensiunii sursei de alimentare cu energie electrică;

metoda creșterii continue sau în mai multe trepte a tensiunii de alimentare;

metoda micșorării în trepte a fluxului magnetic (de regulă în două trepte);

metoda micșorării continue a fluxului magnetic a demarorului.

Necesitatea modificării caracteristicii mecanice a motorului electric în procesul de pornire se justifică astfel: dacă motorul electric de acționare se cuplează direct la o rețea cu tensiunea constantă U, curentul inițial de pornire va fi:

iar rezistența indusului mică va conduce la necesitatea unui curent de pornire foarte mare.

În aceste condiții se înrăutățește atât funcționarea mașinii cât și aparătajul de comandă, protecție și măsurare. Metoda de pornire prin cuplare directă la rețea a motorului electric se poate accepta în cazul motoarelor de putere mică.

Pentru pornirea turbomotoarelor cu moment de inerție mic a rotorului se poate aplica numai una din metodele de comandă menționate. Dar în cazul motoarelor cu moment de inerție mare, de regulă, se combină convenabil două sau mai multe metode de comandă a pornirii în vederea asigurării accelerării motorului de avion până la regimul de ralanti în timpul impus, obținându-se astfel un sistem de pornire în mai multe trepte.

Compararea metodelor de comandă a pornirii se face, de regulă, avându-se în vedere următorii indicatori:

Randamentul sistemului în procesul de accelerare a motorului de la o turație inițială ni0 până la o turație finală oarecare. Aceasta se definește ca raport dintre energia A2, înmagazinată în piese puse în mișcare de rotație în procesul pornirii, și energia A1, debitată de sursele electrice în aceeași perioadă =A2/A1 în care:

J – este momentul de inerție al ansamblului turbină-compresor.

Durata tp a pornirii, adică timpul necesar pentru accelerarea MTR de la ni la nf.

Uniformitatea curentului consumat de demaror, caracterizată prin forma variației curentului în timp I=I(t). Este important să nu se solicite curenți prea mari și să nu existe șocuri de curent, cunoscut fiind faptul că funcționarea bateriei de acumulatoare, care alimentează sistemul, este influențată nefavorabil de curenți mari de descărcare (scade capacitatea).

În general, studiul analitic al procesului de pornire este laborios și, pentru a se extrage concluziile practice de primă importanță, se admit următoarele ipoteze simplificatoare:

se neglijează reacția indusului;

se neglijează pierderile mecanice, magnetice, precum și procesele tranzitorii electrice;

se presupune Mez =0, adică se admite că demarorul este încărcat numai cu cuplu dinamic.

În plus, tensiunea sursei electrice de alimentare se presupune că nu variază cu curentul debitat.

4.2. METODA PORNIRII DIRECTE

După cum am mai menționat, în acest caz demarorul se cuplează direct la sursa electrică de alimentare (fig. 10).

Fig. 10 – Conectarea demarorului la sursă în cazul pornirii directe.

Având în vedere că saturația magnetică a demarorului are o influență esențială asupra caracteristicilor procesului de pornire, voi examina două cazuri limită.

4.2.1. DEMAROR CU CIRCUIT MAGNETIC SATURAT

În acest caz, se presupune că, datorită saturației magnetice, fluxul se menține constant.

Considerând constantă tensiunea electrică UA a sursei (rezistența internă ri a acumulatorului o presupun a fi neglijabilă), randamentul în procesul pornirii este:

, dacă

iar durata procesului de pornire este:

unde Tm este o constantă electromecanică de timp a acționării electrice.

Variația curentului de sarcină pe timpul regimului tranzitoriu electromagnetic de pornire este:

Deci, în momentul cuplării, curentul consumat are valoarea maximă Ii, iar apoi scade exponențial.

4.2.2. DEMAROR CU CIRCUIT MAGNETIC NESATURAT

Din această dată se presupune că fluxul magnetic variază în funcție de curentul din indus după o lege oarecare. Pentru simplificarea calculelor voi alege o lege liniară de variație, considerând că demarorul funcționează pe porțiunea liniară a curbei de magnetizare:

Randamentul procesului de pornire se exprimă sub forma:

Variația curentului din indus în timpul pornirii se calculează din ecuația de echilibru a tensiunilor la bornele mașinii, adică:

Durata procesului de pornire este:

Dacă se compară parametrii obținuți pentru demarorul nesaturat magnetic cu parametrii rezultați în cazul demarorului saturat, se constată că primul prezintă performanțe mai bune din punct de vedere al randamentului. Cu toate acestea, datorită faptului că demarorul cu circuit magnetic nesaturat are dimensiuni și greutate mai mari, el este neindicat la bordul aeronavelor.

4.3. METODA PORNIRII CU REOSTAT

Datorită introducerii unei rezistențe în cilindrul rotoric (fig. 11), această metodă permite micșorarea curentului consumat inițial de demaror.

Randamentul se poate calcula cu relația:

Fig. 11 – Conectarea demarorului în cazul pornirii cu reostat

Durata pornirii se calculează cu relația:

unde:

Legea de variație a curentului din indus ia = ia(t) este tot o exponențială, dar prezintă o variație mai lentă de timp.

Metoda este indicat să fie aplicată în prima fază a procesului de pornire.

4.4. METODA CREȘTERII ÎN TREPTE A TENSIUNII SURSEI ELECTRICE DE ALIMENTARE

Pentru studiul acestei metode se consideră că tensiunea variază numai în două trepte, ce se obține folosind două surse electrice conectate pe prima treaptă în paralel, iar pe treapta a două în serie. Montajul care permite comutarea surselor se poate vedea în fig. 12a. În prima etapă, contactoarele K1 sunt închise, iar contactorul K2 deschis.

În cea de-a două etapă se închide K2 și se deschid contactoarele K1, astfel că cele două surse înseriază, dublându-se tensiunea la bornele demarorului.

Fig. 12 – Metoda creșterii în trepte a tensiunii de alimentare

Randamentul procesului de pornire:

Durata procesului de pornire se obține însumând timpii corespunzători celor două trepte de tensiune:

unde:

Variația curentului din indusul demarorului se obține sub formă exponențială pe ambele trepte de pornire.

Pentru prima treaptă

iar pentru a două treaptă (pentru tt1)

Pornirea cu două trepte de tensiune oferă performanțe superioare pornirii reostatice din punct de vedere al randamentului și al duratei pornirii. Pe lângă aceasta, solicitarea electrică a surselor de alimentare este mai mică deoarece, curentul inițial de pornire revine pe jumătate fiecăreia și nu în întregime ca în cazurile precedente.

4.5. METODA CREȘTERII CONTINUE A TENSIUNII DE ALIMENTARE

Studiul acestei metode de comandă a pornirii se bazează pe ideea variației în mai multe trepte a tensiunii de alimentare, astfel încât curentul din indusul demarorului să se mențină între două limite, convenabil alese. Pe timpul pornirii, tensiunea aplicată demarorului trebuie să aibă o variație liniară. Această variație liniară a tensiunii de alimentare se obține foarte greu din punct de vedere constructiv, fapt ce face ca această metodă să fie greu aplicabilă în cazul pornirii demarorului. Din acest motiv nu voi insista în prezentarea acestei metode, așa cum am făcut la cele anterioare.

Este indicat ca metoda creșterii continue a tensiunii de alimentare să fie aplicată atunci când alimentarea sistemului de pornire se asigura cu surse autonome de bord, așa cum sunt de exemplu turbogeneratoarele (fig. 13a). De data aceasta generatorul electric al sursei menționate fiind echipat cu regulator autonom de tensiune RT, este necesară variația în trepte a rezistenței conectate în circuitul bobinei de lucru a electromagnetului (fig. 13a). Momentele în care se variază tensiunea în trepte se aleg astfel încât vârfurile de curent din circuitul indusului să nu depășească valoarea curentului inițial de pornire (fig. 13b).

La un număr mare de trepte se poate considera că se asigură un curent aproape constant de pornire dat de expresia:

Fig. 13 – Metoda creșterii continue a tensiunii de alimentare: a) conectarea demarorului la sursă; b) diagrama de variație a mărimilor caracteristice

Randamentul procesului de pornire este:

Durata procesului de pornire este:

4.6. METODA MICȘORĂRII ÎN TREPTE A FLUXULUI MAGNETIC

Mișcarea în trepte a fluxului magnetic de excitație se poate realiza prin conectarea unui rezistor în circuitul de excitație (fig. 14a) sau șuntând înfășurarea de excitație serie (fig. 14b), respectiv întrerupând înfășurarea de excitație-derivație a demarorului cu excitație mixtă (fig. 14c).

Fig. 14 – Schema de variație a fluxului magnetic al demarorului

Presupun că fluxul magnetic variază în două trepte, ca în fig. 15.

Fig. 15 – Graficul de variație a mărimilor ce caracterizează pornirea

Randamentul pornirii este:

unde:

Durata procesului de pornire este:

Întrucât Tm2 > Tm1, rezultă o variație mai lentă a curentului pe cea de-a două treaptă de pornire.

Analizând relațiile obținute în cazul pornirii cu două trepte de flux, se constată că metoda micșorării în trepte a fluxului este superioară metodei de pornire prin creșterea în trepte a tensiunii, din punct de vedere al randamentului și timpului de pornire, dar este inferioară din punct de vedere al uniformității curentului consumat de la surse.

Ținând seama că prin micșorarea fluxului se comandă ușor creșterea rapidă a vitezei de rotație, această metodă de comandă a pornirii este adesea utilizată pe ultima parte a etapei a două a procesului de pornire, când este necesară o turație mai mare la un cuplu relativ mic (regimul de însoțire).

4.7.METODA MICȘORĂRII CONTINUE A FLUXULUI DE EXCITAȚIE

Menținerea constantă a tensiunii electromotoare, a curentului și a puterii electromagnetice a demarorului în procesul de pornire poate fi realizată fie micșorând continuu fluxul de excitație, fie micșorând raportul de transmisie al reductorului prin care demarorul acționează motorul de avion. Practic această micșorare poate fi aplicată numai la o anumită viteză unghiulară de rotație inițială (fig. 16).

Această metodă este rar întâlnită, deoarece necesită o lege de variație continuă a fluxului de excitație. Practic, acest lucru este greu de realizat. Reglajul fluxului magnetic se asigură cu ajutorul unui regulator, care modifică automat curentul de excitație corespunzător regimului impus.

Se pot distinge două regimuri de funcționare a regulatorului:

regimul de stabilire a curentului rotoric (ia=const.) și

regimul de stabilire a puterii consumate de demaror (Pl=const.).

Fig. 16 – Graficul de variație a fluxului magnetic la reglarea automată a lui Ia

4.8. COMPARAȚIE ÎNTRE REGIMURILE DE COMANDĂ A PROCESULUI DE PORNIRE

În toate cazurile examinate, tabelul 2, se presupune că tensiunea de alimentare a demaroarelor este aceeași, iar accelerarea demarorului de face până la viteza unghiulară finală f=0,70.

După cum se poate vedea cu ușurință, cele mai bune performante energetice se obțin în cazul metodei de comandă a pornirii prin variația lină a fluxului magnetic. Dar sistemele de pornire reale nu cuprind o singură treaptă de pornire, deci nu se aplică o singură metodă din cele studiate ci 2-3 metode distincte într-o succesiune judicios aleasă. În aceste cazuri randamentul final al procesului de pornire trebuie calculat cu formula:

unde: i este viteza unghiulară la sfârșitul treptei i;

i este randamentul pornirii aceleiași trepte.

Durata procesului de pornire în acest caz rezultă ca sumă a duratelor fiecărei porniri:

unde n reprezintă numărul treptelor (metodelor) de comandă a pornirii aplicate.

CAPITOLUL 5

SISTEMUL DE COMANDĂ A PROCESULUI DE PORNIRE

5.1. CONTROLUL PROCESULUI DE PORNIRE

Pornirea MTR presupune comandă și controlul următoarelor sisteme și agregate de bord:

demaror;

sursele de energie;

sistemul de alimentație cu combustibil;

sistemul de reglare a ajutajului de reacție;

alimentarea suplimentară cu oxigen;

sistemul de aprindere;

reductorul și ambreiajele de cuplare.

Desfășurarea procesului de pornire se face conform unor programe care pot fi de două tipuri:

Programe de comandă a pornirii funcției de timp. În unele cazuri, aceste programe sunt corectate în funcție de curentul din indusul demarorului electric. În acest caz, pornirea durează un timp dinainte stabilit, numit ciclu de pornire, după care agregatele care asigură procesul de pornire sunt decuplate automat. Dacă procesul de accelerare a arborelui motorului se realizează într-un timp mai scut decât ciclul de pornire, agregatele de pornire se decuplează sub comanda unui releu sensibil la mișcarea curentului din indusul demarorului.

Programe de comandă în funcție de turația atinsă de demaror sau motorul de avion. De data aceasta, demarorul este decuplat atunci când turația atinge o anumită valoare.

Comanda în funcție de timp se realizează cu ajutorul unor dispozitive de programare specială. În cazul de față, am optat pentru un dispozitiv de construcție electromagnetică (fig. 17), format dintr-un motor electric ME, un reductor RD, un ax cu came AC și șaptemicroîntrerupătoare MI. Motorul electric este cu excepție derivație, iar pentru stabilizarea turației, se folosește un regulator centrifugal, ale cărui contacte fie întrerup circuitul indusului, fie introduc în circuitul acestuia rezistentă adițională. Pentru a elimina funcționarea în virtutea inerției, după terminarea ciclului de pornire, pe arborele motorului electric se aplică saboți de frânare acționați de electromagneți. Motorul acționează cu axul cu came, printr-un reductor de două trepte. Camele sunt astfel profilate, încât la o rotație completă, care definește durata ciclului de pornire, asigură închiderea sau deschiderea unor microîntrerupătoare într-o anumită succesiune de timp. Acestea, la rândul lor, stabilesc circuitele unor relee și contactoare care pun în funcțiune agregatele ce concură la desfășurarea corectă a procesului de pornire.

Reductorul cu două viteze se utilizează pentru revenirea rapidă la starea inițială a dispozitivului de programare, în cazul unei porniri ratate. Schimbarea raportului de transmisie se realizează prin intermediul unui electromagnet.

Fig. 17 – Schema electrocinematică a automatului de timp

Comanda în funcție de turația arborelui turbinei cu gaze se realizează cu ajutorul unui tahogenerator, care, fiind antrenat de arborele turbinei, produce o tensiune proporțională cu turația acesteia. Tensiunea astfel produsă se aplică unui grup de relee intermediare care asigură comutările necesare în concordanță cu programul de funcționare impus.

Pentru corecția programului în funcție de curentul indusului se utilizează un releu de turația maximă prevăzut cu trei înfășurări: una de pornire Wp, una în serie Ws și una de compensare Wk (fig. 18).

Fig. 18 – Schema de principiu a releului de turație maximă

La închiderea contactelor K2 se aplică tensiune la bornele înfășurării de pornire a releului de turație maximă RTM. Releul anclanșează și închide contactele RTM1. Acum demarorul este cuplat la sursa de alimentare. Releul R1 decuplează circuitul înfășurării Wp, dar contactele RTM1 rămân închise datorită diferenței solenațiilor bobinelor Ws și Wk:

La o anumită valoare a vitezei de rotație max curentul din indus scade atât de mult încât nu mai poate menține închise contactele RTM1. În felul acesta demarorul se decuplează de la rețea.

Înfășurarea de compensare elimină influența variației tensiunii rețelei asupra vitezei unghiulare la care este stabilită scoaterea din funcțiune a demarorului.

Majoritatea sistemelor de pornire sunt prevăzute cu o serie de blocaje, care au rolul de a preveni situațiile de avarie și de a ușura comanda pornirii. Dintre acestea menționăm:

Declanșarea programului de pornire se asigură manual cu ajutorul unui buton. Pentru a scuti pe pilot de a ține apăsat butonul pe întreaga durată a ciclului de pornire, contactele butonului sunt blocate de către o pereche de contacte normal deschise după 1-2 sec. de la intrarea în funcțiune a dispozitivului de programare.

Schemele de pornire sunt astfel concepute încât se exclude posibilitatea pornirii simultane a mai multor motoare de avion.

Nu este admisă conectarea simultană a sistemului de pornire la sursele electrice de bord și la de aerodrom. În cazul unor sisteme de pornire regimul de funcționare a demarorului alimentat de la sursele de aerodrom este diferit de regimul de funcționare la alimentarea de la sursele electrice de bord.

Este exclusă posibilitatea conectării sistemului de pornire în cazul funcționării mașinii electrice de pornire în regim de generator.

Este exclusă posibilitatea reluării pornirii într-o stare intermediară a dispozitivului de programare. Acesta este adus mai întâi în poziția inițială și apoi se începe pornirea numai de la începutul ciclului.

Se asigură posibilitatea opririi sistemului automat de pornire în orice moment al ciclului, acesta pentru a se mări securitatea aeronavei.

De la caz la caz se pot prevedea multe alte blocaje, toate având rolul de a asigura o pornire cât mai corectă și lipsită de pericole pentru personalul tehnic și pentru material.

5.2. PORNIREA AUTOMATĂ A TURBOMOTOARELOR CU AJUTORUL DEMAROARELOR CU ACȚIUNE DIRECTĂ

De regulă sistemele de pornire cu demaroare electrice asigură pornirea în mai multe trepte, dintre care prima este întotdeauna o pornire cu reostat (metoda de comanda reostatică). Așadar conectarea demarorului se face printr-o rezistență adițională, așa cum s-a arătat anterior. Introducerea treptei reostatice de pornire are rolul de a limita curentul consumat de demaror la pornire precum și șocurile mecanice care apar la eliminarea jocurilor existente în lanțul cinematic de cuplare a demarorului la arborele motorului de avion.

În cele ce urmează vor fi prezentate două variante de pornire: cu demaror și cu generator demaror.

5.2.1. PORNIREA TURBOMOTOARELOR CU DEMAROARE CU ACȚIUNE DIRECTĂ

Această pornire se aplică atunci când există o mașină electrică specială numai pentru acest scop (demarorul electric). Pentru comanda procesului de pornire se utilizează mai multe variante de scheme de automatizare care însă diferă puțin unele de celelalte. De obicei programul de pornire se realizează în funcție de timp cu corecție în funcție de curentul consumat de demaror. Programul asigură aplicarea următoarelor metode de comandă a demarorului:

pornirea reostatică;

cuplarea directă la tensiunea sursei de alimentare;

creșterea în trepte a tensiunii de alimentare prin comutarea bateriilor de acumulatoare din conexiunea în paralel, în conexiunea în serie.

Desfășurarea programului poate fi oprită de către releul de turație maximă, în momentul în care curentul indus scade sub o anumită limită.

Schema simplificată a sistemului de pornire cu demaror cu acțiune directă este arătată în fig. 20.

Fig. 20 – Schema simplificată de principiu

a sistemului de pornire cu acțiune directă

Demarorul D are două înfășurări de excitație: una derivație – IED – și una serie – IES –. Pe prima treaptă, pornirea se face cu reostatul R. Alimentarea se asigură de la două baterii de acumulatoare BA1 și BA2 conectate în paralel, când tensiunea lor este de 24 V. Pe a doua treaptă, rezistorul R se șuntează, iar în a treia treaptă bateriile se conectează în serie astfel că tensiunea de alimentare devine de 48 V. Momentul schimbării conexiunii bateriilor de acumulatoare se determină experimental și corespunde căderii de tensiune la care se înrăutățesc condițiile de pornire.

Pentru ca pornirea să aibă loc, se închide întrerupătorul I1, iar întrerupătorul I2 se pune pe poziția S (care corespunde pornirii la sol). Apoi se apasă pe butonul de pornire BP. Prin aceasta, tensiunea de la baterii se aplică la elementele dispozitivului de programare a pornirii; la electromotorul M, la microîntrerupătorul MI1 cu contacte normal închise și prin acestea la releul de blocare RB, precum și la microîntrerupătoarele MI2, MI3, MI4, care comandă contactoarele K. În aceste condiții, electromotorul M începe să se rotească asigurând următorul program de pornire. Prima camă acționează microîntrerupătorul MI1 care are două perechi de contacte: o pereche normal închise și cealaltă normal deschise. Perechea de contacte normal deschise se închide, iar cealaltă se deschide. În felul acesta este șuntat butonul de pornire BP, astfel că pilotul poate să nu-l mai apese. Cealaltă pereche de contacte fiind deschisă, alimentarea sistemului de microîntrerupătoare se asigură prin contactele releului de blocare RB care au fost deja acționate.

După un timp t1 de la apăsarea butonului de pornire, cama C2 (fig. 20) închide contactele microîntrerupătorului MI2. În felul acesta se asigură alimentarea contactorului Kl, iar prin contactele comutatorului I2 (pus pe poziția S) se aplică tensiune și la înfășurarea contactorului K4. Astfel se închid contactoarele Kl, iar demarorul începe să funcționeze în regim de pornire reostatică, având rezistența R înseriată cu indusul. Contactorul K4 asigură alimentarea celorlalte agregate care concură la procesul de pornire (sistemul de aprindere, pompele electrice de alimentare cu combustibil la pornire, bobinele de comandă a supapelor injectoarelor etc.). În felul acesta motorul de avion începe să intre în funcțiune.

După un timp t2 de la apăsarea butonului de pornire celei de-a treia came, acționează microîntrerupătorul sau MI3, care la rândul lui alimentează bobina contactorului K2. Acesta șuntează rezistența de pornire R, iar demarorul trece în regim de pornire cu alimentare directă de la surse cu tensiunea de 24 V. Se asigură astfel creșterea cuplului dezvoltat de demaror și deci accelerarea arborelui motor.

După un timp t3 cea de-a patra camă acționează microîntrerupătorul MI4 care își închide contactele. Astfel se alimentează înfășurarea contactorului K3, care comută bateriile de acumulatoare din conexiunea în paralel în conexiunea serie. Se obține dublarea tensiunii de alimentare (48 V) și deci o nouă accelerare a arborelui motorului de avion.

Programul de pornire se încheie după o rotație întreagă a axului cu came (care definește un ciclu de pornire cu durata tc), când microîntrerupătoarele revin în poziția inițială, la care încetează alimentarea tuturor componentelor sistemului de pornire. Duratele t1, t2, t3, tc se determină pe cale experimentală. Pornirea motorului în zbor se asigură comutând întrerupătorul I2 în poziția Z. În felul acesta închizând și întrerupătorul I1 se asigură alimentarea înfășurării contactorului K4, deci punerea în funcțiune a agregatelor de pornire (sistem de aprindere, pompele electrice de combustibil, supapele injectoarelor de pornire etc.).

Demarorul nu este pus în funcțiune, deoarece arborele motorului este în mișcare de rotație datorită fluxului de aer ce traversează motorul sau datorită inerției.

5.2.2. PORNIREA TURBOMOTOARELOR CU AJUTORUL GENERATORULUI DEMAROR FĂRĂ REGLAREA CURENTULUI DIN INDUS

De data aceasta, programul de pornire se realizează în funcție de timp, cu o corecție în raport de viteza unghiulară a arborelui turbomotorului, și cuprinde următoarele metode de comandă a mașinii electrice (fig. 20):

Pornire reostatică, A;

Pornire directă la tensiunea de 24 V, B;

Creșterea în trepte a tensiunii, C;

Reducerea în trepte a fluxului magnetic al demarorului, D.

Fig. 21 Regimurile de funcționare a generatorului demaror la pornirea MTR

5.3. COMANDA PORNIRII MTR CU AJUTORUL GENERATORULUI DEMAROR

Așa cum am stabilit, procesul de comandă a pornirii se realizează funcție de timp, iar motorul electric (demarorul) este pornit prin două trepte de reostat. Schema de principiu a sistemului de comandă automată a pornirii este prezentată în fig. 21, iar elementele de execuție ale sistemului din figură sunt:

GD – demarorul electric;

BAP (1 și 2) – bobinele de aprindere la pornire;

supapele electromagnetice având simbolurile:

SE 2 – supapa de alimentare suplimentară cu combustibil, la acționarea căreia se asigură debitul necesar la injectoarele de lucru în cazul creșterii turației motorului;

SE 4 – supapa de oprire a combustibilului (la acționarea acestei supape se oprește alimentarea cu combustibil a injectoarelor de lucru din camerele de ardere)

SE 5 – supapa de pornire (la acționarea acestei supape se deschide conducta principală de debitare a combustibilului la injectoarele de pornire);

SE 8 – supapa de comandă a debitorului de aer prin compresor (acționarea acestei supape asigură deschiderea voleților de reglare a debitului de aer după compresor);

SE 0 – supapa de suplimentare cu oxigen (acționarea ei asigură injectarea de oxigen în camerele de ardere);

MEPC – motorul electric al pompei ce debitează combustibil pe timpul pornirii MTR;

Elementele de comandă prevăzute în schemă sunt următoarele:

BP – butonul de pornire;

ST și BDT – contacte ale tehnogeneratorului (cu ajutorul acestora se reglează corecția parametrilor de pornire, în funcție de turația rotorului de înaltă presiune al MTR);

I1 – întrerupător pentru cuplarea sistemului de pornire la sursele electrice de bord;

I2 – întrerupător pentru cuplarea agregatelor de pornire (sistem de aprindere, pompe etc.);

I3 – întrerupător de cuplare a programului de pornire în aer;

CPR – întrerupător de cuplare a rotirii la rece a MTR;

IAO – întrerupător de alimentare suplimentară cu oxigen;

DMR – releu diferențial minimal.

Fig. 21 – Schema de principiu a sistemului de pornire

automată cu generator-demaror

În afară de acestea sistemul de pornire mai cuprinde o serie de elemente intermediare, al căror rol va fi menționat la prezentarea funcționării sistemului. Din această categorie face parte și dispozitivul de programare (automatul de timp AT, prin ale cărui microîntrerupătoare MI1 și MI2, …, MI7, se asigură comutarea, după anumite intervale de timp, a elementelor de automatizare a pornirii).

Cuplarea și decuplarea elementelor de execuție ale sistemului de pornire se realizează conform ciclogramei din fig. 22.

Fig. 22 – Ciclograma comutării elementelor sistemului de pornire.

5.4. PORNIREA AUTOMATĂ LA SOL

După executarea lucrărilor de pregătire a MTR, pentru pornire, se decuplează întrerupătorul I2, I3 fiind deschis. Conectarea lui I1 asigură anclanșarea contactelor K3 și K4. Totodată se cuplează la rețeaua de bord bateriile de acumulatoare de bord B1 și B2. Releul R1 exclude posibilitatea conectării simultane a surselor de bord și a celor de aerodrom la sistemul de pornire.

Pornirea se poate executa și neautonom, cu ajutorul surselor de: aerodrom. În acest caz, sursa de pornire BS, care include în componența ei câteva relee și contactoare (fig. 21), se cuplează la avion prin intermediul prizei exterioare a acestuia.

La apăsarea pe butonul de pornire BP se anclanșează releele R2, R14 și R17. Dacă motorul electric va funcționa în regim de generator, la apăsarea pe BP nu ar fi posibilă pornirea, deoarece releul R26 ar fi deschis. După cuplarea releului R2, se anclanșează releele R9 și R3 și se trimite semnal de comandă pentru întreruperea circuitului releului diferențial minimal DMR. Totodată, se cuplează electromotorul automatului de timp AT și, astfel, începe executarea ciclului de pornire.

5.4.1. PORNIREA CU GENERATOR – DEMAROR PRIN REGLAREA AUTOMATA A CURENTULUI DIN INDUS

În cazul motoarelor cu turbina cu gaze la care propulsia se realizează cu elice (motoare turbopropulsoare-MTP) este indicat să se realizeze reglarea automată a curentului din indusul generatorului-demaror. Programul de pornire se realizează în funcție de timp, cu corecție în funcție de turație MTP și cuprinde următoarele metode de comanda (fig. 23):

două trepte de pornire reostatică A1 și A2;

alimentarea directă la tensiunea de 24 V, sursele fiind conectate în paralel B;

conectarea în circuitul de excitație a regulatorului de curent C;

dublarea tensiunii de alimentare prin conectarea surselor în serie (48 V) concomitent cu reglarea curentului (D).

Fig. 23 – Regimurile de funcționare ale generatorului-demaror

cu reglaj de curent la pornirea MTP

Corecția în funcție de turație se realizează cu ajutorul unui întrerupător centrifugal special care decuplează sistemul de pornire când turația arborelui MTP atinge 1200-1400 rot/min. Sistemul acesta este prevăzut cu aceleași blocaje ca și sistemul de pornire examinat anterior.

Prin anclanșarea lui R14, se asigură alimentarea electromotorului pompei de combustibil pentru pornirea P, iar prin declanșarea lui R17 se asigură alimentarea bobinelor de aprindere la pornirea BAP ale camerelor de ardere principale și de foraj.

După t1=1,4 s. de la intrarea în funcțiune a automatului de timp AT, cama C1 închide contactele microîntrerupătorului MIl; astfel, se asigură blocarea butonului de pornire BP. Deci, pentru a se realiza pornirea, este necesar ca pilotul să țină apăsat butonul de pornire minim 1,4 s., după care îl poate elibera. În acest fel se exclude posibilitatea pornirii motorului în cazul atingerii accidentale a butonului de pornire (apăsarea) butonului mai puțin de 1,4 s).

După t2=1,6 s, cama C2 închide microîntrerupătorul MI2. Se realizează astfel anclanșarea releelor R8, R16 și Rll. Contactele releului R8 închid circuitul de alimentare a releului R24, care la rândul său cuplează supapa electromagnetică SE4 de aprindere a combustibilului. Simultan cu MI2 se închide și microîtrerupătorul MI3, iar prin contactele acestuia se alimentează releul R4, care comandă supapa electromagnetică SE8. Aceasta, la rândul ei, comandă instalația hidraulică de acționare a voleților de reglare a debitului de aer al compresorului.

După t3=2 s., cama C4 acționează microîntrerupătoml MI4, care asigură comanda contactorului K1 și releului R25. În felul acesta se realizează alimentarea generatorului-demaror la sursa de tensiune prin rezistența de pornire R1.

După t4=10,64 s, cama C5 acționează microîntrerupătorul MI5, care, la rândul său, comandă contactorului K2. Prin contactele acestui contactor se șuntează prima treaptă de pornire r1, iar demarorul va funcționa în continuare pe rezistența R2.

După t5=15,05, cama C6 acționează microîntrerupătorul MI6, prin care se comandă anclanșarea releului R10. Acest releu alimentează supapa electromagnetică SE5 (pentru alimentarea cu combustibil la pornire) și anclanșează releul R7. Simultan, se închid circuitele de comandă ale releului R7, care conduc la închiderea releului R6 și blochează circuitul de alimentare al supapei SE8.

După t6=18,3 s., se închid contactele microîntrerupătorului MI2, astfel că decuplează releele R8, R16 și Rll. Decuplarea releului R8 duce la decuplarea releului R24 și, implicit, la decuplarea supapei electromagnetice SE4. La bara de alimentare a agregatelor de pornire se conectează releul de tensiune R23. Acesta are rolul de a controla valoarea tensiunii la bornele agregatelor de pornire.

După t7=20,04 s., cama C7 acționează contactorul K3 care, la rândul său șuntează a doua treaptă de rezistență r2. Demarorul va continua să funcționeze doar pe rezistența Ra (rezistența indusului).

Dupa t8=25,6 s, se deschid contactele microîntrerupătorului MI3, se decuplează releul R4 care duce la cuplarea supapei SE2 (supapa SE2 rămâne alimentată prin releul R6).

După t9=36,78 s., se deschid contactele microîntrerupătorului MI4, ceea ce duce la deconectarea contactorului K1, releelor R25, R10 și R7. Ciclul de funcționare al demarorului (se decuplează demarorul prin contactorul K1) și se decuplează (prin releul R10) supapa electro-magnetică SE5.

După t10=46,5 s. microîntrerupătorul MI6 revine în poziție inițială, iar după tc=47 s., revine în poziția inițială și microîntrerupătorul MI1. Deci, după 47 s. toate releele, cu excepția releului R6, care asigură alimentarea supapelor electromagnetice SE2 și SE8, se decuplează. Ciclul de pornire a luat sfârșit.

Contactele ST și BDT asigură corecția programului de pornire în funcție de turația MTR. Dacă în timpul pornirii turația MTR crește până la n3, se închid contactele ST. În această situație, se decuplează releul R5 (releul R11 fiind decuplat la t6), ceea ce duce la decuplarea releului R2. La rândul său, releul R2 asigură deconectarea tuturor contactelor și releelor, cu excepția releelor R6, R9 și R17. Așa cum se observă din fig. 19, în acest caz demarorul se decuplează și el. Motorul automatului de timp continuă executarea ciclului de pornire până la t=47 s., când se deschid contactele microîntrerupătorului MI1, după care toate elementele revin în poziția inițială, iar motorul electric trece în regim de generator. Rămân sub tensiune releele R5, R6 și R17, precum și supapele electromagnetice SE2 și SE8 și bobinele de aprindere la pornire BAP. Decuplarea acestora se produce atunci când MTR atinge turația de 48% din turația nominală la care se deschid contactele BDT și se cuplează releul R6.

Pentru a se mări probabilitatea de reușită a pornirii, se poate recurge la injectarea de oxigen în dispozitivele de aprindere din camerele de ardere. În acest scop se închide întrerupătorul de alimentare suplimentară cu oxigen IAO, care comandă deschiderea supapei electromagnetice de alimentare cu oxigen la pornirea SE0.

5.4.2. PORNIREA MTP CU GENERATOR-DEMAROR ALIMENTAT DE LA TURBOGENERATORUL DE BORD

Avioanele de pasageri sunt echipate cu surse electrice de avarie puternice de tip turbogeneratoare (TG). Acestea pot fi utilizate pentru pornirea autonomă a MTP. Comanda procesului de pornire se realizează în funcție de timp cu corecție în funcție de turația MTP. În timpul pornirii se realizează creșterea în mai multe trepte a tensiunii turbogeneratorului și micșorarea continua a fluxului de excitație a generatorului-demaror.

Una din particularitățile acestui sistem de pornire constă în faptul că pornirea MTP se face simultan cu două demaroare montate pe arborele sau. Desigur, pornirea MTP este precedată de pornirea grupului turbogenerator de bord. Programul de pornire cuprinde următoarele regimuri de funcționare ale generatorului-demaror (fig. 24):

pornirea reostatică (tensiunea generatorului TG aplicată sistemului de pornire este de 20-25 V);

cuplarea generatorului-demaror direct la tensiunea maximă de alimentare;

creșterea tensiunii generatorului grupului TG până la 30-35 V pe seama reacordării regulatorului de tensiune a acestuia prin introducerea unor rezistențe în înfășurarea de lucru a regulatorului (regulatorul de curent prevăzut în acest sistem se conectează după schema regulatoarelor de putere; înfășurările de comanda ale regulatoarelor sunt conectate la barele generatoarelor-demaroare, a căror tensiune variază în procesul de pornire);

creșterea tensiunii TG până la 40-45 V și decuplarea regulatorului de curent;

creșterea tensiunii TG până la 45-51 V cu conectarea repetată a regulatorului de curent;

creșterea tensiunii TG până la 53-59 V.

Fig. 24 – Regimurile de funcționare ale generatorului-demaror la

alimentarea de la turbogeneratorul de bord

Corecția programului se realizează cu ajutorul unui regulator centrifugal. Când arborele MTP atinge turația de 5000-6000 rot/min generatorul-demaror este decuplat, pornirea MTP fiind terminată.

Pentru pornirea grupului turbogenerator se utilizează chiar generatorul acestuia, punându-l să funcționeze în regim de demaror. Alimentarea sistemului de pornire a TG se face de la bateriile de acumulatoare de bord. Programul pornirii TG se comandă în funcție de timp, cu corecție de turație în raport cu curentul din indusul generatorului (care funcționează în regim de demaror). În acest scop se utilizează releul de turație maximă. Se prevăd două trepte de pornire:

conectarea directă a mașinii electrice la bateriile de acumulatoare;

micșorarea în trepte a fluxului magnetic prin introducerea în circuitul de excitație a unor rezistențe adiționale.

5.4.3. PORNIREA MTR DE LA SURSA DE ALIMENTARE DE AERODROM

În cazul în care pornirea se execută cu ajutorul surselor de aerodrom, sursa de pornire include în componența sa câteva relee și contactoare. Această sursă se cuplează la avion prin intermediul unei prize exterioare.

Pozițiile întrerupătoarelor și a manetei de gaze sunt aceleași ca la pornirea automată. La cuplarea alimentării de la sursa de aerodrom:

se decuplează bateriile de bord de la rețea;

se cuplează sursa de aerodrom la rețea;

se decuplează releul diferențial minim (DMR) de la rețea.

Alimentarea bobinelor de aprindere BAP a supapelor SE2, SE4, SE5 și SE8 se face de la rețeaua de bord.

Pornirea motorului se realizează prin apăsarea butonului BP. Ciclul de pornire este la fel ca la pornirea autonomă, studiată în capitolul 5.4.

CAPITOLUL 6

PORNIREA MTR ÎN CONDIȚII SPECIALE

Există mai multe situații în care este posibilă oprirea motorului în aer. Spre exemplu, în cazul executării unor evoluții bruște, la unghiuri mari de incidență, debitul de aer al compresorului se poate reduce, ceea ce determină oprirea motorului. Același lucru se întâmplă dacă un avion intră cu difuzorul în jetul de gaze evacuate din motorul altui avion sau al rachetelor lansate de la bord. în toate aceste situații încetează procesul termodinamic de ardere a combustibilului injectat în motor. De aceea scade temperatura și odată cu ea scade și cuplul turbinei Mt precum și viteza de rotație. După un timp oarecare, ansamblul compresor turbina intră în regim de autorotație stabilizat.

Gradul de micșorare a turației depinde de altitudinea de zbor și de viteza din momentul stingerii motorului (ruperii flăcării).

Restabilirea funcționarii motorului se face prin așa numita pornire în zbor (în aer). Pornirea se realizează fără utilizarea demarorului, ținând seama de fenomenul de autorotație. De data aceasta nu intră în funcțiune nici automatul de timp. Pentru siguranța pornirii se injectează suplimentar oxigen în camerele de ardere.

În acest scop este necesar să se asigure:

punerea în funcțiune a sistemului de aprindere a petrolului injectat în camerele de ardere;

propagarea flăcării, aprinderea și arderea stabilă a combustibilului de bază;

accelerarea motorului până la regimul de mers în gol.

După ce s-a atins regimul de mers în gol (turația n4), sistemul de aprindere se decuplează iar motorul este introdus în regimul de funcționare dorit. Pornirea în zbor a motoarelor turbopropulsoare este ușurată de prezența palelor elicei, al căror pas poate fi reglat astfel încât să se asigure turația optimă necesară pornirii. Unele sisteme de pornire sunt astfel concepute încât asigură automat pornirea de prevenire, adică imediat după ce a încetat funcționarea motorului dintr-o cauză oarecare. De data aceasta debitul de aer prin dispozitivul de aprindere este de 4-6 ori mai mare decât la pornirea în regim de autorotație. Pentru ca pornirea să fie posibilă în aceste condiții sunt necesare unele măsuri speciale.

Astfel trebuie injectată o cantitate mai mare de combustibil și utilizat un sistem special de aprindere cu o descărcare electrică mai puternică între electrozii bujiei. Uneori pornirea de prevenire se rezumă la conectarea sistemului de aprindere și la debitarea combustibilului de pornire concomitent cu injectarea de oxigen în camerele de ardere, operații care previn oprirea motorului în situațiile deja menționate. Aceste operații se pot face manual, dar cel mai adesea se execută automat, îndată ce avionul se găsește în una din situațiile care favorizează oprirea motorului în aer.

6.1. PORNIREA MTR ÎN AER

Pornirea în aer se realizează prin cuplarea întrerupătorului I3.

Închiderea acestuia duce la declanșarea releului R18. La rândul său, releul R18 comandă deschiderea supapei electromagnetice SEO de alimentare cu oxigen, precum și declanșarea releelor R10, R14 și R17. Prin anclanșarea releului R10 se asigură și comanda releului R7 și funcționarea supapei electromagnetice SE5. Releul R14 comandă pornirea motorului electric al pompei de combustibil, iar prin releul R17 se comandă funcționarea bobinelor de aprindere la pornirea BAP.

Așa cum se observă, la cuplarea întrerupătorului I3 se produce:

cuplarea supapei electromagnetice de alimentare suplimentară cu oxigen;

cuplarea bobinelor de aprindere a combustibilului de bază;

debitarea combustibilului de pornire în camerele de ardere.

Întreruperea pornirii în aer se face prin decuplarea butonului I3.

6.2. ROTIREA LA RECE A MTR

În anumite situații este necesară rotirea la rece a MTR, adică fără injectare de combustibil, fără punerea în funcțiune a bobinelor de aprindere. Pe timpul rotirii la rece, motorul este rotit de generatorul-demaror în condițiile de mai sus, însă cu cuplarea supapei electromagnetice, care comandă supapele hidraulice de admisie a aerului.

Schema execută automat ciclul de pornire în acest caz particular, dacă se închide întrerupătorul I2 și se apasă pe butonul de pornire BP, întrerupătorul de rotire la rece CPR fiind deschis. Maneta de gaze trebuie să fie pe pragul “STOP”.

Urmând schema se observă:

la apăsarea butonului BP (întrerupătorul I2 fiind închis, iar întrerupătorul CPR deschis) se anclanșează releul R2. La rândul său, acesta cuplează releele R9 și R2;

nu se anclanșează releele R14, R17, R24 și R10; prin urmare, nu funcționează motorul pompei de combustibil, supapele electromagnetice SE4, SE5 și SE2 și nici bobinele de aprindere BAP;

la t=1,6 s., adică la închiderea microîntrerupătorului MI3 de către cama C2, se anclanșează releul R4, iar odată cu acesta se comandă funcționarea supapei SE8.

6.3. STOCAREA MOTORULUI

Pentru stocarea motorului se exclud din funcționare bobinele de aprindere de bază și de forțaj și se pregătesc pentru stocare toate supapele electromagnetice ale motorului.

Maneta de gaze trebuie să fie pe pragul “RALANTI”. Schema funcționează ca la pornirea la sol.

CONCLUZII ASUPRA UTILIZĂRII SISTEMELOR

AUTOMATE DE PORNIRE

Așa cum am arătat în capitolele anterioare, pornirea MTR cu demaror electric se poate executa fie de la sursa de pornire de aerodrom, fie de la sursa de energie electrică de la bord. De regulă, pornirea se execută de la sursele de energie electrică de aerodrom, pornirea automată executându-se doar în cazuri extreme, bateriile de acumulatoare de bord fiind bine încărcate.

Ținând seamă de rezerva de energie a bateriilor, se permite executarea numai a două-trei porniri automate cu pauze între ele de trei minute. Dacă se fac mai multe încercări de pornire, bateriile se descarcă, devenind inutilizabile în zbor – ca surse de tampon (sau avarie).

În cazul pornirii autonome a turbomotoarelor de pe avioanele multimotoare, se alimentează de la bateriile de bord un singur motor, iar celelalte se pornesc cu energie de la rețeaua de bord alimentată de la generatorul motorului deja pornit desigur funcționând în paralel cu bateriile de acumulatoare.

În cazul unei porniri ratate, este permisă repetarea pornirii numai după completa oprire a MTR și după executarea unei rotiri la rece pentru ventilarea (aerisirea) motorului. Dacă nu se execută rotirea la rece a MTR, cuplarea aprinderii cu ocazia repetării pornirii poate fi urmată de explozia vaporilor de combustibil, acumulați în camerele de ardere și, deci, scoaterea din funcțiune a motorului.

Creșterea duratei ciclului de pornire sau chiar întreruperea acestuia se datorează unor căderi de tensiune inadmisibil de mari pe circuitele de forță ale sistemului de pornire, în special pe rezistențele de contact. Folosirea unor conductoare prea lungi, cu secțiune prea mică pentru alimentarea aeronavei de la sursele de aerodrom precum și refuzul de funcționare a automatelor de programare pot de asemeni să determine creșterea duratei procesului de pornire, cu consecințe nefavorabile asupra regimului termodinamic al MTR.

Lucrarea a încercat să pună în evidență factorii care au o importanță deosebită în pornirea MTR, făcând totodată o analiză comparativă a regimurilor de pornire ale motoarelor turboreactoare la sol și în condiții speciale.

Au fost arătate condițiile principale ce se impun pentru un sistem de pornire și anume: să asigure pornirea într-un timp scurt impus de tipul de avion și de misiunile sale, să permită pornirea automată și sigură a motorului atât la sol cât și în zbor, la toate altitudinile și vitezele de exploatare; la nevoie, această operație trebuie să poată fi repetată de 3-5 ori, să asigure porniri automate în gama de temperaturi cuprinse între -50°C și +50°C, fiind realizat la gabarit și greutate minime, să fie simplu, sigur, și nepericulos în exploatare, să aibă resursa cel puțin egală cu resursa motorului.

După câteva considerații generale prezentate în capitolul 1 al lucrării, sunt prezentate, în capitolul 3, tipurile de demaroare utilizate pentru pornirea motoarelor de aviație. Sunt prezentate avantajele și dezavantajele fiecărui demaror prezentat.

Dezavantajele folosirii demaroarelor electrice sunt date de acumulatoare iar capacitatea lor scade la temperaturi reduse ale mediului înconjurător. La avioanele grele este de preferat folosirea unei instalații generatoare în locul acumulatoarelor obținându-se avantaje din punct de vedere al greutății în ansamblu.

Din aceste motive demaroarele electrice ca și turbodemaroarele au căpătat o răspândire mare la bordul aeronavelor.

În capitolul 4 sunt analizate metodele de comandă ale pornirii demaroarelor electrice.

Pentru a obține un sistem de pornire cu caracteristici energetice cât mai bune, pentru reducerea timpului de pornire și pentru limitarea șocurilor mecanice, termice și electrice în timpul accelerării motorului de avion, este necesară realizarea unor caracteristici mecanice artificiale cât mai adecvate fiecărei etape a pornirii.

În finalul capitolului este făcută o comparație între regimurile de comandă a procesului de pornire.

Capitolul 5 face o analiză amănunțită a unui sistem de comandă a procesului de pornire insistându-se asupra pornirii la sol a MTR fără a neglija însă pornirea MTR de la sursa de alimentare de aerodrom.

Sunt trecute aici, în revistă o serie de blocaje care au rolul de a preveni situațiile de avarie și de a ușura comanda pornirii.

Capitolul 6 face o trecere în revista a pornirilor speciale a MTR, și anume: pornirea cu ajutorul demaroarelor cu acțiune directă în cazurile: pornirii MTR în aer, rotirii la rece și stocării motorului.

Proiectul se încheie cu efectuarea simulării pornirii unui motor turboreactor (calculul demarorului, calculul cuplurilor ce apar, calculul curentului absorbit, calculul vitezei unghiulare și turației motorului) materializată prin trasarea graficelor care reflectă aceste calcule.