Wenn der Einlass eines laufenden Strahltriebwerks für kurze Zeit blockiert wird, wie würde die Folge der Ereignisse danach aussehen?

Diese Erklärung gilt für ein Unterschallflugzeug, ein ähnlicher Vorgang tritt bei höheren Geschwindigkeiten auf.

Ursachen

Ein Vogel, ein Gegenstand oder Eis können den in den Motor eintretenden Luftstrom stören. Eine weitere Ursache für das Abwürgen des Kompressors ist ein übermäßiger Triebwerkswinkel relativ zum Luftstrom, wenn eine große Steigung oder ein großer Hundegang erzwungen wird oder wenn in das Kielwasser eines vorausfahrenden Flugzeugs eingetreten wird.

Sofortige Wirkung

Unabhängig davon, wenn die Strömung an irgendeiner Stelle im Triebwerkskompressor den Arbeitsbereich verlässt , kann ein aerodynamischer Strömungsabriss des Kompressors genauso erlebt werden wie ein Flügelabriss:

^{Abgerissenes Profil in einem Windkanal, Strömungsablösung und Turbulenzen sichtbar. Quelle}

Die Luftgrenzschicht löst sich von der Oberfläche der Verdichterschaufeln und wird instabil.

Kompressorstufen bestehen aus rotierenden Schaufeln und stationären Schaufeln, die kleine Kanäle begrenzen: ^Quelle

Das Problem entwickelt sich aus einem Bereich mit niedrigem Massenstrom, wobei die Disparitäten zunehmen, bis der Strom stoppt, in einem Prozess, der als rotierender Strömungsabriss bezeichnet wird :

• Ein Durchgang wird durch langsame Luft versperrt (abgelöste Grenzschicht in orange), stromaufwärts gerichtete Luft versucht den nächsten Durchgang zu nutzen:
  
  

• Wenn die nächste Passage jedoch unter einem höheren Anstellwinkel erreicht wird, neigt dieser Zustand dazu, diese Passage ebenfalls abzuwürgen.

• Dieser Effekt breitet sich in der Verdichterstufe schnell von einer Schaufel zur nächsten aus.

Wenn Passagen durch abgelöste Luft über blockierten Schaufeln blockiert werden, steigt der Druck in den Passagen und stromaufwärts:

• Abgelöster Luftstrom ist sehr turbulent mit wechselnder Geschwindigkeit (auch negative Werte).

• Blockierte Zellen drehen sich mit einem Bruchteil der Verdichterdrehzahl weiter, der Druck um die Schaufeln herum ändert sich periodisch.

Blatt-/Flügelvibrationen können beginnen. Vibrationen sind nicht gut für einen Motor, Flattern kann ein Metallteil brechen, wenn Resonanz auftritt.

Ein Turbinentriebwerk arbeitet, indem es ein präzises Gleichgewicht um den Luftstrom im Kompressor, den Brennkammern und der Turbine erreicht:

• Die Turbine muss eine bestimmte Energiemenge erhalten, um den Kompressor mit der richtigen Drehzahl anzutreiben.

• Brennkammern müssen die genaue Menge an Brennstoff und Luft erhalten, um die Energie an die Turbine zu liefern.

• Der Kompressor muss den Brennern die erforderliche Luftmenge zuführen.

(Ignorieren wir die Tatsache, dass Turbinentriebwerke meistens zwei oder drei Spulen haben, dh Kompressor-Turbinen-Einheiten mit einer mechanischen Verbindung, die sich jeweils mit ihrer eigenen Geschwindigkeit drehen und dieses gemeinsame Gleichgewicht finden müssen).

Sobald sich die Luftgeschwindigkeit oder der Druck aus irgendeinem Grund ändert, muss ein neues Gleichgewicht gefunden werden, sonst beginnen schlimme Dinge zu passieren. Bei einem Kompressorstillstand kann manchmal kein neues Gleichgewicht erreicht werden. Dies führte zu dramatischen Folgen.

Nachwirkungen

Nach dem rotierenden Stall wird eine Kaskade von Ereignissen ausgelöst:

1. Druckabfall an den Brennkammereinlässen

   Da der Kompressor nun weniger effizient ist, nimmt der Druck stromabwärts des Kompressors ab und ist zusätzlich instabil. Die Größe der Druckschwankung wird irgendwie durch den Luftkammereffekt des Verdichterdiffusors für einen Axialverdichter (durch den Diffusorstator nach dem Laufrad für einen Zentrifugalverdichter) begrenzt. ^{Ort des Diffusors, Quelle} Abhängig davon, ob ein neues Gleichgewicht gefunden werden kann oder nicht, kann die Verbrennung fortgesetzt werden, während der rotierende Strömungsabriss auftritt. In diesem Fall wird die Leistung aufgrund des weniger effizienten Kompressors reduziert, und es ist ein geringerer Kraftstofffluss erforderlich. Es kann erforderlich sein, den Motor abzustellen und neu zu starten, um aus dem Stillstand des Kompressors herauszukommen.
   
   
   
   
   
   

2. Überhitzung

   Da jetzt weniger Luft für die Verbrennung zur Verfügung steht, wird der Kraftstofffluss nicht reduziert, das Gemisch wird zu fett, die Verbrennungstemperatur steigt, es kommt zu einer Überhitzung in den Brennkammern und stromabwärts in der Turbine. Da die für die Brennkammern und die Turbine verwendeten Materialien bei ihrer höchsten Dauertemperatur arbeiten, kann jede unerwünschte Erhöhung sie beschädigen.
   
   Dies kann passieren, wenn die Kraftstoffsteuereinheit (FCU) den Kraftstofffluss nicht korrekt begrenzt und versucht, den vorherigen Schub / Kraftstofffluss aufrechtzuerhalten.
   
   

3. Anstieg

   Der Verdichterdiffusor (oder Plenum in einem Zentrifugalverdichter) ist den Brennkammern vorgeschaltet. Letzteres ist ein Bereich mit sehr hohem Druck bei hoher Temperatur. Wenn der Diffusordruck im Vergleich zum Turbineneinlassdruck zu niedrig ist, kann heißes Gas beginnen, zurück in den Diffusor und den Verdichter zu strömen. Das ist ein Anstieg .
   
   Der Druckstoß erzeugt einen lauten Knall und die Druckwelle kann den Lüfter und den Motoreinlass beschädigen.
   
   Der Druckstoß kann damit verbunden sein, dass Flammen über das Auspuffrohr oder den Motoreinlass aus dem Motor austreten. Flammen entstehen durch den Ausstoß von unverbranntem Kraftstoff, der sich in den Brennkammern angesammelt hat.
   
   Kompressorelemente sind nicht dafür ausgelegt, heißes Gas aus den Brennkammern zu halten, sie können beschädigt werden, wenn der Ausstoß wiederholt wird.
   
   Auch hier kann sich der Motor von dem Pumpen erholen, wenn kein Schaden vorliegt. Der Zyklus kann sich wiederholen, aber irgendwann sind Schäden unvermeidlich.
   
   Mehr zum Kompressorstillstand: Was genau ist ein Kompressorstillstand?
   
   

4. Kontrollverlust

   Der Stoß erzeugt auch einen asymmetrischen zusätzlichen Schub, der zu einer Gierkraft führt, für einen Motor, der sich nicht auf der Mittellinie befindet.
   
   Wenn der Schub wichtig ist und sich das Flugzeug in einer kritischen Phase befindet (z. B. beim Drehen zum Abheben), kann der Giereffekt zu einem Kontrollverlust führen.
   
   

Tatsächliche Fälle aufhalten

• Bei diesem Unfall aufgrund von Vereisung werden die wiederholten Druckstöße vermutlich auf eine unsachgemäße Steuerung des Kraftstoffflusses zurückgeführt. Beide Motoren wurden zerstört.

• Dieser Unfall wurde durch einen Kompressorstillstand bei großem Crab-Winkel verursacht.

• Bei diesem Startunfall wurde der Giereffekt der Brandung tatsächlich als Kollision mit einem anderen Flugzeug interpretiert.

Glücklicherweise werden die meisten Kompressorstillstände sicher gehandhabt, wie dieser in der Nähe der Startdrehzahl (beachten Sie die Flammen bei 0:34).

Offensichtlich ist ein Abwürgen des Kompressors ein ernsthaftes Problem, daher unternehmen Motorenkonstrukteure viel Aufwand, um dies zu verhindern und den Arbeitspunkt des Motors in einem sicheren (und effizienten) Zustand zu halten. Zum Beispiel mit Schaufeln mit variablem Anstellwinkel und Luftaustrittswegen usw.

Der Kompressor würde stehen bleiben. Dies führt zu einem plötzlichen Anstieg der Turbinentemperatur, der die Turbine(n) beschädigen könnte. Am Ende erlischt die Flamme ohne Lufteinlass und der Motor würde stoppen.