Wie werden Turbinenmotoren gestartet?

Das Mittel zum Starten der meisten Turbinentriebwerke ist Hochdruckzapfluft. Diese Entlüftungsquelle stammt typischerweise von einer APU, kann aber auch von einem bereits laufenden Triebwerk (Crossbleed-Start) oder einem externen Huffer-Wagen stammen .

Bei einigen Flugzeugen ist der Start vollständig FADEC-gesteuert und muss nur von der Flugbesatzung eingeleitet und überwacht werden, und bei anderen Flugzeugen müssen bestimmte Schritte manuell eingeleitet werden.

Der folgende Prozess beschreibt am besten ein Turbofan-Triebwerk. Lesen Sie die Antwort von @ Falk, um Informationen zu Unterschieden bei Turboprop-Triebwerken zu erhalten.

Turbofan-Grundlagen

Siehe das Bild unten (Credit: K. Aainsqatsi, Wikipedia):

Die Teile des Motors, auf die ich mich im Folgenden beziehe, sind:

• Der N1-Lüfter, die N1-Welle und die N1-Turbine, die grün dargestellt und mit "Lüfter/Niederdruckverdichter", "Niederdruckwelle" und "Niederdruckturbine" gekennzeichnet sind. Diese Einheiten sind miteinander verbunden und bewegen sich als Einheit.
• Der N2-Kompressor, die N2-Welle und die N2-Turbine, in Lila dargestellt und mit "Hochdruckkompressor", "Hochdruckwelle" und "Hochdruckturbine" gekennzeichnet. Diese sind verbunden und bewegen sich als Einheit, jedoch unabhängig von der N1-Welle. Nicht abgebildet ist ein Zubehörantrieb, der auf die N2-Welle ausgerichtet ist, um Motorzubehör anzutreiben.
• Der heiße Abschnitt, gelb abgebildet und mit "Brennkammer" beschriftet. Dies ist die Heimat eines ständig brennenden Feuers in einem Düsentriebwerk.

Motorstart

Der Ablauf des Motorstarts folgt dieser Grundformel

• Durch das Öffnen von Zapfluftventilen wird Zapfluft zu einem Luftturbinenstarter geleitet. Diese Vorrichtungen verwenden typischerweise die Hochdruckabzapfluft zum Drehen und Einrücken einer Fliehkraftkupplung, die mit dem Hilfsantrieb des Triebwerks verbunden ist. Dies wiederum bewirkt, dass sich die N2-Welle im Motor dreht.

• Wenn sich die N2-Welle dreht, drehen sich der N2-Kompressor und die N2-Turbinen. Dadurch wird Luft von vorne nach hinten durch den Motor gepresst.

• Wenn sich die Zubehörwelle und die N2-Wellen drehen, sollten die Zubehörteile zu arbeiten beginnen, und dies kann durch Öldruckanzeigen auf dem EICAS überprüft werden.

• Bei erhöhter N2-Umdrehung wird die Zündung eingeschaltet. Diese Zünder befinden sich im heißen Teil des Motors und erzeugen kleine Funken. Auf dem EICAS sollte angezeigt werden, dass die Zündung aktiv ist.

• Bei weiterer Erhöhung der N2-Rotation wird Kraftstofffluss eingeführt. Dies wird auf der EICAS überprüft. Sobald der Kraftstofffluss festgestellt wird, ist es wichtig, dass der nächste Stopp ziemlich bald erfolgt.

• Licht aus! Der Brennstoff wird durch die Zündung entzündet und nun erzeugt das Feuer, das in dem heißen Abschnitt brennt, der mit Luft vom Kompressor versorgt wird, Schub über die N2- und N1-Turbinen.

• Während das Triebwerk auf der N1-Turbine Schub erzeugt, dreht die N1-Welle den N1-Lüfter, und das EICAS wird diese Zunahme der N1-Drehung bemerken. Die Drehzahlen von N1 und N2 nehmen zu.

• Oberhalb eines N2-Schwellenwerts schließen Zapfluftventile, die den Luftturbinenstarter versorgen, und der Starter wird ausgerückt. Die Zünder werden bei einem bestimmten N2-Schwellenwert ausgeschaltet.

• Der Motor stellt sich auf eine stabile Leerlaufschubeinstellung ein.

Was kann schon schief gehen?

• Gehängter Start

  • N2 dreht sich nicht ausreichend hoch, damit der Kraftstofffluss eingeleitet werden kann.
  • Jeder Start ist zeitlich begrenzt und der Start wird abgebrochen.

• Keine Zünder

  • Start abbrechen und Zünder wechseln.
  • Rufen Sie MX an.

• Fehlzündung

  • Kraftstofffluss wird eingeführt, aber Light Off ist nicht innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens aufgetreten
  • Im Motor sammelt sich Kraftstoff an, und wenn es zu einem Light-Off kommt, kann dies zu Schäden führen.
  • Der Start wird abgebrochen und trocken gefahren, um den Motor zu reinigen.

• ITT-Überschreitung

  • Üblicherweise gibt es während des Motorstarts eine Begrenzung der Zwischenturbinentemperatur.
  • Wird diese überschritten, muss der Start abgebrochen werden
  • Dies kann eine Abstimmung mit MX erfordern, bevor ein weiterer Start versucht wird.

• Der Luftturbinenstarter löst sich nicht

  • Dies muss vor der Abreise korrigiert werden
  • Bei einigen Engines kann MX dies bei laufendem Motor korrigieren.

• Das Zapfluftabsperrventil, das den Luftturbinenstarter versorgt, schließt nicht

  • Dies kann ein Abschalten des Motors erfordern, um Abhilfe zu schaffen
  • Bei manchen Flugzeugen kann dieses Ventil jedoch bei laufendem Motor manuell von MX geschlossen werden
  • Abstimmung mit MX erforderlich.

• Ausreißer N1 oder N2

  • Wenn der FADEC den Kraftstofffluss nicht richtig verwaltet, kann es sein, dass sich der Motor nicht beruhigt, sondern weiter hochdreht.
  • Start abbrechen.
  • Stimmen Sie sich mit MX ab, bevor Sie einen Neustart versuchen.

Was ist mit dem Starten des Motors in der Luft?

Wenn das Triebwerk einen Flammenausfall erleidet, kann ein Neustart in der Luft versucht werden. Diese Starts erfolgen normalerweise auf eine der folgenden Arten:

• Crossbleed beginnen
• APU-Start
• Windmühlenstart

Der APU-Start ist im Wesentlichen derselbe Prozess wie oben. Der Crossbleed-Start, der auch am Boden durchgeführt werden kann, ersetzt lediglich einen laufenden Motor mit hoher Leistungseinstellung, um die Zapfluft zum Starten bereitzustellen, und ist ansonsten dasselbe wie oben.

Der interessante Start ist der Windmühlenstart. Die Notwendigkeit dafür bedeutet, dass etwas Schlimmes passiert ist. Um einen Windmilling-Start zu benötigen, bedeutet dies, dass es keine Zapfluftquellen gibt, um den Luftturbinenstarter zu versorgen. Dies kann bedeuten, dass alle Triebwerke ausgefallen sind und die APU nicht verfügbar ist (SCHLECHT!) oder lediglich, dass Entlüftungsventile zu einem abgeschalteten Triebwerk nicht geschlossen wurden und nicht geöffnet werden können.

Für die EMB-145, mit der ich vertraut bin, erforderte ein Windmilling-Start einen Sinkflug mit einer Fluggeschwindigkeit zwischen 260 KIAS und 320 KIAS und konnte nicht über FL250 versucht werden. Kurz gesagt, Sie hoffen, dass der Massenstrom durch den Motor ausreicht, um den N2-Kompressor so zu drehen, wie es der ATS tun würde. Mit einer N2-Anzeige innerhalb der Airstart-Hüllkurve des Motors leiten Sie Funken und Kraftstoff ein und hoffen, dass der Motor zündet. Im schlimmsten Fall kann der Motor schnell überhitzen und beschädigt werden, wenn Sie zu langsam und nicht in der Lage sind, vor dem Anzünden für genügend Luftstrom zu sorgen. Aus diesem Grund ist es besonders wichtig, diese Art des Starts abzubrechen, sobald eine Anomalie festgestellt wird.

Wenn Sie mehr über Düsentriebwerke erfahren möchten, lesen Sie bitte die Antwort von @casey. Es ist sehr ausführlich und gut.

Es gibt einige Turbinentriebwerke, die anders gestartet werden. Wir sprechen von Turboprop- oder Turbowellenmotoren. Ein berühmtes Beispiel ist die PT6-Turbine, die viele kleine Propellerflugzeuge mit Turbinenantrieb wie die King Air-Serie von Beachcraft und Cheyenne und JetProp von Piper mit Strom versorgt.

Diese Motoren bestehen aus zwei Teilen, dem Gasgenerator und der freien Nutzturbine. Der Gasgenerator ist so ziemlich ein Düsentriebwerk. Es besteht aus einem Einlass, einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine. Ich kenne kein Turboprop-Triebwerk mit einer Düse, um Schub zu erzeugen, wie ein Düsentriebwerk eines hat, aber wenn einer von Ihnen davon weiß, würde ich gerne Ihren Kommentar lesen. Bei einem Turbowellenmotor wird der Auspuff überhaupt nicht zur Schuberzeugung verwendet, daher sind einige von ihnen sogar invertiert (Kompressor im hinteren Teil des Motors, aber natürlich immer noch mit Luft von einem nach vorne gerichteten Einlass gespeist). Sie haben vielleicht bemerkt, dass bei einigen Flugzeugen mit Turbowellenantrieb der Auspuff sehr nahe am Propeller liegt - hier ist der Grund.

Die zweite Komponente ist eine vom Abgas des Gasgenerators angetriebene Freilaufturbine, die über ein Untersetzungsgetriebe den Propeller antreibt (Freilaufturbinendrehzahl > 30.000 U/min, Propellerdrehzahl < 3.000 U/min). Bei den meisten Motoren werden diese Komponenten nur durch das Motorgehäuse zusammengehalten, deshalb spricht man von Freilaufturbine.

Jetzt haben wir alle eine grundlegende Vorstellung von dieser Art von Motor und können über die Startsequenz sprechen. An den Gasgenerator ist ein sogenannter Startergenerator angeschlossen. Im Grunde handelt es sich um einen Elektromotor, der von einer Batterie (oder einer anderen Gleichstromquelle) angetrieben wird, um die Welle des Gasgenerators anzukurbeln. Sobald der Motor gestartet ist, kann dieser Motor als Generator verwendet werden, der Gleichstrom liefert. Wenn Sie sich die Prinzipien eines Elektromotors und eines Gleichstromgenerators ansehen, werden Sie feststellen, dass sie technisch gleich sind. Sie müssen nur einige Verbindungen ändern. Dies geschieht in der Regel durch Betätigen eines Kippschalters mit drei Stellungen „Start-Off-Generator“.

Die Startsequenz ist so ziemlich die gleiche wie bei einem Strahltriebwerk:

• Kurbeln Sie die Welle des Gasgenerators mit dem Starter an
• Fügen Sie bei einer bestimmten Drehzahl (normalerweise 10-15%) Kraftstoff hinzu
• Überwachen Sie die Motorparameter
• Wechseln Sie zum Generator

Normalerweise beginnt die Turbine mit freier Leistung den Propeller sehr bald zu drehen, nachdem Kraftstoff hinzugefügt wurde, einige Motoren sind jedoch mit einer Propellerbremse ausgestattet, die verhindert, dass sich die Turbine mit freier Leistung dreht. Dies ist nützlich, um den Gasgeneratorabschnitt nur zu betreiben, um elektrische oder hydraulische, manchmal pneumatische Energie zu erhalten - eine Art APU. Die ATR-Serie von Aerospaitiale ist ein berühmtes Beispiel. Das nannte es "Hotelmodus".

Hervorragende Antworten bisher. Es gibt ein paar andere Möglichkeiten, wie ein Düsentriebwerk gestartet werden kann.

Beim F-16 ist der Motor mit einem Getriebe mit einer speziellen Hochgeschwindigkeits-Ausgleichswelle verbunden. Dort, wo die Welle mit dem Getriebe verbunden ist, befindet sich eine Kupplung. Am Getriebe ist auch eine kleinere Turbine angebracht, die als Jet Fuel Starter (JFS) bekannt ist und ungefähr die Größe einer großen Wassermelone hat, ebenfalls mit einer Kupplung. Das Getriebe hat auch Hydraulikpumpen und Generatoren.

So starten Sie das Flugzeug:

1. der Hauptmotor ist vom Getriebe entkoppelt
2. Der JFS ist an das Getriebe gekoppelt
3. Hydraulikdruck wird von einem Akkumulator zu einer Pumpe geleitet, wodurch diese als Hydraulikmotor arbeitet, der das Getriebe dreht
4. Das drehende Getriebe dreht den JFS bis zu dem Punkt, an dem er die Startgeschwindigkeit erreicht
5. Kraftstoff wird dem JFS zugeführt, die Zündung zündet und es startet
6. Der JFS drosselt und produziert etwa 200 PS
7. Wenn der JFS voll geneigt läuft, greift die Kupplung der Motorwelle ein
8. Die Drehwelle dreht den Hauptmotor, bis er die Startdrehzahl erreicht
9. Sobald der Hauptmotor eine bestimmte Drehzahl erreicht, wird der JFS vom Getriebe entkoppelt und abgeschaltet
10. Der sich drehende Motor bringt die Generatoren und die Hydraulik in Betrieb und lädt den Druck in den Akkumulatoren für den nächsten Startvorgang wieder auf

In gewisser Hinsicht ähnelt dies einem Bulldozer oder anderen schweren Geräten. Viele von ihnen haben einen kleinen "Pony-Motor" mit einem Elektrostarter, der dann die zum Starten des Hauptmotors erforderliche Kraft-/Drehmomentkombination erzeugt. Sobald der Hauptmotor läuft, kuppelt der Ponymotor aus und schaltet ab.

Andere, ältere Flugzeuge wie die F-100 Super Sabre verwendeten eine kleine Sprengladung (Startpatrone, im Wesentlichen ein großer Rohling). Sie würden es in den Motor einbauen. Der Pilot würde es elektrisch in die Abgasturbine zünden, die den Motor genug drehen würde (Sie hofften), um das Ganze zum Starten zu bringen, und dann die Kraftstoff- und Zündsysteme einschalten. Wenn der Wagen nicht richtig feuerte, mussten Sie eine gewisse Zeit warten, bis er abgekühlt war, bevor Sie ihn entfernen konnten. Sie möchten nicht, dass es auf der Rampe abgeht (mögliches Vorhandensein von Kraftstoffdämpfen) oder in Ihren Händen (autsch!).

Ich denke, jetzt bin ich an der Reihe, exotische Möglichkeiten zum Starten eines Düsentriebwerks hinzuzufügen.

Der Jumo 004 der Me-262 und Ar-234 hatte einen kleinen Kolbenmotor in der zentralen Spitze, der elektrisch gestartet wurde, aber auch von einem Mechaniker von Hand gestartet werden konnte. Haben Sie jemals das Loch in der Mitte des Dorns und den darin steckenden Ring bemerkt (siehe linkes Bild unten)?

Der Ring war an einer Schnur befestigt, mit der der Kolbenmotor gestartet werden konnte (Riedel-Startermotor, rechtes Bild). Dies könnte den Motor von selbst auf bis zu 2000 U / min hochspulen. Bei 500 - 1000 U/min würde der Pilot die Zündung einschalten. Jetzt half die Startverbrennung, den Motor weiter hochzuspulen, bis der Kolbenmotor bei 5000 U / min auskoppelte. Dann könnte der Pilot langsam auf 8700 U / min, das Maximum, drosseln.

Was könnte schiefgehen? Viel:

• Der Kolbenmotor würde nicht entkoppeln.

• Unzureichender Kraftstofffluss, sodass der Motor nicht beschleunigen würde. Bei kalten Temperaturen mussten die Kraftstoffpumpen eingeschaltet werden, allerdings nur bis 3000 U/min.

• Die Zündung startete nicht früh genug. Dann würde der rotierende Motor Kraftstoff in die Brennkammer leiten, wo er gesammelt und in die hintere Motorverkleidung geblasen würde. Wenn die Verbrennung begann, würde der gesammelte Kraftstoff ebenfalls brennen, was zu einem Motorbrand führen würde.

• Der Pilot würde zu schnell Gas geben. Dies würde der Brennkammer zu viel Brennstoff zuführen und die Turbine über ihre Grenze hinaus aufheizen. Nur mit dem höheren Luftstrom in der Nähe der Auslegungsgeschwindigkeit könnte die Drosselklappe geschlossen werden. -

Das andere Startverfahren ist das der J-58 in der SR-71, das bemerkenswert ähnlich war. Nur dass der Startermotor viel größer und nicht Teil des Motors war: Es war eine Sonderanfertigung aus zwei getunten Buick 455 V-8, die an einem Karren zusammengekoppelt waren und eine vertikale Antriebswelle antrieben, die den Motor von einem Hafen darunter antrieb die Triebwerksgondel. Um die Zündung zu starten, wurde eine spezielle Verbindung namens Triethylboran eingespritzt, da sich das kalte JP-7 (der Spezialtreibstoff für J-58) nicht von selbst entzünden würde. Sobald sich der Motor selbst tragen konnte, wurde der Karren ausgekuppelt.

Die Buick-Motoren fielen häufig aus und wurden später durch zwei große Chevy-Blöcke ersetzt. Außerdem konnten die Motoren mit Druckluft gestartet werden. Weitere Informationen finden Sie unter diesem Link .

Was könnte noch schief gehen? Diese Liste ist auch ziemlich ähnlich ...

Für einen sehr einfachen Turbinenstart, ohne FADEC oder Computersteuerung, ist hier ein Video eines Mosquito XET-Turbinenhubschraubers , der gestartet wird.

Gas auf 50 %, dann zurück auf Leerlaufstellung.

Anlasser einkuppeln.

Schalten Sie bei 17 % U/min den Zünder ein.

Schalten Sie bei 30 % U/min den Kraftstoff ein ... das Rumpeln zeigt an, dass die Brennerdose gezündet hat.

Schalten Sie bei 50 % den Anlasser aus.

Schalten Sie bei 70 % den Zünder aus.

Bei 100 % ist es flugbereit.

Der Mosquito verwendet eine 90-PS-Solar-Gasturbine, die ursprünglich für Backup-Generatoren hergestellt wurde, was einer der Gründe dafür ist, warum das gesamte Paket (relativ) günstig ist: etwa 65.000 bis 70.000 US-Dollar für einen hubschraubergetriebenen Hubschrauber.

Zusammenbau erforderlich...

Es gibt auch die Wellenantriebsiteration von Startmotoren. Als langjähriger Techniker von Tornado kann ich Ihnen gar nicht sagen, wie frustrierend dieses System ist!

Eine APU betreibt ein Getriebe, das einen Generator, eine Hydraulikpumpe und eine Ausgangswelle zum Motor hat, um ihn zu starten. Es ist auch über eine Welle mit einem anderen Getriebe am No2-Motor gekoppelt, das auch eine Hydraulikpumpe, einen Generator und eine Ausgangswelle hat. So kann die APU oder jeder Motor eines oder beide Getriebe laufen lassen und einen oder beide Motoren starten!

Fühlen Sie sich sicher, wenn Sie den Betrieb teilen, jetzt ist das Flugzeug in Großbritannien sowieso außer Betrieb ;)

http://www.tornado-data.com/Tid/systems/common/secondary_power_system.htm