Противообледенительная система авиационных силовых установок

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА СМ и ЭАТ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА АВИАЦИОННЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК наименование темы ОТЧЁТ По лабораторной работе № 4 по дисциплине

«Силовые установки»

Выполнили: студенты гр. ЭЛ-06−1

В.О. Клемешов И. В. Наумов

.О. Ушаков

Принял:

В.А. Одаареев Иркутск, 2010г

1. Противообледенительные системы: общие сведения

1.1 Условия обледенения

1.2 Предъявляемые требования

1.3 Классификация противообледенительных систем

1.3.1 Воздушно-тепловые противообледенительные системы

1.3.2 Электротепловые противообледенительные системы

1.3.3 Прочие виды противообледенительных систем

1.4 Предотвращение обмерзания агрегатов

1.5 Сигнализаторы обледенения

1.6 Эксплуатация противообледенительных систем

2. Воздушная и противообледенительная система ДТРД Д-30

2.1 Воздушная система

2.1.1 Отбор воздуха для наддува лабиринтных уплотнений масляных полостей

2.1.2 Отбор воздуха на охлаждение узлов турбины

2.1.3 Перепуск воздуха за IV и V ступенями второго каскада компрессора

2.1.4 Перепуск воздуха за X ступенью второго каскада компрессора

2.1.5 Отбор воздуха на самолетные нужды

2.2 Противообледенительная система ДТРД Д-30

2.2.1 Перекрывная заслонка

2.2.2 Электромеханизм МП-5И

2.2.3 Принцип действия электромеханизма МП-5И

2.2.4 Система сигнализации обледенения двигателя Д-30

2.2.5 Датчик обледенения ДО-202М

2.2.6 Электромагнитный кран М782 000

2.2.7 Сигнализатор давления СДУ2−0,15

2.2.8 Электрическая схема системы сигнализации обледенения

3. Противообледенительная система ТВД АИ-20

3.1 Противообледенительная система агрегатов двигателя АИ-20

3.2 Система обогрева лопастей винтов

3.3 Сигнализатор обледенения СО-12АМ

3.3.1 Принцип действия

3.1.2 Технические данные сигнализатора обледенения СО-12АМ

3.1.3 Конструкция сигнализатора Список литературы Приложение А

Лабораторная работа № 4

Противообледенительная система силовых установок Цель работы: изучить воздушную и противообледенительную систему авиационной силовой установки на примере ТВД АИ-20М и ДТРД Д-30.

1. Противообледенительные системы: общие сведения

1.1 Условия обледенения

На обледенение силовых установок оказывает влияние ряд факторов, основными из которых являются температура и относительная влажность воздуха, водность облаков, средний диаметр капель, скорость и высота полета летательного аппарата. Метеорологические условия, способствующие обледенению, характеризуются наличием переохлажденных капель воды или кристаллов льда, взвешенных в воздухе в виде облаков, тумана, дождя, мокрого снега и т. п. Летательный аппарат выводит содержащиеся в обтекаемом потоке воздуха переохлажденные капли воды из неустойчивого равновесия, и последние замерзают на его поверхностях.

При обледенении ГТД лед образуется на неподвижных поверхностях входного канала воздухозаборника, лопатках направляющего аппарата, обтекателе передней части двигателя, лопатках первой ступени компрессора, а также на носке входного диффузора (переднего капота), на входных патрубках продува генераторов и на других воздухозаборниках, расположенных на капоте двигателя.

Различают следующие виды льдообразований:

— прозрачный лед в виде стекловидной пленки с гладкой поверхностью. Он образуется при полетах в зоне переохлажденного дождя или мороси. Отложение такого льда наблюдается чаще всего в интервале температур окружающего воздуха ±5°С;

— малопрозрачный лед шероховатой, зернистой или кристаллической структуры. Такой лед образуется при полетах в облаках, содержащих большое количество переохлажденных капель различного размера, в диапазоне температур от 0 до минус 10 °C;

— кристаллический лед, отлагающийся в небольших количествах при температуре ниже -10°С и при полете в облаках, состоящих из очень мелких капель переохлажденной воды. Иногда этот вид льда называют инеем.

— смешанные виды льдообразований. Наибольшую опасность представляют ледяные наросты неправильной формы, образующиеся при полете в зоне выпадения дождя и снега.

В отличие от летательных аппаратов, обледенение которых наступает при отрицательных температурах, ГТД могут подвергаться обледенению при температуре окружающей среды до 5−10°С. При работе двигателя на земле или малых скоростях полета во входном канале происходит засасывание воздуха и расширение его, в результате чего температура воздуха понижается и может достигнуть значений, при которых наступает обледенение. В силовых установках с ПД и ТВД вначале наступает обледенение винта, которое начинается с втулки или обтекателя втулки винта.

Образование льда на поверхности входного канала и непосредственно на входе в компрессор уменьшает расход воздуха и понижает тягу двигателя. В результате увеличивается удельный расход топлива, что приводит к неустойчивой работе компрессора и тряске двигателя, а также перегреву лопаток соплового аппарата и турбины. В ГТД с осевым компрессором интенсивное льдообразование происходит во входном направляющем аппарате, а также на лопатках первого ряда ротора и статора компрессора. Лед может сорваться и вызвать повреждение компрессора.

Для обеспечения нормальной работы двигателя в условиях обледенения необходимо создание специальных средств защиты, т. е. создание противообледенительных систем. Принцип действия большинства этих систем основан на том, что при включении их в работу температура защищаемых поверхностей поднимается до положительной и образование льда на них становится невозможным.

1.2 Предъявляемые требования

К числу требований, предъявляемых к ПОС, относятся такие:

— обеспечение безопасности полета в любых условиях обледенения и на всех режимах работы двигателей;

— надежность и эффективность работы при различных метеорологических условиях в широком диапазоне скоростей и высот полета, неограниченность времени работы;

— возможность регулирования интенсивности обогрева в зависимости от температуры наружного воздуха и интенсивности обледенения;

— безопасность включения системы при стоянке и рулении летательного аппарата;

— высокий темп нагрева защищаемых поверхностей;

— воздухозаборники двигателей и все выступающие детали в их каналах должны иметь противообледенительную систему непрерывного действия, не допускающую льдообразования на защищаемых поверхностях как на земле, так и в полете;

— наличие сигнализаторов начала обледенения и указателей интенсивности обледенения, минимальное время срабатывания датчиков, высокая чувствительность и отсутствие ложных срабатываний;

— безопасность в пожарном отношении;

— минимальный расход энергии;

— отсутствие мешающего действия на работу радиои навигационного оборудования;

— малые вес и габариты;

— быстрая готовность к действию, желательно автоматическое включение и выключение от специальных сигнализаторов начала обледенения;

— простота ухода и эксплуатации, возможность контроля исправности системы на земле и в полете.

1.3 Классификация противообледенительных систем

Для защиты силовых установок от обледенения наибольшее распространение получили тепловые системы. В зависимости от источников энергии они подразделяются на воздушно-тепловые и электротепловые. В первых используют тепловую энергию воздуха, отбираемого от компрессора двигателя. Чем выше температура и давление воздуха за компрессором, тем эффективнее работают эти системы. В случае небольшого расхода воздуха через двигатель (ПД, ТВД) горячий воздух может быть получен при помощи теплообменников, обогреваемых выходящими газами.

ПОС могут быть постоянного действия и циклические. Системы постоянного действия не допускают образования льда на защищаемых поверхностях. Они применяются для предохранения от обледенения воздухозаборников двигателей и деталей, расположенных в воздухозаборном канале, скопление льда на которых и последующее его удаление может нарушить нормальную работу двигателя или вызвать его повреждение. Системы циклического действия периодически сбрасывают образующийся на защищаемых поверхностях слой льда.

1.3.1 Воздушно-тепловые противообледенительные системы

Типичной воздушно-тепловой ПОС постоянного действия является система, показанная на рисунке 1.1. В этой системе предусмотрен подвод горячего воздуха от компрессора в кольцевую камеру, расположенную на глубине 200−250 мм в носке воздухозаборника. Камера отделена от подкапотного пространства двигателя герметической перегородкой. При открытии заслонки 6 горячий воздух поступает в камеру 1. Пройдя по кольцевому каналу, воздух выбрасывается в подкапотное пространство. Для создания равномерного температурного поля подвод горячего воздуха в кольцевую камеру может осуществляться в нескольких точках по окружности. Понижение температуры и увеличение количества поступающего воздуха обеспечиваются эжектором, посредством которого происходит подсасывание воздуха из подкапотного пространства, смешение его с воздухом, поступающим от компрессора, и подача в обогреваемые полости.

Обогрев носка воздухозаборника может быть выполнен по схеме, изображенной на рисунке 1.2. Здесь горячий воздух подводится в кольцевую камеру А, из которой по щелевым каналам 1 проходит в полость Б, обогревая обшивку 2 носка воздухозаборника. Воздух отводится в атмосферу через патрубок 3, расположенный в нижней части воздухозаборника.

1 — противообледенительная камера; 2 — фланец для выхода воздуха; 3 — эжектор; 4 — трубопровод; 5 — электромеханизм; 6 — заслонка; 7 — перегородка Рисунок 1.1 — Схема противообледенительной системы воздухозаборника

1 — щелевые каналы; 2 — обшивка носка воздухозаборника; 3 — отводной патрубок Рисунок 1.2 — Схема обогрева носка воздухозаборника

1 — трубопровод; 2 — лопатки направляющего аппарата; 3 — передняя часть обтекателя Рисунок 1.3 — Схема обогрева входной части двигателя Рисунок 1.4 — Схема циркуляции воздуха в носке лопаток направляющего аппарата Для защиты от обледенения элементов конструкции, расположенных во входном тракте двигателя (обтекатель, лопатки входного направляющего аппарата, воздухоразделительные перегородки и т. п.), используется воздух, отбираемый от компрессора двигателя (рисунок 1.3). В рассматриваемой схеме горячий воздух по трубопроводу 1 поступает внутрь лопаток 2 направляющего аппарата (схема циркуляции воздуха в лопатках показана на рисунке 1.4), обогревает их, а затем подходит к передней части обтекателя 3. Далее по кольцевому каналу, образованному наружной стенкой и внутренним дефлектором, воздух проходит вдоль обтекателя и выбрасывается через отверстия во входной канал двигателя.

Обогрев лопаток направляющего аппарата может производиться и таким способом, как это показано на рисунке 1.5. Здесь воздух по специальным отверстиям из-за одной из ступеней компрессора направляется во внутреннюю полость ротора двигателя, а затем через отверстия в диафрагмах дисков проходит в полость А. Из этой полости воздух подходит к нижним цапфам лопаток, проходит по внутреннему каналу в теле лопатки, а затем через отверстия в верхней ее части выходит в воздушный тракт двигателя.

Рисунок 1.5 — Схема обогрева лопаток входного направляющего аппарата двигателя К недостаткам воздушно-тепловых систем необходимо отнести их незначительную эффективность при работе двигателей на режимах, близких к режиму малого газа, из-за понижения расхода и температуры воздуха. Особенно это относится к двигателям с низкой степенью повышения давления. Кроме того, при включении воздушно-тепловой системы уменьшается мощность (тяга) и повышается температурный режим двигателя, увеличивается удельный расход топлива. Для ТРД уменьшение тяги почти прямо пропорционально количеству отбираемого воздуха. ТВД более чувствителен к отбору воздуха: на 1% отбираемого системой воздуха приходится снижение мощности ТВД на 1,5−2% и ухудшению экономичности на 1−1,5%. Максимальное количество воздуха, которое может быть отобрано от двигателей, не должно превышать для ТРД — 12%, для ДТРД — 7%, и для ТВД — 5%.

Применение воздушно-тепловой системы целесообразно для воздухозаборников с радиусами закруглений входных кромок более 6−8 мм.

При острых носках сверхзвуковых воздухозаборников эти системы становятся малоэффективными, что вызывает необходимость перехода к электротепловым ПОС.

1.3.2 Электротепловые противообледенительные системы

Электротепловые системы не имеют недостатков, присущих воздушно-тепловым. Несмотря на это, они длительное время не находили применения из-за необходимости значительных по мощности источников электрической энергии.

Эти системы состоят из нагревательных элементов, программного механизма, источников энергии, контакторов и электропроводки.

Нагревательный элемент обычно выполняют в виде тонкой, укладываемой по секциям металлической фольги, токопроводящих лаков, ленточных нагревателей, изготовленных напылением и изолированных эпоксидной смолой, проволок, или в виде токопроводящего слоя резины. Эти элементы, расположенные между слоями изоляции, называют нагревательными пакетами. Для предохранения от механических повреждений и эрозии пакет после закрепления на защищаемой от обледенения поверхности закрывают снаружи накладкой.

Конструкция нагревательного пакета позволяет получить наиболее выгодное распределение энергии по обогреваемому профилю, а также дает возможность, изменяя толщину слоев изоляции, направить поток тепла в нужном для обогрева направлении. Электротепловая система обладает более высоким коэффициентом использования тепла. Располагаемая энергия практически не зависит от режимов работы двигателя, высоты и скорости полета, температуры окружающего воздуха. Кроме того, систему можно установить на любых по размерам и форме частях силовой установки. Эти системы применяют для защиты от обледенения воздушных винтов и сверхзвуковых воздухозаборников.

Они питаются от генераторов постоянного или переменного (желательно трехфазного) тока. С точки зрения простоты конструкции лучшей является система постоянного тока, однако удельный вес ее значительно больше (на единицу мощности).

Электротепловые системы могут быть постоянно или периодически (циклически) нагреваемыми. Циклические системы разрешают льдообразование в допустимых пределах и должны обеспечивать полное удаление льда за один цикл. Системы с постоянным нагревом применяют обычно для защиты агрегатов, требующих небольшой мощности, или там, где по условиям работы на защищаемых поверхностях не допускается льдообразование (например, воздухозаборники двигателей).

При циклическом нагреве вся защищаемая от обледенения поверхность делится на несколько секций, состоящих из нагревательных пакетов. Каждая секция посредством специального устройства (программного механизма) на некоторое время подключается к источникам энергии, а затем нагрев ее прекращается. При таком нагреве значительно экономится электрическая энергия, так как на режиме остывания на защищаемой поверхности образуется небольшой слой льда, резко уменьшающий снятие тепла с поверхности набегающим потоком воздуха.

При циклическом обогреве энергия расходуется на таяние только незначительной части льда, необходимой для нарушения сцепления отложившегося льда с защищаемой поверхностью. В дальнейшем оттаявший лед уносится набегающим потоком воздуха. Лед должен сбрасываться достаточно быстро. Это условие особенно строго необходимо выполнять для воздушных винтов ТВД или ПД, так как обледенение лопастей приводит к увеличению их сопротивления и снижению несущих свойств. Кроме того, асимметричное сбрасывание льда приводит к разбалансировке винта и увеличению вибраций. Для быстрого и полного сбрасывания льда с лопастей необходимо применять весьма большие удельные мощности при возможно меньшем времени обогрева. При условии одновременного сброса льда по всей длине лопасти желательно удельную мощность обогрева изменять от максимального значения у корня до минимального на конце лопасти.

1.3.3 Прочие виды противообледенительных систем

Для защиты силовых установок от обледенения, кроме отмеченных выше, могут применяться следующие тепловые системы:

— с обогревом защищаемых поверхностей маслом. Этот способ аналогичен обогреву горячим воздухом, однако конструктивно значительно сложнее. В настоящие время он применяется для защиты от обледенения отдельных элементов ТВД (например, ребер лобового картера). Система не находит широкого распространения вследствие ограниченного запаса тепловой энергии;

— с обогревом лопаток ротора компрессора двигателя вихревыми токами (токами Фуко). Система может быть применена в случае стальных лопаток и некоторых конструктивных изменений ступеней компрессора.

На некоторых типах летательных аппаратов для защиты воздушных винтов от обледенения применяют жидкостную систему противообледенения, основанную на принципе смачивания поверхностей, подверженных обледенению, специальными жидкостями. Некоторые из этих жидкостей препятствуют сцеплению капель воды и кристаллов льда с защищаемой поверхностью, другие растворяют кристаллы льда, образуя состав с более низкой температурой замерзания, чем температура наружного воздуха. Указанный способ защиты вследствие существенных недостатков (большой расход жидкости, малая эффективность из-за неполного смачивания защищаемых поверхностей, пожарная опасность) не получил широкого распространения.

Для защиты от обледенения вращающихся деталей силовой установки (например, воздушных винтов) разрабатывают специальные кремнийорганические соединения, которые имеют небольшую силу сцепления со льдом. Благодаря этому ледяная корка, достигая определенной толщины, сбрасывается с защищаемых поверхностей центробежной силой. Предполагается, что и на неподвижных поверхностях летательного аппарата (крыло, хвостовое оперение и т. п.) при помощи указанных покрытий в комбинации с подогревом можно достигнуть снижения потребной мощности тепловых систем.

При выборе типа противообледенительной системы необходимо учитывать ее вес, возможность конструктивного выполнения нагревательного пакета на защищаемой поверхности, его преимущества по отношению к другим типам пакетов, возможность наиболее экономного использования энергии, отбираемой от двигателя, расположение источников энергии относительно обогреваемых поверхностей, степень влияния отбора энергии на характеристики летательного аппарата.

1.4 Предотвращение обмерзания агрегатов

При эксплуатации топливных систем наблюдаются случаи обмерзания некоторых агрегатов и деталей, размещенных в баках и в заборных магистралях. Это, прежде всего, топливные фильтры, обратные клапаны, устройства для обеспечения питания двигателей топливом при действии отрицательных перегрузок, предохранительные сетки. Основной причиной обмерзания этих агрегатов является кристаллизация переохлажденных капель эмульсионной воды в результате соударения их с холодной поверхностью фильтра или другими агрегатами топливной системы.

Все сорта авиационных топлив обладают гигроскопичностью (способностью поглощать влагу). Содержание растворенной воды в топливе зависит от его химического состава, температуры, а также влажности окружающего воздуха. Чем ниже молекулярный вес топлива и чем больше в нем ароматических углеводов, тем ниже его гигроскопичность. С повышением влажности воздуха содержание растворенной воды в топливе увеличивается.

При уменьшении температуры окружающего воздуха происходит понижение температуры топлива в баках. Установлено, что при 4−5-часовых беспосадочных полетах на высоте 7000−9000 м независимо от времени года и температуры воздуха на земле температура топлива в мягких баках понижается до минус 15−20°С, а в металлических — до минус 35−40°С. При охлаждении топлива содержание воды в нем не может превысить ее растворимости при данной температуре и избыток воды выделяется из топлива в свободном состоянии. Выделившиеся капли первоначально находятся во взвешенном состоянии, равномерно распределяясь по всему объему топлива. Под действием вибраций конструкции летательного аппарата и топливных баков происходит слияние мелких капель в более крупные, которые оседают и скапливаются в нижнем слое топлива, образуя эмульсию. Чем продолжительнее полет, тем больше охлаждается топливо и, следовательно, большая часть растворенной воды выделится и будет находиться в топливе в виде эмульсии.

Образование переохлажденных капель эмульсионной воды в топливах происходит сравнительно редко и только при благоприятных условиях. В большинстве случаев выделившаяся из топлива вода сразу замерзает, превращаясь в кристаллы льда.

Кристаллы льда в топливе могут появиться в результате осыпания инея со стенок баков. Конденсация влаги из воздуха вследствие понижения температуры происходит не только на стенках баков, но и на поверхности охлажденного топлива. Причем влага, конденсирующаяся на поверхности топлива, не сразу замерзает, а вначале распространяется в топливе и только через некоторый промежуток времени, когда она сильно охладится, начинается процесс ее кристаллизации с образованием льда.

Для предупреждения образования в топливе переохлажденных капель воды и кристаллов льда применяют различные способы. Наиболее простым из них является добавление к топливу специальных присадок, увеличивающих растворимость воды в топливе или образующих с водой смеси с низкой температурой замерзания (спирты, эфиры). Среди специальных присадок широкое распространение получил этилцеллозольв. Смешиваясь с водой, он образует антифриз с температурой замерзания минус 55−60°С. Для предохранения от образования кристаллов льда в зависимости от температуры окружающего воздуха и продолжительности полета достаточно добавить его в топливо от 0,1 до 0,3%.

Существует метод периодической очистки топливных фильтров от обмерзания путем кратковременной подачи в них небольших количеств противообледенительной жидкости (этиловый и метиловый спирты, ацетон). Управление подачей жидкости осуществляется автоматически от специальных датчиков, срабатывающих при достижении определенного перепада давлений на фильтре в результате забивания его кристаллами льда. Время, необходимое для удаления льда с поверхности фильтра при включении системы, не превышает 20−30 сек. Недостаток этого метода состоит в том, что он не устраняет образования кристаллов льда в топливе и их отложения в других местах топливной системы до фильтров.

Для уменьшения количества растворенной в топливе воды и предохранения фильтров от обледенения применяют такие методы, как вымораживание топлива, подогрев фильтров в полете или кратковременная подача теплого топлива в систему, продувка над поверхностью топлива ссушенного воздуха, центрифугирование топлива с целью отделения кристаллов льда.

Способ вымораживания топлива весьма простой, но требует затраты времени на дополнительную фильтрацию топлива. Подогрев топлива горячим воздухом, отбираемым от компрессора, или горячим маслом широко применяется в транспортной авиации зарубежных стран. Другие перечисленные выше способы защиты требуют значительной затраты энергии, поэтому применяются редко.

1.5 Сигнализаторы обледенения

В полете экипаж о начавшемся обледенении может судить по осаждению льда на отдельных частях летательного аппарата, по тряске двигателей, уменьшению скорости полета и т. п. Для определения интенсивности обледенения на некоторых типах летательных аппаратов в поле зрения летчика устанавливают визуальный указатель обледенения. Он представляет собой небольшую профилированную стойку, снабженную штырем, разделенным по длине на участки по 10 мм. При помощи этого указателя можно оценить толщину слоя льда и интенсивность обледенения.

Для предупреждения летчика о начавшемся обледенении обычно используется сигнализатор мембранного типа (рисунок 1.7). Он состоит из двух основных частей: дифференциального манометра с двумя герметическими камерами 5, 6 и заборника полного и статического давлений. Приемник давления может устанавливаться в воздухозаборниках двигателей, передних кромках крыла и других подверженных обледенению частях летательного аппарата. Работа сигнализатора основана на использовании упругих свойств чувствительного элемента — металлической гофрированной мембраны 8, замыкающей и размыкающей электрические контакты 7, что происходит при изменении скоростного напора воздушного потока, омывающего заборник сигнализатора.

1 — заборные отверстия; 2 — обогреватель заборника сигнала; 3 — отверстие для приема статического давления; 4 — жиклер; 5 — камера, воспринимающая статическое давление; 6 — камера, воспринимающая полное давление; 7 — контакты цепи питания сигнальной лампы; 8 — мембрана; 9 — сигнальная лампа Рисунок 1.7 — Схема сигнализатора обледенения мембранного типа Камера 6 при помощи отверстий 1 воспринимает полное давление набегающего потока воздуха. Камера 5 воспринимает статическое давление через отверстие 3, расположенное на боковой поверхности заборника. В полете при отсутствии льда на поверхностях летательного аппарата, а, следовательно, и на датчике сигнализатора в отверстиях 1 создается полное давление воздушного потока, которое передается в камеру 6. Под действием разности давлений мембрана прогибается и удерживает контакты 7 в разомкнутом достоянии. При полете в зоне обледенения отверстия 1 закупориваются пленкой льда, в результате чего прекращается доступ полного давления в камеру 6. Давление в камерах 5 и 6 через жиклер 4 выравнивается, мембрана возвращается в исходное положение, замыкая контакты 7 цепи питания сигнальной лампы «Обледенение» 9 и обогревателя 2 заборника сигнализатора. Под действием тепла, выделяемого обогревателем, лед стаивает, отверстия в заборнике открываются. Восстановившийся перепад давлений в камерах размыкает контакты, выключая при этом сигнальную лампу и обогреватель заборника сигнализатора. Если к этому времени летательный аппарат не выйдет из зоны обледенения, то датчик полного давления снова подвергается обледенению и цикл вновь повторяется.

Недостатком сигнализаторов мембранного типа является запаздывание в выдаче сигнала начала обледенения, а также невозможность замера скорости нарастания льда и регистрации вида обледенения.

Среди других типов сигнализаторов обледенения находит применение радиоактивный сигнализатор (рисунок 1.8). Датчик сигнализатора включает в себя источник ?-излучения (стронций 90 и иттрий 90) и счетчик радиоактивного излучения. Электронный блок обеспечивает питание счетчика напряжением 450 В и усиливает сигнал, получаемый от счетчика. Блок задержки преобразует периодический сигнал в непрерывный при входе летательного аппарата в зону обледенения.

Рисунок 1.8 — Блок-схема радиоактивного сигнализатора обледенения Принцип действия прибора основан на торможении ?-излучения слоем льда, нарастающим на выносном цилиндрическом штыре. Датчик работает следующим образом. Поток ?-частиц, непрерывно излучаемых радиоактивным источником, попадает на счетчик. Импульсы напряжения, снимаемые со счетчика, регистрируются электронным блоком. Изменение потока ?-частиц в электронном блоке преобразуется в изменение напряжения. Если напряжение превысит определенный уровень, срабатывает релейная схема, контакты которой включают световую сигнализацию, предупреждающую летчика об обледенении. Одновременно включается обогревательный элемент датчика, что обеспечивает удаление льда с поверхности штыря. После того как лед удален, прибор возвращается в исходное состояние. Процесс повторяется до тех пор, пока самолет находится в зоне обледенения. Толщина льда на штыре датчика, при которой срабатывает сигнализатор, находится в пределах 1 мм.

На некоторых типах летательных аппаратов устанавливают сигнализаторы обледенения, в основу работы которых положена электропроводность льда, оседающего на поверхности датчика. При оседании на поверхности датчика льда происходит замыкание контактных колец датчика. Так как к одному из колец подведено напряжение от бортовой сети, а к другому присоединена управляющая сетка тиратрона, то при замыкании цепи на сетку поступит напряжение, достаточное для отпирания тиратрона. Это приводит к срабатыванию системы, т. е. включению обогрева датчика и сигнальной лампы «Обледенение». В блоке слежения сигнализатора имеются устройства, предохраняющие систему от ложных срабатываний при полетах в дождь, от преждевременных отключений, случайных замыканий цепи.

Заслуживает внимания система сигнализации, построенная на следующем принципе. В качестве датчика используют цилиндрический зонд, который специальным генератором поддерживается в условиях осевых вибраций при резонансной частоте. При полете в зоне обледенения в канале датчика накапливается лед, что снижает резонансную частоту датчика. Изменение частоты ниже определенной величины воспринимается системой управления, которая выдает предупредительный сигнал «Обледенение» и включает на несколько секунд систему обогрева датчика. Время подогрева выбирают достаточным для удаления льда и подготовки датчика к последующему циклу работы.

На иностранных самолетах получил распространение сигнализатор обледенения, состоящий из стержня, выдвинутого в набегающий поток и вращаемого электродвигателем. В процессе обледенения образовавшийся лед счищается металлическим ножом. При увеличении крутящего момента до определенной величины система срабатывает, включая сигнализацию. Подключив к сигнализаторам рабочие механизмы противообледенительной системы, можно обеспечить автоматическое управление системой, разгрузив экипаж от излишних операций в полете и повысив эффективность защиты летательного аппарата от обледенения.

1.6 Эксплуатация противообледенительных систем

Уход за системой противообледенения не вызывает особых затруднений. Работу системы проверяют в сроки, указанные регламентом технического обслуживания, после длительной стоянки (более двух месяцев) летательного аппарата и после проведения работ, связанных с демонтажем отдельных элементов противообледенительной системы. Если летательный аппарат оборудован воздушно-тепловой системой, то проверку ее работы на земле производят на режимах работы двигателей от 0,2 номинального до номинального включительно. Работу системы контролируют по загоранию ламп, сигнализирующих об открытии кранов подачи воздуха, или по температуре воздуха, поступающего в систему. Проверку противообледенительной системы воздухозаборников можно производить при неработающих двигателях путем визуального контроля за перекладкой каждой заслонки из закрытого положения в открытое и обратно. При этом необходимо убедиться, что заслонка и ее электромеханизм двигаются плавно, без заеданий, и люфты в тягах управления заслонкой отсутствуют.

Проверку противообледенительных систем электротеплового типа можно производить как от бортовых генераторов (при работающих двигателях), так и от аэродромных источников энергии. Работу системы контролируют по амперметрам и времени включения и выключения сигнальных ламп. Во избежание перегрева, в результате которого возможна деформация защищаемых от обледенения поверхностей, противообледенительные системы на земле включают на время, не превышающее указанного в инструкции по эксплуатации данного типа летательного аппарата. Если при этом режим работы сигнальных ламп не выдерживается или показания амперметра не соответствуют установленным, необходимо выключить систему и проверить исправность контакторов программного механизма и нагревательных элементов. Состояние наружных поверхностей противообледенителей проверяют путем визуального осмотра, в результате которого убеждаются в отсутствии механических повреждений, коробления обшивки, прогара и других дефектов.

Отрицательные температуры окружающего воздуха и повышенная водность приводят к обмерзанию воздухозаборников двигателей при стоянке летательного аппарата. Кроме того, из-за малого радиального зазора между лопатками и корпусом компрессора (турбины) иногда наблюдаются случаи примерзания лопаток к корпусу. Поэтому перед запуском двигателя при подготовке силовой установки к полету необходимо осмотреть входной канал двигателя, направляющий аппарат и первые ступени компрессора. В случае обнаружения на этих поверхностях льда, снега или инея рекомендуется прогреть и просушить входной канал горячим воздухом.

Запуск двигателя в условиях обледенения с включенной электротепловой противообледенительной системой не представляет опасности, так как обогреваемые поверхности достигают расчетной температуры достаточно быстро. Воздушно-тепловая система противообледенения из-за медленного прогрева защищаемых поверхностей не исключает возможности образования льда на этих поверхностях в процессе запуска двигателя. При достижении оборотов малого газа обледенение входных устройств прекращается.

Для некоторых типов двигателей с низкой степенью повышения давления за компрессором при работе на режиме малого газа или близком к нему тепловой энергии может быть недостаточно, чтобы устранить обледенение. В этом случае рекомендуется ограничивать или же полностью избегать опасных в отношении обледенения режимов работы двигателя.

Полеты в условиях обледенения необходимо производить с постоянно включенными противообледенительными системами двигателей и воздушных винтов. Их следует включать до входа в зону обледенения и выключать после выхода летательного аппарата из этой зоны. Необходимо помнить, что электротепловая система имеет тепловую инерцию значительно меньшую, чем воздушно-тепловая, а это значит, что воздушно-тепловую систему необходимо в опасных для обледенения случаях включать заблаговременно, чтобы защищаемые поверхности смогли как следует прогреться.

2. Воздушная и противообледенительная система ДТРД Д-30

Кроме основного газовоздушного тракта, в двигателе имеется ряд вспомогательных воздушных коммуникаций, с помощью которых осуществляется отбор воздуха из наружного и внутреннего контуров двигателя для обеспечения потребностей двигателя и самолета.

2.1 Воздушная система

2.1.1 Отбор воздуха для наддува лабиринтных уплотнений масляных полостей

Наддув лабиринтных уплотнений масляных полостей осуществляется воздухом, отбираемым из канала наружного контура двигателя.

Воздух отбирается из-за IV ступени первого каскада компрессора и из канала наружного контура двигателя и используется для наддува полостей лабиринтного уплотнения подшипников ротора первого и второго каскада компрессора, полостей лабиринтного уплотнения подшипников первой и второй турбины, приводов двух стартер-генераторов СТГ-12ТМО-1000, приводов датчиков числа оборотов роторов первого и второго каскада компрессора.

Использованный воздух стравливается в проточную часть компрессора; в масляную полость входного корпуса; в полость, образованную кожухом вала компрессора и внутренним кожухом камеры сгорания (данная полость суфлируется с каналом наружного контура двигателя); в полость верхней коробки приводов; в полость правой коробки приводов; в атмосферу через сопло двигателя.

2.1.2 Отбор воздуха на охлаждение узлов турбины

Для охлаждения турбины отбор воздуха осуществляется из внутреннего (высокого давления) и наружного (низкого давления) контуров двигателя. Воздух высокого давления охлаждает сопловые и рабочие лопатки I ступени, диски I, II и III ступеней с передней и задней сторон. Воздух низкого давления охлаждает диск IV ступени, наружные кольца сопловых аппаратов I, II, III и IV ступеней и детали задней опоры (роликового подшипника) вала второй турбины.

Охлаждающий воздух высокого давления, отбираемый из полости камеры сгорания перед жаровыми трубами, подается во внутренние полости дефлекторов сопловых лопаток, охлаждает сопловые лопатки и диски I II и III ступени. Использованный воздух выходит в проточную часть турбины.

Охлаждающий воздух низкого давления из наружного контура охлаждает коллектор термопар и их контактные устройства, детали задней опоры второй турбины и диск IV ступени турбины.

Наружные кольца сопловых аппаратов I, II, III и IV ступеней находятся в проточной части наружного контура и охлаждаются протекающим в нем воздухом.

К автомату запуска, на дренажную систему двигателя и к эжектору датчика обледенения воздух подводится из канала наружного контура двигателя. Отработанный воздух отводится на срез сопла.

2.1.3 Перепуск воздуха за IV и V ступенями второго каскада компрессора

Для обеспечения устойчивой работы двигателя на малых оборотах во втором каскаде компрессора за IV и V ступенями предусмотрен перепуск воздуха в канал наружного контура двигателя. Через отверстия в кольцах направляющих аппаратов IV и V ступеней второго каскада компрессора воздух поступает в две отдельные кольцевые полости, образованные корпусом перепуска, из которых через шесть дроссельных заслонок (по три заслонки на каждую ступень) выходит в канал наружного контура двигателя.

Управление дроссельными заслонками автоматическое, осуществляется двумя гидроцилиндрами, в которые поступает топливо высокого давления от насоса-регулятора НР-30 через центробежным регулятор ЦР-2 В.

2.1.4 Перепуск воздуха за X ступенью второго каскада компрессора

Для улучшения запуска двигателя за X ступенью второго каскада компрессора предусмотрен перепуск воздуха через клапан 24 в канал наружного контура при запуске двигателя.

Закрытие клапана прекращение перепуска воздуха производится автоматически под действием перепада давлений в каналах внутреннего и наружного контуров двигателя при достижении оборотов ротора второго каскада компрессора 6000±250 об/мин.

2.1.5 Отбор воздуха на самолетные нужды

Для наддува пассажирской кабины самолета воздух отбирается из полости корпуса перепуска за IV ступенью второго каскада компрессора.

На противообледенительную систему крыла и киля самолета воздух отбирается из полости корпуса перепуска за V ступенью второго каскада компрессора.

На обогрев воздухозаборника самолетного канала при оборотах ротора второго каскада компрессора выше 9400 об/мин воздух отбирается из полости корпуса перепуска за V ступенью второго каскада компрессора, а при оборотах ротора второго каскада компрессора ниже 9400 об/мин — из коллектора, расположенного в задней части внешней полости камеры сгорания, т. е. за X ступенью второго каскада компрессора.

Переключение отбора воздуха из-за V или X ступеней второго каскада компрессора осуществляется дроссельной заслонкой автоматически с помощью гидроцилиндра. В гидроцилиндр подается топливо под высоким давлением от насоса-регулятора НР-30 через центробежный регулятор ЦР-2 В.

Для наддува гидробака самолета и на замер статического давления после второго каскада компрессора воздух отбирается из полости диффузора камеры сгорания, т. е. после X ступени второго каскада компрессора. Штуцер замера статического давления в эксплуатации не используется и закрывается заглушкой.

2.2 Противообледенительная система ДТРД Д-30

В случае возникновения условий обледенения двадцать три (из 26-и) лопаток ВНА первого каскада компрессора и кок двигателя обогреваются воздухом, отбираемым из-за XI или VI ступени второго каскада компрессора в зависимости от режима работы двигателя. Переключение отбора производится автоматически в зависимости от режима работы двигателя. Остальные три лопатки обогреваются маслом, из них одна лопатка обогревается маслом, поступающим по внутренней полости лопатки для смазки роликовых подшипников первого каскада компрессора и ротора второй турбины, и две лопатки обогреваются маслом, откачиваемым из полости роликоподшипника первого каскада компрессора и проходящим через внутренние полости этих лопаток.

Противообледенительная система двигателя включает:

— стакан и трубопровод 21 (см. рисунок 2.1) отбора воздуха из-за XI ступени;

— стакан и трубопровод 16 отбора воздуха из-за VI ступени 2-го каскада компрессора;

— распределительную заслонку 19;

— трубопровод 15;

— электрозаслонку 14;

— агрегаты системы сигнализации обледенения.

Распределительная заслонка 19 автоматически переключает отбор воздуха из-за XI ступени на отбор из-за VI ступени второго каскада компрессора. Отбор воздуха из-за VI ступени производится на оборотах ротора второго каскада выше 8 700 150 об/мин. Ниже этих оборотов отбор производится из-за XI ступени.

К теплоизолированному коллектору 9 воздух поступает по трубопроводу 15 после открытия заслонки 14. Из коллектора воздух проходит в полости М внутри лопаток направляющего аппарата, обогревая их. Пройдя полости М, воздух поступает на обогрев наружной обечайки кока 1 и через отверстия в обечайке выходит в воздушный тракт компрессора.

Открытие электрозаслонки 14 и подача горячего воздуха на обогрев входных кромок лопаток ВНА и кока производится электромеханизмом ЭПВ-150МТ (или МП-5И) заслонки вручную специальным тумблером, или автоматически по сигналу «ОБЛЕДЕНЕНИЕ», выдаваемому сигнализатором обледенения ДО-206 (или ДО-202М) через блок автоматики БА-13 на электромеханизм ЭПВ-150МТ (или МП-5И).

1 — кок; 2, 3, 20, 31, 32, 37, 39 — отверстие для прохода воздуха; 4, 5 — клапан перепуска; 6 — патрубок отбора воздуха; 38 7, 11, 13, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 24, 27, 29, 30, 33, 35, 36, — воздухотрубопровод; 8 — стакан отбора воздуха; 9 — теплоизолированный коллектор; 10 — отверстие для балансировочного болта; 12 — передний дренажный бачок; 14 — электрозаслонка; 19 — распределительная заслонка; 23 — заслонка аварийного выключения турбины ППО; 25 — регулирующая заслонка; 26, 28 — воздушный фильтр; 34 — задний дренажный бачок Рисунок 2.1 — Система отбора воздуха и противообледенительная система двигателя

2.2.1 Перекрывная заслонка

Перекрывная заслонка с электромеханизмом МП-5И предназначена для подачи горячего воздуха на обогрев лопаток входного направляющего аппарата первого каскада компрессора и кока двигателя в случае возникновения условий их обледенения. Открытие и закрытие заслонки производится электромеханизмом МП-5И автоматически по электрическому сигналу, выдаваемому датчиком обледенения ДО-202М или вручную специальным тумблером. Возвратно-поступательное движение ходового винта электромеханизма МП-5И при помощи двух тяг и выступа оси заслонки преобразуется во вращательное движение заслонки.

Перекрывная заслонка с электромеханизмом устанавливается на корпусе первого каскада компрессора с правой стороны и крепится на трех шпильках к переднему фланцу корпуса четвертой ступени через кронштейн.

Перекрывная заслонка (рисунок 2.2) состоит из корпуса с заслонкой, электромеханизма МП-5И, угольника с кронштейном и крышкой, фланца и тяг соединения заслонки с электромеханизмом.

Корпус 4 заслонки изготовлен из титанового сплава, в центральной части имеет сквозное отверстие, перекрываемое заслонкой 5. В корпус установлены две бронзовые втулки, которые являются подшипниками оси 12 заслонки и два штифта 16 для фиксирования фланца 7 и угольника 11. В корпусе также имеются два отверстия для болтов 3 крепления кронштейна 1 к корпусу заслонки и четыре отверстия для болтов 17, стягивающих корпус заслонки с фланцами трубопроводов подвода и отвода горячего воздуха.

К корпусу 4 заслонки крепятся винтами фланец 7 и угольник 11, которые центрируются по цилиндрическим выступам корпуса. К фланцу 7 крепится на четырех шпильках электромеханизм 6, к угольнику 11 крепится двумя винтами кронштейн 10, паз которого является направляющим качения двух роликов 2, образующих ось соединения двух тяг 13 и 14.

Подвижные соединения тяг с ходовым винтом электромеханизма и осью заслонки закрываются крышкой 9, которая крепится шестью винтами угольнику 11.

Выступающий конец оси 12 заслонки соединен болтом 8 с тягой 13, состоящей из гильзы, штока тяги, пружины и двух шайб. Шток тяги с закрепленной на конце шайбой имеет возможность перемещаться в гильзе до полного сжатия пружины, опорными поверхностями для пружины являются шайбы, одна из которых закреплена на конце штока тяги, а вторая закреплена в конце гильзы развальцовкой. Гильза и тяга имеют ушки, которыми тяга крепится к выступу оси 12 заслонки и тяге 14.

1 — кронштейн; 2 — ролики; 3 — болты крепления кронштейна; 4 — корпус заслонки; 5 — заслонка; 6 — электромеханизм МП-5И; 7 — фланец; 8 — болт; 9 — крышка; 10 — кронштейн; 11 — угольник; 12 — ось заслонки; 13, 14 — тяги; 15 — ходовой винт электромеханизма; 16 — штифты; 17 — болты; 18 — заглушка вместо фланцев трубопроводов Рисунок 2.2 — Перекрывная заслонка с электромеханизмом

2.2.2 Электромеханизм МП-5И

Электромеханизм состоит из следующих конструктивных элементов:

— электродвигателя постоянного тока Д-2ЛИ;

— редуктора с передаточным числом;

— ходового винта;

— двух концевых выключателей;

— малогабаритного штепсельного разъема, стоящего из розетки и вилки.

Основные технические данные:

— Номинальное напряжение питания — 27 В.

— Скорость вращения якоря электродвигателя — 570 010%.

— Момент на валу электродвигателя — 20 г· см.

— Номинальная осевая нагрузка на ходовой винт, действующая против направления его движения — 5 кг.

— Максимальная осевая нагрузка — 8 кг.

— Рабочий ход ходового винта для заслонки — 18 мм.

— Допустимый максимальный рабочий ход ходового винта — 401,5 мм

— Скорость движения ходового винта при номинальной нагрузке, действующей против направления его движения, и номинальном напряжении — 12,55% мм/сек.

— Потребляемый ток при нагрузке на ходовой вин 5 кг — не более 0,20 А.

— Потребляемый ток при нагрузке на ходовой винт 8 кг — не более 0,23 А.

— Вес агрегата — не более 0,58 кг.

— Режим работы — повторно-кратковременный: выпуск и уборка ходового винта, перерыв 1 мин. Таких циклов 3, после чего перерыв до полного охлаждения.

— Срок службы — 2250 циклов (выпуск и уборка) при номинальной нагрузке, 250 циклов при максимальной нагрузке.

1 — ходовой винт; 2 — сдвоенное зубчатое колесо; 3 — корпус; 4 — крышка; 5 — подшипник; 6 — зубчатое колесо-гайка; 7 — втулка направляющая; 8 — шпилька; 9 — концевой выключатель выпуска; 10 — пружина пластинчатая; 11 — кулачок уборки; 12 — кулачок выпуска; 13 — болт; 14 — кожух; 15 — концевой выключатель уборки; 16 — кронштейн корпуса; 17 — винт; 18 — направляющая; 19 — уголок; 20 — ось неподвижная; 21, 22 — сдвоенные зубчатые колеса; 23 — зубчатое колесо электродвигателя; 24 — электродвигатель Рисунок 2.3 — Электромеханизм МП-5И Электродвигатель Д-2ЛИ представляет собой реверсивную машину постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, состоит из якоря, корпуса и двух щитов (со стороны коллектора и привода). Электрическая схема механизма приведена на рисунке 2.4.

Редуктор состоит из четырех ступеней прямозубой цилиндрической передачи (рисунок 2.3). На вал электродвигателя посажено зубчатое колесо 23, с которым сцеплено сдвоенное зубчатое колесо 22, сидящее свободно на оси 20. С зубчатым колесом 22 находится в зацеплении сдвоенное зубчатое колесо 2, с которым сцеплено сдвоенное зубчатое колесо 21, сидящее свободно на оси 20. С зубчатым колесом 21 сцеплено зубчатое колесо, конструктивно выполненное заодно с гайкой 6, имеющей внутреннюю трапецеидальную резьбу для соединения с ходовым винтом 1. Гайка 6 посажена на двух специальных радиально-упорных подшипниках 5. Весь редуктор заключен в корпус 3 и закрыт крышкой 4, которая имеет направляющую втулку 7 и четыре шпильки 8 для крепления электромеханизма.

на выпуск ходового винта к клемме Б подается «+», а к клемме, А подается «-»;

на уборку ходового винта к клемме В подается «+», а к клемме Б подается «-»

Рисунок 2.4 — Электрокинематическая схема механизма МП-5И На конец ходового винта 1 насажен кулачок 11, который скользит по направляющей 18, препятствуя вращению ходового винта. Направляющая 18 входит в паз кронштейна 16 корпуса и крепится к нему тремя винтами 17, два из которых крепят также уголок 19.

Кулачок 11 своим срезом скользит по одной из граней уголка 19, создавая, таким образом, дополнительное направление для ходового винта в крайнем убранном положении.

К кронштейну 16 крепятся болтами 13 с гайками концевые выключатели 15 и 9. Регулирование момента срабатывания механизма осуществляется путем перемещения концевых выключателей в пазах кронштейна. Концевой выключатель 9 выпуска штока срабатывает от кулачка 12.

К концевым выключателям 15 и 9 крепятся пластинчатые пружины 10, которые передают давление кулачков 11 и 12 на кнопки концевых выключателей.

К нижней части корпуса четырьмя винтами крепится электродвигатель 24. Концевые выключатели электродвигателя закрыты кожухом 14 с приваренными к нему втулками. Кожух крепится к корпусу четырьмя винтами, которые контрятся проверкой и пломбируются. К корпусу также крепится малогабаритный штепсельный разъем.

2.2.3 Принцип действия электромеханизма МП-5И

Вращение выходного вала электродвигателя передается через редуктор на гайку б (см. рисунок 2.3). В паре гайка 6 и ходовой винт 1 вращательное движение преобразуют в поступательное. Ходовой винт 1, перемещаясь на «Выпуск», перемещает кулачки 11 и 12, в выемку которых входит выступ направляющей 18. При подходе к крайнему выпущенному положению профиль кулачка 12 нажимает на язычок пластинчатой пружины, которая, нажимая на кнопку концевого выключателя 9, отключает питание электродвигателя.

При переключении двухполюсного выключателя электродвигатель вращается в обратном направлении. Ходовой винт начинает движение на «Уборку», при этом кулачок 12 освобождает кнопку концевого выключателя 9 и цепь «Выпуск» подготовлена снова к выпуску ходового винта.

Движение ходового винта 1 на «Уборку» продолжается до тех пор, пока кулачок 11 через пластинчатую пружину 10 не нажмет на кнопку второго концевого выключателя 15 уборки, который разорвет цепь уборки, после чего ходовой винт останавливается.

Буртик ходового винта и гайка (зубчатое колесо 6) являются гарантийными упорами убранного и выпущенного положений. Ходовой винт в крайних положениях не должен доходить до упоров. Движение ходового винта до одного из упоров выводит электромеханизм из строя, что свидетельствует о несоблюдении полярности подключения. Электромеханизм допускает в заводских условиях регулирование хода штока перемещением кулачка 12 вдоль ходового винта 1. Фиксация установленного положения кулачка осуществляется направляющей 18, закрепляемой винтами 17 на кронштейне 16 корпуса.

противообледенительный система обогрев лопасть

2.2.4 Система сигнализации обледенения двигателя Д-30

Система сигнализации обледенения предназначена для автоматического управления перекрывной дроссельной заслонкой подачи горячего воздуха к лопаткам входного направляющего аппарата первого каскада компрессора и к коку двигателя в условиях обледенения.

В систему сигнализации обледенения входят (рисунок 2.5) датчик обледенения ДО-202М, электромагнитный кран М782 000 и сигнализатор давления СДУ2−0,15.

1 — датчик обледенения ДО-202М; 2 — электромагнитный кран М782 000; 3 — сигнализатор давления СДУ2−0,15; 4 — заборник воздуха к эжектору датчика обледенения из-за первого каскада компрессора