Exhaust اگزاست جت

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: Tehran, Qeytariyeh

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 925

سپاس: 595

جنسیت:

تماس:

Exhaust اگزاست جت

پست توسط rohamjpl »

Exhaust
اصول عملکرد
مشخصات جریان گاز
تولید و مواد
Afterburners: مقدمه
Afterburners: عملیات
Afterburners: سیستم کنترل
Afterburners: Design & Manufacture
Afterburners: عملکرد
اصول عملکرد
همه موتورهای جت دارای سیستم اگزوز با درجه پیچیدگی متفاوتی هستند تا بتواند گازهای خروجی از توربین را با سرعت و جهت معینی به اتمسفر هدایت کند. بالاخره این سرعت و فشار گازهای خروجی است که نیروی محرکه را ایجاد می کند که هواپیما را به جلو سوق می دهد. این امر در مورد توربوپراپ ها صادق نیست که بیشتر انرژی گازهای خروجی برای رانندگی ملخ مصرف می شود. طراحی قسمت اگزوز ظاهراً ساده است اما می تواند تأثیر بسزایی در عملکرد کلی موتور داشته باشد.تصویر
دمای گازهای ورودی به اگزوز بسته به نوع موتور می تواند بین 550 تا 850 درجه سانتی گراد باشد. توربوپراپ ها و توربوفن ها با نسبت بای پس بالا جریان گازهای خروجی خنک تری دارند. در انتهای مخالف طیف ، اگر از یک مشعل پس از سوزاندن استفاده شود ، دما در لوله جت می تواند به 1500 درجه سانتی گراد برسد و از آن فراتر رود. اگرچه نحوه انجام احتراق و طراحی خنک کننده پیشرفته باعث می شود که آستر و محفظه اگزوز از قرار گرفتن در معرض چنین دمای بالایی محافظت شود ، اما انتخاب و ساخت مواد در جلوگیری از خستگی حرارتی و ترک خوردن بسیار مهم است.
بخش اگزوز با Afterburner
موتورهای جت تجاری دارای یک نازل خروجی ثابت هستند که اندکی به هم نزدیک می شوند تا شکل گیری جت را افزایش دهند (یعنی شتاب گازهای خروجی). این در اصل بسیار ساده است ، اما در واقعیت ، ویژگیهای کاهش نویز بر پیچیدگی هندسه و ساخت می افزاید. با این حال ، اگر از مشعل پس از سوزاندن استفاده می شود ، نازل اگزوز باید بتواند بین دو موقعیت جابجا شود یا کاملاً متغیر باشد تا عملکرد کارآمد در محدوده حجم گازهای خروجی را امکان پذیر کند. این امر پیچیدگی قابل توجهی را به طراحی ، مونتاژ و عملکرد قسمت اگزوز اضافه می کند. در موارد دیگر ، به ویژه در مواردی که از ضریب بای پس بالا استفاده می شود ، قسمت اگزوز ممکن است دارای ویژگی های اختلاط جریان باشد.
مشخصات جریان گاز
گازهای خروجی از توربین با سرعتی بین 200-350 متر بر ثانیه خارج می شوند ، این میزان به اندازه ای بالاست که تلفات اصطکاک قابل توجهی در طول لوله جت بوجود می آید. بنابراین ، مطلوب است که جریان را که از طریق مخروط خروجی به دست می آید ، که دو عملکرد را انجام می دهد ، کاهش دهیم. به تدریج سطح مقطع را افزایش می دهد ، بنابراین جریان را کند می کند و همچنین از گردش مجدد جریان در انتهای توربین ، به سمت مرکز دیسک جلوگیری می کند. سرعت در این قسمت از اگزوز معمولاً در حدود 0.5 ماخ ، یعنی کمی کمتر از 300 متر در ثانیه ، برای دمای گازها ثابت نگه داشته می شود (به یاد داشته باشید که سرعت صدا با افزایش دما افزایش می یابد). تلفات نیز با چرخش اندک جریان هنگام خروج جریان از توربین ایجاد می شود ، اما اتصال مخروط به بدنه با قطعاتی به شکل هوافیله که به اصلاح جهت جریان نیز کمک می کند ، انجام می شود.تصویر
هندسه نازل
قبل از انتشار گازها به جو ، آنها از یک قسمت همگرا عبور می کنند که سرعت تخلیه را افزایش می دهد. به طور کلی ، سرعت تخلیه تنها زمانی صوتی است که سطوح رانش عمداً پایین باشد. در شرایط عادی کار ، جریان برای دمای خروجی معین به سطوح صوتی می رسد. در آن نقطه ، می توان آن را خفه توصیف کرد ، به این معنی که افزایش بیشتر سرعت جریان امکان پذیر نیست مگر اینکه دما افزایش یابد. این باعث ایجاد فشاری در انتهای نازل می شود که بیشتر از فشار اتمسفر است و تبادل پتانسیل ها منجر به "فشار فشار" می شود.
یک نازل اگزوز همگرا ساده انرژی را هدر می دهد زیرا گازهای خروجی به اندازه کافی به سطح فشار اتمسفر منبسط نمی شوند. بسته به نوع موتور و هواپیما ، از نازل اگزوز همگرا-واگرا (د لاوال) ممکن است برای بازیابی مقداری از پتانسیل انرژی از سطوح فشار بالا و منجر به شتاب بیشتر جریان استفاده شود.
نازل اگزوز همگرا-واگرا (د لاوال)
در یک نازل همگرا-واگرا ، گازهای خروجی تا نقطه صوتی در گلو (باریک ترین نقطه) شتاب می گیرند و در قسمت واگرا تا زمان خروج از نازل کاملاً مافوق صوت هستند. این انبساط سریع همچنین منجر به رانش خالص روی دیواره های بخش واگرا می شود و کل رانش تولید شده را بیشتر می کند.
اندازه نازل در دستیابی به تعادل بین فشار ، دما و فشار مورد نیاز بسیار مهم است. مساحت نازل کوچکتر منجر به افزایش همه این متغیرها می شود اما خطر افزایش کمپرسور را نیز افزایش می دهد. افزایش مساحت این مقادیر را کاهش می دهد ، اما ممکن است این کار را در سطوح ناکارآمد انجام دهد. حتی در موتورهایی که دیواره های نازل خارجی ثابت هستند ، در برخی موارد ممکن یا حتی مطلوب استبرای انجام تنظیمات کوچک در سطح مقطع نازل با استفاده از فلپ یا شاخه های متحرک برای عملکرد کارآمدتر. این به این دلیل است که در دورهای کمتر موتور (و متعاقب آن درجه حرارت) از ناحیه کمی بزرگتری استفاده می شود و هنگامی که شرایط اجازه حداکثر رانش را می دهد ، کاهش می یابد.
میکس بای پس
همانطور که قبلاً بحث شد ، موتورهای جت با بای پس باعث ایجاد جریان سرد هوای دور زدن و جریان داغ جریان هسته می شوند. در برخی موارد ، دو جریان به بخش مشترکی از اگزوز برای مخلوط کردن کارآمدتر معرفی می شوند. در موارد دیگر ، و به ویژه در مواردی که نسبت بای پس بالا استفاده می شود ، ممکن است مخلوط خارجی باشد زیرا هر سطح مقطع خروجی برای جریان خاص بهینه شده است.
تولید و مواد
واضح است که اگزوز باید بتواند با دمای بالا کنار بیاید. این امر با استفاده از ترکیبی از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و خنک کننده کارآمد با استفاده از جریان خون و دور زدن هوا به دست می آید. با این حال ، برخلاف توربین ، مجموعه اگزوز در مجاورت بیشتری با سایر قسمتهای هواپیما قرار دارد و برای محافظت از آنها ، از عایق حرارتی استفاده می شود. لایه های بیرونی عایق حرارتی غالباً از فولاد بافت دار ساخته می شوند تا سطح را افزایش داده و تغییر شکل های بزرگتر را بدون ترک خوردگی در خود جای دهند. علاوه بر عایق حرارتی ، ممکن است از لایه های کاهش دهنده سر و صدا نیز استفاده شود. این می تواند اشکال مختلف داشته باشد ، اما یک ساختار عسلی سبک که بین ورق های فولادی قرار گرفته است یک گزینه معمول است.
عایق
برای دمای گازهای خروجی بسیار بالا ، لوله جت معمولاً از دو سیلندر متحدالمرکز با فاصله بین آنها تشکیل شده است. قسمت داخلی آن آستر نامیده می شود و جریان خنکی از هوا بین آستر و روکش جریان می یابد. این جریان برای حفظ دمای آستر در سطوح قابل قبول ضروری است و همچنین در انتقال گرما از جریان اصلی بسیار مهم است. آستر سوراخ شده است تا امکان کنترل هوای بای پس خنک را در قسمت هسته گرم فراهم کند.
مخروط خروجی و پایه های آیرودینامیکی نیز به گونه ای طراحی شده اند که امکان انبساط حرارتی و کاهش تنش های حرارتی ایجاد شده در حین کار را فراهم می کند.
این ملاحظه به سایر قسمتهای اگزوز نیز کشیده می شود - انبساط حرارتی محیطی و محوری می تواند قابل توجه باشد و تکنیک های نصب به گونه ای است که باید این انبساط و انقباض را بدون تغییر شکل یا ترک خوردگی بیش از حد امکان پذیر سازد.
Afterburners: مقدمه
Afterburning روشی برای افزایش چشمگیر رانش موتور جت برای مدت زمان کوتاهی است که می تواند در شرایط خاص مانند نیاز به حرکت بسیار سریع یا طول بلند برخاستن مفید باشد. بسیاری از جت های رزمی مجهز به موتورهای پس سوز هستند. حتی اگر در این صنعت با بودجه سخاوتمندانه هزینه سوختن پس از سوختن را در نظر بگیریم ، میزان مصرف سوخت برشی و خرابی خسارت به موتور ، استفاده از پس سوز را در مواردی که برای انجام آن ضروری است ، محدود می کند.
پس از سوزاندن با تزریق سوخت در فضای بین توربین و نازل خروجی برای احتراق با هوای باقی مانده تحقق می یابد. این فرآیند سرعت جریان و متعاقباً فشار قابل دستیابی را افزایش می دهد. درجه حرارت در هسته لوله جت می تواند تا 1700 درجه سانتی گراد باشد ، اما این جریان بسیار داغ هوا در مرکز لوله متمرکز شده است ، در حالی که جریان خنک تر "مرز" از گرم شدن بیش از حد خط جلوگیری می کند. همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت ، هنگام استفاده از مشعل پس از افزایش نازل اگزوز باید از افزایش فشار بیش از حد جلوگیری کرد که بر عملکرد موتور به طور کلی تأثیر منفی می گذارد.
برعکس ، هنگامی که یک مشعل پس از نصب نصب می شود اما مورد استفاده قرار نمی گیرد ، سطح انتهای اگزوز کمی کوچکتر از آن چیزی است که در آن موتور اصلا مشعل پس از نصب نداشت. این امر به دلیل آرایش کمی متفاوت اجزای اگزوز و وزن اضافه است.
اگر موتور دارای بای پس باشد ، تزریق سوخت پس از اتصال مجدد دو جریان انجام می شود. در موارد نادر ، سوزاندن بعد از سوخت را می توان در دو جریان جداگانه انجام داد ، در حالی که مخلوط کردن قبل از ورود جریان به نازل انجام می شود. حتی در مورد اخیر ، برخی از فعل و انفعالات بین جریانها برای کمک به احتراق در جریان سردتر وجود دارد.
Afterburners: عملیات
همانطور که قبلاً اتفاق افتاد ، سرعت خروج گازهای خروجی از توربین بسیار زیاد است. با این حال ، هنگام استفاده از مشعل پس از این سرعت ، نه تنها منبع تلفات اصطکاکی است ، بلکه از احتراق کامل نیز جلوگیری می کند. به روش مشابه ، سطح مقطع افزایش می یابد تا سرعت قبل از تزریق سوخت کاهش یابد. در برخی از طرح ها ، این کاهش کافی نبوده و منجر به این می شد که سوخت نسوخته به طور موثری توسط جریان به سمت اتمسفر منتقل شود. برای جلوگیری از آن ، گاهی اوقات بلافاصله پس از تزریق سوخت از تثبیت کننده های شعله استفاده می شود. هدف از این کار معرفی یک چرخش جزئی است که به طور ذاتی جزء محوری آن را کند می کند
جریان و فرآیند احتراق کارآمد را حفظ می کند.
انژکتورهای سوخت به طور یکنواخت در امتداد یک حلقه در وسط پس سوز توزیع شده اند. احتراق مخلوط سوخت و هوا را می توان به روش های مختلف متوجه شد:
از طریق احتراق کاتالیزوری که نتیجه یک واکنش شیمیایی است ، زیرا مخلوط هوا و سوخت بر روی یک عنصر فلزی بخار می شود (معمولاً از پلاتین یا رودیوم ساخته شده است)
از طریق جرقه شمع در کنار انژکتور سوخت قرار بگیرید
از طریق اشتعال داغ که در آن شعله ای که از محفظه احتراق اصلی سرچشمه می گیرد ، سوخت را در مشعل پس از سوختن نیز شعله ور می کند
حتی اگر از نظر فنی امکان وجود خود اشتعال به دلیل دمای بالای بین توربین و خروجی وجود داشته باشد ، این امر فقط در سطح دریا صادق است و با فرض اینکه دما همیشه 800 درجه سانتیگراد یا بیشتر است. تغییر فشار در ارتفاعات باعث می شود که خود اشتعال غیرممکن شود و در نتیجه به سیستم احتراق قوی نیاز است.
. Afterburners: سیستم کنترل
عملکرد کارآمد پس سوز نیاز به هماهنگی سیستم تزریق سوخت و سیستم مکانیکی کنترل کننده نازل اگزوز متغیر دارد. در موتورهای قبلی ، خلبان قادر به کنترل ناحیه خروجی بر اساس نسبت بین فشار خروجی کمپرسور و فشار لوله جت بود. هنگامی که منطقه به صورت دستی افزایش می یابد ، سوخت به طور خودکار افزایش می یابد. یک سیستم کنترلی بر اساس این اندازه گیری ها اطمینان می دهد که نسبت فشار در موتور بدون در نظر گرفتن روشن یا خاموش بودن مشعل پس از حرکت ثابت است. در موتورهای مدرن تر ، پس سوز در تنظیمات از پیش تعیین شده استفاده می شود و هر یک از آنها را قادر می سازد تا به طور خودکار هم سطح اگزوز و هم منبع سوخت را تنظیم کند.
هنگام شروع سوختن ، شیر سوخت برای تزریق سوخت به مشعل بعد باز می شود و احتراق آن منجر به افزایش فشار در لوله جت می شود (مانند نسبت فشارها در خروجی کمپرسور و افت لوله جت). در پاسخ ، گلبرگهای اگزوز باز می شوند تا سطح مقطع را افزایش داده و سپس فشار لوله جت را کاهش دهند (نسبت فشار به همان سطحی که قبل از استفاده از مشعل پس از آن استفاده شده بود بازگردانده می شود).
همچنین شایان ذکر است که مصرف سوخت پس سوز نسبتاً زیاد است و به منظور جلوگیری از نوسانات در تامین محفظه احتراق ، معمولاً از یک پمپ سوخت جداگانه برای پس سوز استفاده می شود.
Afterburners: Design & Manufacture
انتخاب مواد برای پس سوز تا حد زیادی شبیه به اگزوز است- لوله جت اغلب از فولاد آلیاژی ساخته شده است که می تواند درجه حرارت بالا را تحمل کند ، اما از نظر تولید کمی سخت تر است و نسبت به لوله های جت موتورها عایق بیشتری نیاز دارد. بدون پس سوز این به دلیل افزایش دما و فشارها ، حتی به صورت لحظه ای است. یک آستر نیز در اکثر مجموعه های پس سوز استفاده می شود و جدا از هدف اصلی خنک کننده ، همچنین به عنوان یک مانع صوتی و ارتعاشی برای بقیه مجموعه عمل می کند.
نازل معمولاً قبل از اتصال به لوله جت به طور جداگانه تولید و مونتاژ می شود. نازل می تواند یک نازل دو حالته باشد که فقط بین حالت باز و بسته حرکت می کند یا نازل منطقه متغیر. حالت اول شامل دو "پلک" است که بسته به روشن یا خاموش بودن سوزاندن بعد از باز شدن و جمع شدن جمع می شوند. دومی شامل چندین تخته لولا ('گلبرگ') است که می تواند به طور طبیعی توسط جریان گاز فشار داده شود تا باز شود. اگر نازل در حداقل موقعیت خود (کوچکترین قطر) باقی بماند ، از عملگر هیدرولیکی یا الکترومکانیکی استفاده می شود.
نازل اگزوز منطقه متغیر
سیستم تزریق سوخت شامل یک یا چند آرایه متحدالمرکز است که روی بدنه پس سوز چسبانده شده اند. ستون های نصب نیز لوله ها یا کانال هایی را که سوخت را به نقاط تزریق می رسانند ، در خود جای داده است. تثبیت کننده شعله یک حلقه V شکل است که بلافاصله پس از تزریق کننده ها نصب می شود.
Afterburners: عملکرد
افزایش رانش
افزایش رانش قابل استفاده از پس سوز بستگی به افزایش سرعت گاز دارد ، که بستگی به افزایش دما در انتهای خروجی دارد. افزایش نسبت سرعت برابر است با ریشه مربعی افزایش نسبت دما. به عنوان مثال ، اگر دمای گازهای خروجی پس از توربین 650 درجه سانتی گراد و پس از سوختن ، دما برابر با 1250 درجه سانتی گراد باشد ، نسبت افزایش دما برابر است با:
$\frac{T_2}{T_1}=\frac{1250+273}{650+273}\approx1.650$
به این ترتیب ، افزایش نسبت سرعت برابر است با:
$\sqrt{1.650}\approx1.28$
یعنی 28 درصد در صورت استفاده از موتور سوز پس از رانش ، موتورهای جت با بای پس تا 70 درصد افزایش می یابد. هنگام حرکت با سرعت بالا ، رانش اضافی می تواند بسیار بیشتر باشد. در نهایت ، و از آنجا که افزایش رانش به افزایش دما بستگی دارد ، قابلیت های حرارتی مواد و اجزا در یک مشعل پس از آن چیزی است که اوج پتانسیل آن را تعیین می کند.
تروس
t در مقابل افزایش دما
مصرف سوخت
ما قبلاً اشاره کردیم که استفاده از یک مشعل پس از سوخت تاثیر بسزایی در کل مصرف سوخت دارد. اگرچه افزایش رانش می تواند قابل توجه باشد ، مصرف سوخت مخصوص رانش (TSFC) نیز به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. دلیل اساسی این کاهش بهره وری سوخت این است که احتراق در مشعل پس از سوخت با فشار نسبتاً کم و سرعت بالا صورت می گیرد که هر دو ایده آل نیستند.
مصرف سوخت مخصوص رانش (TSFC) با و بعد از سوختن
این بدان معناست که برای هواپیماهایی که در سطح دریا و با سرعت 0.9 ماخ حرکت می کنند ، TSFC هنگام استفاده از سوزان پس سوز 2.2 برابر بیشتر است. اگر در نظر بگیریم که زمان صرفه جویی شده برای رسیدن به ارتفاع مسافرت بطور قابل ملاحظه ای کوتاه می شود ، استفاده از پس سوز در هنگام برخاستن از نظر مصرف سوخت چندان ممنوع نیست. در مواردی مانند برخاستن از ناو هواپیمابر یا باند کوتاه در ارتفاع زیاد ، استفاده از مشعل پس از موجه هم موجه است و هم بسیار مفید.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست