Помпаж в авиадвигателях

[Xey]

aircraft+ в сообщении #1034363 писал(а):

поджиг происходит только в одном месте и не смещается.
Там ещё одна схема есть, но она сюда не влазит - размер большой.
Посмотрите так http://avia-simply.ru/wp-content/upload ... 24x409.jpg

Эта конструкция выглядит более громоздкой, может в ней и нет помпажа ?

[Chifu]

aircraft+ писал(а):

Каким именно внутренним причинам в компрессоре, кроме механических повреждений, которые мы уже отмели из анализа ?

Вы не хотите знать что такое помпаж, а хотите узнать только почему он происходит? Например при сверхзвуковом обтекании может быть помпаж воздухозаборника. Перетекание воздуха в обратном направлении в компрессоре может начаться с одной ступени (например с крайней ступени высокого давления), это нарушает работу следующих ступеней. Помпаж это циклический неустойчивый режим - пульсации, которые создают нерасчетную нагрузку на конструкцию двигателя, неустойчивость распространяется на весь двигатель - происходит потеря гидродинамической устойчивости двигателя.

[aircraft+]

Chifu в сообщении #1034384 писал(а):

Вы не хотите знать что такое помпаж, а хотите узнать только почему он происходит?

Вы правы, мне интересна причина (глубинная причина на физическом уровне), а не малозначащие определения, что это нестабильная работа двигателя вследствие сверхзвукового обтекания воздухозаборника.
Что именно происходит в системе компрессор-турбина, как перетекают потоки воздуха, давления и скорости потоков.

[Chifu]

aircraft+ писал(а):

Что именно происходит в системе компрессор-турбина, как перетекают потоки воздуха, давления и скорости потоков.

Так нужно рассматривать работу компрессора, в каком случае его работа устойчивая, а в каком нет. Общая причина - ламинарное течение становится турбулентным, это зависит от числа Рейнольдса, угла атаки лопаток, осевой скорости потока, расхода воздуха и т.д. По моему вы даже прочитать правильно не можете ... В воздухозаборнике например нет лопаток и они соответственно не вращаются. Может быть помпаж воздухозаборника, может быть помпаж компрессора, т.е. он может возникнуть в воздухозаборнике (при сверхзвуковом полете) и в компрессоре и привести к потере газодинамической устойчивости двигателя.

[aircraft+]

Chifu в сообщении #1034393 писал(а):

По моему вы даже прочитать правильно не можете ... В воздухозаборнике например нет лопаток и они соответственно не вращаются.

Что я не могу правильно прочитать ? Вот это ?

Chifu в сообщении #1034384 писал(а):

Например при сверхзвуковом обтекании может быть помпаж воздухозаборника.

Что такое "помпаж воздухозаборника" ?

[Chifu]

aircraft+ писал(а):

Что такое "помпаж воздухозаборника" ?

Неустойчивый режим работы воздухозаборника, пульсации давления в воздухозаборнике, пульсирующее перетекание воздуха в обратном направлении (из воздухозаборника).

[vorvalm]

aircraft+ в сообщении #1034245 писал(а):

Противоток пробивает ли давление компрессора и "выплёскивается" обратно на вход компрессора ? При этом если пошёл противоток, то это означает, что турбина-компрессор сильно сбавила обороты, а значит компрессор и не может уже создать серьёзного противодавления противотоку. Возникает положительная обратная связь - противоток тормозит компрессор - компрессор не создаёт противодавления - протвоток ещё сильнее тормозит компрессор и т.д.
Помпаж.

Совершенно неправильное представление о помпаже ТРД.
Рассмотрим это явление на примере двигателя АЛ-7Ф.
Это двигатель с 9-ти ступенчатым компрессором и 2-х ступенчатой турбиной на одном валу.
Имеется автоматическая механизация компрессора: поворотный направляющий аппарат у 2 ступени
и окна выпуска воздуха у 5 и 7 ступенях, закрытые лентами.
Известно, что многоступенчатый компрессор может устойчиво работать в узком диапазоне оборотов,
поэтому применяют механизацию для расширения этого диапазона.
Расчетный диапазон оборотов - взлетный режим (100%) и крейсерский (75%) на форсаже или без.
Вот в этом диапазоне оборотов компрессор должен работать устойчиво без всякой механизации.
Проблема возникает при уменьшении оборотов ниже 75%.
При этом производительность первых ступеней компрессора (1 - 4) начинает превышать производительность
последних ступеней (5 - 9) и может образоваться воздушная пробка, т.к. эти ступени не могут пропустить через
себя весь воздух, поступающий от первых ступеней.
Вот здесь и нужна механизация, чтобы сбросить лишний воздух в атмосферу снчала у 5 ступени,
а затем и у 7 ступени.
В случае отказа автоматики механизации компрессора, т.е. окна вовремя не открываются,
и возникает помпаж.

[dvb]

aircraft+ в сообщении #1034133 писал(а):

Вопрос первый.
Что собой представляет турбореактивный двигатель ?
Турбина это в первую очередь или компрессор ? От чего это зависит ?

Это, безусловно, турбина.

vorvalm в сообщении #1034188 писал(а):

В примусе все есть для ВРД: сжатый воздух, керосин и форсунка для образования смеси воздуха и керосина.

К помпажу это отношения не имеет - в примусе нет вращающихся частей.
Насколько мне известно, причиной помпажа является срыв ламинарного потока на лопатках компрессора. В этом случае, в некотором объеме за компрессором возникает зона турбулентности, которая "запирает" поток. Как следствие, горючее из форсунок сгорает не полностью, обороты резко падают и т.д. Изучение этого явления - задача газовой динамики, чисто механическая модель неадекватна.
В жидкостях аналогичное явление возникает, например, на лопатках винта морского судна при больших оборотах вала - тяга резко падает. Есть версия, что авария на Саяно-Шушенской ГЭС связана с этим явлением.

[statistonline]

dvb в сообщении #1035649 писал(а):

на лопатках винта морского судна при больших оборотах вала

А можно поподробнее этот момент? Почему здесь возникает "помпаж"? И с Саяно-Шушенской ГЭС тоже хотелось бы чуть подробнее - как в гидроустановке, размещенной на разных уровнях, возникает помпаж?

[vorvalm]

dvb в сообщении #1035649 писал(а):

К помпажу это отношения не имеет - в примусе нет вращающихся частей.

Почему же? Если засорится форсунка, то помпаж будет очевиден.
К примусу придается специальная ручка с иголкой для чистки форсунки.

[dvb]

vorvalm в сообщении #1035668 писал(а):

Почему же? Если засорится форсунка, то помпаж будет очевиден.

Примус - аналог прямоточного двигателя. Засорение форсунки - техническая проблема, а помпаж в ТРД- следствие некоторого физического явления. Суть его в том, что при определенных режимах компрессор перестает быть компрессором. Задайтесь вопросом, почему бы ему не работать всегда, если только он исправен и лопасти крутятся?

statistonline в сообщении #1035650 писал(а):

А можно поподробнее этот момент?

Я не специалист в газовой динамике. Но, таки...
Вероятно, Вы в курсе, что в движущейся жидкости или в газе давление меньше, нежели в покоящейся рядом. Поток жидкости через некоторое сечение всегда имеет некоторое разнообразие скоростей. К тому же, лопатки турбины или компрессора придают потоку вращательное движение. Если скорость лопаток превысит некоторую критическую, ламинарный (то есть непрерывный и гладкий) поток обтекания превращается в турбулентный (то есть хаотический), давление в котором резко падает. В жидкости, при этом, образуются даже пузырьки пара (то есть, давление настолько низкое, что она вскипает). Средняя плотнось среды падает, что при той же отдаче мощности копрессором (или винтом) вызывает увеличение оборотов, усугубляя процесс. Собственно помпажем именуют последствия всего этого в авиадвигателях. Как эта цветомузыка называется в других местах - не знаю. Но, к примеру, у гидроагрегатов Саянской ГЭС от центральной части рабочего колеса всегда тянется, так называемый, кавитационный жгут, давление в котором ниже атмосферного, через который из нижнего бъефа станции может даже подсасываться воздух, вызывая всякие неприятности. И для борьбы с этим через вал под колесо через специальные отверстия подается воздух - он сам туда засасывается.

[vorvalm]

dvb в сообщении #1036069 писал(а):

Примус - аналог прямоточного двигателя. Засорение форсунки - техническая проблема, а помпаж в ТРД- следствие некоторого физического явления. Суть его в том, что при определенных режимах компрессор перестает быть компрессором. Задайтесь вопросом, почему бы ему не работать всегда, если только он исправен и лопасти крутятся?

Помпаж - любое нарушение ламинарного потока газа или жидкости. Но жидкость несжимаема и в ней большее значение
имеет кавитация.
Но вы, в основном, правильно понимаете физический смысл помпажа компрессора ТРД.
Вернемся к двигателю АЛ-7Ф.
В инструкции по эксплуатации этого двигателя не рекомендуется резко изменять обороты в диапазоне 75% - 50%.
При плавном уменьшении оборотов ниже 75% (при условно отказавшей автоматике компрессора) вначале появляется
"предупреждающий помпаж" в виде периодических толчков тяги двигателя с частотой 1 - 2 гц.
Это первый сигнал о том, что компрессор выходит из устойчивого режима. Это означает, что последние ступени
компрессора (5 - 9) уже не могут пропустить через себя весь воздух, поступающий из первых ступеней и происходит задержка потока.
Процесс происходит достаточно быстро. В замедленном темпе происходит следующее.
Как только часть воздуха задерживается у 5-ой ступени, передние ступени (1 - 4) выходят из расчетного режима
и начинают просто перемешивать воздух как миксер. Это первый тормозной толчок тяги двигателя.
Производительность первых ступеней падает, нагрузка на компрессор уменьшается и обороты двигателя автоматически возрастают,
что приводит к увеличению производительности последних ступеней и они "проталкивают" через себя лишний воздух.
Это второй ускоряющий толчок тяги.
Как только устойчивый процесс компрессора на короткое время восстанавливается, обороты двигателя возвращаются
в ранее заданный режим, т.е.менее 75%, и все повторяется снова.
Для выхода из этого помпажа достаточно добавить "газу" и компрессор полностью восстанавливает расчетный режим.
Но это не все. Ведь при посадке все равно придется убирать обороты до малого газа (50%)
На этот счет есть специальные указания в инструкции (т.н. особый случай)
А вот если резко убрать обороты до малого газа при неработающей автоматики компрессора, произойдет настоящий помпаж, вплоть до выключения двигателя.

[dvb]

aircraft+ в сообщении #1034392 писал(а):

мне интересна причина (глубинная причина на физическом уровне)

Посмотрел в разных местах, что там называют помпажем - везде долдонят "неустойчивость" , а каков физический механизм ее возникновения нигде не говорят. Из общих соображений: неустойчивость в любой системе связана с наличием положительной обратной связи. Как она возникает в многоступенчатом компрессоре - та еще физическая задачка. Понять бы хоть качественно, может ли, и как именно она возникает в простейшей системе: труба, в ней на одном валу турбина с форсунками и крыльчатка компрессора. Механизмов возникновения неустойчивости примерно два. Первый я описал - срыв потока в зоне крыльчаток компрессора. Второй - волновые процессы в трубе. При подходящих условиях, вероятно, вследствии конечности скорости звука, может возникнуть взаимодействие между турбиной и компрессором через посредство модуляции давления в жидкости или газе. Первый механизм, на мой взгляд, ответственен за низкочастотные колебаниия, второй - за высокочастотные.
В обоих случаях могут иметь место автоколебания а при случае и резонанс.
Вы слышали, как ревут водопроводные трубы, если у соседа в старом кране износилась прокладка. Там работает второй механизм: колебания запирающего поршня (а он подвижен) модулируют давление в трубе, его колебания в свою очередь, отражаясь от изгибов, поддерживают колебания поршня. Можно и это назвать помпажем, но названия сами по себе ничего не объясняют, равно как и сведения из всякого рода инструкций по эксплуатации.

[vorvalm]

Мною приведены данные о помпаже конкретного двигателя АЛ-7Ф, отработавшего на самолетах П.О.Сухого
более 20 лет, да и сегодня в модифицированном виде работают на самолетах Су.
Помпаж на двухвальных ТРД имеет совершенно другое происхождение.

[aircraft+]

dvb в сообщении #1036493 писал(а):

Посмотрел в разных местах, что там называют помпажем - везде долдонят "неустойчивость" , а каков физический механизм ее возникновения нигде не говорят. Из общих соображений: неустойчивость в любой системе связана с наличием положительной обратной связи. Как она возникает в многоступенчатом компрессоре - та еще физическая задачка.

Ну вот, начинаем приближаться к сути.
Соображения такие. Пока упрощённо.
Пока отвлечёмся от того фактора, что привод компрессора обеспечивается турбиной, мощность которой в свою очередь зависит от получаемого от компрессора воздуха.
Это одна из связей в двигателе, которая при определённых условиях может быть положительной обратной связью и вызывать неустойчивость работы (возможно и помпаж). Но пока рассмотрим процессы без неё.

За счёт каких факторов воздух засасывается турбиной ?
1. Авиадвигатель летит навстречу воздуху с большой скоростью, вследствие чего воздух попадает в турбину "самотёком" даже если компрессор не вращается.

2. Вращающийся компрессор, создаёт дополнительный фактор всасыванию воздуха в турбину.

3. Воздух после каждой ступени компрессора ускоряется и вследствие уравнения Бернулли и уравнения неразрывности давление после каждой ступени должно падать. Однако проточная часть компрессора сконфигурирована так, что давление там не падает, а скорее наоборот, увеличивается за счёт сужения проточной части.
Однако это справедливо только для номинальной скорости вращения. Для других скоростей давление на последних ступенях компрессора может как повышаться выше номинального, так и понижаться, создавая разрежение, которое и является третьим фактором, всасывающим воздух в компрессор из атмосферы.
И это создаёт ещё одну положительную обратную связь в двигателе.

Что думаете ? Логично ?