컴프레서 스톨

컴프레서 스톨은 가스터빈 또는 터보차저의 컴프레서에 있는 기류가 국지적으로 차단되는 것입니다.컴프레서를 통과하는 기류가 완전히 중단되는 것을 컴프레서 서지라고 합니다.이 현상의 심각도는 엔진 계측기에 의해 거의 기록되지 않은 순간적인 출력 강하에서 서지 발생 시 압축이 완전히 손실되는 것까지 다양하며, 정상 작동을 복구하기 위해 연료 흐름의 조정이 필요합니다.

압축기 스톨은 단순한 공기역학 및 수동 또는 기계식 연료 제어 장치를 갖춘 초기 제트 엔진에서 흔히 볼 수 있는 문제였지만, 보다 나은 설계와 Full Authority Digital Engine Control과 같은 유압 기계 및 전자 제어 시스템의 사용으로 사실상 제거되었습니다.최신 컴프레서는 엔진의 작동 범위 내에서 스톨을 방지하거나 제한하도록 세심하게 설계 및 제어됩니다.

종류들

컴프레서 스톨에는 두 가지 유형이 있습니다.

회전 스톨

회전 스톨은 압축 공기를 계속 공급하지만 효과는 감소하는 컴프레서 내부의 공기 흐름을 국지적으로 방해하는 것입니다.회전 스톨은 에어포일의 일부에서 에어포일이 정지하여 컴프레서를 불안정하게 하지 않고 국부적인 공기 흐름을 방해할 때 발생합니다.정지된 에어포일은 상대적으로 정체된 공기 주머니(스톨 셀이라고 함)를 만들어 흐름 방향으로 이동하지 않고 컴프레서 원주 주위로 회전합니다.스톨 셀은 로터 블레이드와 함께 회전하지만 속도의 50~70%로 회전하며, 각각 스톨 셀과 마주칠 때 로터 주변의 후속 에어포일에 영향을 미칩니다.유로환 주위의 불안정성 전파는 인접한 블레이드에 입사 스파이크를 일으키는 스톨 셀 폐색에 의해 구동된다.인접한 블레이드는 입사 스파이크의 결과로 정지하여 로터 주위에 정지 셀 "회전"을 일으킵니다.또한 컴프레서 디스크의 전체 둘레를 덮지만 반경 면의 일부만 덮고 컴프레서 면의 나머지 부분은 계속 정상 흐름을 통과하는 공리 대칭의 안정적인 국소 스톨이 발생할 수 있습니다.

회전 스톨은 외부 장애로 인해 순간적일 수도 있고, 컴프레서가 정지 영역과 비정지 영역 사이의 작동 평형을 발견함에 따라 안정적일 수도 있습니다.국부적 스톨은 컴프레서의 효율을 크게 떨어뜨리고 영향을 받는 지역에서 스톨 셀과 조우하는 에어포일의 구조적 부하를 증가시킵니다.그러나 대부분의 경우 압축기 에어포일은 정상적인 기류에 대한 장애를 흡수할 능력이 없는 상태에서 임계 부하가 걸려 원래 스톨 셀이 인근 영역에 영향을 미쳐 정지된 영역이 급속하게 성장하여 완전한 컴프레서 스톨이 된다.

축대칭 스톨 또는 압축기 서지

일반적으로 컴프레서 서지(compressor surge) 또는 압력 서지(pressure surge)로 더 잘 알려진 악시-대칭 스톨은 컴프레서가 이미 압축된 공기에 대해 작업을 계속할 수 없기 때문에 흐름이 역전되고 엔진 흡입구를 통해 이전에 압축된 공기가 격렬하게 배출되는 압축이 완전히 파괴된 것입니다.컴프레서는 압력 상승 능력의 한계를 초과하는 조건을 경험하거나 순간적인 장애를 흡수할 능력이 없을 정도로 부하가 높으며, 1초 이내에 회전 스톨이 발생하여 전체 압축기를 포함할 수 있습니다.

컴프레서가 안정적인 공기 흐름을 유지할 수 있는 수준으로 엔진 압력비가 감소하면 컴프레서가 정상 유량으로 복구됩니다.그러나 스톨을 유발한 조건이 그대로 유지되면 안정된 기류가 돌아오면 서지 시의 상태가 재현되어 프로세스가 ^[1]반복됩니다.이러한 "잠금" 또는 자가 재생식 스톨은 특히 위험합니다. 매우 높은 진동으로 인해 엔진 마모가 가속화되고 손상이 발생할 수 있으며 컴프레서 및 스테이터 베인의 파손과 그에 따른 흡입으로 엔진이 완전히 파괴되어 엔진 구성 요소가 다운스트림에 파괴됩니다.

원인들

컴프레서는 일정한 압력비까지 안정적인 방식으로만 공기를 펌핑합니다.이 값을 넘으면 흐름이 분해되어 불안정해집니다.이는 컴프레서 맵에서 서지 라인으로 알려진 곳에서 발생합니다.전체 엔진은 컴프레서가 컴프레서 맵에서 작동 라인으로 알려진 서지 압력 비율보다 약간 낮은 거리를 유지하도록 설계되었습니다.두 라인 사이의 거리는 컴프레서 맵에서 서지 여유로 알려져 있습니다.엔진 작동 중에 서지 압력 비율을 낮추거나 작동 압력 비율을 높이기 위해 다양한 현상이 발생할 수 있습니다.두 개가 일치하면 더 이상 서지 마진이 없고 컴프레서 단계가 정지하거나 이전 절에서 설명한 것처럼 전체 컴프레서가 서지할 수 있습니다.

컴프레서 서지 마진을 잠식하는 요인

다음 사항은 충분히 심각할 경우 정지 또는 급상승의 원인이 될 수 있습니다.

• 이물질을 섭취하면 손상 및 모래 및 오염 침식이 발생할 수 있으므로 서지 라인을 낮출 수 있습니다.
• 컴프레서에 먼지가 쌓이고 컴프레서 팁 간극 또는 씰 누출이 증가하는 마모로 인해 작동 라인이 상승하는 경향이 있습니다.
• 조류와의 충돌로 급격한 서핑을 수반하는 서지 마진의 완전한 상실이 발생할 수 있습니다.지상활주, 이륙, 저공비행, 착륙접근은 모두 조류와 충돌할 위험이 있는 곳에서 이뤄진다.새가 컴프레서에 흡수될 때 그로 인한 막힘 및 날개 손상은 컴프레서 서핑을 유발합니다.손상을 일으킬 수 있는 활주로 또는 항공모함 비행 갑판의 잔해로는 타이어 고무 조각, 쓰레기, 너트 및 볼트 등이 있습니다.구체적인 예는 다른 ^[2]평면에서 떨어진 금속 조각입니다.활주로와 항공모함 비행 갑판은 이물질 유입을 방지하기 위해 자주 청소된다.
• 설계 범위를 벗어난 항공기 운영. 예를 들어 엔진 흡기구 내의 공기 흐름 분리, 흡입구 또는 압축기에 얼음이 쌓일 수 있는 결빙 조건에서의 비행, 과도한 ^[3]고도에서 비행 등.
• 비행 매뉴얼 절차를 벗어난 엔진 작동. 예를 들어 초기 제트 엔진의 경우 조종사의 노트에 느린 스로틀 움직임이 명시된 경우 급격한 스로틀 이동(슬램 가속)과도한 과급유로 인해 작동 라인이 서지 라인에 도달할 때까지 상승하였다.(연료 제어 기능이 확장되어 자동으로 과급유를 제한하여 서핑을 방지함).
• 엔진 흡입구로 유입되는 난류 또는 고온의 공기 흐름(예: 저전진 속도 역추력 사용)으로 인해 고온 난류 공기의 재흡입 또는 군용 항공기의 경우 미사일 발사 시 고온 배기가스의 흡입이 발생합니다.
• 흡입구 변형을 일으킬 수 있는 총기 발사 시 뜨거운 가스(예: Mikoyan MiG-27)

영향들

압축기 축대칭 스톨 또는 압축기 서지(surge)는 엔진에서 하나 이상의 매우 큰 펑 소리가 나기 때문에 즉시 식별할 수 있습니다.엔진에서 불꽃이 분출된다는 보고는 이러한 유형의 컴프레서 스톨 중에 흔히 볼 수 있습니다.이러한 스톨은 배기 가스 온도 상승, 정지된 압축기에 의해 수행된 작업의 큰 감소로 인한 로터 속도의 증가, 그리고 다중 엔진 항공기의 경우 추력 상실로 인해 영향을 받는 엔진 방향으로 요잉을 동반할 수 있다.

대응과 회복

컴프레서 스톨에 대한 적절한 반응은 엔진 유형 및 상황에 따라 다르지만, 일반적으로 영향을 받는 엔진에 대한 즉각적이고 꾸준한 추력 감소로 구성됩니다.첨단 제어 장치를 갖춘 최신 엔진은 많은 정지 원인을 피할 수 있지만 제트 항공기 조종사들은 비행 속도를 낮추거나 스로틀을 높일 때 이 점을 계속 고려해야 한다.

현저한 실속 발생

항공기 개발

롤스로이스 에이본 엔진

Rolls-Royce Avon 터보젯 엔진은 1940년대 개발 초기에 반복된 컴프레서 서지의 영향을 받았으며, 이는 설계에서 제외하기 어려운 것으로 판명되었습니다.Rolls-Royce는 개발 속도를 높이기 위해 암스트롱 Siddeley로부터 사파이어 엔진의 컴프레서 설계를 허가받았습니다.

재설계된 엔진은 영국 전기 캔버라 폭격기, 드 하빌랜드 코메트, 수드 에어비에이션 캐러벨 여객기와 같은 동력 항공기로 발전했다.

올림푸스 593

1960년대 콩코드 초음속 수송기(SST)의 개발 중에 압축기 서지 때문에 흡입구에 구조적 장애가 발생하여 큰 사고가 발생했습니다.컴프레서에서 전방으로 전파되는 해머쇼크는 흡기 램프가 분리되고 흡기 ^[4]전면에서 배출될 정도로 강도가 충분했습니다.램프 메커니즘이 강화되었고 재발 ^[5]방지를 위해 제어법이 변경되었습니다.

항공기 추락 사고

미 해군 F-14 추락 사고

1994년 미국 최초의 여성 항공모함 소속 전투기 조종사 카라 헐트그린 중위의 사망에는 압축기 노점이 한몫했다.그녀의 항공기는 그러 먼 미국 해군의 함재용 전투기., 휘트니 TF30는 터보 팬, 불안해 하는 기류 Hultgreen의 시도는 잘못된 최종 진입 지점부터 옆으로 미끄러짐을 실행함으로써 회복하기에 의해 야기되는, 압축기 과도한 좌우 이동 각도로부터 이 종류의 알려진 결핍 stalls는 압축기 실속과 그 왼쪽 엔진, 프랫 및 고장을 경험했다. 의엔진입니다.gengine을 클릭합니다.

서던 항공 242편

1977년 조지아 상공에서 뇌우 셀을 관통하던 맥도넬 더글러스 DC-9-31인 서던 에어웨이즈 242편 추락 사고는 다량의 물과 우박 섭취로 인한 압축기 멈춤에 기인했다.이 스톨로 인해 Pratt & Whitney JT8D-9 터보팬 엔진 양쪽에서 블레이드가 정지된 베인과 충돌했습니다.이 좌판은 엔진이 파괴될 정도로 심각했고, 승무원들은 공공 도로에 비상 착륙할 수밖에 없었고, 62명의 승객과 지상에 있던 다른 8명이 사망했다.

1997년 이르쿠츠크 안토노프 An-124 추락 사고

안토노프 124 수송기는 러시아 이르쿠츠크-2 공항을 이륙한 직후 추락하면서 파괴됐다.14번 활주로에서 이륙한 지 3초 만에 약 5미터(16피트) 높이에서 3번 엔진이 급상승했다.공격 각도가 높아지면서 엔진 1과 엔진 2도 급상승해 비행기가 활주로 끝을 지나 약 1600m(5,200피트) 떨어진 곳에서 추락했다.이 사고로 주택가 주택가 주택가 여러 채를 덮쳐 탑승자 23명 전원이 숨지고 ^[6]지상에 있던 45명이 사망했다.

트랜스월드 항공 159편

1967년 11월 6일 그레이터 신시내티 공항을 이륙하던 보잉 707기 TWA 159편이 활주로 가장자리에서 몇 피트 떨어진 땅에 박힌 맥도넬 더글러스 DC-9기 델타 항공 379편을 통과했다.TWA 항공기의 첫 번째 장교는 델타 379의 배기가스 흡입에 의해 유도된 압축기 스톨로 알려진 큰 소리를 들었다.부조종사는 충돌이 일어났다고 믿고 이륙을 중단했다.속도 때문에 이 항공기는 활주로를 초과해 승객 29명 중 11명이 부상을 입었고, 그 중 한 명은 부상 때문에 4일 후에 사망했다.

스칸디나비아 항공 751편

1991년 12월 스톡홀름에서 코펜하겐으로 가던 맥도넬 더글러스 MD-81 여객기가 얼음 섭취로 두 엔진을 모두 잃고 추락해 이륙 직후 압축기가 멈췄다.조종사들이 이륙하는 동안 동력을 감소시키는 것을 방지하기 위해 새로 설치된 자동 스로틀 시스템 때문에, 서지를 인식하는 동력을 감소시키는 조종사의 명령은 시스템에 의해 취소되었고, 엔진 손상과 엔진 고장으로 이어졌다.그 여객기는 인명 피해 없이 숲에 불시착하는 데 성공했다.

「 」를 참조해 주세요.

• 축방향 팬 설계
• 압축기의 서지

레퍼런스

제트 엔진 - Rolls-Royce plc, 1995. ISBN0-902121-23-5.

메모들

참고 문헌

외부 링크