Всем привет! Я вот о чем подумал. Вижу множество автомобилей, на которых явно не с завода устанавливается воздухозаборник на капот. Это сугубо тюнинг капота, то есть декоративные накладки, либо реально полезная штука? Как вы считаете?
Меня очень заинтересовал этот вопрос, потому решил изучить его более подробно. Все вы знаете, что во время работы двигателя под капотом температура растет очень существенно. Это приводит к нагреву, а иногда и перегреву. Разные воздухозаборники, решетка радиатора и прочие входные отверстия, предусмотренные производителем, нужны именно для обдува.
То есть вроде как инженеры заранее просчитывают необходимость в дополнительном охлаждении подкапотного пространства. Но почему-то многие дополнительно ставят своими руками или обращаются к мастерам, чтобы сделать дополнительный воздухозаборник. Вот давайте попытаемся узнать, зачем это делается и оправдывает ли себя установка такого элемента.
Зачем это нужно
Чтобы двигатель хорошо работал, ему требуется большое количество воздуха и кислорода в частности. Кислород поступает в камеру сгорания, смешиваясь с топливом, образуя топливовоздушную смесь. Она воспламеняется, что приводит в движение поршни, коленчатый вал и в конечном итоге колеса.
Причем количество поступающего кислорода в камеру сгорания напрямую зависит от того, какой температуры воздух. Из-за того что двигатель греется во время работы, количество кислорода от этого падает. Отсюда и западение мощности силовой установки. Поскольку в цилиндры поступает недостаточный объем кислорода, топливовоздушная смесь получается неполноценный, не может полностью сгорать.
Чтобы кислород лучше поступал, требуется обеспечить его лучшее проникновение. Можно говорить, что воздухозаборники тут играют самую непосредственную роль. Причем выполняют они сразу две функции. А именно охлаждают двигатель, и обеспечивают приток свежего воздуха с большим содержанием кислорода.
Установив воздухозаборник, его специальная конфигурация обеспечивает эффективное проникновение кислорода в подкапотное пространство, повышая мощность и отдачу. Потому можно с уверенностью сказать, что этот элемент лишним не будет. Только если речь идет не о декоративной накладке.
Куда устанавливать
Купить и установить дополнительный воздухозаборник можно на любой автомобиль. Тут важно понимать, что все машины уже заранее предусматривают наличие входных путей для прохождения воздуха с его дальнейшим попаданием на двигатель и внутрь мотора для создания топливовоздушной смеси.
Потому ставят сугубо вспомогательные элементы. Их можно встретить на таких автомобилях как:
- УАЗ Патриот;
- Газель;
- ВАЗ 2107;
- Нива 2121;
- Нива 21214;
- Субару Импреза;
- Мазда 6;
- Хендай Купе;
- Хонда Аккорд;
- Митсубиси Лансер и пр.
В некоторых авто уже заранее есть специальные окна с решетками на капоте, через которые поступает воздух для дальнейшего перехода в систему отопления.
Есть ряд фирм, которые изготавливают воздухозаборники под имеющиеся окна или под конкретные модели разных марок автомобилей. Крепят их даже двусторонним скотчем. Хотя это уже какая-то халтура. Подобную конструкцию следует качественно закрепить.
Но подобные воздухозаборники будут малоэффективными, поскольку окна около лобового стекла для воздухозаборников находятся далеко от двигателя. Потому основная масса воздуха начнет перегреваться или идти сразу в отопитель. Толку для двигателя не будет. Специалисты рекомендуют с целью повышения эффективности работы силовой установки ставит заборники воздуха непосредственно посередине капота.
Такое положение считается оптимальным, поскольку потоки воздуха будут идти напрямую на двигатель, а потому они не успеют прогреться до температуры, равной температуре мотора. Дополнительно улучшается внешнее охлаждение силовой установки, что в жаркую погоду крайне актуально.
Есть другой вариант реализации. А именно поставить воздухозаборник в центре, и дополнительно его патрубками. Они будут идти сразу на воздушный фильтр. Только учтите, что на спортивные авто такой вариант не подходит. Здесь лучше поставить воздухозаборник непосредственно над фильтром. Придерживаться строго заданной симметрии нет необходимости.
Самостоятельная установка
Для большей эффективности работы мотора и лучшего охлаждения воздухозаборники действительно служат неплохим решением. Купить его несложно, да и цена для современных авто адекватная. Некоторые предпочитают сделать конструкцию своими руками. Но как по мне, лучше сразу приобрести универсальный готовый элемент, либо же найти вариант конкретно под вашу модель. Так даже предпочтительнее.
Процедура установки выглядит примерно следующим образом:
- Определите место, куда будет монтироваться воздухозаборник;
- Начертите линии в соответствии с размерами элемента для притока воздуха;
- Оптимально будет предварительно снять с машины капот, убрать изоляцию с внутренней стороны. Вырезать прямо на машине не советую;
- По разметке вырежьте необходимый отрез болгаркой. Будьте аккуратными, режьте предельно ровно;
- Края обработайте наждачкой, чтобы удалить заусенцы. Нанесите антикоррозийный состав и слой краски. Это предотвратить ржавчину;
- Теперь приложите воздухозаборник, выровняйте его по всем краям;
- Крепление может осуществляться на клей, двухсторонний скотч, болты и прочие варианты крепежей. Выбирайте более надежный;
- Способ крепления во многом зависит от самой конструкции воздухозаборника;
- Установите элемент, верните все на свои места;
- Сделайте несколько фото и похвастайтесь друзьям.
Будет у вас металлический или пластиковый заборник, решайте сами. Пластиковые дешевле и проще в эксплуатации. Металлические тяжелее, но надежнее и долговечнее. Некоторые даже используют плотный пенопласт. Но это уже не наш вариант. Давайте делать на совесть.
Важные недостатки
Прежде чем решиться на подобный шаг, изучив объективные преимущества дополнительных воздухозаборников, не забудьте проанализировать их недостатки.
Здесь выделяют несколько основных минусов:
- Ряд плохо продуманных конструкций ухудшают сопротивляемость машины встречному ветру, что негативно отражается на аэродинамике;
- Нельзя использовать заборники без решеток. В противном случае через отверстия внутрь легко попадут камни, разный мусор и ряд других чудес с дороги, включая даже маленьких птичек. Пожелайте их, установите решетку;
- Вероятность возникновения коррозии. Многие забывают про антикоррозийную обработку, либо делают ее неправильно. Ничего хорошего в ржавчине нет;
- Воздухозаборник заставит фильтр работает интенсивнее. Потому загрязняться он будет в разы быстрее. Придется раньше проводить плановую замену.
Но окончательно решение принимать вам. Воздухозаборники действительно неплохо себя показывают. Но в основном на спортивных авто и машинах с мощными двигателями. Для серийных гражданских машин, где мощность мотора едва превышает 120-150 лошадиных сил, потребности в этом элементе нет.
Для работы двигателя внутреннего питания необходим воздух, который отбирается из атмосферы с помощью специального устройства — воздухозаборника. О том, что такое воздухозаборник и для чего он нужен, каких типов бывает и как устроен, а также о правильном выборе и замене этой детали — читайте в статье.
Что такое воздухозаборник?
Воздухозаборник (заборник воздуха) — деталь системы питания транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания; трубы различной формы, сечения и конструкции для забора воздуха и его направленной подачи на воздушный фильтр и далее в карбюратор или дроссельный узел.
На воздухозаборник возложено несколько функций:
- Отбор атмосферного (холодного) воздуха для подачи на двигатель;
- Отбор теплого воздуха для питания двигателя в момент холодного запуска и при прогреве (преимущественно в холодное время года);
- Направленная подача воздуха к фильтру независимо от его расположения (это позволяет удобно располагать фильтр и другие детали системы питания);
- Некоторые типы воздухозаборников — защита системы питания двигателя от попадания в нее воды и грязи;
- В некоторых автомобилях и при тюнинге — выполнение функций декоративного элемента.
Воздухозаборники являются важными деталями системы питания двигателя, так как от их конструкции, места установки и общего технического состояния зависят объем и стабильность подачи воздуха к двигателю. Поэтому при поломке данной детали ее необходимо отремонтировать или заменить. Чтобы сделать верный выбор воздухозаборника для автомобиля, необходимо разобраться в их типах, конструкции и особенностях.
Типы, конструкция и применяемость воздухозаборников
Конструктивно все заборники воздуха одинаковы — это труба круглого, прямоугольного или более сложного сечения, которая одной стороной устанавливается на корпусе воздушного фильтра, а другой выходит в наиболее удобное место внутри кузова или снаружи автомобиля. Под действием разряжения, возникающего во впускном тракте системы питания двигателя, воздух всасывается через наружную часть заборника, поступает к фильтру и далее в систему.
Воздухозаборники можно разделить на две группы по месту установки на транспортном средстве:
- Наружные;
- Внутренние.
Наружные заборники устанавливаются за пределами кузова автомобиля — над капотом, над крышей, за задней поверхностью кабины и т.д. Для установки выбирается такое место, где наблюдается нормальное или повышенное давление воздуха во время движения транспортного средства, избегая зон турбулентности (завихрений) с пониженным давлением.
Внутренние заборники располагаются в подкапотном пространстве в непосредственной близости от двигателя. Для подачи воздуха в моторный отсек служат отверстия в капоте, крыльях или в иных деталях кузова. Данные воздухозаборники делятся на два типа по назначению:
- Для забора холодного воздуха;
- Для забора теплого воздуха.
Заборники первого типа располагаются на некотором удалении от двигателя, обеспечивая подачу к фильтру воздуха с температурой окружающей среды. Заборники второго типа располагаются у наиболее нагретых частей двигателя (обычно монтируется непосредственно на выпускной коллектор), обеспечивая подач к фильтру теплого воздуха. Система из двух заборников воздуха облегчает зимнюю эксплуатацию двигателя, ускоряя его прогрев. Как правило, такая система содержит терморегулятор с заслонкой, изменяя положение которой можно смешивать теплый и холодный воздух для достижения оптимальной температуры поступающей в цилиндры топливно-воздушной смеси.
Схема воздушного тракта системы питания двигателя легковых автомобилей
Схема воздушного тракта системы питания двигателя грузовых автомобилей
Воздухозаборники наружные и холодного воздуха делятся на две группы по способу подачи воздуха:
- Пассивные;
- Активные.
Пассивные заборники воздуха — это простые устройства в виде пластиковых или металлических труб различной конфигурации, которые обеспечивают лишь подвод воздуха к фильтру. Такую конструкцию имеет большинство воздухозаборников легковых автомобилей и очень многих грузовиков. На наружной стороне данных устройств могут располагаться различные вспомогательные устройства — «грибки» для защиты от пыли и грязи, резонаторы для формирования потока воздуха определенной структуры, сетки, жалюзи и т.д.
Активные заборники воздуха — это более сложные устройства, которые не просто доставляют воздух к фильтру, но и решают одну или несколько вспомогательных задач. Наибольшее распространение имеют два вида активных воздухозаборников:
- Моноциклоны — заборники с завихрителями (неподвижными лопастями, расположенными поперек оси потока воздуха), которые придают потоку воздуха вращение для дополнительной очистки от пыли (за счет центробежных сил) и лучшей наполняемости системы питания. Примером моноциклона служит типичный воздухозаборник тракторов МТЗ в виде грибка, также несколькими циклонами оснащаются современные заборники грузовых автомобилей, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенной запыленности;
- Вращающиеся заборники — устройства, на наружной стороне которых установлен вращающийся сетчатый барабан с крыльчаткой и завихрителем. Барабан приходит во вращение под действием набегающего потока воздуха, благодаря этому происходит отсеивание крупного мусора и формирование завихренного потока воздуха в системе питания. Также вращение обеспечивает самоочистку наружной поверхности барабана от застревающих частиц загрязнений, поэтому данные устройства используются на автомобилях и различной технике (тракторы, комбайны), эксплуатируемой в условиях повышенной запыленности.
Оба этих воздухозаборника, а также и все заборники с сетками на входе, считаются фильтрами грубой очистки воздуха, которые устраняют проникновение в систему питания крупных частиц (камней, травы и т.д.) и значительно продлевают ресурс воздушного фильтра.
В отдельную группу выделяются воздухозаборники специального назначения — шноркели (шнорхели). Эти устройства используются на внедорожниках и другой технике, которой в процессе эксплуатации приходится преодолевать глубокие водные преграды и двигаться по бездорожью (военная техника, раллийные автомобили). Шноркель представляет собой герметичную трубу, вынесенную на уровень крыши автомобиля — расположение в самой высокой точке автомобиля обеспечивает защиту от воды и грязи. Обычно шноркели оборудуются поворотным заборником, который можно развернуть по ходу или против хода движения автомобиля, он имеет сетку и может оснащаться вспомогательными деталями (для отвода воды, для завихрения воздуха и т.д.).
Воздухозаборник на капот
Наконец, существует большая группа капотных воздухозаборников легковых автомобилей, которые выполняют две функции — формирование направленного потока воздуха и украшение. Эти устройства имеют разнообразный дизайн и привносят во внешний вид автомобиля новые ноты, и, в то же время, обеспечивают интенсивную подачу воздуха в подкапотное пространство или непосредственно к внутреннему заборнику воздуха. Но сегодня распространение получили и чисто декоративные воздухозаборники, которые помогают придать автомобилю более агрессивный, спортивный вид, но практически не оказывают никакого влияния на работу воздушного тракта его системы питания.
Вопросы выбора и замены воздухозаборников
В процессе эксплуатации транспортного средства воздухозаборник не подвергается большим нагрузкам, однако он может быть поврежден вследствие удара (чему особенно подвержены наружные заборники грузовых автомобилей, тракторов и другой техники) или вибраций, либо потерять свои характеристики от старения (особенно этому подвержены пластиковые детали). При неисправности деталь следует заменить, иначе может нарушиться режим работы двигателя, повыситься интенсивность засорения фильтров и т.д.
На замену следует выбирать только те воздухозаборники, которые подходят для данного автомобиля или трактора — это легко сделать по типу и каталожному номеру детали. Замена возможна только в тех случаях, когда на разной технике используются одинаковые детали — как, например, заборники всех автомобилей КАМАЗ, «грибки» на воздухозаборники, моноциклоны и вращающиеся заборники многих тракторов и грузовиков, и т.д.
Замена заборника обычно сводится к демонтажу старой детали и установке новой, для этого требуется выкрутить несколько винтов, демонтировать пару хомутов и снять один или два уплотнителя. При монтаже следует соблюдать правильность установки уплотнителей и обеспечивать максимально герметичный монтаж, чтобы избежать подсоса воздуха через щели. Все работы следует выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту и ТО автомобиля.
Выбор декоративного воздухозаборника сводится к подбору детали, подходящей по месту установки и внешнему виду. Монтаж заборника может выполняться различными способами, в том числе и без выполнения сверления капота и иных кузовных деталей — в каждом конкретном случае следует придерживаться приложенной инструкции.
При верном подборе и замене воздухозаборника двигатель будет получать необходимое количество воздуха и нормально работать в любых условиях.
Методы модульного конструирования
На рис. 1.12 показан способ разделения двигателя на несколько модулей.
Рис. 1.12. Элементы модульной конструкции
Применение самолетов все больших и больших размеров означает удешевление воздушных перевозок. Данная концепция является успешной, когда эффективно работают самолеты. Однако, если один из компонентов большого самолета, имеющий ограничения, например, двигатель, становится неработоспособным, тогда стоимость перевозки трехсот или четырехсот пассажиров на борту становится непомерно высокой.
Изготовители двигателей для минимизации финансовых расходов потребителей своего оборудования в случае отказа начали применение методов модульного конструирования, которые позволяют замену модулей двигателя, вместо замены двигателя целиком.
ГЛАВА 2 – ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ
· Постановка самых важных задач воздухозаборника двигателя.
· Описание геометрии дозвукового воздухозаборника скоростного напора.
· Описание изменения газовых параметров в воздухозаборнике скоростного напора на разных скоростях.
· Обоснование назначения вторичных створок воздухозаборника.
· Описание назначения и принципа работы многоскачковых воздухозаборников на сверхзвуковых скоростях полета.
· Перечисление различных типов многоскачковых воздухозаборников и определение их на различные самолеты.
· Описание причин и опасностей следующих эксплуатационных проблем, связанных с воздухозаборниками двигателей:
Отделение потока, особенно при боковом ветре на земле;
Обледенение воздухозаборника;
Повреждение воздухозаборника;
Всасывание посторонних предметов;
Сильная турбулентность в полете.
· Описание действий пилота для парирования перечисленных проблем.
· Описание условий и обстоятельств во время наземных операций, когда возникает опасность всасывания посторонних предметов или людей в воздухозаборник.
2.1. ВОЗДУХОЗАБОРНИК
Воздухозаборник двигателя встроен в конструкцию планера или является частью гондолы. Он разработан таким образом, чтобы обеспечивать относительную защиту от подачи турбулентного воздуха на фронтальную плоскость КНД или вентилятора. Конструкция канала воздухозаборника оказывает серьезное влияние на характеристики производительности двигателя на всех воздушных скоростях и углах атаки для предотвращения помпажа компрессора.
Простейшей формой воздухозаборника является канал с одним входом и округлым поперечным сечением типа «пито» (скоростного напора). Он обычно имеет прямолинейную форму у двигателей, расположенных на крыле, но может иметь и S-образную форму у расположенных в хвосте двигателей (например, 727, TriStar). Для S-образного канала характерна нестабильность воздушного потока, особенно во время взлетов с боковым ветром.
Воздухозаборник типа «пито» оптимизирует использование скоростного напора и подвержен минимальным потерям давления скоростного напора с увеличением высоты. Эффективность воздухозаборника данного типа снижается из-за образования на кромке скачков уплотнения при приближении скорости самолета к звуковой.
Дозвуковой воздухозаборник обычно имеет расширяющийся канал, позволяющий снизить скорость и повысить давление на входе компрессора при увеличении воздушной скорости.
Давление внутри воздухозаборника ГТД при работе двигателя на стоянке ниже атмосферного. Это происходит из-за высокой скорости потока через входной канал. При движении самолета давление в воздухозаборнике начинает расти. Момент, когда давление в воздухозаборнике сравнивается с атмосферным, называется восстановлением давления скоростного напора . Этот момент обычно наступает на скорости около 0,1 М до 0,2 М. При дальнейшем увеличении скорости самолета, воздухозаборник создает все большее сжатие от скоростного напора, и степень повышения давления в компрессоре от этого увеличивается. Это приводит к повышению тяги без увеличения расхода топлива. Это показано ниже. Вторичные створки воздухозаборника позволяют подавать в компрессор дополнительный воздух во время работы на высокой мощности, когда самолет находится на стоянке или на низких воздушных скоростях/больших углах атаки (Диаграмма Харриера).
Рис. 2.1. Восстановление давления скоростного напора
2.2. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ
Сверхзвуковые самолеты должны иметь соответствующего типа воздухозаборники, т.к. передняя часть компрессора не может справиться со сверхзвуковым потоком. На дозвуковых скоростях воздухозаборник должен обладать свойствами восстановления давления дозвукового воздухозаборника, но на сверхзвуковых скоростях он должен понижать скорость потока воздуха ниже скорости звука и контролировать образование скачков уплотнения.
Площадь сечения сверхзвукового диффузора от передней части к задней постепенно уменьшается, что способствует снижению скорости потока ниже значения 1М. Дальнейшее снижение скорости достигается в дозвуковом диффузоре, площадь сечения которого увеличивается по мере приближения к входу компрессора. Для правильного замедления потока в скачках уплотнения очень важно контролировать их образование в воздухозаборнике. Применение воздухозаборников изменяемой геометрии позволяет правильно контролировать скачки уплотнения; они также могут иметь перепускные створки для спуска воздуха из воздухозаборника без изменения его скорости.
Рис. 2.2. Воздухозаборник с изменяемым горлом (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)
Рис. 2.3. Воздухозаборник с внешним/внутренним сжатием (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)
2.3. ПОДВИЖНЫЕ ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ
У подвижных воздухозаборников изменяется площадь входного поперечного сечения (Concorde) с помощью подвижного центрального конуса (SR 71). Это позволяет контролировать скачок (скачки) уплотнения на входе компрессора.
2.4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ
Взлет . Воздухозаборник двигателя разработан для поддержания стабильного воздушного потока на входе компрессора; любые нарушения потока, вызывающие его турбулентность, могут вызвать срыв потока или помпаж компрессора.
Воздухозаборник не может справиться с большими углами атаки и поддерживать стабильный поток воздуха. Один из наиболее критических моментов возникает во время ускорения двигателя до взлетной тяги. На поток воздуха в воздухозаборнике может повлиять любой боковой ветер, особенно на двигатели, установленные в хвосте и имеющие воздухозаборники S-образной формы (TriStar, 727). Для предотвращения возможного срыва потока и помпажа в эксплуатационных руководствах предусмотрена процедура, которым необходимо следовать. Она обычно заключаются в поступательном перемещении самолета перед плавным повышением режима работы до взлетного, примерно 60 – 80 узлов (взлет без остановки).
Обледенение . В определенных условиях может произойти обледенение воздухозаборника. Обычно это происходит, когда температура наружного воздуха ниже +10°, присутствует видимая влажность, стоячая вода на ВПП или дальность видимости на полосе менее 1 000 м. Если данные условия присутствуют, пилот должен включить антиобледенительную систему двигателя.
Повреждение . Повреждение воздухозаборника или любая шероховатость внутри его канала может вызвать турбулентность входящего потока воздуха и нарушить поток в компрессоре, вызывая срыв или помпаж. Будьте внимательны к повреждениям и неравномерной шероховатости поверхности панелей обшивки при осмотре воздухозаборника.
Всасывание посторонних предметов . Всасывание посторонних предметов во время нахождения самолета на земле или вблизи нее неизбежно вызывает повреждение лопаток компрессора. Уделяйте достаточное внимание зоне на земле перед воздухозаборниками двигателей перед их запуском, чтобы гарантировать отсутствие валяющихся камней и другого мусора. Это не относится к двигателям, установленным на хвосте, чьи воздухозаборники расположены над фюзеляжем; они намного меньше страдают от всасывания посторонних предметов.
Турбулентность в полете . Сильная турбулентность в полете может не только заставить пролить кофе, но и нарушить воздушный поток в двигателях. Использование механической скорости для прохождения турбулентности, указаннойв эксплуатационном руководстве, и правильного значения RPM/EPR поможет снизить вероятность неисправности в компрессоре. Также может быть целесообразно или необходимо активировать непрерывное зажигание для снижения вероятности срыва пламени в двигателе.
Наземные операции . Большинство повреждений компрессора вызвано всасыванием посторонних предметов. Повреждение лопаток компрессора приводит к изменению геометрии системы, что может повлечь ухудшение производительности, срыв потока в компрессоре и даже помпаж двигателя. Для предотвращения возникновения таких повреждений важно принимать предварительные меры по удалению мусора (обломков) из зоны стоянки. Далее пилот во время предполетного осмотра должен убедиться в отсутствии посторонних предметов в воздухозаборниках двигателей. Ответственность на этом не заканчивается, после полета необходимо установить заглушки на входные и выхлопные каналы для предотвращения накапливания загрязнений и авторотации.
Во время запуска, руления и реверсирования тяги в воздухозаборник могут всасываться посторонние предметы, и для предотвращения потенциального повреждения необходимо применять минимальную тягу.
Во время работы ГТД происходили серьезные повреждения и некоторые с летальным исходом из-за всасывания персонала в воздухозаборники. При необходимости выполнять работы в непосредственной близости от работающего двигателя необходимо соблюдать особую осторожность.
ГЛАВА 3 – КОМПРЕССОРЫ
Когда вы совершаете свой вечерний моцион вокруг самолёта, то невольно оглядываетесь в поисках интересного для поржать.
И конечно же, у вас при этом возникают много вопросы.
Ну, несомненно, что это за штука там торчит, или для чего, впрочем, нужна вот эта дырка?
Именно поэтому сегодня мы поговорим о системе кондиционирования воздуха.
Надо под сказать, что система кондиционирования воздуха (СКВ) на самолётах обычно считается довольно сложной.
Но я постараюсь, чтобы все даже поняли, зачем оно там растёт и как работает. Не говоря уже о с важным видом объяснить соседу по полати.
Поэтому сначала обучимся теории, а там и до фоток дойдёт.
1. Для чего это нужно?
Человек любит дышать. Ему это как-то надо. Всё время.
Дышать ему надо в определённом диапазоне давления и температуры воздуха, иначе к счастливым родственникам долетят не все. Ведь на высоте давления воздуха мало, и он ещё и очень холодный.
Человеков в салуне много.
И вот это много надо снабдить воздухом в потребном количестве и комфортной температуры (и давления).
Этим, собственно, и занимается СКВ.
2. Из чего ён состоит и где находится?
В составе СКВ много всяких разных штук, но принципиально мы имеем следующее:
2.1. Систему отбора воздуха от двигателей и вспомогательной силовой установки (ВСУ).
2.2. Систему подготовки воздуха.
2.3. Систему распределения воздуха до потребителей.
Сегодня мне интересно рассказать о большей части именно что второго кусочка этой всем хорошей системы.
3. Как оно выглядит и работает.
Как всем нам давно уже стало понятно, бОльшая часть работы по подготовке воздуха выполняется как раз установками кондиционирования (Air Conditioning Packs), так что про эти самые паки (иже херувимы) я сейчас и немножко покажу и расскажу.
Паки обычно находятся под салоном, в районе центроплана. Вот мы как раз и откроем створочку:
Видим мы там примерно следующее:
два здоровых теплообменника (воздухо-воздушных радиатора = ВВР) серебристого цвета
, левее - чёрные пластиковые кожухи для прососа воздуха через ВВРы, и много труб.
Тут вот какая штука.
Воздух для работы системы отбирается от компрессора ВСУ или от компрессоров двигателей (если они запущены).
Там он очень горячий - сотни градусов. Если бы мы жили только зимой, то всё было бы попроще - охладили бы его, да и подали в салон.
Но у нас ведь бывают и весьма положительные температуры, при которых хочется салон не то чтобы не сильно подогреть, а очень даже и охладить.
Поэтому в СКВ мы должны поиметь холодильник неслабой такой производительности (салон на 170 горячих парней - ага?), причём желательно, чтобы он работал без привлечения сторонних ресурсов вроде электроэнергии.
Такая задача хорошо решилась с привлечением законов физики.
Как известно, воздух, как и любой газ, охлаждается при расширении. А ещё лучше он охлаждается, если у него ещё и отобрать энергию принуждением к работе.
Оба два этих способа используются в устройстве, называемом "турбохолодильник" (по-английски используют термин Air Cycle Machine = ACM). Вот он серенький такой чуть левее середины:
В нём бывший горячий воздух (а сейчас слегка уже охлаждённый в ВВР), но всё ещё под давлением, совершает работу по вращению турбины, и при этом расширяется и охлаждается.
Теперь можно уже упрощённо объяснить работу СКВ в целом.
Горячий воздух отбирается от ВСУ или двигателей,
предварительно охлаждается в теплообменниках (ВВР),
затем приводит турбину турбохолодильника и охлаждается там до температуры чуть выше нуля (чтобы не замёрзли пары воды),
а потом к нему подмешивается горячий воздух в количестве, необходимом для получения заданной из кабины температуры.
И в результате мы получаем в салоне прохладный воздух летом или тёплый - зимой.
Ещё немного деталей.
Вот такой хитрой формы воздухозаборник имеется практически у всех самолётов.
Через него забирается воздух на продувку ВВР. По этому характерному виду можно сразу понять, где у самолёта находятся паки кондиционирования.
У большинства самолётов паки находятся снизу центроплана.
А вот у Ан-148 - сверху:
(заборник воздуха - в правом верхнем углу фото)
Ну, и ещё у некоторых оригиналов они бывают в носу.
Проходное сечение канала воздухозаборника регулируется. На 737 - подвижной стенкой входной части канала со стороны фюзеляжа.
Этим регулируется охлаждение ВВР - ведь на высоте набегающий поток очень холодный (-60 градусов) и скоростной, так что створочку лучше прикрыть.
Характерным для 737 является наличие щитка перед каналом воздухозаборника:
Его установили, чтобы меньше всякой гадости попадало на разбеге - ведь фюзеляж у 737 сидит довольно низко, а грязь из-под передних колёс иногда летит.
У Эйрбасов входники находятся гораздо выше, и там таких щитков нету.
Между паком и нишей шасси, снизу, находится выходное отверстие для продувочного воздуха:
Оттуда дует слегка тёплым, и зимой там может быть интереснее, чем вокруг.
Кстати, во время стоянки, когда нет набегающего потока для продувки ВВРов, воздух через них просасывается вентилятором, который приводится той самой турбиной турбохолодильника.
Вот и полезная работа, которую он совершает при охлаждении воздуха. Сам себя обеспечивает, так сказать:)
При охлаждении воздуха содержащиеся в нём парЫ воды конденсируются в капли. Эта вода отводится из холодного воздуха, и впрыскивается в поток, направляемый на ВВРы. Таким образом, испаряя эту воду, они охлаждаются ещё сильнее.
Тэк-с... воздух мы с горем пополам охладили.
Теперь как бы порегулировать и вообще в тепло.
Регулировка температуры воздуха производится подмешиваением к холодному воздуху горячего.
На 737-800 вся герметичная часть фюзеляжа разделена на три условных зоны: кабина экипажа, передняя и задняя части пассажирского салона. Тремя же клапанами и подмешивается горяченькая.
Соответственно, в кабине экипажа, на потолочной панели, имеются три задатчика температуры:
(вот они внизу фотки)
Над ними находятся индикаторы отказа соответствующих каналов контролирующей аппаратуры.
Ещё выше - выключатель подмешивания горячего воздуха.
Слева вверху - прибор для контроля температуры воздуха в магистралях и в салоне.
Вверху справа - переключатель для выбора, а чего, собственно, температуру смотреть будем.
При отказе регулирования температуры воздуха паки сами перейдут на выдачу какой-то средней температуры вроде +24 градусов.
Для того, чтобы поэкономить на воздухе, обычно работают вентиляторы рециркуляции воздуха в пассажирской кабине.
Вот их выключатели как раз присели на соседней панели сверху:
Вентиляторы сосут воздух из салона через боковые нижние панели, затем он очищается фильтрами и подмешивается к свежему воздуху из паков.
Воздух же в кабину пилотов всегда подаётся только свежий.
Ниже выключателей, посредине, виден прибор, показывающий давление воздуха в магистралях.
Под ним - тумблер клапана кольцевания левой и правой воздушных магистралей. Как видно, воздух от каждого двигателя подаётся к своему паку, а ВСУ подключена к левой магистрали.
По сторонам от него - тумблеры включения паков.
Ниже - сигнальные табло неисправностей разных частей системы подготовки воздуха.
И в самом низу - включение отбора воздуха от ВСУ и двигателей.
В заключение залезем на территорию системы регулирования давления воздуха внутри самолёта.
Воздух внутрь салона подаётся через паки под постоянным давлением.
Регулирование давления внутри салона производится автоматической системой, регулирующей стравливание воздуха через выпускной клапан.
Он находится справа сзади самолёта, примерно под задней правой дверью (обведён красным):
Клапан представляет собой две створки, которые могут приводиться от трёх разных электродвигателей (для запаса на случай отказа).
На случай, когда вообще всё плохо, предусмотрены ещё два совсем уж аварийных чисто механических клапана, открывающихся при превышении определённого давления внутри фюзеляжа по отношению к забортному.
Вот эти клапаны выше и ниже выпускного клапана:
Если же вдруг давление внутри фюзеляжа станет ниже, чем снаружи, то клапаны отрицательного перепада откроются и выровняют этот перепад, впустив воздух внутрь самолёта:
Также на случай разгерметизации багажников имеются вышибные панели на потолке багажников.
Если вдруг образуется слишком большой перепад давления между багажниками и салоном, панели выдавятся и пустят воздух для выравнивания этого перепада.
Это нужно для того, чтобы не сложился пол салона.
Пожалуй, теперь про паки я вкратце рассказал.
Использование: на самолетах различных типов и назначений, эксплуатируемых с наземных аэродромов. Сущность изобретения: в передней части канала воздухозаборника выполнен дополнительный верхний вход, снабженный защитным устройством в виде шарнирно установленной в верхней части канала сплошной створки, взаимодействующей с верхним дополнительным и основным входами, а створки подпитки размещены в верхней части канала воздухозаборника за дополнительным верхним входом. 2 ил.
Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано на самолетах различных типов и назначений, эксплуатируемых с наземных аэродромов. В процессе эксплуатации самолетов с газотурбинными двигателями в наземных условиях на режимах работы двигателя на месте и на взлетно-посадочных режимах в каналы воздухозаборников с поверхности аэродрома могут засасываться потоком воздуха воздухозаборников или забрасываться колесами шасси различные посторонние предметы, оказавшиеся на взлетно-посадочной полосе (песчинки, гравий, осколки бетона, случайные металлические детали и т.п.). Попадание таких предметов в каналы воздухозаборников могут приводить к значительным повреждениям двигателей самолетов. Учитывая сложность обеспечения отсутствия на взлетно-посадочной полосе посторонних предметов, частично появляющихся вследствие разрушения самой взлетно-посадочной полосы в процессе ее эксплуатации, для аэродромов, интенсивно эксплуатирующихся при различных погодных условиях, и опасные последствия для самолета и его экипажа, вызывает необходимость разработки различных устройств для защиты воздухозаборников самолетов от попадания в них посторонних предметов. Известные защитные устройства воздухозаборников газотурбинных двигателей самолетов от попадания посторонних предметов препятствует подбросу (или снижают высот подброса) посторонних предметов с поверхности взлетно-посадочной полосы и дальнейшему их засасыванию в канал воздухозаборника при работе двигателя (струйные системы защиты), осуществляют сепарацию попавших в воздухозаборники твердых частиц с отводом их от потока воздуха, попадающего в двигатель (сепараторные системы защиты) или механически не пропускают в каналы воздухозаборников посторонние частицы, превышающие определенные геометрические размеры сетчатые системы защиты (Airkraft Flight Conference Zhukovksy, Russia, August 21 September 5, 1993, ЦАГИ, с.148-156). Недостатками струйных систем защиты, осуществляющих выдув воздушных струй на поверхность аэродрома и препятствующих образованию вихря, подбрасывающего посторонние предметы к входу воздухозаборника, является зависимость степени защиты воздухозаборника от размера и веса посторонних частиц, от наличия и силы бокового ветра над поверхностью аэродрома, а также практическая невозможность защиты с помощью таких систем от посторонних предметов, подбрасываемых колесами шасси. Недостатками сепараторных систем защиты воздухозаборников, основанных на использовании инерционных свойств посторонних частиц, попавших в канал воздухозаборника и движущихся вместе с потоком воздуха, является необходимость специального профилирования канала воздухозаборника с формированием специальных дополнительных каналов для отвода из основного канала части воздуха с отсепарированными частицами, а также зависимость степени сепарации от удельного веса попавших в канал воздухозаборника посторонних частиц и изменения расхода воздуха через канал воздухозаборника, зависящие, в свою очередь, от режима работы двигателя и вызывающие часто трудно осуществимую необходимость регулирования процесса сепарации. Недостатками сетчатых систем защиты является возможность осуществления защиты с помощью таких систем только от посторонних частиц, превышающих по размерам размеры ячеек используемых сеток, опасность обледенения защитных сеток при определенных погодных условиях и значительные потери давления поступающего в воздухозаборники воздуха, вызванные гидравлическим сопротивлением сеток и возрастающие при уменьшении размеров их ячеек. Для улучшения характеристик воздухозаборников на взлетно- посадочных режимах применяются створки подпитки, располагаемые на боковой (Техника воздушного флота. 1991, N4, c.52) или нижней (Нечаев Ю.Н. Теория авиационных двигателей. ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1990, с.255-259) стороне воздухозаборников. Наиболее близким к предлагаемому является воздухозаборник с сетчатой системой защиты (патент США N 2976952, кл. B 64 D 33/02 (F 02 C 7/04), 1961), содержащий основной вход, створки подпитки, панели, формирующие канал воздухозаборника, и установленное в канале поворотное защитное устройство. Недостатками этого технического решения является осуществление защиты от посторонних частиц, которые могут попасть в воздухозаборник только со стороны входа воздухозаборника и только превышающих по размерам размеры ячеек используемых сеток, опасность обледенения защитных сеток при определенных погодных условиях и значительные потери давления поступающего в воздухозаборники воздуха, вызванные гидравлическим сопротивлением сеток и возрастающие при уменьшении размеров их ячеек. При этом данное техническое решение не обеспечивает защиту от посторонних частиц, попадающих в канал воздухозаборника через отверстия створок подпитки. Целью изобретения является повышение эффективности устранения попадания в канал воздухозаборника посторонних предметов при работе на месте и на взлетно-посадочных режимах. Цель достигается тем, что канал воздухозаборника выполнен с дополнительным верхним входом в передней части канала, защитное устройство выполнено в виде сплошной створки, шарнирно закрепленной в верхней части канала с возможностью взаимодействия с верхним дополнительным и основными входами воздухозаборника, створки подпитки размещены в верхней части канала воздухозаборника после дополнительного верхнего входа. Выполнение канала воздухозаборника с дополнительным входом в передней части канала и выполнение защитного устройства в виде сплошной створки, шарнирно закрепленной в верхней части канала с возможностью взаимодействия с верхним дополнительным и основными входами воздухозаборника и размещение створок подпитки в верхней части канала воздухозаборника ни в патентной, ни в технической литературе не обнаружены, в связи с чем делается вывод о соответствии изобретения критериям "новизны" и "существенных отличий". На фиг. 1 изображена схема воздухозаборника самолета; на фиг.2 график зависимости значений коэффициента восстановления полного давления в сечении канала воздухозаборника, соответствующем плоскости входа в компрессор двигателя, на режимах согласованной работы воздухозаборника с двигателем и сравнение полученных значений с уровнем их стандартных значений на взлетно-посадочных режимах полета, соответствующих диапазону чисел Маха полета М 0.0,25. Воздухозаборник 1 самолета (фиг.1) содержит основной вход 2, створки подпитки 3, панели 4, формирующие канал воздухозаборника, завершающийся плоскостью 5 входа в компрессор двигателя, установленное в канале поворотное защитное устройство 6 и верхний дополнительный вход 7. При работе на месте и на взлетно-посадочных режимах полета поворотное защитное устройство 6 поворачивается и закрывает основной вход 2, открывая дополнительный верхний вход 7, открываются створки подпитки 3, расположенные за дополнительным верхним входом. При выходе из диапазона взлетно-посадочных режимов полета поворотное защитное устройство 6 поворачивается и закрывает дополнительный верхний вход 7, открывая основной вход 2, закрываются створки подпитки 3. На фиг.2 кривая 8 полученная в экспериментальных исследованиях зависимость, линия 9 стандартная зависимость уровня значений (Нечаев Ю.Н. Теория авиационных двигателей. ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1990, с.287). Использование предлагаемого технического решения обеспечивает при работе на месте и на взлетно-посадочных режимах полета непопадание в канал воздухозаборника посторонних предметов, так как для этого технического решения на рассматриваемых режимах работы забор воздуха в канал воздухозаборника осуществляется из верхней полусферы окружающего пространства, а не из нижней, как в технических решениях аналогов и прототипа. При этом обеспечивается уровень значений коэффициента восстановления полного давления на уровне или выше его стандартных значений.
Формула изобретения
