Kết cấu động cơ

nay họ động cơ CFM 56-5B được lắp trên các loại máy bay A319, A320, A321 do Airbus Industrie sản xuất. Đầu tiên loại động cơ này được dùng trên máy bay Airbus A321 vào tháng 3 năm 1994 đến tháng 11 năm 1994 động cơ CFM 56-5B4 được cấp chứng chỉ khả phi cho máy bay A320. Sở dĩ họ động cơ này được sử dụng rộng rãi trên máy bay A319, A320, A321 là do chúng đã được kế thừa những thành quả công nghệ của họ động cơ CFM 56-5A trước đó. Họ động cơ CFM 56-5B có tỷ suất pha trộn không khí cao làm tăng lực đẩy và giảm tối đa mức tiêu hao nhiên liệu cho động cơ. Đặc biệt họ động cơ này được trang bị buồng đốt vòng đôi cho phép giảm tối đa lượng khí NO có trong khí thải. Với tỷ suất pha trộn luồng khí cao và không trộn dòng nên động cơ đã giảm được đáng kể tiếng ồn tác động đến môi trường xung quanh sân bay. Đồng thời nó còn được trang bị hệ thống điều khiển động cơ bằng kỹ thuật số FADEC II ( Full Authority Digital Engine Control ) cải tiến, cho phép tương thích với hệ thống điều khiển hiện đại đang được ứng dụng trong lĩnh vực hàng không dân dụng. Ngoài những ưu việt trên họ động cơ CFM 56-5B được thiết kế dựa trên kỹ thuật modul hoá từng phần. Toàn bộ động cơ được chia làm 4 modul chính, có thể tháo rời từng modul. Modul 1: Bao gồm tầng quạt và máy nén thấp áp Modul 2: Bao gồm máy nén cao áp, buồng đốt, tua bin cao áp Modul 3: Bao gồm tua bin thấp áp và kết cấu chịu lực phía sau Modul 4: Bao gồm bộ truyền động trung gian, hộp giảm tốc và các khối máy lắp trên hộp giảm tốc. Chính nhờ những công nghệ này mà họ động cơ CFM 56 -5B có chi phí bảo dưỡng, sửa chữa thấp nhất và hiệu quả kinh tế cao nhất so với các loại động cơ cùng loại đang được khai thác trên thế giới. II. Một số tính năng của họ động cơ CFM 56 -5B Họ CFM 56 Các thông số 5B1 5B2 5B3 5B4 5B5 5B6 Lực đẩy tối đa ở chế độ cất cánh (M=0,25) 133,44 137,89 146,78 120 97,86 104,5 Lực đẩy ở chế độ bay bằng (M=0,8) 28,55 28,55 28,55 25,04 25,04 25,04 Tỷ suất pha trộn luồng khí 5,5 5,5 5,4 5,7 6,0 5,9 Tỷ số tăng áp tối đa của động cơ 34,4 34,4 34,4 32,6 32,6 32,6 Chiều dài của động cơ (m) 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 Đường kính quạt nén (m) 1,734 1,734 1,734 1,734 1,734 1,73 Nhiệt độ khí xả EGT (0C) 930 930 930 930 930 930 Lượng khí vào động cơ m0 (lb/s ) 943 900 Trang bị cho máy bay A321 A321 A321 A320 A319 A319 IIi. Các bộ phận chính của động cơ 1. Quạt nén. (Fan) Quạt nén là bộ phận tạo ra lực đẩy chính cho động cơ, khoảng 80%. Nó được dẫn động bởi trục tua bin thấp áp N1. Quạt có 36 lá cánh quạt được chế tạo bằng hợp kim Cu-Ni-In, các cánh này được lắp trên moay ơ quạt bằng các chốt hãm và chúng có thể xoay quanh moay ơ một góc nhỏ. Để tránh hiện tượng va chạm các cánh với nhau do lực ly tâm gây ra khi quay, ở 2/3 chiều dài cánh người ta thiết kế một vòng đỡ để giữ khoảng cách giữa các cánh cố định với nhau. Moay ơ của quạt nén được chế tạo bằng hợp kim Titan TA6V, và nó được lắp trên trục N1 bằng các bulông. Quạt và máy nén thấp áp Nhiệm vụ của quạt nén là biến đổi cơ năng do trục tua bin thấp N1 truyền tới thành động năng của dòng khí kết hợp với cánh hướng tạo ra lực đẩy cho động cơ. Thực chất quạt nén của động cơ CFM 56 -5B cũng là một máy nén dọc trục với tỷ số nén vào khoảng 1,6 á 1,7 lần. Quạt nén có cấu tạo gồm hai phần là phần bánh công tác (Roto) và phần dẫn dòng (Stato). Bánh công tác được lắp trên trục tua bin thấp áp N1 gồm moay ơ và các cánh quạt nén được lắp trên moay ơ. Phần dẫn dòng gồm các tầng cánh hướng được lắp trên vỏ động cơ, có chức năng nắn lại dòng không khí bị bánh công tác gây xoáy đồng thời chuyển hoá một phần động năng của dòng khí thành áp năng. Ngoài ra nó còn có chức năng tạo nên kết cấu chịu lực chính cho modul 1 của động cơ. Sau khi qua các cánh hướng trên Stato quạt nén, dòng khí này đi vào ống đẩy kết hợp với luồng khí nóng tạo nên lực đẩy cho động cơ. 2. Máy nén thấp áp. LPC (Low pressure compressor) Máy nén thấp áp của động cơ CFM 56-5B là loại máy nén dọc trục 4 tầng. Nó có cấu tạo gồm hai phần là phần bánh công tác (roto) và phần hướng dòng (stato). Bánh công tác có dạng tang trống trên đó có lắp các cánh tạo thành 4 tầng riêng biệt. Roto máy nén thấp áp được lắp trên trục tua bin thấp áp N1 bằng các bulông. Trục thấp áp N1 dẫn động đồng thời máy nén thấp áp, quạt và 4 tầng tuabin thấp áp, đây là loại trục rỗng được chế tạo bằng thép hợp kim đặc biệt, được đỡ trên 3 ổ bi là ổ bi cầu 1B, ổ bi đũa 2R phía trước và ổ bi đũa 5R phía sau. Mỗi tầng máy nén gồm hai phần là phần động gồm các cánh động lắp trên Rô to và phần tĩnh gồm các cánh tĩnh lắp trên Stato. Các cánh tĩnh máy nén thấp áp được chế tạo bằng hợp kim Titan. Số cánh động và cánh tĩnh trên mỗi tầng của máy nén thấp áp được phân bố như sau: Tầng 1: Có 64 cánh động và 122 cánh tĩnh Tầng 2: Có 70 cánh động và 122 cánh tĩnh Tầng 3: Có 70 cánh động và 116 cánh tĩnh Tầng 4: Có 68 cánh động và 100 cánh tĩnh ở trên Stato máy nén thấp áp tại cuối tầng 4 người ta thiết kế hệ thống van xả khí. Đây là các van một chiều VBV ( Variable bleed valve) có chức năng điều chỉnh lưu lượng khí vào máy nén cao áp để khắc phục hiện tượng hóc khí ở máy nén thường gây nên hiện tượng chết máy của động cơ. 3. Máy nén cao áp HPC. (High Pressure Compressor) Máy nén cao áp của động cơ CFM 56 -5B là loại máy nén dọc trục 9 tầng, được cấu tạo bởi 2 phần là bánh công tác hay còn gọi là roto và phần tĩnh (Stato). Roto của máy nén cao áp được lắp trên trục tua bin cao áp N2 bằng các loại bulông chịu lực và chịu nhiệt, đây cũng là loại trục rỗng chế tạo bằng thép hợp kim Titan. Nó được đỡ bởi 2 ổ bi đũa 3R, 4R và ổ bi cầu 3B. Chín tầng máy nén cao áp tạo nên roto máy nén, gồm 3 phần: Tầng 1 và tầng 2 chế tạo có dạng hình tang trống. Riêng tầng 3 có dạng hình trụ và được ghép vào tầng 2 và tầng 4 bằng các bulông. Từ tầng 4 đến tầng 9 có kết cấu dạng hình tang trống. Các cánh của bánh công tác được lắp trên moay ơ mỗi tầng của roto máy nén cao áp, có nhiệm vụ truyền năng lượng cho dòng khí. Máy nén cao áp Stato của máy nén cao áp được ghép liền với vỏ của động cơ, trên đó lắp các cánh hướng, đồng thời nó tạo nên kết cấu chịu lực và lắp đặt các cơ cấu phụ khác khác như: cơ cấu xoay cánh, cơ cấu xả khí, trích khí..vv... Hệ thống cánh hướng có chức năng là hướng dòng khí tới các cánh của bánh công tác tầng ngay phía sau với một góc tới thích hợp và nắn dòng khí bị bánh công tác gây xoáy. Đồng thời chuyển hoá một phần động năng của dòng khí thành công tăng áp (áp năng) kèm theo sự tăng nhiệt độ dòng khí. Tại các vị trí tầng thứ 3, 4 của Stato máy nén cao áp có lắp các van xả khí và cơ cấu xoay cánh máy nén để điều chỉnh lưu lượng khí khi xảy ra hiện tượng hóc khí. Vì hiện tượng hóc khí rất hay xảy ra đối với động cơ tua bin khí hàng không dùng máy nén dọc trục. Hiện tượng này xảy ra khi lưu lượng khí vào động cơ quá lớn so với lượng khí mà nó cần, gây nên hiện tượng luồng khí nén bị quẩn dòng làm cho máy nén bị kẹt cứng không quay được, dẫn đến động cơ ngừng hẳn hoạt động. Để khắc phục hiện tượng này trên động cơ CFM 56-5B người ta lắp đặt hệ thống van xả khí và cơ cấu xoay cánh hướng của Stato.Khi xảy ra hiện tượng hóc khí các van VBV sẽ tự động mở ra luồng khí nén được đưa ra phía ngoài qua cửa trên vỏ động cơ, sau đó các van này tự động đóng lại.Đồng thời hệ thống điều khiển xoay cánh hướng hoạt động để điều chỉnh góc tới của luồng khí thổi vào một cách thích hợp. Giữa tầng 4, 5 và cuối tầng 9 có cơ cấu van trích khí nén để cung cấp cho hệ thống điều hoà, hệ thống khí nén và hệ thống chống đóng băng. 4. Buồng đốt (Combustor) Buồng đốt Buồng đốt của động cơ CFM 56 -5B là loại buồng đốt vòng đôi. Nó có chức năng biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng khí cháy. Chúng được thiết kế rất đặc biệt, gồm có 2 lớp. Phía ngoài vỏ của buồng đốt được thiết kế cho một luồng khí thổi bao xung quanh để làm giảm nhiệt độ của nó. Phương pháp này khắc phục được hiện tượng phá huỷ vật liệu chế tạo buồng đốt do quá nhiệt. Chính nhờ công nghệ này mà tuổi thọ của buồng đốt động cơ CFM 56 -5B được tăng lên rất nhiều. Trên vỏ buồng đốt người ta khoan các lỗ nhỏ để không khí thứ cấp từ máy nén cao áp thổi vào nhằm mục đích điều chỉnh nhiệt độ khí sau buồng cháy TT4 trước khi vào tua bin cao áp. Bởi vì vật liệu chế tạo cánh tua bin có độ bền nhiệt giới hạn. Nếu nhiệt độ khí quá cao sẽ phá huỷ cánh tua bin cao áp. Đồng thời các lỗ nhỏ này có công dụng tản nhiệt và nó không cho ngọn lửa phía trong ruột tiếp xúc trực tiếp với vỏ buồng đốt. Nhiên liệu được phun vào buồng đốt qua các vòi phun với áp lực cao để tạo sương mù giúp cho quá trình hoà trộn không khí và nhiên liệu diễn ra nhanh chóng và đều hơn. Như vậy hiệu suất cháy sẽ cao hơn rất nhiều đồng thời cho phép tiết kiệm tối đa nhiên liệu. Buồng đốt được trang bị 20 vòi phun nhiên liệu và 2 nến đánh lửa bố trí đối xứng nhau. Khi động cơ hoạt động ở chế độ cất cánh cần lực đẩy tối đa thì cả 20 vòi phun cùng hoạt động. Còn ở chế độ bay bằng cần lực đẩy nhỏ thì chỉ có 10 vòi phun hoạt động. Ưu điểm của buồng đốt vòng đôi là khối lượng nhỏ gọn , tổn thất thuỷ lực thấp nhất và có nhiệt độ, áp suất đều ở cửa ra. Ngoài ra buồng đốt loại này cho phép tiết kiệm tối đa nhiên liệu tiêu hao do có hiệu suất cao và nồng độ NO trong khí xả thấp hơn các loại khác. Vì vậy làm tăng tính cạnh tranh thương mại cho động cơ CFM 56 -5B. Nhược điểm của buồng đốt loại này là dễ bị cong, vênh, méo khi có ngoại lực tác động, khó kiểm tra, thay thế và hiệu chỉnh. 5. Tuabin cao áp HPT. (High pressure Turbine) Tua bin cao áp Động cơ CFM 56-5B được thiết kế một tầng tua bin cao áp đây là loại tua bin dọc trục. Tuabin cao áp có nhiệm vụ biến nhiệt năng, áp năng của dòng khí cháy từ buồng đốt thành cơ năng để quay trục N2 của tua bin và truyềnd động để kéo quay máu nén cao áp. Thực chất chức năng cơ bản của tua bin làm cho dòng khí giãn nở trên tua bin và nhận năng lượng của dòng khí để sinh ra cơ năng trên trục động cơ.Tua bin cao áp cấu tạo gồm hai phần là roto và stato. Phần roto gồm moay ơ dạng đĩa lắp trên trục N2 và các cánh tuabin được chế tạo bằng hợp kim đặc biệt Nikel Inco T18. Stato là vỏ và cơ cấu chịu lực của động cơ. Trên stato có lắp các cánh hướng tuabin. Dòng khí từ buồng đốt đến tuabin cao áp qua cơ cấu dẫn hướng sẽ làm tăng động năng dòng khí trước khi tới Roto của tuabin cao áp. 6. Tuabin thấp áp LPT. (Low Pressure Turbine) Tuabin thấp áp của động cơ CFM 56 -5B là loại tuabin dọc trục gồm 4 tầng. Nó dẫn động trục thấp áp N1 để quay 4 tầng máy nén thấp áp và quạt. Tuabin thấp áp có nhiệm vụ biến nhiệt năng, áp năng của dòng khí từ buồng đốt giãn nở qua tuabin cao áp tiếp tục giãn nở qua 4 tầng tua bin thấp áp để tạo cơ năng quay quạt, máy nén thấp áp. Tua bin thấp áp cấu tạo gồm hai phần là Roto và Stato - Phần Roto gồm các đĩa moay ơ được chế tạo bằng Titan. Các đĩa này được ghép lại với nhau bằng các bulông chịu lực, chịu nhiệt và lắp trên trục N1. Số cánh động trên mỗi tầng của tua bin thấp áp được phân bố như sau: Tầng 1 gồm có 162 lá Tầng 2 gồm có 150 lá Tầng 3 gồm có 150 lá Tầng 4 gồm có 134 lá Roto được thiết kế đặc biệt để khi thay thế các cánh trên đĩa mà không phải tháo rời từng đĩa. ở cuối tầng 4 của roto có một lớp đệm bịt kín để không cho không khí rò rỉ vào bên trong động cơ. - Stato của tuabin thấp áp gồm các cánh hưóng và có cấu tạo như ống đẩy Lavan thu hẹp dần. Khi dòng khí giãn nở qua tuabin thì nhiệt độ và áp suất dòng khí giảm dần đồng thời vận tốc (động áp) của dòng khí tăng lên. Đó chính là nhờ dạng khí động của các cánh roto và stato trên mỗi tầng. 7. Hộp giảm tốc (Accessory Gearbox) Hộp giảm tốc của động cơ CFM 56 -5B có 2 chức năng quan trọng là: + ở chế độ khởi động động cơ: Truyền chuyển động từ cụm máy khởi động cho trục truyền động trung gian để quay trục tua bin cao áp N2 . + ở chế độ khi động cơ làm việc: Truyền chuyển động từ trục tua bin cao áp N2 thông qua bộ truyền động trung gian để dẫn động cho các cụm máy lắp trên hộp giảm tốc. Các khối máy này bao gồm: - Cụm máy phát (Integrated Drive generator) Bơm thuỷ lực (Hydraulic pump) Cụm các bơm dầu bôi trơn (Lubrication Unit) Cụm khởi động (Starter) Bơm nhiên liệu (Fuel pump) Cụm thuỷ cơ HMU (Hydro mechanical unit) Hộp giảm tốc và bộ truyền động trung gian Hộp giảm tốc của động cơ CFM 56 -5B có 2 chức năng quan trọng là: + ở chế độ khởi động động cơ: Truyền chuyển động từ cụm máy khởi động cho trục truyền động trung gian để quay trục tua bin cao áp N2 . + ở chế độ khi động cơ làm việc: Truyền chuyển động từ trục tua bin cao áp N2 thông qua bộ truyền động trung gian để dẫn động cho các cụm máy lắp trên hộp giảm tốc. Các khối máy này bao gồm: - Cụm máy phát (Integrated Drive generator) Bơm thuỷ lực (Hydraulic pump) Cụm các bơm dầu bôi trơn (Lubrication Unit) Cụm khởi động (Starter) Bơm nhiên liệu (Fuel pump) Cụm thuỷ cơ HMU (Hydro mechanical unit) 8. Bộ khởi động động cơ (Starter) Bộ khởi động động cơ được lắp bên phía phải của hộp giảm tốc. Quá trình khởi động động cơ được thực hiện nhờ hệ thống khí nén của máy bay. Nguồn cung cấp khí nén là từ xe mặt đất hoặc từ động cơ phụ APU. Khi có tín hiệu điều khiển từ bảng điều khiển trên buồng lái của máy bay, máy tính trung tâm gửi tín hiệu sang khối giao diện EIU giữa động cơ và máy bay. Khi đó tín hiệu sẽ đưa tới khối máy tính điều khiển động cơ ECU. ECU nhận tín hiệu bắt đầu cho mở van khởi động. Khí nén từ hệ thống khí nén của máy bay qua van khởi động tới khối khởi động (starter). Khối này hoạt động. Nhờ động năng của dòng khí làm quay hệ thống dẫn động vào hộp truyền động qua bộ truyền động trung gian đến làm quay trục tua bin cao áp N2 của động cơ. Khi số vòng quay trục tua bin cao áp N2 đạt đến giá trị 16% thì khối máy tính điều khiển động cơ sẽ điều khiển van phun nhiên liệu vào buồng đốt. Khi N2 đạt đến tốc độ 22% thì ECU điều khiển cho 2 nến đánh lửa bắt đầu hoạt động. Khi N2 đạt đến tốc độ > 50% thì ECU điều khiển 2 nến đánh lửa ngừng hoạt động. Lúc này động cơ bắt đầu hoạt động. IV. Các hệ thống chính của động cơ CFM 56 -5B 1. Hệ thống điều khiển động cơ FADEC FADEC là cụm từ viết tắt từ thuật ngữ Full Authority Digital Engine Control. Đây là hệ thống điều khiển động cơ bằng kỹ thuật số, áp dụng những thành quả của công nghệ điện tử và tin học. Tất cả chương trình hoạt động, sự cố được lập trình và lưu dưới dạng số cho khối máy tính điều khiển động cơ ECU. Đồng thời chúng có liên hệ mật thiết với khối máy tính chính kiểm soát hoạt động của máy bay trên buồng lái. Nguồn điện cung cấp cho khối máy tính điều khiển động cơ ECU là nguồn điện xoay chiều 115v 400Hz lấy từ 2 máy phát và nguồn 28v DC từ ắc quy dự phòng. ECU kiểm tra tất cả các hoạt động của động cơ, thường xuyên gửi tín hiệu lên bảng điều khiển trên bàn máy thông qua khối giao diện động cơ-máy bay EIU. Tín hiệu được truyền dưới dạng số thông qua các bus dữ liệu tiêu chuẩn ARINC 429. ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến về trạng thái, tình trạng hoạt động hiện thời của động cơ. Đó là cảm biến về nhiệt độ dầu bôi trơn, nhiệt độ nhiên liệu, áp suất dầu bôi trơn, áp suất nhiên liệu phun vào buồng đốt, nhiệt độ vỏ động cơ, nhiệt độ khí xả EGT, lưu lượng dầu bôi trơn, cảm biến tắc lọc... Tất cả tín hiệu này được ECU gửi về máy tính trung tâm trên buồng lái và hiển thị trên màn hình chính ECAM. Khi có tín hiệu phản hồi từ máy bay trở lại ECU nhận và xử lý để bảo đảm động cơ hoạt động liên tục, an toàn và đạt hiệu suất cao nhất. Ngoài ra, ECU còn quản lý hệ thống nhiên liệu của động cơ và hệ thống khởi động. Quá trình cung cấp nhiên liệu, khởi động hoàn toàn do ECU điều khiển tự động. Động cơ CFM 56 -5B còn được trang bị hệ thống điều khiển độ giãn cách giữa cánh động của tuabin và vỏ động cơ để nâng cao hiệu suất của động cơ. Quá trình điều khiển này được thực hiện bởi các secvo thuỷ lực và hệ thống nhiên liệu. Nó được ECU điều khiển và quản lý. ECU luôn kiểm soát độ giãn cách này bằng các cảm biến. Đồng thời luôn luôn điều chỉnh để động cơ làm việc ở chế độ có hiệu suất cao nhất. Ngoài những chức năng đã kể trên khối máy tính điều khiển động cơ ECU còn có chức năng điều khiển các van trích khí, xả khí và các cơ cấu xoay cánh của máy nén. 2. Hệ thống nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho động cơ máy bay hoạt động. Nó bảo đảm cung cấp nhiên liệu theo yêu cầu của động cơ trong mọi tình huống và điều kiện làm việc. Động cơ CFM 56 -5B còn sử dụng nhiên liệu để điều khiển các van xả khí, điều khiển xoay cánh stato máy nén ở tầng 3, 4 của máy nén cao áp để khắc phục tình trạng chết máy do hóc khí động cơ. Ngoài ra nhiên liệu còn được sử dụng để điều khiển khoảng cách giữa cánh turbine và vỏ động cơ. Ngoài những nhiệm vụ trên hệ thống nhiên liệu còn có nhiệm vụ làm mát dầu bôi trơn thông qua thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhiên liệu và dầu bôi trơn. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu động cơ CFM56-5B Hệ thống nhiên liệu của động cơ CFM 56 -5B gồm có: Bơm thấp áp Bơm cao áp Bộ lọc Bộ trao đổi nhiệt dầu bôi trơn / nhiên liệu Các van an toàn Van một chiều Các cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, áp suất nhiên liệu. Ngoài ra hệ thống nhiên liệu còn có các vòi phun nhiên liệu và khối thuỷ cơ HMU để điều khiển các van xoay cánh hướng, van xả khí, điều khiển độ giãn cách giữa cánh tuabin và vỏ động cơ. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ CFM 56 -5B Nhiên liệu từ thùng dầu máy bay được đưa đến hệ thống nhờ bơm thấp áp (LP pump) sau đó nhiên liệu được đi qua bộ trao đổi nhiệt dầu bôi trơn / nhiên liệu. Qua đó nhiệt độ của dầu bôi trơn được truyền cho nhiên liệu. Sau khi qua bộ trao đổi nhiệt, nhiên liệu đi qua bộ lọc và đến bơm cao áp. Tại bộ lọc, bơm đều được lắp các van an toàn để phòng khi áp suất trong hệ thống quá cao (do tắc lọc) nhiên liệu sẽ qua van trở về nguồn. Sau khi qua bơm cao áp, nhiên liệu được đi tới các vòi phun để cung cấp cho buồng đốt và một phần nhiên liệu đi đến khối thuỷ cơ HMU để điều khiển các van. Một phần nhiên liệu từ khối thuỷ cơ và các bộ trao đổi nhiệt được trở lại thùng chứa qua van một chiều. Trước khi nhiên liệu hồi về có một đường nhiên liệu được trích ra từ bơm thấp áp để trộn lẫn nhiên liệu trở về có tác dụng làm giảm nhiệt độ nhiên liệu vào thùng. 3. Hệ thống thổi ngược. Hệ thống thổi ngược hay hệ thống đảo chiều lực đẩy có nhiệm vụ đổi chiều luồng khí thổi qua luồng ngoài theo chiều ngược lại, mục đích để tăng lực hãm của máy bay làm giảm quãng đường chạy đà khi hạ cánh. Hệ thống thổi ngược của động cơ CFM 56 - 5B là loại cơ cấu thổi ngược dạng lưới. Trong cơ cấu này các phần tử dùng để đổi chiều luồng khí là các dãy profil cánh. Bình thường khi không cần đảo chiều lực đẩy thì cơ cấu này đóng xuôi theo vỏ động cơ. Khi hệ thống hoạt động thì cơ cấu mở ra và các dòng khí thổi ra ngoài được các cánh hướng theo chiều ngược lại. Hệ thống đảo chiều hoạt động được là nhờ hệ thống thủy lực chính của máy bay và cơ cấu dẫn động. Cấu tạo của hệ thống thổi ngược gồm các phần tử sau: Bộ điều khiển thuỷ lực HCU( Hydraulic Control unit) Cảm biến vị trí mở cửa thổi ngược (Switches for the deploy position) Cảm biến vị trí đóng cửa thổi ngược (Switchs for the stow position) Hệ thống các khoá cửa thổi ngược Hệ thống điều khiển điện, điện tử nối với khối máy tính điều khiển động cơ ECU và khối giao diện động cơ - máy bay EIU Các cơ cấu dẫn động (Actuator) Các xy lanh thuỷ lực đóng mở cửa Bộ điều khiển thuỷ lực có chức năng điều khiển sự hoạt động của các xy lanh thuỷ lực và các khóa thuỷ lực. Nó bao gồm: - Hai van phân phối một van điều khiện bằng tín hiệu điện, một van điều khiển bằng tín hiệu thuỷ lực. - Van an toàn, - Van điều áp, - Cảm biến áp suất, - Bộ lọc và thiết bị báo tắc lọc. Nguồn thuỷ lực cấp cho hệ thống thổi ngược lấy từ hai nguồn thuỷ lực chính của máy bay là nguồn thứ nhất (Green) và nguồn thứ hai (Yellow). Hai nguồn thuỷ lực này thuộc hệ thống thuỷ lực chính của máy bay. Chúng hoạt động độc lập với nhau, trong chế độ hoạt động bình thường thì chỉ có một nguồn cấp được sử dụng, còn một nguồn kia ở chế độ dự phòng. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống thổi ngược Khoá thuỷ lực. Van tiết lưu. Van phân phối điều khiển bằng thuỷ lực. Xylanh hành trình đóng mở cửa thổi ngược. Thùng dầu. Bộ lọc Bơm. Van an toàn. Van an toàn. Bộ lọc Van phân phối điều khiển bằng điện Nguyên lý hoạt động của hệ thống thổi ngược. Quá trình mở cửa thổi ngược chỉ có thể được thực hiện khi máy bay ở mặt đất và phải có đầy đủ các điều kiện lôgic sau: - Một kênh truyền của khối điều khiển động cơ ECU hoạt động khi nhận được tín hiệu từ tay ga trên buồng lái - Tín hiệu càng đã được thả từ hệ thống điều khiển càng LGCIU (Landing gear control interface Unit) - Khối máy tính điều khiển động cơ đưa động cơ về chế độ lực đẩy nhỏ nhất. Khi khối máy tính điều khiển động cơ ECU đã nhận đủ các tín hiệu logic trên thì nó bắt đầu mở van phân phối điều khiển bằng điện cấp áp suất thuỷ lực cho bộ điều khiển thuỷ lực HCU. - Các truyền cảm áp suất gửi tín hiệu tương tự về áp suất thuỷ lực hệ thống cho ECU, lúc này các khoá thuỷ lực được mở ra. Các cảm biến vi trí cửa thổi ngược liên tục cho ECU các thông tin về vị trí. Khi các khoá được mở ra 100%, nguồn thuỷ lực được cấp cho các xy lanh để mở cửa thổi ngược. Sau khi nhận được các tín hiện mở cửa 100% từ các truyền cảm vị trí thì ECU đóng các van phân phối để khoá nguồn thuỷ lực cấp từ hệ thống và chuẩn bị cho quá trình đóng cửa thổi ngược. Chương 2 Tính toán nhiệt khí động động cơ và tua bin A. điều kiện làm việc và các số liệu cho trước I. Điều kiện làm việc -Động cơ làm việc ở mặt đất : H = 0 ,V = 0 (MH = 0 ứng với H = 0), n = nmax -áp suất môi trường xung quanh :pH=101325 Pa. -Nhiệt độ môi trường :TH=288 0K. II. Các số liệu cho trước -Hệ số phân luồng : m = 5.6 -Lưu lượng không khí qua động cơ trong điều kiện tính toán : GKS= GKmax = 410 (kg/s). -Lưu lượng không khí qua luồng trong : = 62.1 kg/s -Lưu lượng không khí qua luồng ngoài : = 347.9 kg/s -Nhiệt độ khí cháy trước tua bin : -Tỷ số nén của quạt : -Tỷ số nén luồng thấp áp (quạt + máy nén thấp áp) : -Tỷ số nén của máy nén cao áp : -Các tham số không khí : +k=1,4; R=287 J/kg.độ; CP=1004,5 J/kg.0K. -Các tham số khí cháy : +k’=1,33; R’=288,3 J/kg.độ; CP=1161,9 J/kg.0K. III. Sơ đồ tính toán động cơ Các thiết diện tính toán động cơ . 0-0: Thiết diện phía trước động cơ (môi trường xung quanh). 1-1: Thiết diện trước quạt 1Q-1Q : Thiết diện sau quạt 2-2:Thiết diện trước buồng đốt chính (thiết diện sau máy nén ). 3-3: Thiết diện trước tua bin . 4-4: Thiết diện sau tua bin . 5-5: Thiết diện tại miệng phun. X-X: Thiết diện trước máy nén cao áp . Y-Y: Thiết diện trước tua bin thấp áp . B. TíNH TOáN NHIệT KHí ĐộNG ĐộNG CƠ Các tham số luồng chảy 1.Thiết diện trước máy nén (1-1) a.Nhiệt độ hãm: = 288 oK = 288 oK b.Tốc độ của dòng khí tại cửa vào máy nén : -Tốc độ âm thanh tới hạn: ath = 18.3 . = 310.56 m/s -Khi đó: C1 = . ath = 217.39 m/s c.Nhiệt độ: T1 = T - = 264.48 oK d.áp suất hãm : p = = 97272 Pa ; với =0,96 2.Thiết diện trước máy nén cao áp (x-x) a.áp suất hãm: p= p. Pa b.Nhiệt độ hãm : T = T= 432.3oK Trong đó: hiệu suất máy nén thấp áp 3.Thiết diện trước buồng đốt chính (2-2) a.áp suất hãm: p = p . = 2723616 Pa b.Nhiệt độ hãm: T = T= 763.7oK Trong đó hiệu suất của máy nén cao áp c.Tốc độ dòng khí ở cửa ra máy nén : C2 = 145 m/s 4.Thiết diện trước tua bin (3-3) a.áp suất hãm: p== 2614671 Pa :tổn thất ở buồng đốt b.Nhiệt độ hãm : T = 1400 0K c.Lưu lượng tiêu hao nhiên liệu tương đối: = 0.0184 Trong đó : +gLM=0,03: lưu lượng không khí tương đối làm mát +Nhiệt trị của nhiên liệu: Hu=43150 (KJ/kg) +: hiệu suất đốt cháy + :nhiệt dung riêng đẳng áp . d.Vận tốc dòng khí tại cửa vào tua bin -Ta có : = 0.1727 Với m=0,0396; F3=0,13 (m2) ; Gkc Gkk Tra bảng hàm khí động ta có: = 0.109 - = 74.63m/s 5.Công của rô to máy nén và tua bin a.Công nén khí luồng ngoài : = 48325 J b.Công cấp cho luồng ngoài : Le = m.LII = 270622 J c.Công của máy nén thấp áp: = 96619 J d.Công của máy nén cao áp : = 332905 J e.Công của tua bin cao áp : = 336826 J f.Công của tua bin thấp áp: = 371567 J m = 5.6 : Hệ số phân luồng g.Tỷ số giãn nở ở tua bin cao áp: = 0.218 = 2.693 h.Tỷ số giãn nở ở tua bin thấp áp: =0.30 = 4 6.Thiết diện trước tua bin thấp áp (y-y) a.áp suất hãm : = 970739.42 Pa b.Nhiệt độ hãm : = 289.88 oK = 1110.1 oK 7.Thiết diện sau tua bin (4-4). a.áp suất hãm: = 230483 Pa b.Nhiệt độ hãm: = 319.78 oK = 790.3oK c.Tỷ số giãn nở ở tua bin : = 11.34 d.Vận tốc dòng khí sau tua bin : = 257.23m/s chọn 8.Thiết diện sau miệng phun (5-5) -Mức giảm áp của dòng khí khi không tăng lực: = 2.27 -Nhiệt độ: = 678.4oK -Nhiệt độ hãm : = 673.73 oK :là hiệu suất của miệng phun. -áp suất : = 121129.5 Pa -Tốc độ dòng khí ở cửa ra miệng phun: = 510.02 m/s -Lực đẩy riêng : = 582.7 N.s/kg -Suất tiêu hao nhiên liệu : = 0.0172kg/N.h c. Tính toán nhiệt khí động tua bin động cơ. I. Các số liệu cho trước và sơ đồ luồng chảy 1. Các số liệu cho trước - Lưu lượng khí cháy qua tua bin GKC=GNL+GKI=GK.(1+gNL)=64.33 kg/s. - áp suất toàn phần trước tua bin P0*=261671 Pa. - Nhiệt độ dòng hãm trước tua bin T0*=1400 0K. - Công yêu cầu của tua bin LT=LTCA+LTTA= 708393 J/kg. - Tốc độ vòng quay tua bin cao áp nCA=14600 vòng/ phút. - Tốc độ vòng quay tua bin cao áp nTA= 5000 vòng/ phút. - Đường kính trong tua bin Dng=0,7 m.=const 2. Sơ đồ dạng luồng chảy tua bin . 3. Quy ước tên các thiết diện của tua bin. - Thiết diện 0-0:Tại cửa vào lá thiết bị phun tầng 1. - Thiết diện 1’-1’:Tại cửa ra lá thiết bị phun tầng 1. - Thiết diện 2’-2’:Tại cửa vào lá thiết bị phun tầng 2. - Thiết diện 2-2:Tại cửa ra lá quay tầng 2. II. Tính toán nhiệt khí động tua bin 1.Tính các thông số dồng khí tại cửa ra tua bin (2-2). Nhiệt độ dòng hãm tại cửa ra tua bin : 789.699oK áp suất hãm : 245627 Pa 2. Tính diện tích của ra tua bin tại thiết diện (2-2) - Chọn hệ số M tại cửa ra tua bin M2C= 0.7 Tra bảng hàm khí động thấp áp có mật độ tương đối của dòng q(l2)= 0.9116 - Chọn góc thoát của dòng tại cửa ra tua bin 75o Theo phương trìng lưu lượng thấp áp có diện tích lưu thông cửa ra tua bin F2 là: 0.2061 m2 3. Các thông số hình học đối với hai tầng tua bin . Đường kính ngoài tại cửa ra tua bin : 0.8674 m Đường kính trung bình tại cửa ra tua bin. 0.8181 m Tốc độ tuyệt đối tại cửa ra : C2=M2C.368 m/s Trong đó 720.80 4. Tính các thông số hình học của tầng đầu tại thiết diện (0-0) Chọn số : M0=0.3 Tra bảng hàm khí động thấp áp có : q(l0)= 0.4877 Diện tích cửa vào tua bin : 0.13 m2 Đường kính ngoài tại cửa vào tua bin : 0.8096 m Đường kính trung bình tại cửa vào tua bin : 0.7548 m Chiều cao các lá thiết bị phun tầng 1 : 0.5482 m Tốc độ tuyệt đối cửa vào : C0=M0.=217.85 m/s Trong đó 1375.2 oK Iii. Tính toán khí động tua bin tầng 1 theo bán kính trung bình. 1. Tính các tham số sau tua bin tầng 1, tại thiết diện (2’-2’). Nhiệt độ dòng hãm : 1110.1oK áp suất dòng hãm : 993418 Pa 2. Xác định kích thước luồng chảy Đường kính ngoài tại thiết diện (2’-2’) : Dn2’=0.8310 m2 Đường kính trung bình tại thiết diện (2’-2’) : 0.7655 Diện tích dòng chảy tại cửa ra tua bin tằng 1 : 0.1643 m2 3. Xác định mật độ tương đối của dòng tại cửa ra tua bin tầng 1. 0.4979 trong đó chọn góc mở cửa ra tầng 1: 75o Từ q(l2’c) ở trên tra bảng hàm khí động 0.328 4. Tính các thông số tốc độ của dòng khí tại cửa ra tua bin tầng 1. Tốc độ tuyệt đối trên cửa ra của tầng 1: 246.58 m/s Tốc độ dọc trục của dòng khí trên cửa ra tua bin tầng 1 : Ca2’=C2’.sina2’= 238.18m/s Tốc độ quay treo của dòng khí trên cửa ra tua bin tầng 1: Cu2’=C2’ cosa2’ =63.82 m/s 407.62 m/s Thành phần theo phương quay của tốc độ tương đối tại cửa ra tua bin tầng 1 : Wu2’=Cu2’+UTB2’=471.43m/s Tốc độ tương đối của dòng khí tại cửa ra tua bin tầng : W2’=528.19 m/s 5. Xác định kích thước luồng chảy tại cửa ra của thiết bị phun tầng 1.(1’-1’) Theo dạng luồng chảy ta xác định được chiều cao lá quay tai (1’-1’): h1’= 0.058 m Đường kính trong của luồng chảy tại (1’-1’) : Dn1’=Dt+2.h1’= 0.8165 m Đường kính trung bình của luồng chảy tạI (1’-1’) : DTB1’=Dt+h1’= 0.7583 m Diện tích luồng chảy tại thiết diện (1’-1’) : 0.1388 m2 6. Xác định thành phần tốc độ vòng tuyệt đối của dòng khí tại thiết diện (1’-1’) 470.51 m/s trong đó : - Tốc độ vòng tại (1’-1’) ; 406.78 m/s - Tốc độ vòng tại (2’-2’): 409.63 m/s 7. Xác định góc a1’ và tốc độ tuyệt đối của dòng khí tại thiết diện (1’-1’) =20.5O Dựa vào đồ thị ta xác định được : l1’c =0.74 Trong đó 678.81 m/s Tốc độ tuyệt đối của dòng khí tại cửa ra của thiết bị phun tầng 1 : C1’=l1’. ath1’= 502.32 m/s Tốc độ dọc trục của dòng khí tại cửa ra thiết bị phun tầng 1 : Ca1’=C1’.sin = 175.92 m/s Tốc độ tương đối của dòng khí tại cửa vào bánh công tác tua bin tầng 1 : W1’=187.10 m/s 8. Tính áp suất tĩnh và nhiệt độ dòng khí tại cửa ra thiết bị phun tầng 1(1-1) Với l1’c=0,74 tra bảng hàm khí động ta có: 0.7229 Vậy áp suất tĩnh tại thiết diện (1’-1’) là: P1’=P1’*.p(l1’c)=P0*.sTBP. p(l1’c)= 175794 Pa Với l1’c tra bảng hàm khí động ta được t(l1’c)= 0.9224 Vậy nhiệt độ của dòng khí tại cửa ra thiết bị phun tầng 1 là : T1’=T0*.t(l1’c)= 718.65 oK 9. Góc của góc độ tương đối trên cửa vào và cửa ra bánh công tác tua bin tầng I Góc của góc độ tương đối tại cửa vào bánh công tác tua bin tầng I() 70.08o Góc của góc độ tương đối tại cửa ra bánh công tác tua bin tầng I() 26.66o 10. Xác định độ thu hẹp luồng chảy K. 2.095 ta có ; tra đồ thị ta có 0.98 11. Tính công đoạn nhiệt của dòng khí dãn nở trong bánhcông tác tua bin tầng 1. 128513 J/kg áp suất tĩnh tại cưả ra bánh công tác tua bin tầng 1 : 723989 Pa Nhiệt độ tại cưả ra bánh công tác tua bin tầng 1 : 813 oK iV.Tính toán khí động tua bin tầng 1 tại bán kính trong và ngoài STT Công thức tính Dt DTB Dn Đơn vị 1 0.9144 1 1.0856 2 514.54 470.51 433.42 m/s 3 175.92 175.92 175.92 m/s 4 18.88 20.50 22.09 (0) 5 371.97 406.._.