מערכות מנוע טורבינה: דלק, סיכה ואוויר

מערכת הדלק של מנוע טורבינה

רכיבים

1. משאבת דלק מונעת מנוע: לרוב שני שלבים – שלב צנטריפוגלי ללחץ התחלתי, ואחריו משאבת גלגלי שיניים בלחץ גבוה. כוללת שסתום הקלה.
2. מסנן דלק: עם שסתום עוקף ומחוון לחץ דיפרנציאלי (Impending bypass indicator).
3. מחמם דלק (Fuel heater): מחליף חום – בדרך כלל עם שמן המנוע או אוויר מהמדחס – שמונע התגבשות קרח ממים מומסים בדלק בטמפרטורות נמוכות.
4. בקרת דלק (FCU – Fuel Control Unit): קובעת את כמות הדלק.
5. שסתום לחץ וניקוז (P&D valve) / חלוקת זרימה: מחלק בין ראשוני למשני בפיות, ומנקז את הסעפת בכיבוי.
6. סעפת דלק ופיות.

מה בקרת הדלק מתחשבת בו

ה-FCU מקבלת את מיקום ידית ההספק, ומודדת:

• סל״ד המנוע (N1/N2/Ng).
• לחץ כניסה ולחץ יציאת המדחס (CDP / P3).
• טמפרטורת כניסה.
• לפעמים טמפרטורת גזים.

היא מגבילה את קצב ההאצה כדי למנוע הזדקרות מדחס והתחממות; ואת קצב ההאטה כדי למנוע כיבוי להבה (Flameout) מתערובת רזה מדי.

סוגי בקרות

מערכת הסיכה של טורבינה

מאפיינים

• כמעט תמיד אגן יבש עם מיכל נפרד.
• שמן סינתטי שעומד בחום גבוה מאוד.
• המסבים העיקריים – מסבים כדוריים וגליליים (לא מסבים מישוריים). מסב כדורי לכל ציר כדי לקבל את כוח הדחף הצירי; מסבים גליליים לעומסים רדיאליים.
• ספוגי שמן (Oil sumps / Bearing compartments) אטומים סביב המסבים, עם אטמי מבוך (Labyrinth seals) או אטמי פחמן (Carbon seals). אוויר בלחץ מהמדחס דוחף לתוך האטם ומונע מהשמן לצאת.
• משאבות החזרה (Scavenge pumps) – כמה משאבות, אחת לכל אזור מסבים.
• מפריד אוויר-שמן (Deaerator / Air-oil separator) במיכל, וBreather עם מפריד צנטריפוגלי.
• מצנן שמן – לרוב שמן-דלק (Fuel-oil cooler): הדלק מקרר את השמן והשמן מחמם את הדלק.

מערכת חמה ומערכת קרה

• Hot tank: המצנן נמצא בקו הלחץ – השמן החם חוזר למיכל.
• Cold tank: המצנן נמצא בקו ההחזרה – השמן מתקרר לפני שהוא חוזר למיכל.

מסבים עם שכבת שמן (Squeeze film / Oil damped bearings)

השמן ממלא מרווח קטן סביב המסב ובולם רעידות של הציר.

גלאי שבבים (Chip detector)

מגנט בקו ההחזרה, שאוסף חלקיקים. בחלק מהמערכות הוא חשמלי – חלקיקים סוגרים מעגל ומדליקים נורה בתא. יש גם גלאים ששורפים חלקיקים קטנים מאוד בזרם (Fuzz burn-off), כדי שרק חלקיקים גדולים יפעילו התרעה.

מערכת האוויר (Bleed air / Secondary air)

אוויר נלקח מהמדחס לכמה שימושים:

לקיחת אוויר (Bleed) מורידה את ההספק הזמין ומעלה את EGT – לכן היא כלולה בטבלאות הביצועים.

הגנה מקרח במנוע

• אוויר חם מהמדחס לפתח הכניסה ולחלקים קדמיים.
• חימום חשמלי של ספינר וחיישנים.
• מפריד חלקיקים אינרציאלי (Inertial separator) – בטורבו-פרופים: דלת או להב שמשנים את מסלול האוויר, והחלקיקים הכבדים (מים, קרח, חול) ממשיכים ישר החוצה. מפעילים בתנאי קרח, בגשם ובקרקע מאובקת.

מערכת הגנה מפני אש – ראו פרק נפרד

APU – יחידת כוח עזר

מנוע טורבינה קטן, בדרך כלל בזנב, שמספק חשמל ואוויר בקרקע (ולפעמים בטיסה), ומתניע את המנועים הראשיים. פועל במהירות קבועה. מוגן במערכת גילוי וכיבוי אש משלו.

זרימת אוויר, מסיטים ובידוד במנוע טורבינה

זרימת אוויר במכסה המנוע (Nacelle / Cowling airflow)

• אוויר קירור נכנס דרך פתחים בתא המנוע (Nacelle), עובר סביב המנוע ויוצא – מקרר אביזרים, חיווט, צינורות וקופסת הגלגלים.
• פתחי יציאה וונטורי – לפעמים סילון הפליטה שואב את האוויר (Ejector).
• אוורור – מונע הצטברות אדי דלק – חלק מהגנת אש.

מסיטים ואטמים (Baffles and seals)

• מסיטים מכוונים את אוויר הקירור לאזורים החמים.
• אטמים בין המכסה למנוע – מפרידים אזורי אש ומונעים דליפת אוויר.
• אטמים פגומים או חסרים – התחממות של אביזרים ופגיעה בהפרדת אש.

שמיכות בידוד ומעטפות (Insulation blankets and shrouds)

• שמיכות בידוד סביב חלקים חמים – בית הטורבינה, צינור הפליטה – מגינות על המבנה ועל הרכיבים ומשמרות חום.
• חומר: סיבי סיליקה או קרמיקה, עטופים ברדיד פלדת אל-חלד או אינקונל.
• מעטפות קירור (Cooling shrouds) – אוויר זורם בין המעטפה לחלק החם.
• בדיקה: קרעים, ספיגת שמן או דלק (סכנת אש – מחליפים), חיבורים, שחיקה.

יחידת כוח עזר (APU) – פירוט

• מנוע טורבינה קטן, בדרך כלל בזנב, בתא עם קיר אש.
• עובד במהירות קבועה (כ-100%) – בקר אלקטרוני (ECU) שומר על הסל״ד.
• מספק: חשמל (גנרטור AC), אוויר דחוס (מדחס עומס – Load compressor או אוויר עקיפה) – להתנעת המנועים ולמיזוג.
• התנעה: מתנע חשמלי מהמצבר.
• פתח כניסה עם דלת – נפתחת בהפעלה.
• הגנות: כיבוי אוטומטי בחום יתר, מהירות יתר, לחץ שמן נמוך, אש (במטוסים מסוימים – כיבוי אוטומטי באש בקרקע).
• מערכת גילוי וכיבוי אש משלה.
• אחזקה: כמו מנוע טורבינה – שמן, מסננים, בורוסקופ, שעות ומחזורים.

FADEC – פירוט

Full Authority Digital Engine Control

• שני ערוצים (A ו-B) – כל אחד יכול לשלוט במנוע לבד; מתחלפים כל התנעה.
• חיישנים כפולים – N1, N2, טמפרטורות, לחצים, מיקום ידית.
• מפעילים – יחידה הידרו-מכנית (HMU) שמנגנת את הדלק לפי פקודה חשמלית, להבי סטטור משתנים, שסתומי עקיפה.
• מקור חשמל עצמאי – אלטרנטור ייעודי (PMA) על המנוע, אחרי שהמנוע פועל.
• הגנות – מגבלות סל״ד ו-EGT, הגנה מהזדקרות, התנעה אוטומטית עם הגנה מהתנעה חמה.
• אחזקה – קודי תקלה, הורדת נתונים, טעינת תוכנה (Software loading) לפי גרסה מאושרת, התאמת מודול זיהוי מנוע (Engine identification plug / Rating plug) – קובע את דירוג ההספק.
• ניתוח תקלות – דרך מחשב האחזקה של המטוס.

ניקוזי דלק במנוע (Engine fuel drains)

• ניקוז סעפת הדלק בכיבוי – שסתום הלחץ והניקוז (P&D) – מונע דליפת דלק לתא הבעירה אחרי הכיבוי (אש ועשן בהתנעה הבאה).
• מיכל ניקוז (Ecology tank / Drain tank) – אוסף דלק שנוקז ומחזיר אותו (במטוסים מודרניים) – לא שופך על הרצפה.
• ניקוזים בתא המנוע – צינורות ניקוז לדלק ושמן שדלפו – לא מצטברים ליד חלקים חמים. בודקים שהם פתוחים.
• ניקוז מתא הבעירה – בחלק מהמנועים, לדלק אחרי התנעה כושלת.

נקודות למבחן

• מחמם דלק – מונע קרח בדלק.
• FCU מגבילה האצה (הזדקרות מדחס) והאטה (כיבוי להבה).
• FADEC – שני ערוצים, אין גיבוי מכני.
• מסבים בטורבינה – כדוריים וגליליים.
• אטמי מבוך – אוויר בלחץ שומר על השמן.
• Hot tank – מצנן בקו הלחץ; Cold tank – בקו ההחזרה.
• אוויר עקיפה מוריד הספק ומעלה EGT.