How går ett jetmotorhandtag plötsligt in i mycket regn?

I en annan fråga finns det ett utmärkt svar för hur termisk expansion hanteras i en jetmotor. Det är ett etablerat faktum att jetmotorer kan hantera snabba temperatursvängningar. Har du sett hur snabbt en ITT-mätare går upp när man startar en motor? Mitt svar kommer att fokusera på regns effekt på en jetmotor.

Det första att förstå är att jetmotorer tar mycket luft. Därför kan de hantera svagt regnfall eller till och med vatten på landningsbanan som sprutar in i motorn från däcken (denna vattenstråle har det roliga namnet "rooster"). Airbus 320, till exempel, går igenom 27 000 liter luft varje sekund under start. html / a> Det betyder att även vid noggrann FAA-certifieringstest kommer koncentrationen av vattenintag aldrig att bli högre än 20 g vatten för varje kubikmeter luft. Se FAA Del 33.78 Bilaga B

För att du ska kunna förstå varför vattnet har liten kylningseffekt måste jag beskriva vad som händer när en motor tar i vatten, förutsatt att du känner till de grundläggande delarna av en jetmotor. Luft / vattenblandningen går in i kompressorn, och fläktbladen i denna kompressor snurrar snabbt tillräckligt för att fånga mycket av vattnet och som en centrifug sprutas vattnet mot väggarna. Detta hjälper till att hindra vatten från att komma in i förbränningsvägen på en bypass-motor, men det hindrar inte vatten från att följa gasbanan, särskilt på en motor utan omlopp runt gasbanan.

Motorn måste nu justera för extra vatten i luften, och Motorerna är mycket bra för att justera för sådana ändringar i förhållandena . Om det finns mer än en oberoende kompressorrotor, kommer rotorns hastigheter att förändras för att hålla luften rörlig och säkerställa ett korrekt tryckfall över kompressorn, kallad "kompressoråterställning". Motorn kommer också att öka bränslet till luftrationen för att kompensera för vattnet. Dessa två processer avdunstar extravattnet genom termodynamisk uppvärmning, inte genom värmeöverföring. I själva verket ger de första stegen i motorn extra energi för att förånga vattnet, så lite differentialkylning uppstår, även om mängden regn är snabbt.

En sak att notera här är att motorn faktiskt körs varmare än normalt istället för kallare än normalt under dessa händelser, på grund av ovanstående skäl och den extra kraft som tillhandahålls från vatteninjektionen.

Alla parametervariationer som nämns ovan minskar dina marginaler för motorflamma ut och kompressorbod. I praktiken ska en motor flamma ut eller sura innan vatten kan orsaka en tillräckligt stor termisk förändring för att orsaka motorskador. Om du tänker på det, bör den mängd temperaturförändring som krävs för att orsaka problematisk vridning av en motor vara mycket mer än den mängd som krävs för att motorn ska sluta springa.

Så vi har fastställt att jetmotorerna bra att expandera och contracting på grund av termiska förändringar . Vi har också konstaterat att vi faktiskt inte talar om ett ton vatten här, bara några gram per kubikmeter luft, vilket skulle ta en liten procent av motorkraften att förånga (~ 1% enligt mina beräkningar ). Det mesta av det extra vattnet förångas, inte genom att avkyla motordelar, utan genom att de tidiga stadierna i motorn arbetar hårdare. Slutligen innebär de minskade marginalerna som orsakas av vattenintag att du kommer att sura eller flamma ut innan du får varma motordelarna. Dessa principer bör gälla oavsett om vattenintaget börjar om några sekunder eller ramper upp i flera minuter.

Sammanfattningsvis, i "Undersökning av motorförlust och instabilitet i Inclement Weather", (pdf) FAA noterade "Motorer är vanligtvis inte skadade vid ett kraftigt regnstopp. Vanligtvis är den mest allvarliga situationen att uppleva flera motorflamouter eller överskott med en efterföljande pilotinitierad motorstängning." I rapporten noterades då att de två incidenterna där motorskador uppstod från regn var över temperaturer, inte från differentialkylning. Så din största oro när du flyger igenom jämn regn i regnen kan inte vara huruvida din motor kommer att varpa från regnkylning ner.

En flameout definieras som en förlust av motoreffekt som inte orsakas av ett mekaniskt fel. De tre objekt som behövs för att hålla en jetmotor fungerande är bränsle, luft och värmekälla för att få dem att brinna. Förlust av någon av dessa tre kan resultera i en flameout.

I grund och botten om temperaturen i förbränningskammaren blir för låg får du en flamoutgång. Men motorns styrenhet upptäcker sänktemperaturer (på grund av regn eller isintag) mycket snabbt och ger mer bränsle för att kompensera för det.

Det finns (gamla) flygplan som har använt vatteninjektion för att öka motorens prestanda, vanligtvis för start eller motorfel, där det behövs mest. Orsaken till att tryckkraften ökar är att mer massa (vattnet) accelereras, men också att temperaturen på den hetaste delen av motorn minskar, så att du kan lägga till ännu mer bränsle för att få en högre drivkraft utan att laga motorerna. Om du lägger till vatten till en oljebaserad eld, exploderar den bara - en liknande typ av energi är i spel här.

Även i en stor storm är den viktigaste konsekvensen av vattenintagning en jetmotorupplevelse en minskning av förbränningsprocessens effektivitet. Denna effektivitet är en funktion av bränsle / luftförhållandet som förändras genom närvaron av vattenånga. Denna effekt är försumbar under de flesta förhållanden, eftersom andelen vatten som finns i den stora volymen luft som kommer in i en motor fortfarande är relativt liten i de flesta stormar. Hög temperatur i motorens förbränningskammare förångar snabbt denna vattennivå till ånga som inte påverkar motorns effekt.