THE INFLUENCE OF THE AIR-EXPERIENCE OF PILOTS ON LOADS SPECTRUM OF TURBINE-JET ENGINES UNDER OF THE REALIZATION OF AIR-MISSIONS

Transkrypt

1 Journal of KONES Internal Combustion Engines 22 No. 3 ISSN 23 THE INFLUENCE OF THE AIR-EXPERIENCE OF PILOTS ON LOADS SPECTRUM OF TURBINE-JET ENGINES UNDER OF THE REALIZATION OF AIR-MISSIONS Marek Orkisz, Wojciech Kotlarz 2, Andrzej Rypulak 2, Wojciech Turbak 2 Politechnika Rzeszowska 2 Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych, 8-2 Dęblin Abstract Paper contains research results of the load factor of rotor sets RD -33 two-flow turbine-engine depending on the air-experience of pilots. Researches were performed at using of recordings of parameters work of engines achieved under of the process of the instruction of pilots in ELT in Minsk Mazowiecki. Example-research results of the RD-33 engine are represented in paper. WPŁYW DOŚWIADCZENIA LOTNICZEGO PIOTÓW NA WIDMO OBCIĄŻEŃ TURBINOWYCH SILNIKÓW ODRZUTOWYCH W TRAKCIE REALIZACJI MISJI LOTNICZYCH Streszczenie Praca zawiera wyniki badań stopnia obciążenia zespołów wirnikowych dwuprzepływowego turbinowego silnika RD-33 w zależności od doświadczenia lotniczego pilotów. Badania zostały wykonane przy wykorzystaniu zapisów parametrów pracy silników dokonywanych w trakcie procesu szkolenia pilotów w ELT w Mińsku Mazowieckim. Przedstawiono przykładowe wyniki badań silnika RD-33.. Wstęp Praca jest kontynuacją poprzedniej dotyczącej obciążenia zespołu napędowego w zależności od wykonywanego zadania lotniczego. Porównanie stopnia obciążenia silnika, a także gospodarowania jego zasobami energetycznymi przez kilku wybranych pilotów w jednym konkretnym zadaniu umożliwiło inne spojrzenie na kwestię widma obciążeń zespołu napędowego. Do realizacji badań wykorzystano parametry silników zarejestrowane przez pokładowe rejestratory parametrów lotu Tester, dokonywane w trakcie szkolenia pilotów w ELT w Mińsku Mazowieckim. Wybór zarejestrowanych lotów był przypadkowy z grupy typowych zadań wykonywanych przez lotnictwo myśliwskie. Obiektem badawczym był silnik dwuprzepływowy RD-33 samolotu MiG Wybrane zadania lotnicze Zadania lotnicze wykonywane przez lotnictwo myśliwskie wykorzystujące samoloty MiG- 29 odbiegają nieco treścią od misji LM NATO. Większość z nich jest jednak bardzo zbliżona lub taka sama. Program szkolenia na samolotach myśliwskich IV generacji zakłada ponadto wykonywanie specyficznych zadań, służących opanowaniu poszczególnych figur pilotażu wykorzystywanych w szkoleniu taktycznym i w manewrowej walce powietrznej. Zawiera także typowe dla każdego 23

2 typu samolotu zadania związane z trenowaniem manewrów startu i podejścia do lądowania w każdych warunkach atmosferycznych w dzień i w nocy. Koncentrowanie się na wszystkich zadaniach nie jest ani celowe, ani możliwe, w związku z tym poniższe charakterystyki dotyczyć będą następujących zadań:. Lot do strefy w celu wykonania figur średniego pilotażu. 2. Lot do strefy w celu wykonania figur średniego pilotażu na małych wysokościach. 3. Lot w składzie pary na walkę powietrzną z samolotami myśliwskimi. Rys.. Przykładowy wariant wiązanki figur w locie na średni pilotaż.. Zajęcie miejsca w strefie na wysokości m. 2. Wiraż w lewo na dopalaniu. 3. Wiraż w prawo na maksymalnym zakresie pracy silnika.. Wznoszenie do H=8 m.. Nurkowanie pod kątem z utratą wysokości 3 m. 6. Górka pod kątem. 7. Nurkowanie pod kątem z utratą wysokości 3 m. 8. Górka pod kątem. 9. Pierwszy komplet ( przewrót, pętla, imelman ).. Drugi komplet.. Cztery beczki w locie poziomym Zróżnicowanie zadań jest znaczne, jeśli chodzi zarówno o obciążenie pilota, samolotu jak i zespołu napędowego. 3. Wybór pilotów wykonujących wybrane zadania Analizie poddano loty wykonywane przez pilotów o zróżnicowanym doświadczeniu. Ze względu na brak danych dotyczących nalotu każdego z nich, czy też posiadanej klasy pilota, jako podstawowe kryterium, świadczące o doświadczeniu, przyjęto wiek każdego z nich. Wybrani piloci Wiek Doświadczenie Przyporządkowany kolor Pilot 2 36 Średnie Pomarańczowy Pilot 3 36 Średnie Jasny niebieski Pilot 37 Duże Ciemny żółty Pilot 6 29 Bardzo małe Jasny żółty 2 Bardzo duże Fioletowy Pilot 32 Średnie Jasny zielony Pilot 2 3 Średnie Zielony Pilot 3 3 Małe Niebieski Pilot 37 Duże Czerwony 232

3 W histogramach, zawartych w rozdziale piątym, kolejność serii danych będzie podyktowana doświadczeniem każdego z pilotów.. Wybrane parametry reprezentujące widmo obciążenia silnika Jako parametry określające stopień obciążenia silnika w czasie realizacji wybranego zadania lotniczego przyjęto: procentowy udział czasu pracy na poszczególnych zakresach w całym czasie pracy silnika i w fazie lotu; procentowe udziały czasu akceleracji oraz deceleracji wirników silnika w całym czasie pracy silnika i w fazie lotu; procentowe udziały czasu trwania poszczególnych wartości akceleracji i deceleracji w całym czasie pracy silnika i w fazie lotu; wartości poślizgu wirników wysokiego i niskiego ciśnienia w całym czasie pracy silnika i w fazie lotu. Przez fazę lotu należy rozumieć etap zadania od momentu oderwania samolotu do przyziemienia.. Widmo obciążenia silnika.. Analiza czasu pracy silnika na poszczególnych zakresach pracy Za świadczące o stopniu obciążenia silnika przyjęto następujące przedziały prędkości obrotowej: Przedział pracy nwwc [%] DSS [%] Dopalanie Bieg jałowy Przelotowy Maksymalny > Min. dopalanie >96 99<i< Włączone Maks. dopalanie >96 > Włączone Na poniższych histogramach przedstawiono udział procentowy wykorzystania określonych zakresów pracy silnika podczas lotu do strefy na średni pilotaż dla całego czasu pracy silnika i dla fazy lotu. Porównano gospodarowanie energią zespołu napędowego przez pięciu pilotów, z których pierwszy (Pilot 6) ma najmniejsze doświadczenie, a ostatni () największe. 9 8,7 Pilot 6 8 Pilot 3 Udział procentowy [% , 2,78 3,7 2,8 69,76 7,99 62, 8,87 Pilot 2 Pilot 2,26 8,39 9,2 9,7,32 3,87,,,,, 3,,3 2,7,76 bieg jałowy przelotowy maksymalny małe dopalanie pełne dopalanie Zakresy pracy 3,23 Rys. 2. Porównanie procentowego udziału czasu pracy silnika na poszczególnych zakresach dla całego czasu pracy silnika w locie na średni pilotaż dla pilotów o różnym doświadczeniu 233

4 Podczas wykonywania lotu na średni pilotaż żaden z pilotów nie użył zakresu małego dopalania. Silnik pracował na tym zakresie tylko podczas akceleracji z zakresu maksymalnego do zakresu pełnego dopalania. Żaden z zapisów lotu nie zawierał danych o położeniu DSS w zakresie %. Użycie zakresu dopalania można wywnioskować jedynie z zapisu dyskretnego (dopalanie włączone-wyłączone) i z zapisu położenia DSS. Każdy z pilotów przemieszczał DSS z położenia % do położenia % w czasie mniejszym lub równym s. Różnice w gospodarowaniu energią zespołu napędowego widoczne są szczególnie w przypadku użycia zakresu przelotowego. Piloci o małym i dużym doświadczeniu używają tego zakresu rzadziej niż piloci o średnim doświadczeniu, co dzieje się kosztem zakresu maksymalnego. 9 Pilot 6 Pilot ,9 28,9 3,9 2,3 26,2 2,3 68,7 67, 6, 6,6 6,9 6, Pilot Pilot 3 Pilot 2,,3 8,9,6 7,2 2,9,6,,,6 3,,,,,,, bieg jałowy przelotowy maksymalny małe dopalanie pełne dopalanie Zakres pracy 3,6 Rys. 3. Procentowy udział czasu pracy silnika na poszczególnych zakresach dla całego czasu pracy silnika podczas lotu na walkę powietrzną w składzie pary dla wybranych pilotów o różnym doświadczeniu Podczas lotu na walkę powietrzną w składzie pary dominuje, podobnie jak w przypadku innych lotów, użycie zakresu przelotowego. Użycie zakresu pełnego dopalania nie jest jednak konieczne, na co wskazuje gospodarowanie energią silnika przez pilotów i obaj mają średnie doświadczenie. Podczas lotów grupowych włączenie dopalania następuje najczęściej po rozdzieleniu pary w celu wykonania koniecznych w zadaniu manewrów. W przypadku tego zadania można zauważyć, że pilot o średnim doświadczeniu (Pilot 3) najczęściej używa zakresu biegu jałowego, maksymalnego i pełnego dopalania. Czas pracy silnika na tych zakresach dla pozostałych pilotów (o większym i mniejszym doświadczeniu) jest mniejszy, a w przypadku zakresu pełnego dopalania znacznie mniejszy..2. Obciążenie silnika stanami przejściowymi 2 22,7 akc. WWC dec. WWC 2,3 2,89 9,33,8 9,88 8, 7,23 7,2, 3,27,,62 2, 8,3 9,2 9,29 akc. WNC,9 3,29 dec. WNC,96 Pilot 6 Pilot 3 Pilot 2 Pilot Poszczególni piloci Rys.. Procentowy udział czasu pracy wirników w stanach przejściowych podczas lotu na średni pilotaż 23

5 2 akceleracja WWC 2,3 deceleracja WWC 2 8,32 akceleracja WNC deceleracja WNC 2,99,99,83,7 8,89, 3, 9,7 9,7,67 7, 6,79,8 2,83 Pilot 2 Pilot 2 Pilot 3 Rys.. Procentowy udział czasu pracy wirników w stanach przejściowych podczas lotu na średni pilotaż na małych wysokościach 3 akceleracja WWC 3 2 2,93 3, 2,96 29, 23,37 deceleracja WWC akceleracja WNC deceleracja WNC 2 2, 2,9 2,89 9,87 6,33 6, 2,8 2,63,7 7,6 6,7 Pilot 6 Pilot Pilot Pilot Rys. 6. Procentowy udział czasu pracy wirników w stanach przejściowych podczas lotu na walkę powietrzną w składzie pary W każdym z wybranych zadań lotniczych widoczny jest spadek udziału czasu pracy silnika w warunkach stanów przejściowych wraz ze wzrostem doświadczenia pilotów. Najlepszym przykładem jest zachowanie się wirnika niskiego ciśnienia w locie na walkę powietrzną w składzie pary. W przypadku Pilota 6 WNC pracował w warunkach deceleracji przez ponad jedną trzecią czasu całego lotu, a w przypadku Pilota przez ponad jedną szóstą. Na rys. 7, 8 przedstawiono histogramy udziałów procentowych czasów trwania stanów przejściowych o określonych wartościach dla wirnika wysokiego ciśnienia. Najczęściej akceleracja i deceleracja odbywała się w zakresie małych wartości ( + % nwwc/s) dla każdego zadania lotniczego. W przypadku małych wartości stanów przejściowych widoczne jest niewielkie zróżnicowanie w udziale czasu ich występowania w lotach wykonywanych przez pilotów o różnym doświadczeniu. Duże różnice są widoczne dopiero w przypadku dużych wartości akceleracji i deceleracji (> + 3% nwwc/s). 23

6 7 6,9,9, Pilot 6 Pilot 3 2,6, 3,9 2, 2,3 2, 2,,8,7,6,7,3,,,2,2,2,,8,8,8,6,,,6,,,3,,3,3,,2,2,,, < >6 Deceleracja [% nwwc/s] Akceleracja [% nwwc/s] ] 2,7 2, Rys. 7. Porównanie procentowego udziału czasu pracy wirnika wysokiego ciśnienia na poszczególnych wartościach akceleracji i deceleracji w locie na średni pilotaż dla wybranych pilotów cały czas pracy silników 3, Pilot 6 2,8 Pilot,7, 8 6 7, 8,6 8, 8, 2 3, 3, 2,8 2, 2, 2,,7,7,6,7,3,,,,,,,8,9,8,9,7,6,6,,6,3,3,,,2,2,2, < >6 Deceleracja [ nwnc/s] Akceleracja [nwnc/s] [ Rys. 8. Porównanie procentowego udziału czasu pracy wirnika niskiego ciśnienia na poszczególnych wartościach akceleracji i deceleracji podczas lotu na średni pilotaż dla wybranych pilotów tylko faza lotu 236

7 Można przyjąć, że w lotach wykonywanych przez młodych pilotów wirnik wysokiego ciśnienia pracuje znacznie częściej w warunkach dużych wartości akceleracji i deceleracji. Udział czasu pracy w tych stanach spada wraz ze wzrostem doświadczenia pilotów..3. Poślizg wirników wysokiego i niskiego ciśnienia Wartość poślizgu wirników zależy przede wszystkim od prędkości obrotowej wirnika wysokiego ciśnienia, ale wpływa na nią również cały szereg innych czynników takich jak wartość akceleracji i deceleracji, czy chociażby wysokość lotu i przeciążenie. Badania pokazały, że znaczny wpływ na udział czasu występowania poszczególnych wartości poślizgu ma także rodzaj wykonywanego zadania lotniczego. Trudno jest jednak ustalić zależność czasu występowania poszczególnych wartości poślizgu od doświadczenia lotniczego pilotów. 3 Pilot Pilot p< <=p<..<=p<.2.2<=p<.3.3<=p<..<=p<..<=p<.6.6<=p<.7.7<=p<.8.8<=p<.9 p>.9 Zakres wartości poślizgu [nwwc/nwnc] Rys. 9. Procentowy udział czasu trwania poszczególnych wartości poślizgu wirników wysokiego i niskiego ciśnienia w całym czasie pracy silnika dla lotu na średni pilotaż Pilot 2 Pilot p< <=p<..<=p<.2.2<=p<.3.3<=p<..<=p<..<=p<.6.6<=p<.7.7<=p<.8.8<=p<.9 p>.9 Zakres wartości poślizgu [nwwc/nwnc] Rys.. Procentowy udział czasu trwania poszczególnych wartości poślizgów wirników wysokiego i niskiego ciśnienia w fazie lotu dla lotu na średni pilotaż na małych wysokościach 237

8 6. Wnioski. Doświadczenie lotnicze pilotów ma istotny wpływ na czas pracy silnika na poszczególnych zakresach. 2. Udział czasu pracy silnika w stanach przejściowych spada wraz ze wzrostem doświadczenia pilotów. 3. Doświadczenie pilotów nie ma wpływu na wartości poślizgu wirników wysokiego i niskiego ciśnienia, lub wpływ ten jest trudny do określenia w takim zakresie badań. Bibliogafia. Orkisz M.: Wybrane zagadnienia z teorii turbinowych silników odrzutowych. Wyd. ITE, Radom, Szczygieł J.: Misje lotnicze w aspekcie energetycznego obciążenia układu funkcjonalnego pilot samolot. Nie publikowane. 3. Turbinowe silniki odrzutowe. Praca zbiorowa pod red. S. Szczecińskiego, WKŁ, Warszawa, Zespoły wirnikowe silników turbinowych. Praca zbiorowa pod red. S. Szczecińskiego, WKŁ, Warszawa, Program szkolenia bojowego lotnictwa myśliwskiego na samolotach myśliwskich czwartej generacji. WLOP 287/99, Poznań Samolot MiG-29 Instrukcja techniki pilotowania. WLOP 76/9, Poznań Silnik turboodrzutowy RD-33 Opis techniczny i eksploatacja. WLOP 6/9, Poznań System deszyfracji parametrów lotu Thetys IV. Instrukcja eksploatacji. ITWL Warszawa