失速成因
通常,渦輪引擎的失速可在許多不同情況下發生,而其發生的方式亦各有所差別。造成渦輪引擎失速的原因及其可能發生的時機,大致可歸納為以下幾點,分別敘述如下:
一、進氣流量受阻或不足
二、進氣流受扭曲(Distortion)
當進行劇烈飛行操作(Maneuver)時,飛機呈現高攻角或高側滑角的狀態,渦輪引擎的進氣流將以一較大角度斜向進入進氣口,結果會使氣流型態發生巨大變化扭曲,而影響壓縮器的正常運作,造成引擎失速。另外,在雷雨區附近 或強烈陣風及側風惡劣的氣流中飛行,均會使飛機顛震,以致氣流以大傾角進入引擎之進氣口,而引發嚴重的空氣扭曲現象,造成壓縮器失速的發生。
三、轉速過快或/進氣速度過慢
當壓縮葉片無法以設計的正常空氣流率來運送氣流時,其第一壓縮級的進氣速度會減慢至某一程度,使壓縮葉片的有效攻角達到失速攻角值,導致氣流分離而失速。同樣地,若引擎的轉速過快,也會造成相同的失速情況。 轉速過快較常發生在推大車或全油門的運作情況,稱為熱失速;進氣速度過慢的情況則常與上述的進氣受阻或扭曲有關,又稱為冷失速。
四、壓縮器與渦輪的不當匹配(Out of Matching)
由於渦輪引擎的壓縮器是靠渦輪來帶動的,因此,該兩項機組件之間的匹配問題是非常重要的。因此,渦輪與壓縮器之間的關係,就如同市場經濟法則中的供應者和需求者一般。若供過於求,則渦輪轉速將大於壓縮器之所需;反之,若求過於供,則渦輪轉速不足以帶動壓縮器以壓縮足夠空氣進行燃燒,將同樣會發生供需失調的現象,造成引擎失速並可能導致熄火。通常在飛行過程中,引擎的匹配條件會因高度改變、加速及減速時推收油門的動作,而發生重大的變化,並可能造成引擎失速的情形。
五、壓縮性效應(Effect of Compressibility)
壓縮葉片表面上的壓縮性效應是造成引擎失速的重要因素之一,尤其是第一壓縮級,因為當進氣馬赫數增加時,若進一步增加進氣速度或是轉速,則在葉片表面上會形成震波,並與該處邊界層發生交互作用,誘發氣流分離,造成葉片失速,此種失速通常稱為震波失速(Shock Stall)。若發生失速的葉片僅為其中部份葉片,此時若仍繼續增大進氣馬赫數,將會大量累積氣流而導致氣流的阻塞(Choking)現象,此造成壓縮器失速的另一主因。
六、壓縮器之起動不良
就一具壓力比較高的壓縮器而言,其起動之順暢與否是一個非常重要的問題,因為壓縮器在正常設計情況下操作運轉時,其進氣口至出口的空氣密度的改變是相當大的,然而,在壓縮器起動之初,其轉速非常的低,但是當第一壓縮級導入氣流後,該氣流則因前段壓縮之低壓縮比及低轉速,而無法增加其密度以彌補壓縮器之環狀截面積的收縮趨勢,其結果即造成後段壓縮器附近的軸向速度分量會大幅增加,使最後一級壓縮轉子葉片的負載降低而呈現風車效應,嚴重的甚至造成氣流阻;至於第一級壓縮轉子葉片則均會增加負載,使軸向速度分量減小,而造成失速 。