APU – یک موتور هواپیما، 4 نقش مختلف
آیا تعجب خواهید کرد که بدانید اکثر هواپیماهای جت دو موتوره در واقع دارای سه موتور هستند؟ بله این درست است! ممکن است گاهی اوقات خلبان‌هایی را بشنوید که به “APU” اشاره می‌کنند. چیست؟ شما در شرف پیدا کردن هستید زیرا ما توضیح می‌دهیم که کجا می‌توانید این موتور را پیدا کنید، چه کاری انجام می‌دهد و چرا اینقدر مهم است.
موتور APU چیست؟
APU مخفف “واحد برق کمکی” است. این یک موتور کوچک است که اغلب در دم نصب می‌شود و نیروی الکتریکی و هوای فشرده را بر روی زمین و گاهی اوقات در حال پرواز فراهم می‌کند. برخلاف موتورهای جت معمولی، از آن برای تأمین نیروی رانش استفاده نمی‌شود. از این رو، “کمکی” تلقی می‌شود.
در حالی که موتوری که نیروی رانش تولید نمی‌کند ممکن است به نظر غیر قابل لمس باشد، APU چندین عملکرد بسیار ارزشمند را ارائه می‌دهد.
در حقیقت…
بدون APU، برای اکثر هواپیماهای تجاری تجاری که سریع و آسان از زمین خارج شوند، یک مبارزه واقعی خواهد بود.
ادامه مطلب را بخوانید تا بدانید چگونه کار می‌کند و چه کاری انجام می‌دهد.
APU چگونه کار می‌کند؟
یک APU معمولاً یک موتور توربین گازی است (اگرچه نسخه‌های پیستونی آن نیز وارد بازار می‌شوند). دقیقاً به همان روشی که یک موتور جت معمولی کار می‌کند.
اصولاً…
هوا را می‌کشد، آن را فشرده می‌کند، با سوخت مخلوط می‌کند و آن را مشتعل می‌کند تا یک گاز خروجی فشرده داغ تولید کند.
چرخه به این صورت است: –
- هوا از طریق یک توربین به داخل کشیده می‌شود (یک اصطلاح هوانوردی فانتزی برای یک فن بزرگ)
- هوا در مقابل پره‌های ثابت استاتور قرار می‌گیرد و در آنجا فشرده می‌شود
- بخار سوخت به هوای فشرده اضافه می‌شود
- هوا مشتعل می‌شود، جایی که دما افزایش می‌یابد و به سرعت منبسط می‌شود و انرژی زیادی ایجاد می‌کند.
یک موتور جت معمولی این گاز داغ را از یک نازل به منظور ایجاد نیروی رانش خارج می‌کند.
یک APU این کار را انجام نمی‌دهد.
در عوض، گاز داغ اگزوز به یک توربین دیگر در عقب APU هدایت می‌شود. این به توربین جلو متصل می‌شود و باعث می‌شود که توربین مرحله جلو یا مرحله اول سریعتر بچرخد. این به نوبه خود، هوای بیشتری را جذب می‌کند و چرخه را ادامه می‌دهد.
اگر تا به حال در نزدیکی یک جت مسافربری راه رفته‌اید، اغلب می‌توانید یک «ناله» متمایز بشنوید، حتی اگر به نظر می‌رسد موتورهای اصلی متوقف شده‌اند.
احتمال زیادی وجود دارد که آنچه در واقع می‌شنوید APU باشد. این یک موتور جت کوچک است که صدای سوت بسیار بلندی ایجاد می‌کند.
صبر کن!
ما به این همه تلاش می‌رویم تا رانش‌های صفر ایجاد کنیم؟
درست. APU برای ارائه پیشرانه به جلو برای هواپیما استفاده نمی‌شود. در عوض، هواپیماها از راندمان پرقدرت APU برای کارهای دیگر استفاده می‌کنند.
مانند؟
خوب…
APU برای چه مواردی در هوانوردی استفاده می‌شود؟
APU معمولاً سه عملکرد اصلی در جت‌های مسافربری تجاری دارد. در درجه اول برای روشن کردن موتورها، تأمین تهویه مطبوع کابین و تولید نیروی الکتریکی استفاده می‌شود. در واقع چند نقش حیاتی را برای چنین موتور کوچکی ایفا می‌کند.
در اینجا چیزی است که شما باید بدانید.
خروجی‌های APU: –
هوای تخلیه شده
استفاده برای: –
- راه اندازی موتور
- تهویه مطبوع
در حالی که مقداری از هوای وارد شده از طریق APU راه خود را از اگزوز پشتی خارج می‌کند. هدر نمی‌رود.
حقیقت این است که موتورهای جت (حتی موتورهای کوچک مانند APU) می‌توانند هوا را تا فشارهای بسیار بالا فشرده کنند. قبل از بیرون ریختن یا استفاده در جای دیگری، این هوای فشرده خارج می‌شود.
در هوانوردی یک اصطلاح خاص برای هوای موتور وجود دارد که از کمپرسور خارج می‌شود.
جای تعجب نیست که از آن به عنوان “هوای خونی” یاد می‌شود. (ما می دانیم که یک لمس غیرقابل تصور است).
فشار این هوا معمولاً توسط یک دریچه متحرک به نام “دریچه خونریزی” تنظیم می‌شود. در نتیجه، فشار هوای بلید را می‌توان به خوبی تنظیم کرد تا فشار مناسبی برای کاربران نهایی باشد.
و انها هستند؟
موتورها!
موتورهای جت برای ادامه چرخش و کار کردن به یک منبع هوای ثابت با فشار بالا برای مراحل آخر خود نیاز دارند. هنگام پرواز در هوا، آنها خودکفا هستند. گاز اگزوز داغ و جریان هوای زیاد کافی است.
با این حال، وقتی هواپیما در ابتدای روز سرد است، هیچ یک از این موارد را ندارد.
اینجا جایی است که APU وارد می‌شود!
هوای داغ و پرفشار از کمپرسور APU خارج می‌شود و به مرحله میانی در موتورهای اصلی هدایت می‌شود. این باعث می‌شود موتور اصلی بچرخد. این هوای خروجی نیز قبل از مشتعل شدن در هسته موتور جت با سوخت ترکیب می‌شود.
هنگامی که موتورها کار می‌کنند، هوای تخلیه APU از موتورهای اصلی جدا می‌شود. رها کردن آنها برای اجرای مستقل.
و موارد بیشتری وجود دارد…
از APU برای تأمین هوای تهویه مطبوع نیز استفاده می‌شود.
بدیهی است که ما نمی‌خواهیم هوای داغ و پرفشار موتور به داخل کابین راه پیدا کند؛ بنابراین هوا از یک سری توربین‌ها و مبدل‌های حرارتی عبور می‌کند. بیشتر به عنوان “بسته‌های تهویه مطبوع” شناخته می‌شود.
توربین‌های موجود در بسته‌ها باعث می‌شود هوای فشرده APU “کار” کند. این کار باعث سرد شدن سریع هوا می‌شود. سپس به یک مجرای (یک اصطلاح فنی هوانوردی برای “لوله بزرگ”) تغذیه می‌شود، جایی که قبل از گردش در داخل کابین با هوای کابین مخلوط می‌شود.
با این حال، به همین جا ختم نمی‌شود. APU کاربرد دیگری نیز دارد…
الکتریسیته
استفاده می‌شود برای: –
- ابزار قدرت هواپیما
- تأمین روشنایی داخلی هواپیما
- رادیوها و تجهیزات ناوبری را روشن کنید
- از برق رسانی به کامپیوترهای کنترل پرواز هواپیما اطمینان حاصل کنید
- تأمین انرژی برای واحدهای کنترل موتور (همچنین FADEC نامیده می‌شود)
هواپیماهای امروزی ممکن است با سوخت‌های فسیلی هدایت شوند، اما انرژی آنها به صورت الکترونیکی تأمین می‌شود. در بیشتر هواپیماهای جت مدرن، بانک‌هایی از رایانه‌ها و بردهای مدار استفاده می‌شود که برای تأمین انرژی کل تجهیزات داخل هواپیما استفاده می‌شوند. این کامپیوترهای هوشمند به یک چیز که توسط APU ارائه شده است، متکی هستند.
الکتریسیته
میل محرک اصلی APU بسیار سریع می‌چرخد (به هر حال این یک موتور جت است).
از طریق یک سری گیربکس پیچیده و درایوهای جانبی، می‌توان از این حرکت برای چرخاندن یک ژنراتور استفاده کرد و نیروی الکتریکی را برای کل هواپیما تأمین کرد!
به طور معمول، هنگامی که سوار هواپیما می‌شوید، APU هوای خنک و تازه را برای تنفس و نوری که خدمه کابین با آن کارت پرواز شما را چک می‌کنند در اختیار شما قرار می‌دهد.
مرتب، درست است؟
موتورهای اصلی معمولاً زمانی که هواپیما در هوا است این عملکردها را انجام می‌دهند.
این ما را به روش نهایی استفاده از APU هدایت می‌کند…
پشتیبان گیری و افزونگی موتور
خرابی موتور یک اتفاق بسیار نادر در هوانوردی است. با این حال، آنها گاهی اوقات اتفاق می افتد.
خبر خوب این است که طراحان و سازندگان درجه بالایی از افزونگی را در هواپیما در هوانوردی مدرن ایجاد کرده‌اند.
” افزونگی ” به چه معناست؟
خیلی ساده، اکثر سیستم‌های روی هواپیما یک پشتیبان قابل اعتماد خواهند داشت. وقتی صحبت از خدمات حیاتی به میان می‌آید، سازندگان هواپیما هیچ شانسی ندارند. این به ویژه در مورد هوای قابل تنفس و نیروی الکتریکی صادق است.
APU می‌تواند هم هوای خروجی را به کابین و هم برق را در صورت خرابی داخل هواپیما تأمین کند. در واقع آنقدر قدرتمند است که ژنراتور APU به راحتی می‌تواند با خروجی ژنراتورهای موتور اصلی مطابقت داشته باشد!
APU چقدر سوخت مصرف می‌کند؟
اکنون. شاید فکر کنید که APU با این همه کار مهم سوخت زیادی مصرف می‌کند. این چنین نیست. در حالی که یک موتور جت معمولی ممکن است بیش از 2000 تا 4000 پوند در ساعت سوخت بسوزاند، یک APU از کسری از این مقدار استفاده می‌کند. در یک هواپیمای معمولی (مانند ایرباس A320)، فقط 440 پوند در ساعت مصرف می‌کند! این در واقع یک سیستم واقعاً کارآمد است!
آیا APU در طول پرواز کار می‌کند؟
به عنوان یک قانون کلی، APU به طور منظم در طول پرواز استفاده نمی‌شود. به یاد داشته باشید، APU هوای تخلیه و نیروی الکتریکی را فراهم می‌کند. نیروی رانش ایجاد نمی‌کند. در پرواز، موتورهای اصلی نیروی رانش و این خدمات دیگر را ارائه می‌دهند.
نتیجه نهایی؟
وقتی دو (یا بیشتر) موتور دارید که قبلاً این خدمات را ارائه می‌دهند، سوزاندن سوخت اضافی برای راه‌اندازی APU فایده‌ای ندارد.
همچنین؛ موتورهای اصلی دارای فن‌های بزرگ رو به جلو هستند که به آنها اجازه می‌دهد از هوای پرفشار ناشی از حرکت رو به جلو هواپیما استفاده کنند. برعکس، APU دارای یک فلپ ورودی کوچک است که به هوا اجازه می‌دهد تا به توربین مرحله اول خود برسد. در نتیجه، ارتفاعاتی که APU را می‌توان با موفقیت راه اندازی و اجرا کرد، محدود می‌شود.
با این حال، مانند بسیاری از موارد مرتبط با هوانوردی، استثناهایی نیز در قوانین وجود دارد.
اگر یک هواپیما سنگین باشد یا در محیط‌های گرم و بالا کار کند، موتورهای اصلی به تمام کمکی که می‌توانند دریافت کنند نیاز دارند. کوبیدن حتی اندکی هوای خارج شده از آنها می‌تواند به عملکرد برخاستن آسیب برساند.
APU می‌تواند به کمک بیاید! خلبانان اغلب از آن برای تأمین نیروی الکتریکی و هوای تهویه مطبوع در هنگام برخاستن از زمین استفاده می‌کنند و اجازه می‌دهند که نیروی موتور اصلی (و هوا) به طور کامل به تولید نیروی رانش صعودی اختصاص یابد!
اگر APU در پرواز از کار بیفتد چه اتفاقی می افتد؟
به طور کلی، از کار افتادن APU در حین پرواز مشکل چندان بزرگی نیست. به یاد داشته باشید، این یک واحد قدرت کمکی است، به این معنی که مازاد بر نیاز است. موتورهای اصلی معمولاً نیروی الکتریکی و هوای تهویه مطبوع را تأمین می‌کنند و APU به عنوان پشتیبان عمل می‌کند.
می‌توانید کمی مانند پنچر شدن لاستیک زاپاس خود در حالی که هنوز در صندوق عقب است فکر کنید. مطمئناً، بعداً گزینه استفاده از آن را از دست می‌دهید، اما تا زمانی که چرخ‌های اصلی خوب بمانند، مشکلی نیست. همین اصل در مورد موتورهای اصلی در حال پرواز و APU نیز صدق می‌کند.
اگر APU روی زمین از کار بیفتد چه اتفاقی می افتد؟
از کار افتادن APU در زمین داستان کاملاً متفاوتی است. می‌تواند باعث شود که یک پرواز به طور کامل زمین گیر شود. APU برای راه اندازی موتور و ایجاد نیروی الکتریکی قبل از روشن شدن موتورهای اصلی استفاده می‌شود. اگر شکسته شود، می‌تواند دستیابی به هر دوی این اهداف را بسیار چالش برانگیزتر کند.
اما…
APU ها روی زمین خراب می‌شوند و پاسخی وجود دارد. چیزهایی که APU ارائه می‌دهد را به خاطر دارید؟ هم هوای فشرده و هم نیروی الکتریکی را می‌توان از منابع خارجی به هواپیما رساند. با این حال، چرخ دستی‌های هوای زمینی و واحدهای برق زمینی (GPU) اغلب در فرودگاه‌های اصلی تقاضای زیادی دارند؛ بنابراین، اگر APU از کار بیفتد، این می‌تواند شامل یک انتظار طولانی در آسفالت شود تا زمانی که خدمات زمینی در دسترس قرار گیرد.
افکار نهایی
جدا از ارائه هوای فشرده و نیروی الکتریکی، واقعاً APU چیز دیگری را در اختیار اپراتورهای هواپیما قرار می‌دهد. انعطاف پذیری. APU به هواپیماها اجازه می‌دهد تا مستقل از سرویس‌های زمینی و با قرار گرفتن در یک واحد داخلی خود، خود را راه اندازی کرده و نیرو ببخشند. همچنین به عنوان یک پشتیبان مفید برای برخی از خدمات ارائه شده توسط موتور اصلی عمل می‌کند.
