AIR INLET DUCT

Air inlet duct ของเครื่องยนต์ เป็นชิ้นส่วนของลำตัวเครื่องบิน และสร้างโดยบริษัทสร้างเครื่องบิน ไม่ใช่บริษัทสร้างเครื่องยนต์ ขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน มันมีความสำคัญ ต่อประสิทธิภาพ การทำงานของเครื่องยนต์ แรงขับเครื่องยนต์จะมีค่าสูงถ้า Inlet Duct สามารถให้อากาศแก่เครื่องยนต์ ตามที่ เครื่องยนต์ ต้องการ ด้วย Pressure ที่สูง Inlet Duct ทำหน้าที่ ที่สำคัญแก่เครื่องยนต์สองอย่าง และทำหน้าที่ให้กับ เครื่องบิน หนึ่งอย่าง.
      ประการแรก : จะต้องเก็บรักษาค่า Total Presuure ของกระแสอากาศที่จะเข้าเครื่องยนต์ ( Pressure ตกน้อยที่สุด ) และส่งค่า Pressure นี้ไปยัง Engine Compressor .
      ประการที่สอง : Duct ต้องสามารถส่งอากาศไปยัง Compressor ได้ทุกลักษณะการบิน ด้วย อาการแปรปรวนของอากาศน้อยที่สุด.
      ประการที่สาม : เกี่ยวกับเครื่องบิน , Duct จะต้องทำให้เกิดแรงต้านทาน ( Drag ) น้อยที่สุด.
Duct โดยทั่วๆไปจะมีส่วนที่ขยาย หรือใหญ่ขึ้นก่อนที่จะถึง Compressor เพื่อเปลี่ยนความเร็วของอากาศให้มี Pressure ที่สูงขึ้น ก่อนที่จะเข้าเครื่องยนต์. ซึ่งเรียกว่า Ram Recovery และ Inlet Duct ที่สร้างโดยทั่วๆไป จะเป็นรูปแบบของ จากเล็กไปหาใหญ่ ( divergent ) สำหรับเครื่องบินที่มีความเร็วต่ำกว่าเสียง

Supersonic Duct

ความยากลำบากของ Duct ที่มีความเร็วเหนือเสียง เริ่มจากที่เครื่องบินเริ่มมีความเร็วเข้าใกล้ หรือเท่ากับความเร็วของเสียง . ณ. จุดนี้ Shock Wave จะเกิดขึ้น และถ้าไม่ควบคุม จะทำให้เกิด ที่เรียกว่า Duct Loss คือการสูญเสีย Pressure และ Airflow พร้อมกับ อาการสั่นสะเทือนอย่างมาก ที่ Inlet Duct เรียก อาการนี้ว่า Inlet Buzz เพราะว่า Shock Wave ทำให้ การไหลของ อากาศไม่คงที่ เหมือนการดูด และการคลายของ Inlet Duct อากาศ ที่จะไหลเข้าไปยัง Compressor ต้องมีความเร็วต่ำกว่าความเร็วของเสียง ถ้าอากาศมีความเร็วเหนือเสียง Inlet Duct ก็มีหน้าที่ ทำให้ความเร็วต่ำลง และต้องมีความสูญเสียพลังงานที่ต่ำ และอุณหภูมิเพิ่มขึ้นไม่มาก
ณ. ที่ความเร็วเท่ากับความเร็วของเสียง Inlet Duct ออกแบบมา เพื่อ ให้ Shock Wave เกิดขึ้นภายนอก Duct โดย ให้ ตำแหน่ง Inlet Duct อยู่หลัง Spike ( เดือย หรือ ส่วนที่แหลม ) หรือ Probe ซึ่งจะสร้าง Shock Wave ข้างหน้าของ Inlet Duct และ Shock Wave นี้จะทำให้ Pressure สูงขึ้น และความเร็วจะต่ำกว่าความเร็วของเสียง.

ที่ ความเร็วสูงกว่าความเร็วของเสียงมากๆ Shock Wave เพียงอันเดียวจะทำให้สูญเสีย Pressure อย่างมาก และ อุณหภูมิภายใน Inlet Duct ก็จะสูงมากด้วย. ดังนั้น Oblique Shock Wave จะถูกนำมาใช้ เพื่อทำให้ความเร็วของอากาศลดลงมา แต่ก็จะยังเป็นความเร็วที่เหนือความเร็วของเสียง หลังจากนั้น Normal Shock Wave จึงจะ ลดความเร็วของอากาศลงมาต่ำกว่าความเร็วของเสียง ก่อนที่อากาศจะเข้า ไปยัง Compressor แต่ละ Shock Wave จะลดความเร็วของอากาศลงมา แต่จะเพิ่ม Pressure และ ถ้าความเร็วที่มี Mach Number สูง Inlet Duct อาจจะมี Oblique Shock Wave หลายอันก็ได้ และก็มี Normal Shock Wave หนึ่งอัน

COMPRESSOR

การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงและ อากาศ ที่บรรยากาศ ไม่สามารถจะให้พลังงานเพียงพอสำหรับการทำงาน พลังงานที่ได้ จากการเผาไหม้ เป็นอัตตราส่วนของมวลของอากาศ และ Pressure ที่ใช้ ดังนั้น ถ้าอากาศมี Presuure ที่สูงขึ้น ก็จะเพิ่มประสิทธิภาพ ของการเผาไหม้ และสำหรับเครื่องยนต์ Jet ก็ต้อง อาศัยการอัด (Compression) อากาศ

ถึงแม้ว่า Centrifugal Compressors จะใช้ อยู่กับหลายๆบริษัท แต่ว่าประสิทธิภาพของ Single Stage ค่อนข้างต่ำ แต่ถ้าเป็น Multistage Compressors จะดีกว่า แต่ถึงอย่างไรก็เทียบกับ Axial Flow Compressors ไม่ได้ เครื่องยนต์ขนาดเล็ก สมัยใหม่ที่ใช้ใบพัด และเฮลิคอปเตอร์ ก็ประสบผลสำเร็จในการใช้ Axial Flow และ Centrifugal Compressor.

Centrifugal compressor
Centrifugal compressors ทำงานโดยเอาอากาศจากภายนอก ใกล้กับศูนย์กลาง โดย Impeller ซึ่งทำมาจากโลหะอลูมินัมอัลลอยด์ Impeller จะหมุน และ เหวี่ยงอากาศไปจากศูนย์กลางของ Compressor เพิ่ม ความเร็วของอากาศ Centrifugal Compressor ประกอบด้วย ส่วนต่างๆ สามส่วนคือ
1) Impeller
2) A Diffuser
3) A Comprssor Manifold
อากาศความเร็วสูงจาก Impeller ไหลผ่าน Diffuser ซึ่งจะเปลี่ยนความเร็วสูง พลังงานจลน์เป็นความเร็วต่ำ และ Pressure เพิ่มขึ้น Diffuser ยังเป็นช่องทางส่งอากาศ ไปยัง Compressor Manifold ซึ่ง ทำหน้าที่เป็นวงแหวนรับอากาศด้วยความเร็ว และ Pressure ของอากาศที่เหมาะกับการเผาไหม้ที่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์.

Axial compressor
อากาศใน Axial Compressor ไหลไปตรงๆ อย่างต่อเนื่อง โดยผ่านการหมุนของใบพัด (Blades) และใบพัดที่อยู่กับที่ (stationary vanes or stator blades) ทิศทางการไหลใน Aaxial Compressor จะลดพื้นที่ลงไปตามทิศทางการไหล , ทำให้ลดปริมาตรของอากาศ ซึ่ง เท่ากับการบีบอากาศเพิ่มขึ้นทุกๆ ชุด (stage ) ของ Compressor ที่ไหลผ่าน.

  
อากาศจะถูกส่งไปยัง Compressor ชุดแรกจาก Air Inlet Duct และผ่าน Inlet Guide Vanes อากาศที่ผ่านมาตรงๆ ก็จะเปลี่ยนทิศทาง เนื่องจากการหมุนของ Compressor Rotor Blades อากาศ จะถูกหยุด และเปลี่ยนทิศทางกลับ โดย Set of Stator Vanes และหลังจากชุดแรก ก็จะเจอกับชุดต่อไป และต่อไป จนครบทุกชุด ของ Compresor ความกดดัน ( Pressure ) ของอากาศ ก็จะ เพิ่มขึ้นทุกครั้งที่อากาศไหลผ่าน Compressure แต่ละชุด.
หลักการของอากาศพลศาสตร์ ก็ถูกนำเอามาใช้ในการออกแบบใบพัด ( compressor blade ) เพื่อที่จะเพิ่มประสิทธิภาพ ใบพัด แต่ละใบ ก็ถูกให้ความสำคัญเหมือนกับ ปีกของเครื่องบิน หรือใบพัด ( propeller blades ) การลดหลั่น ของ ความโค้ง ของใบพัด มีความสำคัญในการออกแบบใบพัดของ Compressor มุมของใบพัด ที่ปะทะกับอากาศ ( Angle of Attack ) และระยะห่างระหว่าง ใบพัด ต้อง นำมาใช้ ประกอบ ในการออกแบบ ใบพัดของ Compressor Blades ใบพัดยังต้อง ออกแบบให้ทนต่อ แรงหนีศูนย์กลาง และแรงที่เกิดจากอากาศพลศาสตร์ ความห่างระหว่างใบพัด กับผนังห้องเครื่องยนต์ ซึ่งมีความสำคัญมาก ตัว Rotor Assembly หรือ แกนกลาง ของเครื่องยนต์ หมุนด้วยความเร็วสูง ดังนั้นมันต้องแข็งแรง และสมดุลย์อย่างมาก.

Compressor Surge and Compressor Stall
ที่ผ่านมาคุณลักษณะเช่นนี้ เรียกชื่อ ทั้งสองอย่างคือ " Surge " และ " Stall " แต่ที่ถูกต้องน่าจะเรียกว่า SURGE เมื่อเป็นการ ตอบสนอง ของ เครื่องยนต์โดยรวม สำหรับคำว่า stall ใช้กับอาการที่เกิดกับใบพัด (compressor blade) แต่ละใบของเครื่องยนต์ Compressor surge หรือ Compressor stall เป็น ปรากฎการณ์ ที่ยาก จะอธิบาย ให้เข้าใจได้ เพราะว่า โดยปกติทั่วๆไปเกิดจากหลายๆอย่างร่วมกัน ที่ค่อนข้างซับซ้อน แต่พื้นฐานของสาเหตุของ compressor surge ก็ไม่ยากที่จะอธิบายให้เข้าใจ ใบพัดแต่ละใบของระบบ axial flow compressor ก็คือปีก เครื่องบินเล็กๆที่จำลองมานั่นเอง เมื่อใบพัดทำมุมกับอากาศ (angle of attack ) ที่สูงมากก็จะเกิดการ stall เหมือนกับเครื่องบิน stall สำหรับ Surge อาจจะ ให้ คำจำกัดความ ว่า เป็นผลมาจาก อาการของ อากาศ ที่แปรปรวนภายใน compressor นักบินหรือผู้ที่ควบคุมเครื่องยนต์ ไม่มีเครื่องวัด หรือเครื่องมือที่จะบอกให้ทราบ ว่าใบพัดใบนั้น หรือมากกว่า หนึ่งใบ กำลัง stall เขาจะต้องรอจนกว่า เครื่องยนต์ surge เขาจึงจะรู้ ลักษณะ อากาศแปรปรวนมักจะพบว่าอากาศรวมตัวกันที่ stage หลังๆ ของ Compressor และ Surge บางทีก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดเสียงดัง lound bangs และเครื่องยนต์ ก็เกิด อาการสั่น ส่วนมากแล้ว อาการแบบนี้จะเกิดขึ้นระยะสั้นๆ และมันก็จะหายไปเอง หรือ แก้ไขโดยผลัก throttle หรือ power lever ไปอยู่ที่ Idle แล้วก็เร่งเครื่องใหม่ช้าๆ หลายๆอย่างที่จะป้องกัน โอกาสที่ เครื่องยนต์ จะเกิด compressor surge โดยการลดภาระของ compressor ( "unload" ) ระหว่างการ operate บางช่วง บางลักษณะ โดยการลดอัตตราแรงกดดัน ( pressure) ระหว่างด้านหน้าและตอนท้ายของ compressor วิธีหนึ่ง ที่ใช้ ปฎิบัติ กันคือ bleeding การปล่อยลมออก ตรงตอนกลาง ไปถึงตอนท้ายของ compressor ในเครื่องยนต์ระบบ dual axial compressor ลมหรืออากาศที่ปล่อยออก จะอยู่ ระหว่าง low และ high pressure compressor จุดที่ปล่อยออก จะอยู่ที่ส่วนของ compressor โดยระบบอัตตโนมัติ ( automatic overboard bleed valves ) ซึ่งโดยปกติแล้วจะทำงานที่รอบเครื่องยนต์ที่กำหนด เครื่องยนต์ที่ใหญ่ๆ ในปัจจุบัน จะมี ( variable-angle stators ) ช่องลม ที่ปรับมุมเพื่อควบคุมมุมหรือทิศทางของลม ที่จะวิ่งเข้าหาใบพัด ( compressor blades ) ซึ่งตั้งอยู่ที่ Stage แรกๆ และมุมของช่องลมนี้จะปรับแต่งโดยอัตตโนมัติ เพื่อป้องกัน อาการสำลัก ของ Compressor ถัดๆไป เนื่องจาก การ operate เครื่องยนต์ ในสถานะการณ์ที่แตกต่างกัน

Turbofan Fan Section
Fan ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ compressor ในระบบเครื่องยนต์ dual axial flow compressor เพราะว่า fan คือส่วนหน้าสุดของส่วน low compressor บางเครื่องยนต์ fan จะไม่ติดกับ low compressor แต่จะแยกต่างหากอยู่ด้านหน้าของ low compressor และ หมุนโดย turbine อิสระโดยเฉพาะ แต่ในปัจจุบัน บริษัทสร้างเครื่องยนต์ต่างๆที่สร้าง dual compressor จะมี fan เป็นส่วนหนึ่ง ที่ติดกับ low compressor ที่มีความเร็วรอบต่ำกว่า ซึ่งจะทำให้ความเร็วที่ปลายใบพัด ( tip speed ) ของ fan มีรอบต่ำด้วย

อ่านต่อ หน้า 2