Gaan na inhoud

Hulpkrageenheid

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
'n Honeywell GTCP36 HKE gemonteer in die agterkant van 'n besigheidstraler
Die HKE se uitlaatpyp in die stert van 'n Airbus A380

'n Hulpkrageenheid (HKE) (Engels: Auxiliary power unit) is 'n toestel op 'n voertuig wat energie verskaf vir ander funksies behalwe aandrywing. Hulle word algemeen op groot vliegtuie, vlootskepe en sommige groot landvoertuie aangetref. Vliegtuig-HKE's produseer gewoonlik 115 V WS teen 400 Hz (eerder as die 50 of 60 Hz wat algemeen in hoofstroomtoevoer is) om die elektriese stelsels van die vliegtuig te laat werk; ander kan 28 V GS produseer.[1] Hulpkrageenhede kan krag verskaf deur enkel- of driefasestelsels. 'n Straalbrandstofaansitter (jet fuel starter: JFS) is 'n toestel soortgelyk aan 'n HKE, maar direk gekoppel aan 'n hoofenjin en aangeskakel deur 'n ingeboude saamgeperste lugbottel.[2]

Lugvaartuig

[wysig | wysig bron]

Geskiedenis

[wysig | wysig bron]
Die inlaat-afleier van die Jumo 004, met 'n trekkoord-aansitterhandvatsel vir Riedel HKE en sy vonkprop-toegangspoorte.

Tydens die Eerste Wêreldoorlog het die Britse Kusklas lugskepe, een van verskeie tipes lugskepe wat deur die Britse Vloot bedryf is, 'n 1.30 kW ABC-hulpenjin aan boord gehad. Hierdie hulpenjin het 'n kragopwekker vir die vaartuig se radiosender aangedryf en, in 'n noodgeval, 'n hulplugblaser aandryf.[nota 1][3] Een van die eerste militêre vastevlerkvliegtuie wat 'n HKE gebruik het, was die Britse Supermarine Nighthawk uit die Eerste Wêreldoorlog, 'n anti-Zeppelin-nagvegvliegtuig.[4]

Tydens die Tweede Wêreldoorlog was 'n aantal groot Amerikaanse militêre vliegtuie met hulpkrageenhede toegerus. Hierdie was tipies bekend as putt-putts, selfs in amptelike opleidingsdokumente. Die HKE op die B-29 Superfortress-bomwerper was in die agterkant van die vliegtuig aangebring wat nie onder druk was nie. Verskeie modelle van vierslag-plattweesilinder- of V-tweelingenjins is gebruik. Die 5.2 kW-enjin het 'n P2-GS-kragopwekker aangedryf, met 'n spanning van 28.5 volt en 200 ampère (verskeie van dieselfde P2-kragopwekkers, aangedryf deur die hoofenjins, was die B-29 se GS-kragbron tydens vlug). Die HKE het krag verskaf om die hoofenjins aan te skakel en is na opstyg tot 'n hoogte van 3 000 m gebruik. Die HKE is weer aangeskakel toe die B-29 begin daal het om te land.[5]

Sommige modelle van die B-24 Liberator het 'n HKE aan die voorkant van die vliegtuig, binne die neuswielkompartement, gehad.[6] Sommige modelle van die Douglas C-47 Skytrain-transportvliegtuig het 'n HKE onder die kajuitvloer gehad.[7]

Hulpkrageenheid as meganiese aansitter vir straalmotors

[wysig | wysig bron]

Die eerste Duitse straalmotor wat tydens die Tweede Wêreldoorlog gebou is, het 'n meganiese hulpkrageenheid-aansitstelsel gebruik wat deur die Duitse ingenieur Norbert Riedel ontwerp is. Dit het bestaan ​​uit 'n 7.5 kW tweeslag-platmotor, wat vir die Junkers Jumo 004 straalmotor ontwerp in die enjin se neuskegel versteek was, en in wese as 'n baanbrekersvoorbeeld van 'n HKE vir die aanskakeling van 'n straalmotor gefunksioneer het. 'n Opening in die verste gedeelte van die neus van die keël het 'n handtrekhandvatsel bevat wat die suierenjin aangeskakel het, wat weer op sy beurt die kompressor gedraai het. Twee vonkproptoegangspoorte was in die Jumo 004 se neuskeël om die Riedel-eenheid se silinders in situ te diens, vir onderhoudsdoeleindes. Twee klein tenks met vooraf gemengde petrol/oliebrandstof vir die Riedel is in die ringvormige inlaat aangebring. Die enjin is beskou as 'n ontwerp met 'n uiters kort slag (boor/slag: 70 mm/35 mm = 2:1) sodat dit binne die neuskeël van straalmotors soos die Jumo 004 kon pas. Vir reduksie het dit 'n geïntegreerde planeetrat gehad. Dit is deur Victoria in Neurenberg vervaardig en het as 'n meganiese HKE-tipe aansitter gedien vir al drie Duitse straalenjinontwerpe wat dit tot ten minste die prototipe-stadium voor Mei 1945 gemaak het – die Junkers Jumo 004, die BMW 003 (wat uniek 'n elektriese aansitter vir die Riedel HKE gebruik),[8] en die prototipes (19 gebou) van die meer gevorderde Heinkel HeS 011-enjin, wat dit net bokant die inlaatkanaal in die Heinkel-vervaardigde plaatmetaal van die enjin se gondelneus gemonteer het.[9]

Die Boeing 727 in 1963 was die eerste stralervliegtuig wat 'n gasturbine-HKE gehad het, wat dit toegelaat het om by kleiner lughawens te werk, onafhanklik van grondfasiliteite. Die HKE kan op baie moderne passasiersvliegtuie geïdentifiseer word deur 'n uitlaatpyp aan die vliegtuig se stert.[10]

Afdelings

[wysig | wysig bron]

'n Tipiese gasturbine-HKE vir kommersiële vervoervliegtuie bestaan ​​uit drie hoofafdelings:

Kragafdeling

[wysig | wysig bron]

Die kragafdeling is die gasgenerator-gedeelte van die enjin en produseer al die askrag vir die HKE.[11] In hierdie gedeelte van die enjin word lug saamgepers, met brandstof gemeng en aangesteek om warm en uitsittende gasse te skep. Hierdie gas is hoogs energiek en word gebruik om die turbine te draai, wat weer ander dele van die enjin aandryf, soos hulpratkaste, pompe en elektriese kragopwekkers.[12]

Laskompressor afdeling

[wysig | wysig bron]

Die laskompressor is gewoonlik 'n as-gemonteerde kompressor wat pneumatiese krag vir die vliegtuig verskaf, hoewel sommige HKE's afblaaslug uit die kragseksiekompressor onttrek. Daar is twee geaktiveerde toestelle om die lugvloei te help beheer: die inlaatgidsskoepe wat die lugvloei na die laskompressor reguleer en die stuwingsbeheerklep wat stabiele of stuwingsvrye werking van die turbomasjien handhaaf.[11]

Ratkas afdeling

[wysig | wysig bron]

Die ratkas dra krag oor vanaf die hoofas van die enjin na 'n olieverkoelde kragopwekker vir elektriese krag. Binne die ratkas word krag ook oorgedra na enjinbykomstighede soos die brandstofbeheereenheid, die smeermodule en verkoelingswaaier. Daar is ook 'n aansittermotor wat deur die ratstelsel gekoppel is om die aansitterfunksie van die HKE te verrig. Sommige HKE-ontwerpe gebruik 'n kombinasie-aansitter/generator vir HKE-aanskakeling en elektriese kragopwekking om kompleksiteit te verminder.

Op die Boeing 787 Dreamliner, 'n vliegtuig wat groter afhanklikheid van sy elektriese stelsels het, lewer die HKE slegs elektrisiteit aan die vliegtuig. Die afwesigheid van 'n pneumatiese stelsel vereenvoudig die ontwerp, maar 'n hoë vraag na elektrisiteit vereis swaarder kragopwekkers.[13][14]

Aanboord vasteoksied-brandstofsel HKE's word ondersoek.[15]

Vervaardigers

[wysig | wysig bron]

Die mark vir hulpkrageenhede word oorheers deur Honeywell, gevolg deur Pratt & Whitney (’n filiaal van RTX Corporation), Motorsich en ander vervaardigers soos PBS Velká Bíteš, Safran Power Units, Aerosila en Klimov. Die markaandeel van 2018 het gewissel volgens die toepassingsplatforms:[16]

  • Groot kommersiële vliegtuie: Honeywell 70–80%, Pratt & Whitney 20–30%, ander 0–5%
  • Streeksvliegtuie: Pratt & Whitney 50–60%, Honeywell 40–50%, ander 0–5%
  • Besigheidstralers: Honeywell 90–100%, ander 0–5%
  • Helikopters: Pratt & Whitney 40–50%, Motorsich 40–50%, Honeywell 5–10%, Safran Power Units 5–10%, ander 0–5%

Op 4 Junie 2018 het Boeing en Safran hul 50-50-vennootskap aangekondig om HKE's te ontwerp, te bou en te onderhou na regulatoriese en antitrust-goedkeuring in die tweede helfte van 2018.[17] Boeing het in die vroeë 1960's etlike honderde T50/T60 klein turboas en hul afgeleides vervaardig. Safran vervaardig helikopters en sakestralers se HKE's, maar het die vervaardiging van groot HKE's gestaak sedert Labinal die APIC-gesamentlike onderneming met Sundstrand in 1996 verlaat het.[18]

'n Joernalis van die aanlyn nuuswebwerf FlightGlobal, Stephen Trimble, het verklaar dat Boeing en Safran se vooruitgang in die mark vir HKE's 'n bedreiging vir die duopolie tussen Honeywell en Pratt & Whitney inhou.[19] Honeywell het 'n 65%-aandeel van die hoofstroom-HKE-mark en is die enigste verskaffer vir die Airbus A350, die Boeing 777 en alle enkelgangvliegtuie: die Boeing 737 MAX, Airbus A220 (voorheen Bombardier CSeries), Comac C919, Irkut MC-21 en Airbus A320neo sedert Airbus die P&WC APS3200-opsie uitgeskakel het. P&WC eis die oorblywende 35% met die Airbus A380, Boeing 787 en Boeing 747-8 op.[18]

Dit behoort ten minste 'n dekade te neem vir die Boeing/Safran-samewerking om $100 miljoen in diensinkomste te bereik. Die 2017-mark vir produksie was $800 miljoen werd (88% siviel en 12% militêr), terwyl die MRO-mark $2,4 miljard werd was, gelykop versprei tussen siviel en militêr.[20]

Ruimtetuie

[wysig | wysig bron]

Die ruimtependeltuig se HKE's het hidrouliese druk verskaf. Die ruimtependeltuig het drie oorbodige HKE's gehad, aangedryf deur hidrasien. Hulle is slegs gebruik vir opstyg, hertoetrede en landing. Tydens die opstyging het die HKE's hidrouliese krag verskaf vir die kardaniese werking van die pendeltuig se drie enjins en die beheer van hul groot kleppe, en vir die beweging van die beheervlakke. Tydens die landing het hulle die beheervlakke geskuif, die wiele laat sak en die remme en neuswielstuur aangedryf. Landing kon met slegs een HKE in werking plaasvind.[21]In die vroeë jare van die pendeltuig was daar probleme met die betroubaarheid van die HKE, met wanfunksies op drie van die eerste nege pendeltuigmissies.[nota 2]

Gepantserde voertuie

[wysig | wysig bron]

Hulpkrageenhede word in sommige tenks aangebring om elektriese krag te verskaf sonder die hoë brandstofverbruik en groot infrarooi-handtekening van die hoofenjin. Reeds in die Tweede Wêreldoorlog het die Amerikaanse M4 Sherman 'n klein, suierenjin-aangedrewe HKE gehad om die tenk se batterye te laai, 'n fasiliteit wat die Sowjet-vervaardigde T-34-tenk nie gehad het nie.[22] Die Verenigde State se Leër se Tenkmotornavorsing-, Ontwikkelings- en Ingenieursentrum (TARDEC) het 'n 100 kg hulpkrageenheid vir die M1 Abrams-tenk ontwikkel om 'n 230 kg-battery te vervang. Die nuwe HKE sal ook meer brandstofdoeltreffend as die tenk se hoofenjin wees.[23]

Kommersiële voertuie

[wysig | wysig bron]

'n Verkoelde of bevrore voedsel-semi-sleepwa of treinwa kan toegerus wees met 'n onafhanklike HKE en brandstoftenk om lae temperature vir die vrag tydens vervoer te handhaaf, sonder die behoefte aan 'n eksterne vervoer-toevoerde kragbron.[24][25]

Op sommige ouer diesel-aangedrewe toerusting is 'n klein petrolenjin (dikwels 'n "ponie-enjin" genoem) gebruik in stede van 'n elektriese motor om die hoofenjin aan te skakel. Die uitlaatpyp van die ponie-enjin was tipies so gerangskik dat dit die inlaatspruitstuk van die dieselenjin verwarm het om die aanskakeling in kouer weer te vergemaklik. Hierdie tegniek was hoofsaaklik op groot konstruksietoerusting gebruik.[26][27]

Brandstofselle

[wysig | wysig bron]

In onlangse jare het vragmotor- en brandstofselvervaardigers saamgespan om 'n brandstofsel-HKE te skep, te toets en te demonstreer wat byna alle emissies[28] uitskakel en dieselbrandstof meer doeltreffend gebruik.[29]

Notas

[wysig | wysig bron]
  1. ↑ 'n Deurlopende toevoer van saamgeperste lug was nodig om die lugskip se ballonette opgeblaas te hou, en sodoende die struktuur van die gassak te handhaaf. Tydens normale vlug is dit deur 'n lugskep van die skroef se glystroom versamel.
  2. ↑ Vroeë pendeltuig HKE-falings:
    • STS-2 (November 1981): Tydens 'n lanseerplatform-wagtyd is hoë oliedruk in twee van die drie HKE's ontdek. Die ratkaste moes uitgespoel en filters vervang word, wat tot gevolg gehad het dat die lansering herskeduleer moes word."Space Shuttle Mission Archives STS-2". www.nasa.gov. NASA. Besoek op 18 Februarie 2016.
    • STS-3 (Maart 1982): Een HKE het tydens styging oorverhit en moes afgeskakel word, hoewel dit later behoorlik gefunksioneer het tydens herbetreding en landing."Space Shuttle Mission Archives STS-3". www.nasa.gov. NASA. Besoek op 18 Februarie 2016.Lousma, Jack R. (15 Maart 2010). Jack R. Lousma Edited Oral History Transcript. NASA Johnson Space Center Oral History Project. Onderhoud met Ross-Nazzal, Jennifer. Besoek op 18 Februarie 2016.
    • STS-9 (November–Desember 1983): Tydens landing het twee van die drie HKE's aan die brand geslaan."Space Shuttle Mission Archives STS-9". www.nasa.gov. NASA. Besoek op 18 Februarie 2016.

Verwysings

[wysig | wysig bron]
  1. ↑ "400 Hz Electrical Systems". Ask a Rocket Scientist. Aerospaceweb.org.
  2. ↑ A Jet Fuel Starter and Expendable Turbojet, ASME Digital Collection, by C Rodgers · 1986
  3. ↑ Abbott, Patrick (1989). The British Airship at War, 1914–1918. Terence Dalton. p. 57. ISBN 0861380738.
  4. ↑ Andrews and Morgan 1987, p. 21.
  5. ↑ Wolf, William (2005). Boeing B-29 Superfortress: the ultimate look: from drawing board to VJ-Day. Schiffer. p. 205. ISBN 0764322575.
  6. ↑ Livingstone, Bob (1998). Under the Southern Cross: The B-24 Liberator in the South Pacific. Turner Publishing Company. p. 162. ISBN 1563114321.
  7. ↑ Ethell, Jeffrey; Downie, Don (2004). Flying the Hump: In Original World War II Color. Zenith Imprint. p. 84. ISBN 0760319154.
  8. ↑ Schulte, Rudolph C. (1946). "Design Analysis of BMW 003 Turbojet - "Starting the Engine"". legendsintheirowntime.com. United States Army Air Force - Turbojet and Gas Turbine Developments, HQ, AAF. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 29 September 2018. Besoek op 3 September 2016. Die aanskakelprosedure is soos volg: Die enjin word aangeskakel deur die elektriese aansitskakelaar te druk/gooi, hierna word die ontsteking van die turbostraal en die ontsteking en elektriese aansitmotor van die Riedel-enjin aangeskakel (hierdie enjin kan ook handmatig aangesit word deur 'n kabel te trek). Nadat die Riedel-eenheid 'n spoed van ongeveer 300 opm bereik het, skakel dit outomaties die kompressors van die turbostraal in. Teen ongeveer 800 opm van die aansitmotor word die aansitbrandstofpomp aangeskakel, en teen 1 200 opm word die hoofbrandstof (J-2) aangeskakel. Die aansitmotor word aangeskakel gehou totdat die turbostraal 2 000 opm bereik, waarteen die aansitmotor en aansitbrandstof afgeskakel word, en die turbostraal versnel vinnig tot 'n nominale spoed van 9 500 opm op die J-2-brandstof.
  9. ↑ Gunston 1997, p. 141.
  10. ↑ Vanhoenacker, Mark (5 Februarie 2015). "What is that hole in the tail of an airplane?". Slate (tydskrif). Besoek op 20 Oktober 2016.
  11. 1 2 "The APU and its benefits | AERTEC Solutions". www.aertecsolutions.com (in American English). 10 Mei 2015. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 20 Junie 2018. Besoek op 20 Junie 2018.
  12. ↑ "Turbojet Engines". www.grc.nasa.gov. Besoek op 20 Maart 2022.
  13. ↑ Sinnet, Mike (2007). "Saving Fuel and enhancing operational efficiencies" (PDF). Boeing. Besoek op 17 Januarie 2013.
  14. ↑ Ogando, Joseph, red. (4 Junie 2007). "Boeing's 'More Electric' 787 Dreamliner Spurs Engine Evolution: On the 787, Boeing eliminated bleed air and relied heavily on electric starter generators". Design News. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 6 April 2012. Besoek op 9 September 2011.
  15. ↑ Spenser, Jay (Julie 2004). "Fuel cells in the air". Boeing Frontiers. 3 (3).
  16. ↑ "Case M.8858 – Boeing/Safran/JV (Auxiliary power units), Commission decision pursuant to Article 6(1)(b) of Council, Regulation No 139/2004 and Article 57 of the Agreement on the European Economic Area". EUR-Lex. European Commission. 27 September 2018. p. 14. Besoek op 11 Augustus 2022.
  17. ↑ "Boeing, Safran Agree to Design, Build and Service Auxiliary Power Units". Persberig. June 4, 2018. https://www.safran-group.com/media/boeing-safran-agree-design-build-and-service-auxiliary-power-units-20180604.
  18. 1 2 Stephen Trimble (5 Junie 2018). "How will Boeing-Safran venture shake up APUs?". Flightglobal.
  19. ↑ Stephen Trimble (4 Junie 2018). "Boeing and Safran partner to disrupt APU market". Flightglobal.
  20. ↑ Kevin Michaels (27 Junie 2018). "Opinion: Why Is Boeing Diving Into APU Production?". Aviation Week & Space Technology.
  21. ↑ "Hydraulic System". spaceflight.nasa.gov. NASA. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 2 Junie 2001. Besoek op 8 Februarie 2016.
  22. ↑ Loza, Dimitri (21 September 2010). "IRemember.ru WW II Memoirs". iremember.ru/en. IRemember. Besoek op 13 Junie 2017. Still one great plus of the Sherman was in the charging of its batteries. On our T-34 it was necessary to run the engine, all 500 horsepower of it, in order to charge batteries. In the crew compartment of the Sherman was an auxiliary gasoline engine, small like a motorcycle's one. Start it up and it charged the batteries. This was a big deal to us!
  23. ↑ "TARDEC Auxiliary Power Unit for a tank". Engineeringtv.com. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 21 Junie 2009. Besoek op 9 Junie 2009.
  24. ↑ "Santa Fe Types of refrigerator railway cars". sfrhms.org. Besoek op 16 Februarie 2026.
  25. ↑ "Vehicle weight exemptions for APUs". Geargiveer vanaf die oorspronklike op 5 Desember 2024. Besoek op 29 Augustus 2026.
  26. ↑ Orlemann, Eric. Caterpillar Chronicle: History of the Greatest Earthmovers. p. 35. ISBN 9781610605779.
  27. ↑ "Willard v. Caterpillar, Inc. (1995)". Justia Law. Besoek op 13 Desember 2016.
  28. ↑ Broderick, Christie-Joy; Timothy Lipman; Mohammad Farshchi; Nicholas Lutsey; Harry Dwyer; Daniel Sperling; William Gouse; Bruce Harris; Foy King (2002). "Evaluation of Fuel Cell auxiliary Power Units for Heavy-Duty Diesel Trucks" (PDF). Transportation Research Part D. Elsevier Sciences Ltd. pp. 303–315. Geargiveer vanaf die oorspronklike (PDF) op 3 April 2012. Besoek op 27 September 2011.
  29. ↑ Weissler, Paul (12 Mei 2010). "Delphi truck fuel-cell APU to hit road in 2012". Vehicle Electrification. Besoek op 27 September 2011. and Delphi says it will have a 5-kW APU on the market in 2012.
Ontsluit van "https://af.wikipedia.org/w/index.php?title=Hulpkrageenheid&oldid=2964609"