2 - kraftstoff - triebwerksinstallation_13!04!2015
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Prof. Manfred Hajek
Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
all rights reserved
Kraftstoffsystem und Triebwerksinstallation
Hubschraubersysteme
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Inhalt
Vorlesung
Hubschraubersysteme
1. Kraftstoffsysteme
2. Triebwerks Installation (inkl. Feuermeldung & -Lschen)
2
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Kraftstoffsysteme - Hauptfunktionen
Vorlesung
Hubschraubersysteme
EASA Definition (AC29-2C) fr Kraftstoffsysteme : System which includes all components required to deliver fuel from the tank(s) to the engine(s). This includes,
but is not limited to, all components provided to contain, convey, drain, filter, shutoff,
pump, jettison, meter, and distribute fuel to the engines.
See e.g. 29.863, 29.951-29.1001, 29.1305, 29.1337
Hauptfunktionen:
Sicherstellen einer zuverlssigen Kraftstoffversorgung innerhalb des gesamten Flugbereichs
Information ber verbleibende Kraftstoffmenge an die Besatzung
Warnung an die Besatzung im Fehlerfall
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Kraftstoffsysteme - Funktionen
Vorlesung
Hubschraubersysteme
Im allgemeinen weisen Kraftstoffsysteme folgende Funktionen auf :
Versorgung der Triebwerke
Transfer vom Haupt- zum Versorgungstank (Scavenge )
Transfer zwischen den Haupttankzellen
Auftanken (Druckbetankung, Schwerkraftbetankung)
Entleerung
Drainage
Ventilation
Fllstandsmessung und Fllmengenverteilung (Fuel Quantity Management System)
berwachung, Monitoring
Kraftstoffsysteme typische Komponenten:
Elektrische Pumpen, Jet-Pumpen, Ventile, Rckschlagventile, Messgeber, Drainageleitungen, Fllstutzen, Druckschalter,
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Kraftstoffsysteme Block Diagramm
Typisches Kraftstoffsystem gem. CS 29:
Im folgenden wird ein virtueller 2-motoriger Hubschrauber mit 2 Haupttanks und 2 Versorgungstanks betrachtet:
Vorlesung
Hubschraubersysteme Page 6
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Kraftstofftanks
Vorlesung
Hubschraubersysteme 7
Speicherung:
Rolle Speicherung, Drainage
Hauptfaktoren im Entwurf Drop test (952 : Fuel system crash resistance)
Ausfliegbare / nicht ausfliegbare Kraftsoffmenge
Anzuwendende Kapitel der Bauvorschrift: 951 : General
952 : Fuel system crash resistance
953 : Fuel system independence
957 : Flow between interconnected tanks
963 : Fuel tanks : general (refers to TSO-C80)
965 : Fuel tank tests
967 : Fuel tank installation
969 : Fuel tank expansion space
971 : Fuel tank sump
973 : Fuel tank fillet connection
975 : Fuel tank vent and carburettor vapour vent
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Kraftstoffsysteme Beispiele Kraftstofftanks
Vorlesung
Hubschraubersysteme 8
Fubodentank(Unterflur)
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Kraftstoffsystem Versorgung der Triebwerke
Vorlesung
Hubschraubersysteme 9
Druckdifferenz zwischen Pumpe und Triebwerk = statische Hhe + Reibverluste
Reibverluste nicht vernachlssigbar, aber
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Kraftstoffsystem Versorgung der Triebwerke
Vorlesung
Hubschraubersysteme 10
Beispiel: Elektrisch bettigtes Ventil
Brandhahn mit Aktuator (Bettigung) :
In der Triebwerkszuleitung installiert
Kritische Komponente
Zwei Ausfhrungen:
Mechanische Ventile
Elektrische Ventile
Zweck:
Ausschlielich manuelle Bettigung im Fall
eines Feuers im Triebwerksraum
Actuator
Ball valve
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Kraftstoffsystem Kraftstoff-Transfer
Vorlesung
Hubschraubersysteme 11
Transferpumpen (Scavenge system)
Rolle
Transfer von Kraftstoff von Haupttank(s) zu Versorgungstank(s)
Wichtigste Entwurfskriterien:
Versorgungstanks mssen stets gefllt sein
Transfer von Kraftstoff in vorgegebener Sequenz
Installation : 863 (Flammable fluid fire protection) verlangt nach doppelwandigen Kraftstoffleitungen, sofern sie durch den Rumpf verlegt werden.
Anzuwendende Kapitel der Bauvorsc hrift
951 : General
953 : Fuel system independence
955 : Fuel flow
957 : Flow between interconnected tanks
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Vorlesung
Hubschraubersysteme 12
Transferpumpen (Scavenge system):
Zweck der Transferpumpen: Versorgungstanks mssen gefllt sein
Auslegungsbetrachtung:
Sicherstellen einer positiven Zuflussrate im Supply Tank (=> berlauf erforderlich)
Zufluss im Versorgungstank muss grer sein als TW-Zufluss
Q induced > Q engine ?
Welche Triebwerks-Ratings (Leistungsstufen) sind zu bercksichtigen? Im allgemeinen Dauerleistung (AEO-MCP)
Kraftstoffsystem Kraftstoff-Transfer
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Kraftstoffsystem Kraftstoff-Transfer
Vorlesung
Hubschraubersysteme 13
Transferpumpen (Scavenge system)
Transfer von den Haupttanks zu Versorgungstanks:
DC Pumpen oder Jetpumpen
Schwerkraftbefllung ber Verbindungen
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Kraftstoffsystem Kraftstoff-Transfer
Vorlesung
Hubschraubersysteme 14
Transferpumpen (Scavenge system):
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Kraftstoffsystem Ventilation
Vorlesung
Hubschraubersysteme 15
Ventilations-System:
Rolle
Sicherstellung Ventilation um die Struktur gegen berdruck zu schtzen.
Wesentliche Auslegungskriterien
Max. Durchfluss beim Betanken (Druckbetankung!!)
Ausdehnungsvolumen (2% des max. Kraftstoffvolumens)
Kein Verschtten von Kraftstoff whrend normalen Betriebs und berschlag (=Rollen)
Anzuwendende Kapitel der Bauvorschrift
969 : Fuel tank expansion space
975 : Fuel tank vents (and carburettor vapour vents)
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Kraftstoffsystem Ventilation
Vorlesung
Hubschraubersysteme 16
Ventilations-System:
Durchmesser Ventilationsleitungen nach max. Beanspruchung ausgelegt (normalerweise Druckbetankung)
Hufig Ausfhrung bei Hubschraubern:
Kleinerer Durchmesser der Ventilationsleitungen
berdruckventile zum Schutz des Systems gegen berdruck
Schutz vor Auslaufen:
im Normalbetrieb
als Folge thermischer Ausdehnung
berschlag bzw. -rollen
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Kraftstoff Ventilation
Vorlesung
Hubschraubersysteme 17
Einfache
Ventilationsleitung mit
spez. berrollventil
Kreuzventilation, offen Einfachventilation, offen
Flow overboard
Ventilations-System:
berrollsituation : Einfluss auf die Architektur des Be-/Entlftungssystems
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Kraftstoffsystem Ventilation
Vorlesung
Hubschraubersysteme 18
berroll-Ventilationsleitungen
Im Fuboden integrierte
Ventilationsleitungen
Vent Auslass
Vent Port
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Kraftstoffsystem Be-/Enttankungssystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 19
Be- / Enttankungssystem:
Rolle
Fllen und Leeren der Tanks
Wesentliche Auslegungskriterien
Zeit zum Be- / Enttanken
Fliegeschwindigkeit innerhalb der Leitungen (elektrostatische Aufladung)
Be- / Enttanken unter Druck oder Schwerkraft
Standard bei leichten und mittleren Hubschraubern: Schwerkraft,
Druckbetankung nur in Sonderfllen
Schwere Hubschrauber: Schwerkraft und Druckbetankung
Anzuwendene Kapitel der Bauvorschrift
979 : Pressure refueling and fuelling provisions below fuel level
Enttanken Allgemein:
Leichte und mittlere HS Schwerkraft Enttanken (durch Ablaufleitungen,
jeweils am Tankboden angesetzt)
Groe HS: Absaugen (ber Druckbetankungsport und
Absaugvorrichtung)
Aktives Enttanken (unter Verwendung der
Booster-Pumpen)
Schwerkraftbetankung
Typische Durchflussrate: 5-10 m/h
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Kraftstoffasystem - Druckbetankung
Vorlesung
Hubschraubersysteme 20
Betankung:
Druckbetankung
Automatischer Stop, wenn Tank voll (Maximumbegrenzung erforderlich)
Automatischer Stop, wenn bestimmte Menge erreicht (Fllstandsmessung erforderlich)
Vent
Refuel / Defuel
Rservoir
Drain valves
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Kraftstoffsystem Fllstandsmessung
Vorlesung
Hubschraubersysteme 21
Fllstandsmessung:
Rolle
Anzeige der Kraftstoffmenge
Warnung bei niedrigem Kraftstoffstand
Wesentliche Auslegungskriterien
Warnung Low Fuel: mindestens 10 Minuten nutzbarer Kraftstoff
Segregation zwischen Kraftstoffmengenanzeige (FQIS, Fuel Quantity Indicating System) und System zur Low Fuel Warnung
Genauigkeit
Anzuwendende Kapitel der Bauvorschrift
1305 : Power plant instruments
1337 : Power plant instruments
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Vorlesung
Hubschraubersysteme 22
Zulassungsanforderungen:
Required powerplant instrument (29.1305):
A fuel quantity indicator for each fuel tank
A low fuel warning device for each fuel tank which feeds an engine. This device must:
Provide a warning to the crew when approximately 10 minutes of usable fuel remains in the tank;
Be independent of the normal fuel quantity indicating system.
Fuel quantity indicators 29.1337
Means to indicate to the flight crew members the quantity of usable fuel in each tank during flight.
Each fuel quantity indicator must be calibrated to read zero during level flight when the quantity of fuel remaining in the tank is equal to the unusable
fuel quantity
Kraftstoffsystem Fllstandsmessung
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Kraftstoffsystem - Fllstandsmessung
Vorlesung
Hubschraubersysteme 23
Messen:
blicherweise 1 Messfhler pro Tank, im Schwerpunkt
Messfhler mssen ausfliegbaren Kraftstoff anzeigen: Null = Fllstand nicht ausfliegbarer Kraftstoff
Genauigkeit gem AC29-2C: 2% volle Kapazitt + 4% niedrigem Kraftstoffstand (Voraussetzung: Nullanzeige korrekt!)
Niedrigstandsanzeige:
Zustzlich zur Fllstandsanzeige sind Sensoren in den Versorgungstanks notwendig, um Niedrigstand anzuzeigen (10 Minuten Flugreserve)
Max.-Standanzeige :
Zur berwachung der Betankung
Zum Abbruch von Transfer zwischen Tanks und Crew-Warnung
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Kraftstoffsystem Messprinzip
Vorlesung
Hubschraubersysteme 24
Mess-Prinzip Tankfhler :
Im allgemeinen: kapazitive Fhler
Prinzip : Fhler als Kondensator (elektrische Kapazitt)
Zwei koaxiale Metallzylinder
Im Spalt: Luft oder Kraftstoff
Kapazitt ndert sich mit dem Kraftstofffllstand
Gegeben: die Dielektrizittskonstante des Kraftstoffs.Drei Mglichkeiten *:
Kompensationsfhler (liefert korrekte Dielektrizittskonstante )
Berechnung anhand Fhlerwerte in vollem Tank
Temperatursensor zur Kompensation (Formel)
* Zur Kompensation von Fehlern aufgrund verschiedener Kraftstoffsorten
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Kraftstoffsystem Crash-Sicherheit fr Kraftstoffsysteme
Vorlesung
Hubschraubersysteme 25
Crashtaugliche Kraftstoffsysteme:
Rolle
Verhindern von Leckagen und Aufschlagbrand (post crash fire after a survivable crash)
Wesentliche Auslegungskriterien
Drop test (952 : Fuel system crash resistance)
Anzuwendende Kapitel der Bauvorschrift
952 : Fuel system crash resistance
963 : Fuel tanks : general
965 : Fuel tank tests
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Kraftstoffsysteme Crash-Sicherheit fr Kraftstoffsysteme
Vorlesung
Hubschraubersysteme 26
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Kraftstoffsysteme Crash-Sicherheit fr Kraftstoffsysteme
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Die Anforderungen der Bauvorschrift
enthalten auch den erforderlichen Test:
CS29.952
(a) Drop test requirements. Each tank, or the
most critical tank, must be droptested
as follows:
(1) The drop height must be at least
15.2m (50 ft).
(2) The drop impact surface must be
non deforming.
(3) The tanks must be filled with water
to 80% of the normal, full capacity.
(4) The tank must be enclosed in a
surrounding structure representative of the
installation unless it can be established that
the surrounding structure is free of projections
or other design features likely to contribute to
rupture of the tank.
(5) The tank must drop freely and
Impact in a horizontal position 10. (6) After the drop test, there must be
no leakage.
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Kraftstoffsysteme - Brandverhtung
Vorlesung
Hubschraubersysteme 30
Zulassungsbehrden schenken dem Themenbereich Brandverhtung, -entdeckung,
-schutz besondere Aufmerksamkeit.
Das Brand-Dreieck:
Brandzusammensetzung
Luft (Sauerstoff)
Brennbare Flssigkeit/Kraftstoff
Hitze/Zndquelle
Im Hubschrauber:
Brennbare Flssigkeit = Kerosin oder Kerosindmpfe
Zndquellen = Zapfluft (bleed air), Elektromotoren, Elektronik, Funken, Lichtbgen, etc
Anwendbare Kapitel der Bauvorschrift:
863 : Flamable fluid fire protection and associated AC
25.981 : gilt fr Verkehrsflugzeuge
29.1309 (a)(2)(i) Equipment, systems and installations
863 Flamable fluid fire protection
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Kraftstoffsysteme - Brandverhtung
Vorlesung
Hubschraubersysteme 31
Als Grundregel fr die Auslegung von Kraftstoffsystemen gilt: entweder ist nachzuweisen, dass die Wahrscheinlichkeit eines Brandes unter 10-9
liegt oder dass ein Brand nur als Folge eines dreifachen Fehlers entstehen kann.
Beispiele zur Ausfhrung dieser Grundregel:
Kraftstoffleitungen:
Kraftstoffleitungen vom Tank zum Triebwerk verlaufen in gefhrdeter/gefhrdender Umgebung: Kabel, andere Systeme, Kabine,.
Use of double wall pipes for fuel system to prevent fuel leakage
Pumpen:
Betriebsumgebung: Kraftstoff, Kraftstoffdmpfe, Luft (siehe. )
Trockenlaufen verhindern
Explosionssicheres Design
Elektrische Versorgung
Keine Verkabelung in den Tanks
Optional : Inertgassystem
Stndige Befllung des Gasvolumens im Tank mit Stickstoff
863 Flamable fluid fire protection
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Kraftstoffsystem Vereisung durch Wasser im Kraftstoff
Vorlesung
Hubschraubersysteme 32
Es muss nachgewiesen, dass sicherer Betrieb selbst mit einer definierten Menge Wasser
im Kraftstoff gewhrleistet ist:
29.951 : (c) having 0.20 cm3 of free water per litre (0.75 cc per US gallon) added and cooled.
Besondere Vereisungsbedingungen: -9 bis -11C
Auf einigen HS deshalb: Eisfilter (Anti-ice filters)
Zweck: Erweiterung der Temperaturenvelope
Beispiel: NH90, -10C ohne Filter, -40C mit Filter
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Kraftstoffsystem Vereisung durch Wasser im Kraftstoff
Vorlesung
Hubschraubersysteme 33
Icing:
Wasser im Kraftstoff:
Im Kraftstoff selbst: gelstes und freies Wasser
Kondensation
Vereisungsrisiko = Verschluss der TW-Zuleitung:
Pumpe oder suction strainer
Durchflussmessung (falls vorhanden)
TW-Einlass selbst
Anzuwendende Kapitel der Bauvorschrift:
951 : General and associated AC
ARP1401 Aircraft Fuel System and Component Icing Test (recommendations)
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Kraftstoffsystem Zusammenfassung
Vorlesung
Hubschraubersysteme 34
Ein Hubschrauberkraftstoffsystem ist aus mehreren Sub-Systemen aufgebaut und steht in enger Wechselwirkung mit mehreren anderen
Hubschraubersystemen (Triebwerk, Struktur).
Besondere Anforderungen an Hubschrauberkraftstoffsysteme: Crashtauglichkeit, Brandverhinderung (drop test, einzelne Tankblasen, Be-und Entlftung, Abreikupplungen zur Verhinderung von post crash fire)
Alle Anforderungen an Kraftstoffsysteme bezglich Architektur und Leistung finden sich in den Bauvorschriften (PART 27 and 29) und dazugehrigen
Kommentaren AC27-1B & AC29-2C.
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Inhalt
Vorlesung
Hubschraubersysteme
1. Kraftstoffsysteme
2. Triebwerks Installation (inkl. Feuermeldung & -Lschen)
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bersicht - Triebwerksinstallation
Vorlesung
Hubschraubersysteme 36
TW- Einlauf (Einlauf)
Auspuff (Exhaust System)
Feuerschutz (Fire Protection)
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 37
Definitionen, Funktionen:
Definition Einlaufsystem:
System which includes all components required to deliver air to the engine(s). This includes the air intake grids. (System, das alle erforderlichen Komponenten enthlt, um das Triebwerk mit Luft zu versorgen. Das schliet Einlaufgitter ein.)
Hauptfunktionen:
Leitet Luftstrom in jedem Flugzustand zum Triebwerk
Sorgt fr eine ausreichende, saubere Umstrmung des Triebwerks
Stellt das Optimum (Kompromiss!) zwischen TW-Leistung, Lrmemission und
Rezirkulation sicher
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 38
Definitionen, Funktionen:
Feuer:
In case of air intake goes through the firewall -> Be fireproof in engine compartment (1100C for 15 min)
In case of air intake goes through the engine compartment cowling -> Be fire resistant (1100C for 5 min) or fireproof, depending on CS27 or 29
Integrationsaspekte:
Bewegung des Triebwerks innerhalb des TW-Raums
Thermische Ausdehnung des Triebwerks
Fertigungstoleranzen bei Einlauf, Anschlsse von Brandschott, TW-Interface, etc.
Vibrationen von TW und HS
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 39
Thermische Anforderungen:
Minimieren des T zwischen OAT und TW-Einlauf
T 1 C = 1% TW Leistung (gilt in grober Nherung)
Extreme thermische Anforderungen im TW-Raum
Material
Thermische Isolierung/Schutz
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 40
Umweltanforderungen:
Hail Strike:
CS 29.901 & JAR E 790 The ingestion of large hailstones (0.8 to 0.9 specific gravity) at the maximum true air speed, for altitudes up to 15 000 feet (4 500
meters), associated with a representative aircraft operating in rough air, with
the Engine at Maximum Continuous power thrust, must not cause unacceptable
mechanical damage or unacceptable power or thrust loss after the ingestion, or
require the Engine to be shut down
Die Nachweisfhrung muss mittels Versuchen erfolgen; die dabei verwendeten Strukturen mssen ausreichend reprsentativ und von vergleichbarem Design
sein.
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 41
Vogelschlag:
CS 29.631 The rotorcraft must be designed to assure capability of continued safe flight and landing (for Category A) or safe landing (for Category B) after
impact with a 1 kg bird, when the velocity of the rotorcraft (relative to the bird
along the flight path of the rotorcraft) is equal to VNE or VH (whichever is the
lesser) at altitudes up to 2438 m (8 000 ft).
Dynamische Analysen zur Auslegung des Einlaufgitters auf ausreichende Energieabsorption
Die Nachweisfhrung muss mittels Versuchen erfolgen; die dabei verwendeten Strukturen mssen ausreichend reprsentativ und von vergleichbarem Design
sein.
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 42
Vereisung:
CS 29.1419 It must be demonstrated that the rotorcraft can be safely operated in the continuous maximum and intermittent maximum icing conditions determined
under Appendix C within the rotorcraft altitude envelope.
Das Design muss den Ansatz von Eis verhindern
keine greren Eismengen/Partikel drfen vom TW angesaugt werden
Design so whlen, dass Eisansatz bevorzugt vor dem Gitter erfolgt
Die Nachweisfhrung muss mittels Versuchen erfolgen; die dabei verwendeten Strukturen mssen ausreichend reprsentativ und von vergleichbarem Design
sein.
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 43
Schnee:
CS 29.1093 In snow, both falling and blowing, without adverse effect on engine operation, within the limitations established for the rotorcraft.
Nachweisfhrung entweder mittels Versuch oder Analyse
Regen:
Design so whlen, dass Regen aus bestimmten Bereichen ferngehalten wird bzw. Nicht eindringen kann (Grenzschichten)
Fr Ablauf von Wasser an tiefgelegenen Punkten sorgen, so dass whrend und nach Regen Ablauf mglich ist (Drainagelcher, -bohrungen, etc.)
Vom TW-Hersteller erfragen: Maximale Wassermenge, die das TW ertragen kann ohne abzuschalten (flame out)
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 44
Statischer Einlauf vs. Dynamischer Einlauf
Statisch: Loch in der Cowling
Schwebeflug TW-Verluste (Leistung)
Vorwrtsflug TW-Verluste (Leistung)
Gewicht: Kein Einlaufkanal
Exhaust
AW 139: PT6
Triebwerk mit statischem Einlauf
Einlauf
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Triebwerksinstallation - Einlaufsystem
Vorlesung
Hubschraubersysteme 45
Statischer Einlauf vs. Dynamischer Einlauf
Dynamisch: In Flugrichtung
Schwebeflug TW-Verluste (Leistung)
Vorwrtsflug TW-Verluste (Leistung)
Gewicht: kurze Dse langer Einlaufkanal
Indirekter Einlauf:
T zwischen OAT und TW-Einlauf
Vogelschlagnachweis einfacher / weniger schwerwiegende Bedingungen bei Eis oder
Schnee
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Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
Vorlesung
Hubschraubersysteme 46
Definition Abgassystem
System allowing to dissipate the remaining total temperature and pressure down stream the free turbine limiting installation effect.
Hauptfunktionen:
Minimiert TW-Installationsverluste
sorgt fr Ableitung / Mischung heier TW-Abgase vor dem Auftreffen auf der HS-Struktur, insbesondere dem Heckausleger
Minimiert Infrarotsignatur (nur bei militrischen Anwendungen)
Entwurfskriterien:
Gewicht
Relativbewegung zwischen Triebwerk und feststehenden HS-Strukturelementen
Thermische Ausdehnung
Schnittstellenlasten
Limit loads & ultimate loads
Isolieren eines Feuers (fire containment) gegen andere Bereiche
Geringer schdlicher Widerstand
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Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
Vorlesung
Hubschraubersysteme 47
Bezeichnungen:
Auspuff, exhaust, nozzle
Infrared supressor, IR-Suppressor
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Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
Vorlesung
Hubschraubersysteme 48
Bauvorschrift:
FAR29.1121 a
(a) Each exhaust system must ensure safe disposal of exhaust gases without fire hazard or carbon monoxide contamination in any personnel compartment.
FAR29.1121 b
(b) Each exhaust system part with a surface hot enough to ignite flammable fluids or vapors must be located or shielded so that leakage from any system carrying flammable fluids or vapors will not result in a fire caused by impingement of the fluids or vapors on any part of the exhaust system including shields for the exhaust system.
FAR29.1121 c
(c) Each component upon which hot exhaust gases could impinge, or that could be subjected to high temperatures from exhaust system parts, must be fireproof. Each exhaust system component must be separated by a fireproof shield from adjacent parts of the rotorcraft that are outside the engine and auxiliary power unit compartments.
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Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
Vorlesung
Hubschraubersysteme 49
Bauvorschrift:
FAR29.1121 d
(d) No exhaust gases may discharge so as to cause a fire hazard with respect to any
flammable fluid vent or drain.
FAR29.1121 e
(e) No exhaust gases may discharge where they will cause a glare seriously affecting
pilot vision at night.
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Vorlesung
Hubschraubersysteme 50
Bauvorschrift:
FAR29.1121 f
Exhaust System: General
For powerplant and auxiliary power unit installations the following apply:
(f) Each exhaust system component must be ventilated to prevent
points of excessively high temperature.
(g) Each exhaust shroud must be ventilated or insulated to avoid,
during normal operation, a temperature high enough to ignite
any flammable fluids or vapors outside the shroud.
(h) If significant traps exist, each turbine engine exhaust
system must have drains discharging clear of the rotorcraft,
in any normal ground and flight attitudes, to prevent fuel
accumulation after the failure of an attempted engine start.
Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
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Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
Vorlesung
Hubschraubersysteme 51
Abgasdse:
Beschreibung:
Funktion: Mischen heier TW-Gase (~700C) und Frischluft aus dem TW-Raum
(~300C) Khlung des TW-Raums durch den Venturi-Effekt
Interface: direkt auf dem TW-Gehuse aufgesetzt Folgt allen TW-Bewegungen (thermisch, mechanisch)
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Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
Vorlesung
Hubschraubersysteme 52
Engine compartment temperature:
Temperaturbedingungen im TW-Raum:
Temperatur am Verdichtergehuse ~300C
Temperatur am Gehuse Nutzturbine ~ 800C
TW-Hersteller verlangen im Installationshandbuch meist nach Einhalten einer maximalen Temperatur fr TW-Anbauten und equipment
Bedarf nach Khlung des TW-Raums
Venturi-Effekt mittels Ejektor/Ausstovorrichtung
Geblse
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Triebwerksinstallation Abgassystem / Exhaust
Vorlesung
Hubschraubersysteme 53
Venturi-Effekt:
Air from primary nozzle drains fresh air flow through the engine compartment by venturi
effect between engine jet hot gas and surrounding air
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Triebwerksinstallation Feuermeldesystem / Fire Detection
Vorlesung
Hubschraubersysteme 54
Bauvorschrift & Hauptfunktionen:
Bauvorschriften:
Laut Bauvorschriften (Part 27 und 29) mssen Hubschrauber ber ein
Feuermeldesystem verfgen.
Die Zulassung bzw. Nachweisfhrung eines solchen Systems ist festgelegt in:
PART 27 (small rotorcraft) PART 29 (large rotorcraft)
27.1195 - 29.1203
Hauptmerkmale und -funktionen:
Schnelle Reaktion im Brandfall einschl. visueller und akustischer Warnung an die Besatzung
Warnung muss whrend der Dauer des Brandes aktiv bleiben
Anzeige fr Feuer Aus / fr wiederaufflammen des Feuers
Kein Fehlalarm
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Triebwerksinstallation Feuermeldesystem / Fire Detection
Vorlesung
Hubschraubersysteme 55
Komponentenbeschreibung:
Fire Sensor Normally Open Spot Type
Sensorelement Montageflansch
Farb-Code Elektr. Anschlsse
Keramikkrper Contacts
Rntgenbild
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Triebwerksinstallation Feuermeldesystem / Fire Detection
Vorlesung
Hubschraubersysteme 56
Arbeitsprinzip
Thermische Ausdehnung des Materials der Auenhlle ist hher als die des Kontakttrgers. Kontakte schlieen sich, wenn der Sensor Hitze ausgesetzt ist.
Kotakte sind parallel geschaltet
Andere Sensortypen
Normally Closed Spot Type Impedanznderung wird registriert Pneumatischer Sensor Hitze ndert Gasdruck, Druckschalter wird aktiviert Optische Sensoren Messen infrarote & ultraviolette Anteile im Leuchtspektrum von Feuer
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Triebwerksinstallation Feuermeldesystem / Fire Detection
Vorlesung
Hubschraubersysteme 57
Zusammenfassung:
1. Ein Feuermeldesystem ist fr turbinengetriebene Hubschrauber zwingend
vorgeschrieben.
2. Das Feuermeldesystem muss schnell reagieren und optische wie akustische
Warnung fr die Besatzung liefern.
3. Verkabelung und alle anderen Komponenten eines Feuermeldesystems fr den
Einsatz in einem Triebwerksraum mssen mindestens feuerbestndig sein.
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Triebwerksinstallation Feuerlscher
Vorlesung
Hubschraubersysteme 58
Bauvorschriften & Hauptfunktionen:
Bauvorschriften:
Die Art des Feuerlschsystems hngt von der HS-Gre ab, aber auch vom EInsatzprofil.
Folgende Kapitel der Bauvorschrift kommen zur Anwendung:
PART 27 (small rotorcraft under CAT A flight rules) PART 29 (large rotorcraft)
CS/FAR 27 App. C - CS/FAR29.1183, 1195, 1197, 1199, 1201
demands a one-shot system demands two shots
per fire zone
Hauptfunktionen:
Lschen eines Feuers im Installationsbereich des Feuerlschsystems unter Annahme beliebiger TW-Raumbelftung, Strmungsbild und Temperaturbedingungen
Beibehalten der Effektivitt auch nach lngerer Lagerung unter den Umgebungsbedingungen des Bereiches, in dem es gelagert wird.
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Triebwerksinstallation Feuerlscher
Vorlesung
Hubschraubersysteme 59
Funktionsprinzip:
Behlter gefllt mit Halon 1301 mit einer Druckbefllung
(Stickstoff)
Bei Bettigung: Elektrische Zndung einer
Explosionsladung ffnet Blende,
Ladung im Druckbehlter tritt aus
Halon tritt aus und wird ber Rohrleitungen in den TW-Raum
gefhrt
Aluminium Tube
Stainless Steel Tube
(through fire wall)
Clamp
Agent Container
Outlets w/ explosive
cartridges
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Vorlesung
Hubschraubersysteme 60
Knftige Anforderungen an Lschmittel
Problematik von Halon:
Halon ist eine Flourkohlenwasserstoffverbindung, die die Ozonhlle der Erde empfindlich schdigt.
Im Protokoll von Montreal von 1994 wurden Herstellung und Verwendung von Halon in der Industrie verboten.
Mangels geeigneter Alternativlsungen gibt es fr kritische Anwendungen darunter fllt der Einsatz in der Luftfahrt derzeit noch Ausnnahmeregelungen.
Triebwerksinstallation Feuerlscher
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Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Hubschraubertechnologie
Vorlesung
Hubschraubersysteme 61
Knftige Anforderungen an Lschmittel
Alternative Lschmittel:
Derzeit zeigen 2 alternative Lschmittel vielversprechendes Potential, HALON knftig im
Einsatz bei Feuerlschanlagen in der Luftfahrt zu ersetzen. :
NOVEC 1230 (Fluorketon, Flssigkeit)
KSA Aerosol (Sodium Bicarbonate powder)
Beide Kandidaten befinden sich derzeit im Stadium der technischen Evaluierung durch die
Luftfahrtbehrden, um Mindeststandards dafr festzulegen..
Triebwerksinstallation Feuerlscher
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