Đồ án môn học tên đề tài hệ thống apu trên tàu bay a321

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG APU TRÊN TÀU BAY A321 Giáo Viên Hướng Dẫn: ThS Lê Nhật Bình Sinh Viên: Võ Quang Nhật MSSV: 2155200034 Lớp: 21ĐHKT01 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 10 năm 2023 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP.Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 10 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌ VÀ TÊN: Võ Quang Nhật MSSV : 2155200013 LỚP: 21ĐHKT01 NGÀNH: Kỹ Thuật Hàng Không Tên đồ án môn học: Nghiên cứu hệ thông APU tàu bay A321 Nhiệm vụ đồ án môn học (chung đề tài): Tìm hiểu phân tích chi tiết cấu tạo nguyên lí hoạt động hệ thống APU tàu bay A321 Ngày giao đồ án môn học: Ngày nộp đồ án môn học: Họ tên cán hướng dẫn (ghi rõ: Học hàm, học vị): Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) KHOA KTHK LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tiểu luận cuối kỳ cơng trình nghiên cứu tơi, đúc kết từ trình học tập nghiên cứu thực tiễn thời gian qua Các thông tin số liệu sử dụng báo cáo hồn tồn trung thực TP Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 10 năm 2023 Người cam đoan Võ Quang Nhật HỌC VIỆN HÀNG KHƠNG VIỆT NAM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌ VÀ TÊN: Võ Quang Nhật MSSV: 2155200034 LỚP: 21ĐHKT01 Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống APU tàu bay A321 Họ tên cán hướng dẫn: ThS Lê Nhật Bình Tuần Cơng việc thực Xác nhận GVHD Giao đề tài Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Ghi Tuần Tuần Tuần Tuần 10 Nộp bảo vệ khóa Tp.HCM, ngày 13 tháng 10 năm 2023 Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Tiêu chí Điểm số Điểm Chữ Trình bày Nội dung Phản biện Tổng điểm TpHCM, ngày 13 tháng 10 năm 2023 Giáo viên hướng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: Tổng Quang Đề Tài .4 2.1 Tàu bay A321-Neo 2.2 Thuật ngữ APU hệ thống APU Chương 3: Nội dung 11 3.1 Tổng quan hệ thống APU .11 3.1.1 Thuật ngữ APU 11 3.1.2 Chức APU 11 3.1.3 Vị trí lắp đặt APU 11 3.1.4 Thông tin liên quan 12 3.2 Cấu tạo chi tiết hệ thống APU 13 3.2.1 Phần công sức .13 3.2.2 Phần máy nén tải 14 3.2.3 Phần Hộp Số 15 3.3 Nguyên lý hoạt động APU 17 3.4 Hoạt động bảo dưỡng liên quan APU cùa tàu bay A320 17 Chương GIỚI THIỆU I.1 Lý chọn đề tài Việc chọn đề tài APU (Auxiliary Power Unit) cho máy bay A321 đánh giá vô quan trọng APU đóng vai trị khơng thể thiếu việc cung cấp lượng máy bay tắt động Điều có tiềm để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động máy bay, đảm bảo an toàn đáng tin cậy chuyến bay, giảm khí thải gây hại cho mơi trường, đồng thời thúc đẩy phát triển công nghệ lĩnh vực hàng khơng Từ đó, đóng góp phần quan trọng vào phát triển toàn diện ngành hàng không I.2 Mục tiêu nghiên cứu Việc nghiên cứu APU máy bay A321 đặt mục tiêu tồn diện với khía cạnh quan trọng: Trước hết, mục tiêu đặt nâng cao hiệu suất hoạt động APU, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng lượng tăng cường khả hoạt động hiệu Điều giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu tối ưu hóa khả hoạt động máy bay, đồng thời giảm thời gian chờ đợi tiết kiệm tài nguyên quý báu ngành hàng không Mục tiêu quan trọng liên quan đến an toàn độ tin cậy Đảm bảo APU hoạt động cách an toàn đáng tin cậy điều vơ quan trọng để đảm bảo tính an tồn chuyến bay Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển cơng nghệ quy trình bảo dưỡng để đảm bảo khả hoạt động đáng tin cậy APU Không vậy, mục tiêu giảm tác động môi trường Thực cách tối ưu hóa khí thải tiêu thụ nhiên liệu APU Điều hỗ trợ nỗ lực ngành hàng không việc giảm tác động tiêu cực môi trường tự nhiên Mục tiêu thứ tư liên quan đến việc phát triển công nghệ liên quan đến APU để cải thiện hiệu suất tính Điều thúc đẩy phát triển công nghệ lĩnh vực APU, đồng thời giúp máy bay A321 trì cạnh tranh ngành hàng không Hơn nữa, cải thiện quản lý bảo dưỡng APU mục tiêu quan trọng khác Điều giúp đảm bảo APU hoạt động ổn định đáng tin cậy suốt tuổi thọ sử dụng nó, giúp giảm cố tăng khả trì hiệu suất cao Cuối cùng, mục tiêu đóng góp vào phát triển tồn diện ngành hàng khơng thơng qua việc cải tiến nâng cao khả hoạt động APU máy bay A321 Điều không lợi ích cho doanh nghiệp hàng khơng, mà cịn cho mơi trường tự nhiên hành khách tồn giới I.3 Phương pháp nghiên cứu Hiệu suất tiết kiệm lượng: Nghiên cứu bao gồm việc đánh giá hiệu suất APU việc cung cấp lượng cho máy bay cách tối ưu hóa để tiết kiệm nhiên liệu An tồn độ tin cậy: Phạm vi bao gồm việc nghiên cứu khía cạnh liên quan đến an tồn độ tin cậy APU, bao gồm cách xử lý cố cải thiện khả phục hồi sau cố Khí thải tác động mơi trường: Nghiên cứu xoay quanh cách giảm thiểu khí thải tác động môi trường từ hoạt động APU Công nghệ phát triển mới: Phạm vi liên quan đến việc phát triển áp dụng công nghệ thiết kế hoạt động APU Quản lý bảo dưỡng: Nghiên cứu tập trung vào cách quản lý bảo dưỡng APU để đảm bảo hiệu suất độ tin cậy cao Sự phát triển ngành hàng không: Phạm vi liên quan đến cách nghiên cứu APU đóng góp vào phát triển tồn diện ngành hàng không Cấu trúc đề tài Chương 2: Tổng Quang Đề Tài 2.1 Tàu bay A321-Neo Máy bay vận chuyển hành khách tầm ngắn trung gian dựa Airbus A-321 phiên mở rộng dòng máy bay A320 Hậu tố "neo" viết tắt cho "New Engine Option," lựa chọn động tiên tiến Dòng "neo" dòng A320 bắt đầu phát triển từ năm 2010, máy bay dòng giao vào năm 2016 Những máy bay trang bị động (PW 1100G CFM LEAP-1A) trang bị loại đầu cánh gọi "sharklet." Dữ liệu kỹ thuật Sải cánh (đơn vị mét) Chiều dài ( đơn vị mét) Chiều cao (đơn vị mét) Động 35.80 m 44.51 m 11.76 m x PW 1100G (150kN) or x CFM LEAP-1A ( 109A-156kN) turbofans Mơ hình động CFM International LEAP Máy bay A321 có phiên khác A321neo, phiên cải tiến có hiệu suất nhiên liệu tốt hơn, A321XLR, phiên có khả bay xa Các tính bật A321neo, bao gồm: Tàu Bay: Tên A-321neo Nhà sản xuất AIRBUS Thân Hẹp Cánh Cánh cố định Vị trí Cánh Đi Đi thơng thường, vị trí Loại trọng lượng M Mã sân bay C Mã loại L2J 10 Mã tham chiếu sân bay 4C 11 Loại cứu hỏa chữa cháy 12 Động Jet 13 Số lượng động Multi 14 Vị trí Đặt cánh 15 Chân đáp Loại ba bánh thu vào Thơng số tính bay máy bay A321 Dữ liệu hiệu suất mục tiêu Cruise Vận tốc thật sự: 450 knots Số MACH: 0.78 Độ cao tối đa máy bay đạt được: 39000 feet Tầm bay 3500 Mach Climb Số Mach 0.78 Tốc độ leo dốc 1000 feet/phút Initial Descent ( to FL240) Số Mach 0.78 Tốc độ hạ độ cao 1000 feet/phút Initial Climb (to FL240) Vận tốc khơng khí biểu thị 290 knots Tốc độ leo dốc Descent (to FL100) Vận tốc khơng khí biểu thị 290 knots Tốc độ hạ độ cao 2500 feet/phút Initial Climb (to FL150) Vận tốc khơng khí biểu thị 290 knots Tốc độ leo dốc 2000 feet/phút Descent (FL100 & below) Vận tốc khơng khí biểu thị 210 knots Vận tốc kiểm sốt tối thiểu: khơng có giá trị Tốc độ hạ độ cao: khơng có giá trị Initial Climb (to 5000ft) Vận tốc khơng khí biêu thị 175 knots Tốc độ leo dốc 2500 feet/phút Approach Vận tốc tiếp cận (IAS) 134 knots Khoảng cách 1600 mét Take-Off Vận tốc an toàn cất cánh 145 knots Khoảng cách 2210m Trọng lượng cất cánh tối đa 93500 kilôgam Vietnam Airlines: Vietnam Airlines, hãng hàng không quốc gia Việt Nam, sử dụng nhiều máy bay Airbus A321 tuyến bay quốc tế nội địa VietJet Air: VietJet Air, hãng hàng không giá rẻ phát triển nhanh chóng Việt Nam, khai thác nhiều máy bay Airbus A321 Bamboo Airways: Bamboo Airways hãng hàng không tư nhân Việt Nam có máy bay Airbus A321 đội bay họ Máy bay Airbus A321neo phiên cải tiến máy bay A321, thuộc dòng sản phẩm A320 Airbus Từ "neo" có nghĩa "New Engine Option," tức trang bị động hiệu suất nhiên liệu cao so với phiên trước 2.2 Thuật ngữ APU hệ thống APU APU (Auxiliary Power Unit): APU từ viết tắt "Đơn vị Nguồn Năng Lượng Phụ" ngành hàng không Đây động phụ cài đặt máy bay để cung cấp lượng điện điều hồ khơng khí động máy bay khơng hoạt động APU Bleed Air: Đây luồng khơng khí áp cao, nhiệt độ cao tạo APU, sử dụng để cung cấp khơng khí cho hệ thống máy bay điều hồ khơng khí khoang hành khách APU Generator: Máy phát APU cung cấp lượng điện cho hệ thống máy bay điều hồ khơng khí APU Start: APU Start q trình khởi động APU trước máy bay cất cánh sau hạ cánh, để cung cấp lượng khơng khí cần thiết APU Fire Suppression: Hệ thống bao gồm cảm biến thiết bị dập cháy để phát dập cháy ngăn APU, đảm bảo an toàn APU Bleed Valve: Van APU điều khiển luồng khơng khí từ APU đến hệ thống máy bay APU Fuel Control Unit (FCU): FCU điều khiển dịng nhiên liệu đến APU, điều chỉnh cơng suất đảm bảo hoạt động an toàn APU Inlet/Exhaust: Đây lỗ thở khơng khí APU, cho phép luồng khơng khí vào khỏi đơn vị APU APU Shutdown: Quá trình tắt APU khơng cịn cần thiết, thường sau máy bay hạ cánh động hoạt động 10 APU Inertial Separator: Thiết bị cài đặt lỗ hút khơng khí APU để tách đối tượng ngoại lai nhiễm từ khơng khí đưa vào, đảm bảo khơng khí khơng có cặn bẩn vào APU 11 APU Control Panel: Bảng điều khiển APU buồng lái cho phép phi công kiểm soát hoạt động APU, bao gồm khởi động, tắt, theo dõi trạng thái 12 APU Air Inlet: Đây vị trí máy bay nơi khơng khí hút vào APU để sử dụng cho q trình hoạt động 13 APU Exhaust Nozzle: Lỗ xả APU nơi mà khí thải nóng từ APU trả khỏi máy bay 14 APU Starter Generator: Đây thiết bị kết hợp hai chức - khởi động APU sau hoạt động máy phát điện để cung cấp điện cho hệ thống máy bay 15 APU Vibration Monitoring: Hệ thống theo dõi biểu rung động APU để phát sớm hỏng hóc cố trình hoạt động 16 APU Load Shedding: Điều liên quan đến việc quản lý tải APU cách tắt tải không cần thiết để đảm bảo APU hoạt động giới hạn an toàn 17 APU Fuel Nozzle: Là thiết bị để cung cấp nhiên liệu đến động APU, điều khiển điều khiển nhiên liệu APU 18 APU Oil Filter: Lọc dầu APU giữ cho dầu hoạt động APU khơng chứa hạt bẩn gây hỏng hóc 19 APU Overtemperature Shutdown: Quá trình tắt tự động APU nhiệt độ vượt mức an toàn 20 APU Control Unit: Đơn vị điều khiển APU chịu trách nhiệm quản lý kiểm soát tất khía cạnh hoạt động APU 21 APU BITE (Built-In Test Equipment): Hệ thống kiểm tra tích hợp APU tự động kiểm tra báo cáo trạng thái hoạt động 22 APU EGT (Exhaust Gas Temperature): Nhiệt độ khí thải phần APU, đo để đảm bảo hoạt động an toàn 23 APU Inlet Door Actuator: Là điều khiển cho cánh cửa hút khơng khí APU, điều chỉnh luồng khơng khí vào APU 24 APU Fuel System: Hệ thống nhiên liệu APU bao gồm bơm, van, linh kiện khác dùng để cung cấp nhiên liệu cho APU Hệ thống apu a321 Hệ thống APU (Auxiliary Power Unit) máy bay Airbus A321 thành phần quan trọng đóng vai trị cung cấp lượng điện khơng khí điều hồ động máy bay không hoạt động Dưới số yếu tố quan trọng hệ thống APU máy bay Airbus A321: Động APU: Động APU thiết bị tạo lượng cần thiết cho máy bay động khơng hoạt động APU thường đặt máy bay có khả tự khởi động hoạt động độc lập Nhiên liệu APU: APU sử dụng nhiên liệu (thường dầu xăng) để tạo lượng Hệ thống nhiên liệu bao gồm bơm, van, linh kiện liên quan đến cung cấp nhiên liệu cho APU Hệ thống điều khiển APU: Điều khiển APU trung tâm quản lý hoạt động APU Nó quản lý việc khởi động, tắt, kiểm soát APU trạng thái khác APU Bleed Air: Luồng khơng khí từ APU sử dụng để cung cấp khơng khí cho hệ thống điều hịa khơng khí, hệ thống động cơ, hệ thống khác máy bay APU Generator: APU trang bị máy phát điện để cung cấp điện cho hệ thống điện máy bay, bao gồm hệ thống chiếu sáng, điều khiển, hệ thống giám sát Hệ thống kiểm tra APU: APU trang bị hệ thống kiểm tra tích hợp (BITE - Built-In Test Equipment) để tự động kiểm tra trạng thái hoạt động báo cáo cố lỗi Hệ thống an toàn APU: Hệ thống an toàn APU bao gồm cảm biến phát cháy, hệ thống dập cháy tự động, biện pháp an toàn khác để đảm bảo APU hoạt động an toàn Hệ thống giám sát APU: Hệ thống giám sát theo dõi thông số quan trọng APU nhiệt độ, áp suất, dòng điện để đảm bảo hiệu suất an toàn Chương 3: Nội dung 3.1 Tổng quan hệ thống APU 3.1.1 Thuật ngữ APU APU - Auxiliary Power Unit thuật ngữ mô tả vè máy phát điện phụ trợ, động turbine khí tốc độ khơng đổi Được đặt phần đuôi không bị tác động áp lực máy bay áp lực khí động học giai đoạn bay máy bay APU cho phép máy bay hoạt động cung cấp khí nén điện độc lập giai đoạn bay Ngoài ra, cịn có nhiệm vụ làm việc với nguồn cấp khí nén điện cung cấp từ bên mặt đất 3.1.2 Chức APU APU có chức cung cấp khí nén điện cho phần lớn máy bay máy bay giai đoạn hoạt động APU thiết kế để hoạt động toàn phạm vi bay Nguồn điện ln sẵn có APU hoạt động, nguồn khí nén bị tắt vượt giới hạn quy định nhà sản xuất APU cung cấp động truyền động cho hộp số phụ máy nén tải APU cung cấp: - Nguồn điện cho hệ thống máy bay - Khí nén cho khởi động động (MES), hệ thống điều hịa khơng khí (ECS) thử nghiệm khắc phục băng đá cánh máy bay đậu (không phải GTCP 36-300) - Khí nén cho hệ thống điều hịa khơng khí tạo áp lực máy bay bay, đến mức quy định nhà sản xuất APU có cánh cửa hút khí Cánh cửa hút khí mở cơng tắc APU chọn ON đóng cơng tắc chọn OFF Khi mở, APU cung cấp khí cho hút khí APU đốt cung cấp khí nén 3.1.3 Vị trí lắp đặt APU - APU lắp đặt 3.1.4 Thông tin liên quan APU lắp đặt tàu bay dạng Optional, tức nhà khai thác tàu bay định đặt mua máy bay chọn đặt loại APU cho xưởng sản xuất Chúng ta có loại APU để lựa chọn là: HONEYWELL 131-9(A) HONEYWELL GTCP 36-300 APIC Chúng ta tập trung phân tích chí tiết cấu tạo nguyên lý hoạt động loại APU APIC 3.2 Cấu tạo chi tiết hệ thống APU Chúng ta chia APU thành phần - Phần cơng sức - Phần máy nén tải - Phần hộp số phụ kiện 3.2.1 Phần cơng sức A Chức thành phần Phần công suất APU đảm bảo việc vận hành nén hộp số Hộp số đưa động nhiệt trợ đến tất thiết bị phụ APU như: - Bơm nhiên liêu - Bơm dầu - Quạt làm mát - Máy phát điện xoay chiều B Vận Hành Khơng khí nhập vào phần cấp điện qua lỗ hút khơng khí máy bay hộp chứa APU Tại hộp chứa này, không khí chia thành hai dịng: dịng dành cho máy nén tải dòng dành cho phần cấp điện Khơng khí phần cấp điện đưa đến bánh phơi trục ly tâm, tăng áp suất không khí Sau đó, khơng khí đưa vào buồng đốt, kết hợp với nhiên liệu đốt cháy để cung cấp q trình đốt liên tục Khí thải mở rộng qua bánh turbine chuyển đổi lượng khí thành lượng học Các khí thải sau loại bỏ ngồi qua hệ thống xả khí thải máy bay 3.2.2 Phần máy nén tải A Chức cấu tạo Máy nén tải lắp đặt hộp số phần cấp điện Cung cấp khí nén cần thiết để hỗ trợ hoạt động nhiều hệ thống khí động học điều khiển máy bay B Vận Hành Lỗ hút khơng khí Khơng khí xung quanh xâm nhập vào APU qua lỗ hút khơng khí máy bay hộp chứa APU Khơng khí hộp chứa chia thành ba luồng:  Khơng khí dành cho phần cấp điện  Khơng khí dành cho hệ thống làm mát dầu  Khơng khí dành cho máy nén tải Khơng khí cho máy nén tải qua bánh định hướng vào; lưu lượng khơng khí phụ thuộc vào vị trí (góc) bánh định hướng Sau đó, khơng khí đưa vào bánh phơi bánh phơi máy nén tải Nén chặt Khi khơng khí xâm nhập vào bánh phơi máy nén quay, tốc độ khơng khí tăng lên Khơng khí rời bên đầu tốc độ cao chảy qua hướng dòng, nơi tốc độ chuyển đổi thành áp suất Cung cấp Khơng khí nén sau chảy vào hệ thống dạng vòi cung cấp cho hệ thống khí qua van điều khiển xả 3.2.3 Phần Hộp Số A Chức thành phần Phần hộp số APS3200 chức tăng tốc độ quay động khởi động để đảm bảo khởi động APU cách hiệu đáp ứng nhu cầu lượng khí nén cho hệ thống khác máy bay Gearbox (hộp số) hệ thống APS3200 thường bao gồm thành phần sau: Shaft (Trục): Trục thành phần cố định hộp số chịu tải tốc độ quay động khởi động Trục kết nối với động khởi động đầu với thành phần khác đầu lại Gears (Bánh răng): Hộp số chứa cặp bánh răng, cặp bánh lớn cặp bánh nhỏ Bánh nhỏ thường nối với trục động khởi động, bánh lớn nối với trục thành phần khác hệ thống Bearings (Vịng bi): Để đảm bảo q trình quay mượt mà giảm ma sát, hộp số sử dụng vòng bi để hỗ trợ giữ trục bánh vị trí đắn Housing (Vỏ hộp số): Vỏ hộp số bao quanh bánh răng, trục, thành phần khác để bảo vệ chúng khỏi bụi bẩn mơi trường bên ngồi, đồng thời giữ chúng vị trí cố định Lubrication System (Hệ thống bơi trơn): Hộp số cần có hệ thống bơi trơn để giảm ma sát bánh trục, đồng thời làm mát phận bên Dầu chất lỏng bôi trơn tương tự sử dụng để trì hoạt động ổn định hộp số B Vận Hành Hệ thống gearbox (hộp số) cho APS3200, hệ thống khởi động APU máy bay, vận hành theo quy trình sau: Khởi động APU: Trước tiên, để khởi động APU, người điều khiển hệ thống tự động kích hoạt động khởi động APU Động khởi động APU: Động khởi động APU bắt đầu quay tốc độ thấp Động thường kết nối với gearbox để tăng tốc độ quay lên mức phù hợp để khởi động APU Tăng tốc độ quay: Gearbox bắt đầu làm việc cách chuyển đổi tốc độ quay từ động khởi động APU (tốc độ thấp) thành tốc độ quay cao mà APU yêu cầu để khởi động Bánh nhỏ thường nối với trục động khởi động, bánh lớn nối với trục thành phần khác hệ thống Khởi động APU: Khi tốc độ quay động khởi động APU đạt mức cần thiết, APU khởi động Cung cấp lượng khí nén: APU, sau khởi động, cung cấp lượng điện khí nén cho hệ thống khác máy bay, giúp hoạt động khơng hoạt động đất Theo dõi điều khiển: Hệ thống tự động người điều khiển theo dõi trình khởi động vận hành APU điều khiển tốc độ quay gearbox theo nhu cầu để đảm bảo APU hoạt động ổn định Bảo dưỡng bôi trơn: Gearbox cần bảo dưỡng định kỳ hệ thống bôi trơn cần kiểm tra trì để đảm bảo hoạt động hiệu độ bền hộp số 3.3 3.4 Nguyên lý hoạt động APU Hoạt động bảo dưỡng liên quan APU cùa tàu bay A320