Меню

Принцип работы двигателя реактивного самолета видео: Принцип работы турбореактивного двигателя самолёта

Category: Разное

Содержание

Принцип работы турбореактивного двигателя самолёта

Совершая полет в самолете в большинстве случаев люди никогда не задумываются о том, как работает его двигатель. Но на самом деле о работе двигателя и реактивной тяги с помощью, которой работает сам двигатель, знали ее в Античное время. Но применить эти знания на практике смогли не так давно, так как раньше не технологии не позволяли никому достичь его исправной работы. Гонка вооружения между Англией и Германией стала толчком к созданию ТРД (турбореактивного двигателя).

В работе ТРД самолета нет никаких сложностей, принцип его работы может понять почти каждый человек. Но данный двигатель имеет несколько нюансов, их соблюдение контролируется под строгим присмотром руководства. Для того чтобы авиалайнер смог держаться в небе, необходима идеальная работа двигателя. Так как от работы двигателя напрямую зависят жизни пассажиров находящихся на борту авиатранспорта.

Принцип работы реактивного двигателя

Реактивный двигатель

За работу двигателя отвечает реактивная тяга. Для создания реактивной тяги необходима определенная жидкость, которая подается из задней части двигателя и по ходу ее продвижения увеличивается ее скорость движения вперед. Работу тяги отлично объясняет один из законов Ньютона, звучит он так «Любое действия вызывает равное противодействие».

Вместо жидкости в ТРД используется горючая смесь (газы и воздух со сгоревшими частичками топлива). Благодаря этой смеси самолет толкает вперед и позволяет ему лететь дальше.

Разработки таких двигателей начались в тридцатых годах. Первыми кто начал разрабатывать двигатели такого типа стали немцы и англичане. Но в гонке вооружений одержали победу ученные из Германии, так как они выпустили самый первый в мире самолет с ТРД под названием «Ласточка», данный самолет впервые взлетел в небеса над Люфтваффом. Спустя некоторое время появился и Английский самолет «Глостерский метеор»

Также сверхзвуковые двигатели принято считать турбореактивными, но они отличаются более совершенными модификациями, в отличие от ТРД.

Устройство двигателя имеет четыре главные детали, а именно:

  • Компрессор.
  • Камера горения.
  • Турбина.
  • Выхлоп.

Компрессор

Компрессор

В компрессоре находиться несколько турбин, с помощью которых происходит засасывание и сжатие воздуха. Во время сжатия воздуха, его давление и температура начинает нагнетаться и расти.

Камера горения

Камера горения

После того как воздух проходит турбину и его сжимает до необходимых размеров. Часть сжатого воздуха поступает в камеру горения, где воздух начинает смешиваться с топливом, после чего его поджигают. Благодаря этому увеличивается тепловая энергия воздуха. После смесь выходит из камеры с большой скорости и расширяется.

Турбина

Турбина

После выхода эта смесь снова попадает в турбину, с помощью высокой энергии газа лопасти в турбине начинают свое вращение. Турбина тесно связанна с компрессором, который находиться в начале двигателя. Благодаря этому турбина начинает свою работу. Остатки воздуха выходят в выхлоп. В момент выхода смеси температура достигает рекордных размеров. Но она продолжает повышать свою температуру с помощью эффекта Дросселирования. После того как температура воздуха доходит до своего пика, она начинает идти на спад и выходит из турбины.

Принцип работы турбореактивного двигателя

Турбореактивный двигатель

В отличие от реактивного двигателя, который пользуется спросом почти у всех самолетов, турбореактивный двигатель больше подходит для пассажирских авиалайнеров. Так как для работы реактивного двигателя необходимо не только топливо, но и окислитель.

Благодаря своему строению окислитель поступает вместе с топливом из бака. А в случаи с ТРД окислитесь, поступает напрямую из атмосферы. А в остальном их работа совершенно идентична и не отличается друг от друга.

У турбореактивного двигателя главной деталью является лопасть турбины, так как от ее исправной работы напрямую зависит мощность двигателя. Благодаря этим лопастям и образуется тяга, которая необходима для поддержания скорости самолета. Если сравнить одну лопасть с автомобильным двигателем, то она сможет обеспечить мощностью целых десять машин.

Лопасти устанавливаются за камерой сгорания, так как там нагнетается самое высокое давления, также температура воздуха в данной части двигателя может доходить до 1400 градусов Цельсия.

В целях улучшения прочности и устойчивости лопасти перед различными факторами их монокристаллизируют, благодаря этому они могут держать высокую температуру и давление. Прежде чем установить такой двигатель на самолет его тестируют на полном тяговом усилителе. Также двигатель должен получить сертификат от Европейского совета по безопасности.

Атомный двигатель

Атомный двигатель

В период холодной войны в мире были попытки создания атомного двигателя, за основу был взят турбореактивный двигатель. Главной задумкой ученых было создание двигателя, основанного не на химической реакции радиоактивных веществ, а на вырабатываемом тепле от ядерного реактора. Он должен был находиться на месте камеры сгорания.

В теории воздух должен был проходить через работающую зону реактора, благодаря этому реактор должен был остужаться, а температура воздуха наоборот возрастать. После чело воздух должен был расширяться и выходить через сопла (выхлоп) на этот момент скорость воздуха должна была превышать скорость полета самолета.

В Советском союзе были попытки проведения испытаний подобного двигателя, также ученные в соединенных штатах Америки, вели разработку данного двигателя, и их работа почти подходила к тестам двигателя на настоящем самолете.

Но по ряду причин разработки этого двигателя было решено закрыть. Так как у двигателя было множество недостатков, а именно:

  • Пилоты были подвержены постоянному радиоактивному облучению на протяжении всего полета.
  • Вместе с воздухом через сопла выходили и частички радиоактивного элемента в атмосферу.
  • В том случае если самолет терпел крушение, был очень большой шанс взрыва радиоактивного реактора, что влекло за собой радиоактивное отравление на довольно большой площади.

Как работает двигатель самолета

Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Конструкция

Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.

ТРД состоит из нескольких основных элементов:

  • вентилятор;
  • компрессор;
  • камера сгорания;
  • турбина;
  • сопло.

Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.

Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.

Вид самолетного двигателя снаружи

Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.

Далее смесь поступает в сопло. Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.

В двигателях воздушных судов могут быть установлены различные сопла. Наиболее совершенными считаются подвижные. Подвижное сопло способно расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струе. Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.

Виды двигателей

Двигатели для самолетов бывают различных типов:

  • классические;
  • турбовинтовые;
  • турбовентиляторные;
  • прямоточные.

Классические установки работают по принципу, описанному выше. Такие двигатели устанавливают на воздушных судах различной модификации. Турбовинтовые функционируют несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.

Турбовентиляторные двигатели представляют собой комбинированные установки, сочетающие элементы турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Они отличаются от классических большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и винт функционируют на дозвуковых скоростях. Скорость перемещения воздуха понижается за счет наличия специального обтекателя, в который помещен вентилятор. Такие двигатели более экономично расходуют топливо, чем классические. Кроме того, они характеризуются более высоким КПД. Чаще всего их устанавливают на лайнерах и самолетах большой вместительности.

Размер двигателя самолета относительно человеческого роста

Прямоточные воздушно-реактивные установки не предполагают использование подвижных элементов. Воздух втягивается естественным путем благодаря обтекателю, установленному на входном отверстии. После поступления воздуха двигатель работает аналогично классическому.

Некоторые самолеты летают на турбовинтовых двигателях, устройство которых гораздо проще, чем устройство ТРД. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Принцип работы турбины самолета

Как работает авиационный двигатель — простым языком.

 То что вы видите под крылом — это не турбина, а именно авиационный двигатель, а турбина — это его составная часть.

Авиационный турбовентиляторный реактивный двигатель необходим для создания тяги, которая преодолеет сопротивление воздуха, сопротивление самолета и его частей, разгонит самолет до скорости, на которой вырастет подъемная сила, способная оторвать самолет от земли и унести его с полной загрузкой в небо.

Передняя часть двигателя называется воздухозаборник. Воздух, попадая в него, начинает частично сжиматься. Далее воздух попадает на ступени вентилятора и ряд лопаток, где его давление и температура от сжимания начинает расти.

Воздух дальше идет по двум контурам. Внешний контур сжимает воздух благодаря своей форме. Воздух, который пошел во внутренний контур все больше сжимается, проходя каждый ряд статичных и крутящихся лопаток, сделанных из титана.

В компрессоре высокого давления он сжимается и его температура растет. И вот воздух попадает в камеру сгорания, где он смешивается с топливом. В результате этого резко растет тепловая энергия.⠀

Разогретые до огромной температуры газы выходят с бешеной скоростью из камеры сгорания и расширяются. Попадая на колесо турбины, они приводят ее в вращение.Турбина сидит на одном валу с компрессором. Компрессор начинает вращаться и получается замкнутая цепь. Воздух вновь засасывается компрессором и процесс продолжается.

Далее происходит следующее: разогретые до огромной температуры газы выходят с бешеной скоростью из камеры сгорания и расширяются. Попадая на колесо турбины, они приводят ее во вращение.

Турбина сидит на одном валу с компрессором. Компрессор начинает вращаться. Получается замкнутая цепь: воздух вновь засасывается компрессором, и процесс повторяется.

Выходящие газы попадают в сопло и на выходе из него смешиваясь с воздухом с внешнего контура создают реактивную струю, которая и толкает самолет сквозь воздушную среду. 

Турбореактивный двигатель (ТРД)

ТРД стал самым распространённым в авиации воздушно-реактивным двигателем. Он является базой для создания целого семейства двигателей, объединяемых под общим названием газотурбинных двигателей. ТРД используют в качестве горючего керосин, находящийся в топливных баках, а в качестве окислителя – кислород воздуха.

Поток воздуха, попадающего в двигатель, тормозится во входном устройстве (1), в результате чего давление воздуха перед осевым компрессором (2) повышается. Ротор (вращающаяся часть) объединяет ряд рабочих колёс компрессора (3), представляющих собой диски с закреплёнными на них рабочими лопатками.

 Сжатый воздух из компрессора попадает в камеру сгорания (7). Примерно 25–35% от общего потока воздуха направляется непосредственно в жаровые трубы, где происходит основной процесс сгорания керосина, поступающего в распылённом состоянии через форсунки (5).

Другая часть воздуха обтекает наружные поверхности жаровых труб, и на выходе из камеры сгорания смешивается с продуктами сгорания для их охлаждения, что позволяет поддерживать температуру газовоздушной смеси в камере сгорания на уровне, определяемом допустимой теплопрочностью стенок камеры сгорания, лопаток ротора (8) и лопаток спрямляющего аппарата турбины (9). 

Часть механической мощности отбирается от вала (6) для привода агрегатов двигателя  и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы. Основная часть энергии продуктов сгорания идёт на ускорение газового потока в выходном устройстве ТРД – реактивное сопло (10), т. е. на создание реактивной тяги.

Стартовая закрутка вала (5) осуществляется стартером, приводимым при запуске двигателя от наземного или бортового электроагрегата, при дальнейшей работе двигателя вращение вала поддерживается вращением ротора турбины.

 Турбонаддув

Турбонаддув – это система, позволяющая увеличить максимальную мощность двигателя, используя для этого энергию выхлопных газов. 

Первые турбины хотя и давали весьма ощутимую прибавку в мощности, но из-за своей громоздкости во много раз увеличивали и без того немаленький вес двигателей автомобилей тех лет.

Конструкторы со временем усовершенствовали технологию, сделав элементы системы более легковесными, одновременно повысив ее производительность. Но одним из существенных недостатков оставался повышенный расход топлива.

Конструкторам удалось решить одну из главных проблем турбодвигателя – расход топлива, ведь, как известно, дизельный агрегат менее «прожорливый», чем бензиновый.

Еще один несомненный плюс дизельного топлива – его отработанные газы имеют температуру ниже, чем бензиновые, стало быть, основные агрегаты системы турбонаддува можно было производить из менее тяжеловесных и жаростойких материалов. 

Работа реактивного двигателя

Реактивное движение – это такой процесс, при котором от определенного тела с некоторой скоростью отделяется одна из его частей. Сила, которая возникает при этом, работает сама по себе, без малейшего контакта с внешними телами. Реактивное движение стало толчком к созданию реактивного двигателя.

Представим выстрел из любого огнестрельного оружия. Струя раскаленного газа, который образовался в процессе сгорания заряда в патроне, отталкивает оружие назад. Чем мощнее заряд, тем сильнее будет отдача.

В качестве горючего для реактивных двигателей вначале применяли дымный порох. Реактивные двигатели требовали топлива с основой из нитроцеллюлозы, которая растворялась в нитроглицерине. В больших агрегатах сегодня используют специальную смесь полимерного горючего с перхлоратом аммония в качестве окислителя.

Принцип действия РД

В качестве топлива в реактивных двигателях используется жидкий кислород либо азотная кислота. В качестве горючего применяют керосин. 

Компоненты поступают в камеру сгорания из двух отдельных баков. После смешивания они превращаются в массу, которая при сгорании выделяет огромное количество тепла и десятки тысяч атмосфер давления. Окислитель подается в камеру сгорания.

Топливная смесь по мере прохождения между сдвоенными стенками камеры и сопла охлаждает эти элементы. Далее горючее попадет через огромное количество форсунок в зону воспламенения. Струя вырывается наружу. За счет этого и обеспечивается толкающий момент.

Несмотря на то что жидкостные двигатели потребляют очень много горючего, их до сих пор используют в качестве маршевых агрегатов для ракеты-носителей и маневровых для орбитальных станций.

Устройство

Устроен РД следующим образом:

— компрессор;

— камера для сгорания;

— турбины;

— выхлопная система.

Компрессор представляет собой несколько турбин. Их задача – всасывать и сжимать воздух по мере того, как он проходит через лопасти. В процессе сжатия повышается температура и давление воздуха. 

Смесь выходит из камеры сгорания на высокой скорости, а затем расширяется. Далее она следует через турбину, лопасти которой вращаются за счет воздействия газов. Эта турбина, соединяясь с компрессором, находящимся в передней части агрегата, и приводит его в движение. Воздух, нагретый до высоких температур, выходит через выпускную систему. 

Двухконтурный РД

Эти агрегаты имеют массу преимуществ перед турбореактивными (меньший расход топлива при той же мощности).

Воздух, захватываемый турбиной, частично сжимается и подается в первый контур на компрессор и на второй – к неподвижным лопастям. Турбина при этом работает в качестве компрессора низкого давления.

В первом контуре двигателя воздух сжимается и подогревается, а затем подается в камеру сгорания. Здесь происходит смесь с топливом и воспламенение. Образуются газы, которые подаются на турбину высокого давления, за счет чего и вращаются лопасти турбины.

Затем газы проходят через турбину низкого давления. Она приводит в действие вентилятор, и газы попадают наружу, создавая тягу.

Турбовинтовой двигатель 

Конструкция и принцип работы были взяты из механизма турбореактивного мотора, а от поршневого — воздушные винты. Таким образом, стало возможным совмещение небольших габаритов, экономичности и высокого коэффициента полезного действия.

Однако для сверхзвуковой скорости они годными не были. Поэтому с появлением таких мощностей в военной авиации от них отказались. Зато гражданские самолеты в основном снабжаются именно ими.

Схема турбовинтового двигателя выглядит следующим образом: после нагнетания и сжатия компрессором воздух попадает в камеру сгорания. Туда же впрыскивается топливо. Полученная смесь воспламеняется и создает газы, которые при расширении поступают в турбину и вращают ее. Нерастраченная энергия выходит через сопло, создавая реактивную тягу.

Турбина

Турбина способна развить скорость до 20 тысяч оборотов в минуту, но винт не сможет ей соответствовать, поэтому здесь имеется понижающий редуктор. Редукторы могут быть разными, но главная их задача — снижать скорость и повышать момент.

Для повышения тяги иногда двумя винтами снабжается турбовинтовой двигатель. Принцип работы при этом у них реализуется за счет вращения в противоположные стороны, но при помощи одного редуктора.

Преимуществами турбовинтового двигателя являются:

  • малый вес по сравнению с поршневыми агрегатами;
  • экономичность по сравнению с турбореактивными моторами.

Турбокомпрессор

Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

  • при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной во впускном коллекторе;
  • поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
  • в мотор поступает большее количество воздушной массы, в него подается больше топлива. 

Преимущества и недостатки турбонаддува

Турбокомпрессор используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя. 

Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.

Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.

Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. 

Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. 

Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.

Принцип работы газовых турбин

Газовой турбиной принято называть своеобразный тепловой двигатель, его рабочим частям предопределено только одно задание – вращаться вследствие воздействия струи газа.

История создания газовой турбины

Интересно, что механизмы турбин начали разрабатываться инженерами уже очень давно. Первая примитивная паровая турбина была создана ещё в I веке до н. э.

Активно разрабатываться турбины начали в конце XIX века одновременно с развитием термодинамики, машиностроения и металлургии.

Технические характеристики газовой турбины

Главная часть турбины представлена колесом, на которое прикреплены наборы лопаток. Газ, воздействуя на лопатки газовой турбины, заставляет их двигаться и вращать колесо. Колесо жёстко скреплено с валом.

Это ротор турбины. Вследствие этого движения достигается получение механической энергии, которая передаётся на электрогенератор, на гребной винт корабля, на воздушный винт самолёта и другие рабочие механизмы аналогичного принципа действия.

 

Активные и реактивные турбины

Активная турбина характеризуется тем, что здесь отмечается большая скорость поступления газа на рабочие лопатки. При помощи изогнутой лопатки струя газа отклоняется от своей траектории движения. В результате отклонения развивается большая центробежная сила.

В реактивной турбине поступление газа к рабочим лопаткам осуществляется на незначительной скорости и под воздействием большого уровня давления. Форма лопаток так же отлична, благодаря чему скорость газа значительно увеличивается.

 

Схема и принцип действия газотурбинного двигателя

Газотурбинным двигателем (ГТД)  называют тепловую машину, в которой энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию струи и в механическую работу на валу. Основными элементами ГТД являются компрессор, камера сгорания и газовая турбина.


Принцип действия ГТД следующий.

1. Воздух из атмосферы поступает в компрессор (сечение «В-В»), где происходит сжатие воздуха (плотность, давление и температура возрастают). Если компрессор идеальный, то сжатие воздуха осуществляется в адиабатном процессе (  ), показатель адиабаты к=1.4.

Отношение давления воздуха на выходе из компрессора к давлению на входе называется степенью повышения давления в компрессоре:  .

2. Из компрессора (сечение «К-К») воздух поступает в камеру сгорания, где при постоянном давлении происходит подвод тепла к потоку воздуха при горении топлива. В результате подогрева в камере сгорания газ на её выходе имеет высокую температуру. Отношение температуры газа на выходе из камеры сгорания к температуре атмосферного воздуха называется степенью подогрева воздуха в двигателе:  .

3. Из камеры сгорания газ поступает в турбину (сечение «Г-Г»), где происходит расширение газа (плотность газа уменьшается). Если турбина идеальная, то процесс расширения принимается адиабатным. Показатель адиабаты газа равен 1.33.

4. Из турбины (сечение «Т-Т») газ направляется в выходной канал двигателя. Таким образом, ГТД представляет собой открытую термодинамическую систему, в которой реализуется цикл Брайтона.

Принцип действия и устройство турбин. Активные и реактивные принципы работы турбин

Особенности турбины как теплового двигателя

Турбина является тепловым ротационным двигателем, в котором потенциальная тепловая энергия пара (или газа) превращается в кинетическую, а последняя в свою очередь преобразуется в механическую работу вращения вала.

Пар с давлением более высоким, чем за турбиной, поступает в одно или несколько неподвижных каналов 5. В сопловых каналах пар расширяется, давление его падает, а скорость возрастает. 

Из сопл пар поступает в рабочие каналы, образованные рабочими лопатками 3, закрепленными на диске 2. Двигаясь в рабочих каналах между рабочими лопатками и изменяя свое направление, поток пара оказывает силовое воздействие на рабочие лопатки. В результате чего они вращаются вместе с диском и валом 1, установленным в опорных подшипниках 4.

Комплект, состоящий из сопл и рабочих лопаток, в которых совершается процесс расширения пара, называется ступенью давления турбины. Простейшие турбины, имеющие лишь одну ступень, называются одноступенчатыми, в отличие от более сложных многоступенчатых турбин.

Тремя основными элементами, содержащимися в конструкции турбокомпрессора являются: центробежный компрессор, турбина и центральный корпус. Кинетическая энергия отработанных газов под воздействием турбины преобразуется во вращательное движение компрессора.

Также турбина соединяет турбинное колесо, помещённое в специальный корпус в форме улитки.

Поступая в улитку, отработавшие газы перемещаются по каналу и попадают на лопасти турбинного колеса. Вал, к которому приварено турбинное колесо, передаёт на колесо компрессора энергию, которая придаёт его вращению.

Лопасти турбинного колеса становятся проводниками отработавших газов, которые затем покидают турбину через отверстие в центре турбокомпрессора и выходят в выпускную систему.

От формы и размера турбины напрямую зависит производительность турбокомпрессора. Значительный прирост мощности наблюдается в турбинах большего размера, потому что они могут использовать большее давление отработавших газов. Однако в таких турбокомпрессорах, на низких оборотах, значительна вероятность возникновения турбоямы.

 

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Турбореактивный двигатель, как тепловая машина. Принцип работы.

Здравствуйте!

Я думаю, что пришла пора прояснить принцип действия всем нам известного «сердца», того самого, о котором я писал в предыдущей статье.

Паровая турбина элетростанции. Типичное устройство расширения.

Основным двигателем реактивной авиации мира является турбореактивный двигатель (ТРД) и именно его принцип работы мы сейчас без труда и лишних ненужных заморочек проясним.

Все мы прилежно учились в школе :-), и знаем, что в физике существует понятие «тепловая машина» (или «тепловой двигатель»). Человек долго подбирался к ее созданию.

Первые образцы приписывают даже Архимеду и потом Леонардо да Винчи. Но по настоящему она вошла в жизнь человека только в конце 60-х годов 18-го века, когда Д. Уатт построил свою паровую машину. Прогресс не остановить и современную жизнь уже невозможно представить без тепловых машин. Это не только тепловые электростанции и электроцентрали (в том числе, кстати и атомные станции), но и миллионы автомобилей различного назначения и, конечно же, мною очень любимые 🙂 авиационные двигатели.

Теорию работы тепловой машины описывает раздел физики термодинамика. Не углубляясь в ее законы (принцип этого сайта Вам известен, если Вы читали страницу «Сайт об авиации» 🙂 ), скажу, что тепловой двигатель – это машина для преобразования энергии в механическую работу. Работа — ее так сказать полезная «продукция». Этой энергией обладает используемое внутри машины так называемое рабочее тело, в качестве которого обычно выступает газ (или пар в паровой машине). Получает энергию рабочее тело при сжатии в машине, а полезную механическую работу мы потом будем иметь при последующем его расширении.

Но! Надо понимать, что в работоспособном тепловом двигателе работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. То есть вариант «на сколько сжали, на столько же и расширили» (все равно как в автомобильном амортизаторе) нам не подходит. Поэтому для сохранения нужной нам работоспособности газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием неплохо бы охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и сразу появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип. На его основе и работает турбореактивный двигатель.

Таким образом любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и неплохо бы холодильник. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера. Рабочее тело – воздух, который попадает в компрессор, там сжимается, далее идет в камеру сгорания, там нагревается, смешивается с продуктами сгорания ( керосина) и потом следует на турбину, вращая ее (а она, в свою очередь компрессор) и расширяясь, тем самым теряет часть энергии. И уже далее расходуется «полезная» энергия. Она превращается в кинетическую, когда газ сильно разгоняется в устройстве под названием реактивное сопло (которое обычно бывает сужающимся) и двигатель получает силу тяги за счет реакции струи. Все :-)… ТРД работает. Неплохо этот процесс показан в коротком ролике. Он без комментариев, но они здесь и не нужны :-). Скажу только, что показанное переднее колесо – это компрессор, далее кольцом вокруг вала – камера сгорания и за ней колесо турбины. Все схематично, но достаточно просто, чтобы понять как работает турбореактивный двигатель

Более подробно об устройстве ТРД и его разновидностей мы поговорим в следующих статьях.
До встречи…

Р.S. Ролик рекомендую смотреть в большом формате.

Фотография кликабельна.

История создания и принцип работы турбореактивного двигателя

Смотрите эксклюзивные материалы, фото и видео в нашем Telegram-канале!

Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы.

История

Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.

Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, когда братья Райт запускали свой первый самолет «Флайер-1», российский ученый опубликовал свой труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором он разработал основы теории реактивного движения. Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Циолковскому потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.

Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки

Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.

В СССР разработкой турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался легендарный авиаконструктор Архип Люлька. Еще в апреле 1940 года он запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Архип Люлька не нашел поддержки у руководства страны. С началом войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в срочном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1.

Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А.М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).

Принцип работы

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает на принципе обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.

При этом понятно, что работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. Поэтому газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием – охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.

Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.

Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.

Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. Ее раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку-пропеллер. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии.

После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.

Поколения турбореактивных двигателей

Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.

К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.

Истребитель МИГ-15

ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.

Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.

Как запускаются турбореактивные двигатели | Журнал Популярная Механика

Чтобы запустить турбореактивный (турбовентиляторный) двигатель, необходимо раскрутить вал компрессора до таких оборотов, чтобы в камере сгорания появилось достаточное давление воздуха для обеспечения горения. Как только это давление достигается, в камеру сгорания подается топливо и происходит его розжиг.

Как запускаются турбореактивные двигатели

Разница в способах запуска — это разница в источнике крутящего момента для вала компрессора. В двигателях современных пассажирских самолетов чаще всего применяется воздушный запуск. В этом случае энергия вращения передается валу компрессора от другого вала, соединенного с ним с помощью редуктора. В полете через этот вспомогательный вал отбирается энергия двигателя для работы самолетных агрегатов. При запуске — напротив — вал компрессора раскручивается вспомогательным валом, а тот, в свою очередь, вращает воздушная турбина, на которую подается сжатый воздух. Источником сжатого воздуха может быть как внешний компрессор, так и расположенная на борту ВСУ.

Ещё больше по темам:

Прямоточный реактивный двигатель. ПВРД.

 

Реактивный двигатель – устройство, создающее требуемую для движения силу тяги, преобразовывая внутреннюю энергию горючего в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

 

Классы реактивных двигателей:

 

Все реактивные двигатели подразделяют на 2 класса:

  • Воздушно-реактивные – тепловые двигатели, использующие энергию окисления воздуха, получаемого из атмосферы. В этих двигателях рабочее тело представлено смесью продуктов горения с остальными элементами отобранного воздуха.
  • Ракетные – двигатели, которые на борту содержат все необходимые компоненты и способны работать даже в безвоздушном пространстве.

 

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель – самый простой в классе ВРД по конструкции. Требуемое для работы устройства повышение давления образуется путем торможения встречного воздушного потока.

Рабочий процесс ПВРД можно кратко описать следующим образом:

  • Во входное устройство двигателя поступает воздух со скоростью полета, кинетическая его энергия преобразуется во внутреннюю, давление и температура воздуха повышаются. На входе в камеру сгорания и по всей длине проточной части наблюдается максимальное давление.
  • Нагревание сжатого воздуха в камере сгорания происходит путем окисления подаваемого воздуха, при этом внутренняя энергия рабочего тела увеличивается.
  • Далее поток сужается в сопле, рабочее тело достигает звуковой скорости, а вновь при расширении – сверхзвуковой. За счет того, что рабочее тело движется со скоростью, превышающей скорость встречного потока, внутри создается реактивная тяга.

В конструктивном плане ПВРД является предельно простым устройством. В составе двигателя есть камера сгорания, внутрь которой горючее поступает из топливных форсунок, а воздух – из диффузора. Камера сгорания заканчивается входом в сопло, которое является суживающейся-расширяющимся.

Развитие технологии смесевого твердого топлива повлекло за собой использование этого горючего в ПВРД. В камере сгорания располагается топливная шашка с центральным продольным каналом. Проходя по каналу, рабочее тело постепенно окисляет поверхность топлива и нагревается само. Применение твердого горючего еще более упрощает состоящую конструкцию двигателя: топливная система становится ненужной.

Смесевое топливо по своему составу в ПВРД отличается от применяемого в РДТТ. Если в ракетном двигателе большую часть состава топлива занимает окислитель, то в ПВРД он используется в небольших пропорциях для активирования процесса горения.

Наполнитель смесевого топлива ПВРД преимущественно состоит из мелкодисперсного порошка бериллия, магния или алюминия. Их теплота окисления существенно превосходит теплоту сгорания углеводородного горючего. В качестве примера твердотопливного ПВРД можно привести маршевый двигатель крылатой противокорабельной ракеты «П-270 Москит».

Тяга ПВРД зависит от скорости полета и определяется исходя из влияния нескольких факторов:

  • Чем больше показатель скорости полета, тем большим будет расход воздуха, проходящего через тракт двигателя, соответственно, большее количество кислорода будет проникать в камеру сгорания, что увеличивает расход топлива, тепловую и механическую мощность мотора.
  • Чем больше расход воздуха сквозь тракт двигателя, тем выше будет создаваемая мотором тяга. Однако существует некий предел, расход воздуха сквозь тракт мотора не может увеличиваться неограниченно.
  • При возрастании скорости полета увеличивается уровень давления в камере сгорания. Вследствие этого увеличивается термический КПД двигателя.
  • Чем больше разница между скоростью полета аппарата и скоростью прохождения реактивной струи, тем больше тяга двигателя.

Зависимость тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя от скорости полета можно представить следующим образом: до того момента, пока скорость полета намного ниже скорости прохождения реактивной струи, тяга будет увеличиваться вместе с ростом скорости полета. Когда скорость полета приближается к скорости реактивной струи, тяга начинает падать, миновав определенный максимум, при котором наблюдается оптимальная скорость полета.

 

В зависимости от скорости полета выделяют такие категории ПВРД:

  • дозвуковые;
  • сверхзвуковые;
  • гиперзвуковые.

Каждая из групп имеет свои отличительные особенности конструкции.

 

Дозвуковые ПВРД

 

Эта группа двигателей предназначена для обеспечения полетов на скоростях, равных от 0,5 до 1,0 числа Маха. Сжатие воздуха и торможение в таких двигателях происходит в диффузоре – расширяющемся канале устройства на входе потока.

Данные двигатели имеют крайне низкую эффективность. При полетах на скорости М= 0,5 уровень увеличения давления в них равен 1,186, из-за чего идеальный термический КПД для них – всего 4,76%, а если еще и учитывать потери в реальном двигателе, эта величина будет приближаться к нулю. Это значит, что при полетах на скоростях M<0,5 дозвуковой ПВРД неработоспособен.

Но даже на предельной скорости для дозвукового диапазона при М=1 уровень увеличения давления равен 1,89, а идеальный термический коэффициент – всего 16, 7%. Эти показатели в 1,5 раза меньше, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания, и в 2 раза меньше, нежели у газотурбинных двигателей. Газотурбинные и поршневые двигатели к тому же эффективны для использования при работе в стационарном положении. Поэтому прямоточные дозвуковые двигатели в сравнении с другими авиационными двигателями оказались неконкурентоспособными и в настоящее время серийно не выпускаются.

 

Сверхзвуковые ПВРД

 

Сверхзвуковые ПВРД рассчитаны на осуществление полетов в диапазоне скоростей 1 < M < 5.

Торможение газового сверхзвукового потока всегда выполняется разрывно, при этом образуется ударная волна, которая называется скачком уплотнения. На дистанции ударной волны процесс сжатия газа не является изоэнтропийным. Следовательно, наблюдаются потери механической энергии, уровень увеличения давления в нем меньший, нежели в изоэнтропийном процессе. Чем мощнее будет скачок уплотнения, тем больше изменится скорость потока на фронте, соответственно, больше потери давления, иногда достигающие 50%.

Для того чтобы минимизировать потери давления, организуется сжатие не в одном, а нескольких скачках уплотнения с меньшей интенсивностью. После каждого из таких скачков наблюдается снижение скорости потока, которая остается сверхзвуковой. Это достигается, если фронт скачков расположен под углом к направлению скорости потока. Параметры потока в интервалах между скачками остаются постоянными.

В последнем скачке скорость достигает дозвукового показателя, дальнейшие процессы торможения и сжатия воздуха происходят непрерывно в канале диффузора.

Если входное устройство мотора расположено в области невозмущенного потока (например, впереди летательного аппарата на носовом окончании или на достаточном отдалении от фюзеляжа на крыльевой консоли), оно выполняется асимметричным и комплектуется центральным телом – острым длинным «конусом», выходящим из обечайки. Центральное тело предназначено для создания во встречном воздушном потоке косых скачков уплотнения, которые обеспечивают сжатие и торможение воздуха до момента его поступления в специальный канал входного устройства. Представленные входные устройства получили название устройств конического течения, воздух внутри них циркулирует, образуя коническую форму.

Центральное коническое тело может быть оснащено механическим приводом, который позволяет ему двигаться вдоль оси двигателя и оптимизировать торможение потока воздуха на разных скоростях полета. Данные входные устройства называются регулируемыми.

При фиксации двигателя под крылом или снизу фюзеляжа, то есть в области аэродинамического влияния элементов конструкции самолета, используют входные устройства плоской формы двухмерного течения. Они не оснащаются центральным телом и имеют поперечное прямоугольное сечение. Их еще называют устройствами смешанного или внутреннего сжатия, поскольку внешнее сжатие здесь имеет место только при скачках уплотнения, образующихся у передней кромки крыла или носового окончания летательного аппарата. Входные регулируемые устройства прямоугольного сечения способны менять положение клиньев внутри канала.

В сверхзвуковом скоростном диапазоне ПВРД более эффективен, нежели в дозвуковом. К примеру, на скорости полета М=3 степень увеличения давления составляет 36,7, что приближается к показателю турбореактивных двигателей, а расчетный идеальный КПД достигает 64,3 %. На практике эти показатели меньшие, но на скоростях в диапазоне М=3-5 СПВРД по эффективности превосходят все существующие типы ВРД.

При температуре невозмущенного воздушного потока 273°K и скорости самолета М=5 температура рабочего заторможенного тела равна 1638°К, при скорости М=6 — 2238°К, а в реальном полете с учетом скачков уплотнения и действия силы трения становится еще выше.

Дальнейшее нагревание рабочего тела является проблематичным из-за термической неустойчивости конструкционных материалов, входящих в состав двигателя.  Поэтому предельной для СПВРД считается скорость, равная М=5.

 

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель

 

К категории гиперзвуковых ПВРД относится ПВРД, который работает на скоростях более 5М. По состоянию на начало XXI века существование такого двигателя было только гипотетическим: не собрано ни единого образца, который бы прошел летные испытания и подтвердил целесообразность и актуальность его серийного выпуска.

На входе в устройство ГПВРД торможение воздуха выполняется только частично, и на протяжении остального такта перемещение рабочего тела является сверхзвуковым. Большая часть кинетической исходной энергии потока при этом сохраняется, после сжатия температура относительно низкая, что позволяет освободить рабочему телу значительное количество тепла. После входного устройства проточная часть двигателя по всей своей длине расширяется. За счет сгорания топлива в сверхзвуковом потоке происходит нагрев рабочего тела, оно расширяется и ускоряется.

Этот тип двигателя предназначен для проведения полетов в разреженной стратосфере. Теоретически такой двигатель можно использовать на многоразовых носителях космических аппаратов.

Одной из главных проблем конструирования ГПВРД является организация сгорания топлива в сверхзвуковом потоке.

В разных странах начаты несколько программ по созданию ГПВРД, все они находятся на стадии теоретических изысканий и предпроектных лабораторных исследований.

 

Где применяются ПВРД

 

ПВРД не работает при нулевой скорости и низких скоростях полета. Летательный аппарат с таким двигателем требует установки на нем вспомогательных приводов, в роли которых может выступать твердотопливный ракетный ускоритель или самолет-носитель, с которого производится запуск аппарата с ПВРД.

По причине неэффективности ПВРД на малых скоростях его практически неуместно использовать на пилотируемых самолетах. Такие двигатели предпочтительно использовать для беспилотных, крылатых, боевых ракет одноразового применения благодаря надежности, простоте и дешевизне. ПВРД также применяют в летающих мишенях. Конкуренцию по характеристикам ПВРД составляет только ракетный двигатель.

 

Ядерный ПВРД

 

В период холодной войны между СССР  и США создавались проекты прямоточных воздушных реактивных двигателей с ядерным реактором.

В таких агрегатах в качестве источника энергии выступала не химическая реакция сжигания топлива, а тепло, которое вырабатывал ядерный реактор, установленный вместо камеры сгорания. В таком ПВРД воздух, поступающий сквозь входное устройство, проникает в активную область реактора, охлаждает конструкцию и сам нагревается до 3000 К. Далее происходит его истекание из сопла двигателя со скоростью, приближенной к скорости совершенных ракетных двигателей. Ядерные ПВРД предназначались для установки в межконтинентальных крылатых ракетах, несущих ядерный заряд. Конструкторы в обеих странах создали малогабаритные ядерные реакторы, которые поместились в габариты крылатой ракеты.

В 1964 году в рамках программ исследования ядерных ПВРД Tory и Pluto провели стационарные огневые испытания ядерного ПВРД Tory-IIC. Программа испытаний была закрыта в июле 1964 г., летные испытания двигателя не проводили. Предположительной причиной сворачивания программы могло послужить совершенствование комплектации баллистических ракет ракетными химическими двигателями, которые позволяли реализовать боевые задачи без привлечения ядерных  ПВРД. 

Двигатели

Что такое аэронавтика? | Динамика
полета | Самолеты | Двигатели
| История полета | какой
такое UEET?
Словарь | Весело
и игры | Образовательные ссылки | Урок
ланы | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?


НОВИНКА!
Видео «Как работает реактивный двигатель».

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины
миллион фунтов отрывается от земли с такой легкостью. Как это бывает?
Ответ прост. Это двигатели.

Позвольте Терезе Бенио из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснить
подробнее …

Как показано на НАСА
Пункт назначения завтра.


Реактивные двигатели перемещают самолет вперед с большой силой, создаваемой
огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые еще называют

газовые турбины,
работают по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора.
Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор сделан
с множеством лезвий, прикрепленных к валу.
Лезвия вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух.
Сжатый
затем воздух распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. В
горящие газы расширяются и вылетают через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа летят назад, двигатель и самолет движутся вперед.
Когда горячий воздух попадает в сопло, он проходит через другую группу лопастей.
называется турбина. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор.
Вращение турбины вызывает вращение компрессора.

На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит
ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторую часть воздуха
чтобы было очень жарко, а некоторым было прохладнее. Затем более холодный воздух смешивается с горячим
воздух на выходе из двигателя.

Это изображение того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга
это передняя сила, которая
толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр
Исаак Ньютон
обнаружил, что «каждому действию соответствует
и противоположная реакция. «Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает
в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется.
Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей
топлива, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. В
сила воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит,
он выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Детали реактивного двигателя

Поклонник —
Вентилятор — это первый компонент в
ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий
Вентиляторы изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на
две части. Одна часть продолжается через «ядро» или центр двигателя, где
на него действуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «в обход» ядра двигателя. Проходит через воздуховод
который окружает ядро ​​до задней части двигателя, где он производит большую часть
сила, которая толкает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить
двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор —
Компрессор первый
компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей.
и прикреплен к валу.Компрессор сжимает попадающий в него воздух в
постепенно уменьшаются площади, что приводит к увеличению давления воздуха. Эта
приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сдавленный воздух
попадает в камеру сгорания.

Камера сгорания —
В камере сгорания воздух перемешивается
с топливом, а затем воспламеняется. Имеется до 20 форсунок для распыления топлива.
воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую
температура, высокоэнергетический воздушный поток. Топливо горит вместе с кислородом в сжатом состоянии.
воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутри камеры сгорания часто делают
из керамических материалов для создания термостойкой камеры. Жара может достигать
2700 °.

Турбина —
Приближается высокоэнергетический воздушный поток
из камеры сгорания попадает в турбину, в результате чего лопатки турбины вращаются.
Турбины связаны валом для вращения лопаток компрессора и
чтобы крутить впускной вентилятор спереди.Это вращение забирает некоторую энергию из
поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы
вырабатываемые в камере сгорания движутся через турбину и раскручивают ее лопатки.
Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах
между которыми установлено несколько комплектов шарикоподшипников.

Сопло —
Сопло — вытяжной канал
двигатель. Это та часть двигателя, которая на самом деле создает тягу для
самолет.Поток воздуха с пониженным энергопотреблением, который проходил через турбину, в дополнение к
более холодный воздух, проходящий мимо сердечника двигателя, создает силу при выходе из
сопло, которое толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед.
Комбинация горячего и холодного воздуха удаляется и производит выхлоп,
который вызывает прямую тягу.
Соплу может предшествовать смеситель ,
который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из сердечника двигателя, с
более низкая температура воздуха, который был обойден вентилятором.Миксер помогает сделать
двигатель тише.

Первый реактивный двигатель — А

Краткая история первых двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был
первым предположил, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину
вперед с огромной скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе
движение. Когда горячий воздух проходит через сопло назад, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который приводился в движение
первым авиадвигателем, паровым двигателем мощностью три лошадиные силы. Это было очень
тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Темпл построил моноплан.
который пролетел всего лишь короткий прыжок с холма с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел
первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим
пытался привести свой трехместный биплан в движение двумя угольными паровыми двигателями.Это только
пролетел несколько секунд.

Первые паровые машины приводились в движение нагретым углем и обычно
слишком тяжелый для полета.

Американец Samuel Langley изготовил модель самолетов
которые приводились в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно пилотировал
беспилотный самолет с паровым двигателем, получивший название Aerodrome .
Он пролетел около 1 мили, прежде чем выдохся. Затем он попытался построить полную
размерный самолет Aerodrome A, с газовым двигателем.В 1903 г.
разбился сразу после спуска с плавучего дома.

В 1903 году братьев Райт
летал, Flyer , с бензиновым двигателем мощностью 12 л.с.
двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х гг.
газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом.
единственное средство, используемое для приведения в движение самолетов.

Это был Фрэнк Уиттл, , британский пилот,
который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттла впервые успешно полетел
в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему внутреннего сгорания.
камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то время, когда Уиттл работал в Англии,
Ганс фон Охайн
работал над подобным дизайном в Германии. Первый самолет, который успешно
использовать газотурбинный двигатель был немецкий
Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель.
рейс.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США
Реактивный самолет . Опытный самолет XP-59A впервые поднялся в воздух в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея

турбореактивный двигатель
это просто.Воздух забирается из отверстия
в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления
в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания до
поднять температуру жидкой смеси примерно от 1100 ° F до 1300 °
F. Образующийся горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор.
Если турбина и компрессор эффективны, давление на выходе из турбины
будет почти вдвое выше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется
к соплу, чтобы создать высокоскоростной поток газа, который создает тягу.Существенного увеличения тяги можно добиться, если использовать

форсаж.

Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед
сопло. Форсажная камера увеличивает температуру газа перед соплом.
Результатом этого повышения температуры является повышение примерно на 40 процентов.
по тяге на взлете и намного больший процент на высоких скоростях, когда самолет
в воздухе.

Турбореактивный двигатель — реактивный двигатель.В реактивном двигателе расширяющиеся газы
сильно надавите на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает
или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы
отскочите назад и выстрелите из задней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинтовой

А

турбовинтовой двигатель
это реактивный двигатель, прикрепленный к пропеллеру.Турбина на
спина поворачивается горячими газами, и это вращает вал, который приводит в движение
пропеллер. Некоторые малые авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.

Как и турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора,
камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая
затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем,
турбовинтовой двигатель имеет лучшую тяговую эффективность на скоростях полета ниже примерно
500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены гребными винтами, которые
иметь меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы
на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособиться к более высоким скоростям полета, лопасти
имеют форму ятагана со стреловидными передними кромками на концах лопастей. Двигатели
с такими винтами называются пропеллеры пропеллеры .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А

турбовентиляторный двигатель
спереди есть большой вентилятор, который всасывает
воздух.Большая часть воздуха обтекает двигатель снаружи, что делает его тише.
и дает большую тягу на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены двигателями
турбовентиляторными двигателями. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий во впускное отверстие, проходит через
газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и
турбина. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в
камера сгорания. Остальное проходит через вентилятор или компрессор низкого давления,
и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора.
для получения «горячей» струи.Цель такой системы байпаса — увеличить
тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается за счет увеличения
общий массовый расход воздуха и снижение скорости при той же общей подаче энергии.

Изображение турбовентиляторного двигателя

Турбовалы

Это еще одна разновидность газотурбинного двигателя, который работает как турбовинтовой.
система.Он не управляет пропеллером. Вместо этого он обеспечивает питание вертолета.
ротор. Турбовальный двигатель спроектирован таким образом, чтобы скорость вертолета
ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это позволяет
скорость ротора должна оставаться постоянной, даже если скорость генератора
варьируется, чтобы регулировать количество производимой мощности.

Изображение турбовального двигателя

Рамджетс

г.

ПВРД — это
Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость реактивного «тарана»
или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором вращающийся
оборудование было опущено. Его применение ограничено тем, что его
степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не создает статического электричества.
тяга и тяга вообще очень мала ниже скорости звука. Как следствие,
ПВРД требует некоторой формы вспомогательного взлета, например другого самолета.
Он использовался в основном в системах управляемых ракет.Космические аппараты используют это
тип струи.

Изображение ПВРД

К началу

Что такое аэронавтика?

| Динамика полета | Самолеты

| Двигатели | История

полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело

и игры | Образовательные ссылки | Урок

Планы | Индекс сайта | Дом

.

Как работает реактивный двигатель

Вы, возможно, задавались вопросом, как работает реактивный двигатель, но отказались от мысли, что вы сможете понять ракетостроение. Но на самом деле это простая для понимания концепция, которая впечатлит человека рядом с вами во время вашего следующего полета. Итак, мы собираемся объяснить задействованные процессы, чтобы каждый мог хорошо понять основные принципы, лежащие в основе реактивных двигателей.

Реактивные двигатели, чаще используемые в самолетах, представляют собой тип газотурбинных двигателей.Теперь вы, возможно, знаете паровые турбины, в которых топливо сжигается для получения высокотемпературного парового потока, который приводит в движение турбину, а затем вращает вал, прежде чем его выбросить из системы. Вращение этого вала является выходной мощностью, и именно это вращение приводит в движение вращающийся объект. Газовая турбина похожа на те же основные принципы, однако за движение турбины отвечает сжатый газ. В реактивных двигателях высокотемпературный сжатый газ приводит во вращение компрессор спереди, но, что более важно, то, что выбрасывается из системы, вылетает сзади на высоких скоростях, создавая так называемую тягу.

Проще говоря, у реактивных двигателей есть сердцевина, которая разделена на три основные секции:

  • Компрессор — в передней части двигателя расположены лопасти вентилятора, некоторые вращающиеся (роторы) и некоторые статические (статоры), которые втягивают воздух в двигатель. двигатель. Здесь много рядов лопастей, и когда воздух проходит через каждый ряд, он становится более сжатым, а температура увеличивается.
  • Камера сгорания — этот сжатый воздух затем распыляется с топливом (чаще всего это Jet A или Jet A-1, которые относятся к керосиновому типу), а затем электрическая искра воспламеняет топливно-воздушную смесь в камере.Это вызывает горение топливно-воздушной смеси, что значительно увеличивает давление и температуру.
  • Турбины — горячий сжатый газ всасывается из двигателя задней турбиной, которая забирает энергию из газа и вызывает падение давления и температуры. По мере того, как давление уменьшается, газ течет быстрее (подумайте о том, чтобы отпустить надутый баллон). Энергия газа, который приводит в движение заднюю турбину, приводит во вращение компрессор, который втягивает воздух спереди.

Высокоскоростные газы, выходящие через сопло в задней части, являются причиной тяги. Чтобы понять это, мы обратимся к третьему закону движения Ньютона: для каждого действия существует равное и противоположное противодействие. Когда газ вырывается из спины, вперед действует равная и противоположная сила. Подумайте о том, когда вы толкаете стену бассейна, чтобы скользить в противоположном направлении; даже если сила вашего толчка направлена ​​к стене, равная и противоположная сила реакции заставляет вас двигаться в противоположном направлении.

Примерно на скорости 400 миль в час один фунт тяги равен одной лошадиной силе, но на более высоких скоростях это соотношение увеличивается, и фунт тяги превышает одну лошадиную силу. На скорости менее 400 миль в час это соотношение уменьшается. Эта сила позволяет большим самолетам, таким как 747, летать со скоростью до 600 миль в час.

Существуют также реактивные двигатели различных типов, например, турбовинтовые. Вы узнаете, является ли это турбовинтовой двигатель, по большим выдавленным гребным винтам спереди, которые отвечают за тягу, поскольку большая часть энергии от газа передается компрессору задними турбинами, поэтому поданный газ не несет ответственности за тяга.

Турбовальный двигатель используется в роторах вертолетов, силовых установках и даже в танке M1. Процесс аналогичен турбовинтовому, однако вместо привода пропеллеров вращающийся вал может приводить в действие различные устройства, такие как насосы, генераторы, колеса и вообще все, что вращается.

В современных больших самолетах используется турбореактивный двухконтурный двигатель, который похож на стандартный турбореактивный двигатель, за исключением того, что большой передний вентилятор всасывает в двигатель больше воздуха. Однако не весь воздух проходит через компрессор и турбины, при этом большая часть воздуха фактически проходит в обход сердечника и проходит по каналам снаружи сердечника (в среднем в 5 раз больше воздуха пропускается, чем фактически проходит через сердечник).Они более эффективны, особенно на дозвуковых скоростях (то есть ниже скорости звука, 768 миль в час), а также намного тише, но при этом имеют возможность разогнать транспортное средство тяжелее локомотива с 0 до 200 миль в час менее чем за 60 секунд.

.

Как работают авиационные реактивные двигатели?

Презентация на тему: «Как работают авиационные реактивные двигатели?» — стенограмма презентации:

1

Как работают авиационные реактивные двигатели?

2

Первый реактивный двигатель был построен египетскими учеными в 100 г. до н. Э.C
Это устройство было известно как Aeolipile. Его также называют Двигатель Героя.

3

Реактивный двигатель — это не что иное, как газовая турбина.
Он работает по принципу третьего закона Ньютона. Он гласит, что «Для каждой действующей силы существует равная и противоположная сила». Газовая турбина работает как игрушечный воздушный шар.

4

Детали форсунки смесителя турбины компрессора вентилятора реактивного двигателя вентилятора компрессора

5

Как работает реактивный двигатель? Реактивные двигатели перемещают самолет вперед с огромной силой, которая создается огромной тягой и заставляет самолет лететь очень быстро.

6

Как работает реактивный двигатель? Компрессор всасывания воздуха
Всасывается компрессором Компрессор Серия лопаток и статоров Лопатки вращаются, а статор остается неподвижным Скорость и температура компрессора постепенно увеличиваются

7

Как работает реактивный двигатель? Топливная горелка Камера сгорания
Топливо смешивается с воздухом, и электрические искры зажигают воздух, вызывая его возгорание Камера сгорания Воздух горит Повышение температуры воздуха, что приводит к увеличению давления внутри двигателя

8

Как работает реактивный двигатель? Турбинная струйная труба и движущееся сопло
Работает как ветряная мельница Лопасти получают энергию от горячих газов, проходящих мимо них. Это движение используется для питания компрессора Струйная труба и выталкивающее сопло. Горячий воздух выбегает из сопла Высокое давление Горячий воздух выбегает наружу на очень высокой скорости

10

Ramjet Не имеет движущихся частей
Степень сжатия зависит от скорости движения Не имеет статической тяги. Управляемые ракетные комплексы, космические аппараты используют этот тип реактивного двигателя.

11

Турбореактивный Турбореактивный двигатель представляет собой реактивный двигатель
Существенное увеличение тяги может быть получено за счет использования форсажной камеры.

.

Как работают реактивные двигатели — Defencyclopedia

ВВЕДЕНИЕ

Реактивные двигатели произвели революцию в сфере авиаперевозок. Они позволили конструкторам создавать самолеты, которые могли летать быстрее, чем современные воздушные суда с винтом и бензиновым двигателем. Реактивные двигатели были впервые изготовлены в 1930-х годах, но не поступали на вооружение или в массовое производство до 1940-х годов. Это в основном воздушно-реактивные двигатели, которые зависят от подачи воздуха для приведения в движение самолета. Во время Второй мировой войны Германия была единственной страной, у которой были реактивные самолеты.Но вскоре после окончания войны другие европейские страны, американцы и русские овладели этой технологией и широко применили реактивные двигатели для своих самолетов. Их использование быстро распространилось, и было сделано много улучшений в реактивной силовой установке, что сделало ее экономичной и доступной для использования на гражданских самолетах в больших масштабах. В настоящее время почти каждый самолет в мире оснащен турбореактивным, двухконтурным или турбовинтовым двигателем. Эти двигатели сделали воздушные путешествия быстрее и экономичнее, чем когда-либо прежде.Есть несколько других типов реактивных двигателей, таких как прямоточный воздушно-реактивный двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель и т. Д. В этой статье я дам краткое, но подробное объяснение того, как эти реактивные двигатели работают с инженерной точки зрения.

ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП

Все реактивные двигатели работают по одному и тому же принципу, создавая тягу для продвижения самолета вперед. Все реактивные двигатели имеют воздухозаборник, через который поступает воздух. Этот воздух сжигается в камере сгорания вместе с топливом, а горячий выхлопной газ выходит из сопла, создавая реактивную тягу.Фактическая работа этих двигателей включает в себя дополнительные компоненты и этапы, которые будут объяснены ниже.

ДВИГАТЕЛЬ TURBOJET

Ступени турбореактивного двигателя. Изображение Викимедиа.

Это один из старейших существующих типов реактивных двигателей, которым оснащались самые первые реактивные истребители. Он очень эффективен при скорости полета более 800 км / ч. Его работа зависит от следующих этапов.

Диффузор: Это первая ступень двигателя. Здесь атмосферный воздух поступает со скоростью, равной скорости самолета, и замедляется в диффузоре.

Компрессор: Воздух, выходящий из диффузора, имеет незначительную скорость и поступает в компрессор. Здесь воздух сжимается до высокого давления с помощью осевого компрессора.

Камера сгорания: После сжатия воздух попадает в камеру сгорания, где на него распыляется топливо и происходит сгорание.

Турбина: Продукты камеры сгорания находятся под высоким давлением и температурой. Они приводят в движение лопатки турбины, которая, в свою очередь, приводит в движение компрессор и, таким образом, позволяет ему всасывать больше воздуха.Турбина также соединена с генератором на самолете для производства электроэнергии.

Выходное сопло: Выходящие из турбины газы расширяются и покидают сопло с большой скоростью. Это создает необходимую тягу и приводит самолет в движение в соответствии с третьим законом Ньютона.

Форсажная камера (опция): Этот компонент присутствует только на военных самолетах. Он в основном впрыскивает топливо в выхлопные газы, выходящие из турбины, и в результате сгорание создает дополнительную тягу за счет увеличения скорости и температуры выхлопа.Эта дополнительная тяга очень полезна, когда самолет взлетает или летит на сверхзвуковой скорости. Форсунка используется только в течение короткого времени (2-3 минуты), так как она потребляет очень большое количество топлива, а повышенная температура выхлопных газов может повредить форсунку, если она используется в течение более длительных периодов времени.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Турбореактивные двигатели широко использовались в военных и гражданских самолетах с конца 1940-х по 1970-е годы. Затем их постепенно заменили ТРДД, которые были более экономичны.Турбореактивные двигатели продолжают использоваться и по сей день, но очень редко.

Бомбардировщик B-52 имел 8 турбореактивных двигателей, которые теперь были заменены на турбовентиляторные. F-14 Tomcat с двигателями на полном форсаже при взлете

ДВИГАТЕЛЬ ТУРБОФАН

Ступени турбовентиляторного двигателя. Изображение Викимедиа.

Турбореактивный двигатель практически идентичен турбореактивному двигателю и состоит всего из одной дополнительной ступени — вентилятора.

  • Этот вентилятор находится перед диффузором и соединен с тем же валом, который приводит в движение компрессор и турбину турбореактивного двигателя.
  • Вентилятор быстрее всасывает воздух в ступень турбореактивного двигателя, а также обеспечивает дополнительную байпасную тягу, поскольку часть воздуха, всасываемого вентилятором, выходит из двигателей за пределами ступени турбореактивного двигателя и дополняет реактивную тягу, выходящую из сопел двигателя. турбореактивный.
  • Поскольку ТРДД — это в основном турбореактивный двигатель с вентилятором для создания байпасной тяги, его также называют двухконтурным турбореактивным двигателем.
  • Эти двигатели очень эффективны на средних и высоких оборотах. Таким образом, они почти полностью заменили турбореактивные двигатели в гражданских и военных приложениях. На некоторых военных самолетах турбовентиляторные двигатели заменили турбовинтовые двигатели.

Турбореактивный двигатель на Airbus A380

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Практически все современные истребители используют турбовентиляторные двигатели большой мощности с форсажными камерами. В крылатых ракетах и ​​БПЛА также используются турбовентиляторные двигатели. Большинство коммерческих авиалайнеров перешли на ТРДД.

GE-90-115B Самый большой в мире турбовентиляторный двигатель

TURBOPROP ENGINE

Ступени турбовинтового двигателя. Изображение Викимедиа.

Основной причиной разработки турбовинтового двигателя была неэффективность турбореактивных двигателей на скоростях полета менее 800 км / ч. Турбовинтовой двигатель очень эффективен даже на малых скоростях полета.

  • В основном состоит из гребного винта с редуктором, соединенного с турбореактивным двигателем. Следовательно, принцип работы остается почти одинаковым. Дополнительные этапы будут объяснены здесь.
  • Турбина турбовинтового двигателя больше турбины турбореактивного двигателя. Это связано с тем, что турбина на турбовинтовом двигателе должна приводить в движение воздушный винт в дополнение к компрессору и вспомогательным системам, таким как генераторы, тогда как турбина турбореактивного двигателя должна приводить в действие только компрессор и вспомогательное оборудование.
  • 80-90% полезной мощности турбины потребляется гребным винтом, а оставшаяся часть остается для создания реактивной тяги. Пропеллер создает тягу за счет изменения количества движения воздуха вокруг него.
  • Вращение гребного винта вызывает снижение давления перед ним (вверх по потоку). Воздух в этой области ускоряется по направлению к пропеллеру и проходит над ним, и давление увеличивается.
  • Таким образом, воздух за пропеллером (ниже по потоку) имеет более высокую скорость и составляет тягу. Эта тяга сочетается с небольшой реактивной тягой, исходящей из сопла, и продвигает самолет вперед.

Тяга, создаваемая турбовинтовым двигателем при более низких скоростях полета, значительно выше, чем у турбореактивных двигателей.Следовательно, они находят широкое применение в самолетах малого и среднего размера, таких как гражданский и военный транспорт, которые обычно летают со скоростью 400-600 км / ч.

Airbus A400M — один из самых больших самолетов с турбовинтовыми двигателями.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Самым известным самолетом с турбовинтовыми двигателями является транспортер C-130. Самым быстрым самолетом с турбовинтовым двигателем является российский Ту-95, который оснащен 4 турбовинтовыми двигателями встречного вращения, вращающимися на сверхзвуковых скоростях, что позволяет самолету летать со скоростью около 1000 км / ч., что почти неслыханно для турбовинтовых самолетов.

В настоящее время многие военные транспортные средства используют турбовинтовые двигатели из-за большой тяги, создаваемой на малых скоростях. Небольшие гражданские самолеты, ориентированные на экономию, также используют самолеты с турбовинтовыми двигателями. Интересно, что турбовинтовые двигатели находят применение и в судах на воздушной подушке.

Ту-95 — самый быстрый турбовинтовой самолет. Каждый двигатель имеет 2 комплекта гребных винтов встречного вращения

ДВИГАТЕЛЬ С ТУРБОВАЛОМ

Ступени турбовального двигателя.Изображение Викимедиа.

Этот двигатель используется в каждом вертолете в мире. Принцип работы такой же, как у турбореактивного двигателя, но выхлопные газы не используются для продвижения вертолета вперед.

  • Сжатый воздух сжигается в камере сгорания и используется для привода турбины. Выхлопные газы выходят сбоку и диффундируют в атмосферу, создавая ничтожную тягу.
  • Турбина как обычно вращает центральный вал, который, в свою очередь, вращает компрессор.Но вал выдвигается и в обратном направлении и называется приводным валом.
  • Вращение лопаток турбины вращает и этот вал. Приводной вал через редуктор соединен с валом лопасти несущего винта вертолета.
  • Таким образом, винты вертолета вращаются

График, показывающий соединение между приводным валом и валом ротора с помощью шестерен © Deargruadher Турбовальные двигатели на CH-47 Chinook

RAMJET ENGINE

Ступени ПВРД.Изображение Викимедиа.

ПВРД используется, когда нужно достичь сверхзвуковых скоростей в 2-4 раза превышающих скорость звука. Это самый простой из существующих дыхательных двигателей, поскольку в нем нет движущихся частей, таких как компрессоры или турбины.

  • Он состоит из диффузора, который сжимает воздух по принципу «плунжерного сжатия». Плунжерное сжатие — это тип сжатия, при котором кинетическая энергия входящего воздуха преобразуется в энергию давления с помощью диффузора, тем самым сжимая его.
  • Воздух, поступающий со сверхзвуковой скоростью, понижается до дозвуковой перед входом в камеру сгорания. Здесь топливо распыляется и сжигается подобно турбореактивным двигателям.
  • Но у горячего выхлопа нет турбины для работы, и весь выхлоп выходит из сопла в виде реактивной тяги.
  • Интересно то, что этот двигатель нельзя запустить с нулевой скорости, и он должен двигаться с высокой скоростью, чтобы начать работу, поэтому его часто прикрепляют к турбореактивному двигателю или ракетному ускорителю, чтобы разогнать его до требуемых скоростей.
  • Ракета-носитель на твердом топливе является наиболее распространенным приспособлением для ракет с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Турбореактивный двигатель, прикрепленный к ПВРД, называется турбореактивным и используется в военных самолетах.

Ракета BrahMos. Обратите внимание на конические диффузоры в носу для сжатия входящего воздуха.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Этот двигатель предназначен только для военных целей и почти исключительно используется в ракетах. Популярные современные ракеты с прямоточным воздушно-реактивным двигателем — это BrahMos и Meteor.

ДВИГАТЕЛЬ SCRAMJET

Ступени прямоточного двигателя.Изображение Викимедиа.

ГПВРД — это сверхзвуковой ПВРД, названный так потому, что это в основном ПВРД, в котором сгорание воздуха происходит на сверхзвуковых, а не на дозвуковых скоростях. Его работа похожа на прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Ракета или самолет с ГПВРД должны быть ускорены до 4-кратной скорости звука с помощью внешнего источника, такого как ракетный двигатель, прежде чем ГПВРД сможет начать работать.

В настоящее время такие страны, как США, Россия и Индия, работают над ракетами с ГПВРД, которые могут лететь со скоростью, превышающей скорость звука в 6 раз.Теоретически ГПВД может развивать скорость, в 12 раз превышающую скорость звука.

Х-51 — демонстрационный самолет с ГПВРД.

РАЗНЫЕ ФАКТЫ

Бриллианты Маха

Алмазы Маха образуются, когда давление газов, выходящих из сопла, отличается от давления окружающего воздуха.

  • Когда самолет находится близко к земле и атмосферное давление очень высокое, выхлопные газы, выходящие из сопла двигателя, имеют более низкое давление, чем окружающий воздух.
  • Воздух высокого давления давит на газ со всех сторон и сжимает его.
  • Ромбы представляют собой серию ударных волн, расширений и сжатия выхлопного газа, которые продолжаются до тех пор, пока давление выхлопных газов не станет равным давлению окружающей атмосферы.
  • Когда выхлопной газ сжимается, светящиеся алмазы, образующиеся в ударных волнах, являются результатом воспламенения избыточного топлива в камере дожигания.
  • Топливо захватывается ударными волнами сжатия и расширения и, следовательно, когда оно воспламеняется, оно выглядит как струна раскаленных шаров.

SR-71 Blackbird показывает алмазы Маха, образовавшиеся при взлете. Алмазы Маха, сформированные в лабораторных условиях. Фото: Швейцарская силовая лаборатория

Вектор тяги

Вектор тяги — это метод управления тягой двигателя летательного аппарата для достижения дополнительного контроля направления или высоты.

Он в основном направляет тягу в требуемом направлении, так что самолет может двигаться в противоположном направлении. Такая система может позволить самолету разворачиваться в очень коротком радиусе и придать отличную маневренность.Причина в том, что самолеты семейства Су-30 очень популярны на авиашоу в России из-за их сопел вектора тяги, позволяющих выполнять очень сложные маневры.

Harrier был первым в мире боевым истребителем с вектором тяги Сопло с вектором тяги Су-35ССу-35 демонстрирует свои навыки TVC

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа реактивных двигателей кажется достаточно простой, и они существуют уже 70 лет, однако лишь несколько стран имеют возможность успешно проектировать и производить реактивные двигатели.Страны, которые могут производить высококачественные истребители, также должны импортировать двигатели из таких стран, как США и Россия. Почему это так?

Это потому, что реактивные двигатели просты для понимания, но невероятно сложны в проектировании и изготовлении. Это сердце каждого летающего объекта, созданного руками человека. Самолет может летать без навигационных систем и радаров, но даже без двигателя он не будет. Лопатки турбины реактивного двигателя работают при температурах выше 1000 ° C в течение сотен часов в течение всего срока службы.Он должен быть изготовлен из идеального состава металлов, чтобы не возникало усталости или ползучести из-за связанных с этим температуры и физических нагрузок. Единственная неисправность приведет к аварии самолета.

В настоящее время наибольшую надежность имеют американские и европейские реактивные двигатели, за ними следуют российские двигатели. Китай разработал собственные двигатели, но не решается использовать их в больших масштабах и по-прежнему импортирует их из России, поскольку не уверены в их надежности и производительности. Индия пробовала свои силы в разработке реактивного двигателя, но вскоре отказалась от проекта, поскольку он не соответствовал требуемым параметрам производительности даже после многих лет испытаний.

В будущем мы увидим, что турбовентиляторные двигатели станут более эффективными, ракеты с прямоточными и прямоточными воздушно-реактивными двигателями станут более популярными, и могут появиться новые типы двигателей. Но в настоящее время турбовинтовые двигатели — это король, а турбовинтовые двигатели — королева для продвижения самолетов вперед, а турбовальные двигатели правят миром вертолетов.

Если вам понравилась эта статья, дайте ей оценку ниже.

Возможно вам понравится

Разъяснение — Как работает технология стелс
Разъяснение — Как работают крылатые ракеты

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

.

< NEXT Что нужно чтобы стать летчиком: как стать пилотом гражданской авиации — Учёба.ру Что нужно чтобы стать летчиком: как стать пилотом гражданской авиации — Учёба.ру

PREV > Провоз велосипеда в самолете: Перевозка велосипеда в самолете в 2020 году: правила провоза и упаковки Провоз велосипеда в самолете: Перевозка велосипеда в самолете в 2020 году: правила провоза и упаковки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *