Содержание

Как устроена силовая установка пассажирского самолета / Хабр

Всем привет. Недавно я читал ликбез очередному студенту на тему общего устройства оборудования самолёта. Вводный рассказ, хоть и отработанный до автоматизма, отнял пару часов времени и выявил необходимость ещё в двух-трёх вводных. Но лень — двигатель прогресса и я наконец дозрел до оформления всех этих «лекций» в печатном виде. А там, где есть внутренняя методичка, недалеко и до публикации на Хабре: вдруг, кому ещё интересно почитать будет. 

Перед началом изложения хочу оговориться, что моя основная специализация — бортовое оборудование, так что из моего описания может вполне получиться «идеальный самолёт для технолога». Тех, кого этот подход не пугает, а также всех тех, кому интересно зачем в кабине экипажа нужны все эти кнопки и ручки — прошу оценить первую публикацию «Силовая установка».


Кликабельная картинка, чтобы рассмотреть получше:


Силовая установка — общее название двигателей летательных аппаратов. Начну с них потому, что без двигателей самолет — не самолет, а в лучшем случае планер. Цена двигателей, к слову, составляет половину стоимости авиалайнера и компетенциями в разработке современных гражданских авиадвигателей обладают гораздо меньше стран, чем тех, кто обладают компетенциями в разработке самолетов.

На авиалайнерах сейчас ставят почти исключительно двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД). Вот принципиальная схема такого двигателя:


  

Детали устройства можно прочитать во многих источниках, начиная с Википедии. Для нас, электронщиков, важно понимать следующие факты о работе такого двигателя:

  1. Компрессор сжимает забираемый снаружи воздух перед подачей его в камеру сгорания,

  2. В камере сгорания к воздуху подмешивается топливо,

  3. В камере сгорания происходит постоянное горение топливовоздушной смеси, приводящее к тому, что разогретый газ расширяется в сторону турбины,

  4. Турбина крутится под воздействием расширяющихся газов и крутит компрессор и/или вентилятор,

  5. Как правило, в двигателях бывает две связки турбина-компрессор: высокого давления и низкого давления. Они могут крутиться независимо друг от друга,

  6. Основную тягу, как это ни странно, даёт не горячий газ, выходящий из сопла, а вращение вентилятора,

  7. Обороты и тягу двигателя можно регулировать подачей топлива,

  8. В большинстве современных авиационных двигателей работой двигателя управляет специальный компьютер FADEC. Этот прибор анализирует параметры работы двигателя, внешние условия и управляющие сигналы от органов управления двигателем и управляет всеми приводами, влияющими на работу двигателя, например, топливным краном. Часть названия «Full Authority» означает, что: 
    • FADEC отвечает за ВСЕ аспекты работы двигателя,

    • Только FADEC отвечает за работу двигателя, т. е. нет никакого резервного контура управления, механических тяг управления газом и т. д.

  9. Кроме сигналов от органов управления двигателем FADEC анализирует данные от:
    • Системы воздушных сигналов (СВС): давление и температуру наружного воздуха, воздушную скорость самолёта — для уточнения параметров работы,

    • Датчиков обжатия шасси — для дополнительного контроля возможности включения реверса.

      Про обжатие шасси

      Обжатие шасси — термин, означающий, что самолёт не летит, опираясь на крылья, а стоит/едет по земле, опираясь на шасси. При этом амортизаторы шасси сжимаются и специальные датчики «датчики обжатия шасси» регистрируют это. Важно понимать, что коснуться полосы колёсами и обжать шасси — это два разных события.

    • Системы кондиционирования воздуха — чтобы вносить поправки в режимы работы двигателя в зависимости от количества воздуха, отбираемого для пассажирского салона и/или для работы пневматической системы для запуска второго двигателя.

  10. Основным параметром, ограничивающим предел мощности двигателя, является температура газов сразу за камерой сгорания. Разработчики двигателя хотели бы её поднять, но фундаментальные свойства известных материалов пока не позволяют этого сделать.


Чтобы запустить двигатель, надо раскрутить турбину высокого давления, подать топливо и дать первоначальную искру. После того, как турбина раскрутится примерно до 50% оборотов, двигатель начнёт раскручивать себя сам.

Первоначальную раскрутку двигателя можно осуществлять электрическим стартер-генератором (для маленьких двигателей) или специально поданным воздухом высокого давления от пневматической системы. К слову, воздух высокого давления в пневматической системе берется от второго (уже запущенного) двигателя, вспомогательной силовой установки (ВСУ) или внешнего источника. 

Про ВСУ

ВСУ — это такой небольшой (относительно основных, конечно) газотурбинный двигатель, который предназначен для генерации электроэнергии, давления в гидросистемах и воздуха высокого давления для запуска основных двигателей. Он меньше и его проще запустить электромотором от батарей. А раскручивать большие двигатели можно уже с его помощью. Также его используют, когда техникам надо поработать с оборудованием, а «гонять» большие двигатели, чтобы получить источник энергии, нецелесообразно. Подробнее про ВСУ расскажу в другой публикации.


Пример пульта управления, используемого для запуска двигателя:


Для автоматического запуска надо выполнить следующие действия:

  1. Переключатель «ENG START» (1) перевести в положение «IGN/ON» 

  2. Тумблер «ENG MASTER» (2) перевести в положение «ON» (вперёд). В этот момент FADEC:
    • Откроет кран пневматической системы для раскрутки турбины и компрессора высокого давления

    • Откроет кран топливной системы — чтобы было чему гореть

    • Даст искру на свечи зажигания

  3. Контролировать процесс запуска. Если что-то пойдёт не так — немедленно перевести тумблер запуска обратно в положение OFF

  4. Когда двигатель успешно выйдет на обороты малого газа — запустить второй двигатель по аналогичной процедуре

  5. Когда оба двигателя запустятся — перевести тумблер ENG START в положение OFF — во время нормальной работы двигателя дополнительные искры на свечах зажигания не нужны

  6. Во время автоматического запуска двигателя кнопки ручного запуска (3) не используются

Иногда нам надо покрутить двигатель, но не заводить его. Например, для проверок или чтобы «помыть» его внутренности керосином после консервации. В этом случае переключатель ENG START надо переводить в положение CRANK (прокрутка). Вся процедура запуска будет та же, но искры на свечах не будет. Нет искры — нет огня. 


Управление двигателями осуществляется с помощью рычагов управления двигателями (РУД). 


На каждый двигатель — свой рычаг. Тут всё просто: толкаем рычаг от себя — двигатель крутится быстрее, тяга растёт. Тянем рычаг на себя — крутится медленнее. Так как РУД не связан с топливным дросселем напрямую, можно не бояться, что мы сожжем двигатель большим количеством топлива или заглушим недостаточным. FADEC в любом случае не даст ему превысить предельную температуру выхлопных газов или заглохнуть. Кстати, с ограничением температуры выхлопных газов связан тот факт, что в жару и/или на высокогорных аэродромах двигатель может выдать меньшую тягу. 

В районе «малого газа» у рычага упор. Чтобы разблокировать перевод рычагов в зону режимов реверса, надо потянуть за специальную скобу. При реверсе двигателя специальные створки разворачивают поток от вентилятора двигателя в обратном направлении, помогая самолету остановиться:


Вообще, с помощью реверса самолёт может даже поехать назад, но, так как в этом режиме для двигателей, висящих под крылом, возможна ситуация засасывания в двигатель мусора и даже камней с взлётно-посадочной полосы, для авиалайнеров не рекомендуется включать реверс на малых скоростях. 

Для включения реверса FADEC анализирует не только положение РУДов, но и датчики обжатия шасси, так что случайно в воздухе запустить реверс невозможно.

Ещё у двигателей, бывает специальный «аварийный» режим. Включить его можно пересиливанием РУДов в положение, находящееся дальше взлетного режима (на картинке это положение APR — Automatic Power Reserve). Такой режим используется только при отказе одного из двигателей при взлете, когда надо гарантировать набор высоты в ущерб ресурса рабочего двигателя. Правда, после приземления работающий в аварийном режиме двигатель придется «перебрать».


Данные работы двигателей, как правило, отображаются на неотключаемой части центрального дисплея пилотов и на специальной странице с расширенными данными по двигателю.


В постоянно индицируемом окне статуса работы двигателя доступны следующие данные:

а. Текущие обороты вентилятора двигателя (напрямую влияют на тягу)
б. Температура выхлопных газов — параметр работы двигателя, часто ограничивающий максимальную тягу. FADEC ограничивает ток топлива в том числе, чтобы не расплавить конструкцию лопаток турбин. Лётчику тоже важно понимать, почему обороты не растут, хотя он «просит»
в. Заданные обороты вентилятора двигателя (разгон двигателя с малого газа до взлётного режима занимает десятки секунд и текущие обороты не всегда совпадают с заданными)
г. Обороты турбины высокого давления. Помните, что турбин две и они работают независимо? Так вот данные оборотов турбины высокого давления важны при запуске двигателя. В полёте контролировать их не надо
д. Текущий расход топлива
е. Признак включения реверса
ж. Установившийся режим работы двигателя (малый газ, взлётный, набор высоты)

На специальной странице дополнительных параметров работы двигателя может выводиться такая информация, например как:

  • Уровень, давление и температура масла,

  • Уровень вибрации двигателя,

  • Количество топлива, израсходованного с момента последнего запуска,

  • Давление воздуха в пневматической системе,

  • И т.д.


Двигатели, в которых вентилятор вынесен за пределы мотогондолы (корпуса двигателя) называются турбовинтовыми. Они обладают лучшими взлетно-посадочными характеристиками, но быстро теряют эффективность при росте скорости больше 0.5 скорости звука (приблизительно). Поэтому они в основном применяются в самолётах для местных авиалиний и военно-транспортной авиации, где возможность использования коротких и неподготовленных взлетно-посадочных полос важнее, чем крейсерская скорость. В конструкции таких двигателей также часто применяется понижающая трансмиссия, как, например, на рисунке ниже. 


Газотурбинные двигатели также используются на вертолётах, только в этом случае они крутят не пропеллер, а винт, сами двигатели в этом случае называются турбовальными. Хорошее видео, иллюстрирующее принципы их работы:


Ещё газотурбинные (турбовальные) двигатели ставят на танки (Т-80, Абрамс).

К преимуществам таких двигателей относят высокую удельную мощность, хороший запуск даже при низких температурах, возможность тянуть «с низов» — турбина высокого давления отделена от силовой турбины и двигатель не глохнет, когда гусеницы стоят неподвижно.

К недостаткам – высокую стоимость двигателя, сложность технического обслуживания, низкую приёмистость. По каждой из особенностей применения газотурбинных двигателей для танков есть разные полярные мнения, я же не специалист по танкам — не кидайте в меня камни. Я мог ошибиться. 🙂


Одним из «свойств» двигателя, сильно влияющим на конструкцию бортового оборудования, является так называемый «нелокализованный разлёт осколков двигателя». Это событие возникает при взрывном разрушении двигателя, когда лопатки компрессоров и турбин разлетаются во все стороны. 

При оценке последствий такого отказа, считается, что осколки обладают «бесконечной» энергией, которой достаточно, чтобы пробить любые преграды, разрубить любые трубы и провода. Для обеспечения безопасного завершения полета в случае такого нелокализованного разлета разработчики архитектуры электронного оборудования для каждого критического провода должны предусмотреть резервный, проложенный в отдельном канале, который не может быть перебит тем же осколком, что и основной провод.

Примечание для впечатлительных: на самом деле разработчики двигателей делают всё возможное, чтобы избежать нелокализованного разлёта, и действительно они случаются очень редко. Даже попадание крупной птицы в двигатель не сломает его. Но авиация — отрасль консервативная и мы закладываем в архитектуру противодействие всем потенциально возможным рискам.

Пояснение про ‘идеальный самолёт для технологов’:

Идеальный самолёт глазами инженеров. Лично мне взгляд технологов особенно симпатичен.

Как работает двигатель самолета

Главная » Разное » Как работает двигатель самолета

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.

Читайте также:   Когда лучше лететь в Турцию с детьми

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.

Читайте также:   Музей авиации в Таганроге: время работы

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.

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

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

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

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

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

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

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: тонкости и нюансы

Двигатель самолета – конструкция достаточно сложная, мощная, но при этом деликатная. От него, пожалуй, в первую очередь зависит правильная работа лайнера. Специалисты дают подробные объяснения, как работает двигатель самолета, чтобы огромная воздушная машина могла преодолевать большие расстояния и добираться без проблем из одной точки в другую.

История развития авиадвигателей

Первый самолет, который запустили братья Райт, имел двигатель с 4-мя цилиндрами. Конечно же, это значительно более простая конструкция, чем те, которые используются сейчас. И, как отмечают эксперты, без эволюции самолетного двигателя было бы невозможно развитие авиаотрасли вообще – примитивные первые моторы просто бы не потянули огромные и мощные машины, летающие сегодня.

Первый авиационный двигатель создал Джон Стрингфеллоу – он считается изобретателем специального двигателя на пару, предназначенный для неуправляемой модели. Но, как показала практика, паровые двигатели не подошли для авиации – они оказались чрезмерно тяжелыми.

C 1903 года началась, как назвали ее эксперты и аналитики, настоящая война моторов. Чарльз Тэйлор поставил на лайнер братьев Райт двигатель, так называемой рядной конструкции – в нем цилиндры находятся один за другим. Есть здесь аналогия с простым автомотором.

Однако практически сразу же был создан другой мотор – звездообразный с радиальным расположением цилиндров. Такие варианты широко применялись до самого появления реактивных двигателей.

Цилиндры в ряд не давали двигателю необходимой мощности, которая требовалась для самолетов. В 1906 году появился двигатель, где цилиндры разместились под прямым углом друг к другу. Также такой вариант мотора имел впрыск. Далее промышленность развивалась, прием достаточно активно. Вследствие этого авиаотрасль имеет современные и мощные моторы.

Как устроен двигатель

Сам по себе двигатель довольно сложен по конструкции. Учитывать тут надо огромное количество деталей и нюансов. Так, например, важно помнить, что при разгоне двигателя температура воздуха в нем повышается до 1000 градусов. При этом он не должен деформироваться, загораться и т.д.

Для изготовления авиационного двигателя берут только самые современные и безопасные материалы. Главное условие, предъявляемое к ним – они должны быть негорючими.

Авиационный двигатель включает в себя такие элементы, как:

  • Вентилятор
  • Компрессор
  • Камера сгорания
  • Сопло
  • Турбина

Перед турбиной стоит вентилятор, который позволяет затягивать воздух во время полета снаружи. У авиавентиляторов много лопастей, которые имеют определенную форму. И их размер, а также форма имеют крайне важное значение, т.к. именно за счет этого обеспечивается оптимальное заглатывание воздуха.

Вентилятор также решает и такую задачу, как прокачка воздушных масс в пространстве между элементами двигателя и его оболочкой. Это способствует охлаждению системы.

Здесь же находится и компрессор, обладающий высокой мощностью, – он способствует транспортировке воздуха в камеру сгорания. Все происходит под давлением достаточно высокого уровня. Именно в камере начинается смешение воздушных масс и топлива. Такая смесь поджигается, начинается нагрев как самой смеси, так и всех элементов, которые находятся рядом. Чаще всего камеру делают из керамических составляющих – обусловлено такое состояние тем, что температура здесь доходить до 2 тысяч гр., а керамическая чаша устойчива к таким нагревам.

Смесь после прохождения всех этих этапов попадает в турбину. Она по своему внешнему виду напоминает довольно большое число лопаток. Они влияют на давление проходящего смесевого потока, вследствие чего и начинает приходить в свое движение турбина двигателя. После этого она начинает вращать вал, где стоит еще один необходимый элемент — вентилятор.

Двигатель по сути своей представляет систему достаточно замкнутую – для нее требуется только, чтобы подавался воздух и было топливо в наличии.

Движение смеси продолжается, и она переходит в сопло. И на этом заканчивается первый этап рабочего состояния двигателя. Начинает создаваться струя, которую называют реактивной. Вентилятор начинает гонять воздух, который еще холодный, через сопло, за счет чего он не разрушается от слишком высокой температуры смеси.

Сегодня, как отмечают эксперты, самыми лучшими считаются подвижные сопла – они могут расширяться и сжиматься. Кроме того, такие варианты могут регулировать угол, что помогает дать правильное направление воздуху. Самолет за счет этого приобретает наибольшую маневренность.

Какие варианты двигателей есть

Эксперты уверяют, что сегодня есть несколько вариантов двигателей:

  1. Классика
  2. Турбовинтовые
  3. Турбовентиляторные
  4. Прямоточные

Первые варианты функционируют по стандартному варианту. Такие варианты хорошо подходят для воздушных судов самых разных модификаций. Варианты с турбовинтовым устройством будут работать по несколько иным принципам. В таких конструкциях газовая турбина не связана с трансмиссией. Подобные варианты конструкций двигают лайнер лишь частично с использованием реактивной тяги. Для создания основной части энергии используется редуктор. Винтовые установки более экономичные, но при этом они не дают самолету развить необходимую скорость. Поэтому их зачастую ставят только на малоскоростных лайнерах.

Турбовентиляторные варианты – комбинированные варианты, в которых есть детали и нюансы от турбовинтовых и турбовентиляторных. У них большие лопасти вентилятора. Скорость вращения может снижаться за счет применения обтекателя, где и стоит вентилятор. Подобные варианты считаются экономичными, т.к. меньше расходуют топливо. КПД же у них существенно выше, чем у других. Поэтому подобные варианты двигателей зачастую устанавливают на крупных самолетах.

Прямоточные варианты не работают с подвижными элементами. Втягивание воздуха в такие происходит естественно за счет применения обтекателя, который стоит на входе.

Принцип работы реактивного двигателя

Реактивный двигатель – так называемое устройство, предназначенное для передвижения, как правило, в воздухе этого же устройства и, как правило, сопряженное совместно с каким-либо агрегатом (аппаратом для полетов).

Перемещение двигателя производится за счет силы тяги, называемой реактивной, которая возникает при превращении энергии разного рода веществ или топливв (электроэнергии, химической, ядерной). Реактивная сила отдающих свою энергию истекающих струй и образующаяся на выходном сопле устройства, способна приводить в движение весь аппарат без помощи посторонних узлов и механизмов.

Саму теорию практического применения энергии реактивной силы, которая бы справилась с притяжением Земли, предложил ученый-инженер из России Циолковский К.Э. Однако ученому понадобилось достаточно много времени, в том числе политической смены власти, чтобы его научные исследования были приняты в практическом использовании.

Рисунок 1 – Общий снимок реактивного двигателя, который устанавливается в самолетах

В общем виде принцип работы реактивного двигателя практически аналогичен принципу работы ядерного двигателя. Для первого применяется химическая движущая энергия, для вотрого же — энергия ядерных элементов.

Многие из нас, особенно мужская половина населения (на службе в армии, на охоте, в тире, на полигоне), стреляли из огнестрельного оружия и, соответственно, чувствовали на себе действие реактивной силы в виде отдачи. Этот же принцип, основанный на законе сохранения импульса, применяется в реактивных двигательных установках, в которых главным двигательным веществом является топливо.

Если рассмотреть вариант реактивного двигателя, функционирующего на керосиновом топливе, то в смесительном отсеке агрегата, где топливо смешивается с окислителем и происходит горение состав, выпускается огромнейшая энергия в виде тепла и мгновенного повышения давления в 10-20-30 и более раз выше атмосферного.

При постоянном поступлении топлива и окислителя (воздуха, жидкого кислорода, азотной кислоты) выходная кинетическая энергия рабочей отработанной смеси будет обладать высоким движущим импульсом. И истекающие струи через «Лавальское» сопло агрегата в окружающее пространство будут приводить в движение установку за счет выталкивающего момента.

Рисунок 2 – Иллюстрационное изображение работы реактивного двигателя

Как работает реактивный двигатель

Рисунок 3 – Схема работы реактивного двигателя

Воздух из окружающего пространства поступает на всас вентиляторов, которые подают его далее лопатки вращающегося с очень высокой скоростью турбокомпрессора. При этом поступающий воздух выполняет 2 функции:

  • окислитель для сгорания топлива;
  • охладитель агрегата.

В лопаточном аппарате турбокомпрессора воздух крепко уплотняется и под высоким давлением (от 3 МПа) подается в топливную смесительную камеру реактивного двигателя. Из рисунка 3 видно, что камера сгорания устроена таким образом, что смешение воздуха производится в несколько ступеней — на входе и в самой камере. Сюда же подводится топливо.

Хорошо перемешанная и в достаточном количестве обогащенная смесь воспламеняется, и в результате сгорания образуется тепловая энергия с выделением огромного объема газов. Последние приводят во вращение турбину горячей части двигателя, привод которой служит приводом турбокомпрессора.

В отдельных моделях реактивных двигателей турбины на выходе не монтируются. По большей части данное исполнение применяется в конструкции и принципе работы ракетного двигателя, где продукты сгорания после камеры попадают на выходные сопла.

Покидая горячую ступень, газы во всех реактивных аппаратах проходят через сопла. Эти элементы отличаются по своим конструкциям для разных моделей реактивных агрегатов и представляют собой «трубу», которая сначала сужается, а к выходу газов увеличивается в диаметре. За счет такой конструкции отработавшие газы увеличивают свою скорость до сверхзвука и образуют реактивную силу.

Температура горения в «сердце» реактивного агрегата достигает 2500°С, поэтому конструктивно требовательны в постоянстве охлаждения.

Устройство реактивного двигателя

С первого взгляда кажется устройство конструкции реактивной установки достаточно простым, однако характеристики использования топлива и его сгорания требуют применения высокопрочных материалов.

На рисунке 4 изображено устройство реактивного двигателя.

Рисунок 4 — Устройство реактивного двигателя

Из рисунка 4 видно, что на входе в аппарат установлен вентилятор всасывающий воздух в двигатель. Вентилятор состоит из мощных и объемных по размеру лопастей, которые, как правило, изготавливаются из титана. Далее вслед за вентилятором установлен многоступенчатый турбокомпрессор для подачи воздуха непосредственно в камеру, где происходит сгорание рабочего тела.

После воспламенения и сгорания поток реактивных газов направляется на рабочие лопатки турбоагрегата, чем и приводят его во вращение. На валу турбины горячей ступени имеется жесткая связь с компрессором, который вращается от работы турбины.

Отработанный газовый вихрь через сопла набирает реактивную скорость и покидает полость аппарата. Для предотвращения перегрева и расплавки на сопла подводится охлаждающий воздух от турбокомпрессора по специальным каналам в корпусе двигателя.

Разновидности реактивных двигателей

Существует несколько реактивных двигателей отличающихся по своему принципу работы и подобию. Так, принцип работы ядерного двигателя, в основу которого положена синтезная реакция разложения химического элемента, к примеру — урана.

Данный элемент помещается в реактор. Туда же подводится при помощи турбонасосов рабочее вещество. Распылительными форсунками производится его рассеивание по рабочей камере, в которой происходит контакт с химическим ураном. В результате выделяется энергия большой силы, которая и является движущей.

Не смотря на всю конфиденциальность и секретность информации о ядерном вооружении стран во всем мире, самую большую опасность представляет крылатая ракета, работающая на ядерном топливе.

Системы противовоздушной обороны настолько совершенны, что обмануть простыми полетами и маневрами уже не так-то просто. В этом случае и выступает на передний план ядерный двигатель. Увы, принцип работы ядерного двигателя для крылатой ракеты недоступен и, вряд ли, когда-нибудь будет раскрыт для общественности.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 11 чел.Средний рейтинг: 4.8 из 5.

Смотрите также

  • Кто производит ягуар
  • Фото рено дача
  • Шевроле круз замена задних колодок
  • Обработка авто мастикой своими руками
  • Болты на диски
  • Мерседес универсал е класса
  • Самые покупаемые автомобили в россии
  • Выхлоп своими руками
  • Чери м11 фото седан
  • Характеристика уаз патриот расход топлива
  • Рейтинг нешипованной резины



Как работает двигатель самолета боинг

Содержание

  • 1 Принцип работы реактивного двигателя
    • 1. 1 Компрессор
    • 1.2 Камера горения
    • 1.3 Турбина
  • 2 Принцип работы турбореактивного двигателя
  • 3 Атомный двигатель
  • 4 Конструкция
  • 5 Виды двигателей
  • 6 Как работает реактивный двигатель?
  • 7 Как работает турбореактивный двигатель?
  • 8 Что такое самолет с атомным двигателем?
  • 9 Как производят реактивные двигатели для моделей самолетов?

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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:

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.

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.

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.

Путешествуя на самолетах, вы задумывались когда-нибудь о том, как работает двигатель реактивного самолета? О реактивной тяге, которая приводит его в действие, знали еще в Античные времена. Применить же ее на практике смогли только в начале прошлого века, в результате гонки вооружений между Англией и Германией.

Принцип работы двигателя реактивного самолета довольно прост, но имеет некоторые нюансы, которые строго соблюдаются при их производстве. Чтобы самолет смог надежно держаться в воздухе, они должны работать идеально. Ведь от этого зависят жизни и безопасность всех, кто находится на борту самолета.

Как работает реактивный двигатель?

Его приводит в действие реактивная тяга. Для этого нужна какая-то жидкость, выталкиваемая из задней части системы и придающая ей движение вперед. Здесь работает третий закон Ньютона, который гласит: “Любое действие вызывает равное противодействие”.

У реактивного двигателя вместо жидкости применяется воздух. Он создает силу, обеспечивающую движение.

В нем используются горячие газы и смесь воздуха со сгораемым топливом. Эта смесь выходит из него с высокой скоростью и толкает самолет вперед, давая ему лететь.

Если говорить об устройстве двигателя реактивного самолета, то оно представляет из себя соединение четырех самых важных деталей:

Компрессор состоит из нескольких турбин, которые засасывают воздух и сжимают его по мере прохождения через расположенные под углом лопасти. При сжатии температура и давление воздуха повышаются. Часть сжатого воздуха попадает в камеру горения, где смешивается с топливом и поджигается. Это увеличивает тепловую энергию воздуха.

Горячая смесь на высокой скорости выходит из камеры и расширяется. Там она проходит через еще одну турбину с лопастями, которые вращаются, благодаря энергии газа.

Турбина соединена с компрессором в передней части двигателя, и таким образом приводит его в движение. Горячий воздух выходит через выхлоп. К этому моменту температура смеси очень высока. И еще увеличивается, благодаря эффекту Дросселирования. После этого воздух выходит из него.

Разработка самолетов с реактивным двигателем началась в 30х годах прошлого века. Англичане и немцы начали разрабатывать подобные модели. В этой гонке победили немецкие ученые. Поэтому первым самолетом с реактивным двигателем стала “Ласточка” в Люфтваффе. “Глостерский метеор” поднялся в воздух немного позднее. О первых самолетах с такими двигателями подробно рассказано в этой статье.

Двигатель сверхзвукового самолета — тоже реактивный, но уже в совершенно другой модификации.

Как работает турбореактивный двигатель?

Реактивные двигатели применяются повсеместно, а турбореактивные устанавливаются больших пассажирских лайнерах. Отличие их в том, что первый несет с собой запас топлива и окислителя, а конструкция обеспечивает их подачу из баков.

Турбореактивный двигатель самолета несет с собой лишь топливо, а окислитель — воздух — нагнетается турбиной из атмосферы. В остальном принцип его работы совпадает с тем же, что и у реактивного.

Одна из самых важных деталей у них — это лопасть турбины. От нее зависит мощность двигателя.

Схема турбореактивного двигателя.

Именно они вырабатывают тяговые усилия, необходимые для ускорения самолета. Каждый из лопастей производит в 10 раз больше энергии, чем самый обычный, автомобильный двигатель. Они устанавливаются позади камеры сгорания, в той части двигателя, где самое высокое давление, а температура доходит до 1400 градусов по Цельсию.

В процессе производства лопастей они проходят через процесс монокристаллизации, что придает им твердости и прочности.

Перед тем, как установить на самолет, каждый двигатель проверяется на полное тяговое усилие. Он должен пройти сертификацию Европейского совета по безопасности и компанией, которая его произвела. Одной из самых крупных фирм по их производству является Роллс-Ройс.

Что такое самолет с атомным двигателем?

Во время Холодной войны были предприняты попытки создания реактивного двигателя не на химической реакции, а на тепле, который бы вырабатывал ядерный реактор. Его ставили вместо камеры сгорания.

Воздух проходит через активную зону реактора, понижая его температуру и повышая свою. Он расширяется и истекает из сопла со скоростью, большей чем скорость полета.

Комбинированный турбреактивно-атомный двигатель.

В СССР проводились его испытания на базе ТУ-95. В США тоже не отставали от ученых в Советском Союзе.

В 60х годах исследования в обеих сторонах постепенно прекратились. Основными тремя проблемами, которые помешали разработке, стали:

  • безопасность летчиков во время полета;
  • выброс радиоактивных частиц в атмосферу;
  • в случае падения самолета, радиоактивный реактор может взорваться, нанеся непоправимый вред всему живому.

Как производят реактивные двигатели для моделей самолетов?

Их производство для моделей самолетов занимает около 6 часов. Сначала вытачивается базовая пластина из алюминия, к которой крепятся все остальные детали. По размеру она совпадает с хоккейной шайбой.

К ней прикрепляют цилиндр, поэтому получается что-то вроде консервной банки. Это будущий двигатель внутреннего сгорания. Далее устанавливается система подачи топлива. Чтобы его закрепить, в основную пластину вкручиваются шурупы, предварительно опущенные в специальный герметик.

Двигатель для модели самолета.

Каналы стартера крепятся с другой стороны камеры, чтобы перенаправлять выбросы газа в турбинное колесо. В отверстие сбоку от камеры сгорания устанавливается спираль накаливания. Она поджигает топливо внутри двигателя.

Потом ставят турбину и центральную ось цилиндра. На нее ставят колесо компрессора, которое нагнетает воздух в камеру сгорания. Его проверяют с помощью компьютера, прежде чем закрепить пусковую установку.

Готовый двигатель еще раз проверяют на мощность. Его звук немногим отличается от звука двигателя самолета. Он, конечно, меньшей силы, но полностью напоминает его, придавая больше схожести модели.

Как устроен реактивный двигатель

Путешествуя на самолетах , вы задумывались когда-нибудь о том, как работает двигатель реактивного самолета? О реактивной тяге, которая приводит его в действие, знали еще в Античные времена. Применить же ее на практике смогли только в начале прошлого века, в результате гонки вооружений между Англией и Германией. Принцип работы двигателя реактивного самолета довольно прост, но имеет некоторые нюансы, которые строго соблюдаются при их производстве. Чтобы самолет смог надежно держаться в воздухе, они должны работать идеально.




Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.


По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • Как работает реактивный двигатель самолета

  • Как устроен реактивный двигатель

  • Как работает реактивный двигатель

  • Реактивный двигатель своими руками

  • Может не упасть

  • Как устроен и работает жидкостно-реактивный двигатель

  • Как работает реактивный двигатель самолета

  • Как работают ракетные двигатели?

  • Устройство реактивного двигателя

  • Воздушно-реактивный двигатель Sabre

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Микро реактивный двигатель

Как работает реактивный двигатель самолета



Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса , образуется реактивная сила , толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа , нагретого тем или иным способом до высокой температуры т. Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем , то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами.

По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов , ракет и космических аппаратов. Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом , являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха , что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном Dr. Первый патент на работающий газотурбинный двигатель был получен в году Фрэнком Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Основная статья: История реактивных двигателей. Факультативный курс физики. Категории : Реактивные двигатели Движители. Скрытая категория: Незавершённые статьи о ракетной технике и космических аппаратах. Пространства имён Статья Обсуждение.

Просмотры Читать Править Править код История. В других проектах Викисклад. Эта страница в последний раз была отредактирована 11 февраля в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Подробнее см. Условия использования. Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Свяжитесь с нами Разработчики Заявление о куки Мобильная версия.

Это заготовка статьи о ракетной , ракетно-космической технике или космическом аппарате. Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Как устроен реактивный двигатель

Реактивными двигателями называют такие устройства, которые создают нужную для процесса движения силу тяги преобразованием внутренней энергии горючего в кинетическую энергию реактивных струй в рабочем теле. Рабочее тело стремительно проистекает из двигателя, и по закону сохранения импульса формируется реактивная сила, которая толкает двигатель в противолежащем направлении. Чтобы разогнать рабочее тело может применяться как расширение газов, нагретых самыми разнообразными способами до высоких температур, а также и другими физическими процессами, в частности, ускорением заряженных частиц в электростатическом поле. Реактивные двигатели сочетают в себе собственно двигатели с движителями. Имеется в виду, что они создают тяговые усилия исключительно взаимодействием с рабочими телами, без опор, либо контактами с остальными телами.

Конструкция, принцип работы и особенности синхронного реактивного электродвигателя.

Как работает реактивный двигатель

Чертеж не стоит воспринимать буквально. Он значительно упрощен, а пропорции не соблюдены, так что какие-то размеры значительно увеличены, а другие, наоборот, уменьшены, чтобы нагляднее показать взаимодействие между основными компонентами. Воздух поступает в большое отверстие воздухозаборника и засасывается внутрь двигателя благодаря вращению лопаточного колеса компрессора. Сжатый компрессором воздух поступает в камеру сгорания, туда же впрыскивается топливо, и смесь топлива с воздухом загорается. Сильное увеличение температуры вызывает экстремальный подъем давления в камере, и горячие газы вырываются из выходного отверстия камеры сгорания с большой скоростью Экстремальное увеличение давления при увеличении температуры продуктов сгорания происходит только в ДВС, поскольку сгорание протекает в замкнутом объеме, что и приводит к резкому увеличению скорости на выходе из камеры сгорания. Турбина, вращаясь в этом газовом потоке, обеспечивает вращение лопаточного колеса компрессора с которым турбина связана через центральный вал , но только после того, как двигатель начинает работать, а вначале компрессор требуется запустить от внешнего источника питания. В первых моделях реактивных двигателей питание компрессора обеспечивалось за счет поршневого двигателя, подобного тому, который установлен в винтовых самолетах. Выхлопные газы выбрасываются из двигателя через сопло в сторону, противоположную движению. Если скорость выхлопных газов выше, чем воздушная скорость всей конструкции скорость движения вперед в воздушном потоке , то возникает тяга.

Реактивный двигатель своими руками

Реактивный двигатель — так называемое устройство, предназначенное для передвижения, как правило, в воздухе этого же устройства и, как правило, сопряженное совместно с каким-либо агрегатом аппаратом для полетов. Перемещение двигателя производится за счет силы тяги, называемой реактивной, которая возникает при превращении энергии разного рода веществ или топливв электроэнергии, химической, ядерной. Реактивная сила отдающих свою энергию истекающих струй и образующаяся на выходном сопле устройства, способна приводить в движение весь аппарат без помощи посторонних узлов и механизмов. Саму теорию практического применения энергии реактивной силы, которая бы справилась с притяжением Земли, предложил ученый-инженер из России Циолковский К. Однако ученому понадобилось достаточно много времени, в том числе политической смены власти, чтобы его научные исследования были приняты в практическом использовании.

Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса , образуется реактивная сила , толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа , нагретого тем или иным способом до высокой температуры т.

Может не упасть

Мы живем в эпоху реактивной авиации — это знакомо любому, даже не слишком сведущему в технических вопросах, человеку. Поршневой мотор с традиционным винтом, хотя и не совсем канул в Лету, но лидирующие позиции он сдал давным-давно. Подавляющее большинство современных самолетов — пассажирских, транспортных и военных — оснащены различными типами реактивных двигателей. Именно благодаря моторам подобно конструкции авиация превратилась в удобный, массовый и быстрый вид транспорта. Реактивный двигатель РД — это двигатель, создающий силу тяги путем преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую рабочего тела. Оно истекает из сопла со значительной скоростью, и, согласно закону сохранения импульса, толкает его в противоположную сторону.

Как устроен и работает жидкостно-реактивный двигатель

Чт 10 10 Вращающийся воздушный винт тянет самолет вперед. Но реактивный двигатель с большой скоростью выбрасывает горячие отработавшие газы назад и тем самым создает реактивную силу тяги, направленную вперед. Турбовентиляторные — такие, как используемые на пассажирских лайнерах Боинг;. Турбовентиляторный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины, дающей энергию. Сначала воздух поступает в двигатель и сжимается при помощи вентилятора. Затем, в камере сгорания, сжатый воздух смешивается с горючим и сгорает, образуя газ при высокой температуре и высоком давлении.

С одной стороны, ракетные двигатели настолько просто устроены, что за Ракетные двигатели — это реактивные двигатели. он летает по всей комнате, испуская воздух, — так работает ракетный двигатель.

Как работает реактивный двигатель самолета

В году английский изобретатель Джон Барбер предложил идею коловратного двигателя с поршневым компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной. В году русский изобретатель Н. Герасимов запатентовал схему газотурбинного двигателя для создания реактивной тяги турбореактивного двигателя [1] [2] [3].

Как работают ракетные двигатели?

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Принцип работы турбореактивного двигателя

Я уже ранее говорил о том, что турбореактивный двигатель в современной авиации — основной. И упоминать его в той или иной теме мы еще будем часто. Поэтому пришла пора окончательно определиться с его конструкцией. Конечно же не углубляясь во всевозможные дебри и тонкости Итак авиационный турбореактивный двигатель. Каковы основные части его конструкции, и как они взаимодействуют между собой.

Как работает реактивный двигатель самолёта в дождь? Ведь в него должны попадать капли воды, которые съедят огромную мощность на их нагрев и испарение.

Устройство реактивного двигателя

February 27, Устройство реактивного двигателя. Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном Dr. Первый патент на работающий газотурбинный двигатель, был получен в году Фрэнк Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн. Устройство реактивного двигателя достаточно просто и одновременно крайне сложно. Просто по принципу действия: забортный воздух в ракетных двигателях — жидкий кислород засасывается в турбину, там смешивается с топливом и сгорая, в конце турбины образует т. Так все просто, но на деле — это целая область науки, ибо в таких двигателях рабочая температура достигает тысяч градусов по Цельсию.

Воздушно-реактивный двигатель Sabre

Освоение космоса — самое удивительное из мероприятий, когда-либо проводимых человечеством. И большую часть удивления составляет сложность. Освоение космоса осложняется массой проблем, которые нужно решить и преодолеть.



Как устроен двигатель для покорения глубокого космоса: проекты, концепты и идеи

Через десять лет после удачного штурма космоса несколько стран затеяли чрезвычайно амбициозные проекты по его дальнейшему освоению. В 1971 году США запустили программу Space Shuttle, через пять лет СССР начал разработку системы «Энергия – Буран», а еще через шесть лет к гонке подключилась Великобритания с проектом HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing).

Men Today

Многие  специалисты  считают именно английский проект самым революционным: если США и СССР развивали традиционные ракетные технологии, заложенные еще Вернером фон Брауном, то Великобритания решила создать принципиально новый воздушно-космический самолет. Самим аппаратом занималась British Aerospace, а уникальный воздушно-реактивный двигатель должна была разработать компания Rolls-Royce. Планировалось, что HOTOL будет взлетать с разгонной аэродромной тележки, двигатель начнет работать в воздушно-реактивном режиме (до высоты около 28 км), используя в качестве окислителя забортный воздух, после чего перейдет в режим классического ракетного жидкостного двигателя. Создание такого двигателя и сейчас задача почти фантастическая, что же говорить о восьмидесятых годах. Довольно скоро Rolls-Royce столкнулась с рядом трудностей, повлекших незапланированный рост затрат на исследовательские работы. В итоге British Aerospace решила отказаться от революционного двигателя и вступить в кооперацию с СССР, переименовав проект в Interim HOTOL. Аппарат планировали оснастить советскими ЖРД и запускать с модифицированного самолета Ан-225. Сотрудничество началось в 1991-м, однако в этом же году Советский Союз закончил свое существование, похоронив под своими обломками и совместный проект.

HOTOL

Беспилотный аппарат был предназначен для доставки полезной нагрузки массой около 7–8 т на низкую орбиту высотой 300 км. Он должен был взлетать с взлетно-посадочной полосы, размещаясь на фюзеляже большого самолета-носителя с ракетными ускорителями, которые должны были помочь разогнать аппарат до скоростей, оптимальных для работы его двигателей. Двигатели должны были переключаться с воздушно-реактивного на ракетный режим работы при достижении аппаратом скорости в 5–7 М.

Три в одном

Не все были согласны с таким положением дел. После сворачивания работ над RB545 в 1989 году ведущий конструктор двигателя Алан Бонд забрал с собой двух инженеров Rolls-Royce и основал собственную компанию – Reaction Engines. Она сосредоточилась на создании гибридного двигателя SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) и разработке других технологий для воплощения проекта космоплана Skylon. Многие эксперты считают, что проект SABRE способен перевернуть современную космонавтику и сделать возможным создание одноступенчатого космического аппарата. Он может работать на первом этапе полета как турбореактивный двигатель, в качестве окислителя забирая забортный воздух. На втором этапе – как прямоточный двигатель, а на третьем – как обычный ракетный двигатель, используя внутренний бортовой окислитель.

Идея одноступенчатого многоразового воздушно-космического аппарата (SSTO, Single Stage to Orbit) далеко не нова, но на пути ее воплощения стоит ряд препятствий – низкий уровень весовой отдачи конструкции и недостаточный удельный импульс существующих ракетных двигателей. Это взаимосвязанные параметры: повысив удельный импульс (который показывает, сколько секунд данный двигатель сможет создавать тягу в 1 Н, истратив при этом 1 кг топлива), вы можете получить ту же тягу с меньшим расходом топлива и окислителя, что позволяет сделать конструкцию большей массы. Однако существующие жидкостные ракетные двигатели имеют удельный импульс в вакууме порядка 400 с (рекорд для кислород-водородных КВД1 и RL-10 составляет 462 с, двигатели на экзотических компонентах – например, использующие водород-литий-фтор – позволяют получить на сотню больше, однако с ними столько проблем, что игра не стоит свеч).

Сравнительные размеры многоразовых кораблей

Проекты кораблей с двигателями SABRE на фоне существующих челноков смотрятся как звездолеты из «Звездных войн». Это действительно принципиально другие космические аппараты.

Не ракета, не самолет

В то же время двигатели современных авиалайнеров имеют удельный импульс на порядок выше, приближаясь к цифре 6000 с, и даже «прожорливый» двигатель сверхзвукового Concorde имел удельный импульс всего в два раза ниже – 3000 с (почти в десять раз экономичней космической ракеты). Такая радикальная разница из-за иного принципа работы: воздушно-реактивный двигатель на каждую часть топлива использует 14 частей воздуха (если топливо – водород, то 30), а ракетному приходится черпать из баков все, что потом улетит в сопло.

Можно, конечно, использовать воздушно-реактивный двигатель на части траектории выведения, которая проходит сквозь плотные слои атмосферы, с его экономичностью и отсутствием необходимости в окислителе. Но не все так просто. Космическая ракета стремится пройти плотные слои атмосферы быстро, проткнув их на вертикальном участке траектории, а уже потом заваливая траекторию горизонтально. Аппарат с ВРД не может позволить себе такой роскоши – он должен максимально использовать бесплатный окислитель за бортом, потому его траектория пологая и долгое время проходит в плотных слоях атмосферы, с большой скоростью полета на этом участке. Все это время аппарат находится под воздействием скоростного напора набегающего потока, что требует упрочнения конструкции и повышения эффективности теплозащиты – и то и другое тянет за собой увеличение веса. Есть еще одна хитрость – возможность использовать подъемную силу крыла: если ракета с вертикальным стартом висит на тяге двигателей и при наборе высоты тяга должна быть больше ее веса, то крылатый аппарат с аэродинамическим качеством 5 для набора высоты должен иметь тягу всего лишь больше 1/5 веса. Однако крылья – это тоже дополнительный рост веса конструкции. Все это затягивается в тугой клубок противоречий, решить которые на современном технологическом уровне, получив преимущества над многоступенчатой системой, достаточно сложно.

Самый мощный холодильник в мире

Алан Бонд со своей командой столкнулся с теми же проблемами, что и его предшественники: среди всего множества существующих типов воздушно-реактивных двигателей нет универсала, каждый из них отличается разной эффективностью, каждый хорош в своем диапазоне скоростей, обладает своего рода узкой специализацией. Турбореактивный двигатель отлично работает в диапазоне от 0 до 3 М, но разгон с его помощью до больших скоростей затруднителен: воздух при торможении в воздухозаборнике нагревается так сильно, что дальнейшее сжатие его компрессором приводит к росту температуры до величин, выходящих за пределы термостойкости материалов камеры сгорания и турбины. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель и гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (последний отличается сверхзвуковым течением в камере сгорания) отлично работают на больших скоростях (Х-43А достиг 10 М), однако не работают на малых. Турборакетные двигатели обладают низким удельным импульсом и тяговооруженностью (они тяжелы для той тяги, что создают). В свое время большие надежды возлагали на двигатель со сжижением кислорода (LACE, Liquid Air Cycle Engine), в котором криогенное топливо идет через теплообменник, забирая тепло у набегающего потока до температуры сжижения воздуха, далее через сепаратор, где кислород отделяется от азота и подается в камеру сгорания. Однако такой двигатель тяжел, конструктивно сложен (прощай, надежность) и имеет повышенный расход топлива (водорода на охлаждение тратится больше, чем можно сжечь в камере сгорания с полученным жидким кислородом, а это потери удельного импульса). Впрочем, от LACE Алан Бонд решил позаимствовать идею охлаждать воздушный поток в теплообменнике.

Одна из самых сложных и важных деталей SABRE – криогенный теплообменник. Он должен практически мгновенно охлаждать входящий воздух, который нагревается при сжатии до 1000 ˚C, до температуры порядка –140 ˚C. До сих пор это никому не удавалось.

В итоге инженеры пришли к необходимости комбинированной силовой установки из разных двигателей, в которой каждый работает на своем участке (например, для старта используется турбореактивный, для высокоскоростного разгона – прямоточный, для внеатмосферного полета – ракетный). Ракетный двигатель – необходимый компонент коктейля, остальные по вкусу, в разных комбинациях. Однако это порождает определенные проблемы: на всех режимах полета нужно везти мертвый груз в виде двигателя для другого участка траектории, растет аэродинамическое сопротивление из-за сопел неработающих двигателей. Альтернатива – гибридная силовая установка, которая сочетает в себе качества (и агрегаты) всех типов двигателя. Сопло ведь нужно всем? Так зачем тащить несколько, используем одно для всех. Воздухозаборник нужен всем, кроме ракетного? Используем один, а потом закроем заподлицо, чтобы сопротивления не создавал. В этом направлении и двигалась мировая конструкторская мысль (даже силовая установка самолета SR-71 Blackbird – гибрид турбореактивного и прямоточного двигателей, некоторые зенитные ракеты используют ракетно-прямоточный).

Очень быстрый гибрид

Двигатель компании Reaction Engines – SABRE – вполне подходит на роль ключевой технологии, с помощью которой можно разрубить гордиев узел противоречий и реализовать одноступенчатый воздушно-космический аппарат. Этот гибрид сочетает в себе качества турбореактивного (хотя турбину компрессора крутят не выхлопные газы, а горячий гелий в замкнутом цикле), прямоточного и ракетного двигателей и работает с достаточной эффективностью на всех участках траектории, от взлетной полосы до орбиты. Расчеты Reaction Engines показывают, что в случае применения ЖРД общий вес корабля и полезной нагрузки должен составлять 13% от стартового веса для вывода полезной нагрузки 15 т на низкую опорную орбиту. Двигатель SABRE позволяет при тех же условиях довести вес корабля с полезной нагрузкой до 22% – цифра вполне достижимая при современном уровне технологий.

Революционный двигатель SABRE разрабатывается Reaction Engines при поддержке BAE Systems. Ожидается, что он сможет поднять самолет в воздух и разогнать его до 5 М, после чего перейдет в реактивный режим работы – для скоростей до 25 М.

SABRE, как и его предшественник RB545, – гибридный воздушно-реактивный двигатель с предохлаждением потока. Здесь, как и в LACE, за воздухозаборником стоит криогенный теплообменник, однако входящий поток не сжижается, всего лишь охлаждаясь до низких температур. Далее воздух с температурой порядка –140 °С (до этого он нагрелся при торможении свыше 1000 °С) поступает в простой турбокомпрессор из легких сплавов (низкая температура воздушного потока позволила облегчить его на три четверти по сравнению с компрессором турбореактивного  двигателя),  сжимающий газы до давления камеры сгорания, в которой газообразный воздух смешивается с жидким водородом. При выходе из плотных слоев атмосферы воздухозаборник запирается створками, а камера сгорания питается жидким кислородом из внутренних баков. Поскольку расход водорода на охлаждение больше, чем окислителя в полученном воздухе, избыток (2/3 потока, прошедшего теплообменник) дожигается во втором контуре, смешиваясь с той частью воздуха, которая не поступила в теплообменник.

Однако принципиальная схема по сравнению с RB545 несколько изменилась: добавилась промежуточная петля с жидким гелием – теперь водород охлаждает гелий, а гелий уже отбирает тепло у воздуха и, нагревшись, крутит турбину компрессора и насосов, после чего поступает на повторное охлаждение. Это позволило избежать проблем водородной хрупкости в температурно-напряженном теплообменнике воздухозаборника. Компоновка космического аппарата тоже изменилась: тонкое веретено корпуса оснащено треугольным крылом со слегка искривленными мотогондолами на его концах.

Запарились

История создания SABRE – это прежде всего история разработки и совершенствования теплообменника, поскольку все завязано на его характеристики. Он должен извлечь из воздуха до 400 МВт тепла, при этом иметь минимальный вес, малые габариты, малое гидравлическое сопротивление (чтобы обеспечить заданный расход хладагента без установки тяжелых насосов), работать в условиях громадного перепада температур и давлений, сохранив целостность на протяжении всего жизненного цикла аппарата, и быть технологичным в изготовлении. По словам Алана Бонда, современные промышленные теплообменники такой мощности имеют вес в 30 раз больше, чем допустимо для применения на борту одноступенчатого космического аппарата (18 т против 600 кг, заложенных в конструкцию SABRE). Ответ, как часто бывает, подсказала природа. Жабры рыб имеют разветвленную систему капилляров, в которых более тонкая сеть трубочек вливается в толстые сосуды. Это оказалось именно тем решением, которое позволяет снизить сопротивление току жидкости при достаточной площади теплообмена. Существующие теплообменники, как правило, имеют набор трубок равного диаметра, в новой же конструкции применяются изогнутые тонкостенные трубки диаметром 0,9 мм с толщиной стенок 30 нм из сплава Inсonel 718, которые соединяют основные трубопроводы большего диаметра. Для изготовления применяется пайка, а отверстия в основных трубопроводах прожигаются лазером. Был изготовлен опытный образец теплообменника, который поместили перед установленным на стенде реактивным двигателем Rolls-Royce Viper. Инженеры провели цикл наземных испытаний, в которых модуль прошел 200 рабочих циклов по 5 минут каждый – больше, чем за планируемый жизненный цикл аппарата Skylon.

Схема SKYLON

1. Керамический обтекатель; 2. Носовые стабилизаторы; 3. Бак с жидким кислородом; 4. Бак с жидким водородом; 5. Грузовой отсек; 6. Блок управления; 7. Воздухозаборник; 8. Теплообменник; 9. Двигатель SABRE; 10. Орбитальные маневровые двигатели.

При охлаждении воздуха до –140 °С неизбежно возникает проблема обледенения: весь пар (а при этой температуре уже не только пар, но и углекислый газ), который содержался в окружающем воздухе, превращается в лед. При первом пробном запуске теплообменник за считаные секунды покрылся сплошной коркой льда, который полностью забил все каналы для воздуха. По заявлению Reaction Engines, в настоящее время проблема решена, однако компания избегает даже малейших намеков на то, каким образом это удалось, ссылаясь на коммерческую тайну. Некоторое представление можно получить, посмотрев, как с обледенением справлялись в проекте RB545. Охлаждение потока там проводилось в две стадии: первый теплообменник охлаждал воздух до +10 °С, превращая почти весь пар в туман, а затем впрыск жидкого кислорода моментально снижал температуру потока до –50 °С. Вся оставшаяся влага (перед этим опционально стоял еще влагоуловитель) моментально превращалась в мелкодисперсные кристаллы льда, не намерзая на трубки теплообменника.

Поскольку двигатель обладает высокой термодинамической эффективностью, разработчики использовали простой и легкий осесимметричный воздухозаборник с двухскачковой системой торможения воздушного потока с повышением его давления до 1,3 бара. Альтернативой был вариант с плоским клином сжатия, представленный на эскизах HOTOL. Он обладает большей эффективностью (большее число косых скачков уплотнения минимизирует потери полного давления на входе), однако при изменении числа Маха необходимо регулировать углы наклона множества поверхностей, чтобы все скачки сошлись в одну точку. Эта механизация с шарнирами и приводами тянет за собой дополнительный вес. В осесимметричном двухскачковом воздухозаборнике задача решается только перемещением конуса взад-вперед.

Клин клином

Сопло двигателя тоже высокотехнологичный агрегат, имеющий отличия от классического колокола сопла Лаваля, применяющегося на современных жидкостных реактивных двигателях. Существенной проблемой одноступенчатых аппаратов является изменение давления на срезе сопла: оптимизированное под вакуум сопло не даст той тяги в атмосфере, и наоборот. В результате весь участок разгона сопло будет работать то с недорасширением, то с перерасширением, что приведет к падению удельного импульса. В многоступенчатых аппаратах можно оптимизировать сопло каждой ступени под давление на участке ее работы (оно тоже варьируется, но не в таком широком диапазоне). В одноступенчатых нужно или применять сопло изменяемой геометрии (а это дополнительный вес механизмов и приводов), или мириться с потерей эффективности. Решить эту проблему позволяют двигатели с высотной компенсацией, в которых расширяющийся сверхзвуковой поток газа только с одной стороны ограничен стенкой сопла, с другой же – внешняя среда. К таковым относится клиновоздушный ракетный двигатель (aerospike engine, применялся в американском проекте Х-33) и expansion-deflection nozzle – именно такой тип сопла разрабатывается в рамках научно-исследовательских программ STERN и STRICT для SABRE. Этот тип сопла имеет такой же колокол, как и у сопла Лаваля (правда, короче и другой геометрии), с центральным телом по оси, отклоняющим поток к стенкам колокола (по форме похоже на впускной клапан в цилиндре ДВС). За центральным телом остается не занятая выхлопными газами зона, позволяющая компенсировать влияние давления окружающей среды.

Одни проблемы

И это далеко не все сложности. Перед инженерами Reaction Engines стоит ряд других задач: создание систем охлаждения камеры сгорания (на атмосферном участке полета предлагается охлаждать воздухом, пропущенным через рубашку, вне атмосферы – жидким кислородом), отработка сопел системы орбитального маневрирования, промежуточного теплообменника между водородом и гелием (предлагается использовать керамическую матрицу), турбины для жидкого гелия (тут планируется применять оригинальную систему с рабочими колесами противоположного направления вращения) и решение аэродинамических проблем с конструкцией самого космолета.

Все эти работы выполняются в основном на деньги частных инвесторов с минимальным привлечением бюджетного финансирования. При этом сложность возникающих проблем превышает возможности современного компьютерного моделирования, и многое приходится решать экспериментом на натурных стендах (так, для отработки геометрии сопел планируется запуск суборбитальной ракеты, которая пройдет атмосферный участок с тем же числом Маха на заданной высоте, в планах и создание летательного аппарата для отработки компоновки мотогондолы). Еще недавно Алан Бонд говорил, что первый полет планируется в 2029 году, а сейчас называет уже 2024 год. И это будет самолет, который выведет на круговую орбиту 1300 кг. Успех этих работ может существенно снизить цену вывода груза на орбиту, сделать ближний космос столь же доступным, как Антарктика, а технологии двигателей с предохлаждением можно использовать и на Земле – для воздушных перевозок с гиперзвуковой скоростью.

Декабрь ушедшего года принес свежие новости: наряду с возводимым в Великобритании (Уэсткотт, графство Бакингемшир) испытательным стендом для двигателя SABRE Reaction Engines начала строительство еще одного стенда в США. Работы ведутся на средства гранта, выделенного DARPA. А это значит, что к финансированию подключился Пентагон. На стенде будет испытываться система предохлаждения перспективной силовой установки.

Форсажный двигатель моментально увеличивает скорость истребителей

Ночь. На полосе замерла пара истребителей – ведущий и ведомый. Один позади другого на полсотни метров. Боевые машины готовятся к вылету. Пилот ведущего сосредоточен: он ожидает, что вот-вот поступит команда руководителя полетов… Да! Взлет разрешен, и от ведущего к ведомому по радиоволнам летят слова: «Взлетаем. Форсаж!»

Николай Цыгикало

Последнюю букву в слове «форсаж» ведущий произносит отчетливо. Это знак. Оба летчика одновременно ровным движением переводят ручки управления двигателями до упора вперед, в положение «полный форсаж».

Свист двигателей разрастается в рев и без пауз переходит в надрывный грохот. Из сопел вырастают длинные, почти с сам самолет, струи бело-розового форсажного пламени. Истребители начинают разбег под действием резко выросшей тяги. Большая продольная перегрузка делает рост скорости стремительным. Потому разбег и начинают синхронно, чтобы задний самолет не догнал передний и не отстал от него: здесь решают метры и доли секунды.

Задрав носы и лизнув длинными языками форсажного огня бетонку, пара отрывается от полосы и стремительно поднимается в ночное небо. Грохот удаляется, в небо уходят две звездочки с огненными хвостами. Внезапно они гаснут. Через пару секунд отдаленный грохот резко смолкает. Форсаж выключен. Истребители продолжают набор высоты на максимальном режиме двигателей.

Мгновенное усилие

Форсаж – усиленный режим работы двигателя. Слово происходит от французского forçage – «усиление, принуждение, форсирование». Форсаж дает большое, почти вдвое, увеличение тяги двигателя, уже работающего на максимальном режиме. Много тонн добавочной форсажной тяги, которая позволяет быстро разогнаться при взлете, поддерживать скорость в интенсивных маневрах, развивать сверхзвуковую скорость и догонять цель для атаки.  

В форсажном двигателе между турбиной и реактивным соплом вставлена форсажная камера – большая труба с топливными форсунками спереди. На форсаже в камере сжигаются добавочные килограммы топлива. При их сгорании сильно нагревается газ перед входом в реактивное сопло. Скорость истечения из сопла вырастает вместе с реактивной силой, давая форсажный прирост тяги. При этом количество воздуха, проходящего через двигатель, не изменяется. Не увеличиваются обороты, и так максимальные. Но сильно, в несколько раз, возрастает расход топлива. А потому большинство самолетов способно двигаться в форсажном режиме лишь непродолжительное время. Если этот фактор не учесть, у пилота могут возникнуть большие проблемы.

Все ушло в струю

В нижнетагильском истребительном полку пара самолетов отрабатывала упражнение 108 – перехват крылатой ракеты AGM-28 Hound Dog в стратосфере. Один истребитель изображает цель, другой обнаруживает его в небе и атакует. Оба на сверхзвуке, времени мало; топлива всего три тонны, на форсаже оно горит очень быстро. Летчик нашел цель, зашел в атаку, сблизился, произвел пуск без ракеты. Из атаки вышел правильно, выпустил воздушные тормоза, доложил на командный пункт: «Форсаж убрал». Но на самом деле не убрал, видимо, забыв в горячке атаки. Час ночи. Летчик уже спустился из стратосферы, а форсаж все еще горит. Спустя время пилот докладывает: «Загорелась лампа аварийного остатка топлива». Руководитель полетов в ответ: «Продублируйте выключение форсажа». Только теперь летчик убрал форсаж и доложил второй раз о его выключении. Но топливо уже сгорело. Удаление до полосы сто сорок километров. Начались расчеты «дотянет – не дотянет», запросы текущего остатка топлива. Летчик доложил: «Двигатель встал». РП дал команду катапультироваться. Пилот покинул самолет в десятке километров от полосы. Дежурный вертолет в два часа ночи доставил на базу невредимого летчика. А советские ВВС лишились боевой машины.

Час ночи. Летчик уже спустился из стратосферы, а форсаж все еще горит. Спустя время пилот докладывает: «Загорелась лампа аварийного остатка топлива». Руководитель полетов в ответ: «Продублируйте выключение форсажа». Только теперь летчик убрал форсаж и доложил второй раз о его выключении. Но топливо уже сгорело. Удаление до полосы сто сорок километров.

Мифы о форсаже

Форсаж работает в полном соответствии с законами физики, однако принцип его действия вовсе не очевиден, и зачастую предлагаемые трактовки оказываются ошибочными. Что же там происходит? Поток воздуха в воздухозаборник на форсаже не вырастает. Может быть, дело в том, что добавляется объем новых продуктов сгорания? Посчитаем. При сжигании 1 кг керосина расходуется 2,7 м3 кислорода, возникает 2,6 м3 углекислого газа и водяного пара. Баланс объема отрицательный. Сжигание форсажного керосина слегка сократит объем газов. Расход массы на входе в сопло вырастет за счет керосина лишь на несколько процентов. Двигатель всасывает больше центнера воздуха в секунду. Несколько килограммов форсажного керосина увеличат эту массу незначительно. Почему же так сильно растет скорость форсажной струи?

Ответ напрашивается сам собой: из-за роста давления перед входом в сопло! Сгорание топлива в камере нагревает газ, повышает его давление, из-за чего и возникает форсажный прирост тяги. Однако сколь ни распространено это доступное объяснение, оно в корне неверно. Все движение в авиационном турбореактивном двигателе создает его сердце – газовая турбина. Она вращает компрессор – легкие двигателя, выполняющие огромное, многократное сжатие центнера воздуха в секунду и дающее движение всем другим устройствам. Турбина выполняет колоссальную работу. Для этого ее с большой силой обтекает газ. На каждой ее лопатке он создает силу, слагающую мощность турбины. Течь газ заставляет перепад давлений. Перепад большой, в несколько атмосфер, или в два-три раза. Если разность давлений уменьшить, течение газа сквозь турбину ослабеет. Падение силы на лопатках вызовет потерю мощности. На снижение мощности сразу отзовется компрессор, уменьшит сжатие сотни кубов воздуха в секунду. Воздух сожмется слабее, меньше накачается в двигатель. Давление газа перед турбиной снизится. Так от компрессора отразится и придет к передней стороне турбины волна обвального падения мощности. Ослабеет сжатие в камерах сгорания перед турбиной. После неустойчивого горения они погаснут. Двигатель встанет.

Механика с гидравликой

К такому сценарию приведет снижение перепада давлений. Турбина выходит своим газодинамическим тылом прямо в форсажную камеру. Даже небольшое повышение давления в камере сразу подступит к лопаткам турбины. Перепад ослабнет, мощность турбины снизится.

Чтобы давление за турбиной не нарастало, применяется хитрая механика. Сброс добавочного температурного расширения газа достигается за счет расширения самой узкой проточной части сопла. Эта сужающаяся часть образована литыми подвижными трапециевидными створками. На двигателе Ал-31Ф от Су-27 таких створок 16. Похожие 16 створок образуют и расширяющуюся часть сопла. Створки меняют и критический диаметр сопла, и диаметр выходного среза. Управляют створками 16 гидроцилиндров, рабочим телом в которых служит топливо. При переходе на форсажный режим критическое сечение сопла расширяется и одновременно увеличивается выходное сечение. В расширение «сливается» начинающийся рост давления от форсажного нагрева. 

Чтобы при розжиге форсажа не возникало случайных повышений давления в форсажной камере, сопло расширяется не синхронно с ростом форсажного горения, а заранее. Створки раскрываются с опережением форсажа. Создается ситуация, когда сопло расширилось, а форсаж еще не разгорелся. И тогда происходит классический провал тяги. Ведь в расширившееся сопло «сливается» обычное давление, пока без форсажа. На форсаже давление за пару секунд восстанавливается до прежнего, при раскрытых створках сопла.

В итоге давление в форсажной камере двигателя Ал-31Ф на форсаже не только не вырастает, но даже незначительно падает, на 0,1–0,2 атм. Перепад давления на турбине практически не меняется, и компрессор продолжает сжимать и закачивать в двигатель центнер воздуха в секунду, столь необходимого для горения топлива.

Откуда же возникает форсажный прирост тяги? Сопло – тепловой двигатель, который совершает работу, разгоняя газ с запасом энергии. Потенциальную энергию тепла и упругого сжатия газа сопло трансформирует в кинетическую энергию истекающей струи и силу тяги. В скорость истечения преобразуются и сжатие, и нагрев газа. Прибавка энергии любому из них приводит к увеличению скорости. Если добавить газу теплоты, сохраняя давление, скорость струи вырастет. Вырастет тяга и с ростом давления при неизменной температуре. В едином процессе сопло преобразует добавку любой из двух форм энергии. Поэтому нагрев газа перед соплом приводит к росту скорости струи и тяги. Так и возникает форсаж. Можно сказать, что форсажная камера – это большая керосиновая духовка. Она усиливает жар, раскаляя поток перед соплом до тысячи семисот градусов. В этом весь ее смысл. Сопло, как шляпа волшебника, прямым действием превращает жар в добавочную силу.

Остается взглянуть на форсажную струю. Цвет ее зависит от полноты сгорания. Голубой, белый, розоватый, желтый… Пыль в воздухе может менять оттенки огня. Сверхзвуковая струя, покидая сопло, тормозится до дозвуковой скорости. В струе возникает ряд сверхзвуковых скачков уплотнения. Они стоят друг за другом светлыми пятнами, делая струю визуально полосатой. С удалением от сопла пятен больше: струя тормозится, скачки сближаются, пока не исчезают. Как позже и сама струя, с грохотом уносящая самолет и затихающая в небе.

Как работают авиационные двигатели?

Назад к ресурсам

Современные самолеты приводятся в движение газотурбинными двигателями, которые пропускают воздух через ряд стадий, где он сжимается, воспламеняется и выбрасывается. Этот процесс создает выхлоп высокого давления, который используется для приведения в движение вращающихся частей двигателя и создания тяги.

Опубликовано: 30 августа 2017 г.
Автор: ehoffman

Работает на воздухе

Airbus A380 — самый большой в мире пассажирский самолет

Для взлета и полета самолетам требуется огромная мощность двигателя. Полностью загруженный Airbus A380 — самый большой пассажирский самолет в эксплуатации — может весить более 500 тонн на взлете, для чего требуется четыре массивных двигателя, обеспечивающих 300 000 фунтов тяги.
Двигатели должны разгонять самолет достаточно быстро, чтобы создать достаточную подъемную силу для преодоления силы тяжести. Но в отличие от наземных транспортных средств, которые толкают землю с помощью приводных колес, самолеты создают тягу с помощью винтов или двигателей, которые толкают воздух.
Газотурбинные двигатели заполнены аэродинамическими профилями или «лопастями» различных размеров, прикрепленными к вращающейся оси. Лопасти перемещают воздух через различные ступени двигателя, сжимая и расширяя газ, создавая тягу, которая толкает самолет вперед.

Как выглядит газотурбинный двигатель?

Ниже приведена схема типичного газотурбинного двигателя. Воздухозаборник слева часто сопровождается большим вентилятором для увеличения всасывания. Затем воздух сжимается до меньшего объема перед тем, как смешаться с топливом в камере сгорания. Смесь воспламеняется искрой или пламенем, и горячий газ проходит через турбину, которая вращается для питания компрессора и вентилятора. Затем выхлоп высокого давления выходит из задней части двигателя, создавая тягу и толкая самолет вперед. Ступени газовой турбины более подробно описаны ниже.

Схема газотурбинного двигателя

Ступени газотурбинного реактивного двигателя

Большой впускной вентилятор

Вентилятор:  Вентилятор расположен в передней части двигателя и является основным воздухозаборником. Большие вращающиеся лопасти всасывают огромное количество воздуха, ускоряя газ и разделяя его на два отдельных потока. Часть воздуха направляется в заднюю часть двигателя для создания тяги, а остальная часть направляется в ядро ​​​​двигателя, где поступает на следующую ступень.
Компрессор:  Компрессор сжимает воздух, всасываемый лопастями вентилятора, сжимая его до меньшего объема и повышая давление. Секция компрессора имеет несколько рядов лопастей, которые нагнетают воздух во все более мелкие каналы. Сжатие воздуха увеличивает потенциальную энергию и концентрирует молекулы кислорода для более эффективного сгорания на следующем этапе.
Камера сгорания:  Камера сгорания подает топливо в сжатый воздух и воспламеняет смесь, создавая расширяющийся газ под высоким давлением. Это самая горячая часть двигателя, где энергия высвобождается при сгорании топлива, а температура может достигать 2000 градусов по Фаренгейту. Камера сгорания снабжена форсунками для впрыска топлива и воспламенителем, чтобы вызвать реакцию. После воспламенения постоянный поток топлива обеспечивает поддержание горения, а расширяющийся газ направляется вниз по потоку в секцию турбины.

Этот вид внутри реактивного двигателя показывает секции компрессора, камеры сгорания и турбины.

Турбина: Секция турбины представляет собой еще один набор вращающихся лопастей, которые приводятся в движение воздухом под высоким давлением, выходящим из камеры сгорания. Лопасти турбины ловят быстрый воздушный поток и вращаются, приводя в движение вращающийся вал, который вращает вентилятор и компрессор в передней части двигателя. Турбина по существу питает остальную часть двигателя, используя энергию камеры сгорания для поддержания постоянного впуска и сжатия воздуха. Воздух, проходящий через турбину, теряет энергию на вращающиеся лопасти, но то, что остается, перемещается в последнюю ступень выхлопа двигателя, где он выбрасывается для создания тяги.

Истребитель с форсажной камерой

Сопло: Сопло представляет собой конусообразный канал в задней части двигателя. Здесь воздушный поток от ядра двигателя и перепускаемый воздух из секции вентилятора выбрасываются для создания тяги. Сопло двигателя обычно сужается для ускорения выходящего газа, а воздух, выходящий из сопла, воздействует на двигатель, толкая самолет вперед.
В некоторых двигателях используется форсажная камера для создания дополнительной тяги. Форсажная камера впрыскивает больше топлива и воспламеняет смесь после того, как она прошла через турбину. Этот процесс значительно увеличивает скорость воздуха, выходящего из сопла, но потребляет избыточное топливо и используется только в течение коротких периодов времени на специализированных военных самолетах.

Как работает реактивный двигатель – Резюме видео

Вот забавное видео, созданное CFM International, в котором анимированные частицы воздуха прослеживаются на каждой ступени турбовентиляторного двигателя с большой степенью двухконтурности.

Улучшение аэродинамического профиля

Один реактивный двигатель может иметь сотни лопастей в секциях вентилятора, компрессора и турбины. Эти лопасти различаются по размеру, форме и составу материала, но все они выполняют важные функции в работе двигателя. Учитывая экстремальные силы и температуры, присутствующие в газотурбинном двигателе, методы улучшения качества металла, такие как лазерная наплавка, жизненно важны для безопасности и производительности двигателя и его компонентов.

Лопасти вентилятора бомбардировщика B-1 обработаны лазером для обеспечения устойчивости к ППП

Устойчивость к ППП: Повреждение посторонними предметами (ППП) представляет серьезную опасность для авиационных двигателей. Мощное всасывание, создаваемое вентилятором и компрессором, может затягивать твердые предметы, такие как куски льда или обломки взлетно-посадочной полосы, потенциально повреждая компоненты двигателя. Лазерная наплавка обеспечивает непревзойденную устойчивость к FOD и, как было показано, значительно предотвращает растрескивание и разрушение, связанные с FOD, в титановых лопастях вентилятора. Лазерная наплавка применялась более 20 лет для защиты важнейших компонентов двигателя бомбардировщика B-1.
Предотвращение усталостного растрескивания: Усталостное растрескивание является еще одной серьезной опасностью для лопаток авиационных двигателей. Поскольку компоненты вращаются с высокой скоростью, каждое лезвие испытывает растягивающее напряжение, которое повторяется в течение миллионов циклов. Если в металле развивается трещина, даже в микроскопическом масштабе, повторяющееся нагружение каждого цикла может постепенно расширять трещину, пока она не станет настолько большой, что лезвие сломается. Лазерная наплавка часто применяется к лопастям вентиляторов, компрессоров и турбин в местах, подверженных растрескиванию и усталости. Глубокие сжимающие остаточные напряжения, создаваемые лазерной наклепом, препятствуют зарождению и распространению трещин, продлевая срок службы лопаток и предотвращая неожиданные поломки.
На следующей неделе мы обсудим различные типы авиационных двигателей: от турбовентиляторных и турбовинтовых до прямоточных и ГПВРД.
Подпишитесь на нас в LinkedIn, чтобы не пропустить ни одной статьи или блога.
Свяжитесь с LSPT, чтобы узнать больше о лазерной обработке компонентов газотурбинного двигателя.

Назад к ресурсам

Хотите увидеть больше?

Расскажите нам о своем применении, материале или механизме отказа, и один из наших экспертов свяжется с вами. Наша обширная библиотека исследований и многолетний опыт дают нам уникальное преимущество в применении анализа конечных элементов, чтобы помочь диагностировать наилучшее приложение для вашей ситуации.

Контактная форма

Поршневые двигатели

Поршень

Двигатели

Содержание

Связанный

Ссылки

Узнайте, как работают поршневые двигатели

Знание некоторых общих принципов работы двигателя

эксплуатация помогает пилотам эффективно управлять двигателями,

продлевает срок службы силовой установки и

помогает избежать отказов двигателя.

Основные принципы работы поршневых двигателей

Наиболее распространены поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением.

силовые установки на самолетах авиации общего назначения. Эти

двигатели практически идентичны автомобильным двигателям,

за тремя важными исключениями:

  1. Большинство авиационных двигателей имеют воздушное охлаждение. Этот

    подход экономит вес радиатора и охлаждающей жидкости

    и добавляет меру безопасности. Потеря охлаждающей жидкости или

    выход из строя системы охлаждения двигателя с жидкостным охлаждением

    двигатель быстро приводит к полному отказу двигателя.

  2. Авиационные двигатели имеют двойную систему зажигания, с

    энергия для создания искры, генерируемой магнето.

    Магнето, вращаемое коленчатым валом, не зависит

    на авиабатарейке. Каждый цилиндр также имеет два

    Свечи зажигания. Если один штекер или магнето выходит из строя, другой

    обеспечивает искру для сжигания топлива.

  3. Поскольку авиационный двигатель работает в течение

    широкий диапазон высот, регуляторы мощности включают

    ручное управление смесью, которое пилот использует для

    поддерживать правильное соотношение воздух/топливо, так как самолет

    поднимается и опускается.

Четырехтактный цикл

Типичный поршневой двигатель работает по

четырехтактный цикл.

Впуск: Поршень движется вниз в

цилиндр, всасывающий воздух и топливо через открытый

впускной клапан.

Компрессия: Клапаны впускные и выпускные в

цилиндр закрывается и поршень движется вверх в

цилиндр, сжимающий топливно-воздушную смесь.

Мощность: Когда поршень приближается к верхней части

цилиндра на такте сжатия, разрыв

электричество от системы зажигания генерирует искру

в свечах зажигания. Искры воспламеняют воздух/топливо

смесь, которая быстро расширяется при горении. Сила

этого расширения толкает поршень обратно вниз в

цилиндр. При движении поршня вниз он поворачивает

коленчатый вал, который вращает гребной винт.

Выхлоп: Когда поршень достигает дна

цилиндра открывается выпускной клапан. поршень

затем возвращается в цилиндр, выталкивая сгоревший

топливно-воздушной смеси из цилиндра.

Каждый цилиндр выполняет эти четыре такта за

оборот, следя за тем, чтобы хотя бы один поршень всегда

производящая мощность.

Карбюраторы и топливные форсунки

Большинство поршневых двигателей, используемых в самолетах, имеют

карбюратор или система впрыска топлива для подачи топлива и

воздуха в цилиндры. Карбюратор смешивает топливо и воздух

до того, как он попадет в цилиндры. Карбюраторы распространены

на меньших двигателях, потому что они относительно

недорогой. Большие двигатели обычно имеют впрыск топлива.

системы, которые впрыскивают топливо прямо в цилиндры,

где он смешивается с воздухом во время всасывания

Инсульт.

Системы зажигания

Система зажигания обеспечивает искру для воспламенения

воздушно-топливной смеси в цилиндрах поршневого двигателя.

Большинство современных авиационных двигателей используют магнето для генерации

Искра. Хотя и не такой изощренный, как

электронные системы зажигания, применяемые в новейших автомобилях,

Магнето полезны в самолетах, потому что:

  • Они производят более горячую искру при высоких оборотах двигателя.

    чем аккумуляторная система, используемая в автомобилях.

  • Они не зависят от внешнего источника

    энергии, такой как батарея, генератор или

    генератор.

Начало работы

Магнето вырабатывают электричество при вращении. Итак, чтобы

запустить двигатель, пилот должен включить

аккумуляторный стартер, который вращает коленчатый вал.

После того, как магнето начинают вращаться, они подают

искра на каждый цилиндр для воспламенения воздушно-топливной смеси

и система запуска отключена. Батарея нет

больше не принимает участия в работе двигателя. Если

выключатель батареи (или главный) выключен,

двигатель продолжает работать.

Двойное зажигание

Большинство авиационных двигателей оснащены двойным зажиганием.

система — два магнето, питающих электричеством

тока на две свечи зажигания на каждый цилиндр. Один

система магнето подает ток на один набор

заглушки; вторая система подает ток на

другой комплект заглушек. Вот почему зажигание включено

Cessna Skyhawk SP Model 172 (отмечен как

MAGNETO на некоторых самолетах) имеет пять позиций:

ВЫКЛ , л ( слева ), р

( справа ), ОБА , и СТАРТ . С

переключатель в положении L или R , только один

магнето подает ток и только один комплект искры

пробки загораются. С выключателем ОБА

положение, оба магнето подают ток и оба набора

свечи горят.

Преимущества двойного зажигания

Самолеты имеют двойную систему зажигания для безопасности и

эффективность.

  • При выходе из строя одной магнето двигатель может

    работайте в другой системе, пока не сможете сделать безопасный

    посадка.

  • Две свечи зажигания улучшают горение и сгорание

    смесь, обеспечивающая улучшенные характеристики.

Управление системой зажигания

Вы должны повернуть ключ зажигания в положение ОБА

после запуска двигателя и оставить на ОБА

во время полета. Выключите его OFF после выключения

двигатель. Если оставить зажигание включенным

ОБА (или L или R ), двигатель может

возгорание, если винт перемещается снаружи

самолете, даже если главный выключатель

выключенный.

Проверка перед взлетом

Чтобы убедиться, что обе системы зажигания работают

должным образом, проверьте каждую систему во время запуска двигателя

перед взлетом. Обычная процедура заключается в установке

мощность около 1700 об/мин. Поверните ключ зажигания из

ОБА до R , затем обратно к ОБА , затем

до L , а потом обратно до ОБЕ . Вам следует

наблюдайте небольшое падение оборотов каждый раз, когда вы переключаетесь с

ОБА или R или L . Если оба

магнето работают нормально, капля должна быть

не более 75 об/мин.

Выключение двигателя

Вы не должны останавливать поршневой двигатель, поворачивая

замок зажигания на ВЫКЛ . Вместо этого переместите

регулятор смеси в положение отсечки холостого хода для выключения

подача топлива в цилиндры. После двигателя

останавливается, поверните ключ зажигания в положение OFF . Этот

процедура гарантирует, что топливо не останется в цилиндрах

и что двигатель не запустится случайно, если кто-то

поворачивает винт или если нагар откладывается внутри

цилиндры создают горячие точки, которые воспламеняют остаточные

топливо.

Органы управления поршневым двигателем

Большинство современных поршневых двигателей имеют два или три основных

контролирует.

  • A дроссельная заслонка , управление, которое имеет больше всего

    прямое влияние на мощность.

  • Управление воздушным винтом (если самолет

    оснащен винтом постоянной скорости) для регулировки

    скорость вращения винта, измеренная в

    оборотов в минуту (об/мин).

  • Регулятор смеси для регулировки соотношения воздух/топливо

    смеси при наборе высоты и снижении самолета.

Карбюраторные двигатели также имеют подогрев карбюратора для

предотвращения образования или таяния льда в карбюраторе.

Двигатели мощностью около 200 лошадиных сил и более обычно имеют

закрылки капота, чтобы позволить пилоту регулировать количество

охлаждающий воздух, обтекающий двигатель. Открытие

заслонки капота особенно важно во время большой мощности

операций, таких как взлет и продолжительное

поднимается.

Воздушные винты

Поршневые двигатели обычно подключаются к

винт фиксированного шага или винт постоянной скорости.

Гребные винты фиксированного шага крепятся болтами непосредственно к

коленчатый вал двигателя и поэтому всегда поворачивайте

с той же скоростью, что и двигатель. Винт с фиксированным шагом

что-то вроде коробки передач только с одной передачей. Этот

конфигурация компенсирует свою неэффективность за счет

будучи очень простым в эксплуатации. Единственный датчик, который вы

нужно следить за тахометром.

Винт постоянной скорости имеет регулятор

который регулирует угол лопастей, чтобы поддерживать

выбранных вами оборотов. Этот тип пропеллера делает гораздо больше

эффективное использование мощности двигателя. На малой скорости, когда

требуется максимальная мощность (как при взлете), вы

выберите максимальные обороты или «полное увеличение» с помощью

управление винтом, а лопасти винта соответствуют

воздуха под небольшим углом. Во время круиза вы регулируете обороты

на более низкую настройку, и лезвия кусают больше

воздуха при уменьшении скорости.

Управление мощностью

С винтом фиксированного шага управление мощностью

просто. Нажмите на дроссельную заслонку, и обороты (и мощность)

увеличивается. Вытяните дроссельную заслонку, и обороты уменьшатся. Быть

известно, однако, что с увеличением воздушной скорости число оборотов в минуту стремится

тоже подползти. Внимательно следите за тахометром

при спусках на высокой скорости убедиться, что обороты

остается в пределах.

Винт с постоянной скоростью вращения делает управление мощностью

немного сложнее. Вы должны следить за коллектором

манометр, управляемый дроссельной заслонкой, и

тахометр, показывающий обороты винта. Вы корректируете

об/мин с управлением пропеллером.

При установке мощности с винтом постоянной скорости,

запомнить эти основные правила, чтобы не перенапрягать

двигатель:

Для увеличения мощности

  1. Увеличение числа оборотов за счет опережения гребного винта

    контроль.

  2. Увеличьте давление в коллекторе с помощью

    дроссель.

Для уменьшения мощности

  1. Уменьшите давление в коллекторе с помощью

    дроссель.

  2. Уменьшить обороты с помощью гребного винта

    контроль.

Двигатели с карбюраторами

Многие авиационные поршневые двигатели используют карбюраторы для

смешивание воздуха и топлива для создания горючей смеси

что горит в цилиндрах.

Как работает карбюратор

Наружный воздух проходит через воздушный фильтр, затем в

карбюратор. Воздух проходит через трубку Вентури,

узкое горло в карбюраторе. Воздух ускоряется в

трубку Вентури и давление в ней падает в соответствии с

Принцип Бернулли. Частичный вакуум нагнетает топливо

втекать через струю в воздушный поток, где он смешивается

с набегающим воздухом. Затем воздушно-топливная смесь течет

во впускной коллектор, который направляет его к каждому

цилиндр.

Правильное соотношение

Карбюратор смешивает воздух и топливо по весу. Поршень

двигатели обычно развивают максимальную мощность, когда

смесь воздух/топливо составляет около 15:1.Карбюраторы

откалиброван при давлении на уровне моря для измерения правильного

количество топлива при контроле смеси в полном объеме

богатое положение. С увеличением высоты плотность воздуха

уменьшается. Чтобы компенсировать эту разницу, пилот

использует регулятор смеси для регулировки воздушно-топливной смеси

попадание в камеру сгорания.

Для контроля количества топлива, смешиваемого с

воздуха, в большинстве карбюраторов используется поплавок в топливной камере. А

игла, прикрепленная к поплавку, открывает и закрывает

отверстие в топливопроводе, дозирование правильного количества

топлива в карбюратор. Положение поплавка,

контролируется уровнем топлива в поплавковой камере,

определяет, когда клапан открывается и закрывается.

Running Rich

Слишком богатая топливно-воздушная смесь, т.е.

он содержит слишком много топлива — вызывает чрезмерное количество топлива

расход, неровная работа двигателя и потеря мощности.

Работа двигателя на слишком богатой смеси также приводит к охлаждению двигателя.

что приводит к снижению температуры горения ниже нормы.

камеры, что приводит к загрязнению свечей зажигания, среди

другие проблемы.

Работа на обедненной смеси

Работа со слишком бедной смесью — слишком мало

топлива на нынешний вес воздуха — получается

неровная работа двигателя, детонация, перегрев и

потеря мощности.

Карбюратор Ice

Испарение топлива и расширение воздуха в

карбюратор вызывает резкое охлаждение воздуха/топлива

смесь. Температура может упасть до 60 F (15

в) за долю секунды. Это охлаждение вызывает

водяной пар в воздухе конденсируется, и если

температура в карбюраторе достигает 32 градусов по Фаренгейту (0

в) вода замерзает в каналах карбюратора.

Даже незначительное накопление этого депозита может ограничить

поступление воздуха в карбюратор, снижение мощности.

Обледенение карбюратора также может привести к полной поломке двигателя.

неисправности, особенно когда дроссельная заслонка частично или

полностью закрыт.

Условия обледенения

В сухие дни или когда температура значительно ниже

мороза, влага в воздухе обычно не

привести к обледенению карбюратора. Но если температура между

20 F (-7 C) и 70 F (21 C), с видимой влажностью или

высокая влажность, пилот должен постоянно находиться на

оповещение об обледенении карбюратора.

Признаки обледенения карбюратора

Для самолетов с винтами фиксированного шага первый

Признаком обледенения карбюратора является падение оборотов на

тахометр. Для самолетов с регулируемым шагом

(постоянной скорости) пропеллеры, первое указание

обычно падение давления в коллекторе. В обоих случаях

двигатель может начать работать неровно. В самолетах с

гребные винты с постоянной скоростью вращения, число оборотов в минуту остается постоянным.

Оттаивание

Для предотвращения образования льда в карбюраторе и для

устранить образующийся лед, карбюраторы оснащены

обогреватели. Подогреватель карбюратора предварительно нагревает воздух перед

доходит до карбюратора. Этот предварительный нагрев растапливает лед или

снег, попадая в водозабор, растапливает лед, образующийся в

проходы карбюратора (при условии, что скопление не

слишком большой) и удерживает воздушно-топливную смесь выше

замораживание для предотвращения образования льда в карбюраторе.

Использование обогрева карбюратора

При полете в условиях, благоприятных для карбюратора

обледенения, следите за приборами двигателя, чтобы следить за

признаки образования льда. Если вы подозреваете, что

обледенение карбюратора, включить полный обогрев карбюратора

немедленно. Оставьте его включенным до тех пор, пока не убедитесь, что

весь лед снят. Применение частичного нагрева или

оставлять тепло на слишком короткое время может усугубить

ситуация.

При первом включении подогрева карбюратора ожидайте падения

в об/мин на самолетах с фиксированным шагом

пропеллеры; в самолетах с постоянной скоростью

гребные винты, ожидайте падения давления в коллекторе. Если нет

наличие льда в карбюраторе, обороты или давление во впускном коллекторе

останется ниже нормы, пока карбюратор не нагреется.

выключен. Если на карбюраторе присутствует лед, ожидайте

повышение оборотов или давления в коллекторе после первоначального падения

(часто сопровождается периодическими неровностями двигателя).

Когда вы отключаете обогрев карбюратора, обороты или коллектор

давление поднимается выше значения до подачи тепла.

Двигатель также должен работать более плавно после гололеда.

растаял.

В крайних случаях обледенения карбюратора, после обледенения

был удален, вам может потребоваться применить достаточно

обогрев карбюратора для предотвращения дальнейшего образования льда.

Нагрев карбюратора как мера предосторожности

особенно когда готовишься к посадке двигатель остывает

быстро и испарение топлива менее полное

чем если двигатель прогрет. Если вы подозреваете карбюратор

обледенения, включите полный обогрев карбюратора перед

закрыть дроссельную заслонку и оставить обогрев включенным.

Повышенная мощность

Использование тепла карбюратора снижает мощность

двигатель и увеличить работу двигателя

температура. Поэтому не используйте обогрев карбюратора, когда

нужна полная мощность (как при взлете) или во время

нормальную работу двигателя, за исключением проверки

наличие или удаление льда из карбюратора.

Двигатели с впрыском топлива

Поршневые двигатели мощностью более 200 л.с.

часто используют систему впрыска топлива, а не

карбюратор.

Система впрыска топлива впрыскивает топливо прямо в

цилиндров или непосредственно перед впускным клапаном.

затем топливо смешивается с воздухом в цилиндрах. Потому что это

тип системы требует насосов высокого давления,

блок управления воздухом/топливом, распределитель топлива и

нагнетательные форсунки для каждого цилиндра, это вообще

дороже карбюратора.

Как и в случае двигателя с карбюратором,

пилот контролирует подачу топлива, регулируя

контроль смеси.

Преимущества впрыска топлива

Впрыск топлива имеет ряд преимуществ перед

карбюраторная топливная система, которые компенсируют его

большая стоимость и сложность.

  • Отсутствие возможности обледенения карбюратора (хотя удар

    лед может блокировать воздухозаборники).

  • Улучшенный поток топлива.
  • Более быстрый отклик дроссельной заслонки.
  • Точный контроль смеси.
  • Лучшее распределение топлива.
  • Более легкий запуск в холодную погоду.

Недостатки впрыска топлива

Впрыск топлива имеет некоторые недостатки,

самое важное из них:

  • Проблемы с запуском горячего двигателя.
  • Паровые пробки при наземных работах на горячих

    дней.

  • Проблемы с повторным запуском двигателя, который останавливается после

    результат топливного голодания.

— Топ —

Как работает ваш двигатель

Джеймс Уильямс

Источник: Брифинг по безопасности FAA, январь/февраль 2020 г.

Двигатель самолета ближе всего к сердцу. Двигатель обеспечивает энергию, которая не только приводит в движение самолет, но и приводит в действие все остальные системы. Двигатель вращает генератор, который обеспечивает электричество. Он управляет различными насосами, питающими такие системы, как гидравлика, нагнетание давления и т. д.

Для большинства из нас, работающих в авиации общего назначения, двигатель означает двигатель внутреннего сгорания. В частности, это означает поршневой двигатель, термин, который просто обозначает возвратно-поступательное движение поршней. Задача двигателя — преобразовать потенциальную энергию, хранящуюся в топливе, в механическую энергию, приводящую в движение ваш самолет, с помощью воздуха.

Базовая анатомия

Двигатель состоит из нескольких основных компонентов. Во-первых, это цилиндр, где происходит сгорание. Далее идет поршень, который вставляется внутрь цилиндра снизу и обеспечивает сжатие и поглощение энергии сгорания. Поддерживает поршень шатун, который передает энергию вниз к коленчатому валу, передавая ее из двигателя, обычно к гребному винту.

Как следует из названия, головка блока цилиндров расположена сверху цилиндра и содержит важные компоненты, такие как клапаны и свечи зажигания. Клапаны открываются, чтобы впустить топливно-воздушную смесь в цилиндр (впускной клапан) и выпустить сгоревшие газы (выпускной клапан). Свеча зажигания воспламеняет сжатое топливо и воздух, преобразуя эту химическую энергию в механическую энергию, которая вращает коленчатый вал и гребной винт. Теперь, когда мы знаем основы, давайте посмотрим, как эти части работают вместе.

И раз, два, три, четыре, повтор!

Авиационные двигатели, за некоторыми исключениями, представляют собой четырехтактные двигатели с четырьмя отдельными фазами: впуск, сжатие, мощность и выпуск. Во время такта впуска поршень опускается из верхней части цилиндра, а впускной клапан открывается, чтобы впустить топливно-воздушную смесь. Такт сжатия начинается, когда впускной клапан закрывается и поршень начинает подниматься к верхней части цилиндра. Рабочий ход начинается, когда свеча зажигания воспламеняет сжатую топливно-воздушную смесь, вызывая сгорание, которое с силой толкает поршень вниз. Такт выпуска начинается, когда поршень достигает нижней мертвой точки и снова начинает подниматься, чтобы вытолкнуть сгоревшие газы через открытый выпускной клапан. Потом начинаем все заново. Хотя мы разбиваем процесс на отдельные этапы, реальность такова, что это скорее непрерывный процесс.

Опорный гипс

Охлаждение двигателя — одна из систем, которая помогает вашему двигателю работать. Двигатели внутреннего сгорания превращают большую часть энергии сгорания в отработанное тепло. В то время как большая часть этого выбрасывается через выхлопные газы, остается значительное количество тепла. Наши двигатели обычно имеют воздушное охлаждение, поэтому логика подсказывает, что чем больше воздуха, тем лучше охлаждение. Следовательно, гондола содержит воздуховоды и перегородки, которые направляют воздушный поток равномерно по охлаждающим поверхностям двигателя, тем самым поддерживая сбалансированную рабочую температуру двигателя. Если эти перегородки сняты или повреждены, чрезмерное накопление тепла в части двигателя может привести к дополнительному износу и, возможно, выходу из строя.

Помимо охлаждения двигателю нужен воздух и топливо. Впускной коллектор направляет смесь в цилиндр, а топливо добавляется через карбюратор или топливные форсунки. Карбюратор остается наиболее распространенным решением. Карбюраторы — это более старая технология, но они имеют то преимущество, что они являются хорошо проверенными, менее сложными и очень надежными решениями.

Впрыск топлива обеспечивает больший контроль и большую эффективность, но является более сложным. У карбюраторов есть один явный недостаток: обледенение карбюратора может задушить двигатель. Углеводное тепло — простое решение этой конкретной проблемы, но вам нужно активировать его.

Затем идет выхлопная система, которая выводит отработавшие газы и тепло из цилиндра. Выхлопная система безопасно выводит горячие газы сгорания из моторного отсека в глушитель. Несмотря на свое скромное описание, выхлопная система абсолютно важна для безопасности.

Одним из способов увеличения мощности двигателя является увеличение количества воздуха и топлива в цилиндре во время сгорания. Это можно сделать с помощью принудительной индукции, чаще называемой турбонаддувом или наддувом. Турбонаддув более распространен в современных самолетах АОН, но оба метода, по сути, делают одно и то же. Они сжимают всасываемый воздух, чтобы нагнетать в двигатель больше воздуха и топлива, чем позволяют нормальные атмосферные условия. Разница в том, что турбонаддув использует выхлопные газы двигателя для питания компрессора, а нагнетатель использует выходную мощность двигателя.

Здоровье сердца

Теперь, когда мы знаем, как работает двигатель самолета, давайте посмотрим, как это «сердце» может столкнуться с проблемами. Во время предполетной подготовки важно проверить наличие утечек или повреждений топливных или маслопроводов. Визуально проверьте соединения в максимально возможной степени; незакрепленные провода или линии могут натереться и быстро превратить незначительную проблему в серьезную аварийную ситуацию.

Никогда не забывайте проверять масло, которое является источником жизненной силы двигателя. Он помогает передавать тепло от горячих частей двигателя к областям, где его можно безопасно рассеять. Что еще более важно, оно смазывает двигатель, чтобы он мог эффективно работать. Масляное голодание, будь то из-за утечки, возгорания или просто поломки, является одной из частых причин «сердечных» событий в самолетах. Также имейте в виду, что масло со временем разлагается, становясь менее эффективным в своей работе. Независимо от причины, недостаточная смазка может привести к серьезным повреждениям. Контроль не только количества масла, но и его состояния во время предполетной подготовки имеет решающее значение.

Современная авионика и системы слежения за двигателем сделали обнаружение проблем более упреждающим процессом. Анализ данных может позволить вмешаться до возникновения чрезвычайной ситуации. В сочетании с лучшим пониманием работы двигателя и тщательной предполетной проверкой они могут стать большой положительной силой. Всегда лучше искать проблему в данных, а не в воздухе.

Узнать больше

Справочник пилота по авиационным знаниям — Глава 7 bit.ly/354k5ex

Джеймс Уильямс — заместитель редактора FAA Safety Briefing и фоторедактор. Он также является пилотом и наземным инструктором.

Как запускается двигатель самолета?

Boldmethod

Вы завершили предполетную подготовку и пришло время «нажать на шины и зажечь огни ». Но как ваш двигатель заставляет ваш винт вращаться?

Компоненты

Чтобы понять процесс тонкой настройки системы зажигания вашего самолета, вам необходимо знать основные детали.

  • Аккумулятор
  • Маховик
  • Магнето
  • Свечи зажигания

Аккумулятор обеспечивает питание стартера, маховик крепится к гребному винту, а набор магнето крепится к дополнительному корпусу двигателя, а две свечи зажигания устанавливаются внутри каждого цилиндра.

Обзор

Чтобы запустить двигатель, выполните следующие действия:

  • Заправьте двигатель путем подачи топлива во впускной коллектор
  • Запустить вращение коленчатого вала (который раскручивает гребной винт), через стартер
  • Магнето начинают вращаться, подавая ток на свечи зажигания
  • При вращении коленчатого вала поршни перемещаются вверх и вниз. Затем внезапно… *бах*… свечи зажигания воспламеняют топливо в цилиндрах, запуская процесс сгорания

Николас Шелтон

Когда двигатель запущен, вы нажимаете ключи в ОБА стопора, и вы готовы двигаться.

Некоторые основы работы двигателя

Теперь, когда у вас есть общее представление о компонентах и ​​о том, как они вписываются в последовательность запуска, давайте углубимся.

Как ваш двигатель вырабатывает мощность? В большинстве поршневых самолетов используются четырехтактные двигатели, а это означает, что движение вашего двигателя можно разбить на четыре фазы: впуск, сжатие, мощность и выпуск.

Как работают магнето

Магнето работают по принципу электромагнитной индукции . Электромагнитная индукция — это принцип, согласно которому, если вы вращаете постоянный магнит внутри катушки с проволокой, вы генерируете ток. Этот ток проходит к свечам зажигания, где они используются для воспламенения топливно-воздушной смеси в ваших цилиндрах.

Вы можете управлять работой магнето с помощью замка зажигания. Большинство самолетов имеют как ЛЕВОЕ, так и ПРАВОЕ магнето, почему?

Короткий ответ — избыточность. Если один из ваших магазинов перестанет стрелять, другой продолжит работу вашего двигателя. Наличие двух отдельных магнето также помогает добиться более равномерного сгорания, повышая выходную мощность. Вот почему, когда вы делаете разбег и проверяете магазины, вы заметите небольшое падение оборотов между ОБЕИМ и ЛЕВЫМ/ПРАВЫМ фиксаторами.

Так что же на самом деле происходит, когда вы щелкаете ключом зажигания в ЛЕВОЕ и ПРАВОЕ положение? По сути, вы отключаете один из двух ваших магазинов, заземляя его.

Еще одной важной конструктивной особенностью системы зажигания от магнето является то, что она не зависит от электрической системы вашего самолета. Пока двигатель вращается и они не заземлены, они будут обеспечивать ток. Вот почему, если ваша электрическая система выходит из строя, ваш двигатель не просто останавливается.

Стартер

Стартер разряжается от аккумуляторной батареи. Его цель состоит в том, чтобы вращать маховик, прикрепленный к пропеллеру, чтобы ваши поршни двигались. Это достигается за счет небольшой шестерни, которая выходит из стартера и контактирует с маховиком.

Имейте в виду, что если вы пытаетесь запустить двигатель более одного раза, вам может потребоваться подождать между попытками запуска, иначе ваш стартер может перегреться. Проверьте в POH рекомендуемое время ожидания между попытками запуска. Некоторые стартеры рекомендуют выжидать до минуты между попытками запуска, чтобы ваш стартер мог остыть.

Общие проблемы

Посмотрим правде в глаза, запуск двигателя может быть проблемой. Иногда это так же просто, как неправильное заполнение или настройка смеси, но в других случаях может быть более глубокая основная проблема.

Одна из самых распространенных проблем возникает в самые жаркие месяцы года. Паровая пробка возникает, когда топливо в топливопроводах испаряется, превращаясь из жидкости в газ. Другими словами, ваше топливо закипело.

Когда ваши топливопроводы заполнены испарившимся 100LL, ваш топливный насос не может подать жидкое топливо к форсункам, что затрудняет запуск вашего самолета, затрудняет или делает его невозможным. Хотите узнать больше о пароизоляции? Кликните сюда.

Еще одна распространенная и потенциально опасная ошибка, которую вы можете совершить при запуске двигателя, — это перелив и перелив. Это часто происходит после первоначальной попытки запуска двигателя, когда вы пытаетесь решить проблему, добавляя больше праймера. Это приводит к скоплению топлива в цилиндрах. Когда вы в следующий раз пойдете заводить двигатель, скопившееся топливо будет брызгать, пока… бах! он воспламеняется, потенциально вызывая пожар и повреждая ваш двигатель.

Как узнать, сколько простых чисел слишком много? Не существует «одного ответа» для каждого самолета. Поговорите с опытным инструктором, который летает на том же самолете, что и вы, или со специалистом по техническому обслуживанию, который специализируется на вашем типе самолета.

Graeme Maclean

Для получения дополнительной информации о причинах затруднений при запуске двигателя самолета ознакомьтесь с нашей статьей о распространенных ошибках при запуске двигателя.

Ваш двигатель запускается, когда нужные компоненты вращаются при добавлении топлива и искре. Знание этих основ не только поможет вам при следующем обзоре полета или контрольной поездке, но и может быть важно для увеличения срока службы и улучшения состояния вашего двигателя.

Ищете, как запускается реактивный двигатель? У нас также есть видео для этого.

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и викторины, которые помогут вам стать более умным и безопасным пилотом.

Зарегистрироваться >

  •  

    НАЗВАНИЕ

      • Бирка
    • Автор
    • Дата

Выбросы авиационных двигателей

Определение проблемы

Выбросы авиационных двигателей аналогичны другим выбросам в результате сжигания ископаемого топлива. Однако выбросы самолетов необычны тем, что значительная их часть выбрасывается на высоте. Эти выбросы вызывают серьезные экологические проблемы, связанные с их глобальным воздействием и их влиянием на местное качество воздуха на уровне земли.

 

Всесторонняя оценка вклада авиации в глобальные атмосферные проблемы содержится в Специальном докладе об авиации и глобальной атмосфере , подготовленном по запросу ИКАО Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) в сотрудничестве с Научным Группа по оценке Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, была опубликована в 1999 году. Среди прочего, в ней говорилось:

 

  1. что воздушные суда выбрасывают газы и частицы, которые изменяют концентрацию парниковых газов в атмосфере, вызывают образование следов конденсации и могут увеличивать перистую облачность, что способствует изменению климата; и

    2.  

  2. , что, по оценкам, доля воздушных судов в общем радиационном воздействии (показатель изменения климата) в результате всей деятельности человека составляет около 3,5 %, и что этот процент, исключающий последствия возможных изменений в перистых облаках, по прогнозам, будет расти.

В отчете признается, что воздействие одних видов авиационной эмиссии хорошо изучено, показывается, что воздействие других нет, и определяется ряд ключевых областей научной неопределенности, которые ограничивают возможность прогнозирования воздействия авиации на климат и озоновый слой. .

 

На этом фоне Ассамблея ИКАО в 2001 году настоятельно призвала государства содействовать научным исследованиям, направленным на устранение неопределенностей, указанных в настоящем отчете, и поручила Совету продолжать тесное сотрудничество с МГЭИК и другими организациями, участвующими в определении вклада авиации. к экологическим проблемам в атмосфере и необходимости выдвигать инициативы для научного понимания проблем (резолюция Ассамблеи A35-5 (PDF), Приложение H). Это было подтверждено Ассамблеей в 2007 г. (Резолюция Ассамблеи A36-22 (PDF), Приложение I). ИКАО обратилась к МГЭИК с просьбой включить обновленную информацию об основных выводах 1999 в своем Четвертом оценочном отчете (ДО4 МГЭИК), опубликованном в 2007 г. влияние инверсионных следов на климат уменьшилось, и в настоящее время, по оценкам, на долю воздушных судов в 2005 г. приходилось около 3,0 % общего антропогенного радиационного воздействия в результате всей деятельности человека;

 

  • Всего CO 2 авиационные выбросы составляют примерно 2 % глобальных выбросов парниковых газов;

 

  • Ожидается, что объем выбросов CO 2 от авиации будет расти примерно на 3-4 процента в год; и

 

  • Среднесрочное снижение выбросов CO 2 в авиационном секторе потенциально может быть достигнуто за счет повышения эффективности использования топлива.

 

  • Однако ожидается, что такие улучшения лишь частично компенсируют рост авиационных выбросов CO 2 .

 

МГЭИК инициировала подготовку Пятого оценочного доклада (ДО5), которую планируется завершить в 2014 году. покрыты в AR5.

Расширенная сфера разработки политики

 

В прошлом при разработке политики ИКАО в отношении воздействия эмиссии авиационных двигателей на окружающую среду основное внимание уделялось воздействию на уровне земли. В последние годы сфера охвата была расширена за счет включения глобального воздействия выбросов авиационных двигателей.

 

В этом отношении особое значение имеет Киотский протокол (PDF) (1997 г.) к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИКООН). Протокол, вступивший в силу 16 февраля 2005 г., требует, чтобы страны, перечисленные в Приложении I к Конвенции (промышленно развитые страны), сократили свои коллективные выбросы шести парниковых газов, из которых наиболее важным для авиации является двуокись углерода (CO 2 ). Выбросы международной авиации в настоящее время исключены из целей. Вместо этого в пункте 2 статьи 2 Киотского протокола говорится, что ответственность за ограничение или сокращение выбросов парниковых газов в результате использования авиационного бункерного топлива возлагается на Стороны, включенные в приложение I, которые действуют через ИКАО.

 

В 2007 году Ассамблея ИКАО поручила Совету (резолюция А36-22 Ассамблеи (PDF), Приложение K) продолжить изучение вариантов политики по ограничению или сокращению воздействия эмиссии авиационных двигателей на окружающую среду, а также разработать конкретные предложения и предоставить рекомендации как можно скорее Конференции Сторон РКИК ООН. Он призвал уделять особое внимание использованию технических решений, продолжая рассматривать рыночные меры и принимая во внимание потенциальные последствия для развивающихся, а также развитых стран. Подробнее см. в разделе «Изменение климата».

 

Основы двигателей — AOPA

Авиационные двигатели чрезвычайно надежны при надлежащем уходе и могут обеспечить годы безопасного полета. При этом не все пилоты знают достаточно о правильном уходе и обслуживании двигателей.

Независимо от того, оборудован ли самолет, на котором вы летите, сложной системой контроля двигателя или нет, для правильной диагностики потенциальных проблем с двигателем требуется базовое понимание того, как работают двигатели. Во всех двигателях воздух всасывается в двигатель, смешивается с топливом, сгорает с регулируемой скоростью и расширяется, толкая поршень, который вращает коленчатый вал и гребной винт.

В большинстве поршневых самолетов это происходит в четыре цикла: впуск, сжатие, мощность и выпуск. Органы управления двигателем в кабине — обычно дроссельная заслонка, управление винтом и смесью — позволяют пилоту максимально эффективно использовать двигатель и обеспечивать безопасную и надежную работу.

Совет: Знание того, как управлять силовой установкой, поможет вам летать более безопасно и свести к минимуму стоимость полета.

Magnetos

Авиационные двигатели имеют по две свечи зажигания в каждом цилиндре для повышения эффективности сгорания и обеспечения резерва на случай отказа одной системы зажигания. Источником искры плюс являются два магнето, каждое из которых является автономным и создает искру без внешнего источника электроэнергии. Если одно магнето выйдет из строя, самолет все равно будет безопасно летать на другом магнето и его наборе свечей зажигания.

Если в вашем автомобиле выходит из строя электрическая система зарядки или выключается зажигание, двигатель перестает работать. В самолете электрическую систему можно отключить с помощью главного выключателя, и двигатель с магнитным полем продолжит работать.

Дроссель

Дроссель представляет собой воздушный клапан, полностью открытый на полную мощность и почти полностью закрытый на холостом ходу. В карбюраторном двигателе по мере открытия дроссельной заслонки все больше и больше топлива автоматически проходит через карбюратор. Топливо и воздух смешиваются в горловине карбюратора и всасываются в цилиндр через впускные трубы. Карбюраторные двигатели подвержены образованию карбюраторного льда.

В двигателе с впрыском топлива пилот по-прежнему контролирует объем воздуха, поступающего в двигатель, перемещая дроссельную заслонку, но топливо подается отдельно в каждый цилиндр, смешиваясь с воздухом внутри цилиндров. Двигатели с впрыском топлива более эффективны и развивают большую мощность, чем карбюраторные двигатели того же размера, благодаря более точной подаче топлива.

В двигателях с впрыском топлива можно не беспокоиться об обледенении карбюратора, поскольку нет карбюратора, в котором топливно-воздушная смесь могла бы испаряться и охлаждаться. Основное эксплуатационное отличие двигателей с впрыском топлива заключается в том, что их труднее запустить, особенно в горячем состоянии.

Карбюраторный лед

Когда мы думаем об опасности обледенения, первое, что приходит на ум, это обычно обледенение планера, но карбюраторный лед, его коварный и часто забываемый родственник, может быть столь же смертельным. Однако, как и в случае с большинством рисков в полете, ключи к борьбе с карбюраторным льдом просты: понимание опасности, распознавание симптомов и принятие незамедлительных мер.

На базовом уровне обледенение карбюратора является результатом трех взаимосвязанных факторов:

  • Температура воздуха
  • Относительная влажность
  • Конструкция карбюратора

Работа карбюратора проста: он смешивает топливо и воздух в правильном соотношении, прежде чем отправить его в двигатель в нужном количестве. Для этого он всасывает воздух через узкий изогнутый проход, называемый трубкой Вентури. Подобно воздуху, обтекающему изогнутую верхнюю поверхность крыла, воздух, проходящий через трубку Вентури, ускоряется по мере уменьшения его давления. Когда топливо впрыскивается в этот быстрый воздушный поток низкого давления, оно испаряется, и образующаяся смесь распыленного топлива и воздуха поступает в цилиндры.

Ни один самолет с карбюраторным двигателем не застрахован от карбюраторного льда.

Но есть проблема. Испарение топлива и изменение давления, вызванное трубкой Вентури, вместе приводят к быстрому охлаждению воздуха, проходящего через карбюратор, в некоторых случаях до 70 градусов по Фаренгейту (F). Если это понизит температуру воздуха выше точки замерзания и если поступающий воздух будет достаточно влажным (т. Е. Влажным), на внутренних поверхностях карбюратора может начать образовываться лед. По мере накопления льда он ограничивает подачу топливно-воздушной смеси к двигателю, что приводит к снижению мощности, поскольку двигатель фактически «голодает». Если ситуацию не исправить, двигатель может полностью потерять мощность.

«Опасная зона»

Хотя вы, возможно, слышали, что только определенный набор условий приводит к обледенению, правда в том, что большинство из нас регулярно летают в «опасную зону».

Углеродный лед может образовываться в широком диапазоне температур наружного воздуха и относительной влажности. В то время как слово «обледенение» обычно подразумевает порывистый ветер и холодные условия, карбюраторный лед может образовываться, когда наружная температура достигает 100 градусов по Фаренгейту при относительной влажности 50 процентов. С другой стороны, риск не исчезнет до тех пор, пока влажность не упадет ниже примерно 25 процентов и/или температура наружного воздуха не упадет значительно ниже точки замерзания.

Другими словами, карбюраторный лед может образоваться на скорости практически в любое время, на любой фазе полета.

Условия полета

Конечно, тот факт, что карбюраторный лед может образовываться в широком диапазоне температур, не означает, что он всегда будет . Некоторые ситуации значительно более рискованны, чем другие. Обледенение, скорее всего, произойдет, и будет сильным, когда температура падает примерно между 50 и 70 градусами по Фаренгейту, а относительная влажность превышает 60 процентов.

Точно так же определенные условия полета несут больший риск. По мере снижения мощности двигателя поток воздуха ограничивается, а окружающее тепло уменьшается. Это делает маломощные операции, такие как спуски, значительно более склонными к обледенению. Некоторые типы самолетов также более подвержены обледенению, чем другие, из-за различий в воздушном потоке и нагреве двигателя из-за конструкции капота и других факторов. Обратитесь в свой POH за инструкциями по нагреву карбюратора и помните, что ни один самолет с карбюраторным двигателем не застрахован от льда карбюратора.

Убывающая отдача

Классическими симптомами карбюратора являются снижение мощности и неровная работа двигателя. В самолетах с винтами фиксированного шага первым признаком обычно является небольшое снижение оборотов двигателя. Хотя в этот момент двигатель может еще работать ровно, по мере накопления льда снижение оборотов будет продолжаться, и двигатель начнет работать с перебоями. Если условия обледенения достаточно суровы, а пилот не предпринимает никаких мер по исправлению положения, двигатель в конечном итоге выйдет из строя.

То же самое относится к самолетам с винтами с постоянной скоростью вращения, за одним важным исключением: манометр коллектора, а не тахометр, должен быть в центре внимания для ранних признаков обледенения карбюратора. Точные настройки мощности, последовательное сканирование приборов и внимательные уши могут предупредить вас о едва заметных изменениях в работе двигателя. Вы также можете рассмотреть возможность установки датчика температуры воздуха в карбюратор, чтобы помочь в распознавании условий, способствующих обледенению.

Совет : Если вы слушаете музыку в полете, убедитесь, что громкость достаточно низкая, чтобы слышать любые изменения оборотов двигателя.

Средство

Хотя лед на углеводах может образовываться в любое время, при самых разных обстоятельствах, средство всегда одно и то же: углеводное тепло . Обратитесь к POH вашего самолета или руководству по летной эксплуатации для получения подробной информации об использовании подогрева карбюратора, но помните это общее правило: Гораздо лучше использовать полный подогрев карбюратора слишком рано, чем ждать, пока не станет слишком поздно.

Когда вы включаете подогрев карбюратора, нефильтрованный воздух, нагретый выпускным коллектором, направляется в карбюратор, растапливая лед, который мог образоваться. Когда лед тает, вода смешивается с топливно-воздушной смесью, в результате чего двигатель работает с перебоями. Будьте терпеливы: эта повышенная неровность двигателя может длиться от нескольких секунд до нескольких минут, пока лед тает. Когда лед очистится и двигатель заработает нормально, обязательно выключите подогрев карбюратора, чтобы восстановить полную мощность.

Меры профилактики

Во время предполетного разгона полностью подогрейте углевод, чтобы убедиться, что он работает правильно. Когда теплый воздух направляется к карбюратору, вы должны увидеть и услышать небольшое снижение оборотов на самолетах с винтами фиксированного шага и небольшое снижение давления в коллекторе на самолетах с винтами постоянной скорости. Если льда нет, число оборотов в минуту или давление в коллекторе останутся постоянными. Однако при наличии льда мощность двигателя будет постепенно увеличиваться по мере того, как вода от таяния льда будет удаляться из системы.

Если между проверкой нагрева карбюратора и взлетом прошло много времени (особенно в условиях, способствующих обледенению карбюратора), вы можете рассмотреть возможность проведения еще одной проверки непосредственно перед вылетом. Однако не следует оставлять включенным подогрев карбюратора во время руления, потому что нефильтрованный воздух может привести к попаданию посторонних частиц в двигатель.

Перед работой на пониженной мощности или на холостом ходу включите полный прогрев карбюратора (если в POH самолета не указано иное). Теплый воздух поможет предотвратить обледенение карбюратора, как и периодическое нажатие дроссельной заслонки для очистки двигателя. Опять же, лучше перестраховаться, когда дело доходит до углеводного льда.

В экстремальных случаях обледенения в полете может потребоваться работа с непрерывным полным прогревом карбюратора, чтобы предотвратить дальнейшее образование льда. В этом случае смесь должна быть обеднена, чтобы компенсировать более теплый и менее плотный всасываемый воздух, что может привести к чрезмерному обогащению топливно-воздушной смеси.

Куда бы вы ни отправились, всегда помните об «опасной зоне» обледенения карбюратора. Предполетная профилактика, внимательное отношение к ранним сигналам и своевременная и правильная реакция на обледенение карбюратора обеспечат вам безопасность в воздухе и не попадут в базу данных авиационных происшествий NTSB.

Начало работы

Карбюраторные двигатели

Многие поршневые двигатели запускаются с обогащенной смесью, слегка приподнятой дроссельной заслонкой и включенным топливным насосом. Тем не менее, запуск двигателя самолета не происходит автоматически, как в автомобиле.

Чтобы запустить холодный двигатель, добавьте дополнительное количество топлива путем заливки. Это подает топливо непосредственно в один или несколько цилиндров (через впускной коллектор). Обратитесь к POH самолета для правильной техники заправки. Не качайте дроссельную заслонку, так как это просто направит сырое топливо (которое не так легко испаряется в холодную погоду) во впускную систему, что может привести к возгоранию двигателя.

Если температура наружного воздуха ниже 20 градусов по Фаренгейту, может потребоваться предварительный прогрев двигателя, как для облегчения запуска, так и для предотвращения повреждения двигателя. Во время холодного запуска старайтесь избегать излишней разрядки аккумулятора. Оставьте авионику, закрылки с электроприводом и освещение самолета — все они зависят от батареи и питаются от нее — выключенными до тех пор, пока двигатель не заработает.

Двигатели с впрыском топлива

В двигателях с впрыском топлива используются электрические праймеры или электрический топливный насос для распыления топлива в цилиндры для заливки. В некоторых самолетах количество заправочного топлива регулируется путем подачи смеси и газа. Двигатель легко перелить, и в этом случае потребуется процедура запуска с заливом.

Типичная процедура заливки (или горячего пуска) двигателя с впрыском топлива начинается с подачи смеси на отсечку холостого хода. Затем переместите дроссельную заслонку в открытое положение (полная мощность). Проверьте POH, чтобы узнать, должен ли топливный насос быть включен или выключен. Прокручивая двигатель, приготовьтесь переключить дроссельную заслонку и регуляторы смеси при запуске двигателя (быстро сбавьте обороты дроссельной заслонки и медленно обогащайте смесь).

Posted inДвигатель