турбореактивный двигатель | это… Что такое турбореактивный двигатель?

(ТРД) — разновидность воздушно-реактивного двигателя, в котором для повышения давления применён турбокомпрессор. Основные составные части ТРД : воздухозаборник 1, компрессор 2, камера сгорания 3, турбина 4, реактивное сопло 5. При полёте набегающая струя воздуха частично тормозится в воздухозаборнике, и давление воздуха повышается. Из компрессора, где происходит дальнейшее повышение давления, сжатый воздух поступает в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Продукты сгорания топлива с высокой температурой поступают на турбину, которая соединена валом с компрессором. В турбине газ расширяется и совершает работу, необходимую для сжатия воздуха в компрессоре. За турбиной газ имеет давление и температуру, позволяющие при его дальнейшем расширении в реактивном сопле получить скорость истечения струи, превышающую скорость поступающего в двигатель воздуха (скорость полёта). Положительная разность количества движения газа и воздуха обеспечивает образование реактивной тяги двигателя.

В конце 30-х — начале 40-х гг. поршневые двигатели винтовых самолётов уже не обеспечивали роста тяги, требовавшегося в связи с ростом скоростей полёта, что дополнительно усугублялось падением кпд винта. На смену ПД пришли ТРД. Изменение тяги Р, а также удельного расхода топлива Суд в зависимости от Маха числа М(∞) (скорости полёта).. Из них видно, что с увеличением скорости полёта тяга ТРД возрастает практически на всех высотах. Именно это свойство характеристики ТРД обеспечило их широкое распространение. Кроме того, масса ПД требуемой мощности с увеличением расчётной скорости полёта возрастает до неприемлемых значений, в то время как увеличение массы ТРД с ростом расчётной максимальной скорости полёта оказывается небольшим, так как в лопаточных машинах повышение мощности турбокомпрессора сопровождается увеличением главным образом изгибающих напряжений в лопатках турбокомпрессора, что влияет на увеличение массы ТРД незначительно. Поэтому удельная масса, представляющая собой отношение массы двигателя к тяге, у ПД резко увеличивается, а у ТРД уменьшается при увеличении скорости полёта. Возрастание тяги ТРД при увеличении скорости полёта объясняется непрерывным ростом расхода воздуха через двигатель, однако при постоянной температуре газа перед турбиной с ростом скорости полёта одновременно уменьшается работа термодинамического цикла и соответственно удельная тяга двигателя; взаимное влияние расхода воздуха и удельной тяги определяет вид тяговых характеристик. При малых скоростях полёта, приблизительно до 300 км/ч, вследствие слабого вначале увеличения расхода воздуха абсолютная тяга несколько снижается, а затем возрастает, особенно резко у форсированных ТРД . Теоретически при очень высокой скорости полёта работа цикла и тяга уменьшаются до нуля, несмотря на продолжающийся рост расхода воздуха.

Основными параметрами ТРД являются температура газа перед турбиной Т*г и степень повышения давления воздуха в компрессоре (π)*к. В общем случае эти параметры независимы. Однако развитие ТРД связано с ограничением температуры газа перед турбиной вследствие ограничения жаропрочности её деталей. Поэтому каждому значению Т*г соответствует оптимальное значение степени повышения давления, обеспечивающее максимальную тягу или наилучшую экономичность. Наличие оптимума по степени повышения давления следует, например, из того, что при двух предельных её значениях, а именно минимальном, равном единице, и максимальном, при котором температура за компрессором достигает значения, равного температуре газа перед турбиной Т*г, и подвод теплоты в камере сгорания оказывается невозможным, работа цикла обращается в нуль. При снижении температуры газа перед турбиной, повышении скорости полёта и ухудшении кпд составных частей двигателя оптимальная степень повышения давления снижается. Скорость полёта, при которой оптимальное значение (π)*к снижается настолько, что давление в реактивном сопле оказывается равным давлению в воздухозаборнике, называется скоростью «вырождения» ТРД. Выше этой скорости целесообразно уже применение ПВРД. При повышении температуры газа перед турбиной, а также при повышении кпд составных частей двигателя оптимальное значение (π)*к повышается, увеличивается и максимальная скорость полёта самолётов с ТРД. Прогресс в материаловедении и развитие методов охлаждения двигателя позволили к 90-м гг. достичь значения температуры газа перед турбиной Т*г = 1700—1800 К; рассматриваются температуры газа перед турбиной, близкие значениям, соответствующим стехиометрическому соотношению топлива и воздуха в камере сгорания, то есть Т*г = 2300—2500 К. Степени повышения давления воздуха в компрессоре имеют значения (π)*к = 10—15 (в одноконтурных ТРД).

ТРД был первым типом газотурбинного двигателя, получившим широкое практическое применение в авиации. Постоянная потребность увеличивать тягу, особенно с ростом скорости полёта, привела к появлению класса форсированных ТРД (ТРДФ — ТРД с форсажом), в которых между турбиной и реактивным соплом располагается форсажная камера сгорания. ТРД разделяются: по числу роторов турбокомпрессора — на одно- и двухвальные; по типу компрессоров — на ТРД с центробежным и осевым компрессорами; по типу камеры сгорания — на ТРД с индивидуальными и кольцевыми камерами; по типу реактивного сопла — на ТРД с осесимметричным или плоским, нерегулируемым или регулируемым соплами, с управлением вектором тяги, с реверсивным устройством. В 60—80-х гг. широкое распространение получили турбореактивные двухконтурные двигатели, в том числе с форсажной камерой. Как составная часть ТРД используется в различных комбинированных двигателях.

Историческая справка. Впервые идея использования турбокомпрессора в двигателе для ЛА изложена русским инженером Н. Герасимовым в 1909. Основы теории ВРД в СССР были опубликованы в 1929 Б. С. Стечкиным. Начало работ по созданию ТРД относится к 1930—37. В этот период в СССР начал работы по ТРД А. М. Люлька, в Великобритании Ф. Уиттл запатентовал схему ТРД с центробежным компрессором, во Франции теорией ТРД занимался М. Руа, в Германии с 1936 над созданием ТРД работал X. Охайн. Создание первых ТРД относится к 1937. В Германии на фирме «Хейнкель-Хирт» был испытан созданный по проекту Охайна двигатель тягой 2500 Н; в Великобритании на фирме «Пауэр джетс» прошёл испытания разработанный по проекту Уиттла двигатель U. В 1939 в Германии состоялся полёт самолёта Не-178 с двигателем HeS3B тягой 4900 Н, а в 1941 в Великобритании — полёт самолёта Глостер Е28/39 с двигателем W тягой 3820 Н. В годы 2-й мировой войны начаты работы над ТРД в США и Японии.

В СССР первый этап работы вплоть до окончания Великой Отечественной войны связан с работами Люльки, приведшими к созданию первых двигателей из семейства АЛ. После войны к созданию ТРД подключились коллективы КБ, возглавляемые В. Я. Климовым и А. А. Микулиным. Существенный вклад в теорию ТРД внесли В. В. Уваров, Н. В. Иноземцев, К. В. Холщевников и др. учёные ЦИАМ, ЦАГИ, ВВИА. В разработке отечественных ТРД последующих поколений большая роль принадлежит коллективам КБ под руководством В. А. Добрынина, А. Г. Ивченко, С. П. Изотова, Н. Д. Кузнецова, В. А. Лотарева, П. А. Соловьёва, С. К. Туманского.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия.
Главный редактор Г.П. Свищев.
1994.

Как запускаются турбинные двигатели?

Средством запуска большинства турбинных двигателей является воздух высокого давления. Этот источник кровотечения обычно поступает из APU, но также может поступать из уже работающего двигателя (crossbleed start) или внешней тележки huffer .

В некоторых самолетах запуск полностью контролируется FADEC и должен только инициироваться и контролироваться летным экипажем, а в других самолетах определенные шаги должны быть инициированы вручную.

Процесс ниже лучше всего описывает турбовентиляторный двигатель. Читайте @Falk s ответ для получения информации о различиях с турбовинтовыми двигателями.

Основы турбовентилятора

См. изображение ниже (кредит: K. Aainsqatsi, Википедия):

Части двигателя, о которых я буду говорить ниже:

• Вентилятор N1, вал N1 и турбина N1 которые показаны в зеленом цвете и обозначены «вентилятор/компрессор низкого давления», «вал низкого давления» и «турбина низкого давления». Эти блоки соединены и двигают как одна часть.
• Компрессор N2, вал N2 и турбина N2, показанные в пурпуре и обозначенные «высокий компрессор давления», «высокий вал давления» и «высокая турбина давления». Эти соединены и двигают как одно, но независимо от вала N1. Un-изображенный вспомогательный привод который зацеплен к валу N2 для того чтобы управлять вспомогательным оборудованием двигателя.
• Горячий раздел, изображенный желтым цветом и обозначенный «камера сгорания». Здесь постоянно горит огонь в реактивном двигателе.

запуск двигателя

Процесс запуска двигателя следует этой основной формуле

• Через отверстие клапанов воздуха стравливания, воздух стравливания послан к стартеру турбины воздуха. Эти приборы типично используют воздух стравливания высокого давления закрутить и включить центробежную муфту соединенную к приводу вспомогательного оборудования двигателей. Это, в свою очередь, приводит к вращению вала N2 в двигателе.

• При вращении вала N2 компрессор N2 и турбины N2 вращаются. Это начинает нагнетать воздух через двигатель спереди назад.

• С вспомогательным валом и N2 валы закручивая, вспомогательное оборудование должны начать работать и это может быть подтвержено индикациями давления масла на EICAS.

• С увеличенным вращением N2 зажигание будет включено. Эти воспламенители расположены в горячей части двигателя и производят небольшие искры. На EICAS должно быть указано, что зажигание активно.

• При дальнейшем увеличении вращения N2 будет вводиться расход топлива. Это будет проверено на EICAS. Как только поток топлива замечен, важно, чтобы следующая остановка произошла довольно скоро.

• Выключи свет! Топливо освещено зажиганием и теперь пожар горя в горячем разделе поставленном воздухом от компрессора производит тягу через турбины N2 и N1.

• Поскольку двигатель создает тягу на турбине N1, вал N1 вращает вентилятор N1, и EICAS заметит это увеличение вращения N1. Скорости вращения N1 и N2 увеличиваются.

• Над порогом N2, клапаны стравливаемого воздуха поставляя стартер турбины воздуха закроют и стартер отключит. Воспламенители выключатся на некотором пороге N2.

• Двигатель установит в стабилизированную неработающую установку тяги.

Что может пойти не так?

• Завис старт

  • N2 не вращается достаточно для введения потока топлива.
  • Каждый запуск имеет ограничение по времени, и запуск будет прерван.

• Нет воспламенителей

  • Прервать пуск и включить воспламенители.
  • Позвоните MX.

• Отказ воспламенить

  • Подача топлива введена но свет с не происходил в свойственном таймфрейме
  • Топливо накапливается в двигателе, и если свет не происходит, это может быть повреждающим.
  • Запуск прерывается, и для очистки двигателя выполняется сухой двигатель.

• Превышение ИТТ

  • Обычно существует ограничение в температуре между турбинами во время запуска двигателя.
  • Если это превышено, запуск должен быть прерван
  • Это может потребовать координации с MX перед попыткой другого запуска.

• Стартер воздушной турбины не выходит из зацепления

  • Это должно быть исправлено перед отъездом
  • В некоторых двигателях MX может исправить это при работающем двигателе.

• Запорный клапан стравливаемого воздуха, питающий стартер воздушной турбины, не закрывается

  • Это может потребовать выключения двигателя для устранения
  • Однако в некоторых самолетах этот клапан может быть вручную закрыт MX при работающем двигателе
  • Требуется координация с MX.

• Беглец N1 или N2

  • Если FADEC не управляет потоком топлива должным образом, двигатель может не успокоиться, но продолжать вращаться.
  • Прервать старт.
  • Координируйте с MX перед попыткой перезапуска.

Как насчет запуска двигателя в воздухе?

Если двигатель терпит flameout, то воздушнодесантный рестарт может быть попытан. Эти запуски обычно происходят одним из нескольких способов:

• Начало поперечной прокачки
• Начало APU
• Начало ветряной мельницы

Начало ВСУ по существу тот же процесс, что и выше. Начало crossbleed, которое можно также сделать на том основании, просто заменяет идущий двигатель на установке наивысшей мощности для того чтобы обеспечить воздух стравливания для начинать и в противном случае это же как выше.

Интересным началом является начало ветряной мельницы. Необходимость в этом означает, что произошло что-то плохое. Для того чтобы начать ветряную мельницу, это значит что никакие источники воздуха стравливания для того чтобы поставить стартер турбины воздуха. Это может означать, что все двигатели выключены и ВСУ недоступен (плохо!), или просто, что выпускные клапаны для выключения двигателя не удалось закрыть и не могут быть открыты.

Для EMB-145, с которым я знаком, начало ветряной мельницы требовало спуска со скоростью между 260 KIAS и 320 KIAS и не могло быть предпринято выше FL250. Короче говоря, вы надеетесь, что массового потока через двигатель достаточно, чтобы вращать компрессор N2, как ATS. С индикацией N2 в конверте airstart двигателей вы вводите искру и топливо и надеетесь, что двигатель загорится. В худшем случае, если вы слишком медленно и не можете обеспечить достаточный поток воздуха до выключения света, двигатель может быстро перегреться и быть поврежден. По этой причине особенно важно прервать этот вид запуска, как только обнаружена аномалия.

Турбокомпрессоры — AOPA

Лучшая производительность двигателя на высоте

C. Hall «Skip» Jones

Двигатель Apiston вырабатывает максимальную мощность, когда вдыхает воздух с давлением на уровне моря. Поскольку давление и плотность воздуха уменьшаются с высотой, двигатель становится все более задыхающимся по мере набора высоты. В результате его мощность снижается. Турбокомпрессоры с выхлопными газами решают эту проблему, поскольку они сжимают разреженный воздух, восстанавливая его плотность, до того, как двигатель вдыхает его.

Большинство поршневых самолетов, предназначенных для полетов на большой высоте, имеют турбокомпрессор. Некоторые самолеты, такие как одномоторный Piper Malibu/Mirage, имеют два турбонагнетателя, по одному на каждый ряд из трех цилиндров. Турбокомпрессоры также могут подавать сжатый воздух в салон. Это метод, используемый для наддува самолетов с поршневыми двигателями.

Критическая высота

Турбокомпрессоры увеличивают критическую высоту поршневого двигателя, то есть максимальную высоту, на которой двигатель может поддерживать полную номинальную мощность. Поскольку максимальная мощность двигателя без наддува (без турбонаддува) достигается в стандартных условиях на уровне моря, уровень моря является критической высотой для этого двигателя. Однако, поскольку большинство аэропортов находится над уровнем моря, двигатели без наддува, на которые приходится подавляющее большинство поршневых авиационных двигателей, в том числе почти на всех учебных самолетах, не развивают полную номинальную мощность на взлете. Вот почему диаграммы характеристик самолетов содержат данные о характеристиках для различных барометрических высот.

Турбокомпрессор сжимает всасываемый двигателем воздух для поддержания давления во взлетном коллекторе на уровне моря и полной номинальной мощности вплоть до критической высоты двигателя. Эта высота зависит от конкретной установки двигателя/турбокомпрессора. Но когда самолет поднимается выше критической высоты, давление в коллекторе и результирующая мощность уменьшаются, как это происходит с двигателем без наддува при наборе высоты от уровня моря.

Ручное давление

Турбокомпрессор состоит из круглого корпуса, в котором находится небольшое турбинное колесо, соединенное валом с небольшим рабочим колесом. (Турбина и крыльчатка представляют собой миниатюрные версии турбины и колес компрессора, которые составляют основные компоненты реактивного двигателя.) Выхлоп двигателя направляется непосредственно в турбонагнетатель, где он вращает турбину. Турбина приводит в движение рабочее колесо, которое сжимает (нагнетает) всасываемый двигателем воздух, прежде чем он попадет во впускной коллектор двигателя. Чем быстрее вращается турбина, тем больше она сжимает всасываемый воздух и тем выше возможное давление в коллекторе.

Выхлопные газы вращают турбину так же, как ручей или ручей вращают водяное колесо. Скорость вращения турбины (об/мин) зависит от количества выхлопных газов, проходящих через нее. В простейших системах пилот регулирует количество выхлопных газов, проходящих через турбину, поворачивая отдельную ручку управления в кабине, которая, в свою очередь, регулирует клапан, обычно называемый вестгейтом. Вестгейт расположен перед турбиной (между выпускным коллектором двигателя и турбокомпрессором) и регулирует количество выхлопных газов, поступающих на турбину. Когда пилот закрывает вестгейт, к турбине поступает больше выхлопных газов, и турбина вращается быстрее.

Крыльчатка турбокомпрессора обычно вращается с той же скоростью, что и турбина. Чем быстрее вращается крыльчатка, тем больше давление всасываемого двигателем воздуха и, следовательно, выше мощность двигателя. Таким образом, существует прямая зависимость между объемом выхлопных газов, поступающих на турбокомпрессор, и выходной мощностью двигателя.

Сегодня не так много самолетов с турбонаддувом и ручными вестгейтами. Обычно они встречаются на самолетах без наддува, оснащенных турбокомпрессором. Такой самолет, вероятно, будет иметь отдельные органы управления дроссельной заслонкой, частотой вращения винта, смесью и турбокомпрессором.

Управляя самолетом с ручным вестгейтом, вы должны понимать систему и уделять особое внимание манометру коллектора. Если вы закроете вестгейт и таким образом повысите давление на впуске при взлете в аэропорту с низкой высотой, вы можете легко превысить допустимое давление в коллекторе и повредить двигатель. Точно так же, если вы работали на большой высоте с полностью закрытым вестгейтом, но забыли открыть его при спуске, повышение давления окружающего воздуха приведет к чрезмерному наддуву.

Автоматическое давление

Возможность чрезмерного наддува двигателя с турбонаддувом значительно снижается, когда вестгейт работает автоматически, а не через панель управления. Обычно эта система находится в двигателе с турбонаддувом, установленном на заводе.

Автоматический перепускной клапан управляется давлением моторного масла и контроллером абсолютного давления (APC). APC — это устройство, которое измеряет давление воздуха, нагнетаемого компрессором турбонагнетателя, и использует эти показания для управления давлением масла на перепускной клапан. Пружина пытается держать вестгейт открытым, тем самым сбрасывая давление на впуске, в то время как APC использует давление масла, чтобы попытаться закрыть его, увеличивая давление на впуске.

Когда двигатель работает на холостом ходу, давление нагнетания компрессора турбонагнетателя — известное как давление на верхней палубе — низкое, и пружина способна удерживать вестгейт открытым. Когда вы увеличиваете дроссельную заслонку, давление на верхней палубе увеличивается, и APC перекачивает больше масла в контроллер вестгейта, чтобы перегрузить пружину и закрыть вестгейт. Это увеличивает давление в коллекторе до желаемой степени, исходя из манометра в кабине. При взлете APC автоматически ограничивает максимальное давление в коллекторе, чтобы предотвратить избыточное давление наддува. В качестве резерва система имеет клапан сброса давления, который открывается при заданном давлении, чтобы предотвратить чрезмерный наддув двигателя.

Давление на верхней палубе снижается по мере набора высоты из-за снижения давления окружающего воздуха. APC ощущает постепенное падение давления и компенсирует это, постепенно закрывая вестгейт, чтобы поддерживать давление в коллекторе, соответствующее выбранной вами мощности набора высоты. В конце концов самолет набирает высоту, при которой перепускная заслонка полностью закрыта, а турбокомпрессор не может поддерживать максимальное давление в коллекторе. Это критическая высота двигателя. Если самолет поднимется выше этой высоты, давление в коллекторе уменьшится, как и в двигателе без наддува.

В дополнение к APC некоторые системы турбокомпрессора также включают регулятор перепада давления (иногда называемый регулятором отношения). Он измеряет давление как на верхней палубе, так и в коллекторе и ограничивает разницу между двумя давлениями до заданного максимума. Контроллер перепада давления устраняет состояние, называемое «самозагрузкой». Это может произойти, когда давление в коллекторе колеблется вверх и вниз или колеблется, вызывая соответствующий дрейф давления выхлопных газов, который вызывает дрейф скорости турбины турбонагнетателя и крыльчатки, что вызывает дрейф давления в коллекторе и т. д. Хотя это не вредно для двигатель, самозагрузка (или колебания мощности) могут раздражать пилотов и пассажиров.

Работа с турбонаддувом

Если вы летите на двигателе с турбонаддувом, вам необходимо знать, как работает система, и знать несколько важных приемов эксплуатации. Поскольку давление масла закрывает вестгейт, вы должны дать двигателю и маслу время полностью прогреться перед взлетом. Если давление масла низкое или масло холодное и вялое, перепускная заслонка может медленно закрываться, что означает, что двигатель не будет развивать полную номинальную мощность во время взлета и набора высоты.

Кроме того, моторное масло смазывает турбокомпрессор, который может вращаться со скоростью более 30 000 об/мин на взлетной мощности. При нормальной работе через подшипники турбокомпрессора каждую минуту проходит несколько галлонов масла. Холодное масло не течет должным образом. Если вы применяете настройки высокой мощности до того, как масло нагреется до нужной температуры, масло может недостаточно смазывать турбонагнетатель.

Питание должно подаваться плавно и относительно медленно. Если дроссельная заслонка быстро прижимается к брандмауэру на взлете, механизмы управления турбокомпрессором могут не успеть нормально функционировать, вызывая помпаж двигателя и, возможно, чрезмерный наддув.

Для двигателей с турбонаддувом обычно требуется бензин с октановым числом 100 из-за высокого давления в цилиндрах. Использование топлива с более низким октановым числом может привести к детонации, которая вызывает большую озабоченность в двигателе с турбонаддувом, чем в двигателе с более низкой степенью сжатия без наддува.

Двигатели с турбонаддувом обычно нагреваются сильнее, чем двигатели без наддува, потому что сжатие всасываемого воздуха также нагревает его. Экстремальная жара очень вредна для авиационного двигателя с воздушным охлаждением, поэтому самолеты с турбонаддувом оснащены датчиками температуры головки блока цилиндров и температуры выхлопных газов. У некоторых также есть датчик температуры на входе в турбину. Важно внимательно следить за этими температурами.

Смесь важна при эксплуатации двигателя с турбонаддувом. При обеднении смеси температура на входе в головку блока цилиндров и турбину турбонагнетателя значительно и быстро повышается. Справочник пилота по эксплуатации самолета (POH) рекомендует правильную процедуру обеднения и дает максимальные температуры головки блока цилиндров и турбины на входе. Производители, как правило, не рекомендуют работать на обедненной смеси, когда мощность двигателя превышает 75 процентов.

Вам также следует подумать о тепловом ударе или ударном охлаждении. Самолеты с турбонаддувом летают на больших высотах, где температура окружающей среды может быть на 100 градусов ниже температуры поверхности. Если вы резко уменьшите мощность на высоте, двигатель может остыть так быстро, что цилиндры деформируются. Деформированные цилиндры вызывают низкую компрессию и высокий расход масла, что требует капитального ремонта или замены. Вы можете избежать этой проблемы, постепенно уменьшая мощность, что позволяет двигателю охлаждаться более постепенно.

Кроме того, вы должны дать турбонагнетателю время медленно остыть после приземления. Помните, что турбина турбонагнетателя и рабочие колеса быстро вращаются и смазываются моторным маслом. Если вы заглушите двигатель, что приведет к прекращению подачи смазочного масла до того, как турбокомпрессор успеет замедлиться и остыть, результатом может стать преждевременный выход из строя подшипника.

Механики должны следить за утечками во впускной и выпускной системах двигателя с турбонаддувом. Поскольку давление в системе впуска может превышать барометрическое давление окружающей среды, утечки на впуске после турбонаддува могут вызвать потерю давления в коллекторе, что снижает критическую высоту и не позволяет двигателю развивать полную номинальную мощность. Утечки выхлопных газов перед турбонагнетателем могут снизить давление выхлопных газов, приводящее в движение турбину. Это снижает скорость турбины, что снижает потенциальное максимальное давление в коллекторе.

Турбокомпрессоры являются относительно простыми устройствами, но их рабочие скорости и температуры требуют внимания для продолжительной и надежной работы. Если вы понимаете, как работает система и процедуры, которые поддерживают ее работоспособность, вы получите удовольствие от надежных высотных и высокоскоростных круизов.

Как работает турбокомпрессор | Boldmethod

Википедия/НАСА

Есть несколько преимуществ полетов на большой высоте, таких как уменьшение лобового сопротивления, более высокая истинная воздушная скорость и, если вы укажете правильное направление, более сильный попутный ветер. Но у безнаддувных двигателей есть один существенный недостаток: нехватка кислорода.

Проблема высокогорья

По мере увеличения высоты атмосферное давление уменьшается, и снижается быстро. На самом деле, , если вы летите на высоте 18 000 футов, 50% атмосферы находится под вами. Это означает, что вашему двигателю нужно сжигать меньше воздуха, и намного меньше лошадиных сил, выходящих из передней части вашего самолета.

Решение проблемы разреженного воздуха

Турбокомпрессоры решают проблему разреженного воздуха в поршневых двигателях за счет сжатия всасываемого воздуха до того, как он достигнет цилиндра. Сжимая воздух, ваш двигатель может работать так, как будто он находится на уровне моря или ниже, даже если он работает на эшелонах полета.

Принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов:

• Турбина
• Компрессор
• Вал, соединяющий их вместе

Турбина

Все начинается с турбины, которая приводится в движение (вращается) выхлопными газами, выходящими из вашего двигателя. Когда выхлоп выходит через выпускной коллектор, он проходит над турбиной и раскручивает ее. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее вращается турбина. Примерно так это и работает, по крайней мере, на данный момент.

Вал

Вал соединяет турбину и компрессор, поэтому, когда турбина начинает вращаться при запуске двигателя, компрессор тоже начинает вращаться.

Компрессор

Компрессор отвечает за всасывание воздуха снаружи самолета, его сжатие и последующую подачу в двигатель. Как вы уже читали, компрессор крутится, потому что он соединен с турбиной через вал.

Теперь, когда вы знакомы с основами турбокомпрессора, осталось еще кое-что рассказать.

Трата воздуха через перепускной клапан

Турбокомпрессоры хорошо повышают давление воздуха во впускном коллекторе вашего двигателя, известное как давление в коллекторе . Но иногда они слишком хороши. Турбокомпрессоры способны создавать слишком большое давление в коллекторе, что может повредить или разрушить ваш двигатель.

Так как же турбонагнетатели предотвращают попадание слишком большого количества воздуха в двигатель? С чем-то под названием вестгейт .

Некоторые вестгейты автоматические, а другие управляются вручную пилотом, но теория всегда одна и та же. Вестгейт открывается и закрывается, чтобы регулировать количество выхлопных газов, проходящих через турбину, и предотвращает слишком быстрое вращение турбины. Чем быстрее вращается турбина, тем быстрее вращается компрессор, а это означает, что в двигатель поступает больше воздуха.

Сколько воздуха может выдержать ваш двигатель?

Итак, сколько воздуха действительно может выдержать ваш двигатель? Это зависит от двигателя, но есть два основных типа турбонаддува: высотный турбонаддув и наземный наддув.

Высота наддува

Высотный турбонаддув, который иногда называют «нормализацией», позволяет вашему двигателю работать так, как будто он находится на уровне моря, как можно дольше. Это зависит от двигателя, но большинство высотных турбокомпрессоров поддерживают давление в коллекторе в пределах 29-30 дюймов ртутного столба (давление на уровне моря) по мере набора высоты.

Но, в конце концов, по мере увеличения высоты ваш турбокомпрессор не может сжимать достаточно воздуха, чтобы поддерживать давление в коллекторе на уровне моря. Это называется критическая высота , и это самая высокая высота, на которой ваш двигатель может развивать максимальную мощность, на которую он рассчитан (мощность двигателя оценивается на уровне моря).

С этого момента, чем выше вы поднимаетесь, тем меньше воздуха поступает в ваш двигатель. Это означает, что вы будете производить меньше лошадиных сил. Но он все же намного эффективнее, чем обычный атмосферный двигатель.

Ускорение грунта

Наземный наддув аналогичен высотному турбонаддуву, но требует большего давления. Системы с наддувом обычно работают при давлении в коллекторе от 31 до 45 дюймов ртутного столба, что намного больше, чем у высотных турбокомпрессоров. Идея проста: больше давления = больше воздуха, поступающего в двигатель = больше мощности.

Но недостаток большой: много тепла .

Boldmethod

Турбокомпрессоры и их тепловые проблемы

Когда вы сжимаете воздух, он нагревается. Это один из самых больших недостатков любого турбокомпрессора. Авиадвигатели и так работают при высоких температурах, а горячий всасываемый воздух усугубляет их. Чтобы решить эту проблему, многие турбокомпрессоры используют нечто, называемое промежуточным охладителем .

Интеркулер — это мини-кондиционер, который устанавливается между турбонагнетателем и двигателем. По мере того, как горячий воздух движется от турбины к двигателю, он проходит через интеркулер, и температура значительно падает. Этот более холодный воздух делает ваш двигатель намного счастливее и поддерживает его плавную работу.

Википедия

Преимущество на большой высоте

Турбокомпрессоры являются ключом к полетам на большой высоте в самолетах с поршневым двигателем. Хотя они усложняют двигательную систему, они — единственное, что может поднять поршневой самолет до эшелонов полета при сильном попутном ветре, более высокой истинной скорости полета и таких видах:

Boldmethod

Стать лучший пилот.