Как это работает. Турбореактивный двухконтурный двигатель

Фото: ОАК

22 апреля 1941 года конструктор Архип Люлька получил авторское свидетельство на схему турбореактивного двухконтурного двигателя. Сегодня по схеме Люльки выпускается большинство турбореактивных двухконтурных двигателей в мире. 

Об устройстве турбореактивных двухконтурных двигателей и новых возможностях, которые они принесли в авиацию, – в нашем материале.

История создания

Поршневые двигатели, аналогичные тем, которые и сегодня стоят под капотом любой легковушки, поднимали в небо самолеты в первые сорок лет истории авиации. Во время Второй мировой войны, когда скорость боевых машин имела критическое значение, стало понятно, что поршневые самолеты подошли к своему пределу, и нужно искать что-то новое. Этим новым стал реактивный двигатель. 

Еще в 1903 году, когда взлетали первые самолеты братьев Райт, Константин Циолковский предложил применять реактивную тягу для преодоления притяжения Земли в своем труде «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В СССР самым успешным проектом ТРД стали работы авиаконструктора Архипа Люльки. Разрабатывать тему он начал еще в 1930-е годы. Осенью 1940 года группа конструктора в Ленинграде закончила проект двигателя, получившего название РД-1. В 1941 году Люлька запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, которая и сегодня является эталоном для подобных силовых установок во всем мире.

Турбореактивный двигатель РД-1

К началу Великой Отечественной войны команда Люльки успела на 70% выполнить двигатель РД-1 в металле, но эвакуация на Урал прервала работы. Когда стало известно, что немцы достигли успеха в реактивном двигателестроении, об Архипе Люльке вспомнили. Вместе с командой саперов конструктор смог вывезти из блокадного Ленинграда чертежи и детали своего реактивного первенца и возобновить разработки. В 1947 году состоялся первый полет истребителя-перехватчика Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработанными в конструкторском бюро Архипа Люльки. Это была победа конструктора и начало длительного сотрудничества с КБ Павла Сухого.

Принцип работы турбореактивного двигателя

Если говорить совсем просто, не погружаясь в глубины термодинамики, то турбореактивный двигатель – это тепловая машина, преобразующая энергию в механическую работу. В качестве носителя энергии выступает атмосферный воздух, который, сжимаясь и расширяясь в двигателе, приводит самолет в движение. 

Для получения максимального полезного эффекта в ТРД воздух перед сжатием необходимо охладить, а перед расширением нагреть. Поэтому механизм турбореактивного двигателя можно условно разделить на устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. В ТРД в их качестве выступают компрессор, камера сгорания, турбина, а за охлаждение газа отвечает атмосфера. 

Сам процесс работы двигателя можно описать следующим образом. Воздух затягивается внутрь установки посредством компрессора с рядами рабочих лопаток на оси и затем сжимается. Далее в камере сгорания воздух смешивается с продуктами горения топлива, нагревается и расширяется. Затем расширенный газ на огромной скорости подается на турбину, также оснащенную лопатками, которая в свою очередь вращает компрессор. После этого раскаленный газ вырывается наружу через реактивное сопло, толкая самолет вперед. Скорость самолета при этом зависит от массы и скорости выходящих газов. 

Самой нагруженной частью ТРД является турбина, скорость вращения которой может составлять до 30 тыс. оборотов в минуту. А температура в камере сгорания может подниматься до 1,5 тыс. °C.

Чем отличается двухконтурный ТРД

В 1950-е годы, когда турбореактивные двигатели распространились в авиации, встал вопрос об их «прожорливости», то есть об уменьшении потребления топлива при сохранении мощности. Тогда Архип Люлька смог вернуться к своему проекту 1941 года – двухконтурному ТРД. 

Конструктор предложил добавить в установку еще один воздушный контур. При этом поступающий в двигатель воздух делится на два потока. Один поток, как и в прежних ТРД, поступает во внутренний контур. Другой поток воздуха проходит по внешнему контуру, минуя нагрев, и выбрасывается сразу в сопло вместе с горячими газами, что и создает дополнительную тягу. 

Таким образом при сохранении нужной скорости можно экономить топливо. На дозвуковых скоростях турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД) обеспечивает экономный режим, а при необходимости самолет может выходить в режим форсажа и достигать сверхзвуковых скоростей. По этой схеме сегодня работает большинство турбореактивных двигателей в мире. 

Двигатель АЛ-31Ф М2. Фото: wikimedia.org

Важным параметром в ТРДД является степень двухконтурности, то есть соотношение объемов газов, проходящих по внешнему и внутреннему контуру. Чем выше показатель, тем менее «прожорлив» двигатель. Для военных самолетов, где расход топлива не так критичен, как большая тяга, применяются ТРДД с низкой степенью двухконтурности. А в пассажирских самолетах основная тяга двигателя создается за счет внешнего контура, поэтому они более экономичны, что влияет на стоимость перелетов. 

Архип Люлька не дожил всего год до окончания государственных испытаний своего детища в 1985 году, но застал его массовый старт. Производство первого советского ТРДД, получившего название АЛ-31Ф в честь своего создателя, началось в 1981 году. Этот турбореактивный двухконтурный двигатель стал основой для целого семейства силовых установок, предназначенных для военной авиации. ОКБ имени А. Люльки – филиал ПАО «ОДК-УМПО» продолжает модернизировать АЛ-31 – возможности для его развития еще далеко не исчерпаны.

Синхронный реактивный двигатель

Дмитрий Левкин

• Конструкция
• Принцип работы

• Особенности

Статор реактивного двигателя бывает с распределенной и сосредоточенной обмоткой, и состоит из корпуса и сердечника с обмоткой.

Синхронный реактивный двигатель

Статор синхронного реактивного электродвигателя с распределенной обмоткой

Выделяют три основных типа ротора реактивного двигателя: ротор с явновыраженными полюсами, аксиально-расслоенный ротор и поперечно-расслоенный ротор.

Ротор с явновыраженными полюсами

Аксиально-расслоенный ротор

Поперечно-расслоенный ротор

Переменный ток, проходящий по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре электродвигателя. Крутящий момент создается, когда ротор пытается установить свою наиболее магнито проводящую ось (d-ось) с приложенным полем, для того чтобы минимизировать магнитное сопротивление в магнитной цепи. Амплитуда момента прямо пропорциональна разницы между продольной L_d и поперечной L_q индуктивностями. Следовательно, чем больше разница, тем больше создаваемый момент.

Линии магнитного поля синхронного реактивного электродвигателя

Главная идея может быть объяснена с помощью рисунка представленного ниже. Объект «a» состоящий из анизотропного материала имеет разную проводимость по оси d и оси q, в то время как изотропный магнитный материал объекта «b» имеет одинаковую проводимость во всех направлениях. Магнитное поле, которое прикладывается к анизотропному объекту «a», создает вращающий момент если существует угол между осью d и линиями магнитного поля. Очевидно, что если ось d объекта «a» не совпадает с линиями магнитного поля, объект будет вносить искажения в магнитное поле. При этом направление искаженных магнитных линий будут совпадать с осью q объекта.

Объект с анизотропной геометрией (a) и изотропной геометрией (b) в магнитном поле

Силовые линии магнитного поля вокруг объекта с анизотропной геометрией

В синхронном реактивном электродвигателе магнитное поле создается синусоидально распределенной обмоткой статора. Поле вращается с синхронной скоростью и может считаться синусоидальным.

В такой ситуации всегда будет существовать момент направленный на то, чтобы уменьшить полную потенциальную энергию системы, путем уменьшения искажения поля по оси q (). Если угол сохранять постоянным, например путем контроля магнитного поля, тогда электромагнитная энергия будет непрерывно преобразовываться в механическую.

Ток статора отвечает за намагничивание и за создание момента, который пытается уменьшить искаженность поля. Управление моментом осуществляется путем контроля фазы тока, то есть угла между вектором тока обмоток статора и d-осью ротора во вращающейся системе координат.

Преимущества:
• Простая и надежная конструкция ротора:
  ротор имеет простую конструкцию, состоящую из тонколистовой электротехнической стали, без магнитов и короткозамкнутой обмотки.
• Низкий нагрев:
  так как в роторе отсутствуют токи, он не нагревается во время работы, увеличивая срок службы электродвигателя.
• Нет магнитов:
  снижается конечная цена электродвигателя, так как при производстве не используются редко земельные металлы. При отсутствии магнитных сил упрощается содержание и техническое обслуживание электродвигателя.
• Низкий момент инерции ротора:
  так как на роторе отсутствует обмотка и магниты, момент инерции ротора ниже, что позволяет электродвигателю быстрее набирать обороты и экономить электроэнергию.
• Возможность регулирования скорости:
  в виду того, что синхронный реактивный электродвигатель для своей работы требует частотный преобразователь, имеется возможность управления скоростью вращения реактивного двигателя в широком диапазоне скоростей.

Недостатки:
• Частотное управление:
  для работы требуется частотный преобразователь.
• Низкий коэффициент мощности:
  из-за того, что магнитный поток создается только за счет реактивного тока. Решается за счет использования частотного преобразователя с коррекцией мощности.

Смотрите также

Основные параметры электродвигателя

Общие параметры для всех электродвигателей

• Момент электродвигателя
• Мощность электродвигателя
• Коэффициент полезного действия
• Номинальная частота вращения

• Момент инерции ротора
• Номинальное напряжение
• Электрическая постоянная времени

Библиографический список

• ГОСТ 27471-87 Машины электрические вращающиеся. Термины и определения.

Реактивный двигатель — termodinamikaVM.ru

Принцип действия теплового двигателя‎ > ‎Проект по термодинамике‎ > ‎история создания термодинамики‎ > ‎Учёные, внесшие вклад в развитие термодинамики‎ > ‎Классификация тепловых машин‎ > ‎

Принцип работы реактивного двигателя — InfoGrab

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).

• Принцип работы реактивного двигателя
• Как работает реактивный двигатель
• Устройство реактивного двигателя
• Разновидности реактивных двигателей

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

Содержание

1. Принцип работы реактивного двигателя
2. Как работает реактивный двигатель
3. Устройство реактивного двигателя
4. Разновидности реактивных двигателей

Принцип работы реактивного двигателя

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

org/ImageObject»>

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.

Плюсы и минусы реактивного двигателя

1939 год, Германия — впервые в небо поднялся самолёт, работающий на реактивном двигателе. Он превосходил по скорости полета истребители того времени. Но потреблял больше топлива и требовал длинной взлетно-посадочной полосы. Несмотря на недостатки, это был прорыв в авиации.

Сейчас этот усовершенствованный движитель применяется для запуска ракет, космических аппаратов, гражданских и военных самолётов. Рассмотрим его плюсы и минусы более подробно.

Реактивный двигатель: принцип действия и типы

Двигатель, в котором создается сила тяги за счет преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию рабочего тела, называется реактивным.

Рабочее тело с большой скоростью выходит из сопла, сообщая ему реактивную силу, направленную в противоположную сторону. Действуя согласно закону сохранения импульса, продукт сгорания топлива и двигатель перемещаются относительно друг друга в противоположных направлениях.

Если надуть воздушный шарик и, не завязывая, отпустить его, то получится простейший реактивный двигатель. Рабочее тело – накачанный в шарик воздух – будет вырываться наружу, заставляя шарик перемещаться в противоположном направлении.

Для работы реактивного двигателя нужны составляющие:

1. Топливо.
2. Камера сгорания (реактор), в которой внутренняя энергия топлива преобразуется в тепловую энергию рабочего тела.
3. Сопла, из которых под давлением вырываются наружу продукты сгорания топлива, сообщая двигателю реактивную тягу.

Бывает двух типов:

1. Воздушно-реактивный – тепловая энергия образуется при сгорании топлива в присутствии кислорода.
2. Ракетный – работающий в безвоздушном пространстве.

Преимущества реактивного двигателя

Перед остальными видами такие:

• Простота конструкции. Для создания простейшего реактивного двигателя достаточно камеры сгорания и сопла. В камере сгорания образуется рабочее тело с высокой тепловой энергией, которое проходя через сопло передает аппарату реактивную тягу.
• Малое количество подвижных деталей. Для повышения эффективности работы воздушно-реактивного двигателя, созданы дополнительные механизмы. Они обеспечивают принудительное нагнетание воздуха в камеру сгорания. Их конструкция проста. Обычно это воздухозаборник с крутящимся винтом и лопастями. У ракетного таковые отсутствуют вообще.
• Высокие удельный импульс и мощность. Удельный импульс характеризует насколько большое ускорение передается самолёту или ракете рабочим телом, что позволяет развить хорошую скорость полета. Сравнение мощностей различных типов двигателей наглядно демонстрирует преимущества реактивного: карбюраторный ДВС – 200 кВт; дизельный ДВС – 2200 кВТ.; атомный – 55 000 кВт; турбинный паровой — 300 000 кВт; реактивный – 30 000 000 кВт.
• КПД достигает 47-60%. Этот показатель гораздо выше, чем у двигателей внутреннего сгорания (25-35%) или турбинного (27-30%). Это значит, что реактивный совершает больше полезной работы.
• Управляемость с помощью тяги во время космических полетов. Меняя расход топлива, можно уменьшать или увеличивать скорость полета, делать манёвры и вовсе отключать двигатель, а затем снова его запускать. При этом ему не требуется взаимодействовать с другими телами.
• Работает при низком давлении воздуха или вовсе без него в условиях безвоздушного пространства. Пока ещё не создан механизм, который зарекомендовал себя лучше в условиях космоса.

Недостатки реактивного двигателя

• Создает сильный шум при работе. При взлете реактивного самолёта создается шум до 120 децибел. Для человеческого уха это значение близко к болевому порогу. Если стоять на расстоянии 100 метров от места взлета космического корабля, можно получить контузию. Ведь уровень шума достигает 150 децибел. Ученым пока не удается подавить шум от реактивного движителя или решить эту проблему иным способом.
• Расходует большой объем топлива. Он невероятно прожорлив. Чтобы вывести на орбиту ракетную систему с исходным весом 3000 тонн, необходима установка пяти таких двигателей. Они придают рабочему телу скорость 3 км/с. При этом высвобождается 10 тонн отработанных газов в секунду. За 4 секунды в камерах без остатка сгорает одна цистерна ракетного топлива.
• Ограниченный ресурс для космических полетов. Все виды топлива, которые применяют для ракет, выделяют ограниченное количество энергии. Этого недостаточно для совершения полетов в пределах Галактики и даже между планетами Солнечной системы. Перспективным направлением считается использование ядерной энергии.
• Большой вес и размер летательных аппаратов. Перед учеными, изучающими космос, стоят колоссальные задачи. Одна из главных – создание летательного аппарата для межпланетных и межзвездных перелетов. Они научились выводить на земную орбиту ракеты, спутники, достигли Луны. Для дальних полетов использовать реактивный двигатель невыгодно и нецелесообразно. Ученые подчитали, что для полета ракеты на Марс, ее стартовый вес должен составлять – 30 000 тонн, а на Юпитер – 250 000 тонн. Соответственно, увеличатся и размеры летательных аппаратов.
• Топливо расходуется быстро. Для длительного полета необходим большой объем энергоносителя. Емкости с горючим составляют значительную часть от массы самолёта или космического корабля.

Подведем итоги

Реактивный двигатель — это мощный механизм, без которого не может обойтись современные самолётостроение и ракетостроение. Он заставил летать самолёты в 1,5 раза быстрее и выше, чем поршневой мотор. Его сила тяги не зависит от наличия окружающей среды, точки опоры или иного тела.

Конструкция позволяет управлять ракетами в безвоздушном пространстве. Это делает его крайне необходимым для исследования космоса.

Чем выше его скорость летательного аппарата, тем большую полезную работу совершает двигатель. При меньшей скорости – полезная работа меньше.

Реактивный двигатель внедряют в автомобилестроении, строительстве поездов, для гоночных болидов, снегоуборочных машин, ледоколов. Компания «Rolls Royce» создала мотоцикл с газореактивным мотором.

Принцип работы турбины самолета

То что вы видите под крылом — это не турбина, а именно авиационный двигатель, а турбина — это его составная часть. Авиационный турбовентиляторный реактивный двигатель необходим для создания тяги, которая преодолеет сопротивление воздуха, сопротивление самолета и его частей, разгонит самолет до скорости, на которой вырастет подъемная сила, способная оторвать самолет от земли и унести его с полной загрузкой в небо.

• Турбореактивный двигатель (ТРД)
•  Турбонаддув
• Работа реактивного двигателя
• Принцип действия РД
• Устройство
• Двухконтурный РД
• Турбовинтовой двигатель 
• Турбина
• Турбокомпрессор
• Преимущества и недостатки турбонаддува
• Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей
• Принцип работы газовых турбин
• История создания газовой турбины
• Технические характеристики газовой турбины
• Активные и реактивные турбины
• Схема и принцип действия газотурбинного двигателя
• Принцип действия и устройство турбин. Активные и реактивные принципы работы турбин

Передняя часть двигателя называется воздухозаборник. Воздух, попадая в него, начинает частично сжиматься. Далее воздух попадает на ступени вентилятора и ряд лопаток, где его давление и температура от сжимания начинает расти. Воздух дальше идет по двум контурам. Внешний контур сжимает воздух благодаря своей форме. Воздух, который пошел во внутренний контур все больше сжимается, проходя каждый ряд статичных и крутящихся лопаток, сделанных из титана.

В компрессоре высокого давления он сжимается и его температура растет. И вот воздух попадает в камеру сгорания, где он смешивается с топливом. В результате этого резко растет тепловая энергия.Разогретые до огромной температуры газы выходят с бешеной скоростью из камеры сгорания и расширяются. Попадая на колесо турбины, они приводят ее в вращение.Турбина сидит на одном валу с компрессором. Компрессор начинает вращаться и получается замкнутая цепь. Воздух вновь засасывается компрессором и процесс продолжается.

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

Турбина сидит на одном валу с компрессором. Компрессор начинает вращаться. Получается замкнутая цепь: воздух вновь засасывается компрессором, и процесс повторяется. Выходящие газы попадают в сопло и на выходе из него смешиваясь с воздухом с внешнего контура создают реактивную струю, которая и толкает самолет сквозь воздушную среду. 

Турбореактивный двигатель (ТРД)

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

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

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

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

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

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

 Турбонаддув

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

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

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

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

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

Работа реактивного двигателя

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

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

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

Принцип действия РД

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

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

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

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

Устройство

Устроен РД следующим образом:

— компрессор;

— камера для сгорания;

— турбины;

— выхлопная система.

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

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

Двухконтурный РД

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

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

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

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

Турбовинтовой двигатель 

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

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

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

Турбина

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

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

Преимуществами турбовинтового двигателя являются:

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

Турбокомпрессор

Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

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

Преимущества и недостатки турбонаддува

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

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

Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

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

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

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

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

Принцип работы газовых турбин

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

История создания газовой турбины

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

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

Технические характеристики газовой турбины

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

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

Активные и реактивные турбины

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

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

Схема и принцип действия газотурбинного двигателя

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

Принцип действия ГТД следующий.

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

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

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

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

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

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

Особенности турбины как теплового двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 4.2 из 5.

Как работает реактивный двигатель? | Какие бывают типы реактивных двигателей?

Содержание

• 1 Что такое реактивный двигатель?
• 2 История реактивного двигателя
• 3 Принцип работы реактивных двигателей
• 4 Работа Jet Engine
• 5 Части реактивного двигателя
  • • 5. 0.1 1) Вентилятор
    • 5.0.2 2) Компрессор
    • 5.0.0). .3 3) Камера сгорания
    • 5.0.4 4) Сопло
• 6 Типы реактивных двигателей
  • 6.1 1) Турбореактивный двигатель
  • 6.2 2) Турбовальный двигатель
  • 6.3 3) Турбовальный двигатель
  • 6.4 4) Турбовинтовой двигатель
• 7 Почему реактивные двигатели настолько надежны?
• 8 Почему так сложно производить реактивные двигатели?
• 9 Как работает компрессор реактивного двигателя?
• 10 Можем ли мы внедрить реактивный двигатель в самолет?
• 11 Различия между реактивным двигателем и двигателем внутреннего сгорания
• 12 Часто задаваемые вопросы Раздел
  • 12.1 Какие бывают типы реактивных двигателей?
  • 12.2 Из каких частей состоят реактивные двигатели?

Что такое реактивный двигатель?

Реактивный двигатель — известный тип двигателя. Реактивный двигатель толкает самолет вперед с огромной силой, позволяя ему лететь слишком высоко. Та же идея применима ко всем авиационным двигателям, обычно эти двигатели известны как газотурбинные двигатели. Двигатель вытягивает воздух вентилятором. Компрессор увеличивает давление воздуха.

Вторая мировая война началась в эпоху реактивных двигателей. Реактивные двигатели работают совершенно иначе, чем предыдущие двигатели. Представьте, что вы сидите на столе на колесиках с миской для бейсбола. Кадр катит вас в другом направлении, когда вы бросаете бейсбольный мяч. Вы не попадете на дорожку, если моментально бросите бейсбольный мяч.

Согласно третьему закону Ньютона, каждое действие имеет равное, но противоположное противодействие. Когда вы бросаете мяч, сила такой же величины действует назад и едва заметна на земле. Если вы стоите на льду или плывете на байдарке, вас может ждать сюрприз, если вы не готовы.

Реактивный двигатель работает по тому же принципу: когда воздух всасывается назад, он толкает самолет вперед.

                                                              Сила = ускорение x масса

Воздух не очень тяжелый. Поэтому, если вы используете большую силу для перемещения большого объекта, такого как самолет, вам потребуется много воздуха, чтобы совершить небольшое ускорение с разумной скоростью, очень большое ускорение для меньшего количества воздуха или что-то в этом роде. середина.

Сгорание бензина и выхлопа происходит в одном направлении и толкает двигатель в противоположные стороны. Реактивные двигатели все еще работают в соответствии с этой концепцией, но имеют запас кислорода, который сжигает топливо в вакууме.

History of Jet Engine

Концепция реактивного двигателя впервые была предложена британским студентом Фрэнком Уиттлом в 1928 году. В 1937 году он доказал это в лаборатории, а в 1941 британские ВВС начали использовать первый самолет, Глостер E.28. Тем временем три немецких инженера разрабатывали ту же идею с начала до середины 1930-х годов.

Ганс фон Охайн завоевал Англию в 1939 году и построил первый в мире самолет с экспериментом HE-179. Bell P-59A Aira Comet, разработанный в 1919 г.41 был первым американским самолетом. Другие самолеты, такие как знаменитый Messer Schmidt Me262, продолжали выпускаться до конца войны.

Принцип работы реактивных двигателей

Реактивный двигатель приводит в движение самолет с огромной мощностью, что позволяет летательному аппарату двигаться быстро.

Реактивные двигатели, иногда называемые газовыми турбинами, работают по той же схеме. Двигатель втягивает воздух спереди через вентилятор. Воздушное трение увеличивается двигателем. Компрессор состоит из множества лопастей на валу.

Лопасти быстро вращаются, пока воздух сжимается или сжимается. Бензин сначала впрыскивается в сжатый воздух, и смесь воспламеняется электрическим пламенем. Дымовые газы распространяются и отделяются от двигателя через пыль.

Турбина и самолет отбрасываются назад из-за взрыва газовой форсунки. Горячий воздух проходит через другой набор лопастей, называемый турбиной, на пути к банке. Турбина крепится к тому же валу компрессора.

Движение турбины вызывает вращение компрессора. Для струй, которые медленнее тона, струя пролетает около 1000 км/ч по воздуху ( 600 миль/ч ). На этой скорости вы можете представить двигатель, движущийся к нему в покое и на холодном воздухе.

Работа реактивного двигателя

Тяга является основным результатом работы реактивного двигателя. Чтобы получить тягу, нужно выдуть воздух из сопла (в основном сужающейся части). Для автоматического выхода воздуха из сопла высокое давление на входе в сопло должно поддерживаться в два этапа.

На самой первой ступени компрессор сжимает поступающий воздух, повышая его температуру и давление. Но это не слишком много, поскольку это необходимо для создания большой тяги.

После первого этапа начинается второй этап. На этом этапе топливовоздушная смесь сгорает в камере сгорания и выделяет тепло. Теперь позвольте мне шаг за шагом провести вас через реактивный двигатель.

Первый — это впуск, где атмосфера поступает в двигатель, замедляя скорость и повышая давление.

Вторая ступень представляет собой компрессор с подвижными лопастями, увеличивающими давление проходящего через него воздуха. Компрессор имеет решающее значение для работы камеры сгорания. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где смешивается с топливом и сгорает при очень высоких температурах. Эти высокие температуры и давления действительно необходимы, но их необходимо снизить, прежде чем их можно будет использовать на сопле.

Как я уже упоминал ранее, в компрессоре используются движущиеся лопасти, поэтому для его работы необходимо затратить энергию. Газ высокого давления и температуры из камеры сгорания используется для вращения нескольких лопаток турбины, установленных на том же валу, что и компрессор. По этой причине компрессор работает так же, как и турбина.

После вращения турбины воздух имеет идеальные параметры и может всасываться в сопло. Воздух ускоряется соплом и толкает двигатель в обратном направлении.

В настоящее время в некоторых двигателях полностью удалены компоненты компрессора и турбины. Например, ГПВРД, прямоточные воздушно-реактивные двигатели и т. д. Эти типы двигателей генерируют огромную тягу, поскольку ясно, что турбины не используют энергию воздуха до того, как они будут погружены в сопло.

Детали реактивного двигателя

Основные компоненты реактивного двигателя приведены ниже:

1. Вал
2. Компрессор
3. Турбина
4. Камера сгорания

1) Вентилятор

Вентилятор является первой частью турбовентиляторного двигателя. Большой вращающийся вентилятор тянет много воздуха. Лопасти вентилятора в основном изготовлены из титана. И воздух ускоряется и уменьшается вдвое. Непрерывный участок, проходящий через середину или ступицу двигателя, приводимого в действие другими компонентами двигателя.

Второй элемент «опускает» сердце двигателя. Ядро движется через окружающую трубу, где создается наибольшая сила при движении самолета вперед. Этот холодный воздух увеличивает давление в двигателе и снижает шум.

2) Компрессор

Главный Артикул : Компрессор

Компрессор является первой частью активной зоны реактивного двигателя. Компрессор состоит из множества лопастей вентилятора и установлен на валу. Этот компонент двигателя перемещает входящий воздух во все более узкие области и повышает давление воздуха. Это увеличивает возможную емкость воздуха. Сжатый воздух нагнетается в камеру сгорания.

3) Камера сгорания

Воздух смешивается с горючим в горелке, пока она не загорится. Для распыления топлива в воздушный поток доступно до 20 штифтов. Смесь воздуха и бензина воспламеняется. Это гарантирует высокую температуру, высокий поток электричества. Бензин сжигает кислород, который создает расширяющийся тепловой газ в сжатом воздухе.

Внутренняя часть камеры сгорания обычно изготавливается из керамического материала для поддержания термостабильности камеры. Турбина получает огромный объем энергии от горелки для вращения лопаток турбины.

Вал, вращающий лопатки компрессора и нагнетательный вентилятор, крепится к турбине. Широкий поток энергии, используемый для питания вентилятора и компрессора, потребляет относительно мало энергии.

Тепло, выделяемое в камере сгорания, проходит через компрессор и приводит его во вращение.

4) Сопло

Это буквально часть генератора самолета, которая производит импульс. В дополнение к холодному воздуху, который проходит вокруг активной зоны двигателя и толкает самолет вперед. когда он покидает причал, воздушный поток высокой плотности с энергией, проходящей через турбину, создает силу, толкающую реактивный двигатель.

Смесь теплого и холодного воздуха выбрасывается, выхлопные газы выбрасываются, и автомобиль движется вперед. Перед соплом будет находиться смеситель, который смешивает теплый воздух, поступающий из сердца двигателя, с прохладным воздухом, проходящим через вентилятор. Мешалка улучшает бесшумность двигателя.

                                                  Сопло реактивного двигателя

Типы реактивных двигателей

Работа полностью газовых турбин и реактивных двигателей почти одинакова (всасывание воздуха через всасывающий клапан, сжатие воздуха, сжигание топлива (бензина или дизельного топлива), и расширение выхлопных газов через турбину). Таким образом, все пять основных частей являются общими. Камера сгорания, компрессор, всасывающий клапан, турбина расположены, через них проходит приводной вал.

Существует много типов реактивных двигателей, но наиболее известные типы приведены ниже:

1. Турбореактивный двигатель 
2. Турбовальный
3. Турбовентиляторный
4. Турбовинтовой

1) Турбореактивный двигатель

В последнее время этот тип реактивного двигателя широко используется в авиации. Турбинный двигатель можно определить как любое устройство, использующее энергию жидкости в контролируемом механическом пространстве, которое использует закон инерции и ускорения Ньютона, который генерирует или потребляет энергию для достижения новых желаемых результатов.

Это первичный «ракетный» реактивный двигатель, который толкает самолет вперед за счет выброса горячих выхлопных газов назад. Выхлоп из двигателя происходит быстрее по сравнению с холодным воздухом, поступающим в двигатель. Так турбореактивный двигатель создает тягу. В турбореактивном двигателе турбина должна приводить в действие только компрессор, так что потребляемая мощность выхлопных сопел относительно невелика.

Турбореактивный двигатель — это базовый двигатель общего назначения, обеспечивающий стабильно стабильную мощность. Поэтому они подходят для низкоскоростных и небольших самолетов, которым не нужно делать ничего в основном хорошего (например, резкого ускорения или большой мощности).

2) Турбовальный двигатель

Не следует учитывать, что вертолет приводится в движение реактивным двигателем. Вертолет имеет огромные несущие винты наверху, которые выполняют общую работу. Один или несколько газотурбинных двигателей обеспечивают мощность этих роторов, которые известны как турбовальные двигатели.

Разница между турбореактивным двигателем и турбовальным двигателем очень велика, так как тяга, создаваемая выхлопными газами, относительно невелика.

Вместо этого турбина турбореактивного двигателя потребляет максимальную мощность, а приводной вал турбины вращает одну или несколько шестерен, которые дополнительно вращают ротор и редуктор. Помимо вертолетов, турбовальными двигателями оснащаются корабли, танки и поезда. Газотурбинные двигатели, которые устанавливаются в силовых установках, также являются валами турбин.

3) Турбовентиляторный двигатель

Основная статья: Турбовентиляторный двигатель

Передняя часть гигантского самолета оснащена огромными вентиляторами, которые действуют как сверхэффективные пропеллеры. Эти вентиляторы работают в двух подходах.

Вентиляторы немного увеличивают поток воздуха через сердцевину двигателя, а использование того же топлива создает большую тягу (что повышает эффективность). Эти вентиляторы также продувают воздух вокруг основного двигателя, полностью минуя сердечник и создавая обратную тягу воздуха, подобную пропеллеру.

Проще говоря, тяга, создаваемая ТРДД, частично аналогична тяге турбореактивного двигателя и частично аналогична турбовинтовому двигателю. ТРДД с малым байпасом пропускают весь воздух через активную зону, в то время как ТРДД с большим байпасом пропускают через активную зону больше воздуха.

Измерение коэффициента двухконтурности дает вам количество воздуха (вес), которое проходит вокруг или через сердцевину двигателя. В двигателях с высокой степенью двухконтурности соотношение может составлять 10:1. Это означает, что количество воздуха, проходящего через ядро, в десять раз больше, чем количество воздуха, проходящего через ядро.

Невероятная эффективность и мощность делают турбовентиляторный двигатель предпочтительным для всего, от туристических самолетов до боевых самолетов (малый байпас). Байпасная конструкция также может охлаждать и заглушать реактивный двигатель.

Турбореактивный двигатель менее полезен, чем на 20%. Конструкция и диапазон турбовентиляторных двигателей варьируются от приложения к приложению, но все турбовентиляторные двигатели имеют большую эффективность по сравнению с турбореактивными двигателями. Хороший турбовентилятор может достигать 40% в реальной эксплуатации.

4) Турбовинтовые

Современные винтовые самолеты часто используют турбовинтовые двигатели. Турбовинтовой двигатель скорее всего турбовальный. Как и у вертолетов, внутренняя турбина не приводит в движение верхний ротор, а вращает передний винт, чтобы продвигать самолет вперед.

В отличие от турбовальных двигателей, турбовинтовые двигатели генерируют некоторую тягу вперед за счет выхлопа, но большая часть тяги исходит от винтов. Пропеллерные самолеты летают на низких скоростях, что снижает затраты энергии на сопротивление лобовому сопротивлению и очень полезно для больших грузовых самолетов и других легких небольших самолетов. Однако сам пропеллер создает сильное сопротивление, что является одной из причин промышленного внедрения турбовентиляторных двигателей.

Почему реактивные двигатели настолько надежны?

Электростанции (включая электростанции, использующие местное электричество), корабли, вертолеты, военные самолеты и коммерческие самолеты используют реактивные двигатели. Эти приложения имеют различные правила. Некоторым из них требуется больше надежности и безопасности для защиты населения, в то время как другим необходимо защищать рабочих и членов экипажа. Все это требует надежности, чтобы быть прибыльным.

Как правило, существует два типа надежности: малоцикловая и многоцикловая. Высокие циклы охватывают вещи, которые происходят чаще, чем один рабочий цикл, такие как вибрация и износ компонентов. Низкий цикл аналогичен рабочему циклу и может быть продолжительным, поскольку он может варьироваться в зависимости от конкретной среды аэропорта. Оба требуют много работы.

Сердцевина реактивного двигателя состоит из множества главных валов, оснащенных турбинами, компрессорами и вентиляторами. В идеале эти компоненты двигателя не двигаются вперед и назад, как поршни в автомобильном двигателе, уменьшая нулевые нагрузки и случаи пересечения, которые вызывают определенный износ и напряжения.

Первый способ повышения надежности заключается в контроле нагрузки на подшипник при расширении и сжатии двигателя в широком диапазоне температур рабочего диапазона двигателя и режима полета в авиационных приложениях.

Второй способ повысить надежность — контролировать температуру. Хотя это эффективно для максимальной экономии топлива и работы при более высоких температурах в процессе сгорания, детали турбины обладают удельной теплоемкостью, даже если детали турбины покрыты и охлаждаются.

После выключения двигателя температура двигателя также изменяется. Существует большое количество скрытого тепла, которое необходимо контролировать, чтобы обеспечить надежность для дальнейших рабочих циклов. Вспомогательные системы реактивного двигателя усложнились с тех пор, как были созданы первые.

По сравнению с большими двигателями с турбонаддувом, они часто представляют большие проблемы с точки зрения надежности. Эти ошибки могут быть более распространенными, но, как правило, их легче заменить. Некоторые вспомогательные детали могут быть продублированы. Таким образом, если один компонент выходит из строя, другой аналогичный компонент может взять на себя управление. Другие части могут иметь отказоустойчивый режим. Важность каждой части системы управления в регулировании широка и обобщена.

Различные детали реактивного двигателя имеют различные свойства, в частности степень износа. Это влияет на избыточность использования, защиту и шаблон каждого типа компонентов на протяжении всего рабочего цикла. Все это позволяет двигателю соблюдать интервалы технического обслуживания.

В правилах также указывается количество двигателей на воздушном судне и количество двигателей, необходимых для достижения аэропорта назначения или вылета. Двухреактивный самолет может выполнять полный цикл с одним двигателем.

Четырехреактивный самолет может взлететь с тремя работающими двигателями и приземлиться на двух из них. Перевозка большого количества пассажиров на самолете обходится очень дорого, поэтому для производителей экономически целесообразно повышать надежность своих двигателей. В таком конкурентном бизнесе надежность — единственный способ получить прибыль.

Почему реактивные двигатели так сложно производить?

В технике всегда есть вещи сложные и дорогие. Реактивный двигатель — один из них. Вещи, которые затрудняют производство реактивных двигателей, приведены ниже.

1) Высокий тепловой диапазон: авиатопливо сгорает в двигателе при температуре 2000° С, но самолет может летать ниже -50° С в воздухе.

2) Высокая точность: допуск в реактивных двигателях (расстояние между двумя взаимодействующими движущимися компонентами) очень мал и меньше, чем в обычных двигателях.

3) Высокая скорость: лопатки компрессора реактивного двигателя вращаются с поразительной скоростью – тысячи оборотов в минуту.

4) Надежность: Реактивные двигатели требуют высокой надежности (например очень высокой), это очевидно. Теперь соберите все это вместе, и материалы, технологии производства и оборудование станут довольно дорогими.

5) Точность: Из-за высокой точности компонентов реактивного двигателя (особенно лопастей двигателя) требуется много работы, чтобы спроектировать такие сбалансированные детали для двигателей, которые производят такую ​​большую мощность для этого конкретного размера реактивного двигателя. По сравнению с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) конечный продукт требует более сложной инженерной конструкции.

Например, когда речь идет о двигателях формульных автомобилей, это сравнение будет интересным, потому что к процессу сгорания в двигателе внутреннего сгорания предъявляются экстремальные требования для подачи большого количества энергии, что больше, чем у серийно выпускаемых автомобилей. Превышает требования (как автомобили).

6) Эффективность: Реактивные двигатели просты с точки зрения циклов сгорания, но очень сложны с точки зрения повышения эффективности и надежности. Мы уверены, что человеко-часы, необходимые от проектирования до производства реактивного двигателя, более чем в 100 раз больше, чем у двигателя с интегрированным циклом.

Во время испытаний реактивный двигатель должен выдержать пытки. Выбрасывайте ручьи, кости, мясо и другие предметы, чтобы не пролить двигатель.

Эффективность производства не очень высока, и есть много цен, вытекающих из цены, которую могут купить дорогие люди.

Как работает компрессор реактивного двигателя?

Компрессор является основным компонентом реактивного двигателя и только сжимает его. Обычно это последовательность различных лопастей от впускного отверстия до передней части камеры сгорания.

Принцип действия реактивного двигателя заключается в всасывании воздуха из впускного отверстия и обратном всасывании лопатками компрессора. По мере того, как воздух движется назад, он сжимается под высоким давлением, проходя через каждую ступень компрессора.

Затем воздух под высоким давлением поступает в камеру сгорания, где смешивается с топливом и воспламеняется. Термически расширенная смесь течет из камеры сгорания через турбину, которая приводит в действие компрессор и другие компоненты. В конце концов, высокотемпературный воздух выбрасывается из выхлопных газов с высокой скоростью в виде тяги.

Можем ли мы внедрить реактивный двигатель в самолет?

• Нет никаких теоретических или практических ограничений (на проектном или инженерном уровне) для использования реактивных двигателей в самолетах.
• Но они невыгодны. Скорее, это наложит строгие ограничения на людей, которые смогут позволить себе билет.
• В концепции будущих полярных сверхзвуковых самолетов (3 Маха и выше) или гиперзвуковых (> 5 Маха) самолетов могут потребоваться реактивные двигатели Rocket Jets для обеспечения начального ускорения прямоточного или ГПВРД, которые учитываются в этих концептуальных самолетах.

Различия между реактивным двигателем и двигателем внутреннего сгорания

• Реактивный двигатель представляет собой открытую систему. В качестве альтернативы ее можно назвать системой регулировки громкости. С другой стороны, двигатели внутреннего сгорания являются примером закрытой системы или системы управления массой.
• Еще одно отличие состоит в том, что реактивный двигатель регулярно создает работу. Двигатель внутреннего сгорания, с другой стороны, производит работу только во время определенного хода.
• Лопасти реактивных двигателей находятся в постоянном контакте с горячим газом в течение всей работы. Напротив, цилиндры и поршни двигателя внутреннего сгорания подвергаются воздействию высокой температуры и давления в течение очень ограниченного времени в течение цикла. Следовательно, максимальная температура двигателя внутреннего сгорания выше, чем максимальная температура реактивного двигателя.

FAQ Раздел

Какие бывают реактивные двигатели?

Реактивные двигатели бывают следующих типов:

1. Турбореактивный
2. Турбовальный
3. Турбовентиляторный
4. Турбовинтовой

Какие части реактивных двигателей?

Детали реактивного двигателя:

• Компрессор
• Вентилятор
• Камера сгорания
• Турбина
• Форсунка

Подробнее

1. Различные типы двигателей
2. Различные типы турбин
3. Работа и типы газовых турбин

Реактивные двигатели

Общий обзор

На изображении выше показано, как реактивный двигатель будет расположен в современном
военный самолет. В базовом реактивном двигателе воздух поступает в передний воздухозаборник и
сжимается (мы увидим, как позже). Затем воздух нагнетается
камеры сгорания, в которых впрыскивается топливо, а смесь воздуха
и топливо воспламеняется. Образующиеся газы быстро расширяются и истощаются.
через заднюю часть камеры сгорания. Эти газы действуют с одинаковой силой
во всех направлениях, обеспечивая тягу вперед, когда они уходят в тыл. В качестве
газы покидают двигатель, они проходят через веерообразный набор лопастей
(турбина), которая вращает вал, называемый валом турбины. Этот вал, в
очередь, вращает компрессор, тем самым обеспечивая подачу свежего воздуха
через впуск. Ниже представлена ​​анимация изолированного реактивного двигателя, который
иллюстрирует процесс притока воздуха, сжатия, горения, оттока воздуха
и только что описанное вращение вала.

процесс можно описать следующей схемой, взятой с сайта
Rolls Royce, известного производителя реактивных двигателей.

Этот процесс лежит в основе работы реактивных двигателей, но как именно
происходит что-то вроде сжатия (сдавливания)? Чтобы узнать больше о каждом
о четырех шагах создания тяги реактивным двигателем см. ниже.

СОСА

Двигатель всасывает большой объем воздуха через вентилятор и компрессор
этапы. Типичный коммерческий реактивный двигатель потребляет 1,2 тонны воздуха в секунду.
во время взлета — иными словами, он мог выпустить воздух на корте для сквоша в
меньше секунды. Механизм
которым реактивный двигатель всасывает воздух, в значительной степени является частью сжатия
сцена. Во многих двигателях
Компрессор отвечает как за всасывание воздуха, так и за его сжатие. Некоторые двигатели имеют дополнительный вентилятор,
не является частью компрессора для подачи дополнительного воздуха в систему. Вентилятор — крайний левый компонент
двигатель показан выше.

ВЫЖИМ

Помимо всасывания воздуха в двигатель, компрессор также создает давление в
воздуха и подает его в камеру сгорания. Компрессор показан на изображении выше слева от
огонь в камере сгорания и справа от вентилятора. Компрессионные вентиляторы приводятся в действие от
турбина валом (турбина, в свою очередь, приводится в движение воздухом,
выходя из двигателя). Компрессоры могут достигать избыточной степени сжатия
40:1, что означает, что давление воздуха в конце
компрессора более чем в 40 раз больше воздуха, поступающего в компрессор. На полной мощности лопасти типичного
коммерческий реактивный компрессор вращается со скоростью 1000 миль в час (1600 км / ч) и потребляет 2600 фунтов
(1200 кг) воздуха в секунду.

Сейчас
мы обсудим, как компрессор на самом деле сжимает воздух.

Как видно на изображении выше, зеленые вентиляторы, составляющие
компрессор постепенно становится все меньше и меньше, как и полость через
которые должен пройти воздух. Воздух
должны продолжать двигаться вправо, в сторону камер сгорания
двигатель, так как вентиляторы вращаются и толкают воздух в этом направлении. Результат — заданное количество воздуха
переходя из большего пространства в меньшее и тем самым увеличивая
давление.

BANG

В камере сгорания топливо смешивается с воздухом для создания взрыва, который
отвечает за расширение, которое нагнетает воздух в турбину.
Внутри типичного коммерческого реактивного двигателя топливо сгорает при сгорании.
камере до 2000 градусов по Цельсию. Температура, при которой металлы
эта часть двигателя начинает плавиться при температуре 1300 градусов по Цельсию, поэтому продвинутая
необходимо использовать методы охлаждения.

Сгорание
камера имеет сложную задачу сжигания большого количества топлива,
подается через топливные форсунки с большими объемами воздуха,
подаваемый компрессором, и выделяя полученное тепло таким образом
что воздух расширяется и ускоряется, чтобы дать плавный поток
равномерно нагретый газ. Эта задача должна быть выполнена с минимальными потерями
под давлением и с максимальным тепловыделением в ограниченном пространстве
доступный.

Количество топлива
добавление в воздух будет зависеть от требуемого повышения температуры. Однако,
максимальная температура ограничена определенным диапазоном, определяемым
материалы, из которых изготовлены лопатки турбины и сопла. Воздух имеет
уже был нагрет до температуры от 200 до 550 C за счет работы, проделанной в
компрессор, обеспечивающий повышение температуры примерно от 650 до
1150 C от процесса горения. Так как температура газа
определяет тягу двигателя, камера сгорания должна быть способна
поддержание стабильного и эффективного сгорания в широком диапазоне двигателей
условия эксплуатации.

Воздух, занесенный
вентилятор, который не проходит через сердцевину двигателя и, следовательно, не
используется для сжигания, что составляет около 60 процентов от общего
поток воздуха постепенно вводится в жаровую трубу, чтобы снизить
температуру внутри камеры сгорания и охладить стенки жаровой трубы.

УДАР

Реакция расширенного газа – смесь топлива и воздуха – нагнетается
через турбину, приводит в действие вентилятор и компрессор и выдувает из
выхлопное сопло, обеспечивающее тягу.

Таким образом, перед турбиной стоит задача обеспечения мощности для привода
компрессор и аксессуары. Это
делает это, извлекая энергию из горячих газов, выбрасываемых из
системы сгорания и расширения их до более низкого давления и температуры. Непрерывный поток газа, к которому
подвергается воздействию турбины, может попасть в турбину при температуре от 850 до
1700 C, что снова намного выше температуры плавления тока
технологии материалов.

Для производства
вращающий момент, турбина может состоять из нескольких ступеней, каждая из которых использует
один ряд подвижных лопастей и один ряд неподвижных направляющих лопаток для направления
воздух по желанию на лопасти. Количество этапов зависит от
зависимость между мощностью, требуемой от газового потока, вращательным
скорость, с которой он должен производиться, и допустимый диаметр турбины.

Желание
для обеспечения высокой эффективности двигателя требуется высокая температура на входе в турбину,
но это вызывает проблемы, так как лопасти турбины потребуются для работы
и выдерживают длительные периоды эксплуатации при температурах выше их плавления
точка. Эти лезвия, раскаленные докрасна, должны быть достаточно прочными, чтобы нести
центробежные нагрузки из-за вращения на высокой скорости.

Для работы в этих условиях холодный воздух вытесняется из множества небольших
отверстия в лезвии. Этот воздух остается близко к лезвию, предотвращая его
плавится, но существенно не ухудшает общий вид двигателя
производительность. Никелевые сплавы используются для изготовления лопаток турбины и
направляющие лопатки сопла, поскольку эти материалы демонстрируют хорошие свойства при
высокие температуры

Работа реактивного двигателя

История реактивных двигателей

Со времен мифа об Икаре, в котором герой сделал крылья из птичьих перьев и летал, люди пытались понять, как некоторые виды летают чтобы воспроизвести их с помощью машин. Леонардо да Винчи разработал первые концепции в 16 веке. Но в то время единственной известной движущей силой были человеческие мышцы. Фундаментальные принципы, которые позже помогут понять, как летают самолеты, появились только в 17-м и 18-м веках, благодаря таким ученым, как Ньютон и Бернулли. В 1920-го века промышленная революция позволила развить многие технические достижения. Француз Клеман Адер первым поднял в воздух самолет с паровым двигателем, вдохновленный летучей мышью. Примерно десять лет спустя братья Райт совершили первые в истории управляемые и моторизованные полеты, в 1903 году. немцы в 1939 году; однако это был результат нескольких столетий исследований.

Как это работает?

Принцип прост. Воздух всасывается вентилятором; он непрерывно сжимается перед прохождением через камеру сгорания, где вступает в реакцию с керосином и воспламеняется. Вызванная реакция расширяет газы, которые затем выбрасываются соплом назад, заставляя самолет двигаться вперед. Газы выходят с очень высокой скоростью, потому что они проходят через реактор, форма которого сжимается.

Кроме того, когда газы покидают двигатель, они вращают турбину, расположенную на той же оси, что и компрессор, сразу после камеры сгорания. Таким образом, движение турбины вызывает движение компрессора, что позволяет реакции быть непрерывной. Самолет движется, и воздух, циркулирующий на его крыльях, заставляет его лететь.

Авиакомпании постоянно пытаются улучшить работу камер сгорания, чтобы уменьшить выбросы самолетов.

Законы движения Ньютона

В 17 веке Ньютон сформулировал три фундаментальных закона для объяснения движения. Первый — принцип инерции, второй — принцип динамики. Нас интересует третий закон Ньютона, принцип взаимных действий.

Реактивное движение действительно основано на этом действие-противодействие принцип, который гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Таким образом, воздух, выбрасываемый назад, оказывает на самолет равную и противоположную силу, выбрасывая его вперед. Эта сила называется тягой. Кроме того, чем выше скорость выбрасываемых газов, тем больше тяга.

Закон Ньютона также объясняет, как летают самолеты; если крыло воздействует на воздух (его вес, сила, которая заставит его опуститься), то воздух действует на крыло с противоположной силой, называемой подъемной силой (вверх). Тот факт, что эти силы компенсируются, удерживает самолет в воздухе.

Первый реактивный двигатель

В 1731 году англичанин Джон Барбер начал подавать патенты на газовую турбину внутреннего сгорания, предка турбореактивного двигателя. Его двигатель состоял из компрессора, камеры сгорания и турбины, приводимых в действие горючим веществом. Однако Барбер не смог заставить свое изобретение работать, потому что технологии того времени не производили достаточной энергии.

Развитие газовой турбины было отложено успехом паровой турбины. Наконец, вслед за работами румына Анри Коанда и француза Максима Гийома в XIX в. 30-х годах, наконец, британец сэр Фрэнк Уиттл произвел революцию в воздушном транспорте с помощью турбореактивного двигателя . Вместо поршневого двигателя для сжатия воздуха Уиттл выбрал расположенную ниже по потоку турбину, которая использовала мощность выхлопных газов для привода компрессора. Этот новый двигатель был более эффективным и мощным, чем поршневой двигатель.

Англия и Германия одновременно разработали первые турбореактивные двигатели. Немец Ганс фон Охайн разработал первый реактивный двигатель для компании Heinkel в 1919 г.39. Первым реактивным самолетом тогда был Heinkel He-178, использовавшийся для боевых действий. Однако первый полет был прерван из-за того, что в двигатель засосало птицу. Во время Второй мировой войны гонка вооружений ускорила рождение современной авиации. Соединенные Штаты и Советский Союз догнали в конце войны, а затем Франция, ранее сдерживаемая немецкой оккупацией. Первые гражданские самолеты с реактивными двигателями появились в 1950-х годах.

Heinkel He-178 — Источник: Wikimedia Commons

Различные типы реактивных двигателей

Вообще говоря, турбореактивные двигатели позволяют преобразовывать химическую энергию, содержащуюся в топливе, в кинетическую энергию. Разработка турбореактивных двигателей с самого начала была серьезной проблемой как для военных, так и для гражданских; реактивные двигатели, разработанные сегодня, намного сложнее, чем в прошлом. Например, они оснащены реверсорами тяги, которые используются для торможения самолета.

Мы можем выделить несколько подкатегорий реактивных двигателей:

• Турбореактивные двигатели с центробежным компрессором
• ТРД с осевым компрессором
• Двухконтурные реактивные двигатели
• ПВРД
• Турбовинтовые двигатели
• Турбовальные двигатели свободной турбины

Описанные выше двигатели относятся к турбореактивным двигателям с центробежным компрессором . Они просты в изготовлении и надежны, но недостатком является то, что для них требуется двигатель большого диаметра, что снижает конечную скорость устройства. Таким образом, были изобретены осевые турбореактивные двигатели  . Воздух сжимается с помощью ряда пропеллеров, и производительность выше, но для этого требуются более совершенные материалы. В обоих случаях двигатель должен выдерживать температуру до 2000 градусов Цельсия.

В двухпоточном двигателе воздуходувка расположена перед компрессором. Он всасывает большее количество воздуха, который затем разделяется на первичный и вторичный потоки. Первичный поток проходит в камеру сгорания, поэтому это поток теплого воздуха. Вторичный поток выбрасывается непосредственно с обеих сторон двигателя; это холодный воздушный поток, обеспечивающий 80% тяги. На выходе холодный воздух смешивается с теплым воздухом, вызывая охлаждение двигателя. Эта система используется на большинстве коммерческих авиалайнеров, поскольку она улучшает тягу и снижает шум двигателя.

Двухконтурный реактивный двигатель — Источник: Википедия

Сегодня прямоточные воздушно-реактивные двигатели используются в боевых самолетах и ​​ракетах, поскольку они позволяют развивать очень высокие скорости. Их тяга выше из-за повторного впрыска топлива в камеру сгорания, что называется дожиганием. Кроме того, они не имеют движущихся частей и поэтому имеют малый вес. Недостатки заключаются в том, что они не могут работать ниже определенной скорости и что температура очень высока, что не является устойчивым с течением времени для многих материалов. Им также нужна начальная скорость для работы. Самолеты с прямоточными воздушно-реактивными двигателями могут развивать сверхзвуковую скорость. Двигатель Concorde представлял собой гибрид турбореактивного двигателя и прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

Турбореактивные двигатели увеличивают свою тягу, выбрасывая как можно больше газа. Турбовинтовых двигателей нет. Они полагаются на мощность вращения пропеллера, прикрепленного к внешней стороне самолета, чтобы обеспечить большую часть тяги. Турбовинтовые двигатели предлагают наиболее экономичное решение для полетов на короткие расстояния. Они более эффективны и потребляют меньше топлива, но имеют ограничения по высоте и расстоянию. Если вы хотите узнать больше о различных моделях турбовинтовых самолетов, посетите эту страницу.

Источник: Wikimedia Commons

Турбовальные двигатели были разработаны для вертолетов. Как и турбореактивные, они оснащены турбиной. Выпускаемые сегодня вертолеты, как и «Дельфины», имеют свободную турбину . Он преобразует кинетическую и тепловую энергию выхлопных газов в механическую энергию. Это также позволяет лопастям вертолета вращаться со скоростью, отличной от скорости компрессора, что обеспечивает устойчивость вертолета.

Как работают реактивные двигатели?

16 февраля 2022 г. 25 ноября 2020 г. Мэтью Джонстон

Пилоты должны хорошо разбираться во всех аспектах управления самолетом, чтобы обеспечить безопасный и эффективный полет. В этом руководстве рассматривается вопрос: как работают реактивные двигатели?

1.
Разработка реактивного двигателя

2.
Принципы и механика реактивных двигателей

3.
Реактивное топливо

4.
В чем разница между реактивными двигателями и турбовинтовыми двигателями?

Для тех, кто родился в реактивном веке, эта технология легко воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Даже на реактивном самолете дальние путешествия, такие как из Флориды на Гавайи, могут занять несколько часов, но представьте себе полет без мощных реактивных двигателей, которые могут обеспечить реактивные двигатели. Пилотам, которые летают на реактивных самолетах, требуется рейтинг типа и другие сертификаты, выходящие за рамки частного сертификата, а те, кто уполномочен действовать в качестве командира пилота (PIC), посвящают учебное время изучению того, как работают реактивные двигатели. Четкое понимание этого позволяет пилотам летать безопасно, более эффективно и с большим пониманием того, как двигатель работает с аэродинамическими силами, чтобы приземлиться, совершить крейсерский полет и снова взлететь.

Разработка реактивного двигателя

Чтобы в полной мере оценить важность реактивного двигателя и его место в авиации, лучше всего знать, как они появились и что они по большей части заменили. Первые мечтатели авиации делали наброски прототипов реактивных двигателей еще до того, как стали возможны воздушные шары и планеры. До появления реактивных самолетов самолеты приводились (и многие до сих пор) в движение с поршневыми и винтовыми двигателями. В то время как разработка турбовинтовых двигателей помогла увеличить скорость, тягу и мощность самолетов, авиационные инженеры все еще пытались использовать реактивную мощность.

Как и большинство инноваций в области авиации, разработка реактивных двигателей была вызвана войной. Горстка первых пионеров авиации, в том числе Сэмюэл Лэнгли, финансировалась военным министерством США для обеспечения полета человека с двигателем, чтобы его можно было использовать в качестве оружия. Хотя первый полет братьев Райт состоялся всего за несколько лет до начала Первой мировой войны, авиационные технологии быстро продвинулись во время войны до такой степени, что воздушные бои между самолетами происходили в самолетах с открытой кабиной.

Вторая мировая война подтолкнула ученых и инженеров к разработке не только ракет и ракетной техники, но и реактивных двигателей. Еще в 1939 году реактивные двигатели существовали, но в основном в лабораториях. Немецкий физик Ганс ван Охайн разработал работоспособный реактивный двигатель, который можно было использовать в истребителе. Сам самолет был построен компанией Messerschmitt и получил название Me 262. Как и все реактивные самолеты, самолет потреблял огромное количество топлива, и инженеры испытывали затруднения с этой ранней версией, поскольку было трудно удерживать его в воздухе, когда расходные материалы были в большом спросе. Он не летал много, но это был сильный первый шаг. В то же время британский новатор Фрэнк Уиттл разработал собственный реактивный двигатель, который использовался в Gloster Meteor. Иногда его использовали в качестве оборонительной меры, но его относительная низкая скорость делала его непрактичным для ведения боевых действий за границей.

После войны применение реактивных двигателей перешло к пассажирским авиалиниям. Как только это стало возможным, авиаперелеты стали намного дешевле и доступнее. Считается, что эпоха реактивных самолетов началась в 1958 году, когда ныне несуществующая авиакомпания Pan American Airlines начала полеты за границу на самолетах Boeing 707.

Принципы и механика реактивных двигателей

Огромная скорость реактивного двигателя работает на основе Третьего закона физики («Каждое действие равно противодействию».) Третий закон приводится в действие тяга, создаваемая газовыми турбинами внутри. В передней части реактивного двигателя вентилятор всасывает воздух. (Если вы посмотрите на реактивный двигатель пассажирского реактивного самолета, вы увидите лопасти этого вентилятора.) Затем воздух удерживается внутри двигателя, где компрессор подает его под давлением. Компрессор содержит несколько вентиляторов, все они снабжены лопастями и закреплены на валу.

После того, как эти вентиляторы выполнили свою работу по сжатию воздуха, подается топливо. Затем зажигается искра, в результате чего смесь топлива и воздуха воспламеняется. Затем эта комбинация быстро расширяется и направляется через сопло, расположенное в задней части двигателя. Эта концентрированная энергия и есть тяга, которая приводит в движение самолет. Реакция происходит с экстремальной скоростью, и турбины большинства современных реактивных двигателей вращаются более 10 000 раз в минуту. В просторечии многие летные инструкторы описывают этот процесс своим ученикам как «сосать, сжимать, хлопать, дуть».

Реактивное топливо

Что в топливной смеси вызывает такую ​​мощную реакцию? Реактивное топливо технически известно как авиационное турбинное топливо или ATF. В то время как в первоначальных экспериментах с реактивным двигателем использовалась энергия пара, а ранние поршневые двигатели работали на бензине. Современные реактивные двигатели летают на топливе на основе керосина, и делают это с конца Второй мировой войны, и в мире авиации это обычно сокращается как «автур».

ATF обычно прозрачная или светло-желтая. Он состоит из смеси углеводородов и по соображениям безопасности обрабатывается в соответствии с международными спецификациями и стандартами. В коммерческой авиации большинство реактивных двигателей используют топливо, известное как Jet A и Jet A-1. Разница между Jet A и Jet A-1 в том, что Jet A замерзает при 40 градусах ниже нуля, а Jet A-1 — при -53 градусах. В большинстве самолетов авиации общего назначения с газотурбинными двигателями используется состав под названием Jet B, тип характеристик, специально разработанный для холодной погоды.

В чем разница между реактивными и турбовинтовыми двигателями?

Реактивные двигатели не используют пропеллеры; так сказать, «пропеллеры» находятся внутри двигателя самолета в функции вентилятора. Однако они неэффективны, а авиакеросин стоит дорого. Турбовинтовые самолеты — это сочетание современных технологий и инновационного использования легких материалов.

Если турбовинтовой самолет считается переходным летательным аппаратом между поршневыми и реактивными самолетами, то почему самолеты с ними до сих пор летают? Турбовинтовые становятся все реже, но они все еще используются на региональных авиалиниях и самолетах авиации общего назначения. Их предпочитают многие пилоты, потому что они, как правило, менее автоматизированы и гораздо более эффективны при коротких поездках. Например, имеет смысл запустить реактивный двигатель, чтобы лететь из штата Мэн в Неваду, но более короткий перелет из Колорадо в Нью-Мексико более эффективен при меньшем количестве топлива. В этих обстоятельствах чаще всего выбирают турбовинтовые самолеты.

Мэтью Джонстон

Г-н Мэтью А. Джонстон имеет более чем 23-летний опыт работы на различных должностях в сфере образования и в настоящее время является президентом Калифорнийского университета аэронавтики. Он поддерживает членство и является поддерживающим участником нескольких ассоциаций по продвижению и защите авиации, включая Ассоциацию университетской авиации (UAA), Региональную ассоциацию авиакомпаний (RAA), AOPA, NBAA и EAA с программой Young Eagles. Он гордится своим сотрудничеством с авиакомпаниями, авиационными предприятиями и отдельными авиационными профессионалами, которые вместе с ним работают над развитием Калифорнийского университета аэронавтики как лидера в обучении авиационных специалистов.

Как работает реактивный двигатель?

Реактивные двигатели генерируют тягу, используя принципы реактивного движения, выбрасывая большие объемы жидкости в одном направлении для движения транспортного средства в противоположном направлении. В самолете это движение вперед создает поток воздуха над крыльями, который создает подъемную силу, удерживающую самолет в небе.

Создание тяги достигается за счет использования третьего закона движения Ньютона, который гласит, что на каждое действие (силу) существует равная и противоположная реакция (сила). Когда воздух и продукты сгорания вытесняются из двигателя, они воздействуют на двигатель соответствующей силой, толкая самолет вперед. Таким образом, реактивные двигатели являются разновидностью реактивных двигателей.

Термин «реактивный двигатель» охватывает различные двигательные установки. От прямоточных воздушно-реактивных двигателей до турбовентиляторных двигателей каждая конструкция реактивного двигателя преобразует энергию в тяговую мощность по-разному.

Турбореактивный двигатель

Схема турбореактивного двигателя. Источник: Jeff Dahl/CC BY-SA 4.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

Типичный тип реактивного двигателя, известный как турбореактивный двигатель, всасывает воздух из атмосферы, сжимает и нагревает его и позволяет ему выходить с высокой скоростью. В передней части турбореактивного двигателя воздух всасывается в воздуховод. После входа в этот воздухозаборник воздух попадает в компрессорную часть двигателя.

Компрессор состоит из нескольких ступеней роторов и статоров, представляющих собой вращающиеся и неподвижные диски с лопастями на концах, которые сжимают воздух до меньших объемов, повышая его давление. Лопасти ротора имеют форму крошечных аэродинамических профилей, которые направляют воздух к статору. Неподвижные лопасти статора действуют как диффузор, снижая скорость воздуха и увеличивая его давление. Роторы и статоры установлены попеременно (ротор, статор, ротор, статор), работая в тандеме для повышения давления воздуха.

[Откройте для себя воздушные компрессоры и газовые компрессоры на Engineering360.]

Затем этот воздух под высоким давлением поступает в камеру сгорания, где распыленное топливо для реактивных двигателей впрыскивается в нее и воспламеняется, производя очень горячий газ под высоким давлением. Топливо подается в двигатель из топливного бака подкачивающим насосом низкого давления. Перед поступлением в камеру сгорания давление топлива дополнительно увеличивается двухступенчатым основным топливным насосом для достижения достаточного давления для распыления форсунки. Часть топлива под давлением иногда используется для целей, отличных от сжигания, например, в гидравлических системах «топливной техники», которые приводят в действие компрессор с изменяемой геометрией, клапаны для стравливания воздуха и клапаны охлаждения турбины.

Продукты сгорания направляются через секцию турбины, состоящую из еще нескольких ступеней дисков с вращающимися лопастями. Турбина извлекает энергию из горячих газов для питания компрессора, с которым она соединена валом. Наконец, газ выходит из двигателя через сужающееся сопло в задней части, давление которого уменьшается по мере набора скорости. Высокоскоростная масса газов обеспечивает тягу, которая толкает самолет вперед.

Турбореактивные двигатели представляют собой газотурбинные двигатели, которые также используются в качестве электростанций для выработки электроэнергии в промышленности. Вместо выхлопа продуктов сгорания для создания тяги работа, производимая газовыми турбинами, может использоваться для выработки электроэнергии за счет извлечения максимальной энергии из продуктов сгорания в секции турбины для привода вала, соединенного с электрическим генератором.

Турбовентиляторный двигатель

Схема турбовентиляторного двигателя. Источник: K. Aainsqatsi/CC BY-SA 3.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Современные коммерческие пассажирские самолеты оснащены реактивными двигателями, известными как турбовентиляторные. Эти двигатели похожи на турбореактивные — с секциями вентилятора, компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла — но имеют существенные конструктивные отличия.

Прямо внутри входного отверстия турбовентиляторного двигателя находится большой вентилятор, который всасывает гораздо больший объем воздуха. Часть этого воздуха направляется в компрессор, но большая его часть транспортируется вокруг газовой турбины к задней части двигателя. Турбовентиляторные двигатели получают большую часть своей тяги от этого перепускного потока воздуха. Большой объем воздуха, движущегося с меньшей скоростью, создает меньше шума, чем турбореактивный двигатель, и обеспечивает более экономичную работу.

Турбовентиляторные двигатели имеют лучшую общую топливную экономичность, чем турбореактивные за счет повышенной механической сложности. В дополнение к основному компрессору, турбине и валу вентилятор приводится в действие другим валом, соединенным с дополнительной турбиной.

Во многих современных двигателях секции компрессор-турбина разделены на секции низкого и высокого давления. В этих конфигурациях компрессор низкого давления и турбина низкого давления соединены валом и вращаются как один «золотник», отдельно от золотника компрессора высокого давления и турбины высокого давления. Каждая катушка вращается независимо на валах, расположенных концентрически, вложенных друг в друга и идущих в осевом направлении по длине двигателя.

Эта конфигурация позволяет каждой катушке работать в оптимальной рабочей точке, повышая эффективность двигателя. На некоторых двигателях, в частности, на турбовентиляторных Rolls-Royce, золотник высокого давления дополнительно разделен на две секции, в результате чего получается три золотника компрессор-турбина: низкого давления, среднего давления и высокого давления.

Другие типы

Другие типы реактивных двигателей включают турбовинтовые, турбовальные, винтовентиляторные и прямоточные воздушно-реактивные двигатели.

Турбовинтовой состоят из воздушного винта, приводимого в движение турбореактивным двигателем. В отличие от турбореактивных двигателей, турбовинтовые двигатели извлекают больше энергии из продуктов сгорания в секции турбины, чтобы передать почти всю свою мощность на вал, который приводит в движение воздушный винт, вместо создания выхлопных газов большой тяги.

Схема турбовинтового двигателя. Источник: Emoscopes/CC BY-SA 3.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить его). Однако вместо прямого крепления вала к гребному винту турбовинтовые двигатели приводят в движение трансмиссии в таких приложениях, как вертолеты, корабли и танки.

Схема турбовального двигателя. Источник: Mliu92/CC BY-SA 4.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

Винтовые вентиляторы , также известные как двигатели с открытым ротором, аналогичны турбовинтовым двигателям, но вместо типичных винтов винтовые вентиляторы оснащены большим количеством специальных -контурные лопасти, установленные снаружи в передней, средней или задней части гондолы, в некоторых случаях в конфигурации с противоположным вращением, состоящей из двух роторов, вращающихся в противоположных направлениях. Винтовые вентиляторы обеспечивают высокую эффективность использования топлива, но они производят больше шума по сравнению с конструкциями, в которых секции гребного винта или вентилятора заключены в гондолу.

Схема винтовентиляторного двигателя. Источник: KVDP/Wikipedia (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

ПВРД — это простые реактивные двигатели, в которых отсутствуют вращающиеся механизмы, содержащиеся в турбореактивных двигателях. Вместо сжатия воздуха с помощью вращающихся компрессоров, приводимых в действие секцией турбины, прямоточные воздушно-реактивные двигатели используют поступательное движение самолета как средство для создания воздуха под высоким давлением. Затем топливо впрыскивается в поток, воспламеняется и выбрасывается через сопло для создания тяги.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели не создают тяги без движения самолета вперед и очень малой тяги, пока самолет не достигнет скорости звука, достигая максимальной эффективности на сверхзвуковых скоростях около 3 Маха. ГПВРД — это прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые осуществляют сгорание топливно-воздушной смеси, текущей со сверхзвуковой скоростью. позволяя им работать более эффективно на скоростях самолета выше 6 Маха.

Схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Источник: Cryonic07/CC BY-SA 3.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

Ракетные двигатели используют реактивную тягу для создания тяги за счет сжигания топлива и выпуска продуктов сгорания через сопла. В отличие от реактивных двигателей, которые всасывают атмосферный воздух для использования его кислорода в реакции горения с топливом, ракеты хранят на борту как окислитель, так и топливо, что позволяет им работать в космическом вакууме в дополнение к земной атмосфере. Топливо хранится в отдельных баках в жидкотопливных ракетах или в виде топливно-окислительной смеси, известной как зерно в твердотопливных ракетных двигателях.

Схема жидкостного ракетного двигателя. Источник: НАСА (Щелкните изображение, чтобы увеличить. )

Схема твердотопливного ракетного двигателя. Источник: НАСА (щелкните изображение, чтобы увеличить его). ТРДД Pratt and Whitney JT9D-7 с большой степенью двухконтурности. JT9D-7 приводил в действие оригинальный Boeing 747, когда он поступил на вооружение в 1919 г.70. Варианты двигателя также использовались в более поздних версиях 747, а также 767, Airbus A300, A310 и McDonnell Douglas DC-10.

Поперечное сечение турбовентиляторного двигателя Pratt and Whitney JT9D-7 с указанием типичных температур и давлений на различных участках двигателя. Источник: Aircraft and Rocket Propulsion, Brian J. Cantwell, Stanford University (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

На рисунке показаны типичные значения температуры и давления на различных участках двигателя. Направление потока указано стрелками. ṁ _a,fan — массовый расход перепускного воздуха через вентилятор, ṁ _a,core — массовый расход воздуха через сердечник двигателя и ṁ _f — масса топлива скорость потока.

Станция 2 соответствует набегающему потоку воздуха при статических условиях на уровне моря 59°F и 14,7 фунтов на квадратный дюйм абс.

Станция 13 расположена в байпасном тракте вентилятора на выходе из вентилятора, но перед входом в выпускное сопло вентилятора. На этой станции температура перепускного воздуха увеличилась до 140°F после прохождения через воздухозаборник и вентилятор.

Станция 2.5 расположена в сердцевине двигателя после компрессора низкого давления и перед компрессором высокого давления. После прохождения через воздухозаборник, вентилятор и компрессор низкого давления температура и давление воздуха в активной зоне повысились до 220°F и 32 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 3 расположена на выходе из компрессора высокого давления перед камерой сгорания. К этому моменту воздух в сердцевине двигателя достиг температуры 940°F и самого высокого давления 335 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 4 расположена на выходе из горелки перед турбиной высокого давления. Горение привело к скачку температуры газа до 2325°F. Давление немного снизилось до 315 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 4.5 расположена между турбиной низкого давления и турбиной высокого давления. Турбина низкого давления извлекла часть энергии потока в этот момент, поскольку газ расширяется через нее, падая по температуре и давлению до 1525 ° F и 82 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 5 расположена на выходе из турбины, где температура газа упала до 1035°F и 22 фунтов на квадратный дюйм. После станции 5 газ выпускается через сопло и смешивается с набегающим воздухом, расширяясь до условий давления набегающего потока и возвращаясь к температуре окружающей среды.

В части 2 этой серии будет рассмотрен фундаментальный термодинамический цикл, описывающий работу реактивного двигателя, а также рассмотрены два показателя эффективности реактивного двигателя.

Ресурсы

Соарес, Клэр. Газовые турбины: Справочник по применению в воздухе, на суше и на море . 2-е изд., Elsevier, 2015.

Термодинамика двигателей [PDF], Движение самолетов и ракет, Брайан Дж. Кантвелл, Стэнфордский университет

Как работает реактивный двигатель | Стэнфордский университет

Как работает реактивный двигатель? | НАСА

реактивный двигатель | инжиниринг | Британика

реактивный двигатель

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

сэр Фрэнк Уиттл
Ганс Иоахим Пабст фон Охайн
Лоуренс Дейл Белл

Связанные темы:

турбореактивный
прямоточный воздушно-реактивный двигатель
турбовальный
турбореактивный двигатель
движитель

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

реактивный двигатель , любой из класса двигателей внутреннего сгорания, которые приводят в движение самолет посредством выброса назад струи жидкости, обычно горячих выхлопных газов, образующихся при сжигании топлива с воздухом, всасываемым из атмосферы.

Общие характеристики

Первичным двигателем практически всех реактивных двигателей является газовая турбина. Газовая турбина, которую по-разному называют активной зоной, генератором газа, газификатором или генератором газа, преобразует энергию, полученную в результате сгорания жидкого углеводородного топлива, в механическую энергию в виде потока воздуха с высоким давлением и высокой температурой. Затем эта энергия используется тем, что называется движителем (например, пропеллером самолета и винтом вертолета), для создания тяги, с помощью которой самолет движется.

Принцип работы

Газовая турбина работает по циклу Брайтона, в котором рабочим телом является непрерывный поток воздуха, подаваемого на вход двигателя. Сначала воздух сжимается турбокомпрессором до степени сжатия, обычно в 10-40 раз превышающей давление входного воздушного потока (как показано на рисунке 1). Затем он поступает в камеру сгорания, где вводится устойчивый поток углеводородного топлива в виде распыляемых капель жидкости и пара или того и другого и сгорает при приблизительно постоянном давлении. Это приводит к непрерывному потоку продуктов сгорания под высоким давлением, средняя температура которых обычно составляет от 9от 80 до 1540 °C или выше. Этот поток газов проходит через турбину, которая соединена валом крутящего момента с компрессором и извлекает энергию из газового потока для приведения в действие компрессора. Поскольку к рабочему телу подводится тепло под высоким давлением, газовый поток, выходящий из газогенератора после расширения через турбину, содержит значительное количество избыточной энергии, т. температура и высокая скорость, которые можно использовать для движения.

Теплота, выделяемая при сжигании обычного топлива для реактивных двигателей в воздухе, составляет приблизительно 43 370 килоджоулей на килограмм (18 650 британских тепловых единиц на фунт) топлива. Если бы этот процесс был эффективен на 100 процентов, он тогда производил бы мощность газа на каждую единицу расхода топлива в размере 7,45 лошадиных сил/(фунтов в час) или 12 киловатт/(кг в час). На самом деле, некоторые практические термодинамические ограничения, которые являются функцией пиковой температуры газа, достигаемой в цикле, ограничивают эффективность процесса примерно до 40 процентов от этого идеального значения. Пиковое давление, достигаемое в цикле, также влияет на эффективность выработки энергии. Это означает, что нижний предел удельного расхода топлива (SFC) для двигателя, производящего газ, составляет 0,336 (фунт в час)/лошадиная сила или 0,207 (кг в час)/киловатт. На практике SFC даже выше этого нижнего предела из-за неэффективности, потерь и утечек в отдельных компонентах первичного двигателя.

Викторина «Британника»

Изобретатели и изобретения

Наши первые человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение при вращении? Пусть крутятся колеса в вашей голове, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Поскольку вес и объем имеют первостепенное значение в общей конструкции самолета и поскольку силовая установка составляет значительную долю от общего веса и объема любого самолета, эти параметры должны быть сведены к минимуму в конструкции двигателя. Воздушный поток, проходящий через двигатель, является репрезентативной мерой площади поперечного сечения двигателя и, следовательно, его веса и объема. Поэтому важным показателем качества первичного двигателя является его удельная мощность — количество энергии, которое он вырабатывает на единицу воздушного потока. Эта величина очень сильно зависит от пиковой температуры газа в активной зоне на выходе из камеры сгорания. Современные двигатели генерируют от 150 до 250 лошадиных сил/(фунт в секунду), или от 247 до 411 киловатт/(кг в секунду).

Движитель

Газовая мощность, вырабатываемая первичным двигателем в виде горячего газа под высоким давлением, используется для привода движителя, позволяя ему создавать тягу для движения или подъема самолета. Принцип создания такой тяги основан на втором законе движения Ньютона. Этот закон обобщает наблюдение о том, что сила ( F ), необходимая для ускорения дискретной массы ( м ), пропорциональна произведению этой массы на ускорение ( и ). Фактически, где масса берется как вес ( w ) объекта, деленный на ускорение свободного падения ( г ) в месте, где объект был взвешен. В случае реактивного двигателя обычно имеют дело с ускорением постоянного потока воздуха, а не с дискретной массой. Здесь эквивалентное утверждение второго закона движения состоит в том, что сила ( F ), необходимая для увеличения скорости потока жидкости, пропорциональна произведению скорости массового потока ( M ) потока и изменение скорости потока, где за скорость полета принята скорость на входе ( V ₀ ) относительно двигателя и скорость нагнетания ( V _j ) — скорость выхлопа или реактивной струи относительно двигателя. W — скорость массового расхода рабочего тела (т. е. воздуха или продуктов сгорания), деленная на ускорение свободного падения в месте, где измеряется массовый расход. Относительно небольшое влияние массового расхода топлива на создание разницы между массовым расходом впускного и выхлопного потоков намеренно не учитывается.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Таким образом, можно сделать вывод, что компоненты движителя должны оказывать силу F на поток воздуха, проходящий через движитель, если это устройство ускоряет воздушный поток от скорости полета V ₀ до скорости выпуска V _j . Реакция на эту силу F в конечном итоге передается опорами движителя на самолет в виде тяги.

Существует два основных подхода к преобразованию мощности газа в тягу. В одном случае вторая турбина (т. е. турбина низкого давления или мощность) может быть введена в проточную часть двигателя для извлечения дополнительной механической мощности из имеющейся газовой мощности в лошадиных силах. Затем эта механическая энергия может быть использована для приведения в движение внешнего движителя, такого как пропеллер самолета или винт вертолета. В этом случае тяга создается в движителе, поскольку он возбуждает и ускоряет воздушный поток, проходящий через движитель, т. Е. Воздушный поток, отдельный от потока, протекающего через первичный двигатель.

При втором подходе высокоэнергетический поток, подаваемый первичным двигателем, может подаваться непосредственно к реактивному соплу, которое разгоняет газовый поток до очень высокой скорости на выходе из двигателя, что характерно для турбореактивного двигателя. В этом случае тяга создается в компонентах первичного двигателя, поскольку они возбуждают газовый поток.

В других типах двигателей, таких как ТРДД, тяга создается обоими способами: основная часть тяги создается вентилятором, который приводится в действие турбиной низкого давления и который возбуждает и ускоряет байпасный поток ( см. ниже ). Оставшаяся часть общей тяги создается основным потоком, который выбрасывается через реактивное сопло.

Как первичный двигатель является несовершенным устройством для преобразования тепла сгорания топлива в мощность газа, так и движитель является несовершенным устройством для преобразования мощности газа в тягу. Обычно в высокотемпературном и высокоскоростном реактивном потоке, выходящем из движителя, остается много энергии, которая не полностью используется для движения. КПД движителя, КПД движителя η _p , часть доступной энергии, которая используется для приведения в движение самолета, по сравнению с полной энергией реактивного потока. Для простого, но репрезентативного случая, когда поток нагнетаемого воздуха равен потоку входящего газа, установлено, что

Хотя скорость струи V _j должна быть больше скорости самолета V ₀ для создания полезной тяги, большая скорость реактивной струи, которая значительно превышает скорость полета, может быть очень вредной для тяговой эффективности. Максимальная тяговая эффективность достигается, когда скорость реактивной струи почти равна (но, по необходимости, немного выше) скорости полета. Этот фундаментальный факт привел к появлению большого разнообразия реактивных двигателей, каждый из которых предназначен для создания определенного диапазона реактивных скоростей, который соответствует диапазону скоростей полета самолета, который он должен приводить в действие.