Турбовентиляторный реактивный двигатель | Техника и человек

Реактивный двигатель в свое время дал возможность самолетам преодолевать звуковой барьер и летать на больших скоростях, что стало настоящим прорывом как в гражданской, так и в военной авиации. Но, как это частенько бывает, не все в нем оказалось идеальным. Увеличение мощности повлекло за собой увеличение расхода топлива, что не могло не сказаться на стоимости перелетов. С тех пор авиаконструкторы постоянно ищут решения, позволяющие объединить высокую эффективность с экономичностью. Одним из возможных вариантов является двухконтурный турбореактивный двигатель и в частности его вид – турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД).

Турбовентиляторные реактивные двигатели – это все те же газотурбинные двигатели (ГТД), в семейство которых входят практически все современные авиационные силовые установки. ГТД относятся к тепловым машинам, в которых тепловая энергия сгоревшего топлива превращается в механическую. Главной особенностью всех ГТД является наличие турбины – вала с лопастями, которые воспринимают часть выработанной энергии и приводят в движение мотор. Наиболее простыми по строению считаются обычные турбореактивные двигатели (ТРД), состоящие из компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. Но, как было отмечено выше, такая конструкция хоть и обеспечивает необходимую мощность, при этом потребляет много топлива. Самыми же экономными в плане расхода топлива считаются турбовинтовые двигатели (ТВД), у которых тягу создает не реактивный поток, а винт, приводимый в движение турбиной. Правда, самолеты, оснащенные такими моторами, не могут преодолевать звуковой барьер, так что их возможности ограничены. Они используются в гражданской авиации на самолетах, летающих на большие расстояния с дозвуковой скоростью. Авиаконструкторы ищут возможность соединить эти два основных типа ГТД, чтобы получить эффективный и экономичный силовой агрегат, и турбовентиляторный реактивный двигатель – это как раз один из результатов их работы.

Перед тем, как перейти непосредственно к ТВРД, стоит обратить внимание на такое понятие, как двухконтурность реактивных моторов. Двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД) представляют собой обычные реактивные моторы, оснащенные дополнительным – внешним – контуром, который «обволакивает» их корпус. Между внешним и внутренним корпусом есть кольцевой канал, по которому проходит воздушный поток. То есть, при работе двигателя воздушный поток, который всасывает компрессор, попадает не только во внутренний контур, но и во внешний, что увеличивает расход воздуха и повышает эффективность работы. Степень двухконтурности таких двигателей определяется отношением количества воздуха, которое проходит через внешний контур, к количеству воздуха во внутреннем. Чем больше это значение, тем эффективнее работа силового агрегата.

Устройство

А теперь самое время перейти к турбовентиляторному реактивному двигателю, который как раз и является одним из видов ТРДД со степенью двухконтурности больше 2-х. ТВРД, как двухконтурный двигатель, состоит из первого контура – обычного ТРД, и второго. Первый контур включает в себя вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления и сопло. Второй контур представляет собой кольцевой канал с неподвижными лопатками внутри и соплом.

Компрессор высокого давления (КВД), как правило, осевой и состоит из нескольких ступеней, каждую из которых формируют подвижные и неподвижные лопатки, закрепленные на валу. Чем больше ступеней, тем выше степень сжатия воздуха. Подвижные лопатки расположены впереди, они засасывают и сжимают воздушный поток, который потом попадает на неподвижные лопасти, задающие ему осевое направление.

Вентилятор – это своего рода тот же компрессор, его даже порой называют компрессором низкого давления и считают одной из ступеней КВД. Обычно он одноступенчатый, чего вполне достаточно для предварительно сжатия воздуха, но в некоторых случаях встречаются и двух- и трехступенчатые вентиляторы.

Камера сгорания может быть кольцевой или трубчатой. Ее поверхность имеет отверстия для лучшего вентилирования и охлаждения. В самой камере установлены форсунки для подачи топлива.

Турбина высокого давления – это основа мотора. Собственно, это тот же компрессор, только с обратным принципом работы: в случае с турбиной не она воздействует на газовый поток, а поток воздействует на нее, отдавая часть своей энергии. Ее конструкция состоит из неподвижных лопаток, выпрямляющих поток расширенных газов, и подвижных лопаток, которые и создают крутящий момент. Как и компрессор, она может иметь несколько ступеней.

Турбина низкого давления – это свободная турбина, вращающая вентилятор. Она тоже вращается под воздействием расширенных газов Две турбины не связаны между собой механически и работают независимо одна от другой. Вал второй турбины при этом обычно находится внутри вала первой, но есть конструкции, предусматривающие наличие трех валов.

Принцип работы

Принцип работы ТВРД заключается в следующем. Поток воздуха захватывается вентилятором и, частично сжимаясь, направляется по двум направлениям: в первый контур к компрессору и во второй  на неподвижные лопатки. Вентилятор при этом играет роль не винта, создающего тягу, а компрессора низкого давления, увеличивающего количество воздуха, проходящего через двигатель. В первом контуре поток сжимается и нагревается при проходе через компрессор высокого давления и попадает в камеру сгорания. Здесь он смешивается с впрыснутым топливом и воспламеняется, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Поток расширяющихся горячих газов направляется на турбину высокого давления и вращает ее лопатки. Эта турбина вращает компрессор высокого давления, который закреплен с ней на одном валу. Далее газы вращают турбину низкого давления, приводящую в движение вентилятор, после чего попадают в сопло и вырываются наружу, создавая реактивную тягу.

В это же время во втором контуре поток воздуха, захваченный и сжатый вентилятором, попадает на неподвижные лопатки, выпрямляющие направление его движения так, чтобы он перемещался в осевом направлении. При этом воздух дополнительно сжимается, после чего попадает в сопло второго контура и выходит наружу, создавая дополнительную тягу. Два контура обычно не смешиваются между собой, но есть и исключения.

Преимущества и недостатки турбовентиляторных двигателей

Преимущества

Чем же так привлекателен турбовентиляторный реактивный двигатель? В первую очередь он дает возможность экономии топлива без потерь мощности, что так важно для реактивных двигателей. Кроме того, этот мотор менее шумный, чем его «сородичи». Еще одно преимущество – наличие упрощенной реверсной системы тяги. При торможении самолета используется тяга внешнего контура.

Недостатки

Что же касается недостатков, не обошлось и без них. Любые дополнительные компоненты конструкции двигателей – это дополнительный вес, что для авиации очень важно, а дополнительный контур немалых размеров – это довольно существенное увеличение массы мотора. Еще один минус – большие габариты, что ведет к повышению значения лобового сопротивления воздуха во  время полета. ТВРД можно безошибочно узнать по характерному виду: они напоминают бочонки с большим сечением. Большой диаметр этих моторов – залог высокой степени двухконтурности, в некоторых моделях через него проходит до 80% воздушного потока. В целях экономии и уменьшения веса второй контур выполняют не по всей длине двигателя, а немного меньше, в результате чего из объемного «бочонка» сзади выглядывает конус первого контура.

Применение

Турбовентиляторные реактивные двигатели успешно используются на современных самолетах отечественного и зарубежного производства. Из «родных» стоит выделить ПС-90А и Д-18Т; из зарубежных — General Electric GE90, CFM56-5А/B, CFM56-5C2.

Сфера применения ТВРД очень широкая. Это наиболее востребованный вид авиационных реактивных двигателей на сегодняшний день, который значительно потеснил свой прототип – классический ТРД. Благодаря своей экономичности, он используется и в гражданской, и в военной авиации. Им оснащаются пассажирские и грузовые самолеты, летающие на дальние и средние расстояния, хотя раньше в целях экономии на них устанавливались ТВД. Сейчас же появилась возможность летать быстро и сравнительно недорого, и все благодаря ТВРД.

Отечественные двигатели под крылом самолета

ПС-90 под крылом Sukhoi Superjet 100

Д-18Т и он же под крылом АН-124

Зарубежные образцы двигателей

ТВРД General Electric GE90

ТВРД Rolle Royce Trent 970

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие — турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Итак, высокая тяговая эффективность плюс экономичность. Два кита современного авиационного двигателестроения. И то и другое очень важно. Но для газотурбинного двигателя (ГТД) совместить эти два часто противоположных понятия бывает достаточно сложно.

Из всех ГТД, используемых на самолетах, самый экономичный – это турбовинтовой двигатель (ТВД). Но летать с достаточно большой скоростью на нем невозможно. Зато это можно сделать, используя ТРД. Однако, тогда можно забыть об экономичности.

Идея о том, чтобы каким-нибудь образом сблизить две противоположности, ТРД и ТВД, сделать из двух половинок одну выдающуюся вещь уже давно витает в воздухе. Использование большой степени двухконтурности как раз и есть верный (и большой!) шаг в этом направлении.

О нем сегодня и поговорим, и сразу окажем отдельное внимание двигателю, который является на данный момент, пожалуй, самым распространенным в общей массе ТРД. Это турбовентиляторный двигатель (ТВРД). Именно по причине его распространенности и очень частого использования, я решил рассказ о нем разместить отдельно.

В предыдущей статье о двигателях, подобных ему, вобщем-то было уже сказано немало. Ведь турбовентиляторный двигатель – это двухконтурный  двигатель (ТРДД) с большой степенью двухконтурности (К>2). Степень двухконтурности (К), как мы уже говорили, это отношение массы воздуха, проходящего через второй контур к массе воздуха, проходящего через первый.

Схема турбовентиляторного двигателя.

Чем выше степень двухконтурности, тем выше экономичность двигателя. А ведь именно за этим в наше время всеобщих и всевозрастающих дефицитов, в том числе и дефицита природных углеводородов, коим является керосин в баках практически любого современного пассажирского лайнера (или транспортного самолета), как раз и гоняются (можно так сказать :-)) все авиастроители и эксплуатанты современных самолетов.

Экономичность (по сравнению с ТРД) при хороших тяговых показателях – это, как я уже сказал, главное (и перекрывающее все недостатки :-)) достоинтсво двухконтурных турбореактивных двигателей, еще в большей степени относящееся к турбовентиляторным двигателям. К тому же такие двигатели значительно менее шумны и это тоже замечательное положительное качество.

Турбовентиляторный двигатель обычно можно без труда отличить от других ТРД, в том числе и от ТРДД с малой степенью двухконтурности, по внешнему виду. Они частенько, скажем так, «короткие и толстые». Этакие бочонки на пилонах 🙂 (справедливости ради добавлю, что это не правило, но все же… :-)).

Двигатель GE90 на самолете Boeing-777-200LR. Каков «бочонок»? 🙂

Особенно яркие представители этого класса: General Electric GE90 (степень двухконтурности 8,14), устанавливаемые на Boeing-777-200/300 ; CFM56-5А/B (степень двухконтурности 5,5-6,0), устанавливаемые на самолеты семейства А320 ; CFM56-5C2 (степень двухконтурности 6,6), устанавливается на А340-200/300.

Двигатель GE90-115B.

Самолет Boeing-777-312ER с двигателями GE90.

Двигатель CFM56-5.

Самолет А340-200.

Причина такой их внешности проста. Ведь главный прирост тяги в ТРДД обеспечивается за счет увеличения расхода воздуха, а это, в свою очередь, можно сделать увеличивая размер проходного сечения, то есть попросту диаметр движка. Вполне понятно, что основная масса воздуха (на современых двигателях от 80% и больше) пойдет через второй контур. Для того, чтобы это обеспечить используется так называемый вентилятор. Он представляет собой рабочее колесо копрессора большого диаметра, которое подает воздух в оба контура, и в первый и во второй.

В первом воздух, уже немного повысив свое полное давление в рабочем колесе вентилятора, поступает в компрессор низкого давления (КНД) и далее все, как в обычном ТРД. То есть оставшаяся часть компрессора (КНД плюс КВД), камера сгорания, турбина и сопло. Об этом я уже писал, неоднократно, в частности здесь и здесь.

А во втором контуре воздух, сжатый (степень сжатия невысока, 1,5 — 2)) после рабочего колеса вентилятора, проходя дальше по кольцевому каналу, попадает на венец неподвижных лопаток направляющего аппарата (НА).

Работа турбовентиляторного двигателя с большой степенью двухконтурности без смешения потоков.. А — ротор НД, В — ротор ВД, С — корпус (статор) ; 1- мотогондола, 2 — вентилятор, 3 — КНД, 4 — КВД, 5 — камера сгорания, 6 — ТВД, 7 — ТНД, 8 — сопло первого контура, 9 — сопло второго контура.

В нем он немного повышает свое статическое давление. Происходит это потому, что проходы между лопатками направляющего аппарата имеют вид расширяющегося канала и воздух в нем тормозится. По закону Бернулли давление в потоке растет. Так работают все осевые компрессоры, а закон Бернулии – один из основных в аэродинамике. О нем я ранее уже упоминал.

В НА поток выравнивается в осевом направлении и далее попадает в сопло, где и создается реактивная тяга. Рабочее колесо вентилятора вместе с лопатками НА являют собой, по сути дела, ступень компрессора низкого давления. Таких ступеней у турбовентиляторного двигателя может быть и две и, гораздо реже, три. Но в основном, конечно, одна. Рабочее колесо вентилятора на подавляющем большинстве ТВРД вращается в гордом одиночестве :-).

Из-за необходимости пропускать большой объем воздуха через второй контур, диаметр двигателя достаточно велик. И как раз из этой положительной необходимости и проистекают два главных недостатка ТВРД.

Первое – это сам большой диаметр. Он очень даже бросается в глаза, особенно на самолетах с двумя двигателями (в отличие от четырех), например на В-777, или А320. Такой большой лобовой размер обязательно означает большое лобовое сопротивление. От этого никуда не деться, поэтому и применяются такого рода двигатели на больших, пассажирских и транспортных, самолетах, для которых более важна экономичность, нежели скорость.

А второе – это масса, слово для любого авиапроектировщика неприятное :-). Ведь не зря при проектировании часто бывает, что борьба ведется чуть ли не за граммы веса. Размер практически всегда тянет за собой массу, этого тоже не избежать. Остается только уменьшать ее каким-либо другим способом.

Из этих соображений канал второго контура вместе с выходным соплом на ТВРД с большой двухконтурностью выполнен укороченным (короче – меньше масса). То есть расстояние от входа и до среза сопла во втором контуре значительно меньше, чем в первом. Первый контур «торчит» этаким удлинненным конусом из центральной части «бочонка», коим является турбовентиляторный двигатель :-).

Это кстати еще означает, что такие ТРВД, большого диаметра и, соответственно, большой степени двухконтурности работают без смешения потоков (об этом здесь). Однако ТРВД с более низкой степенью двухконтурности могут выполняться и со смешением потоков.

Двигатель PW4084 для самолетов Boeing-777-200/300. Пример двигателя без смешения потоков. 1 — воздухозаборник, 2 — узлы крепления двигателя, 3 — пилон, 4 — агрегаты двигателя, 5 — сопло второго контура, 6 — сопло первого контура.

Двигатель V2500 для самолетов Airbus A320 и MD-90. Пример двигат еля со смешением потоков в мотогондоле. 1 — воздухозаборник, 2 — пилон, 3 — агрегаты двигателя, 4 — система реверса, 5 — кольцевой смеситель, 6 — общее сопло.

Российские (советские) двигатели типа ПС-90А (степень двухконтурности 4,5 ; самолет ИЛ-96-300/400, ИЛ-76МД, ТУ-204/214) или Д-18Т (степень двухконтурности 5,6 ; самолет АН-124 «Руслан», АН-225 «МРИЯ») в своих мотогондолах выглядят постройнее (скорей всего из-за меньшей степени двухконтурности, или конструктивного исполнения) :-).

Турбовентиляторный двигатель ПС-90А.

Самолет ТУ-204-100.

Транспортный ИЛ-96-400Т и ИЛ-76 с двигателями ПС-90А.

Турбовентиляторный двигатель Д-18Т.

Транспортный самолет АН-124 «Руслан» с двигателями Д-18Т.

Транспортный самолет АН-225 «МРИЯ» с двигателями Д-18Т. Самый большой в мире и в единственном экземпляре.

Еще одна конструктивная особенность турбовентиляторных двигателей с большой степенью двухконтурности позволяет уменьшить общую массу движка. Это упрощенная и облегченная система реверса тяги, применяемая при торможении после посадки. Это можно отметить уже как положительное качество. Получается оно за счет того, что реверсирование происходит только с использованием воздуха второго контура, который не имеет ни высокой температуры ни высокого давления.

Реверс тяги на A340 с двигателями CFM56-5C.

Из-за небольших относительных по длинне размеров внешний корпус второго контура вместе с выходным соплом иногда принимают за обтекатель вентилятора. На самом деле это конечно не так. Однако существуют двигатели, внешне похожие на турбовентиляторные, у которых этот обтекатель есть.

Это турбовинтовентиляторные двигатели (ТВВД). Считается, что такой тип двигателя в определенном смысле дальнейшее развитие ТВРД. Степень двухконтурности такого двигателя очень высока и теоретически может изменяться до 20 и даже больше, вплоть до 90 едениц.

Главная его особенность в том, что вентилятор турбовентиляторного двигателя, представляющий в нем по сути ступень компрессора низкого давления, в ТВВД превратился в винтовентилятор, который представляет из себя либо два соосных многолопастных винта относительно малого диаметра, вращающихся в разные стороны, либо один винт такой же конфигурации. Лопасти этих винтов специального профиля и формы, саблевидные. Шаг лопастей изменяемый.

Теоретически такие двигатели занимают, в общем-то, среднее положение между ТВРД и ТВД. Диаметр винтовентилятора меньше диаметра обычного винта (при прочих равных условиях) примерно на 40%. Специальная форма лопастей делает возможной динамическое повышение давления воздуха после прохождения винтовентилятора и на вход в компрессор он поступает уже предварительно динамически сжатым. То есть прослеживается аналогия с ТВРД.

Схема турбовинтовентиляторного двигателя.

Однако по данным исследований и испытаний ТВВД в крейсерском полете при одинаковой с ТВРД дальности полета и коммерческой нагрузке расходует топлива на 25-30% меньше. То есть эффект значительный.

Ранее я уже говорил, что двухконтурные ТРД (и конечно же турбовентиляторные двигатели, к ним относящиеся) выполняются чаще всего по многовальной схеме. То есть каждый узел компрессора (КНД, КВД) а также вентилятор вращает своя турбина. В механическом плане они друг от друга не зависят и соединены между собой отдельными валами, конструктивно расположенными один внутри другого.

Но если вентилятор в турбовентиляторном двигателе приводится непосредственно от вала турбины низкого давления (ТНД) (либо свободной турбины), то винтовентилятор в ТВВД получает вращательный момент от той же турбины через промежуточный редуктор, обычно расположенный в передней части движка перед компрессором.

Сделано это, во-первых, из соображений придания винтам винтовентилятора разного направления вращения (если винтовентилятор двойной), а во-вторых (и это главное :-)) для того, чтобы винт имел пониженную по сравнению с турбиной частоту вращения и, тем самым, было бы обеспечено правильное оптимальное обтекание воздушным потоком лопастей винта с обеспечением его достаточно высокого КПД.

Редуктор (чаще всего он бывает планетарного типа, дифференциальный), являющийся столь важным узлом для турбовинтовентиляторного двигателя, одновременно и слабое место в его конструкции. Он имеет самый низкий КПД из всех шестеренчатых редукторов, надежно работает только до тяги винта порядка 18 тонн (после возможны разрушения), чувствителен к качеству масла, его температуре и давлению.Расход масла в этом редукторе довольно велик.

Однако работы в этом направлении продолжаются и стоит сказать, что по этому же пути в свое время пошли некоторые двигателестроительные фирмы. Именно поэтому в эксплуатации сейчас находятся также и редукторные турбовентиляторные двигатели (geared turbofan). У них вентилятор приводится от вала турбины через планетарный редуктор.

Турбовентиляторный двигатель с редуктором вентилятора. 1 — вентилятор, 2 — редуктор.

И вентилятор и приводящая турбина в результате работают в наиболее подходящих для себя условиях. Считается, что такой двигатель работает более эффективно, расходует меньше топлива, имеет меньшую массу, более простой узел турбины, меньше шумит.

Для примера, двигатель-ветеран такого класса – это изделие американской фирмы Lycoming (ныне Honeywell Aerospace) ALF 502. Он устанавливался на региональные самолеты British Aerospace 146 и самолеты бизнес-класса Bombardier Challenger 600.

Турбовентиляторный двигатель ALF502 с редуктором вентилятора.

Региональный самолет British Aerospace 146-200.

Самолет Bombardier Challenger 604 с двигателями ALF502.

А сейчас усиленно рекламируется ультрасовременный geared turbofan производства фирмы Pratt & Whitney — PW1000G. Он успешно прошел испытания (для этого использовалась летающая лаборатория на базе Boeing-747) и теперь планируется к установке на разрабатываемые и вновь запускаемые в серию новые региональные самолеты, такие как Bombardier C-серии, Mitsubishi Regional Jet и Ирку́т МС-21. Последний из этого списка – это разработка российских КБ. Его планируют запустить в серию к 2017 году.

Двигатель Pratt & Whitney — PW1000G с планетарным редуктором вентилятора.

Планетарный редуктор двигателя типа geared turbofan.

Перспективный самолет Bombardier CS-300.

Перспективный самолет Mitsubishi Regional Jet (модель) на котором планируются к установке двигатели Pratt & Whitney — PW1000G

Самолет МС-21 Иркут с двигателями Pratt & Whitney — PW1000G.

Помещаю здесь небольшое видео об этом двигателе и его преимуществах. Оно на английском языке, но даже людям его не знающим будут понятны общие принципы (а большего и не нужно :-))

Однако вернемся к ТВВД. Надо сказать, что они могут быть выполнены как с обтекателем винтовентилятора, так и без него, в зависимости от замысла конструктора и возможностей его реализации.

Широким представительством турбовинтовентиляторные двигатели похвастаться не могут, к сожалению. Наиболее широко известен сейчас двигатель Д-27 (разработка и производство: Запорожское машиностроительное конструкторское бюро „Прогресс“ имени академика А. Г. Ивченко ), который предназначался для установки на новые высокоэкономичные пассажирские и транспортные самолеты с улучшенными взлетно-посадочными характеристиками. Это такие, как АН-70, АН-180, БЕ- 42, ЯК-44.

Турбовинтовентиляторный двигатель Д-27.

Самолет ЯК-44 (макет). На нем планировалась установка двигателей Д-27. Работы по созданию самолета прекращены.

К сожалению, самолетам из этого списка (неполного к тому же), мягко говоря, сильно не повезло :-). Большинство из них по тем или иным причинам (главная – это, вобщем-то развал Советского Союза) не используют двигатель Д-27, либо не летают вообще.

Единственный успешно летающий самолет – это АН-70. Он хорошо показывает преимущества турбовинтовентиляторного двигателя Д-27. Да и сам по себе выглядит и летает очень неплохо :-).

Транспортный самолет АН-70 с двигателями Д-27.

А Д-27 по сути дела единственный на данный момент в мире, готовый к эксплуатации турбовинтовентиляторный двигатель без внешнего обтекателя (капота) винтовентилятора. Его предшественник — двигатель Д-236, созданный на основе Д-36. Он был разработан на том же предприятии для отработки концепции турбовинтовентиляторного двигателя. Испытывался на самолетах-лабораториях ИЛ-76ЛЛ и ЯК-42Е-ЛЛ.

Двигатель Д-236 на самолете ЯК-42Е-ЛЛ. Вид сзади.

Двигатель Д-236 на самолете ЯК-42Е-ЛЛ.

Второй известный двигатель типа ТВВД это НК-93. На нем уже установлен обтекатель. Еще говорят, что винтовентилятор закапотирован. Этот двигатель чисто российский и в техническом и инновационном плане является продуктом очень высокого качества.

Один маленький пример. По подсчетам специалистов, на самолете ИЛ-76 вместо ныне стоящих четырех турбовентиляторных Д-30КП (или ПС-90А-76) можно было бы поставить два НК-93. При этом дальность ила увеличилась бы на 45%.

Этот двигатель мог быть успешно использован на перспективных и ныне летающих самолетах, таких как ТУ-204, ТУ-214, ТУ-330, ИЛ-96, ИЛ-76, существенно улучшая их характеристики.

Однако судьба этого движка незавидна. Работы по нему начались еще в 1985 году на СНТК им. Н.Д. Кузнецова в Самаре и вначале шли довольно удачно. Но потом начались мытарства, не завершившиеся по сей день. Пресловутая перестройка, практически полное отсутствие финансирования, произвол, недальновидность и иной раз, я бы сказал, саботаж чиновников и руководителей различных рангов. Этот список сейчас, к сожалению, известен всем живущим в России.

Турбовинтовентиляторный двигатель НК-93.

Схема двигателя НК-93.

Испытания и дальнейшие работы по совершенствованию двигателя были практически полностью остановлены. Из 10-ти построенных НК-93 в воздух не поднялся ни один. И только в мае 2007 года удалось начать летные испытания. Двигатель «полетел» на летающей лаборатории ИЛ-76ЛЛ на аэродроме ЛИИ в Жуковском. Причем это произошло вовсе не потому, что появились деньги, а только благодаря энтузиазму и самоотверженности специалистов и некоторых трезвомыслящих руководителей.

Самолет ИЛ-76ЛЛ с двигателем НК-93.

Двигатель НК-93 под крыло ИЛ-76ЛЛ.

Однако дальше дело не двинулось, а теперь и вовсе застопорилось. Через три года двигатель опять перевезли в Самару и теперь удастся ли его вытащить «из этой помойки» ( слова Владимира Пташина, заместителя генерального директора ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова») совсем непонятно.

И это при том, что за рубежом двигателя такого класса до сих пор (пока!) еще нет, а НК-93 готов уже как минимум на 80%. Причем известно, что в России существует постоянный, непроходящий дефицит авиационных двигателей. Вобщем все, как всегда. Наступаем на те же грабли. Прошу прощения за то, что несколько отвлекся, но знаете ли, «за Державу обидно»….

Вернемся, однако, к чисто техническим вопросам :-)…
За рубежом в экспериментальном варианте существует еще несколько моделей интересных, необычных по виду двигателей. Все они выполнены по одинаковой схеме и самый, пожалуй, известный среди них это так называемый двигатель с открытым ротором (Open Rotor Jet Engine), носящий наименование GE36. Это разработка компании General Electric (GE) в сотрудничестве с NASA.

Двигатель GE36 на самолете MD-81.

Но это не последнее для него название :-). Его также ниогда именуют Ultra High Bypass Turbofan. То есть турбовентиляторный двигатель со сверхвысокой степенью двухконтурности.

Схема двигателя GE36.

Еще одна (объемная) схема двигателя GE36.

Кроме того этот двигатель также иногда называют турбовинтовентиляторным ( по-английски propfan), хотя отличие в организации воздушного потока первого контура по сравнению с классическими ТВВД (Д-27 и НК-93) видно сразу. Еще одно название двигателя GE 36 — Unducted fan (UDF- принятое как основная маркировка), что я бы перевел как бесканальный турбовентиляторный двигатель. Это в том смысле, что канала второго контура на нем как такового нет. Впрочем это относится ко всем ТВВД :-).

Он тоже занимает некое промежуточное положение между ТВРД и ТВД. В этом плане высокие тяговые характеристики турбовентиляторного двигателя сочетаются с с высокой экономичностью турбовинтового. Вентилятор в нем полностью вынесен наружу за корпус двигателя в заднюю его часть и превратился в два соосных многолопастных вращающихся в противоположные стороны винта, которые приводятся от газового потока по принципу свободной турбины. Лопасти винтов саблевидные (типа ятаган), изменяемого шага.

Форма лопастей обусловлена старанием разработчиков обеспечить их максимально-возможную эффективность на больших скоростях вращения. Отклонение передней кромки лопасти назад ( как изогнутая сабля) сродни стреловидности крыла самолета, предназначенного для полета со скоростями выше 700 км/ч (в том числе и на сверхзвуковых скоростях).

Это позволяет уменьшить влияние одного из видов аэродинамического сопротивления — волнового. Оно возникает при обтекании поверхности воздушным потоком с около- и сверхзвуковой скоростью. А именно такие условия обтекания возможны на концах лопастей воздушного винта при большой частоте вращения, либо при большом диаметре винта.

Открытый ротор GE36 это и есть, по сути дела, воздушный винт. Поэтому стреловидность его лопастей меняется по принципу ятагана для обеспечения их высокой эффективности. Предполагается, что специальная конструкция и форма лопастей позволит самолету с такими двигателями достичь скоростей порядка 850 -900 км/ч.

Немного овлекаясь скажу, что и на двигателе Д-27 лопасти винтов имеет саблевидную форму по той же вышеописанной причине. Кроме того на многих турбовентиляторных двигателях (особенно безредукторных и с вентилятором большого диаметра) лопатки вентилятора тоже имеют своеобразную, довольно сложную форму, способствующую более эффективному обтеканию их и следующих за ними элементов воздушным потоком.

Двигатель GE90 на самолете Boeing 777-300ER. Обратите внимание на размеры и форму лопаток вентилятора.

На этой фотографии турбовентиляторный двигатель GE90, считающийся самым большим двигателем в мире (по диаметру входа), на самолете Boeing-777-300ER. Обратите внимание на форму лопаток его вентилятора. Это то, о чем я писал выше. Заодно оцените размеры. Каково, а :-)? (Молодой человек на фото удобен для сравнения :-).)

Однако, вернемся к нашим баранам :-)… Испытания двигателя GE36 проводились еще во второй половине 80-х годов на базе самолета McDonnell Douglas MD-80 (MD-81 UHB) и Boeing-727. Тогда была зафиксирована его высокая экономичность. По сравнению с ТВРД (при прочих равных условиях) она составила порядка 30-35%.

Самолет МD-81 с двигателем GE36.

Boeing-727 с двигателем GE36.

Двигатель GE36.

Главным недостатком такого двигателя оказался сильный шум, производимый вращающимися лопастями. Это была одна из причин прекращения его практических испытаний. В настоящее время проводится дальнейшая проработка двигателя в лабораториях NASA.

Особенно активизировалась она с 2008 года. GE и NASA активно сотрудничают с франзуской авиастроительной фирмой SNECMA по вопросу разработки лопастей винтовенилятора. А с 2008 года таким же двигателем вплотную занялась фирма Rolls-Royce. На рисунке их опытная модель RIG 145 (степень двухконтурности 50).

Перспективный двигатель с открытым вторым контуром фирмы Rolls-Royce.

Мысль человеческая, как видите, штука пытливая. Постоянно появляются новые идеи, часто способные поднять авиационное двигателестроение на все более высокий уровень. Это, конечно, факт. Только очень бы хотелось, чтобы это почаще происходило именно у нас, в России. Тем более, что возможности для этого еще не иссякли. Нужно только побороть кое-какие беды. Дороги, вот, вроде делаются, значит осталось последнее……

В заключение еще видео. К сожалению, сегодня все ролики о движках на английском. Но я все же решил их разместить, потому что, во-первых, других нет :-), а во-вторых, несмотря на другой язык все довольно понятно и ролики создают правильное общее впечатление и дают верные понятия о работе и преимуществах турбовентиляторных и винтовентиляторных двигателей. А если что-то непонятно, спрашивайте, я разъясню, все что знаю сам :-).

Первые четыре ролика – рекламные фирмы GE. В самом первом, кстати, показаны испытания GE36. Показаны так же различные типы турбовентиляторных двигателей, в том числе GE90 и GEnx (для нового лайнера Boeing-747-8), принцип их работы, преимущества и заводская сборка. Крайний ролик – полет АН-70.

На сайте есть отдельная статья, посвященная принципиальному описанию ТВВД.

На этом сегодня все :-). До новых встреч, буду рад видеть вас на сайте снова :-).

Фотографии кликабельны.

This entry was posted in АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ, МИР АВИАЦИИ and tagged ТВВД, ТВРД. Bookmark the permalink.

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.

Что такое турбовентиляторный двигатель | Как работает турбовентилятор?

Содержание

Реактивные двигатели используются во всем мире для различных типов самолетов. Существуют различные типы реактивных двигателей, и турбовентиляторный двигатель — один из них. Реактивный или турбовентиляторный двигатель — это известный вид двигателя из категории реактивных двигателей. Турбовентиляторный двигатель чаще всего используется в авиационных силовых установках. Турбовентилятор имеет дополнительный вентилятор, который помогает разогнать большую массу без сжигания дополнительного топлива.

Что такое турбовентилятор?

Турбовентиляторный двигатель — это модифицированный тип реактивного двигателя, в котором для создания тяги используется комбинация байпасного воздуха и эффлюента реактивного ядра. Обходной воздух вдувается через канальный вентилятор. Реактивный сердечник приводит в движение этот канальный вентилятор. Турбовентиляторный двигатель также известен как байпасный или вентиляторно-реактивный двигатель.

Термин «турбовентилятор» означает «турбина» и «вентилятор», часть «турбина» представляет газовую турбину, которая получает механическую энергию за счет сгорания, а часть «вентилятор» представляет канальный вентилятор, который использует механическую энергию газовой турбины для ускорения воздуха в обратном направлении.

Вентилятор турбовентилятора забирает избыточную мощность из выхлопных газов через турбину. Этот процесс немного замедляет скорость выхлопа, но перепускной воздух значительно увеличивает массу.

В случае турбореактивного двигателя весь всасываемый воздух проходит через турбину и камеру сгорания. В отличие от этого, в турбовентиляторном двигателе только часть всасываемого в двигатель воздуха проходит через турбину и камеру сгорания. Поэтому турбовентиляторный двигатель работает как турбореактивный, в котором используется канальный вентилятор.

Эти двигатели создают тягу через силовую установку (вентилятор) и перемещают самолет по воздуху. Новейшие самолеты оснащены турбовентиляторными двигателями, потому что эти двигатели имеют хорошую топливную эффективность и создают высокую тягу.

Эффективность турбовентиляторного двигателя можно измерить как отношение количества сожженного топлива к требуемой тяге. Обычно он выражается в фунтах топлива на фунт тяги.

Большинство двигателей коммерческих самолетов в настоящее время имеют двигатели с высоким перепуском, но новейшие военные истребители имеют турбовентиляторные двигатели с низким перепуском. Дожигатели не могут использоваться в турбовентиляторных двигателях с высоким байпасом, но могут использоваться в двигателях с низким байпасом.

В двигателях этого типа основная часть двигателя окружена вентилятором спереди и дополнительной турбиной сзади. Турбины и вентиляторы имеют несколько лопастей, как центральная турбина и центральный компрессор, связанные через дополнительный вал. По некоторым механическим причинам вал вентилятора проходит мимо центрального вала. Такое расположение двигателя известно как двухбарабанный двигатель. Один «золотник» предназначен для сердечника, а другой — для вентилятора.

Как работает турбовентилятор?

• Сначала воздух засасывается внутрь двигателя с помощью вентилятора, и воздух разделяется на два различных пути.
• Часть воздуха поступает в активную зону двигателя, где происходит сгорание, а оставшаяся часть воздуха (байпасный воздух) движется по воздуховоду за пределы активной зоны двигателя.
• После всасывания воздух поступает в компрессор низкого давления, который повышает давление воздуха в соответствии с требованиями и направляет его в компрессор высокого давления.
• Когда сжатый воздух поступает в компрессор высокого давления, он дополнительно сжимает воздух до очень высокого давления, а также повышает его температуру.
• Компрессор высокого давления делает температуру воздуха настолько высокой, что когда он соприкасается с топливом в камере сгорания, начинается сам процесс сгорания.
• После сгорания воздушно-топливной смеси сгоревший газ поступает в турбину низкого и высокого давления.
• Попадая в турбину, горячие газы расширяются в ней и ударяются о лопатки турбины. Лопатки турбины извлекают из сгоревшей смеси достаточно энергии, чтобы привести в движение компрессор низкого давления и вентилятор. Оставшаяся энергия сгоревшей смеси направляется к выхлопному соплу.
• Когда выхлопные газы попадают в сопло, сопло преобразует энергию давления в скорость и превращает их в очень высокоскоростные газы.
• Когда высокоскоростные газы выходят из сопла в атмосферу, они создают тягу, которая движет самолет вперед.
• Скорость воздуха, обтекающего вентилятор, немного выше скорости воздуха, выходящего свободно. Этот поток воздуха называется байпасом или воздушным потоком вентилятора.

Конструкция турбовентиляторного двигателя

Турбовентиляторный двигатель был разработан для того, чтобы избежать нежелательных свойств дозвукового полета, присущих турбореактивным двигателям.

Очевидным способом повышения эффективности турбореактивного двигателя является повышение температуры горелки для улучшения КПД Карнота и установка сопла и компрессора большего размера. Этот процесс увеличивает тягу, но выхлопные газы выходят из двигателя с большой скоростью, что потребляет дополнительную мощность двигателя.

По вышеуказанным причинам реактивный двигатель потребляет большое количество топлива. Эти двигатели имеют низкую скорость и низкий КПД. Поэтому ученые разработали турбовентилятор, чтобы избежать дополнительного расхода топлива и улучшить топливную экономичность.

Типы турбовентиляторных двигателей

1. Низкофорсажный двигатель
2. Средний или форсажный двигатель
3. Высокофорсажный двигатель

1) Турбовентилятор с низким байпасом

Тип двигателя, который использует реактивную тягу больше, чем тягу вентилятора, называется турбовентиляторным двигателем с низким коэффициентом перепуска. Турбовентиляторный двигатель с низким коэффициентом перепуска содержит многоступенчатый вентилятор, который создает сравнительно высокие коэффициенты давления, что приводит к более высоким скоростям выхлопных газов (холодных или смешанных). Поток воздуха из активной зоны должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить достаточную мощность активной зоны для работы вентилятора.

В этом двигателе более высокий коэффициент перепуска/низкий цикл потока в активной зоне может быть достигнут за счет повышения температуры на входе ротора турбины HP (высокого давления).

Эти типы двигателей имеют высокую топливную эффективность по сравнению с базовыми турбореактивными двигателями. Новейшие истребители в основном имеют турбовентиляторные двигатели с низким коэффициентом перепуска и форсажными камерами. После этого они могут эффективно перемещаться, но при этом имеют достаточную тягу для ведения догфайта.

Истребитель может двигаться намного быстрее скорости звука, но для достижения максимальной эффективности воздух, поступающий в двигатель, должен двигаться со скоростью, меньшей скорости звука.

2) Турбовентилятор с дожигателем

Основная цель дожигателей — увеличить тягу, обычно используемую для сверхзвукового полета, боя и взлета.

После сгорания дополнительное топливо впрыскивается в камеру сгорания в трубе впрыска ниже по потоку от турбины, чтобы «подогреть» выхлопные газы. Это позволяет значительно увеличить тягу за счет снижения веса, а не использовать более мощный двигатель. Однако этот двигатель потребляет большое количество топлива из-за того, что он используется в течение короткого времени.

3) Турбовентилятор с высоким байпасом

Двигатель, у которого тяга вентилятора намного больше реактивной тяги, называется турбовентиляторным двигателем с высоким байпасом. Для улучшения расхода топлива и снижения шума почти все современные пассажирские самолеты и военные самолеты (например, C-17) оснащены турбовентиляторными двигателями с высоким байпасом.

Эти типы турбовентиляторных двигателей были разработаны на основе турбовентиляторных двигателей с низким коэффициентом перепуска, которые использовались в самолетах 1960-х годов.

Низкая определенная тяга достигается в этом двигателе путем замены многоступенчатого вентилятора одноступенчатым. В отличие от некоторых военных двигателей, новейшие гражданские турбовентиляторы не имеют фиксированной направляющей лопатки на передней части ротора вентилятора. Вентилятор имеет фиксированную шкалу для достижения требуемой чистой тяги.

Ядро двигателя (или газогенератор) должно вырабатывать достаточное количество энергии для работы вентилятора при требуемом соотношении давления и скорости потока. Модификации в технологии материалов/охлаждения турбины повышают температуру на входе в ротор турбины высокого давления (HP), что позволяет уменьшить (облегчить) сердечник и (потенциально) улучшить тепловую производительность сердечника.

Снижение массового расхода активной зоны приводит к увеличению нагрузки на турбину низкого давления, поэтому для поддержания эффективности турбины низкого давления и снижения средней нагрузки на ступень этой установке потребуются дополнительные ступени. Уменьшение потока в активной зоне также увеличивает коэффициент перепуска.

Компоненты турбовентиляторного двигателя

1. Вентилятор
2. Компрессор
3. Турбина
4. Вал
5. Камера сгорания
6. Форсунка

1) Вентилятор

Вентилятор является наиболее важным компонентом турбовентиляторов. Эта деталь помогает двигателю генерировать тягу.

Вентилятор — это первый компонент турбовентилятора. Вы можете увидеть это на приведенной ниже схеме, а также найти эту деталь в передней части самолета.

Лопасти вентилятора чаще всего изготавливаются из титанового сплава. Они могут втягивать большое количество воздуха внутрь двигателя. Воздух проходит через две части двигателя. Часть воздуха направляется в сердцевину двигателя, где происходит воспламенение. Остальной воздух (так называемый «обходной воздух») проходит через канальный вентилятор на внешней стороне активной зоны двигателя. Этот обходной воздух создает дополнительную тягу, охлаждает двигатель и успокаивает его, удаляя выхлопные газы. В новейших фанджетах максимальная тяга двигателя создается за счет обводного воздуха.

2) Компрессор

Основная статья: Компрессор

Компрессор играет важную роль в работе турбовентиляторного двигателя. Основной задачей компрессора является повышение давления и температуры воздуха.

В турбовентиляторном двигателе для сжатия воздуха используются два компрессора (компрессор низкого давления и компрессор высокого давления). Это центробежные компрессоры. Центробежный компрессор имеет ряд вращающихся лопаток в форме крыла для сжатия и ускорения воздуха. Основными частями центробежного компрессора являются рабочее колесо, впускное отверстие, диффузор и выпускное отверстие. Когда воздух проходит через компрессор, лопасти рабочего колеса компрессора становятся меньше. Они придают воздуху энергию и сжимают его. В результате этого процесса давление и температура внутри камеры сгорания увеличиваются. Компрессор имеет ряд неподвижных или статорных лопаток. Эти лопасти статора получают воздух с высокой скоростью от крыльчатки и преобразуют эту скорость в давление воздуха. Статоры также подготавливают воздух для поступления в следующие неподвижные лопасти. Проще говоря, лопасти статора «выпрямляют» воздушный поток.

3) Камера сгорания

Камера сгорания — это место внутри двигателя, где происходит сгорание. Когда воздух выходит из компрессора и попадает в камеру сгорания, он смешивается с топливом и воспламеняется. Звучит просто, но на самом деле это очень сложная процедура. Это связано с тем, что горелка должна продолжать обеспечивать стабильное горение воздушно-топливной смеси, в то время как воздух проходит мимо горелки с очень высокой скоростью.

В корпусе двигателя находятся все компоненты горелки, в которых диффузор является компонентом, работающим в первую очередь. Диффузор замедляет воздух в компрессоре, чтобы он мог легко сгорать. Купола и вихри увеличивают турбулентность воздуха и облегчают его смешивание с топливом. Как вы можете себе представить, топливная форсунка впрыскивает топливо, которое смешивается с воздухом, и происходит процесс воспламенения. После этого происходит собственно сгорание топлива в облицовке. В подкладке имеется несколько воздухозаборников, через которые воздух может поступать из разных точек зоны горения. Последним важным компонентом является зажигалка. Она очень похожа на свечи зажигания в автомобилях и поршневых двигателях самолетов. После того, как зажигалка воспламеняет источник огня, она становится самодостаточной и отключается (хотя обычно ее используют в качестве запасного варианта в плохую погоду или в условиях обледенения).

4) Турбина

Основная статья: Турбина

Когда сгоревший воздух выходит из камеры сгорания, он попадает в турбину. Турбина представляет собой ряд аэродинамических лопаток, которые очень похожи на лопатки компрессора. Когда горячий воздух с высокой скоростью проходит через лопатки турбины, они поглощают дополнительную энергию воздуха, заставляя турбину вращаться полностью и вращать соединенный с ней вал двигателя.

Это тот же вал, который соединяется с вентилятором и компрессором. Пока турбина вращается, компрессор и вентиляторы в передней части турбовентиляторного двигателя продолжают всасывать больше воздуха, который быстро смешивается с топливом и сгорает.

Турбины требуют дополнительного вентилятора (как показано на схеме выше), что приводит к более гигантским турбинам и большим перепадам температуры и давления, что приводит к меньшим соплам. Это означает, что скорость разгона активной зоны уменьшится.

5) Сопло

Сопло является последней частью вентиляторно-реактивного двигателя. Сопло является наиболее важным компонентом реактивного двигателя, а также турбовентиляторного двигателя. Этот компонент двигателя жизненно важен, поскольку он создает тягу, выбрасывая выхлопные газы в атмосферу с высокой скоростью, что помогает самолету двигаться вперед.

Этот процесс работает в соответствии с третьим законом Ньютона. Согласно этому закону, каждое действие имеет равную, но противоположную по направлению реакцию. Поэтому, когда сопло выбрасывает воздух с большой скоростью, воздух также оказывает равную, но противоположно направленную силу и двигает самолет вперед.

Что такое коэффициент перепуска?

Перепускной коэффициент (BPR) — это сравнение массового расхода воздуха, проходящего через сердечник, с массовым расходом воздуха, всасываемого сердечником двигателя. Например, если коэффициент перепуска составляет 12:2, это означает, что 12 кг воздуха минует сердечник двигателя, а 2 кг воздуха проходит через сердечник. Турбовентиляторные двигатели делятся на различные типы на основе коэффициента перепуска, который, наряду с коэффициентом давления вентилятора, температурой на входе турбины и коэффициентом общего давления, является жизненно важным фактором проектирования. Турбовинтовые двигатели и агрегаты без вентилятора также используют BPR, поскольку их высокая пропульсивная эффективность обеспечивает им общую эффективность, характерную для турбовентиляторных двигателей с избыточным байпасом. Коэффициент байпаса также может быть использован для установки подъемного вентилятора, в котором воздушный поток вентилятора отводится от двигателя и не проходит через сердечник двигателя. Высокий BPR уменьшает сжигание топлива при той же тяге. Самолет хорошо подходит для сверхзвуковой скорости, когда весь газ, выходящий из газовой турбины, преобразуется в K.E в проталкивающем сопле. Самолет лучше всего работает на нулевой скорости, когда выходящий газ преобразуется в одну большую массу и низкую кинетическую энергию.

Турбина всему голова

Существующие сегодня реактивные двигатели уже не считаются экономичными и удобными для использования и обслуживания, и несколько мировых компаний уже приступили к разработке новых типов силовых установок. Они должны стать легче, экономичнее и мощнее существующих сегодня двигателей пассажирских лайнеров.

Фактически отцом современных двигателей, устанавливаемых на транспортные и пассажирские самолеты, является советский конструктор Архип Люлька. В 1941 году он получил патент на изобретение турбореактивного двухконтурного двигателя, однако из-за Великой Отечественной войны построить прототип установки не успел. Первый двигатель такого типа в 1943 году испытали в Германии. От обычных реактивных двигателей, разработка которых началась чуть раньше, новые силовые установки отличались течением воздушных потоков по двум контурам.

Внутренний контур состоит из зоны компрессоров, камеры сгорания, турбины (газогенератор) и сопла. Во время полета воздух затягивается и немного сжимается вентилятором, самым большим винтом и самым первым по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. После сгорания горючего раскаленные газы вырываются из камеры сгорания и вращают турбину.

Схема турбовентиляторного реактивного двигателя. Слева направо: вентилятор, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, вал компрессора низкого давления, вал компрессора высокого давления, камера сгорания, турбина высокого давления, турбина низкого давления, сопло.

K. Aainsqatsi / wikipedia.org

Поделиться

Турбина представляет собой жаропрочный воздушный винт, жестко посаженный на вал. Этим валом турбина связана с компрессорами и вентилятором на входе двигателя. После турбины реактивная струя попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя. Вторая часть воздуха после вентилятора поступает в направляющий аппарат. Это такие вертикальные неподвижные лопатки. В этой части воздушный поток тормозится, из-за чего давление в нем повышается. После этого сжатый воздух сразу поступает в сопло и формирует остаток тяги.

Сегодня турбореактивные двухконтурные двигатели делят на два типа: с низкой и высокой степенью двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение объема воздуха за момент времени проходящего через внешний контур, то есть, минуя камеру сгорания, к объему воздуха, проходящего через внутренний контур, то есть газогенератор. Двигатели со степенью двухконтурности меньше двух традиционно ставятся на боевые самолеты, поскольку имеют небольшие размеры и большую тягу. Но они же расходуют много топлива.

Если у силовой установки степень двухконтурности больше двух, его принято называть турбовентиляторным реактивным двигателем. В такой силовой установке большая часть воздуха в полете проходит по внешнему контуру. На современных двигателях от 70 до 85 процентов тяги формируется именно вентилятором, в то время как внутренний контур используется лишь для привода дополнительных агрегатов, типа генератора, а также самого вентилятора и компрессоров.

В турбовентиляторных двигателях коэффициент полезного действия зависит от величины степени двухконтурности. Но увеличение двухконтурности приводит и к увеличению размеров двигателя, его массы и аэродинамических характеристик (большой двигатель имеет большое лобовое сопротивление). В целом же турбовентиляторный двигатель не может развивать скорость выше скорости звука, но имеет небольшой расход топлива, что как раз очень важно для пассажирских и грузовых перевозок.

НК-93

avia-simply.ru

Турбовентиляторные двигатели в гражданской авиации используются на протяжении последних нескольких десятилетий и зарекомендовали себя как надежные, относительно дешевые и экономичные силовые установки. Эти показатели разработчики из года в год стараются снизить, применяя все новые технические решения вроде саблевидных лопаток вентилятора, позволяющих сильнее сжимать воздух в зоне входа в компрессорную часть. Но эти решения не дают существенной экономии в расходе топлива.

Американский двигатель CFM56, устанавливаемый на самолеты нескольких типов компаний Boeing и Airbus, имеет степень двухконтурности 5,5 и удельный расход топлива в крейсерском режиме 545 граммов на килограмм-силы в час. Для сравнения, двигатель АЛ-31Ф истребителей Су-27 имеет степень двухконтурности 0,57 и удельный расход топлива в крейсерском режиме в 750 граммов на килограмм-силы в час и 1900 граммов на килограмм-силы в час на форсаже. Первый CFM56 расходовал чуть больше 700 граммов топлива на килограмм-силы в час.

Турбовентиляторный реактивный двигатель на самолете Boeing 777-300

Boeing

Поделиться

Частичной экономичности новых турбовентиляторных двигателей конструкторы смогли добиться и за счет использования редуктора. Его установили между вентилятором и валом турбины, благодаря чему удалось избавиться от жесткой связки между горячей и холодной частями силовой установки. Кроме того, вентилятор и турбина стали работать в оптимальных друг для друга условиях. Но для существенной экономии конструкторы, помимо прочего, стали думать в сторону турбореактивных двигателей с ультравысокой степенью двухконтурности.

Ультравысокой, или сверхвысокой, степенью двухконтурности считается, когда объем воздуха проходящего за момент времени через внешний контур в двадцать и более раз больше объема воздуха, проходящего через внутренний контур. Так изобрели турбовинтовентиляторный реактивный двигатель. Он имеет два (иногда три) вентилятора, расположенных на одной оси и вращающихся в разные стороны. Лопатки таких вентиляторов имеют саблевидную форму, а сами роторы — изменяемый шаг.

Схема турбовинтовентиляторного реактивного двигателя с открытым винтовентилятором

Hamilton Sundstrand Corporation

Поделиться

Внешне турбовинтовентиляторные двигатели могут быть похожи на обычные турбовинтовые с воздушными винтами. Однако в новых силовых установках диаметр вентиляторов в среднем на 40 процентов меньше обычных воздушных винтов, а воздушный поток за лопатками вентилятора сжимается по разному. Например, в зоне воздухозаборника компрессорной части он, как и у турбовентиляторных двигателей, имеет большую степень сжатия.

Одним из примеров турбовинтовентиляторных двигателей является российский НК-93. Иногда его называют турбовинтовентиляторным реактивным двигателем с закапотированным ротором, или винтовентилятором. В нем винтовентилятор вместе с небольшим по длине внешним контуром забран в капот, специальную конструкцию, защищающую лопатки и упорядочивающую воздушный поток в полете. Такой двигатель примерно на 40 процентов экономичнее сопоставимого по мощности Д-30КП транспортного самолета Ил-76.

thinkdefence.co.uk

Сегодня разработка НК-93 приостановлена. Проект официально не закрыт, но будет ли он когда-либо завершен, не ясно. По разным данным, удельный расход топлива двигателем НК-93 в крейсерском режиме полета составил бы от 370 до 440 граммов на килограмм-силы в час. При этом до 87 процентов тяги будут формироваться именно винто-вентилятором. В третьей серии двигателей Д-30КУ-154 для Ил-76 удельный расход топлива удалось снизить до 482 граммов на килограмм-силы в час.

Схема турбовинтовентиляторного реактивного двигателя с закапотированным ротором

avia-simply.ru

Поделиться

Тяга НК-93, по предварительным расчетам, должна была составить около 18 тысяч килограммов-силы. Для сравнения, тот же Д-30КУ-154 способен выдавать тягу в 10,8 тысячи килограммов-силы. Отчасти неудачи проекта НК-93 объясняются недофинансированием проекта, а также не совсем удачными испытаниями опытной модели, некоторые показатели которой оказались несколько выше расчетных. Кроме того, несмотря на свою эффективность и экономичность, НК-93 является двигателем очень крупным.

Между тем, в 2000-х годах Запорожское машиностроительное конструкторское бюро «Прогресс» разработало двигатель Д-27. Он относится к турбовинтовентиляторным реактивным двигателям с открытым винтовентилятором. Сегодня он является единственной в мире силовой установкой такого типа, выпускаемой серийно. Д-27 используется на перспективном украинском военно-транспортном самолете Ан-70. В этом двигателе поток воздуха создаётся двумя соосными многолопастными саблевидными винтами.

Тяга двигателя Д-27 составляет 13,1 тысячи килограммов силы, а удельный расход топлива в крейсерском режиме — около 140 граммов на килограмм-силы в час. Турбовинтовентиляторные двигатели с открытым ротором могут иметь немного различную конструкцию. Как правило, в них предусмотрено использование редуктора для привода винтовентилятора турбиной. Украинский двигатель в своей конструкции редуктор использует. Этот узел позволяет выставить оптимальные обороты для турбины и оппозитно-вращающихся роторов.

В Евросоюзе в настоящее время действует многолетняя программа разработки новых технологий для гражданской авиации, которые в целом должны будут сделать пассажирские самолеты будущего экономичнее, экологичнее, тише и комфортнее. Этот проект называется Clean Sky 2. В рамках этого проекта французская компания Snecma, входящая в холдинг Safran, приступила к сборке первого опытного образца турбовинтовентиляторного двигателя с открытым ротором. Испытания силовой установки состоятся до конца 2016 года.

Д-27

green-stone13.livejournal.com

Новый опытный двигатель на время проверок установят на пассажирский лайнер Airbus 340 на специальном подвесе в хвостовой части фюзеляжа. Перед летными испытаниями перспективный двигатель проверят на тестовом стенде на полигоне во французском Истре. Параметры перспективной силовой установки разработчики сравнивают с распространенными CFM56. Ожидается, что выбросы углекислого газа двигателя с открытым ротором будут на 30 процентов меньше, чем у CFM56.

Для сборки опытного образца двигателя Snecma намерена использовать газогенератор турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой M88. Такими силовыми установками оснащаются французские истребители Dassault Rafale. С вала, раскручиваемого турбиной двигателя, через редуктор будет приводиться открытый винтовентилятор с роторами диаметром около 420 сантиметров. Лопатки вентилятора будут изменять угол атаки. Частота вращения винтовентилятора составит около 800 оборотов в минуту.

Для сравнения скорость вращения вентилятора двигателя CFM56 составляет 5200 оборотов в минуту в режиме полной мощности. Двигатель с открытым вентилятором, разрабатываемый Snecma, сможет развивать тягу в 111 килоньютонов (11,3 тысячи килограммов-силы). Идея французского двигателя базируется на американском GE36, разработка которого велась в 1980-х годах, однако из-за несовершенства материалов была закрыта. В частности, общей чертой для двигателей с открытым ротором является изогнутая форма лопаток.

Дело в том, что эффективность двигателя, в общих чертах, зависит от шага винта и скорости вращения. Чем эти показатели выше, тем быстрее полетит самолет. Однако при определенной скорости вращения вала наступает момент, когда скорость обтекания воздушным потоком законцовок лопастей приближается к сверхзвуковой. Из-за этого весь винт теряет эффективность. Изогнутая форма позволяет снизить частоту вращения вала и несколько уменьшить шаг винта, не потеряв в эффективности.

Разработчики рассчитывают, что новые турбовинтовентиляторные реактивные двигатели с открытым ротором будут в целом тише современных турбовинтовых и турбовентиляторных двигателей. Этого можно достичь за счет сдвига шума в более высокочастотную область, а высокочастотный шум, как известно, существенно более сильно спадает с увеличением расстояния до наблюдателя.

С каждым годом проектирование новых авиационных двигателей становится все более сложным. Времена, когда за счет использования нового принципа сжигания топлива или введения дополнительного воздушного контура можно было существенно повысить эффективность и экономичность конструкции, прошли. Теперь конструкторам уже приходится решать множество тесно связанных друг с другом задач и искать новые материалы для производства различных деталей двигателей.

Василий Сычёв

Принцип работы реактивного и турбореактивного двигателя самолета и ракеты

Современный мир трудно представить без самолетов. Авиация прочно вошла в нашу жизнь и помогает путешественникам преодолевать тысячи километров за считанные часы, что, в еще недавнем прошлом, казалось фантастикой. Не говоря уже о полетах в космос и путешествиях к дальним планетам. Все это стало возможным благодаря изобретению реактивных двигателей. Давайте разберемся в принципе их работы.

Первые двигатели появились давным-давно и преобразовывали мускульную силу животных в полезную для достижения конкретной цели энергию. Простейший пример – лошадь, помогающая крутить эернова мельницы. Затем появились ветряные мельницы, где жернова приходили в движение за счет энергии ветра, иди водяные мельницы, использующие течение рек.

Двигатели, работающие на топливе

Общество сразу по достоинству оценило преимущества использование простейших двигателей и в последующие годы многие ученые трудились над разработкой моделей, работа которых не зависела бы от природных и погодных условий, усталости животного, выступающего в качестве источника энергии.

Гюйгенс ван Зейлихем

Наибольшего успеха на этом поприще добился голландский физик Христиан Гюйгенс ван Зейлихем, который в 1687 году первым предложил использовать порох в качестве источника энергии. Согласно замыслу, в двигателе создавалась камера внутреннего сгорания, в которой должен был сжигаться порох, а выделенная в результате горения энергия, преобразовываться в силу, приводящую определенный элемент в движение. Порох являлся первым прототипом современного топлива.

Примечательно, что идея была позаимствована у артиллеристов, наблюдая за которыми, Гюйгенс обратил внимание на то, что после выстрела, орудия откатывались в сторону, противоположную выстрелу.

Наработки голландца, а также ряда других заслуженных ученых, значительно облегчили путь создания топливных двигателей, которыми мы пользуемся до сих пор. На место пороха пришли бензин и солярка, обладающие иными физическими свойствами и температурами горения, необходимыми для выделения энергии.

Явление отдачи

Шло время, наука не стояла на месте. На смену простейшим механическим двигателям пришли паровые, топливные, электрические.

Но научные поиски и разработки на этом не прекращались. Как всегда, на помощь пришла природа, которая, в большинстве случаев и наталкивает изобретателей на удивительные открытия.

Наблюдения за морскими жителями, такими как осьминоги, кальмары и каракатицы, привели к неожиданным результатам. Манера движения этих морских обитателей, была схожа с кратковременным толчком. Будто тело отталкивается отчего – то и продвигается вперед.

Эти наблюдения были чем-то схожи с замечаниями Гюегенса про выстрел и пушку, которые мы упоминали выше.

Таким образом, в физики появилось понятие «явление отдачи». В ходе дальнейших научных исследований было выяснено, что именно благодаря явлению отдачи происходит все движение на планете Земля: автомобиль отталкивается от земли, корабль – от воды и т. д.

Движение тел происходит благодаря передаче импульса от одного объекта другому. Для объяснения явления приведем простейший пример: вы решили толкнуть своего товарища в плечо, приложили определенную силу, в результате которой, он сдвинулся с места, но и вы испытали силу, отталкивающую вас в противоположную сторону.

Конечно, расстояние, на которое сдвинетесь вы и ваш друг, будет зависеть от ряда факторов: сколько вы весите, как сильно вы его толкнули.

Реактивный двигатель и принцип его работы

Таким образом, мы постепенно подошли к рассмотрению самого распространенного в самолетостроении и ракетной отрасли типа двигателя – реактивный двигатель.

Любой из нас способен воочию наблюдать явление реактивной реакции. Все что необходимо, надуть воздушный шарик и отпустить. Каждый знает, что произойдет далее: из шарика будет вырываться поток воздуха, который будет двигать тело шарика в противоположном направлении.

Согласитесь, очень похоже на то, как кальмар, сокращая свои мышцы, создает струю воды, толкающую его в противоположном направлении.

Наблюдения, описанные выше, получили точные научные объяснения, были отображены в физических законах:

• закон сохранения импульса;
• третий закон Ньютона.

Именно на них основывается принцип работы реактивного двигателя: в двигатель поступает поток воздуха, который сгорает в камере внутреннего сгорания, смешиваясь с топливом, в результате чего образуется реактивная струя, заставляющая тело двигаться вперед.

Принцип работы достаточно прост, однако устройство подобного двигателя довольно сложное и требует точнейших расчетов.

Устройство реактивного двигателя

Реактивный двигатель состоит из следующих основных элементов:

• компрессор, который засасывает в двигатель поток воздуха;
• камера внутреннего сгорания, где происходит смешивание топлива с воздухом, их горение;
• турбина – придает дополнительное ускорение потоку тепловой энергии, полученной в результате горения топлива и воздуха;
• сопло, важнейший элемент, который преобразует внутреннюю энергию в «движущую силу» – кинетическую энергию.

Благодаря совместному взаимодействию этих элементов, на выходе реактивного двигателя образуется мощнейшая реактивная струя, придающая объектам, на которых установлен двигатель, высочайшую скорость.

Реактивные двигатели в самолете

В преддверии Мировой Войны, ученые ведущих стран старательно трудились над разработками самолетов с реактивными двигателями, которые бы позволили их странам безоговорочно диктовать свои условия на небесном фронте.

Первый реактивный самолет был разработан немцами в 1937 году, а его испытания начались лишь в 1939 году. Однако имеющиеся на то время двигатели потребляли невероятно большое количество топлива и запас хода такого самолета составлял всего лишь 60 км.

В это же время Японии и Великобритании удалось создать собственные самолеты с реактивными двигателями. Но это были лишь опытные экземпляры, так и не поступившие в серийное производство.

Первым серийным реактивным самолетом стал немецкий «Мессершмит», который, однако, не позволил гитлеровской коалиции взять верх в развязанной ими войне.

Мессершмитт Me-262 Швальбе/Штурмфогель

В гражданской же авиации реактивные самолеты появились лишь в 1952 году в Великобритании.

С тех пор и по настоящие дни, реактивные двигатели являются основными двигателями, применяемыми в самолетостроении. Именно благодаря им, современны лайнеры развивают скорость до 800 километров в час.

Реактивные двигатели в космосе

После освоения неба человечество поставило перед собой задачу покорить космос.

Как вы уже поняли, наиболее мощным двигателем, способным поднять ракету на высоту во много тысяч километров, являлся именно реактивный двигатель.

Конечно, возникает вопрос: как может работать реактивный двигатель в космосе, в безвоздушном пространстве?

В устройстве ракеты предусмотрен резервуар с кислородом, который смешивается с ракетным топливом и образует необходимую тягу полета ракеты, когда космический корабль покидает атмосферу Земли.

Затем приходит в действие закон сохранения импульса: масса ракеты постепенно уменьшается, сгоревшая смесь топлива и кислорода выбрасывается через сопло в одну сторону, а тело ракеты движется в противоположную.

Содержание

• Двигатели, работающие на топливе
• Явление отдачи
• Принцип работы
• Устройство реактивного двигателя
• Реактивные двигатели в самолете
• Реактивные двигатели в космосе

Турбовентиляторный двигатель

Эта страница предназначена для учащихся колледжа, старшей или средней школы. Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице доступно на Детская страница. Гленн Исследования Центр Чтобы переместить самолет через воздух, толкать создается каким-то двигательная система. Большинство современных авиалайнеров используют ТРДД из-за их высокой тяги и хорошей эффективность топлива. На этой странице мы обсудим некоторые основы турбовентиляторных двигателей. ТРДД — самая современная вариация базового газовая турбина двигатель. Как и с другим газом турбины, есть основной двигатель, чья части и операция обсуждаются на отдельная страница. В ТРД двигатель активной зоны окружен вентилятором спереди и дополнительной турбиной сзади. Вентилятор и вентиляторная турбина состоит из множества лопастей, таких как сердечник компрессор и ядро турбина, и соединены с дополнительным валом. Все это дополнительное turbomachinery окрашен в зеленый цвет на схематический. Как и в случае с основным компрессором и турбины, часть лопастей вентилятора вращается вместе с валом, а часть лезвия остаются неподвижными. Вал вентилятора проходит через основной вал. по механическим причинам. Этот тип расположения называется двумя золотник двигателя (один «золотник» для вентилятора, один «золотник» для ядра.) Некоторые усовершенствованные двигатели имеют дополнительные золотники для еще большей эффективность. Как работает турбовентиляторный двигатель? Поступающий воздух захватывается двигатель вход. Часть поступающего воздуха проходит через вентилятор и далее в основной компрессор, а затем горелка, где он смешивается с топливом и горение имеет место. Горячий выхлоп проходит через основную и вентиляторную турбины и затем из сопло, как в основном турбореактивный. Остальной поступающий воздух проходит через вентилятор а обходит , или обходит двигатель, как и воздух через пропеллер. Воздух, который идет через вентилятор имеет скорость, немного увеличенную от свободной ручей. Таким образом, ТРДД получает часть тяги от активной зоны, а часть его тяги от вентилятора. Соотношение воздуха, циркулирующего в двигатель к воздуху, который проходит через ядро, называется обход соотношение . Поскольку расход топлива для активной зоны изменяется лишь незначительно количество за счет добавления вентилятора, турбовентиляторный двигатель создает больше тяги для почти такого же количества топлива, используемого активной зоной. Это означает, что турбовентилятор очень экономичный. На самом деле высокая степень двухконтурности турбовентиляторные двигатели почти так же экономичны, как турбовинтовой. Поскольку вентилятор закрыт входным отверстием и состоит из многих лопасти, он может эффективно работать на более высоких скоростях, чем простой пропеллер. Вот почему ТРДД используются на скоростных транспортных средствах. и гребные винты используются на низкоскоростном транспорте. Низкий коэффициент байпаса турбовентиляторные двигатели по-прежнему более экономичны, чем базовые турбореактивные двигатели. Много современные истребители фактически используют ТРДД с малой степенью двухконтурности. оснащен форсажные камеры. Затем они могут эффективно летать, но при этом иметь высокую тягу в воздушном бою. Даже хотя истребитель может летать намного быстрее скорости звука, воздух, поступающий в двигатель, должен двигаться меньше, чем скорость звук для высокой эффективности. Следовательно, воздухозаборник самолета замедляет воздух вниз со сверхзвуковой скорости. математика описание тяга турбовентиляторного двигателя дается на отдельном слайде. Деятельность: Экскурсии с гидом Реактивные двигатели: ТРДД: Навигация . . Домашняя страница руководства для начинающих

Как работает турбовентиляторный двигатель?

Чтобы понять, как работает турбовентиляторный двигатель, нам сначала нужно установить, что такое турбовентиляторный двигатель.

Турбовентиляторный двигатель — это тип газотурбинного двигателя, используемый преимущественно на средних и больших самолетах. Если вы когда-либо видели коммерческий авиалайнер, скорее всего, вы видели турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности (мы рассмотрим коэффициент двухконтурности позже в этой статье).

Турбовентиляторные двигатели обычно обеспечивают лучшее соотношение тяги к весу, чем поршневые двигатели аналогичного размера (например, используемые в автомобилях), поэтому вы не увидите большой авиалайнер с поршневым двигателем, потому что вес двигателя по отношению к создаваемая тяга намного менее эффективна, чем у турбовентиляторных двигателей. Другая причина использования турбовентиляторных двигателей заключается в том, что они гораздо более надежны, чем их аналоги с поршневыми двигателями. Все компоненты турбовентиляторного двигателя движутся в одном направлении, в отличие от поршневого двигателя.

Принципы турбовентиляторных двигателей.

Основным научным принципом, используемым в турбовентиляторном двигателе, является первый закон движения Ньютона.

            « Масса, находящаяся в состоянии покоя или с постоянной скоростью, будет оставаться в состоянии покоя или с постоянной скоростью до тех пор, пока на нее не воздействует внешняя сила, при воздействии силы масса будет ускоряться в направлении силы»

Математическое выражение для закона Ньютона 1 ^st :

Принцип таков: воздух, поступающий в двигатель, ускоряется в двигателе, а затем выпускается, ускоренный воздух в двигателе используется для приведения в движение вентилятор, который в принципе такой же, как пропеллер, но с гораздо большим количеством лопастей. Комбинация приводимого в движение вентилятора и ускоренных выхлопных газов вызывает поступательную тягу, именно эта тяга придает самолету поступательное движение.

Ступень ТРДД

В ТРДД имеется четыре основных ступени; потребление; Сжатие; горение; и Выхлоп. Каждая из этих четырех стадий работает вместе, чтобы создать максимальную тягу.

Каждая из этих четырех ступеней работает вместе для создания максимальной тяги.

Впускная ступень

Впускная ступень ТРДД питает компрессор двигателя холодным воздухом. Часть воздуха проходит через впускные отверстия двигателя, а часть воздуха обтекает двигатель снаружи, говорят, что этот воздух перепускается, потому что он не попадает в двигатель. Соотношение входящего воздуха и перепускаемого воздуха обычно называют коэффициентом двухконтурности.

Большинство турбовентиляторных двигателей крупных авиакомпаний являются ТРДД с большим байпасом, что означает, что массовый расход воздуха, проходящего через двигатель, значительно больше, чем тот, который поступает в реактивный двигатель.

Высокая степень двухконтурности

Двумя значительными преимуществами высокой степени двухконтурности являются более низкий расход топлива и более низкий уровень шума. Эти два преимущества являются причиной, по которой руководители авиакомпаний предпочитают приобретать двигатели с высокой степенью двухконтурности в большем количестве, чем менее эффективные двигатели с малой степенью двухконтурности.

Image from: The Worlds of David Darling

[As shown in the diagram, a large mass of air flows around the core]

Low-bypass Ratio

Основным недостатком высоких коэффициентов двухконтурности является то, что они не могут летать на дозвуковых скоростях (медленнее скорости звука).

Изображение из: Миры Дэвида Дарлинга

[Как показано на диаграмме, вокруг сердечника проходит меньше воздуха]

Ступень сжатия

Ступень сжатия двигателя имеет решающее значение для эффективной работы любого типа газотурбинного двигателя. Этап сжатия обеспечивает правильное давление и температуру воздуха для воспламенения на этапе горения. Компрессор состоит из стационарных лопастей (известных как лопасти статора) и ведомых лопастей (известных как лопасти ротора). Комбинация вращающихся и неподвижных лопастей приводит к тому, что воздух становится под высоким давлением и имеет более высокую тепловую энергию.

Затем горячий сжатый воздух поступает в камеру сгорания.

Ступень сгорания

Ступень сгорания вместе с компонентами в ее камере отвечает за создание и сжигание воздушно-топливной смеси. Камера сгорания состоит из системы топливных форсунок, которая обеспечивает воспламенение топлива и его последующее сжигание воздухом высокой температуры и давления. По мере сгорания воздушно-топливной смеси она быстро расширяется (увеличивается в объеме) и вытесняется из задней части в ступень выхлопа. Огромная энергия расширяющихся газов преобразуется в энергию вращения посредством коаксиального вала, соединенного с турбиной дожигания.

Выпускная ступень

То, как выхлопная ступень создает тягу, является явным проявлением закона Ньютона 3 ^rd .

«Для каждой силы существует противодействующая сила равной величины и противоположного направления».

Математическое выражение: F ₁ = -F ₂     и сила равна     

газы находятся в направлении, противоположном выхлопу, поэтому это называется тягой.

Турбовентилятор Механика двигателя

Большой вентилятор приводится в действие за счет этого обмена энергией и ведет себя как пропеллер в случае турбовентиляторных двигателей с высокой степенью двухконтурности. Расширяющиеся газы в ступени турбины дожигания приводят в движение вал, который, следовательно, приводит в движение большие вентиляторы. Большой вентилятор втягивает воздух в камеру байпаса и сжатия, в результате чего воздух имеет нужное давление и температуру для воспламенения и сгорания топлива.

Но если турбовентиляторному двигателю требуется горячий сжатый воздух для сжигания воздушно-топливной смеси, и если нам нужно приводить в действие турбины дожигания для приведения в действие вентиляторов, приводящих в действие ступень сжатия, вы можете спросить. Как запускается турбовентиляторный двигатель?

Как запускается турбовентиляторный двигатель?

Лопасти вентилятора требуют энергии вращения для запуска цикла сгорания, поэтому инженеры разработали впускной патрубок высокого давления, называемый стартером воздушной турбины. Воздушный турбинный стартер крепится сбоку к двигателю

Стартер воздушной турбины представляет собой небольшую турбину под давлением, которая приводится в движение пусковой тележкой, показанной ниже. Стартовая тележка подает сжатый воздух к воздушному турбинному стартеру, который через муфту соединен с валом двигателя. Следовательно, вращение стартера воздушной турбины приводит в действие компрессор двигателя, который, в свою очередь, сжимает воздух, всасываемый в двигатель. Стартер воздушной турбины продолжает раскручивать вал до тех пор, пока двигатель не сможет работать на холостом ходу независимо от него.

Пуск

Стартер воздушных турбин

Заключение

Инженеры и техники всегда находят новые способы, чтобы улучшить Engines Engines. Теперь, когда у вас есть начальное понимание и понимание того, как работает турбовентиляторный двигатель, попробуйте объяснить это сверстнику или члену семьи. Если они смогут понять ваше объяснение, значит, вы официально знаете основы турбовентиляторного двигателя. Если нет, сделайте себе одолжение и перечитайте эту статью.

Как работает турбовентиляторный двигатель?

хорошо знать

Высокие технологии вплоть до мельчайших деталей: современные авиационные двигатели — это первоклассные технологические продукты, которые должны выдерживать экстремальные условия. Мы объясняем, как они работают.

07.2021 | автор:
Изабель Хенрих

автор:
Изабель Генрих
изучал политологию и коммуникации. В MTU она координирует редакционный процесс AERO REPORT и отвечает за концепцию и разработку его содержания.

Авиадвигатели — это высокотехнологичные изделия высшего класса, которые должны выдерживать экстремальные условия. Различные типы двигателей предлагают различные преимущества в зависимости от области применения. С наступлением эпохи авиации на первый план вышли поршневые двигатели с воздушными винтами. Сегодня они встречаются почти исключительно на небольших и частных самолетах. Больше мощности поступило в виде турбовинтового двигателя, в котором пропеллер приводится в движение газовой турбиной через коробку передач. Турбовинтовые двигатели особенно эффективны на более низких скоростях примерно до 600 км/ч, но на более высоких скоростях вступает в свои права реактивный двигатель.

Первыми реактивными двигателями были турбореактивные двигатели, также известные как воздушно-реактивные двигатели с турбиной. Они обеспечили базовую конструкцию будущих реактивных двигателей: воздух всасывается через входное отверстие двигателя и подается в компрессор. Там он сжимается лопастями перед тем, как попасть в камеру сгорания. Форсунки впрыска отвечают за создание смеси топлива и воздуха, которая затем сгорает. Горячие газообразные продукты сгорания взрывоопасно расширяются и под высоким давлением поступают в турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие компрессор. Затем эти газы ускоряются в реактивном сопле, создавая движение. Расцвет турбореактивных двигателей пришелся на годы с конца ВОВ до середины 19-го гг.60-х годов и использовались как в коммерческих, так и в военных целях. Сегодня они все еще иногда используются в некоторых типах военных самолетов.

Достижение желаемой тяги зависит либо от сильного ускорения небольшого количества воздуха, либо от мягкого ускорения большого количества воздуха. Последний требует меньше энергии, что привело к идее турбовентиляторного двигателя как серьезного усовершенствования турбореактивного двигателя. В турбореактивных двигателях весь всасываемый воздух последовательно проходит через компрессор, камеру сгорания и турбины, после чего выбрасывается с большим ускорением. Турбовентиляторные двигатели, напротив, разделяют воздушный поток так, что только часть воздуха проходит через лопатки компрессора в камеру сгорания и турбины для привода вентилятора. Большая часть воздуха сжимается самим вентилятором, создавая львиную долю тяги при малом ускорении в отдельном сопле. Соотношение между этими двумя воздушными потоками известно как степень двухконтурности, которая в самых современных турбовентиляторных двигателях может достигать 12:1.

Редукторный турбовентиляторный двигатель (GTF), последнее поколение турбовентиляторных двигателей, имеет особый атрибут: редуктор между вентилятором и валом низкого давления вместе с компрессором низкого давления и приводной турбиной низкого давления. Благодаря такому расположению все компоненты могут работать с оптимальной скоростью: вентилятор большого диаметра медленнее, а компрессор низкого давления меньшего размера и турбина низкого давления значительно быстрее. Это помогает достичь более низкого коэффициента давления вентилятора и, следовательно, более высокого коэффициента байпаса. Следовательно, GTF имеет очень высокий общий КПД, существенно снижая расход топлива и выбросы углекислого газа. Кроме того, уменьшенная скорость вентилятора двигателя GTF и потока выхлопных газов означает, что он имеет значительно меньший шумовой след, чем обычные турбовентиляторные двигатели.

Таким образом, по сравнению с предыдущим поколением двигателей, семейство GTF обеспечивает снижение расхода топлива и выбросов углекислого газа на 16 процентов каждый, а уровень шума на 75 процентов меньше.

Как работает современный турбовентиляторный двигатель в 4 этапа

1. Всасывание

Ротор вентилятора, лопастное колесо спереди, всасывает воздух. В то время как в турбореактивных двигателях весь всасываемый воздух последовательно проходит через компрессоры, камеры сгорания и турбины, в турбовентиляторных двигателях поток ускоренного воздуха разделяется за ротором вентилятора. Здесь также определенное количество воздуха проходит через лопатки компрессора в камеру сгорания. Но остальная часть, известная как поток оболочки, не сгорает; вместо этого он обходит внутренние узлы и расширяется в отдельном сопле, создавая большую часть тяги — до 80 процентов. Этот холодный перепускной поток окружает горячие выхлопные газы из сердцевины двигателя как кожух, обеспечивая снижение уровня шума.

2. Сжатие

Затем часть всасываемого воздуха, поступающего в сердцевину двигателя, сжимается в компрессорах низкого и высокого давления. Компрессор низкого давления, также известный как бустер, отвечает за предварительное сжатие. Компрессор высокого давления обеспечивает основное сжатие и отличается высокой эффективностью и малым весом благодаря инновационному принципу блиска, при котором лопасти и диск изготавливаются как единое целое.

3. Горение

После сжатия воздух поступает в камеру сгорания. Именно здесь форсунки впрыска топлива создают смесь топлива и воздуха, которая затем сгорает при температуре примерно 1700 градусов по Цельсию. Накопление тепла заставляет газ расширяться в несколько раз по сравнению с его первоначальным объемом и выходить из камеры сгорания с высокой энергией.

4. Выброс

Горячий газ проходит через турбины высокого и низкого давления, каждая из которых имеет несколько турбинных колес и множество лопастей, приводимых во вращение потоком выхлопных газов. Это приводит к тому, что поток расходует до 60 процентов своей энергии на приведение в действие бустера, компрессора и вентилятора. Это происходит посредством двух концентрических валов — внешнего вала, соединяющего турбину высокого давления с компрессором высокого давления, и внутреннего вала, соединяющего турбину низкого давления с бустером и вентилятором. Только после этого продукты сгорания выходят из реактивного сопла, создавая дополнительный импульс остаточной тяги.

1. Всасывание

1. Всасывание

Ротор вентилятора, крыльчатка спереди, всасывает воздух. В то время как в турбореактивных двигателях весь всасываемый воздух последовательно проходит через компрессоры, камеру сгорания и турбины, в турбовентиляторных двигателях поток ускоренного воздуха разделяется за ротором вентилятора. Здесь также определенное количество воздуха проходит через лопатки компрессора в камеру сгорания. Но остальная часть, известная как поток оболочки, не сгорает; вместо этого он обходит внутренние узлы и расширяется в отдельном сопле, создавая большую часть тяги — до 80 процентов. Этот холодный перепускной поток окружает горячие выхлопные газы из сердцевины двигателя как кожух, обеспечивая снижение уровня шума.

2. Компрессия

2. Компрессия

Затем часть всасываемого воздуха, поступающего в сердцевину двигателя, сжимается в компрессорах низкого и высокого давления. Компрессор низкого давления, также известный как бустер, отвечает за предварительное сжатие. Компрессор высокого давления обеспечивает основное сжатие и отличается высокой эффективностью и малым весом благодаря инновационному принципу блиска, при котором лопасти и диск изготавливаются как единое целое.

3. Горение

3. Горение

После сжатия воздух поступает в камеру сгорания. Именно здесь форсунки впрыска топлива создают смесь топлива и воздуха, которая затем сгорает при температуре примерно 1700 градусов по Цельсию. Накопление тепла заставляет газ расширяться в несколько раз по сравнению с его первоначальным объемом и выходить из камеры сгорания с высокой энергией.

4. Высылка

4. Выброс

Горячий газ проходит через турбины высокого и низкого давления, каждая из которых имеет несколько турбинных колес и множество лопастей, которые вращаются потоком выхлопных газов. Это приводит к тому, что поток расходует до 60 процентов своей энергии на приведение в действие бустера, компрессора и вентилятора. Это происходит посредством двух концентрических валов — внешнего вала, соединяющего турбину высокого давления с компрессором высокого давления, и внутреннего вала, соединяющего турбину низкого давления с бустером и вентилятором. Только после этого продукты сгорания выходят из реактивного сопла, создавая дополнительный импульс остаточной тяги.

Что такое турбовентиляторный двигатель

Содержание

• 1 Что такое турбовентиляторный двигатель?
• 2 Как работает турбовентилятор?
• 3 Строительство турбон. Двигатель
• 4 типы турбоютных двигателей
  • 4.1 1) Турбофон с низким уровнем бипы
  • 4.2 2) Afferburning Turbion
  • 4.3 3) Высокий Turbofan
  • 99966 5. 3) Высокий Bypas
    • 5.0.1 1) Вентилятор
    • 5.0.2 2) Компрессор
    • 5.0.3 3) Камера сгорания
    • 5.0.4 4) Турбина
    • 5.0.5 5) Сопло
• 6 Что такое степень двухконтурности?
• 7 ТРДД VS ТРД
• 8 В чем разница между ТРДД и ТРД?
  • 8. 1 Часто задаваемые вопросы Раздел
  • 8.2 Каковы преимущества турбовентиляторного двигателя?
  • 8.3 Где используются турбовентиляторные двигатели?
  • 8.4 На каких типах самолетов наиболее широко используются турбовентиляторные двигатели?
  • 8.5 Могут ли ТРДД стать сверхзвуковыми?
  • 8.6 Что приводит в действие вентилятор турбовентиляторного двигателя?
  • 8.7 Почему турбовентиляторные двигатели тише, чем турбореактивные?
  • 8.8 Что лучше турбовинтовой или турбовентиляторный?
  • 8.9 Какие существуют типы турбовентиляторных двигателей?

Реактивные двигатели используются во всем мире для различных типов самолетов. Существуют различные типы реактивных двигателей, и турбовентиляторный двигатель является одним из них. Вентиляторный или турбовентиляторный двигатель — это известный тип двигателя из категории реактивных двигателей. Турбовентиляторный двигатель чаще всего используется в авиационных силовых установках. Турбовентилятор имеет дополнительный вентилятор, который помогает разогнать большую массу без сжигания лишнего топлива.

Что такое турбовентиляторный двигатель?

Турбовентиляторный двигатель — это модифицированный тип реактивного двигателя, в котором для создания тяги используется комбинация перепуска воздуха и истечения сердечника реактивной тяги . Обходной воздух продувается канальным вентилятором. Реактивный сердечник приводит в движение этот канальный вентилятор. Турбореактивный двигатель также известен как байпасный или вентиляторный реактивный двигатель.

Термин «турбовентилятор» означает « турбина » и « вентилятор », часть «турбина» представляет собой газовую турбину, которая получает механическую энергию за счет сгорания, а часть «9Вентилятор 0111 ”представляет собой канальный вентилятор, который использует механическую мощность газовой турбины для ускорения воздуха назад.

Вентилятор ТРДД отбирает избыточную мощность от выхлопных газов через турбину. Этот процесс немного замедляет скорость выхлопа, но перепускной воздух значительно увеличивает массу.

В случае турбореактивного двигателя весь всасываемый воздух будет проходить через турбину и камеру сгорания. Напротив, в турбовентиляторном двигателе только некоторая часть воздуха, всасываемого в двигатель, проходит через турбину и камеру сгорания. Таким образом, турбовентиляторный двигатель работает как турбореактивный двигатель с канальным вентилятором.

Эти двигатели создают тягу через силовую установку (вентилятор) и перемещают самолет по воздуху. Последние самолеты имеют турбовентиляторные двигатели, потому что эти двигатели имеют хорошую топливную экономичность и создают большую тягу.

Эффективность турбовентиляторного двигателя можно измерить как соотношение сожженного топлива для создания необходимой тяги. Обычно это выражается в фунтах топлива на фунт тяги.

Большинство коммерческих авиационных двигателей в настоящее время имеют двигатели с большой степенью двухконтурности, но последние военные истребители имеют турбовентиляторные двигатели с малой степенью двухконтурности. Форсажные камеры не могут использоваться в ТРДД с большой степенью двухконтурности, но могут использоваться в двигателях с малой степенью двухконтурности.

В этом типе двигателя основной двигатель окружает передний вентилятор и дополнительную турбину сзади. Турбины и вентиляторы имеют несколько лопастей, таких как центральная турбина и центральный компрессор, соединенные дополнительным валом. По некоторым механическим причинам вал вентилятора проходит мимо центрального вала. Такое расположение двигателя известно как 2-х золотниковый двигатель. Одна «катушка» предназначена для ядра, а другая «катушка» — для вентилятора.

Как работает турбовентиляторный двигатель?

Работа 9ТРДД 0111 очень похож на ТРД . Турбовентиляторный двигатель работает следующим образом:

• Во-первых, воздух всасывается внутрь двигателя через вентилятор и разделяется на два различных пути.
• Некоторая часть воздуха поступает в сердцевину двигателя, где происходит сгорание, а оставшаяся часть воздуха (байпасный воздух) выходит за пределы сердцевины двигателя по воздуховоду.
• После всасывания воздух поступает в компрессор низкого давления, который повышает давление воздуха в соответствии с требованиями и направляет его в компрессор высокого давления.
• Когда сжатый воздух низкого давления поступает в компрессор высокого давления, он дополнительно сжимает воздух до очень высокого давления, а также сильно повышает его температуру.
• Компрессор высокого давления делает температуру воздуха настолько высокой, что при его соприкосновении с топливом в камере сгорания процесс горения запускается сам собой.
• После сгорания топливовоздушной смеси сгоревший газ поступает в турбину низкого и высокого давления.
• После входа в турбину горячие газы расширяются в турбину и ударяются о лопатки турбины. Лопасти турбины извлекают из сгоревшей смеси достаточно энергии, чтобы привести в движение компрессор низкого давления и вентилятор. Оставшаяся мощность сгоревшей смеси направляется к выхлопному соплу.
• Когда выхлопные газы попадают в форсунку, форсунка преобразует их энергию давления в скорость и преобразует их в очень высокоскоростные газы.
• Когда высокоскоростные газы выбрасываются из сопла в атмосферу, они создают тягу, которая двигает самолет вперед.
• Скорость воздуха, проходящего через вентилятор, немного выше, чем скорость свободного потока воздуха. Этот поток воздуха известен как байпасный или вентиляторный воздушный поток.

Строительство турбовентиляторного двигателя

Турбореактивный двигатель был разработан, чтобы избежать нежелательных свойств эффективности дозвукового полета турбореактивных двигателей.

Очевидным способом повышения эффективности турбореактивного двигателя является повышение температуры горелки для повышения эффективности Карно и установка сопла и более крупного компрессора. Этот процесс увеличивает тягу, но выхлопные газы выходят из двигателя с высокой скоростью, что потребляет дополнительную мощность двигателя.

Из-за вышеуказанных причин реактивный двигатель потребляет большое количество топлива. Эти двигатели имеют низкую скорость и низкий КПД. Поэтому ученые разработали турбовентиляторный двигатель, чтобы избежать дополнительного расхода топлива и улучшить экономию топлива.

Типы турбовентиляторных двигателей

Существует три основных типа турбовентиляторных двигателей:

1. Двигатель с малой двухконтурностью
2. Двигатель со средним или форсажным двигателем
3. Двигатель с большим байпасом

1) ТРДД малой двухконтурности

Тип двигателя, в котором реактивная тяга больше, чем тяга вентилятора , называется ТРДД малой двухконтурности . Турбовентиляторный двигатель с малой степенью двухконтурности содержит многоступенчатый вентилятор, который создает сравнительно высокие степени давления, что приводит к более высоким скоростям выхлопных газов (холодных или смешанных). Воздушный поток от ядра должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить достаточную мощность ядра для работы вентилятора.

В этом двигателе более высокая степень двухконтурности/более низкий цикл основного потока может быть достигнута за счет увеличения температуры на входе в ротор турбины высокого давления (высокого давления).

Эти типы двигателей имеют более высокую топливную экономичность по сравнению с базовыми турбореактивными двигателями. Последние истребители в основном имеют ТРДД с малой степенью двухконтурности с форсажной камерой. После этого они могут эффективно ориентироваться, но по-прежнему имеют большую тягу к воздушным боям.

Истребитель может двигаться намного быстрее скорости звука, но для максимальной эффективности воздух, поступающий в двигатель, должен двигаться со скоростью ниже скорости звука.

2) Турбореактивный двигатель с форсажной камерой

Основное назначение форсажных камер — увеличение тяги, обычно используемой для сверхзвукового полета, боя и взлета.

После сгорания дополнительное топливо впрыскивается в камеру сгорания через впускной патрубок после турбины для «подогрева» выхлопных газов. Он значительно увеличивает тягу за счет снижения веса, а не за счет использования более крупного двигателя. Однако этот двигатель потребляет большое количество топлива из-за того, что работает в течение короткого времени.

3) ТРДД с большой степенью двухконтурности

Двигатель , у которого тяга вентилятора намного больше реактивной тяги , называется ТРДД с высокой степенью двухконтурности . Для снижения расхода топлива и снижения шума почти все современные пассажирские и военные самолеты (например, C-17) имеют турбовентиляторные двигатели с большой степенью двухконтурности.

Эти типы ТРДД разработаны на основе ТРДД малой степени двухконтурности, использовавшихся в самолетах 19-го века.60-е годы.

Малая определенная тяга в этом двигателе достигается заменой многоступенчатого вентилятора на одноступенчатый. В отличие от некоторых военных двигателей, последние гражданские ТРДД не имеют фиксированного направляющего аппарата на передней части ротора вентилятора. Вентилятор имеет фиксированную шкалу для достижения требуемой полезной тяги.

Сердечник двигателя (или газогенератор) должен производить достаточную энергию для работы вентилятора с требуемой степенью сжатия и скоростью потока. Модификации материала турбины/технологии охлаждения повышают температуру на входе ротора турбины высокого давления (ВД), что позволяет уменьшить (более легкие) сердечники и (потенциально) повысить тепловую производительность сердечника.

Уменьшение массового расхода активной зоны приводит к увеличению нагрузки на турбину низкого давления, поэтому этому блоку потребуются дополнительные ступени для поддержания эффективности турбины низкого давления и снижения средней нагрузки ступени. Уменьшение основного потока также увеличивает степень двухконтурности.

Компоненты турбовентиляторного двигателя

Турбовентиляторный двигатель состоит из многих компонентов, но наиболее распространенные компоненты приведены ниже:

1. Вентилятор
2. Компрессор
3. Турбина
4. Вал
5. Камера сгорания
6. Сопло

1) Вентилятор

Вентилятор является наиболее важным компонентом ТРДД. Эта часть помогает двигателю создавать тягу.

Вентилятор является первым компонентом ТРДД. Вы можете увидеть это на приведенной ниже схеме, и вы также можете найти эту часть в передней части самолета.

Лопасти вентилятора чаще всего изготавливаются из титанового сплава . Они могут втягивать большое количество воздуха внутрь двигателя.
Воздух проходит через две части двигателя. Часть воздуха направляется в сердцевину двигателя, где и происходит воспламенение. Оставшийся воздух (называемый «байпасным воздухом») проходит через канальный вентилятор на внешней стороне сердцевины двигателя. Этот перепускной воздух создает дополнительную тягу, охлаждает двигатель и успокаивает его, удаляя выхлопные газы двигателя. В последнем фанджете максимальная тяга двигателя создается за счет перепуска воздуха.

2) Компрессор

Основная статья: Компрессор

Компрессор играет важную роль в работе турбовентиляторного двигателя. Основной задачей компрессора является повышение давления и температуры воздуха.

В турбовентиляторном двигателе для сжатия воздуха используются два компрессора (компрессор низкого давления и компрессор высокого давления). Это центробежные компрессоры. Этот центробежный компрессор имеет ряд вращающихся лопастей в форме аэродинамического профиля для сжатия и ускорения воздуха. Основными частями центробежного компрессора являются рабочее колесо, впускное отверстие, диффузор и выпускное отверстие.
Когда воздух проходит через компрессор, лопасти рабочего колеса компрессора во время этого процесса становятся меньше. Они добавляют энергии воздуху и сжимают его. За счет этого процесса повышается давление и температура внутри камеры сгорания.
Компрессор имеет ряд неподвижных или статорных лопаток. Эти лопасти статора получают воздух с высокой скоростью от крыльчатки и преобразуют эту скорость в давление воздуха. Статоры также подготавливают воздух для входа в следующие неподвижные лопатки. Простыми словами, лопатки статора «выпрямляют» воздушный поток.

3) Камера сгорания

Камера сгорания — это место внутри двигателя, где происходит сгорание. Когда воздух выходит из компрессора и попадает в камеру сгорания, он смешивается с топливом и воспламеняется.
Звучит просто, но на самом деле это очень сложная процедура. Это связано с тем, что горелка должна продолжать обеспечивать стабильное горение топливовоздушной смеси, пока воздух проходит мимо горелки с очень высокой скоростью.

Корпус двигателя имеет все компоненты горелки, в которых диффузор является компонентом, работающим первым.
Диффузор замедляет поток воздуха в компрессоре, чтобы он мог легко гореть. Купола и вихри увеличивают турбулентность воздуха и облегчают его смешивание с топливом. Как вы можете себе представить, топливная форсунка впрыскивает топливо для смешивания с воздухом, и может произойти процесс воспламенения.
Оттуда в футеровке происходит фактическое сгорание. Вкладыш имеет несколько воздухозаборников, через которые воздух может поступать из разных точек зоны горения.
Последний важный компонент — зажигалка. Это очень похоже на свечи зажигания для автомобилей и самолетов с поршневыми двигателями. После того, как зажигалка зажжет источник огня, она самодостаточна и выключит зажигалку (хотя обычно используется в качестве резервной в плохую погоду или в гололед).

4) Турбина

Основная статья: Турбина

Когда сгоревший воздух выходит из камеры сгорания, он поступает в турбину. Турбина представляет собой набор аэродинамических лопастей, очень похожих на лопасти компрессора. Когда горячий воздух с высокой скоростью проходит через лопасти турбины, они поглощают дополнительную энергию из воздуха, заставляя турбину полностью вращаться и вращать связанный с ней вал двигателя.

Вал турбины также соединен с вентилятором и компрессором . Когда турбина вращается, компрессор и вентиляторы в передней части турбовентиляторного двигателя продолжают всасывать больше воздуха, быстро смешиваются с топливом и сгорают.

Для турбин требуется дополнительный вентилятор (как показано на диаграмме выше), что приводит к увеличению размеров турбин и увеличению перепадов температуры и давления, что приводит к уменьшению размеров сопел. Это означает, что скорость убегания активной зоны уменьшится.

5) Сопло

Сопло является последней частью фанреактивного двигателя. Сопло является наиболее важным компонентом реактивного двигателя, а также турбовентиляторного двигателя. Этот компонент двигателя жизненно важен, потому что он создает тягу, выбрасывая выхлопные газы в атмосферу с высокой скоростью, что помогает самолету двигаться вперед.

Этот процесс работает в соответствии с третьим законом Ньютона. Согласно этому закону, каждое действие имеет равную, но противоположную по направлению реакцию. Следовательно, когда сопло выбрасывает воздух на высокой скорости, воздух также оказывает равную, но противоположную направленную силу и перемещает летательный аппарат вперед.

Что такое коэффициент байпаса?

Коэффициент двухконтурности (BPR) представляет собой сравнение массового расхода воздуха, проходящего через сердечник, с массовым расходом воздуха, всасываемого в сердечник двигателя. Например, если коэффициент двухконтурности равен 12:2, это означает, что 12 кг воздуха будут обходить сердечник двигателя, а 2 кг воздуха проходить через сердечник.
Турбовентиляторные двигатели делятся на различные типы на основе степени двухконтурности, которые вместе с степенью давления вентилятора, температурой на входе в турбину и степенью полного давления являются жизненно важными конструктивными факторами. Турбовинтовые двигатели и вентиляторные блоки без воздуховодов также используют BPR из-за их высокой двигательной эффективности, обеспечивающей им общие характеристики эффективности турбовентиляторных двигателей с избыточным байпасом.
Коэффициент байпаса также можно использовать для установки подъемного вентилятора, в котором воздушный поток вентилятора направлен в сторону от двигателя и не проходит через сердечник двигателя. Высокий BPR снижает расход топлива при той же тяге.
Самолет хорошо подходит для сверхзвуковой скорости, когда весь газ, выходящий из газовой турбины, преобразуется в К.Э. в движительном сопле. Самолет лучше всего летит на нулевой скорости, когда выходящий газ превращается в единую большую массу и малую кинетическую энергию.

Турбореактивный двигатель VS Турбореактивный двигатель

The main difference between Turbofan and Turbojet is given below:

Turbofan	Turbojet
A turbofan engine has low noise than a turbojet.	Турбореактивный двигатель имеет высокий уровень шума.
Для создания тяги используется вентилятор.	Он использует свой выхлоп для создания тяги.
Это модифицированная версия турбореактивного двигателя.	Турбореактивный двигатель — старая версия реактивного двигателя.
ТРДД имеет высокий КПД.	Турбореактивный двигатель имеет более низкий КПД.
Обладает высокой топливной экономичностью.	Имеет меньшую топливную экономичность.
Для создания тяги используется дополнительный вентилятор.	Дополнительный вентилятор не требуется.
Создает большую тягу, чем турбореактивный двигатель.	Создает меньшую тягу.
Используются в бомбардировщиках и авиалайнерах.	Используются в истребителях.

В чем разница между турбовентиляторным и турбовинтовым двигателем?

Турбовинтовой двигатель	Турбовинтовой двигатель
Вентилятор турбовентилятора расположен в передней части.	Турбовинтовой двигатель имеет пропеллер, прикрепленный к передней части.
Для создания тяги используется вентилятор.	Он использует пропеллер для создания тяги.
Этот двигатель имеет высокую топливную экономичность.	Низкий расход топлива.
Турбовентиляторный двигатель менее эффективен, чем турбовинтовой.	Турбовинтовой двигатель более эффективен.
Самолеты с ТРДД летают на высокой скорости.	Самолеты с турбовинтовыми двигателями летают с малой скоростью.
Имеет более низкую степень двухконтурности.	Имеет более высокий коэффициент двухконтурности.
Эти двигатели используются в скоростных дозвуковых самолетах.	Эти двигатели используются в низкоскоростных дозвуковых самолетах.

FAQ Раздел

Каковы преимущества турбовентиляторного двигателя?

1. Эти двигатели имеют очень высокий КПД на дозвуковой скорости.
2. Самолеты с ТРДД летают на высокой скорости.
3. Обладают высокой топливной эффективностью.

Где используются ТРДД?

Турбореактивный двигатель, используемый на широкофюзеляжных авиалайнерах, таких как Airbus A300 и Boeing 747.  

На каких типах самолетов наиболее широко используются ТРДД?

Почти все пассажирские самолеты используют турбовентиляторные двигатели. Этот двигатель был разработан для вращения большого вентилятора или ряда вентиляторов в передней части двигателя для создания примерно 80% тяги двигателя. Он имеет очень низкий уровень шума и отличную топливную экономичность в этом диапазоне скоростей.

Могут ли ТРДД стать сверхзвуковыми?

Турбовентиляторные двигатели могут выдерживать сверхзвуковую скорость, потому что воздухозаборник создает постоянные состояния потока независимо от скорости полета. В условиях дозвукового потока лопасти вентилятора и гребные винты имеют наибольшую эффективность.

Что приводит в действие вентилятор в ТРДД?

В ТРДД турбина низкого давления приводит в действие компрессор низкого давления, который далее приводит в движение вентилятор.

Почему турбовентиляторные двигатели тише турбореактивных?

Турбореактивный двигатель имеет более высокий уровень шума, чем турбовентиляторный, при том же уровне тяги. Тяга турбовентилятора создается за счет вращения вентилятора в газотурбинном двигателе, который разгоняет большое количество воздуха до более низкой скорости, чем турбореактивный двигатель. Следовательно, при той же тяге выброс фанреактивного двигателя на выходе из двигателя имеет меньшую энергию. Поэтому он производит меньше шума, чем турбореактивный двигатель.

Что лучше турбовинтовой или турбовентиляторный?

Турбовинтовой двигатель имеет более высокий КПД, чем турбовентиляторный двигатель. Однако самолет с ТРД имеет большую скорость, чем турбовинтовой двигатель.

Какие существуют типы турбовентиляторных двигателей?

ТРДД бывают следующих основных типов:

1. Двигатель с малой степенью двухконтурности
2. Двигатель со средней или форсажной камерой сгорания
3. Двигатель с высокой степенью двухконтурности

Принцип работы и применение [PDF]

В этой статье вы узнаете что такое реактивный двигатель и типы реактивных двигателей его конструкция и принцип работы . Вы также можете загрузить PDF этой статьи в конце.

Что такое реактивный двигатель?

Реактивный двигатель представляет собой разновидность двигателя внутреннего сгорания, в котором горячие газы образуются при сгорании топлива. Следовательно, горячий газ, образующийся при сгорании топлива, представляет собой сжатый воздух.

Работает по третьему закону Ньютона; движущееся тело движется в направлении, противоположном струе. Он в основном применяется в реактивных двигателях, но также является наиболее распространенным средством движения космических кораблей. Эта реактивная струя используется для приведения в движение транспортного средства, на котором установлена ​​система, такие системы известны как реактивная двигательная установка.

Горячие газы выбрасываются через сопло в виде струи с очень высокой скоростью. Это создает необходимую тягу в противоположном направлении, известную как движущая сила, которая отвечает за движение транспортного средства.

Реактивный двигатель можно разделить на два различных типа:

• Двигатель, в котором в качестве окислителя используется атмосферный воздух (турбодвигатель).
• То, что переносит кислород для собственных нужд (ракетный двигатель).

Читайте также:  Что такое двигатель V8 (восьмицилиндровый двигатель) и как он работает?

Types of Jet Engines

Following are the main types of jet engines, which are described below:

1. Turboshaft engine
2. Turboprop engine
3. Turbofan engine
4. Turbo Jet Engine
5. Ram Jet Engine
6. Rocket Motor

1. Турбовальный двигатель

Изображение: Википедия

Турбовальный двигатель — это тип газовой турбины, которая работает аналогично турбовинтовому двигателю. Турбовальные двигатели не приводят в движение воздушные винты. Он используется в вертолетах для питания несущего винта.

Разница между турбовальными и турбореактивными двигателями заключается в том, что турбовальные двигатели используют большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги в задней части двигателя. Это турбореактивные двигатели с большим валом, закрепленным сзади.

Турбовальные двигатели сконструированы таким образом, что скорость вращения несущего винта вертолета не зависит от скорости вращения газогенератора. Это помогает поддерживать постоянную скорость несущего винта вертолета при снижении скорости газогенератора.

Он также контролирует мощность, которую производит вертолет. Турбовальные двигатели получают свою тягу за счет преобразования высокоскоростных газов в механическую энергию для привода вспомогательного оборудования, такого как турбины и компрессоры.

2. Турбовинтовой двигатель

Первый турбовинтовой двигатель был построен в Будапеште в 1938 году. Это тип реактивного двигателя, в котором для соединения с воздушным винтом используется зубчатая передача. Турбовинтовые авиадвигатели экономят топливо и крутятся на средних скоростях.

Турбовинтовые двигатели хороши на средних высотах, но их вес может привести к повреждению зубчатой ​​передачи. Турбовинтовой двигатель состоит из камеры сгорания, содержащей сжатый воздух и газ, турбины и компрессора.

Хотя современные турбовинтовые двигатели имеют меньший диаметр винта. Эти двигатели имеют несколько лопастей, которые помогают стабилизировать самолет на высоте. Подобно турбовентиляторному авиационному двигателю, турбовинтовой двигатель преобразует энергию газового потока в механическую энергию для обеспечения движения.

Этот пропеллер вырабатывает энергию для привода нагрузки, вспомогательного оборудования и компрессора. Такие реактивные двигатели поставляются с валами, прикрепленными к турбинам, которые приводят в движение гребные винты через систему редукторов.

3. Турбовентиляторный двигатель

Эти двигатели оснащены большим вентилятором в передней части для всасывания воздуха. По направлению к турбовентиляторным реактивным двигателям большая часть воздуха проходит вокруг двигателя самолета, что позволяет самолету летать более громко или тихо даже на низких скоростях.

ТРДД является усовершенствованной версией турбовинтового и ТРД. Он работает как турбореактивный двигатель, но с канальным вентилятором, установленным спереди. Это имеет то преимущество, что двигатель охлаждается, создавая дополнительную тягу и снижая шум двигателя самолета.

Работа ТРДД

Воздух поступает во впуск ТРДД, проходит через генератор, который содержит турбину, камеру сгорания и компрессор. От этого лишь небольшая часть воздуха, проходящего через ТРДД, попадает в камеру сгорания.

Этот оставшийся воздух проходит через компрессоры или вентиляторы, когда он смешивается с производимым или выбрасываемым газом. Эта система предназначена для достижения более высокой тяги при сохранении того же уровня потребления.

Турбовентилятор снижает скорость в пределах того же уровня, что и источник питания реактивного двигателя, и увеличивает ее для достижения этого общего массового расхода воздуха.

4. Турбореактивный двигатель

Эти типы реактивных двигателей получают кислород из окружающей атмосферы. Турбореактивный двигатель содержит диффузор на переднем конце и расширительное сопло (также называемое реактивным соплом) на заднем конце. Вырабатываемая энергия состоит из камеры сгорания, топливного насоса, газовой турбины и воздушного компрессора.

Воздух сжимается в камере, нагревается и расширяется за счет сгорания топлива. Затем ему позволяют расширяться через турбину в сопло, где он разгоняется до высокой скорости, чтобы обеспечить движение.

Работа турбореактивного двигателя

Атмосферный воздух поступает в диффузор с той же скоростью, что и движитель. Функция диффузора заключается в преобразовании кинетической энергии входящего воздуха в энергию его давления. Теперь воздух под высоким давлением поступает в компрессор, где его давление увеличивается, и соответственно повышается температура.

Сжатый воздух высокого давления и температуры теперь поступает в сферическую камеру сгорания, в которую жидкое топливо впрыскивается через кольцо с помощью насоса. В камере сгорания топливо сгорает при постоянном давлении, контактируя с горячим сжатым воздухом.

Горячие газы, образовавшиеся в камере сгорания, теперь поступают в газовую турбину, в которой они расширяются для производства энергии. Именно с этой мощностью работают компрессор и топливный насос. Теперь выхлопные газы турбины через расширительное сопло выходят в атмосферу.

Когда выхлопные газы проходят через сопло, их энергия давления преобразуется в кинетическую энергию. Газы выходят из сопла с очень высокой скоростью, создавая реактивную силу или тягу в противоположном направлении. Это перемещает двигатель вперед.

5. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

В этих типах реактивных двигателей прямоточный воздушно-реактивный двигатель является самым простым из всех движителей. ПВРД не требует ни компрессора, ни турбины. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель является простейшим типом реактивного двигателя, так как в нем нет движущихся частей.

Он состоит из трех основных компонентов, таких как диффузор, камера сгорания и расширительное сопло. Давление поступающего воздуха улучшается до высокого значения с помощью диффузора.

Для двигателей этого типа требуется полая трубка, в которую впрыскивается топливо, смешивается с воздухом и сгорает для создания тяги, как показано ниже. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель работает только в том случае, если он уже движется достаточно быстро, чтобы сжимать поступающий воздух, просто нагнетая его в двигатель.

Работа Ram Jet Engine

В начале прямоточный воздушно-реактивный двигатель перемещается и разгоняется примерно до 500 км/ч с помощью какого-то ускорителя с, возможно, небольшим турбореактивным двигателем. После достижения высокой скорости в ПВРД воздух поступает в диффузор со скоростью ПВРД.

Диффузор используется для преобразования кинетической энергии входящего воздуха в энергию его давления. Теперь топливо впрыскивается через топливную форсунку и воспламеняется через свечу зажигания. Образуются горячие газы, которые теперь диффундируют в расширительную камеру и в конечном итоге покидают расширительный блок через расширительное сопло.

Когда выхлопные газы проходят через сопло, их энергия давления преобразуется в кинетическую энергию. Затем газы покидают сопло с очень высокой скоростью, создавая реактивную силу или тягу в противоположном направлении.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель эффективно работает только при сверхзвуковой скорости. По этой причине этот двигатель не используется в самолетах; Используется в ракетах.

6. Ракетный двигатель

Ракетный двигатель — это тип реактивного двигателя, который генерирует собственный запас кислорода. Его используют в открытом космосе, где нет и следа воздуха. Он состоит из цилиндра, в который встроены топливный бак, бак окислителя, турбина камеры сгорания и расширительное сопло.

Ракетный двигатель — реактивный двигатель. Его принцип заключается в том, что топливо, содержащееся в корпусе ракеты, быстро расширяется и выбрасывается из сопла хвостового конуса ракеты. Затем эта реакция вызывает тягу и толкает ракету вперед.

Ракетная тяга представляет собой реактивную силу, создаваемую частицами, вылетающими с высокой скоростью из отверстия сопла. Эти депортированные частицы могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Способность двигателя создавать тягу будет нарушена до тех пор, пока не будет поступать частиц или рабочей жидкости.

Преимущества и недостатки реактивных двигателей по сравнению с поршневыми:

Преимущества

Ниже приведены преимущества использования реактивных двигателей:

1. Вес реактивного двигателя составляет менее четверти веса поршневого двигателя.
2. Реактивный двигатель свободен от неуравновешенных сил, поскольку в нем нет возвратно-поступательных частей.
3. Площадь лобовой части реактивного двигателя составляет менее четверти площади лобовой части поршневых двигателей, что значительно снижает лобовое сопротивление. Следовательно, он обеспечивает большую мощность при более высоких нагрузках.
4. Скорость реактивного двигателя не ограничивается винтом, а значит, можно достичь более высоких скоростей.
5. Реактивный двигатель может быть построен с гораздо большей выходной мощностью, чем поршневые двигатели, поскольку мощность не ограничивается детонацией. Можно достичь большей мощности.

Недостатки

Ниже перечислены недостатки использования реактивного двигателя:

1. Особенно при низком давлении тепловой КПД низок. На малых высотах и ​​скоростях до 150 м/с/540 км/ч расход топлива больше, чем у поршневого двигателя.
2. На рабочем месте слишком шумно, материалы дорогие, а жизнь коротка.
3. Степень сжатия-давления не такая, как обратная, но меняется со скоростью.
4. Возникают некоторые трудности в работе двигательной установки.

Заключение

Вот и все, спасибо за прочтение. Итак, теперь я надеюсь, что развеял все ваши сомнения относительно работы реактивного двигателя и всех типов реактивных двигателей. Если у вас есть вопросы по « типам реактивных двигателей », расскажите, пожалуйста, в комментариях.

Теперь я понимаю, что вам наверняка понравилась написанная мной статья. Если ваш ответ да, пожалуйста, поделитесь этим с друзьями.

Скачать PDF-файл этой статьи:

Скачать PDF

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем новые статьи.

Адрес электронной почты

Вам может быть интересно прочитать это:

1. Список деталей автомобильного двигателя: их назначение (с иллюстрациями)
2. Три основных типа регуляторов, используемых в автомобильных двигателях
3. 6 типов амортизаторов | Как они работают?

Как работает реактивный двигатель? Самое простое объяснение

Являетесь ли вы студентом-механиком или увлекаетесь инженерным делом, реактивный двигатель — это тема, которая нравится всем. С детства мы видели, как что-то летает в небе, как птицы. Эти похожие на птиц летающие объекты могут быть либо самолетами, либо реактивными истребителями. Теперь у нас в голове всплывает вопрос, как они летают в небе. Так что это становится возможным благодаря реактивному двигателю. Двигатель является сердцем транспортного средства, и такая же ситуация применима к реактивному двигателю. В этой статье мы собираемся обсудить, как работает реактивный двигатель. Итак, не будем долго ждать, приступим.

Содержание

Что такое реактивный двигатель?

Реактивный двигатель преобразует жидкое топливо в мощную силу, называемую тягой. Эта сила работает на то, чтобы толкать струю вперед. Поскольку этот двигатель производит сильную струю выхлопных газов на выходе, поэтому этот двигатель называется реактивным двигателем. Для лучшего понимания реактивного двигателя важно понять работу поршневого двигателя, который в настоящее время используется внутри автомобилей.

История реактивного двигателя:

Около 18:00 Джордж Кейли изобрел паровой двигатель. После этого в 1884 году изобретение сэра Чарльза Парсонса проделало удивительную работу в отношении паровой турбины и компрессора.

Вы когда-нибудь слышали о ПВРД? Возможно, вы слышали это слово в школе, изучая историю. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель — простейший тип реактивного двигателя. Позже, в 1910 году, сэр Генри открыл реактивный самолет, в котором вместо пропеллера он использовал большой вентилятор.

Через несколько лет, то есть в 1936, Уиттл изобрел турбовентиляторный двигатель. На это изобретение он также подал патент. Этот открытый им двигатель также называют «двигателем Уиттла».

В 2002 году GE90-115B становится самым мощным двигателем в мире. Этот двигатель был изготовлен General Electric. В 2019 году GENX является наиболее используемым двигателем в реактивных самолетах. Этот двигатель производит меньшую тягу, но работает с высокой эффективностью.

Действие и противодействие:

Основным принципом работы реактивного двигателя является третий закон Ньютона. Согласно этому третьему закону, каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Кроме того, принцип сохранения энергии играет решающую роль в работе реактивного двигателя.

Основные части реактивного двигателя

Прежде чем разобраться в работе реактивного двигателя, давайте взглянем на основные компоненты реактивного двигателя:

• Компрессор: Внутри компрессора давление а также скорость воздуха увеличивается. Он в основном используется для сжатия воздуха из атмосферы, чтобы сжигание топлива могло быть достигнуто с помощью этого сильно сжатого и высокотемпературного воздуха. Теперь возникает вопрос, почему в реактивном двигателе воздух сжимается, поэтому ответ на него очень прост, ведь все мы знаем, что кислород помогает горению. Чем больше будет кислорода, тем больше будет гореть. А сжатый воздух имеет высокую плотность кислорода.
• Камера сгорания: Внутри камеры сгорания происходит сгорание воздушно-топливной смеси с образованием сгоревших газов и повышением температуры внутри двигателя.
• Турбина: Турбина в реактивном двигателе используется для преобразования энергии выхлопных газов с высокой скоростью в механическую энергию. Эта механическая энергия используется для привода компрессора. Турбина и компрессор имеют общий вал между собой.
• Сопло: 9Сопло 0112 выполняет работу по увеличению скорости выхлопных газов, выходящих из реактивного двигателя.

Читайте также:

• Различные типы двигателей
• Каковы основные части автомобильного двигателя?
• Что такое двигатель Стирлинга — типы, основные части, работа и применение?

Работа реактивного двигателя

Теперь давайте посмотрим, как работает реактивный двигатель?

Работа реактивного двигателя довольно проста. На приведенной ниже схеме показано, как работает реактивный двигатель:

• Учитывая, что реактивный двигатель движется очень медленно по сравнению со скоростью звука, считается, что скорость двигателя составляет около 600 миль в час. Это означает, что скорость двигателя считается равной примерно 1000 км/ч.
• Вентилятор находится на передней стороне двигателя. Этот вентилятор всасывает холодный воздух в двигатель и нагнетает этот воздух во впускное отверстие. За счет этого скорость двигателя замедляется до 605 от его начальной скорости.
• Теперь компрессор внутри двигателя сжимает этот воздух. Из-за сдавливания давление увеличивается. Это повышение давления почти в 8 раз превышает начальное давление. Из-за такого высокого давления температура внутри двигателя возрастает до высокой величины.
• После этого в двигатель добавляется керосин из топливного бака.
• Внутри камеры сгорания сжатый воздух смешивается с керосином, происходит сгорание с образованием горячих выхлопных газов. За счет этого температура внутри камеры сгорания повышается. Общая температура этой смеси считается равной 900ºC. Другими словами, эта температура составляет 1650ºF
• Затем выхлопные газы проходят через лопатки турбины. Эти газы вращают эти лопасти, как ветряная мельница. Что касается сохранения энергии, здесь одна форма энергии преобразуется в другую. Лопасти турбины получают энергию, в то время как выхлопные газы теряют энергию при охлаждении. Это также приводит к снижению давления выхлопных газов.
• Лопасти турбины соединены с осью, проходящей по всей длине двигателя. И компрессор, и вентилятор также соединены с осью двигателя. Это означает, что после вращения лопаток турбины вентилятор и компрессор также получают оборот.
• Форсунка находится на другом конце двигателя. Выхлопные газы выходят из двигателя через сопло. Коническое сопло способствует выходу газов из двигателя при скорости 2100 км/ч
• Глядя на эту скорость, мы можем сказать, что скорость газов, выходящих из двигателя, в два раза больше скорости газов, поступающих в двигатель. Эта скорость приводит в действие реактивный двигатель. Все эти газы движутся назад с большой скоростью, а струя движется вперед за счет тяги. Чем больше тяга, тем больше скорость струи. Военный реактивный самолет имеет дополнительную горелку для создания дополнительной тяги. Здесь большую роль играет тяга. Для лучшей скорости двигателя мы должны больше сосредоточиться на создании большей тяги.

Для лучшего понимания того, как работает реактивный двигатель, посмотрите видео ниже:

Типы реактивных двигателей:

Все типы реактивных двигателей работают по одному и тому же основному процессу: всасывание воздуха, сжатие , горение, выброс выхлопных газов за пределы двигателя.

Хотя они следуют одному и тому же основному процессу. Некоторые двигатели имеют дополнительные компоненты. А реактивный двигатель бывает следующих типов:

1. ТРД

Это воздушно-реактивный двигатель, в котором реактивный двигатель приводится в движение струей горячих выхлопных газов. Горячие выхлопные газы образуются за счет того, что атмосферный воздух, поступающий в двигатель, сжимается и сгорает в камере сгорания. В основном он состоит из газовой турбины и метательного сопла. А составными частями газовой турбины являются компрессор, камера сгорания и турбина для привода компрессора. Он в основном используется в самолетах и ​​​​очень эффективен для сверхзвуковых самолетов. Это не подходит для медленных самолетов.

2. Турбовентиляторный двигатель

Турбовентиляторный двигатель широко используется в авиационных двигателях. Это воздушно-реактивный двигатель. Оно составлено из двух слов. Первое слово — «Турбо», что означает «Турбина», которая производит механическую энергию от сгорания, а второе слово — «Вентилятор» (канальный вентилятор), который ускоряет движущийся воздух по направлению к камере сгорания с помощью механической энергии от турбины. Его также называют турбореактивным двигателем с большим вентилятором в передней части двигателя. В реактивном двигателе весь всасываемый воздух проходит через турбину, а в случае турбовентиляторного двигателя часть воздуха проходит в обход турбины.

Читайте также:

• Что такое газотурбинная электростанция?
• Что такое поршневой воздушный компрессор?
• Что такое реактивная турбина – принцип работы, основные компоненты и применение

3. Турбовинтовой двигатель

Все компоненты турбовинтового двигателя такие же, как у турбореактивного двигателя с дополнительным пропеллерным вентилятором. фронт. Если мы видим турбовентиляторный двигатель в его простейшем виде, то он состоит из воздухозаборника для воздуха, компрессора для сжатия воздуха, камеры сгорания для сжигания топлива, турбины для получения механической энергии и реактивного сопла. Воздух поступает через воздухозаборник, а компрессор сжимает воздух до заданной температуры и давления. Затем сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где топливо смешивается со сжатым воздухом и происходит сгорание воздушно-топливной смеси. При сгорании образуются горячие выхлопные газы, которые расширяются на лопатках турбины и вращают турбину. Механическая энергия, полученная от турбины, используется для привода гребного винта турбовинтовых двигателей через редуктор (т. е. он преобразует высокие обороты/низкий крутящий момент в низкие обороты/высокий крутящий момент). Выхлопные газы после турбины выходят через реактивное сопло и обеспечивают реактивному двигателю дополнительную тягу. Здесь тяга, обеспечиваемая движительным соплом, значительно меньше, чем движитель впереди. В турбовинтовых двигателях винт является основным источником тяги, а движительное сопло создает дополнительную тягу.

4. Турбовальный двигатель

Если газовая турбина оптимизирована для создания мощности на валу вместо создания реактивной тяги, она называется турбовальным двигателем. Работа турбовального двигателя аналогична турбореактивному двигателю. В основном он состоит из воздухозаборника, компрессора, камеры сгорания, турбины и свободной турбины с приводным валом. Свободная турбина производит необходимую мощность на валу, которая используется другими машинами для их работы.

Воздух, поступающий в турбовальный двигатель, сжимается в компрессоре и поступает в камеру сгорания, где топливо смешивается с воздухом и происходит сгорание. Образующиеся выхлопные газы приводят в движение турбину, а также свободную турбину. Турбина приводит в действие компрессор, а свободная турбина производит мощность на валу, которая используется для какой-либо другой работы.

Турбовальные двигатели используются в тех областях, где требуется высокая надежность, высокая выходная мощность, небольшие размеры и малый вес. В основном они используются в вертолетах, катерах и кораблях, цистернах и стационарном оборудовании.

5. ПВРД и ГПВРД

Это тип реактивного двигателя, который использует поступательное движение двигателя для сжатия поступающего воздуха без какого-либо осевого или центробежного компрессора. Иногда его называют летающей трубой. Он не может создавать тягу, когда скорость полета равна нулю. Это означает, что они не могут двигать самолет, когда он стоит. Таким образом, транспортному средству, оснащенному прямоточным воздушно-реактивным двигателем, требуется вспомогательный взлет (орган, который помогает самолету подняться в воздух), чтобы он достиг такого ускорения, при котором он может начать создавать тягу.