Скорость вращения турбины самолета: Двигатель для гиперзвука | Наука и жизнь

Содержание

Двигатель для гиперзвука | Наука и жизнь

Добиться как можно большей скорости летательного аппарата — такова одна из главных задач, стоящих перед авиацией с момента её зарождения. Скорость звука уже превышена в 1,5—2 раза. В недалёком будущем можно ждать появления экономичного гиперзвукового самолёта.

Схема турбореактивного двигателя.

Во время разгона и торможения двигатель работает в прерывистом режиме, и топливо-воздушная смесь разделена порциями чистого воздуха (показаны цветом).

Но есть проблема: распространённые и хорошо освоенные в производстве турбореактивные двигатели разогнать самолёт до таких скоростей не могут. Сейчас считается, что для такой машины наилучшим образом подходит прямоточный реактивный двигатель.

Тем не менее, конструкторская мысль не стоит на месте. Недавно в редакцию пришло письмо с описанием интересной, хотя, на взгляд скептиков, довольно спорной схемы турбореактивного двигателя.

В своё время, когда разрабатывались первые турбореактивные двигатели (ТРД) для самолётов, и у нас, и за рубежом была принята практически одинаковая схема их конструкции из последовательно соединённых входного устройства, компрессора, камеры сгорания, турбины и реактивного сопла. Эта схема стала классической и до сих пор остаётся основой авиационного двигателестроения.

Тяга такого двигателя пропорциональна количеству воздуха, пропускаемого через проточную часть двигателя, и скорости его истечения из сопла. Чтобы повысить скорость истечения газа, нужно повысить его температуру. В настоящее время наиболее совершенные турбинные лопатки выдерживают температуру примерно 1200

оС (1500 К), и то непродолжительное время (см. «Наука и жизнь» № 6, 2007 г.). Тратятся колоссальные средства на создание новых жаростойких и жаропрочных материалов, результаты есть, но хочется большего. Пока существенно увеличить скорость не получается. С законами физики не поспоришь, но можно придумать, как их обойти.

Итак, если мы хотим выйти из тупика, необходимо каким-то образом значительно улучшить функциональные и тепловые показатели ТРД. Для этого придётся отказаться от некоторых традиционных постулатов и устранить фундаментальные конструкторские и технологические несоответствия.

Что я имею в виду? В классической схеме после компрессора воздушный поток разделяется на первичный для горения (30%) и вторичный для охлаждения (70%). Обидно, что в реактивную струю превращается столь незначительное количество воздуха, но это полбеды. Совсем худо, что вторичный поток дробится на десятки струй жаровой трубой камеры сгорания с огромными гидравлическими потерями. Другими словами, в существующих ныне камерах сгорания теряется львиная доля потенциальной и кинетической энергии, приобретаемой воздушным потоком при сжатии в компрессоре.

Кроме того, разделённые камерой сгорания зоны сжатия воздуха и расширения газовой струи находятся на значительном удалении друг от друга.

Из-за этого существенно увеличивается масса двигателя и усложняется его конструкция (длинный и тяжёлый вал, соединяющий турбину с ротором компрессора, промежуточная подшипниковая опора, охлаждающие каналы, система подвода смазки и т.д.).

В существующих ТРД при увеличении тяги растёт частота вращения вала. А нужно ли это? В автомобиле, где движителем являются колёса, чем быстрее они вращаются, тем быстрее едет автомобиль. В ТРД, где движителем является сопло, нет необходимости увеличивать частоту вращения ротора, а целесообразно регулировать теплонапряжённость газового потока, то есть повышать или понижать температуру рабочего цикла, определяющую скорость истечения из сопла газовой струи и тем самым увеличивать или уменьшать силу тяги. В ТРД это делают, изменяя подачу топлива.

Переход с режима на режим достигается избыточной или недостаточной его подачей. В результате на всех режимах, кроме расчётного, происходят потери энергии. Следовательно, падает экономичность. Но даже на расчётном режиме топливо теряется из-за малоэффективного пассивного способа образования топливовоздушной смеси: топливо подают в камеру сгорания и распыляют его форсунками по воздушному потоку или против него, что приводит к столкновению мельчайших капель и образованию более крупных, которые в условиях факельного горения не успевают испариться и сгореть и выносятся газовым потоком в окружающую среду.

Приведённые фундаментальные несоответствия устранимы, если принять концепцию, включающую в себя три составляющие: новую конструктивную схему, новый способ работы и новый принцип регулирования ТРД, защищённые авторскими свидетельствами ещё во времена СССР. Возникает возможность упростить конструкцию, в несколько раз увеличить мощность, существенно повысить экономичность двигателя, уменьшить его габариты и массу, удешевить производство.

Главное конструктивное решение — отказ от камеры сгорания и замена вала полым ротором барабанного типа. Между его наружной поверхностью и внутренней поверхностью корпуса двигателя создаётся зона сжатия с компрессорными и зона расширения с турбинными лопатками.

Ряды лопаток установлены на расстоянии межлопаточного осевого зазора друг от друга. Благодаря этому существенно уменьшаются габариты и масса двигателя: нет камеры сгорания, длинного и тяжёлого вала, массивных дисков турбины, исчезает промежуточная опора и множество вспомогательных узлов и деталей. Проточная часть двигателя теперь будет представлять собой зону сжатия, непосредственно переходящую в зону расширения. Это происходит в критическом сечении, где ротор имеет максимальный диаметр.

Как же теперь быть с многочисленными сложными процессами, протекающими в камере сгорания? В нашем случае все процессы, связанные с образованием топливовоздушной смеси, переносятся в зону сжатия, а процесс горения — в зону расширения непосредственно на турбинные лопатки. Однако необходимо, чтобы выполнялось условие, при котором скорость потока топливовоздушной смеси в критическом сечении превышала бы скорость распространения пламени по потоку, чтобы исключить помпаж, то есть забрасывание пламени обратно в зону сжатия.

Современные средства электроники позволяют удерживать и надёжно контролировать процесс объёмного горения с заданными параметрами в автоматическом режиме.

Воздух из атмосферы через входное устройство поступает в компрессор, или в так называемую зону сжатия, где, например, на уровне третьей или четвёртой ступени в поток подают топливо. Зная расход воздуха в проточной части зоны сжатия, можно с большой точностью рассчитать и подать то количество топлива, при котором коэффициент избытка воздуха α* будет оптимальным.

Образовавшаяся в проточной части зоны сжатия (компрессора) топливовоздушная смесь, пройдя критическое сечение, воспламеняется в сопловом аппарате одновременно по всему объёму и горит с максимальной (стехиометрической) температурой 3000

оС при значительно более высоком давлении, чем в камере сгорания обычного ТРД. Другими словами, вместо факельного горения происходит более эффективное — объёмное.

Газовая струя за счёт теплового перепада совершает работу на турбинных лопатках, но уже на значительно более высоком энергетическом уровне, чем в известных двигателях. При этом львиная доля энергии высокотемпературного потока после турбинных лопаток приходится на работу расширения в реактивном сопле, и благодаря этому тяга двигателя многократно возрастает.

Рассмотрим процессы, протекающие в зонах сжатия и расширения. К атмосферному воздуху в зоне сжатия прикладывается механическая работа, совершаемая лопатками компрессора, которая выражается в повышении степени сжатия воздуха и его температуры. При подаче топлива (авиационного керосина) в воздушный поток, который не дробится на мелкие струи, как в камере сгорания, происходит механическое перемешивание частиц топлива с воздухом вращающимися компрессорными лопатками. Лопатки также разбивают крупные капли, и, следовательно, те быстрее испаряются, способствуя образованию топливовоздушной смеси с высокой степенью однородности, качественному, а главное, быстрому сгоранию и ускоренному истечению газового потока из реактивного сопла. Это не только позволяет достигнуть гиперзвуковых скоростей, но и заметно снизить количество несгоревшего топлива.

Испарение подаваемого в зону сжатия топлива приводит к поглощению теплоты, температура воздуха понижается, а плотность соответственно возрастает без дополнительных энергозатрат. Это значительно повышает не только экономичность, но и кпд тепловой машины.

В предлагаемой схеме процессы сжатия и расширения протекают в непосредственной близости друг от друга. Потенциальная и кинетическая энергия, приобретаемая потоком в зоне сжатия, не теряется и не рассеивается, как это происходит в камерах сгорания.

Здесь обнаруживается ещё один важный эффект. Часть тепловой энергии потока, работающей на вращение турбины, в виде механической работы идёт в основном на сжатие воздуха, и лишь незначительная её доля тратится на поддержание энергетики самолёта и преодоление трения в опорах. Если взять механическую работу, которая идёт на повышение температуры сжимаемого воздуха, то она также не пропадает и не рассеивается в окружающую среду, а переносится испарившимся топливом на турбинные лопатки, где входит составной частью в энергию, превращающуюся в механическую работу сжатия воздуха. Получается как бы замкнутый круг.

Возникает такая термодинамическая система, у которой часть тепловой энергии постоянно циркулирует внутри неё самой и не уносится в окружающую среду. А освободившееся эквивалентное количество энергии газового потока дополнительно идёт на работу расширения в реактивном сопле, значительно увеличивая тягу двигателя по сравнению с известными силовыми установками.

По-иному происходит в новом двигателе и переход с одного режима на другой. В воздушный поток зоны сжатия предлагается подавать топливо, не меняя положение впускного клапана.

При запуске двигателя топливо подаётся циклически небольшими порциями (прерывисто), а в режиме разгона продолжительность циклов подачи постепенно увеличивается, и система питания плавно переходит на непрерывный режим подачи топлива. Аналогично, но в обратной последовательности двигатель выводится из стационарного режима.

В таких условиях на всех режимах работы двигателя коэффициент избытка воздуха α в топливовоздушной смеси всегда будет оптимальным.

В режиме разгона двигателя влияние частоты вращения ротора на величину тяги сохраняется, так как компрессор ещё не создаёт расчётной степени сжатия воздуха. Поэтому вначале целесообразно применять минимальную продолжительность подачи топлива, но с большей частотой. По мере возрастания частоты вращения продолжительность подачи топлива увеличивают, а частоту впрысков снижают. Этот режим работы предназначен не для полёта, а только для разгона двигателя на земле.

Постепенно температура в критическом сечении и в зоне расширения растёт. Мощность, передаваемая ротору турбинными лопатками, становится настолько большой, что дальнейшее повышение давления и температуры воздуха может привести к самовоспламенению топливовоздушной смеси в зоне сжатия и вызвать помпаж.

Чтобы стабилизировать мощность турбины, предлагается техническое решение, способное удержать частоту вращения ротора на расчётном уровне, а теплонапряжённость газового потока продолжать наращивать, повышая температуру газовой струи до стехиометрической. Оно состоит в том, чтобы раскрыть сопловой аппарат после достижения максимально допустимого числа оборотов ротора на земле.

Это можно сделать, поворачивая лопатки соплового аппарата так, чтобы уменьшить угол входа газового потока на лопатки турбины, то есть направить его по касательной к ним.

Казалось бы, частота вращения ротора должна упасть, однако уменьшение угла входа потока на рабочие лопатки компенсируется ростом температуры потока и возрастанием его теплонапряжённости. В результате частота вращения ротора двигателя остаётся неизменной (на расчётном уровне), а мощность газовой струи, выбрасываемой из сопла, увеличивается.

Во время полёта с увеличением высоты плотность и давление атмосферного воздуха падают, что неизбежно сказывается на величине давления в зоне сжатия. В существующих ТРД это приводит к падению коэффициента избытка воздуха α, ухудшению экономичности и снижению мощности двигателя.

В новом двигателе с подъёмом достаточно частично закрыть сопловой аппарат, увеличивая угол входа газового потока на рабочие лопатки турбины, таким образом увеличивая частоту вращения ротора пропорционально падению давления воздуха в атмосфере. На больших высотах температура воздуха существенно ниже, чем около земли, поэтому увеличение частоты вращения ротора не приведёт к самовоспламенению топливовоздушной смеси в зоне сжатия и возникновению помпажа.

Во время снижения самолёта, когда давление атмосферного воздуха вновь возрастает, сопловой аппарат раскрывают, и в результате частота вращения ротора уменьшается до максимально допустимой у поверхности земли. Одним словом, с изменением высоты полёта частоту вращения автоматически меняют обратно пропорционально давлению в зоне сжатия при постоянной подаче топлива.

Очень важно: частоту вращения ротора меняют не для увеличения или уменьшения тяги, а только для сохранения расчётного соотношения топлива и воздуха в смеси!

Пришло время поговорить о системе охлаждения. В её основу положен самый распространённый и наиболее простой способ конвективного охлаждения. В классическом двигателе охлаждающий воздух по пути следования принимает участие в охлаждении многих узлов и деталей, аккумулируя теплоту, и лишь в последнюю очередь поступает во внутренние полости турбинных лопаток с уже высокой температурой и низкой охлаждающей способностью.

Конструктивное оформление системы охлаждения нового двигателя предусматривает отбор необходимого количества воздуха из зоны сжатия перед местом впрыска топлива. Охлаждающий воздух идёт двумя потоками — через каналы в корпусе и через внутреннюю полость ротора. Воздух непосредственно подают внутрь лопаток турбины и соплового аппарата, не заставляя его охлаждать другие узлы и детали. Это позволяет продуть сквозь внутренние полости лопаток необходимое количество воздуха с низкой температурой.

Расчёты показывают, что площадь внутренней охлаждаемой поверхности лопатки должна быть в 2,6 раза больше её рабочей наружной площади. При этом на охлаждение потребуется 25% от поступающего в двигатель атмосферного воздуха, а 75% пойдёт на создание топливовоздушной смеси (сравните с нынешними ТРД, где соотношение диаметрально противоположное, см. с. 49).

Воздушные потоки, выходя из внутренних полостей сопловых и рабочих турбинных лопаток в проточную часть двигателя, образуют внутреннюю и внешнюю теплоизолирующие воздушные прослойки (предохраняя корпус и ротор от разрушающего теплового воздействия) и через реактивное сопло вместе с газовым потоком выбрасываются в атмосферу.

Самолёт, оснащённый новым ТРД, будет способен на крейсерском режиме развивать гиперзвуковые скорости с числом Маха М = 3–4. Процесс его изготовления проще и дешевле, чем ныне существующих, поскольку в нём отсутствуют многие узлы, без которых не построишь обычный ТРД.

Комментарии к статье

* Коэффициент избытка воздуха — это отношение действительного количества воздуха в горючей смеси к теоретически необходимому для её полного сгорания.

Почему двигатель самолета брякает? — FrequentFlyers.ru

Многие пассажиры при посадке в самолет через автотрап замечают странные звуки, которые издает работающая на низких оборотах турбина: то ли металлический лязг, то ли бряцанье бутылок — еще похлеще, чем в детстве, когда к остановке подкатывает ЛиАЗ-677 😉 Тут же просыпается аэрофобия: посмотрите, что-то не то с самолетом, как на нем лететь? Караул! Рассказываем подробнее, что это такое.

Во-первых, не турбина, а двигатель. Турбина — это только небольшая часть турбовентиляторного двигателя, которые устанавливаются на современные самолеты. И “реактивным” этот двигатель называть неправильно, потому что реактивной струей в них создается от силы 20% тяги, а остальную тягу создает вентилятор. Вентилятор — это как раз та часть, которая находится впереди двигателя и вы видите, как он вращается.

Во-вторых, во время посадки пассажиров двигатель не работает. Не на малом газу, никак. Он просто выключен полностью, и запуск двигателей начинается только после окончания посадки, буксировки и получения разрешения от диспетчера. Вентилятор же вращается от ветра! Попробуйте хорошенько дунуть на бытовой вентилятор или чуть-чуть дунуть на компьютерный — они тоже начнут вращаться.

Так, стоп, вы же явно слышите характерный свист работающего двигателя! Правильно, это работает вспомогательная силовая установка (ВСУ, APU) в хвосте; от нее на стоянке при отсутствии наземного источника (GPU) запитаны электросистемы, система кондиционирования и вентиляции и т. д. Вентилятор вращается ветром и только ветром! (И, кстати, именно поэтому если самолет ставится на стоянку надолго, например, на ночь, двигатели закрывают чехлами, чтобы не крутились просто так, и чтобы ветром внутрь не нанесло пыли, грязи, снега и т.п.)

ВСУ самолета семейства Airbus A320

Вентилятор состоит из множества лопаток, которые при его вращении захватывают воздух и проталкивают его дальше, создавая тягу. Каждая лопатка закреплена в пазу на роторе. Но на некоторых моделях двигателей они закреплены не жестко, а имеют определенный люфт (свободный ход), что снижает нагрузки в рабочем режиме. То есть, “болтаются” они не из-за того, что двигатель изношен, а потому, что так задумано.

При этом на таких двигателях лопатки оснащены бандажными полками, которые увеличивают жесткость лопатки, а также не дают ей вибрировать под нагрузкой: поток воздуха, воздействующий на полку, как бы дополнительно удерживает ее.

Ротор двигателя и пазы (замки) крепления лопаток

Лопатка с бандажной полкой

Лопатки с полками и ротор

Когда вентилятор вращается под действием ветра на низких оборотах, соседние лопатки, расположенные в определенных положениях (в верхней и нижней точках), как бы “переваливаются” и стукаются полками друг об друга. А когда двигатель начинает работать, то обороты вентилятора увеличиваются и центробежная сила уже не дает лопаткам болтаться: они выстраиваются строго вдоль радиусов и не касаются друг друга.

Описанная конструкция вентиляторов используется, например, на двигателях Pratt&Whitney JT9D (на Boeing 747), Rolls-Royce RB211 (модификации Boeing 747, 757, 767), CFM 56-3 (устанавливаются на все Boeing 737-300, 737-400, 737-500) и CFM 56-5 (Airbus A318, A319ceo, A320ceo, A321ceo), а вот на CFM 56-7 (Boeing 737-600, 737-700, 737-800, 737-900, 737-900ER) лопатки имеют другую форму без бандажных полок, закреплены жестко и не брякают. На двигателях CFM LEAP (737 MAX, A320neo) лопатки закреплены жестко и выполнены из композитных материалов и тоже не брякают.

Турбореактивный двигатель. Элементы конструкции. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.

Здравствуйте, друзья!

Турбореактивный двигатель.

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

1.Компрессор   2.Камера сгорания  3.Турбина  4. Выходное устройство или реактивное сопло.

Компрессор сжимает воздух до необходимых величин, после чего воздух поступает в камеру сгорания, где подогревается до необходимой температуры за счет сгорания топлива и далее уже получившийся газ поступает на турбину, где отдает часть энергии вращая ее (а она, в свою очередь компрессор), а другая часть при дальнейшем разгоне газа в реактивном сопле превращается в импульс тяги, которая и толкает самолет вперед. Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором.

Компрессоры бывают трех видов. Центробежные, осевые и смешанные. Центробежные обычно представляют собой колесо, на  поверхности которого выполнены  каналы, закручивающиеся от центра к периферии, так называемая крыльчатка.При ее вращении воздух отбрасывется по каналам центробежной силой от центра к периферии, сжимаясь сильно разгоняется и далее попадая в расширяющиеся каналы (диффузор) тормозится и вся его энергия разгона тоже превращается в давление. Это немного похоже на старый аттракцион, который раньше в парках был, когда люди становятся по краю большого горизонтального  круга, опираясь спиной на специальные вертикальные спинки, этот круг вращается, наклоняясь в разные стороны и люди не падают, потому что их держит (прижимает) центробежная сила. В компрессоре принцип тот же.

Этот компрессор достаточно прост и надежен, но для создания достаточной степени сжатия нужен большой диаметр крыльчатки, что не могут себе позволить самолеты, особенно небольших размеров. Турбореактивный двигатель просто не влезет в фюзеляж. Поэтому применяется он мало. Но в свое время  он был применен  на двигателе ВК-1 (РД-45), который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.

Крылчатка центробежного компрессора на одном валу с турбиной.

Крыльчатки центробежного компрессора.

Двигатель ВК-1. В разрезе хорошо видна крыльчатка центробежного компрессора и далее две жаровые трубы камеры сгорания.

Истребитель МИГ-15

В основном сейчас используется осевой компрессор. В нем на одной вращающейся оси (ротор) укреплены металлические диски (их называют рабочее колесо), по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». А между венцами вращающихся рабочих лопаток размещены венцы неподвижных лопаток ( они бычно крепятся на наружном корпусе), это так называемый направляющий аппарат (статор). Все эти лопатки имеют определенный  профиль и несколько закручены, работа их в определенном смысле похожа на работу все того же крыла или лопасти вертолета, но только в обратном направлении. Теперь уже не воздух действует на лопатку, а лопатка на него. То есть компрессор совершает механическую работу (над воздухом :-)). Или еще более нагляднее :-).  Все знают вентиляторы, которые так приятно обдувают в жару. Вот вам пожалуйста, вентилятор и есть рабочее колесо осевого компрессора, только лопастей конечно не три, как в вентиляторе, а побольше.

Примерно так работает осевой компрессор.

Конечно очень упрощенно, но принципиально именно так. Рабочие лопатки «захватывают» наружный воздух, отбрасывают его внутрь двигателя, там лопатки направляющего аппарата определенным образом  направляют его на следующий ряд рабочих лопаток и так далее. Ряд рабочих лопаток вместе с рядом следующих за ними лопаток направляющего аппарата образуют ступень. На каждой ступени происходит сжатие на определенную величину. Осевые компрессоры бывают с разным количеством ступеней. Их может быть пять, а может быть и 14. Соответственно и степень сжатия может быть разная, от 3 до 30 единиц и даже больше.  Все зависит от типа и назначения двигателя (и самолета соответственно).

Осевой компрессор достаточно эффективен. Но и очень  сложен как теоретически, так и конструктивно.  И еще у него есть существенный недостаток:  его сравнительно          легко повредить. Все посторонние предметы с бетонки  и птиц вокруг аэродрома он       как говорится принимает на себя и не всегда это обходится без последствий.

Камера сгорания. Она опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб (они называются жаровые трубы). Для организации процесса горения в комплексе с воздушным охлаждением она вся «дырчатая». Отверстий много, они разного диаметра и формы. В жаровые трубы подается через специальные форсунки топливо (авиационный керосин), где и сгорает, попадая в область высоких температур.

Турбореактивный двигатель (разрез). Хорошо видны 8-ми ступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания, 2-ухступенчатая турбина и выходное устройство.

Далее горячий газ попадает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. ЕЕ раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку- пропеллер. Неподвижные лопатки в ней находятся не за вращающимися рабочими, а перед ними и называются сопловым аппаратом. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Больше и не надо, ведь для привода компрессора хватит, а остальная энергия газа потратится в сопле на разгон и получение тяги. Условия работы турбины мягко говоря «ужасные». Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения (до 30000 об/мин). Представляете какая центробежная сила действует на лопатки и диски! Да плюс факел из камеры сгорания с температурой от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Вобщем ад :-). Иначе не скажешь. Я был свидетелем, когда при взлете самолета Су-24МР оборвалась рабочая лопатка турбины одного из двигателей. История поучительная, обязательно о ней расскажу в дальнейшем. В современных турбинах применяются достаточно сложные системы охлаждения, а сами они (особенно рабочие лопатки) изготавливаются из особых жаропрочных и жаростойких сталей. Эти стали достаточно дороги, да и весь турбореактивный двигатель в плане материалов очень недешев. В 90-е годы, в эпоху всеобщего разрушения на этом нажились многие нечистые на руку люди, в том числе и военные. Об этом тоже как-нибудь позже…

СУ-24МР

После турбины – реактивное сопло. В нем, собственно, и возникает тяга турбореактивного двигателя. Сопла бывают просто сужающиеся, а бывают сужающе-расширяющиеся. Кроме того бывают неуправляемые (такое сопло на рисунке), а бывают управляемые, когда их диаметр меняется в зависимости от режима работы. Более того сейчас уже есть сопла, которые меняют направление вектора тяги, то есть попросту поворачиваются в разные стороны.

Турбореактивный двигатель – очень сложная система. Летчик управляет им из кабины всего лишь одним рычагом – ручкой управления двигателем (РУД). Но на самом деле этим он лишь задает нужный ему режим. А все остальное берет на себя автоматика двигателя. Это тоже большой и сложный комплекс и еще скажу очень хитроумный. Когда еще будучи курсантом изучал автоматику, всегда удивлялся, как конструкторы и инженеры все это понапридумывали:-), а рабочие-мастера изготовили.  Сложно… Но зато интересно 🙂 …

Вот и все пока. Вкратце опять  не получилось :-). Но я все же надеюсь, что вам было интересно. До следующей встречи.

P.S. А вот вам напоследок атракцион, о котором я выше писал. Я на нем в детстве-то не катался, а сейчас их просто нет у нас. Так что знаю только в теории :-).

Вот такой он был, может и сейчас где-то работает…

Фото кликабельны.

Уникальная авария: что произошло на борту Southwest Airlines

  • Павел Аксенов
  • Русская служба Би-би-си

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Самолет Southwest Airlines после посадки. Виден полуразрушенный двигатель и иллюминатор, выбитый либо обломком мотора, либо оторванной лопаткой

Рейс 1380 компании Southwest Airlines войдет в историю авиационных происшествий как случай, когда к трагической развязке — гибели пассажира — привело крайне редкое стечение обстоятельств.

Обрыв лопатки вентилятора двигателя, последующее повреждение фюзеляжа, разгерметизация салона, из-за которой пассажирку буквально вытянуло из самолета по пояс, случаются настолько редко, что таких происшествий в авиации не было много лет.

Шансов выжить у человека, которого давлением наполовину вытянуло наружу из самолета, совсем немного. Другим пассажирам удалось затащить Дженнифер Риордан обратно в самолет, после экстренной посадки ее госпитализировали, но спасти ее жизнь врачам не удалось.

Что же произошло с самолетом компании Southwest Airlines?

«Взорвался двигатель»

Именно так пассажиры описали то, что произошло с Boeing 737-700 Southwest Airlines на высоте примерно девяти километров.

На фотографиях самолета после посадки видно, что у левого двигателя практически отсутствует обтекатель, который закрывает его переднюю часть. Под ним видны лопатки вентилятора — он расположен в передней части двигателя. Этот вентилятор создает существенную часть тяги.

Кроме вентилятора, в современном двухконтурном реактивном двигателе также существует турбина — это лопатки на диске в задней части двигателя. Она раскручивается потоком горячих газов из камеры сгорания и приводит в движение либо компрессор (для сжатия воздуха и подачи в камеру сгорания), либо вентилятор (для создания тяги двигателя).

На некоторых снимках видно, что у поврежденного мотора не хватает одной из лопастей именно вентилятора. Глава Национального управления США по безопасности на транспорте (NTSB) утверждает, что, по предварительным данным, одна из 24 лопаток двигателя на большой скорости оторвалась из-за усталости металла.

«Она оторвалась прямо на втулке винта, и есть признаки усталости металла на месте слома», — сообщил он журналистам.

Что именно в результате попало в фюзеляж и вызвало разгерметизацию, пока не установлено. Это могли быть части лопатки двигателя либо детали самого мотора, разрушенные лопаткой.

Нож сквозь масло

Вообще отрыв лопатки вентилятора двигателя либо турбины — потенциально очень опасная ситуация. Такая лопатка, сделанная из очень прочного металла, по сути является идеальным клинком, который к тому же вращается со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту. В случае отрыва он по закону физики должен лететь в сторону от двигателя с огромной скоростью.

Вероятность того, что он направится в сторону фюзеляжа, не так уж велика, но если он туда полетит, его ничто не остановит. Нельзя сказать, чтобы конструкторы двигателей не обращали внимания на эту опасность. Современный двигатель устроен таким образом, чтобы снизить риск подобного происшествия до минимума.

Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер

Подпись к видео,

Взрыв двигателя самолета привел к гибели женщины

В современных сертификационных документах прописано требование, согласно которому в случае отрыва лопатки вентилятора либо турбины ее обломки оставались внутри мотора и выбрасывались реактивной струей назад. Именно так обычно и происходит.

В ходе сертификации двигателя проводятся тесты на отрыв лопаток и первого и второго контуров. Эти тесты очень красочны, их можно найти в интернете по запросу «blade off jet engine test».

В таких тестах оторвавшаяся лопатка исчезает внутри двигателя в облаках дыма и сполохах огня. Это приводит к остановке мотора, но на современных пассажирских авиалайнерах обычно стоит не меньше двух двигателей. Совершить посадку самолет может и на одном.

Кроме того, вентилятор окружен специальным кольцом из прочного металла, который по идее должен сдерживать вылетающую лопатку двигателя.

Редкая авария

«Подобные происшествия очень редки, практически единичны и уникальны. Собственно, уже сама сенсационность этого случая свидетельствует об этом», — рассказал Би-би-си авиационный инженер одного из российских аэропортов.

Действительно, хотя аварии с выходом двигателя из строя случаются довольно часто и периодически их причинами становятся и отрывы лопаток, к сильным повреждениям это приводит крайне редко. Еще реже от этого гибнут люди.

Последний из широко освещавшихся в прессе случаев произошел в США в 1996 году. Из-за разрушения диска турбины одного из двигателей авиалайнера MD-88 компании Delta погибли два пассажира, одним из которых был ребенок. Обломки турбины тогда попали в фюзеляж, пробив его.

Усталость металла, о которой заявил глава NTSB, лишь одна из причин, по которой может обломиться лопатка турбины. Они также ломаются из-за внешнего воздействия, например, при попадании посторонних предметов — птиц либо твердых объектов с земли — в двигатель.

При этом, говоря об усталости металла, не стоит автоматически обвинять производителей лопаток для двигателя — усталостные изменения металла, микротрещины могут возникнуть вследствие вибрационных нагрузок, воздействия температур и прочих внешних факторов. Причину, по которой эта лопатка оказалась на работающем двигателе, установят только после долгих и тщательных анализов.

Разгерметизация

Оторвавшаяся лопатка, летящая с огромной скоростью, либо выбитая ей деталь двигателя в результате попала в фюзеляж.

Это еще одна случайность — ведь обломок мог полететь в любую сторону. Судя по снимкам, он попал в стекло иллюминатора. Удар был настолько сильным, что разрушил прочное стекло, нарушив герметичность салона самолета.

На высоте в 10 тысяч метров разница в давлении внутри самолета и снаружи настолько велика, что поток воздуха, выходящий через разбитый иллюминатор, вполне может вытянуть в него человека.

Пассажиры, бывшие свидетелями аварии, рассказали, что Дженнифер Риордан наполовину вытянуло из салона. Соседи смогли удержать ее и даже втянуть обратно. Однако это ее не спасло.

Крайне низкое содержание кислорода в воздухе на такой высоте, температура ниже 50 градусов по Цельсию и скорость ветра (Boeing 737 летит со скоростью около 800 км/ч) оставляли очень мало шансов на выживание. Женщина получила тяжелые травмы, из-за которых впоследствии умерла в больнице.

Тот факт, что опытные пилоты смогли быстро снизить высоту полета, в результате спас остальных пассажиров. Командиром воздушного судна была Тэмми Джо Шульц — бывшая пилот истребителя. Вторым пилотом также был бывший военный летчик. Вдвоем им удалось посадить самолет в Филадельфии.

Происшествия, когда человека выбрасывает потоком воздуха из поврежденного самолета, случались еще реже, чем аварии из-за разрушенных турбин двигателей.

Самым известным стало авиапроисшествие с Boeing 737 компании Aloha Airlines над Гавайями в 1988 году. Тогда у лайнера набегавшим потоком воздуха сорвало часть обшивки. Ветер был настолько силен, что одну из стюардесс, которая стояла в проходе, выбросило из самолета, и она погибла. Пилоты смогли посадить авиалайнер, и больше на его борту жертв не было.

Как работает реактивный двигатель?

Вращающийся воздушный винт тянет самолет вперед. Но реактивный двигатель с большой скоростью выбрасывает горячие отработавшие газы назад и тем самым создает реактивную силу тяги, направленную вперед.

Типы реактивных двигателей

Существует четыре типа реактивных, или газотурбинных двигателей:

Турбореактивные;

Турбовентиляторные — такие, как используемые на пассажирских лайнерах Боинг-747;

Турбовинтовые, где используют воздушные винты, приводимые в действие турбинами;

и Турбовальные, которые ставят на вертолеты.  

Турбовентиляторный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины, дающей энергию. Сначала воздух поступает в двигатель и сжимается при помощи вентилятора. Затем, в камере сгорания, сжатый воздух смешивается с горючим и сгорает, образуя газ при высокой температуре и высоком давлении. Этот газ проходит через турбину, заставляя ее вращаться с огромной скоростью, и выбрасывается назад, создавая таким образом реактивную силу тяги, направленную вперед.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Изображение кликабельно

 

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Турбореактивный двигатель

В турбореактивном двигателе воздух забирается спереди, сжимается и сгорает вместе с топливом. Образующиеся в результате сгорания выхлопные газы создают реактивную силу тяги.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовые двигатели соединяют реактивную тягу выхлопных газов с передней тягой, создаваемой при вращении воздушного винта.

Устройство турбины самолета


Как работает двигатель самолета

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

Устройство турбовентиляторного двигателя

Конструкция

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

ТРД состоит из нескольких основных элементов:

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

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

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

Вид самолетного двигателя снаружи

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

Читайте также:   Обязанности стюардессы

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

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

Виды двигателей

Двигатели для самолетов бывают различных типов:

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

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

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

Размер двигателя самолета относительно человеческого роста

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

Читайте также:   Максимальная высота полета пассажирского самолета

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

Принцип работы турбореактивного двигателя самолёта

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

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

Принцип работы реактивного двигателя

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

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

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

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

Устройство двигателя имеет четыре главные детали, а именно:

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

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

Камера горения

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

Турбина

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

Принцип работы турбореактивного двигателя

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

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

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

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

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

Атомный двигатель

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

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

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

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

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

Устройство реактивного двигателя | Двигатель прогресса

February 27, 2010

Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном (Dr. Hans von Ohain), выдающимся немецким инженером-конструкторм и Фрэнком Уиттлом (Sir Frank Whittle). Первый патент на работающий газотурбинный двигатель, был получен в 1930 году Фрэнк Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн.

2 августа 1939 года в небо поднялся первый реактивный самолет – He 178 (Хейнкель 178), снаряженный двигателем HeS 3, разработанный Охайном.

Устройство реактивного двигателя достаточно просто и одновременно крайне сложно. Просто по принципу действия: забортный воздух (в ракетных двигателях – жидкий кислород) засасывается в турбину, там смешивается с топливом и сгорая, в конце турбины образует т.н. “рабочее тело” (реактивная струя), которое и двигает машину.

Так все просто, но на деле – это целая область науки, ибо в таких двигателях рабочая температура достигает тысяч градусов по Цельсию. Одна из самых главных проблем турбореактивного двигателестроения – создание не плавящихся деталей, из плавящихся металлов. Но для того, что бы понять проблемы конструкторов и изобретателей нужно сначала более детально изучить принципиальное устройство двигателя.

Устройство реактивного двигателя

основные детали реактивного двигателя

В начале турбины всегда стоит вентилятор, который засасывает воздух из внешней среды в турбины. Вентилятор обладает большой площадью и огромным количеством  лопастей специальной формы, сделанных из титана. Основных задач две – первичный забор воздуха и охлаждение всего двигателя в целом, путем прокачивание воздуха между внешней оболочкой двигателя и внутренними деталями. Это охлаждает камеры смешивания и сгорания и не дает им разрушится.

Сразу за вентилятором стоит мощный компрессор, который нагнетает воздух под большим давлением в камеру сгорания.

Камера сгорания выполняет еще и роль карбюратора, смешивая топливо с воздухом. После образования топливо воздушной смеси она поджигается. В процессе возгорания происходит значительный разогрев смеси и окружающих деталей, а также объемное расширение. Фактически реактивный двигатель использует для движения управляемый взрыв.

Камера сгорания реактивного двигателя одна из самых горячих его частей  – её необходимо постоянно интенсивное охлаждение. Но и этого недостаточно. Температура  в ней достигает 2700 градусов, поэтому её часто делают из керамики.

После камеры сгорания горящая топливо-воздушная смесь направляется непосредственно в турбину.

Турбина состоит из сотен лопаток, на которые давит реактивный поток, приводя турбину во вращение. Турбина в свою очередь вращает вал, на котором “сидят” вентиллятор и компрессор. Таким образом система замыкается и требует лишь подвода топлива и воздуха для своего функционироваия.

После турбины поток направляется в сопло. Сопло реактивного двигателя – последняя, но далеко не по значению часть реактивного двигателя. Оно формирует непосредственно реактивную струю. В сопло направляется холодный воздух, нагнетаемый вентиллятором для охлаждения внутренних деталей двигателя. Этот поток ограничивает манжету сопла от сверхгорячего реактивного потока и ее дает ей расплавится.

Отклоняемый вектор тяги

Сопла у реактивных двигателей бывают самые разные. Самым передовым считает подвижное сопло, стоящее на двигателях с отклоняемым вектором тяги. Оно может сжиматься и расширятся, а также отклонятся на значительные углы, регулируя и направляя непосредственно реактивный поток. Это делает самолеты с двигателями с отклоняемым вектором тяги очень маневренными, т.к. маневрирование происходит не только благодаря механизмам крыла, но и непосредственно двигателем.

Типы реактивных двигателей

Существует несколько основных типом реактивных двигателей.

Классический реактивный двигатель самолета F-15

Классический реактивный двигатель – принципиальное устройство которого мы описыали выше. Используется в основном на истребителях в различных модификациях.

Двухлопастной турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель. В этом типе двигателя мощность турбины через понижающий редуктор направляется на вращение классического винта. Такие двигатели позволят большим самолетам летать на приемлемых скоростях и тратить меньше горючего. Нормальной крейсерской скоростью турбовинтового самолета считается  600—800 км/ч.

Турбовентиляторный реактивный двигатель.

Турбовентиляторный реактивный двигатель.

Этот тип двигателя является более экономичным родственником классического типа. главное отличие в том, что на входе ставится вентилятор большего диаметра, который подает воздух не только в турбину, но и создает достаточно мощный поток вне её. Таким образом достигается повышенная экономичность, за счет улучшения КПД.

Используется на лайнерах и больших самолетах.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (Ramjet)

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Работает без подвижных деталей. Воздух нагнетается в камеру сгорания естественным способом, за счет торможения потока об обтекатель входного отверстия.

Далее все происходит так же как в обычном реактивном двигателе – воздух смешивается с горючим и выходит в виде реактивной струи из сопла.

Использовался на поездах, самолетах, БЛА, и в боевых ракетах, а также на велосипедах и скутерах.

И напоследок – видео работы реактивного двигателя:

Картинки взяты из различных источников. Русификация картинок – Лаборатори 37.

Турбореактивный двигатель, как тепловая машина. Принцип работы. Просто.

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

Паровая турбина элетростанции. Типичное устройство расширения.

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

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

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

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

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

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

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

Р.S. Ролик рекомендую смотреть в большом формате.

Фотография кликабельна.

No related posts.

Энергетическое образование

6. Реактивные двигатели

Реактивный двигатель — двигатель-движитель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т.н. тепловые реактивные двигатели), так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле. Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Реактивный двигатель.

ТРД J85 производства компании General Electric. Между 8 ступенями компрессора и 2 ступенями турбины расположена кольцевая камера сгорания.

В турбореактивном двигателе (ТРД, англоязычный термин — turbojet engine) сжатие рабочего тела на входе в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель достигается за счёт совместного действия встречного потока воздуха и компрессора, размещённого в тракте ТРД сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Компрессор приводится в движение турбиной, смонтированной на одном валу с ним, и работающей на том же рабочем теле, нагретом в камере сгорания, из которого образуется реактивная струя. Во входном устройстве осуществляется рост статического давления воздуха за счёт торможения воздушного потока. В компрессоре осуществляется рост полного давления воздуха за счёт совершаемой компрессором механической работы. Степень повышения давления в компрессоре является одним из важнейших параметров ТРД, поскольку от него зависит эффективный КПД двигателя. Если у первых образцов ТРД (Jumo-004) этот показатель составлял 3, то у современных он достигает 40 (General Electric GE90). Для повышения газодинамической устойчивости компрессоров они выполняются двухкаскадными. Каждый из каскадов работает со своей скоростью вращения и приводится в движение своей турбиной. При этом вал 1-го каскада компрессора (низкого давления), вращаемого последней (самой низкооборотной) турбиной, проходит внутри полого вала компрессора второго каскада (высокого давления). Каскады двигателя так же именуют роторами низкого и высокого давления. Камера сгорания большинства ТРД имеет кольцевую форму и вал турбина-компрессор проходит внутри кольца камеры. При поступлении в камеру сгорания воздух разделяется на 3 потока. Первичный воздух — поступает через фронтальные отверстия в камере сгорания, тормозится перед форсунками и принимает непосредственное участие в формировании топливно-воздушной смеси. Непосредственно участвует в сгорании топлива. Топливо-воздушная смесь в зоне сгорания топлива в ВРД по своему составу близка к стехиометрической. Вторичный воздух — поступает через боковые отверстия в средней части стенок камеры сгорания и служит для их охлаждения путём создания потока воздуха с гораздо более низкой температурой, чем в зоне горения. Третичный воздух — поступает через специальные воздушные каналы в выходной части стенок камеры сгорания и служит для выравнивания поля температур рабочего тела перед турбиной. Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину, расширяется, приводя её в движение и отдавая ей часть своей энергии, а после неё расширяется в сопле и истекает из него, создавая реактивную тягу. Благодаря компрессору ТРД (в отличие от ПВРД) может «трогать с места» и работать при низких скоростях полёта, что для двигателя самолёта является совершенно необходимым, при этом давление в тракте двигателя и расход воздуха обеспечиваются только за счёт компрессора. При повышении скорости полёта давление в камере сгорания и расход рабочего тела растут за счёт роста напора встречного потока воздуха, который затормаживается во входном устройстве (так же, как в ПВРД) и поступает на вход низшего каскада компрессора под давлением более высоким, чем атмосферное, при этом повышается и тяга двигателя.

Схема работы ТРД: 1. Забор воздуха; 2. Компрессор низкого давления; 3. Компрессор высокого давления; 4. Камера сгорания; 5. Расширение рабочего тела в турбине и сопле; 6. Горячая зона; 7. Турбина; 8. Зона входа первичного воздуха в камеру сгорания; 9. Холодная зона; 10. Входное устройство.

Турбо реактивные двигатели наиболее активно развиваются в качестве двигателей для всевозможных военных и коммерческих самолетов.

Реактивный самолет.

Турбовинтовой двигатель

Эта страница предназначена для учащихся колледжей, старших и средних школ. Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице: доступно на Детская страница.

Турбовинтовой Двигатель
Гленн

Исследования
Центр

Чтобы переместить самолет по воздуху, толкать генерируется с помощью какого-то двигательная установка.Множество низкоскоростных транспортных средств Самолеты и малые пригородные самолеты используют турбовинтовой двигатель и . На этой странице мы обсудим некоторые основы турбовинтового двигателя. двигатели. В турбовинтовом двигателе используется газовая турбина. основной повернуть пропеллер. Как упоминалось на предыдущей странице, винтовые двигатели развивать тягу, перемещая большую массу воздуха через небольшое изменение скорости. Пропеллеры очень эффективны и могут использовать почти любой двигатель для поворота опоры (включая людей!).В турбовинтовой, используется сердечник газовой турбины. Как устроен турбовинтовой двигатель работает?

Есть два основных части к турбовинтовая силовая установка, основной двигатель и гребной винт. В ядро очень похоже на базовый турбореактивный двигатель за исключением того, что вместо того, чтобы расширять весь горячий выхлоп через сопло для создания тяги, большая часть энергии выхлопа используется повернуть турбину. Возможна дополнительная ступень турбины присутствует, как показано зеленым на диаграмма который соединен с приводным валом.Приводной вал, также показанный на зеленый, подключен к коробке передач . Коробка передач тогда соединен с пропеллером, который производит большую часть тяги. В скорость выхлопа турбовинтового двигателя мала и дает небольшую тягу потому что большая часть энергии основного выхлопа ушла на превращение приводной вал.

Поскольку пропеллеры становятся менее эффективными, так как скорость увеличивается самолет, турбовинтовые используются только для низкоскоростных самолетов как грузовые самолеты.Скоростные перевозки обычно используют ТРДД с большим байпасом из-за высокой топливной экономичности и высокого скоростные характеристики ТРДД. Разновидностью турбовинтового двигателя является турбовальный двигатель. В турбовальном двигателе коробка передач подключен не к гребному винту, а к другому приводному устройству. Турбовальные двигатели используются на многих вертолетах, а также на танках, лодки и даже гоночные автомобили в конце 1960-х годов.

г. уравнение тяги для турбовинтового это приведены на отдельном слайде.


Действия:

Экскурсии с гидом

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница

5 основных типов авиационных реактивных двигателей

Существует 5 основных типов авиационных реактивных двигателей. У каждого есть свои преимущества, недостатки и наилучшие варианты использования. Узнайте больше о различных типах газотурбинных двигателей в этой статье.

Концепция газовых двигателей самолетов значительно улучшилась с 1903 года. Газовая турбина могла производить достаточно мощности, чтобы поддерживать самолет в рабочем состоянии.

Газовые авиационные двигатели были впервые разработаны Эгидиусом Эллингом, известным норвежским изобретателем. В то время эти двигатели с 11 лошадиными силами были настоящим подвигом.

Газовые авиационные двигатели с тех пор прошли долгий путь, и теперь они бывают всех размеров и форм. Некоторые двигатели могут производить намного больше мощности, чем двигатели 1903 года.Вот общие типы авиационных двигателей, включая плюсы и минусы каждого двигателя.

1. Турбовинтовой двигатель

Редакция: Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель — это турбореактивный двигатель, в котором используется система зубчатых передач для соединения с воздушным винтом. Коробка передач самолета оснащена турбореактивным двигателем, который вращает прикрепленный к нему вал. Коробка передач замедляет вращающиеся валы, чтобы шестерня могла соединиться с гребным винтом. Как и в случае с Cessna 172, пропеллер вращается в воздухе, создавая тягу.

Турбовинтовые авиационные двигатели

экономичны и вращаются на средней скорости, которая может составлять от 250 до 400 узлов. Турбовинтовые двигатели эффективны на средних высотах, но их система передач может быстро выйти из строя из-за их веса. Их скорость полета также ограничена.

Турбовинтовой двигатель содержит камеру сгорания, в которой находятся сжатый воздух и газ, турбину и компрессор, который вместе запускает турбину.

Редакция: Турбовинтовой двигатель Rolls-Royce Tyne

Давление газа и воздуха создает силу, приводящую в действие компрессор.Тяговая эффективность турбовинтовых авиационных двигателей превышает эффективность турбореактивного двигателя при скорости полета менее 500 узлов. Хотя диаметр гребных винтов современных турбовинтовых двигателей невелик, эти двигатели оснащены множеством лопастей, что делает самолет устойчивым на большой высоте.

Эти лопасти имеют форму ятагана, а края их кончиков загнуты назад для обеспечения эффективности при высоких скоростях полета. Авиационные двигатели с такими воздушными винтами именуются винтами. Подобно турбовентиляторному авиационному двигателю, турбовинтовой двигатель преобразует энергию газового потока в механическую энергию для обеспечения своей тяги.Он производит достаточную мощность для привода гребного винта, вспомогательного оборудования и компрессора. Эти типы двигателей в самолетах поставляются с валом, прикрепленным к турбине, которая приводит в движение воздушный винт через систему редуктора.

Первый турбовинтовой двигатель был разработан в Будапеште в 1938 году. Он был испытан в августе 1940 года, но позже был заброшен, когда разразилась мировая война. Макс Мюллер инициировал разработку и запуск первого в мире турбовинтового авиационного двигателя, который начал работать в 1942 году.

2. Турбореактивный двигатель

Концепция турбореактивного авиационного двигателя проста. Это влечет за собой забор воздуха с задней стороны двигателя и его сжатие в компрессоре. Но топливо необходимо добавить в камеру сгорания и сжечь, чтобы поднять температуру жидкой смеси примерно до 1000 градусов.

Вырабатываемый горячий воздух проходит через турбину, которая вращает компрессор. Давление на выходе из турбины должно быть вдвое больше атмосферного.Однако это зависит от уровня эффективности авиационного двигателя. Затем избыточное давление перемещается к соплу, которое затем генерирует потоки газа, которые создают тягу.

Для значительного увеличения тяги можно использовать форсажную камеру. Форсажная камера может относиться ко второй камере сгорания, которая находится между соплом и турбиной. Его роль заключается в нагревании газа до того, как он попадет в сопло. Повышение температуры приводит к увеличению тяги примерно на 40%, когда самолет взлетает, и толчок может увеличиваться на высокой скорости, когда самолет поднимается в воздух.

Это реактивные авиационные двигатели, которые расширяют газы, позволяя самолету резко продвигаться вперед против атмосферного давления. Он всасывает воздух, а затем сжимает или сжимает его, чтобы самолет мог взлететь. Турбины начинают вращаться, когда эти газы проходят через двигатель. Затем газы отскакивают обратно к турбине и выстреливают из передней части выхлопной трубы, продвигая самолет вперед. Турбореактивный двигатель работает, пропуская воздух через воздухозаборник, компрессор, турбину, камеру сгорания и выхлоп.

Детали турбореактивного двигателя

Воздухозаборник

Трубка, прикрепленная к передней части турбореактивного двигателя. Хотя это может показаться простым, он во многом способствует повышению эффективности авиационного двигателя. Его роль заключается в том, чтобы направлять воздух в лопасти компрессора, и он может помочь минимизировать потери воздуха в двигатель на низких оборотах. Забор воздуха может помочь замедлить поток воздуха, когда самолет летит на высокой скорости. Независимо от того, насколько быстро движется самолет, воздух, поступающий в двигатель, должен быть дозвуковым.

Камера сгорания

Волшебство начинается с камеры сгорания. Камера сочетает высокое давление для воспламенения смеси. Сгорание продолжается, поскольку смесь или топливо продолжает течь через двигатель к компрессору и турбине. Турбореактивные авиационные двигатели работают на обедненной смеси, потому что для охлаждения двигателя требуется дополнительный поток воздуха.

Компрессор

Роль турбины в задней части авиационного двигателя — привод компрессора.Он сжимает поступающий воздух для повышения атмосферного давления. Компрессор состоит из серии вентиляторов, каждая из которых имеет небольшие лопатки. Роль компрессора заключается в том, чтобы сжимать воздух, когда он проходит каждую стадию сжатия.

Выхлоп

Воздушная смесь и сгоревшее топливо вылетает из двигателя через выхлопное сопло. Двигатель создает тягу, когда сжатый воздух выходит из передней части компрессора, который затем толкает самолет вперед.

Турбины

Это серия вентиляторов, которые работают так же, как ветряная мельница. Их роль заключается в поглощении энергии при прохождении высокоскоростного воздуха через компрессор. У турбин есть лопасти, которые прикреплены к валу, чтобы они могли его вращать. Турбореактивные авиационные двигатели имеют отличную конструкцию.

3. Турбовальный двигатель

Редакция: Турбовальный двигатель

Турбовальный двигатель представляет собой разновидность газовой турбины, которая работает так же, как турбовинтовой двигатель.Но в отличие от турбовинтового двигателя, турбовальные двигатели не приводят в движение воздушный винт. Вместо этого он используется в вертолетах для обеспечения мощности несущего винта.

Турбовальные двигатели сконструированы таким образом, что скорость вращения винта вертолета не зависит от скорости газогенератора. Это позволяет скорости несущего винта вертолета оставаться постоянной даже при снижении скорости газогенератора. Он также регулирует мощность, производимую вертолетом.

Турбовальные авиационные двигатели обычно используются на вертолетах.Единственное различие между турбореактивными двигателями и турбовальными двигателями заключается в том, что последний использует большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги. Турбовальный двигатель похож на турбореактивный, но имеет большой вал, соединяющий переднюю часть с задней. Поскольку большинство турбовальных двигателей используются на вертолетах, вал соединяется с трансмиссией лопасти несущего винта.

Большинство частей этого двигателя работают так же, как и турбореактивный двигатель. Его турбины оснащены валом для привода лопаточной передачи ротора.Роль трансмиссии лопастей ротора заключается в передаче вращения от вала лопасти ротора. Турбовальные двигатели немного меньше поршневых и имеют более высокую удельную массу по сравнению с поршневыми двигателями. Единственным недостатком этих двигателей является то, что их системы передач сложны и легко ломаются.

Турбовальные двигатели получают свою тягу за счет преобразования высокоскоростных газов в механическую энергию для работы вспомогательного оборудования, такого как турбина и компрессор. Как и в турбовинтовом двигателе, вал, прикрепленный к турбовальному двигателю, приводит в движение винт самолета и трансмиссию лопастей винта вертолета.Он использует редуктор, чтобы продвигать самолет вперед.

4. Турбореактивный двухконтурный двигатель

Редакция: Турбореактивные двухконтурные двигатели ВВС США

Турбореактивные двухконтурные двигатели оснащены массивным вентилятором спереди для всасывания воздуха. В турбовентиляторных реактивных двигателях большая часть воздуха обтекает внешнюю часть авиационного двигателя, чтобы дать самолету большую тягу даже на низких скоростях и сделать его бесшумным.

Турбореактивные двухконтурные двигатели установлены на большинстве современных авиалайнеров. Весь воздух, поступающий во впускной патрубок турбовентиляторного реактивного двигателя, проходит через генератор, производящий горячий воздух.Этот генератор состоит из турбины, камеры сгорания и компрессора. Лишь небольшой процент воздуха, проходящего через турбовентиляторный двигатель, достигает камеры сгорания.

Остальной воздух проходит через компрессор низкого давления или вентилятор, после чего смешивается с добываемым газом или выбрасывается напрямую. Цель этой системы — помочь достичь более высокой тяги при сохранении того же уровня потребления. Турбореактивный реактивный двигатель снижает скорость при том же уровне мощности и увеличивает расход всей воздушной массы для достижения этого.

Турбореактивный авиадвигатель представляет собой модернизированный вариант турбовинтовых и турбореактивных двигателей. Он работает так же, как турбореактивный двигатель, но у него впереди установлен вентилятор. Вентилятор охлаждает двигатель, создает дополнительную тягу и снижает шум авиационного двигателя.

Входящий в турбовентиляторные двигатели воздух разделяется на два потока. Один поток проходит через сердцевину двигателя, а другой, обходя воздух, обтекает двигатель. Обходящий воздух проходит через двигатель, где канальный вентилятор ускоряет его, создавая дополнительную тягу.Канальный вентилятор продолжает проталкивать воздух через двигатель, который затем продолжает увеличивать тягу.

Редакция: Турбореактивные двухконтурные двигатели

Турбореактивные авиационные двигатели тише, чем турбореактивные, и более экономичны. Их дизайн тоже выглядит невероятно. Однако эти двигатели неэффективны на больших высотах, а их лобовая поверхность больше, чем у турбореактивных двигателей, что делает их немного тяжелыми.

Авиационные двигатели с турбонаддувом

оснащены воздуховодом в задней части двигателя. Независимая турбина, прикрепленная к передней части компрессора, обычно приводит в движение турбину с той же скоростью, что и компрессор.Воздух от вентилятора не смешивается с воздухом двигателя, но его можно отводить назад для смешивания с воздухом в передней части двигателя. Выхлопные газы производят менее 25% общей тяги, а 75% поступает от подключенных вентиляторов.

5. ПВРД

Это самые легкие типы двигателей в самолетах, не имеющие движущихся компонентов. Скорость самолета отвечает за нагнетание воздуха в двигатель. Ramjet работает так же, как турбореактивный двигатель, за исключением того, что вращающиеся части отсутствуют.Однако тот факт, что степень сжатия зависит от скорости самолета, ограничивает применение ПВРД.

В отличие от других двигателей ПВРД не развивает статической тяги; вместо этого он создает небольшую тягу ниже скорости звука. Это означает, что самолету с прямоточным воздушно-реактивным двигателем при взлете требуется помощь, которая может быть в виде другого самолета. ПВРД применялся в космических аппаратах и ​​нескольких ракетных комплексах.

Похожие сообщения

Piston vs.Турбо | Прокат самолета

Поршневые двигатели , также известные как поршневые, являются родственниками паровых двигателей, впервые появившихся в начале 17 века. В современных авиационных поршневых двигателях газовая тяга заменяет пар при создании давления внутри двигателя. Поршневые двигатели характеризуются одним или несколькими цилиндрами, каждый из которых содержит поршень (который может свободно перемещаться вперед и назад внутри цилиндра. Каждый поршень соединен с коленчатым валом через шатун.

Когда топливо вводится и воспламеняется внутри цилиндра, образующиеся горячие газы расширяются с невероятной силой, перемещая соответствующий поршень вперед внутри цилиндра, который, в свою очередь, перемещает шатун вперед и заставляет коленчатый вал вращаться. Полное вращение коленчатого вала толкает поршень обратно в цилиндр, и цикл начинается снова. Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное поступательное движение поршня во вращательное движение, приводящее в движение воздушный винт.

Поршневые двигатели использовались для питания всех самолетов, пока в начале 20 века не были изобретены реактивные двигатели.

Турбовинтовой самолет приводится в движение близким родственником газотурбинного двигателя. Турбина — это вентилятор с вращающимся приводом, который получает энергию от потока жидкости или воздуха. Простая конструкция турбины включает ротор, к которому прикреплены наклонные лопатки. Когда воздух проходит через лопасти, давление жидкости или воздуха на лопасти заставляет ротор вращаться. В авиационном газотурбинном двигателе газы под высоким давлением, образующиеся при сгорании реактивного топлива, заменяют воду или ветер в движении ротора.

По этой причине авиационные газотурбинные двигатели относятся к газотурбинным двигателям. Топливо вводится и воспламеняется внутри камеры сгорания, вызывая взрывную силу горячего воздуха через турбину и заставляя ее вращаться. Вращающаяся турбина, которая соединена с компрессором через вал, поддерживает непрерывную работу двигателя за счет вращения вентиляторов компрессора. Одновременно горячий воздух выходит из двигателя с невероятной скоростью, создавая мощную струю из задней части двигателя.Именно эта тяга реактивной струи продвигает самолет вперед. Турбина турбовинтового самолета приводит в движение вращающийся вал, который, в свою очередь, приводит в действие редуктор, который в конечном итоге приводит в движение воздушный винт. Редуктор необходим для преобразования высокоскоростного вращения вала в более низкую функциональную скорость гребного винта. Большая часть энергии, вырабатываемой турбовинтовым самолетом, используется для привода воздушного винта.

С производственной и инженерной точки зрения поршневые двигатели поршневых самолетов намного менее сложны, чем их турбовинтовые аналоги.Это в первую очередь связано с высокими температурами и силами, характерными для работы турбовинтового двигателя. Хотя поршневые двигатели действительно имеют более простую конструкцию, турбовинтовые двигатели имеют гораздо меньше движущихся частей, а плавная работа без вибрации турбовинтового двигателя обычно обеспечивает большую надежность и более длительное время между капитальными ремонтами, чем поршневой самолет. Мощность газотурбинного двигателя почти всегда позволяет турбовинтовому самолету двигаться с большей скоростью, чем поршневой. И поскольку кабины турбовинтовых самолетов обычно герметичны, эти самолеты также обычно летают на больших высотах.

Турбовинтовые самолеты обычно наиболее эффективны на высотах от 20 000 до 30 000 футов и со средней скоростью от 250 до 300 узлов, в то время как поршневые самолеты, которые обычно не находятся под давлением, обычно ограничиваются высотой 12 000 футов или меньше. А поскольку поршневые двигатели менее мощные, чем турбовинтовые, скорости поршневых самолетов обычно ограничиваются примерно 200 узлами.

Поршневые самолеты, как правило, представляют собой небольшие воздушные суда, вмещающие не более шести пассажиров, и хорошо подходят для относительно коротких полетов на 300 миль или меньше, в то время как турбовинтовые самолеты, как правило, являются более крупными самолетами с большей пассажировместимостью и с большей вероятностью могут летать на расстояниях до до 1000 миль.

Турбинные двигатели

Изучите основы работы турбинного или реактивного двигателя. работает

Знание нескольких общих принципов работы двигателя эксплуатация помогает пилотам эффективно управлять двигателями, продлевает срок службы электростанции, и помогает избежать отказов двигателя.

Принципы работы



Турбинные двигатели были разработаны потому, что гребные винты и поршневые двигатели имеют пределы для эффективного толкания и сжигание разреженного воздуха на больших высотах.Турбина двигатели, однако, превосходны на больших высотах, потому что они сжать воздух перед сгоранием, тем самым увеличивая высотное исполнение. И летая высоко в воздухе переводит на лучшую топливную экономичность, расширенный дальность полета, а также более быстрый и плавный полет высоко над турбулентность большинства погодных условий. Вот почему турбина двигатели, будь то турбовинтовые или турбовентиляторные, заменили поршневые двигатели на большинстве крупных самолетов.Турбины имеют также становятся все более популярными среди более мелких руководителей самолет с разработкой малых, эффективных турбовентиляторные двигатели.

Как это работает

Турбины в газотурбинном двигателе вентиляторные. конструкции. Лезвия, расположенные вокруг вала, улавливают воздух протекает через двигатель и вращает центральный двигатель вал.Большинство современных газотурбинных двигателей имеют несколько турбины, которые сжимают поступающий воздух на отдельных стадии до того, как он достигнет камеры сгорания. Дополнительные турбины в выхлопной зоне двигателя использовать энергию выхлопных газов и поддерживать турбину вал вращающийся.

Все газотурбинные двигатели работают по одинаковому основной принцип. Горючая смесь топлива и воздуха втягивается в двигатель.Воздушно-топливная смесь в камера сгорания, в которой происходит воспламенение смеси. В горячие выхлопные газы выстреливают из задней части двигателя на высокая скорость, толкающая вперед самолет. Как горячий воздух протекает через двигатель, получается дополнительные турбины в потоке выхлопных газов, которые заставляют вал вращаться быстро, обычно более 10 000 оборотов за минута (об / мин).

Турбореактивные двухконтурные двигатели

Турбореактивный двухконтурный двигатель имеет турбину большого диаметра на передняя часть двигателя, разгоняющая большую массу воздуха, который обтекает центральную часть двигателя и из спины. Такое расположение позволяет более эффективно использовать топлива и намного тише, чем старый турбореактивный технология.

Турбовинтовые двигатели

Турбовинтовой двигатель — это реактивный двигатель, прикрепленный к пропеллер.Высокоскоростные турбины создают огромную количество мощности, которое передается на винт через редукторную систему. Пропеллер действительно большой вентилятор крутится от турбины. Турбовинтовой двигатели намного эффективнее чистых реактивных двигателей на скоростях от 250 до 350 миль / ч (от 400 до 560 км / ч). км / ч) запас хода. На более высоких скоростях пропеллеры теряют свою эффективность, а чистые реактивные двигатели лучше выбор.

Органы управления турбинным двигателем

С точки зрения пилота, газотурбинные двигатели проще в эксплуатации, чем поршневые двигатели. Самолет оснащен турбовентиляторными двигателями, такими как Bombardier Learjet 45 и Boeing 737–800 — имеют один регулятор мощности: рычаги тяги. Системы автоматического контроля топлива позаботятся смешения топлива и воздуха в камере сгорания, и нет никакого контроля над пропеллером, о котором стоит беспокоиться.

Имейте в виду, однако, что для струйного двигатели развивают полную мощность или «раскручивают». Это очень важно предвидеть потребность в большем власть.

Наблюдайте за температурой

Безусловно, наиболее важное соображение, когда Эксплуатация газотурбинного двигателя — это контроль температуры. Если вы толкаете рычаги тяги вперед при взлете, вы можете легко перегревают двигатели.Если вы не вызовете отказ двигателя, по крайней мере, вы столкнетесь с очень большим счет за осмотр и ремонт критического двигателя компоненты. Так что следите за температурой выхлопных газов (EGT) и температура на входе турбины (ITT) тщательно измеряет когда добавляешь мощность. Держите иглы подальше от красных зоны.

Тяга обратная

Learjet 45, Bombardier CRJ, Boeing 737–800 и Boeing 747–400 соток оснащены реверсорами тяги, которые отклоняют выхлоп двигателей вперед, чтобы помочь самолету замедлить после приземления.

Приборы для турбинного двигателя

Индикатор соотношения давлений двигателя

Отношение давления двигателя (EPR) — это показатель тяги, развиваемой турбовентиляторным двигателем, и используется для установки мощности для взлета на многих типах самолетов. Это подтверждается показателями полного давления на входе в двигатель (Pt2) и в выхлопе турбины (Pt7). Показания отображаются в кабине экипажа прибором EPR, который используется для настройки мощности двигателя.[Рисунок 10-72] Рисунок 10-72. Показания степени сжатия двигателя.

Измеритель крутящего момента (турбовинтовые двигатели)

Только от 10 до 15 процентов тяги, создаваемой турбовинтовым двигателем, составляет движущая сила, создаваемая реактивной тягой на выходе из выхлопных газов. Степень сжатия двигателя не используется в качестве индикатора мощности, производимой турбовинтовым двигателем. Турбовинтовые двигатели обычно оснащены измерителем крутящего момента, который измеряет крутящий момент, приложенный к валу, вращаемому газогенератором и силовыми турбинами газотурбинного двигателя.

Моментометр может работать от давления моторного масла, измеряемого через клапан, который управляется косозубой коронной шестерней, которая перемещается в ответ на приложенный крутящий момент. [Рисунок 10-73] Эта шестерня движется против поршня, который управляет открытием клапана, который регулирует поток масла под давлением. Это действие делает давление масла пропорциональным крутящему моменту, прилагаемому к карданному валу. Как правило, датчик используется для преобразования давления масла в электрический сигнал, считываемый прибором кабины экипажа.

Рисунок 10-73. Типовые приборы для газотурбинных двигателей. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Показания в кабине пилота обычно выражаются в фунтах на фут крутящего момента или в процентах мощности. Измеритель крутящего момента очень важен, поскольку он используется для установки параметров мощности. Этот прибор необходимо периодически калибровать, чтобы гарантировать его точность.

Тахометр

Обороты газотурбинного двигателя измеряются с помощью оборотов двигателя, которые также являются об / мин комбинации компрессора / турбины каждого вращающегося золотника. Большинство турбовентиляторных двигателей имеют две или более катушек, компрессорную и турбинную секции, которые независимо вращаются с разной скоростью.Тахометры обычно калибруются в процентах об / мин, так что различные типы двигателей могут работать на одной и той же основе сравнения. [Рис. 10-73] Кроме того, скорости турбины обычно очень высоки, и большое количество оборотов в минуту может сбить с толку. Турбореактивные двухконтурные двигатели с двумя золотниками или отдельными валами, золотниками высокого и низкого давления обычно обозначаются как N1 и N2, каждый из которых имеет свой собственный индикатор. Основное назначение тахометра — иметь возможность контролировать частоту вращения в нормальных условиях, во время запуска двигателя и указывать на превышение скорости, если таковое происходит.

Индикатор температуры выхлопных газов (EGT)

Температура выхлопных газов (EGT), температура на входе в турбину (TIT), температура газа в турбине (TGT), температура между ступенями турбины (ITT) и температура на выходе из турбины (TOT ) — все относительные температуры, используемые для контроля температуры выхлопных газов, поступающих на входные направляющие лопатки турбины первой ступени. Несмотря на то, что эти температуры измеряются в разных местах двигателя (каждый двигатель имеет одно место), все они относятся к температуре газов, поступающих во входные направляющие лопатки турбины первой ступени.

Температура — это рабочий предел двигателя, который используется для контроля механической целостности турбин, а также для проверки условий работы двигателя. Фактически, температура газов, поступающих во входные направляющие лопатки турбины первой ступени, является важным фактором, поскольку она является наиболее критичной из всех переменных в двигателе. Однако в большинстве двигателей, особенно больших двигателей, нецелесообразно измерять температуру на входе в турбину. Следовательно, термопары температуры вставляются на выходе турбины, где температура обеспечивает относительную индикацию температуры на входе.Хотя температура в этой точке намного ниже, чем на входе, она обеспечивает наблюдение за внутренними рабочими условиями двигателя. Обычно используют несколько термопар, которые расположены с интервалами по периметру выхлопного тракта двигателя рядом с выходом из турбины. Индикатор EGT в кабине экипажа показывает среднюю температуру, измеренную отдельными термопарами. [Рисунок 10-73]

Индикатор расхода топлива

Приборы расхода топлива показывают расход топлива в фунтах в час (фунт / час) от регулятора подачи топлива двигателя.Расход топлива в самолетах с газотурбинным двигателем измеряется в фунтах / час, а не в галлонах, поскольку вес топлива является основным фактором аэродинамики больших самолетов с газотурбинным двигателем. Расход топлива представляет интерес для контроля расхода топлива и проверки работы двигателя. [Рисунок 10-73]

Индикатор давления моторного масла

Чтобы предотвратить отказ двигателя в результате недостаточной смазки и охлаждения различных деталей двигателя, необходимо контролировать подачу масла в критические зоны. Индикатор давления масла обычно показывает давление нагнетания масляного насоса двигателя.

Индикатор температуры моторного масла

Способность моторного масла смазывать и охлаждать зависит от температуры масла, а также от количества масла, подаваемого в критические зоны. Индикатор температуры масла на входе часто используется, чтобы показать температуру масла, когда оно поступает в масляный нагнетательный насос. Температура масла на входе также является показателем правильной работы маслоохладителя двигателя.

Бортовой механик рекомендует

Силовая установка

  • Силовая установка (двигатель) самолета обеспечивает механическое усилие для привода самолета и связанных с ним аксессуаров, необходимых для полета
  • Почти каждая система на самолете работает от двигателя
  • или вместе с ним.
  • Наиболее распространенной силовой установкой в ​​авиации общего назначения является поршневой двигатель
  • .
  • С подсистемами зажигания и индукции
  • Эти системы контролируются и управляются пилотом с помощью приборов двигателя
  • Ограничения производительности поршневых двигателей могут быть увеличены за счет установки и использования турбонагнетателей / нагнетателей
  • Более совершенные самолеты с газотурбинными двигателями
  • Хотя газотурбинные двигатели имеют некоторые общие рабочие характеристики с поршневыми двигателями, они сконструированы по-другому, что требует других приборов и рабочих характеристик
  • Обломки посторонних предметов, хотя и не уникальные, — одно из таких соображений
  • Наконец, в такой сложной и критической системе возможны сбои и аварийные ситуации, требующие действий пилота.
  • Тип двигателя — это сознательный выбор конструкции, основанный на желаемых характеристиках
  • Двигатели могут быть размещены спереди (обычно) или сзади (нетипично) самолета и заключены в кожух, называемый обтекателем, который направляет воздушный поток и вспомогательные системы охлаждения силовой установки
  • Поршневые двигатели являются основной силовой установкой, используемой в авиации общего назначения
  • Они работают по принципу преобразования химической энергии в механическую.
    • Химическая энергия может быть топливной или гибридной или полностью электрической
    • Механическая энергия винта
  • Установлен на брандмауэре, который является отделением двигателя от кабины
  • Поршневые двигатели можно классифицировать по:
    • Рабочий цикл (два или четыре)
    • Способ охлаждения (жидкостное или воздушное)
    • Расположение цилиндров относительно коленчатого вала (радиальное, рядное, v-образное или противоположное)
    • Анимированный радиальный двигатель
    • Радиальные двигатели были популярны благодаря высокой удельной мощности и большой лобовой площади, которая обеспечивала равномерное охлаждение; однако по мере развития технологий жидкостное охлаждение стало стандартом по нескольким причинам [Рис. 1]
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, Radial Engine
    • Небольшая передняя часть, но низкая удельная мощность
    • Охлаждение затруднено, так как задние цилиндры не получают много воздуха, ограничиваясь конфигурацией с четырьмя или шестью цилиндрами.
    • Обеспечивает большую мощность, чем рядный, при сохранении небольшой лобовой площади
    • Справочник пилота по аэронавигационным знаниям, двигатель с горизонтальным расположением оппозиции
    • Самый популярный, используется на небольших самолетах [Рис. 2]
    • Эти системы всегда имеют четное количество цилиндров (для противодействия)
    • Они относительно легкие, что обеспечивает более высокую удельную мощность
    • Уменьшенная площадь лобовой части и лучшее охлаждение делают эти двигатели идеальными.
    • Справочник пилота по аэронавигационным знаниям, двигатель с горизонтальным расположением оппозиции
    • Роторные двигатели используют трехсторонний «поршень» для совершения движения
    • Эти двигатели будут иметь нечетное количество цилиндров
    • Это высоконадежные двигатели с хорошим соотношением мощности и массы
    • Только для небольших двигателей
  • Система зажигания обеспечивает искру для воспламенения смеси в цилиндрах
  • В поршневых двигателях система зажигания состоит из магнето, свечей зажигания, проводов и выключателя зажигания
  • Турбинные системы зажигания самолета настроены иначе, подробно описано ниже
  • Вместе система зажигания обеспечивает либо искровое зажигание, либо воспламенение от сжатия
    • Магнето — это автономные агрегаты с приводом от двигателя для подачи электрического тока на свечи зажигания
    • Большинство самолетов имеют двойную систему зажигания (два отдельных магнето, отдельные провода, отдельные свечи и другие компоненты для повышения надежности).
    • При выходе из строя одного магнето или свечи зажигания это не влияет на работу другого магнето или свечи зажигания, и он продолжает работать в обычном режиме с небольшим уменьшением мощности
    • Выключатель зажигания управляет работой магнето
    • Проверки магнето выполняются перед взлетом, чтобы убедиться, что заземляющие провода заземлены.
      • Выключатель зажигания перемещается из ОБОИХ в «R» (справа) и «L» (слева), чтобы обеспечить снижение числа оборотов в минуту (RPM).
        • Перемещение ключа зажигания в положение «R» означает, что вы работаете на правом магнето
        • Перемещение ключа зажигания в положение «L» означает, что вы работаете на левом магнето
      • Падение оборотов (проверьте свой PoH на допуски падения) указывает на то, что магнето правильно заземлено и обесточено
      • Отсутствие капель указывает на обрыв заземляющего провода, и они останутся горячими, даже если предполагается, что они отключены.
      • Если заземляющий провод магнето не остается заземленным; тогда они могут стрелять в состоянии «ВЫКЛ», если пропеллер вращается
        • Любое топливо, оставшееся в цилиндрах, может воспламениться при возгорании магнето, что приведет к серьезным травмам всех, кто находится рядом с винтом.
    • Нормальное сгорание — плавное и постоянное
    • Детонация — взрывное возгорание, вызванное чрезмерными температурами и давлением, что может привести к повреждению двигателя или использованию топлива более низкого, чем рекомендовано
    • Вызывает перегрев, работу двигателя и / или потерю мощности
    • Детонация может привести к преждевременному возгоранию
    • Предварительное зажигание — это когда смесь воспламеняется до нормального воспламенения по времени
    • Горячие точки, такие как нагар, являются основной причиной преждевременного воспламенения
    • Эти два явления возникают одновременно с одними и теми же эффектами, поэтому трудно определить, что происходит, снижение температуры двигателя должно решить проблему
  • [Рисунок 3]
    • Справочник пилота по авиационным знаниям,
      Искровое зажигание
    • Высокая надежность
    • Работает по принципу магнето и свечей зажигания, аналогично автомобилю
    • Использует свечу зажигания для зажигания предварительно смешанной топливно-воздушной смеси («вес топлива по отношению к весу воздуха»).
    • Справочник пилота по авиационным знаниям,
      Искровое зажигание
    • Снижает эксплуатационные расходы, упрощает конструкцию, повышает надежность
    • Часто именуются поршневыми двигателями для реактивного топлива, поскольку в них используется более дешевое дизельное или реактивное топливо, которое более доступно
    • Сжимает воздух в цилиндре, повышая его температуру до степени, необходимой для автоматического зажигания при впрыске топлива в цилиндр.
  • Оба используют цилиндрические камеры сжатия и поршни, которые преобразуют линейное движение во вращательное движение коленчатого вала и, следовательно, гребного винта
    • Цикл сгорания состоит из четырех фаз: впуска, сжатия, мощности и выпуска
    • Цикл можно запомнить, используя обычную поговорку «соси, сжимай, бей, дуй».
      • Такт впуска начинается, когда поршень начинает движение вниз
      • Когда это происходит, впускной клапан открывается, и топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр
      • Сжатие начинается, когда впускной клапан закрывается и поршень начинает двигаться обратно в верхнюю часть цилиндра
      • Эта фаза цикла позволяет значительно увеличить выходную мощность топливно-воздушной смеси при зажигании
      • Фаза мощности начинается при воспламенении топливно-воздушной смеси
      • Зажигание вызывает огромное повышение давления в цилиндре и вынуждает поршень вниз от головки цилиндра, создавая силу, которая вращает коленчатый вал
      • Используется для продувки баллона от сгоревших газов
      • Выхлоп начинается, когда выпускной клапан открывается, и поршень снова начинает двигаться к головке блока цилиндров
  • Непрерывная работа зависит от дополнительных функций, перечисленных вверху этой страницы
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, четырехтактный компрессорный двигатель
    • Преобразование химической энергии происходит в четырехтактном рабочем цикле [Рис. 4]
        • Выпускные клапаны
        • Свечи зажигания
        • Поршни
  • Каждый шаг, впуск, сжатие, мощность и выпуск происходит за четыре отдельных хода
  • Каждый цилиндр работает с разным ходом
  • Даже на низкой скорости этот цикл повторяется несколько сотен раз в минуту
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, двухтактный компрессорный двигатель
    • Преобразование химической энергии происходит в двухтактном рабочем цикле [Рис. 5]
    • Мощность сжатия на впуске и выпуске происходит только при двухтактном движении поршня
    • Вырабатывает больше мощности за один ход и тем самым увеличивает удельную мощность
    • Из-за неэффективности конструкции и выбросов эти двигатели были ограничены и обычно находят применение только в авиации
    • Благодаря современным технологиям большинство этих недостатков было устранено, однако четырехтактный двигатель остается наиболее распространенной конструкцией.
  • Индукционные системы управления соотношением топливо / воздух и его подачей в цилиндры
  • Рычаги управления соотношением топлива и воздуха
  • Рычаги дроссельной заслонки регулируют количество смеси, подаваемой в двигатель
  • Входное отверстие забирает наружный воздух через фильтр
  • В случае засора альтернативный источник всасывается изнутри кожуха, минуя фильтр
  • Более подробная информация представлена ​​на странице индукционных систем.
    • Эти системы сжимают всасываемый воздух для увеличения его плотности и увеличения мощности
    • Основное различие между ними заключается в источнике питания:
      • Нагнетатель основан на воздушном двигателе с приводом от двигателя или компрессоре
      • Турбокомпрессор (первоначально известный как турбонагнетатель) получает энергию от потока выхлопных газов, который проходит через турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор
    • Самолеты с этими системами имеют манометр, показывающий давление в коллекторе (MAP) во впускном коллекторе двигателя
    • Когда самолет без наддува набирает высоту, он в конечном итоге достигает высоты, на которой MAP недостаточен для нормального набора высоты
    • Этот предел высоты является служебным потолком самолета, и на него напрямую влияет способность двигателя производить мощность
    • Если всасывающий воздух, поступающий в двигатель, находится под давлением или нагнетается с помощью нагнетателя или турбонагнетателя, рабочий потолок самолета может быть увеличен.
    • С этими системами самолет может летать на больших высотах с преимуществом более высокой истинной воздушной скорости и повышенной способности кружить в неблагоприятных погодных условиях.
    • Самый эффективный метод увеличения мощности двигателя — использование нагнетателя или турбонагнетателя
    • Когда на двигателе установлены турбонагнетатели / нагнетатели, бустер использует выхлопные газы двигателя для приведения в действие воздушного компрессора для повышения давления воздуха, поступающего в двигатель через карбюратор или систему впрыска топлива, для увеличения мощности на большей высоте
    • Главный недостаток нагнетателя с зубчатым приводом — использование большого количества выходной мощности двигателя для увеличения производимой мощности — устраняется с помощью турбонагнетателя, поскольку выхлопные газы двигателя приводят в действие турбокомпрессоры.
      • Это означает, что турбокомпрессор восстанавливает энергию из горячих выхлопных газов, которая в противном случае была бы потеряна
    • Второе преимущество турбонагнетателей перед нагнетателями — это способность поддерживать контроль над номинальной мощностью двигателя на уровне моря от уровня моря до критической высоты двигателя
    • Критическая высота — это максимальная высота, на которой двигатель с турбонаддувом может развить свою номинальную мощность
    • Выше критической высоты выходная мощность начинает уменьшаться, как и у двигателя без наддува
    • Турбонагнетатель состоит из двух основных элементов:
      • Компрессор, и;
      • Турбина
    • В компрессорной секции находится крыльчатка, которая вращается с высокой скоростью
    • По мере того, как индукция втягивает воздух через лопасти крыльчатки, крыльчатка ускоряет воздух, позволяя большому количеству воздуха попадать в корпус компрессора
    • В результате действия крыльчатки создается воздух под высоким давлением и высокой плотностью для подачи в двигатель
    • Выхлопные газы двигателя приводят в движение турбинное колесо, которое установлено на противоположном конце приводного вала крыльчатки, тем самым приводя в движение крыльчатку
    • Направляя различное количество выхлопных газов через турбину, извлекается больше энергии, в результате чего крыльчатка подает больше сжатого воздуха в двигатель
    • Перепускная заслонка, по сути, регулируемая дроссельная заслонка, установленная в выхлопной системе, используется для изменения массы выхлопного газа, поступающего в турбину.
    • В закрытом состоянии большая часть выхлопных газов двигателя проходит через турбину
    • В открытом состоянии выхлопные газы могут проходить в обход турбины, выходя непосредственно через выхлопную трубу двигателя
    • Поскольку температура газа повышается при сжатии, турбонаддув вызывает повышение температуры всасываемого воздуха
    • Многие двигатели с турбонаддувом используют промежуточный охладитель для снижения температуры и снижения риска детонации
    • В этом небольшом теплообменнике используется наружный воздух для охлаждения горячего сжатого воздуха перед его поступлением в дозатор топлива
    • Измеряет давление масла в двигателе
    • Измеряет температуру масла в двигателе
    • Уменьшение количества масла, воздушный поток или слишком бедная смесь вызовут повышение температуры масла
    • И наоборот, температура снизится.
    • Измеряет температуру головки цилиндров двигателя, или CHT
    • Тахометр, иногда называемый «тахометр», измеряет обороты двигателя.
      • Это означает, что время тахометра движется медленнее на низких оборотах и ​​быстрее на высоких оборотах
    • «Тахометр» — это обычно способ, которым специалисты по обслуживанию будут измерять 100-часовые проверки
    • Хотя это не совсем прибор для двигателя, счетчик Хоббса работает, когда двигатель включается до тех пор, пока он не выключится, с использованием реле давления масла.
      • Регистрирует время работы двигателя
  • Двигатель с турбонаддувом позволяет пилоту поддерживать достаточную крейсерскую мощность на больших высотах с меньшим сопротивлением, что означает более высокие истинные воздушные скорости и увеличенную дальность полета с экономией топлива [Рис. 6]
  • В то же время силовая установка может летать на малой высоте без повышенного расхода топлива газотурбинного двигателя
  • При подключении к стандартной силовой установке турбокомпрессор не забирает мощность от силовой установки для работы; это относительно просто механически, и некоторые модели могут также герметизировать кабину
  • Турбокомпрессор представляет собой устройство с приводом от выхлопных газов, которое повышает давление и плотность всасываемого воздуха, подаваемого в двигатель
  • Состоит из двух отдельных компонентов: компрессора и турбины, соединенных общим валом
  • Компрессор подает сжатый воздух в двигатель для работы на большой высоте
  • Компрессор и его корпус находятся между воздухозаборником и впускным коллектором
  • Турбина и ее корпус являются частью выхлопной системы и используют поток выхлопных газов для привода компрессора
  • Турбина может создавать давление в коллекторе, превышающее максимально допустимое для конкретного двигателя
  • Чтобы не превышать максимально допустимое давление в коллекторе, устанавливается байпас или перепускной клапан, отводящий часть выхлопных газов за борт, прежде чем они пройдут через турбину
  • Положение перепускной заслонки регулирует мощность турбины и, следовательно, сжатый воздух, доступный для двигателя
  • Когда перепускная заслонка закрыта, все выхлопные газы проходят и приводят в движение турбину
  • При открытии перепускной заслонки часть выхлопных газов направляется вокруг турбины через байпас выхлопных газов и за борт через выхлопную трубу
  • Привод перепускной заслонки представляет собой подпружиненный поршень, управляемый давлением моторного масла
  • Привод, который регулирует положение перепускной заслонки, соединен с перепускной заслонкой механической связью
  • Центром управления системой турбонагнетателя является регулятор давления
  • Это устройство упрощает турбонаддув до одного элемента управления: дроссельной заслонки
  • После того, как пилот установил желаемое давление в коллекторе, регулировка дроссельной заслонки практически не требуется при изменении высоты
  • Контроллер определяет требования к нагнетанию компрессора на различных высотах и ​​регулирует давление масла в приводе перепускной заслонки, который соответственно регулирует перепускную заслонку
  • Таким образом, турбокомпрессор поддерживает только давление в коллекторе, требуемое настройкой дроссельной заслонки
  • Справочник пилота по авиационным знаниям, компоненты турбокомпрессора
    • Когда самолет, оборудованный системой турбонаддува, набирает высоту, перепускная заслонка постепенно закрывается для поддержания максимально допустимого давления в коллекторе
    • В какой-то момент перепускная заслонка будет полностью закрыта, и дальнейшее увеличение высоты приведет к снижению давления в коллекторе
      • Это критическая высота, которая устанавливается производителем самолета или двигателя
    • При оценке производительности системы турбонаддува имейте в виду, что если давление в коллекторе начинает снижаться до указанной критической высоты, двигатель и система турбонаддува должен осмотреть и проверить правильность работы системы квалифицированный авиационный техник по техническому обслуживанию.
    • Высотный турбонаддув (иногда называемый «нормализующим») использует турбокомпрессор, который будет поддерживать максимально допустимое давление в коллекторе на уровне моря (обычно 29-30 дюймов рт.ст.) до определенной высоты.
      • Высота, указанная производителем самолета, является критической высотой для самолета
    • Выше критической высоты давление в коллекторе уменьшается с увеличением высоты
    • Повышение давления на земле, с другой стороны, представляет собой применение турбонаддува, при котором в полете
    • используется давление в коллекторе, превышающее стандартное 29 дюймов.
    • В различных самолетах, использующих наземное форсирование, давление во взлетном коллекторе может достигать 45 дюймов ртутного столба
    • Хотя установка мощности на уровне моря и максимальная частота вращения могут поддерживаться до критической высоты, это не означает, что двигатель развивает мощность на уровне моря
    • Мощность двигателя определяется не только давлением в коллекторе, а температура воздуха на впуске также имеет значение
    • .
    • Воздух на впуске с турбонаддувом нагревается в результате сжатия.Это повышение температуры снижает плотность всасываемого воздуха, что приводит к потере мощности
    • Для поддержания эквивалентной выходной мощности потребуется несколько более высокое давление в коллекторе на данной высоте, чем если бы воздух на впуске не сжимался за счет турбонаддува
    • Если, с другой стороны, система включает в себя автоматический контроллер плотности, который вместо поддержания постоянного давления в коллекторе автоматически устанавливает перепускную заслонку для поддержания постоянной плотности воздуха в двигателе, в результате будет почти постоянная выходная мощность в лошадиных силах.
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, выходная мощность
    • Нагнетатель — это приводимый в действие двигателем или компрессор, который подает сжатый воздух в двигатель для создания дополнительного давления всасываемого воздуха, чтобы двигатель мог производить дополнительную мощность
    • Увеличивает давление в коллекторе и нагнетает топливно-воздушную смесь в цилиндры.
    • Чем выше давление в коллекторе, тем плотнее топливно-воздушная смесь и тем большую мощность может производить двигатель
    • Для двигателя без наддува невозможно иметь давление в коллекторе выше существующего атмосферного давления
    • Нагнетатель способен повышать давление в коллекторе выше 30 дюймов рт. Ст.
    • Пример:
      • На высоте 8000 футов типичный двигатель может производить 75% мощности, которую он мог бы производить на среднем уровне моря (MSL), потому что на большей высоте воздух менее плотный
      • Нагнетатель сжимает воздух до более высокой плотности, позволяя двигателю с наддувом создавать такое же давление в коллекторе на больших высотах, какое он мог бы создавать на уровне моря, увеличивая его рабочий потолок [Рис. 7].
      • Таким образом, двигатель на высоте 8000 футов над уровнем моря мог производить 25 дюймов ртутного столба под давлением в коллекторе, тогда как без нагнетателя он мог производить только 22 дюйма ртутного столба
      • Для двигателя без наддува невозможно иметь давление в коллекторе выше существующего атмосферного давления
      • Нагнетатель способен повышать давление в коллекторе выше 30 дюймов рт. Ст.
      • Критическая высота — это высота, на которой вы больше не можете поддерживать постоянное давление в коллекторе
    • Составляющие:
      • Нагнетатели обычно устанавливаются между дозатором топлива и впускным коллектором
    • Двигатель приводит в движение нагнетатель через зубчатую передачу с одной скоростью, двумя скоростями или переменной скоростью
    • Нагнетатели могут иметь одну или несколько ступеней
    • Каждая ступень также обеспечивает повышение давления, и нагнетатели могут быть классифицированы как одноступенчатые, двухступенчатые или многоступенчатые, в зависимости от того, сколько раз происходит сжатие.
    • Ранняя версия одноступенчатого односкоростного нагнетателя может называться нагнетателем на уровне моря
    • Двигатель, оборудованный этим типом нагнетателя, называется двигателем, установленным на уровне моря.
    • В этом типе нагнетателя одно рабочее колесо с зубчатым приводом увеличивает мощность, производимую двигателем на всех высотах.
    • Недостатком этого типа нагнетателя является снижение выходной мощности двигателя с увеличением высоты
    • Одноступенчатые односкоростные нагнетатели используются во многих радиальных двигателях большой мощности и используют воздухозаборник, обращенный вперед, так что всасывающая система может в полной мере использовать набегающий воздух
    • Всасываемый воздух проходит через каналы в карбюратор, где расход топлива измеряется пропорционально расходу воздуха
    • Затем топливно-воздушный заряд направляется в нагнетатель или крыльчатку нагнетателя, которая ускоряет топливно-воздушную смесь наружу
    • После ускорения топливно-воздушная смесь проходит через диффузор, где скорость воздуха становится энергией давления (скорость уменьшается с увеличением давления)
    • После сжатия образовавшаяся топливно-воздушная смесь под высоким давлением направляется в цилиндры
    • Некоторые из крупных радиальных двигателей, разработанных во время Второй мировой войны, имеют одноступенчатый двухскоростной нагнетатель.
    • С этим типом нагнетателя одно рабочее колесо может работать на двух скоростях
    • Низкую скорость вращения крыльчатки часто называют настройкой вентилятора низкого давления, а высокую скорость крыльчатки называют настройкой вентилятора высокой скорости
    • На двигателях, оборудованных двухскоростным нагнетателем, рычаг или переключатель в кабине экипажа активирует масляную муфту, которая переключается с одной скорости на другую
    • При нормальной работе нагнетатель при взлете остается в положении вентилятора низкого давления
    • В этом режиме двигатель работает как двигатель с наземным наддувом, и выходная мощность уменьшается по мере набора высоты самолетом
    • Однако, как только самолет достигает заданной высоты, мощность снижается, и пилот переключает управление нагнетателем в положение сильного вентилятора
    • Затем дроссельная заслонка возвращается к желаемому давлению в коллекторе
    • Двигатель, оборудованный этим типом нагнетателя, называется высотным двигателем [Рис. 6]
    • Из-за высоких температур и давлений, возникающих в выхлопных системах турбины, неисправности турбокомпрессора требуют особой осторожности.
      • Во всех случаях работы турбокомпрессора соблюдайте процедуры, рекомендованные изготовителем.
      • В тех случаях, когда процедуры производителя неадекватно описывают действия, которые должны быть предприняты в случае отказа турбокомпрессора, рассмотрите следующее:
      • Неправильная регулировка скоростей
      • Когда воздух нагнетается в цилиндры под давлением турбонагнетателем, а затем сжимается поршнем, существует большая опасность детонации (детонации)
      • Стук возникает из-за того, что при сжатии воздуха температура воздуха увеличивается.
      • Температура может повыситься настолько, чтобы топливо воспламенилось до того, как загорится свеча зажигания
      • Если чрезмерное повышение давления в коллекторе происходит во время нормального движения дроссельной заслонки (возможно, из-за неправильной работы перепускной заслонки):
        • Немедленно плавно затормозите дроссельную заслонку, чтобы ограничить давление в коллекторе ниже максимального значения для скорости вращения и настройки смеси
        • Дайте двигателю поработать так, чтобы избежать дальнейшего избыточного наддува
      • Если давление наддува действительно высокое, степень сжатия двигателя, возможно, придется уменьшить или увеличить октановое число, чтобы избежать детонации
      • Хотя это состояние может быть вызвано незначительной неисправностью, вполне возможно, что произошла серьезная утечка выхлопных газов, создающая потенциально опасную ситуацию:
        • Остановите двигатель в соответствии с рекомендованными процедурами отказа двигателя, если только не существует более серьезной аварийной ситуации, которая требует продолжения работы двигателя
        • Если двигатель продолжает работать, используйте самую низкую настройку мощности, требуемую ситуацией, и приземлитесь как можно скорее.
      • Очень важно, чтобы после любой неисправности турбокомпрессора проводилось корректирующее обслуживание.
    • На большинстве современных двигателей с турбонаддувом механизм контроля давления, соединенный с приводом, регулирует положение перепускной заслонки.
      • Моторное масло, направленное в этот привод или от него, перемещает положение перепускной заслонки
    • Привод автоматически позиционируется для получения желаемого MAP, просто изменяя положение рычага дроссельной заслонки
    • Другие конструкции турбонаддува используют отдельное ручное управление для позиционирования перепускного клапана
    • При ручном управлении необходимо внимательно следить за манометром в коллекторе для достижения желаемого MAP
    • Ручные системы часто устанавливаются на самолетах, которые были модифицированы системами турбонаддува сторонних производителей и требуют особых условий эксплуатации.
      • Например, если перепускная заслонка остается закрытой после спуска с большой высоты, возможно создание давления в коллекторе, которое превышает ограничения двигателя
      • Это состояние, называемое избыточным ускорением, может вызвать сильную детонацию из-за эффекта наклона, возникающего в результате увеличения плотности воздуха во время снижения.
    • Несмотря на то, что в системе автоматического перепускания клапана вероятность возникновения избыточного наддува меньше, это все же может произойти
    • Чтобы предотвратить чрезмерное повышение давления, осторожно перемещайте дроссельную заслонку, чтобы не допустить превышения максимальных пределов давления в коллекторе
    • Например, турбина и крыльчатка турбокомпрессора могут работать со скоростью вращения более 80000 об / мин при чрезвычайно высоких температурах
    • В подшипники постоянно подается моторное масло для снижения сил трения и высоких температур
    • Для получения адекватной смазки температура масла должна быть в нормальном рабочем диапазоне до применения высоких настроек дроссельной заслонки.
    • Если питание подается, когда температура моторного масла ниже его нормального рабочего диапазона, холодное масло может не вытекать из привода перепускной заслонки достаточно быстро, чтобы предотвратить чрезмерное повышение давления
    • Кроме того, дайте турбокомпрессору остыть и турбину перед остановкой двигателя.
    • В противном случае масло, оставшееся в корпусе подшипника, закипит, что приведет к образованию твердых углеродных отложений на подшипниках и валу, которые быстро ухудшат эффективность и срок службы турбокомпрессора.
    • Дополнительные ограничения см. В Руководстве по летной эксплуатации самолета (AFM) / Руководстве по эксплуатации пилота (POH).
    • Пилот должен внимательно следить за показаниями двигателя при изменении мощности.
      • Агрессивные и / или резкие движения дроссельной заслонки увеличивают вероятность избыточного наддува
    • Когда перепускная заслонка открыта, двигатель с турбонаддувом будет реагировать так же, как двигатель без наддува, при изменении числа оборотов.
      • То есть при увеличении числа оборотов давление в коллекторе немного уменьшится
      • Когда частота вращения двигателя уменьшается, давление в коллекторе немного увеличивается
    • Когда перепускная заслонка закрыта, изменение давления в коллекторе с частотой вращения двигателя прямо противоположно тому, что происходит в двигателе без наддува.
      • Увеличение оборотов двигателя приведет к увеличению давления в коллекторе, а уменьшение оборотов двигателя приведет к снижению давления в коллекторе
    • Выше критической высоты, когда перепускная заслонка закрыта, любое изменение воздушной скорости приведет к соответствующему изменению давления в коллекторе.
      • Это верно, потому что увеличение давления набегающего воздуха с увеличением воздушной скорости усиливается компрессором, увеличивающим давление в коллекторе
    • Увеличение давления в коллекторе создает более высокий массовый расход через двигатель, вызывая более высокие скорости турбины и, таким образом, дальнейшее увеличение давления в коллекторе
    • При работе на большой высоте авиационный бензин может испаряться, не достигнув цилиндра.
    • Если это происходит в части топливной системы между топливным баком и топливным насосом с приводом от двигателя, может потребоваться вспомогательный насос положительного давления в баке
    • Поскольку насосы с приводом от двигателя всасывают топливо, они легко блокируются паром
    • Подкачивающий насос обеспечивает повышенное давление и толкает топливо, уменьшая тенденцию к испарению
    • Управление теплом:
      • Двигатели с турбонаддувом должны эксплуатироваться продуманно и бережно, с постоянным контролем давления и температуры
      • Две температуры, которые особенно важны:
        • Температура на входе в турбину (TIT) или в некоторых установках Температура выхлопных газов (EGT)
        • Температура головки цилиндров (CHT)
      • Пределы TIT или EGT защищают элементы в горячей части турбокомпрессора, а ограничения CHT защищают внутренние части двигателя
      • Из-за тепла сжатия всасываемого воздуха двигатель с турбонаддувом работает при более высоких рабочих температурах, чем двигатель без турбонаддува
      • Поскольку двигатели с турбонаддувом работают на большой высоте, их окружающая среда менее эффективна для охлаждения
      • На высоте воздух менее плотный и поэтому охлаждается менее эффективно
      • Кроме того, менее плотный воздух заставляет компрессор работать сильнее
      • Скорость вращения турбины компрессора может достигать 80000 — 100000 об / мин, что увеличивает общую рабочую температуру двигателя
      • Двигатели с турбонаддувом также большую часть времени работают на более высоких мощностях
      • Высокая температура мешает работе поршневого двигателя
      • Его совокупное воздействие может привести к выходу из строя поршня, кольца и головки блока цилиндров, а также вызвать тепловую нагрузку на другие рабочие компоненты.
      • Чрезмерная температура головки блока цилиндров может привести к детонации, которая, в свою очередь, может вызвать катастрофический отказ двигателя
      • Двигатели с турбонаддувом особенно чувствительны к нагреванию
      • Следовательно, ключом к работе турбокомпрессора является эффективное управление теплом
      • Пилот контролирует состояние двигателя с турбонаддувом с помощью манометра, тахометра, датчика температуры выхлопных газов / температуры на входе в турбину и температуры головки блока цилиндров
      • Пилот управляет «тепловой системой» с помощью дроссельной заслонки, числа оборотов винта, смеси и заслонок капота
      • При любой заданной крейсерской мощности смесь является наиболее важным элементом управления температурой выхлопных газов / на входе в турбину
      • Дроссельная заслонка регулирует общий расход топлива, но соотношение топлива и воздуха регулируется смесью
      • Смесь регулирует температуру
      • Превышение температурных пределов при наборе высоты после взлета обычно не является проблемой, поскольку полностью обогащенная смесь охлаждается избытком топлива
      • Однако в крейсерском режиме пилот обычно снижает мощность до 75% или менее и одновременно регулирует смесь
      • Внимательно следите за пределами температуры в крейсерских условиях, потому что именно там температура, скорее всего, достигнет максимума, даже если двигатель вырабатывает меньшую мощность
      • Однако перегрев во время набора высоты по маршруту может потребовать полностью открытых створок капота и более высокой скорости полета.
      • Поскольку двигатели с турбонаддувом работают на высоте выше, чем двигатели без наддува, они более подвержены повреждениям от охлаждающей нагрузки
      • Постепенное снижение мощности и тщательный контроль температуры важны на этапе спуска
      • Пилоту может быть полезно опустить шасси, чтобы дать двигателю возможность работать, в то время как мощность снижена, и дать время для медленного восстановления.
      • Может также потребоваться немного обеднить смесь, чтобы устранить шероховатость при более низких настройках мощности
      • В турбонагнетателях и нагнетателях используются две версии сливных заслонок
        • Пилот контролирует давление с помощью рычага управления и должен не забыть открыть перепускную заслонку перед запуском и посадкой
        • Изменяет положение перепускной заслонки для постоянного поддержания постоянного давления до достижения критической высоты, при которой перепускная заслонка будет полностью закрыта
  • Газотурбинный двигатель состоит из воздухозаборника, компрессора, камер сгорания, турбинной части и выхлопной трубы
  • Турбинные двигатели создают тягу за счет увеличения скорости воздуха, проходящего через двигатель.
    • Тепло по существу равно тяге; чтобы получить больше тяги от двигателя, вы увеличиваете нагрев
  • Турбинные двигатели — очень востребованные силовые установки самолетов
  • Отличаются плавной работой и высокой удельной мощностью, и в них используется легкодоступное реактивное топливо
  • До недавних достижений в материалах, конструкции двигателей и производственных процессах использование газотурбинных двигателей в малых / легких производственных самолетах было непомерно дорогостоящим
  • Сегодня несколько производителей авиации производят или планируют производить малые / легкие самолеты с турбинными двигателями
  • Эти меньшие по размеру самолеты с турбинным двигателем обычно вмещают от трех до семи пассажиров и называются очень легкими реактивными самолетами (VLJ) или микро-реактивными самолетами.
    • Всего существует авиадурбинных двигателей четырех типов:
    • Путь, по которому воздух проходит через двигатель, и то, как вырабатывается мощность, определяет тип двигателя
    • Работает вне цикла Брайтона, который аналогичен 4-тактному циклу, за исключением того, что он поддерживает непрерывное сгорание, поскольку все этапы выполняются одновременно.
    • Пять основных компонентов:
      • Воздуховод
      • Компрессор
      • Камера сгорания (или камеры)
      • Турбина (или турбины)
      • Выпускной узел
    • Есть три типа компрессоров: центробежный поток, осевой поток и центробежно-осевой поток
    • Сжатие входящего воздуха в двигателе с центробежным потоком достигается за счет ускорения воздуха наружу перпендикулярно продольной оси машины
    • Двигатель с осевым потоком сжимает воздух с помощью ряда вращающихся и неподвижных крыльев, перемещая воздух параллельно продольной оси [Рис. 8]
    • Конструкция с центробежно-осевым потоком использует оба типа компрессоров для достижения желаемого сжатия
    • Справочник пилотов по авиационным знаниям,
      Двухконтурный осевой компрессор
    • Справочник пилотов по авиационным знаниям,
      Двухконтурный осевой компрессор
    • > Справочник пилота по авиационным знаниям, турбореактивный двигатель
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, турбореактивный двигатель
    • Ускорение воздушной массы через двигатель создает тягу
    • Турбореактивный двигатель состоит из четырех секций: компрессора, камеры сгорания, турбинной секции и выхлопной [Рис. 9].
    • Секция компрессора пропускает всасываемый воздух с высокой скоростью в камеру сгорания.
      • Степень компрессора отражает увеличение давления
      • Например, степень сжатия от 10 до 1 означает, что компрессор увеличивает начальное значение фунтов на квадратный дюйм (PSI), скажем, 15, до 150
    • Камера сгорания содержит впускное отверстие для топлива и воспламенитель для горения
    • Расширяющийся воздух приводит в движение турбину, которая соединена валом с компрессором, обеспечивая работу двигателя
    • Ускоренные выхлопные газы двигателя обеспечивают тягу.
      • Это базовое применение сжатия воздуха, воспламенения топливно-воздушной смеси, выработки энергии для автономной работы двигателя и выхлопа для движения
    • Турбореактивные двигатели ограничены по дальности и выносливости
    • Они также медленно реагируют на дросселирование при низких скоростях компрессора
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, турбовинтовой двигатель
    • Разработан для обеспечения требований к мощности самолетов большего размера
    • Турбовинтовые двигатели способны развивать 2/12 лошадиных сил на фунт веса
    • Турбовинтовой двигатель — это газотурбинный двигатель, преобразующий большую часть энергии газа в механическую энергию, которая приводит в движение воздушный винт через редуктор [Рис. 10].
    • Выхлопные газы приводят в движение силовую турбину, соединенную валом, приводящим в движение узел редуктора.
      • Редуктор преобразует высокие обороты, низкий крутящий момент в низкие обороты, высокий крутящий момент для предотвращения попадания звукового потока на концы лопастей
    • Понижающая передача необходима, потому что оптимальная работа гребного винта достигается при гораздо более низких оборотах, чем рабочая частота вращения двигателя
    • Турбовинтовые двигатели — это компромисс между турбореактивными двигателями и поршневыми силовыми установками
    • Турбовинтовые двигатели наиболее эффективны на скоростях от 250 до 400 миль в час (миль в час) и на высоте от 18 000 до 30 000 футов
    • Они также хорошо работают на малых скоростях, необходимых для взлета и посадки, и экономичны.
    • Минимальный удельный расход топлива турбовинтового двигателя обычно достигается в диапазоне высот от 25000 футов до тропопаузы
        • Он состоит из основных механизмов реактивного двигателя: компрессора, камеры сгорания и турбины / выхлопа
        • Электронным способом измеряет крутильное отклонение (скручивание), которое возникает в передающем мощность валу, который соединяет силовой и редукторный узел
        • Настоящая закрутка
        • лошадиных сил
        • Снижает число оборотов двигателя в пределах эффективных оборотов гребного винта
        • Соотношение на некоторых установках достигает 13: 1
        • Это большое передаточное число необходимо, потому что газовая турбина должна работать на очень высоких оборотах для эффективного производства энергии, в то время как гребной винт не работает.
        • Для повышения эффективности гребного винта угол лопастей изменяется для увеличения или уменьшения мощности, в то время как частота вращения двигателя остается прежней
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, турбовинтовой двигатель
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, турбовентиляторный двигатель
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, турбовентиляторный двигатель
    • Турбовентиляторные двигатели сочетают в себе некоторые из лучших характеристик турбореактивного двигателя и турбовинтового двигателя [Рис. 11].
    • Самолет с турбовентиляторным двигателем имеет более короткую взлетную дистанцию ​​и развивает большую тягу во время набора высоты, чем турбореактивный двигатель примерно того же размера, что позволяет увеличить полную массу
    • Турбореактивные двухконтурные двигатели создают дополнительную тягу, отклоняя вторичный воздушный поток вокруг камеры сгорания.
      • Поскольку вентилятор находится внутри кожуха, на воздушный поток через вентилятор не влияет скорость самолета
    • Обводной воздух турбореактивного двигателя создает повышенную тягу, охлаждает двигатель и способствует подавлению шума выхлопных газов.
      • High-bypass обычно используется для повышения эффективности, например, на коммерческих самолетах
      • Low-bypass обычно используется для высокоскоростных самолетов, таких как военные истребители
    • Регулировка байпаса обеспечивает крейсерскую скорость турбореактивного типа и снижает расход топлива
    • Входящий воздух, который проходит через турбовентиляторный двигатель, обычно разделяется на два отдельных потока воздуха.
      • Один поток проходит через ядро ​​двигателя, а второй поток обходит ядро ​​двигателя
      • Из-за большого количества воздуха, который сжимается и ускоряется вентилятором, воздух полностью обходит секции горелки и турбины
    • Поскольку воздух не нагревается за счет сжигания топлива для получения тяги, турбовентиляторный двигатель имеет более низкий расход топлива
    • Именно этот перепускной поток воздуха отвечает за термин «байпасный двигатель»
    • Коэффициент двухконтурности турбовентиляторного двигателя относится к соотношению массового расхода воздуха, проходящего через вентилятор, к массовому расходу воздуха, проходящему через сердечник двигателя.
    • Более низкая скорость газа на выходе из выхлопной трубы двигателя также означает, что турбовентиляторные двигатели могут работать тише
    • Турбовентиляторы лучше всего работают при низких температурах, высоком давлении окружающей среды и при высоких оборотах
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, турбовентиляторный двигатель
    • Справочник пилота по авиационным знаниям, турбовентиляторный двигатель
    • Турбовальные двигатели передают мощность на вал через трансмиссию, которая приводит в движение не винт (ротор) [Рис. 11]
    • Самая большая разница между турбореактивным двигателем и турбовальным двигателем заключается в том, что в турбореактивном двигателе большая часть энергии, производимой расширяющимися газами, приводит в движение турбину, а не создает тягу.
    • Обладают высоким удельным весом
    • На многих вертолетах используется турбовальный газотурбинный двигатель
    • Осевые силовые агрегаты на больших самолетах часто представляют собой турбовальные двигатели
  • Инструменты двигателя, которые показывают давление масла, температуру масла, частоту вращения двигателя, температуру выхлопных газов и расход топлива, являются общими как для турбинных, так и для поршневых двигателей
  • Однако некоторые инструменты являются уникальными для газотурбинных двигателей
  • Эти приборы показывают степень сжатия двигателя, давление на выходе турбины и крутящий момент
  • Кроме того, большинство газотурбинных двигателей имеют несколько приборов для измерения температуры, называемых термопарами, которые предоставляют пилотам показания температуры внутри и вокруг турбинной секции.
    • Пилот самолета с газотурбинным двигателем напрямую не управляет двигателем
    • Отношение лоцмана к силовой установке соответствует отношению капитана мостика на корабле.
      • Офицер мостика получает реакцию двигателя, передавая приказы механику под палубой, который, в свою очередь, фактически перемещает дроссель двигателя
    • Органы управления определяют некоторые или все следующие рабочие параметры двигателя:
      • Требования пилота (положение дроссельной заслонки)
      • Температура на входе компрессора
      • Давление нагнетания компрессора
      • Давление горелки
      • Давление на входе компрессора
      • об / мин
      • Температура турбины
      • Высота
    • Система управления топливом определяет подачу топлива в камеру сгорания двигателя, автоматически обеспечивая подачу топлива в соответствии с условиями работы двигателя
    • Изменения расхода топлива ограничены для обеспечения быстрого разгона и замедления без остановок.
    • Датчик степени сжатия двигателя (EPR) показывает выходную мощность турбореактивного / турбовентиляторного двигателя
    • EPR — это отношение давления на выходе турбины к давлению на входе компрессора
    • Измерения давления регистрируются датчиками, установленными на входе и выходе двигателя
    • После сбора данные отправляются на датчик дифференциального давления, который отображается на приборном индикаторе EPR в кабине экипажа
    • Конструкция системы EPR
    • автоматически компенсирует влияние воздушной скорости и высоты.Изменения температуры окружающей среды требуют корректировки показаний EPR для обеспечения точных настроек мощности двигателя
    • Ограничивающим фактором в газотурбинном двигателе является температура секции турбины
    • Необходимо внимательно следить за температурой секции турбины, чтобы предотвратить перегрев лопаток турбины и других компонентов секции выхлопа
    • Одним из распространенных способов контроля температуры секции турбины является датчик EGT.EGT — это предел эксплуатации двигателя, используемый для контроля общих условий работы двигателя
    • Варианты систем EGT носят разные названия в зависимости от расположения датчиков температуры
    • Обычные датчики температуры турбины включают датчик температуры на входе в турбину (TIT), датчик температуры на выходе из турбины (TOT), датчик межкаскадной температуры турбины (ITT) и датчик температуры газа в турбине (TGT)
    • Измеритель крутящего момента для измерения выходной мощности турбовинтового двигателя / турбовального двигателя
    • Крутящий момент — это крутящая сила, приложенная к валу
    • Моментометр измеряет мощность, приложенную к валу
    • Турбовинтовые и турбовальные двигатели создают крутящий момент для привода гребного винта
    • Моментометры калибруются в процентах, фут-фунтах или фунтах на кв. Дюйм
    • N1 представляет собой частоту вращения компрессора низкого давления и отображается на индикаторе в процентах от расчетной частоты вращения
    • После запуска скорость компрессора низкого давления регулируется турбинным колесом N1
    • Колесо турбины N1 соединяется с компрессором низкого давления через концентрический вал
    • N2 представляет собой частоту вращения компрессора высокого давления и отображается на индикаторе в процентах от расчетной частоты вращения
    • Турбинное колесо N2 управляет компрессором высокого давления
    • Колесо турбины N2 соединяется с компрессором высокого давления через концентрический вал
  • Большое разнообразие газотурбинных двигателей делает непрактичным описание конкретных рабочих процедур, но есть определенные эксплуатационные соображения, общие для всех газотурбинных двигателей
    • Самая высокая температура в любом газотурбинном двигателе наблюдается на входе в турбину
    • Температура на входе в турбину, следовательно, обычно является ограничивающим фактором при работе газотурбинного двигателя
    • Тяга турбинного двигателя напрямую зависит от плотности воздуха
    • С уменьшением плотности воздуха уменьшается и тяга
    • Кроме того, поскольку плотность воздуха уменьшается с повышением температуры, повышение температуры также приводит к уменьшению тяги
    • Хотя как турбинные, так и поршневые двигатели в некоторой степени подвержены влиянию высокой относительной влажности, турбинные двигатели будут испытывать незначительную потерю тяги, а поршневые двигатели — значительную потерю тормозной мощности
    • Для запуска газотурбинных двигателей требуется либо внешнее наземное оборудование, либо использование вспомогательной силовой установки (ВСУ)
    • APU — это небольшой газотурбинный двигатель, установленный на самолете, используемый для создания источника воздуха для питания стартера (ов) воздушной турбины или для увеличения подачи отбираемого из двигателя воздуха в систему экологического контроля.
  • Из-за конструкции и функции воздухозаборника газотурбинного двигателя всегда существует возможность попадания мусора
    • Обломки посторонних предметов, или FOD, которые вызывают значительные повреждения, в частности, секции компрессора и турбины.
  • Заглатывание мусора называется инородным мусором (FOD)
  • Типичный FOD состоит из небольших порезов и вмятин, вызванных попаданием мелких предметов с аппарели, рулежной дорожки или взлетно-посадочной полосы, но также может иметь место повреждение FOD, вызванное столкновением с птицами или проглатыванием льда.
  • Иногда FOD приводит к полному разрушению двигателя
  • Профилактика FOD является первоочередной задачей
  • Некоторые воздухозаборники двигателя имеют тенденцию к образованию водоворотов между землей и воздухозаборником во время наземных операций
  • На эти двигатели может быть установлен вихревой рассеиватель
  • Также можно использовать другие устройства, такие как экраны и / или дефлекторы
  • Предполетные процедуры включают визуальный осмотр на предмет любых признаков FOD
  • Двигатели работают на воздухе и топливе
  • Поскольку воздух — это практически само собой разумеющееся, когда двигатель выходит из строя, подозревается топливо
    • Возгорание пламени происходит при работе газотурбинного двигателя, в котором пламя в двигателе непреднамеренно гаснет
    • Если соотношение топливо / воздух в камере сгорания превышает предел богатой смеси, пламя гаснет.
    • Обычно это происходит из-за очень быстрого разгона двигателя, при котором чрезмерно богатая смесь вызывает падение температуры топлива ниже температуры сгорания.
      • Недостаточный воздушный поток для поддержания горения способствует возникновению пламени
    • Более частое возгорание возникает из-за низкого давления топлива и низких оборотов двигателя, которые обычно связаны с полетом на большой высоте.
    • Эта ситуация также может возникать, когда двигатель дросселируется во время спуска, что может вызвать срыв пламени в обедненной смеси.
    • Слабая смесь может легко вызвать угасание пламени даже при нормальном потоке воздуха через двигатель
    • Любое прерывание подачи топлива может привести к возгоранию.
      • Это может быть связано с длительным необычным поведением, неисправной системой управления подачей топлива, турбулентностью, обледенением или нехваткой топлива
    • Симптомы возгорания обычно такие же, как и после отказа двигателя
    • Если срыв пламени вызван временным состоянием, например, дисбалансом между потоком топлива и частотой вращения двигателя, исправьте ситуацию и попытайтесь запустить воздушный запуск
    • В любом случае пилоты должны следовать применимым аварийным процедурам, изложенным в AFM / POH
    • Как правило, эти процедуры содержат рекомендации относительно высоты и скорости полета, при которых запуск с воздуха наиболее вероятен.
    • Справочник пилота по авиационным знаниям,
      Normal Vs.Искаженный воздушный поток на входе
    • Лопатки компрессора представляют собой небольшие профили и подчиняются тем же аэродинамическим принципам, что и любой профиль
    • Лопатка компрессора имеет угол атаки, который зависит от скорости поступающего воздуха и скорости вращения компрессора
    • Эти две силы вместе образуют вектор, который определяет фактический угол атаки профиля по отношению к приближающемуся впускаемому воздуху [Рис. 13].
    • Останов компрессора — это дисбаланс между двумя векторными величинами, скоростью на входе и скоростью вращения компрессора
    • Останов компрессора происходит, когда угол атаки лопаток компрессора превышает критический угол атаки
    • В этот момент плавный воздушный поток прерывается, создавая турбулентность с колебаниями давления
    • Остановка компрессора приводит к замедлению потока воздуха в компрессоре и его застаиванию, иногда меняя направление на противоположное [Рис. 6-28]
    • Остановки компрессора могут быть кратковременными и прерывистыми или устойчивыми и серьезными
    • Признаками кратковременного / прерывистого срыва, как правило, являются прерывистый «взрыв» в виде обратной вспышки, и имеет место реверсирование потока
    • Если срыв развивается и становится устойчивым, сильная вибрация и громкий рев могут возникнуть из-за непрерывного реверсирования потока
    • Часто приборы кабины летного экипажа не показывают умеренного или временного сваливания, но они указывают на развитое сваливание.
    • Типичные показания приборов включают колебания частоты вращения и повышение температуры выхлопных газов
    • Большинство кратковременных срывов двигателя не вредны для двигателя и часто проходят сами собой после одной или двух пульсаций
    • Немедленная возможность серьезного повреждения двигателя из-за устойчивого останова
    • Восстановление должно осуществляться за счет быстрого уменьшения мощности, уменьшения угла атаки самолета и увеличения скорости полета.
    • Хотя все газотурбинные двигатели подвержены остановкам компрессора, большинство моделей имеют системы, препятствующие этому
    • Одна система использует регулируемую входную направляющую лопатку (VIGV) и регулируемые лопатки статора, которые направляют поступающий воздух в лопасти ротора под соответствующим углом
    • Для предотвращения срывов давления воздуха эксплуатировать ЛА в пределах параметров, установленных заводом-изготовителем.
    • Если происходит остановка компрессора, следуйте процедурам, рекомендованным в AFM / POH
    • Они возникают в газотурбинных двигателях, использующих те же принципы, что и сваливание крыла самолета.
    • Компрессоры турбинных двигателей имеют форму аэродинамического профиля, и когда воздушный поток нарушается, он вызывает остановку, которая создает проблемы с давлением, что приводит к видимой и слышимой остановке.
  • Справочник пилота по аэронавигационным знаниям,
    Тяга против скорости и лобовое сопротивление
  • Справочник пилота по аэронавигационным знаниям,
    Тяга против скорости и лобовое сопротивление
  • Можно сравнить характеристики поршневой силовой установки и различных типов газотурбинных двигателей [Рис. 14].
  • Чтобы сравнение было точным, необходимо использовать тяговую мощность (полезную мощность) для поршневой силовой установки, а не тормозную мощность.
    • Использовать чистую тягу для газотурбинных двигателей
  • Кроме того, конструкция и размеры самолета должны быть примерно такими же
  • При сравнении производительности полезны следующие определения:
      • Тормозная мощность (л. С.) — это мощность, передаваемая на выходной вал
      • Тормозная мощность — это фактическая полезная мощность
      • Чистая тяга, создаваемая турбореактивным или турбовентиляторным двигателем
      • Тяга (THP) — это мощность, эквивалентная тяге, создаваемой турбореактивным или двухконтурным двигателем
      • Что касается турбовинтовых двигателей, сумма мощности на валу (SHP), передаваемой на гребной винт, и THP, производимая выхлопными газами, измеряется как эквивалентная мощность на валу (ESHP)
      • На рисунке 6-29 показано сравнение четырех типов двигателей по чистой тяге при увеличении скорости полета.
      • Этот рисунок предназначен только для пояснительных целей и не для конкретных моделей двигателей
  • Построив кривую характеристик для каждого двигателя, можно сравнить максимальное изменение скорости воздушного судна с типом используемого двигателя
  • Поскольку график является лишь средством сравнения, числовые значения чистой тяги, скорости самолета и сопротивления не включены
  • Сравнение четырех силовых установок на основе полезной тяги делает очевидными определенные рабочие характеристики
  • В диапазоне скоростей, показанном слева от строки A, поршневой силовой агрегат превосходит другие три типа
  • Турбовинтовой двигатель превосходит турбовентиляторный в диапазоне слева от строки C
  • Турбореактивный двигатель превосходит турбореактивный в диапазоне слева от строки F
  • Турбореактивный двигатель превосходит поршневой двигатель справа от линии B и турбовинтовой справа от линии C
  • Турбореактивный двигатель превосходит поршневую силовую установку справа от линии D, турбовинтовой справа от линии E и ТРДД справа от линии F
  • Точки, где кривая сопротивления самолета пересекает кривые чистой тяги, являются максимальными скоростями самолета
  • Вертикальные линии от каждой точки до базовой линии графика показывают, что турбореактивный самолет может развивать более высокую максимальную скорость, чем самолет, оснащенный двигателями других типов
  • Самолет, оснащенный турбовентиляторным двигателем, будет развивать более высокую максимальную скорость, чем самолет, оснащенный турбовинтовой или поршневой силовой установкой
    • Форсажные камеры работают как прямоточная струя, при которой распыленное топливо, смешанное с отходящими газами сгорания / нагнетаемым воздухом перепускного вентилятора, создает дополнительную тягу
    • Эти системы производят примерно вдвое большую тягу при четырехкратном расходе топлива
  • Двигатели предназначены для работы при указанной температуре
    • В результате как пониженные, так и повышенные температуры опасны для здоровья двигателя
  • Чрезмерное время простоя (т.е., быстрые спуски) может охладить двигатель ниже рабочих температур
  • В самолетах с карбюратором это может привести к неправильному распылению топлива в карбюраторе, нарушая топливно-воздушную смесь
  • Резкие (плавные / устойчивые) изменения дроссельной заслонки усугубляют эти ситуации
  • Все двигатели выполняют четыре цикла / стадии, но способ их выполнения будет отличаться
  • Силовые установки сложны и взаимодействуют с другими системами самолета
  • Обратите внимание, что в то время как капот относится к кожуху двигателя, обтекатель обычно относится к другим частям самолета, таким как шасси
  • Системы запуска двигателя многочисленны и продолжают развиваться с появлением таких технологий, как электронные системы зажигания
  • Такие системы включают, но не ограничиваются:
  • Информацию, касающуюся конкретного двигателя вашего летательного аппарата, можно найти в Руководстве по информации для пилота / Справочнике пилота по эксплуатации
  • Чтобы узнать больше о спирали, нарисованной на передней части газотурбинных двигателей, посетите Mentour Pilot на YouTube.
  • Все еще что-то ищете? Продолжить поиск:

Copyright © 2021 CFI Notebook, Все права защищены.| Политика конфиденциальности | Условия использования | Карта сайта | Патреон | Контакты

Типы и конструкция авиационных газотурбинных двигателей

В поршневом двигателе функции впуска, сжатия, сгорания и выпуска выполняются в одной камере сгорания. Следовательно, каждый должен иметь исключительное присутствие в камере во время соответствующей части цикла сгорания. Важной особенностью газотурбинного двигателя является то, что каждой функции посвящены отдельные секции, и все функции выполняются одновременно без перерыва.

Типичный газотурбинный двигатель состоит из:

Системы, необходимые для запуска, смазки, подачи топлива и вспомогательных целей, таких как защита от обледенения, охлаждения и повышения давления.

Основные компоненты всех газотурбинных двигателей в основном одинаковы; однако номенклатура компонентов различных двигателей, используемых в настоящее время, незначительно отличается из-за разницы в терминологии каждого производителя. Эти различия отражены в соответствующих руководствах по техническому обслуживанию.Одним из важнейших факторов, влияющих на конструктивные особенности любого газотурбинного двигателя, является тип компрессора или компрессоров, для которых он предназначен.


Типы турбинных двигателей

Турбинные двигатели классифицируются в зависимости от типа используемых компрессоров. Есть три типа компрессоров: центробежный, осевой и центробежно-осевой. Сжатие входящего воздуха достигается в двигателе с центробежным потоком за счет ускорения воздуха наружу перпендикулярно продольной оси машины.Двигатель с осевым потоком сжимает воздух за счет ряда вращающихся и неподвижных крыльев, перемещающих воздух параллельно продольной оси. В конструкции с центробежно-осевым потоком используются оба типа компрессоров для достижения желаемого сжатия.

Путь, по которому воздух проходит через двигатель, и то, как вырабатывается мощность, определяет тип двигателя. Четыре типа газотурбинных двигателей используются для приведения в движение и питания самолетов. Это турбореактивный двигатель, ТРДД, турбовинтовой двигатель и турбовальный двигатель.

Турбореактивный

Термин «турбореактивный двигатель» использовался для описания любого газотурбинного двигателя, используемого в самолетах.По мере развития технологии газовых турбин эти другие типы двигателей были разработаны, чтобы занять место чисто турбореактивных двигателей. Турбореактивный двигатель был впервые разработан в Германии и Англии до Второй мировой войны и является самым простым из всех реактивных двигателей. У турбореактивного двигателя есть проблемы с шумом и расходом топлива в диапазоне скоростей полета авиалайнеров (0,8 Маха). Эти двигатели ограничены по дальности и выносливости и сегодня в основном используются в военной авиации.

Турбореактивный двигатель состоит из четырех секций — компрессора, камеры сгорания, турбинной секции и выхлопной.Секция компрессора пропускает входящий воздух с высокой скоростью в камеру сгорания. Камера сгорания содержит впускное отверстие для топлива и воспламенитель для сгорания. Расширяющийся воздух приводит в движение турбину, которая соединена валом с компрессором, обеспечивая работу двигателя. Ускоренные выхлопные газы двигателя обеспечивают тягу. Это базовое применение сжатия воздуха, воспламенения топливно-воздушной смеси, выработки энергии для автономной работы двигателя и выхлопа для приведения в движение.[Рисунок 1]

Рис. 1. Турбореактивный двигатель

Преимущества турбореактивного двигателя;

  • Сравнительно простой дизайн
  • Может работать на очень высоких скоростях
  • Занимает мало места

Недостатки турбореактивного двигателя;

  • Большой расход топлива
  • Громко
  • Низкая производительность на малых скоростях
  • ограниченный диапазон и выносливость

Турбовентилятор

Турбовентиляторные двигатели были разработаны, чтобы объединить некоторые из лучших характеристик турбореактивного двигателя и турбовинтового двигателя.[Рис. 2] Турбореактивные двухконтурные двигатели предназначены для создания дополнительной тяги за счет отклонения вторичного воздушного потока вокруг камеры сгорания.

Рисунок 2. Турбореактивный двухконтурный двигатель

Итак, почти все самолеты авиалайнерского типа используют турбовентиляторные двигатели. Он был разработан для вращения большого вентилятора или набора вентиляторов в передней части двигателя и обеспечивает около 80 процентов тяги двигателя. Этот двигатель был тише и имел лучший расход топлива в этом диапазоне скоростей.Турбореактивные двухконтурные двигатели имеют в двигателе более одного вала; многие из них двухвальные. Это означает, что есть компрессор и турбина, которые его приводят в действие, и еще один компрессор и турбина, которые приводят в движение. Эти два двигателя с валом используют две катушки (катушка — это компрессор, а вал и турбины, которые приводят в действие этот компрессор). В двухконтурном двигателе есть золотник высокого давления и золотник низкого давления. Золотник низкого давления обычно содержит вентилятор (ы) и ступени турбины, необходимые для их приведения в действие.Золотник высокого давления — это компрессор высокого давления, вал и турбины. Эта катушка составляет ядро ​​двигателя, и именно здесь расположена секция сгорания. Золотник высокого давления также называют газогенератором, поскольку он содержит секцию сгорания.

Турбореактивные двухконтурные двигатели могут иметь низкий или высокий байпас. Количество воздуха, которое проходит вокруг сердечника двигателя, определяет степень двухконтурности. Как видно на рисунке, воздух, обычно приводимый в движение вентилятором, не проходит через внутреннее рабочее ядро ​​двигателя.Количество воздушного потока в фунтах / сек от байпаса вентилятора к основному потоку двигателя — это коэффициент байпаса.


Степень байпаса = Скорость потока 100 фунтов / с для вентилятора = коэффициент байпаса 5: 1

20 фунтов / сек flowcore

Некоторые турбовентиляторные двигатели с малым байпасом используются в диапазонах скоростей выше 0,8 Маха (военные самолеты). Эти двигатели используют форсажные камеры или форсажные камеры для увеличения тяги. Добавляя больше топливных форсунок и стабилизатора пламени в выхлопную систему, можно распылять и сжигать дополнительное топливо, что может дать значительное увеличение тяги за короткое время.


В турбовентиляторных двигателях используются две разные конструкции выхлопных сопел. Воздух, выходящий из вентилятора, может быть отведен за борт через отдельное сопло вентилятора [Рис. 2], или он может быть направлен по внешнему корпусу базового двигателя для выпуска через смешанное сопло (выход из сердечника и вентилятора вместе). Воздух вентилятора либо смешивается с выхлопными газами перед выпуском (смешанное сопло или общее сопло), либо проходит непосредственно в атмосферу без предварительного смешивания (отдельное сопло). Турбореактивные двухконтурные двигатели являются наиболее широко применяемым газотурбинным двигателем для авиатранспортных самолетов.Турбореактивный двухконтурный двигатель — это компромисс между хорошей эксплуатационной эффективностью и высокой тягой турбовинтового двигателя и высокой скоростью и высотностью турбореактивного двигателя.

Преимущества ТРДД;

  • Экономия топлива
  • тише турбореактивных двигателей
  • Они потрясающе выглядят

Недостатки ТРДД;

  • Тяжелее турбореактивных двигателей
  • Большая лобовая площадь, чем у турбореактивных двигателей
  • Неэффективен на очень большой высоте

Турбовинтовой

Между 1939 и 1942 годами венгерский конструктор Дьердь Ендрассик разработал первый турбовинтовой двигатель.Однако эта конструкция не была реализована в реальном самолете до тех пор, пока Rolls Royce не преобразовал Derwint II в RB50 Trent, который 20 сентября 1945 года стал первым турбовинтовым реактивным двигателем.

Турбовинтовой (турбовинтовой) двигатель представляет собой комбинацию газотурбинного двигателя, редуктора и гребного винта. [Рис. 3] Турбовинтовые двигатели — это в основном газотурбинные двигатели, которые имеют компрессор, камеру (и) сгорания, турбину и выхлопное сопло (газогенератор), которые работают так же, как любой другой газовый двигатель.Однако разница в том, что турбина в турбовинтовом двигателе обычно имеет дополнительные ступени для извлечения энергии для привода гребного винта. Помимо работы компрессора и вспомогательного оборудования, турбовинтовая турбина передает увеличенную мощность вперед через вал и зубчатую передачу для привода гребного винта. Повышенная мощность генерируется выхлопными газами, проходящими через дополнительные ступени турбины.

Рисунок 3.Турбовинтовой двигатель ПТ6

Турбовинтовой двигатель — это газотурбинный двигатель, приводящий в движение воздушный винт через редуктор. Выхлопные газы приводят в движение силовую турбину, соединенную валом, приводящим в действие редуктор в сборе. Понижающая передача необходима в турбовинтовых двигателях, поскольку оптимальные характеристики воздушного винта достигаются при гораздо более низких скоростях, чем рабочие обороты двигателя. Турбовинтовые двигатели — это компромисс между турбореактивными двигателями и поршневыми силовыми установками.Турбовинтовые двигатели наиболее эффективны на скоростях от 250 до 400 миль в час и на высоте от 18 000 до 30 000 футов. Они также хорошо работают на малых скоростях, необходимых для взлета и посадки, и обладают топливной экономичностью. Минимальный удельный расход топлива турбовинтового двигателя обычно достигается в диапазоне высот от 25 000 футов до тропопаузы. Приблизительно от 80 до 85 процентов энергии, вырабатываемой газотурбинным двигателем, используется для привода гребного винта. Остальная часть доступной энергии выходит из выхлопа в виде тяги.Если сложить мощность, развиваемую валом двигателя, и мощность выходящей тяги, мы получим эквивалентную мощность на валу. [Рисунок 4]

Рис. 4. Турбовинтовой двигатель

В некоторых двигателях используется многороторная турбина с соосными валами для независимого привода компрессора и гребного винта. Хотя на этой иллюстрации используются три турбины, для приведения в действие двух элементов ротора, гребного винта и вспомогательного оборудования было использовано до пяти ступеней турбины.

Выхлопные газы также вносят вклад в выходную мощность двигателя за счет создания тяги, хотя количество энергии, доступной для тяги, значительно снижается. Используются два основных типа турбовинтовых двигателей: неподвижная турбина и свободная турбина. Неподвижная турбина имеет механическую связь от газогенератора (газотурбинного двигателя) с редуктором и воздушным винтом. Свободная турбина имеет только воздушную связь от газогенератора к силовым турбинам. Механическая связь от гребного винта к газотурбинному двигателю (газогенератору) отсутствует.


Поскольку основные компоненты обычных газотурбинных и турбовинтовых двигателей незначительно отличаются только по конструктивным особенностям, применение приобретенных знаний об основных газовых турбинах к турбовинтовым двигателям должно быть довольно простым.

Типичный турбовинтовой двигатель можно разбить на следующие узлы:

  1. Узел силовой части — содержит обычные основные компоненты газотурбинного двигателя (то есть компрессор, камеру сгорания, турбину и выхлопные секции).
  2. Редуктор или коробка передач в сборе — содержит секции, уникальные для турбовинтовых конфигураций.
  3. Узел измерителя крутящего момента — передает крутящий момент от двигателя на коробку передач редукционной секции.
  4. Узел корпуса привода вспомогательных агрегатов — установлен в нижней части корпуса впускного отверстия для воздуха компрессора. Он включает в себя необходимые зубчатые передачи для приведения в действие всех приводных агрегатов силовой части на их надлежащих оборотах по отношению к оборотам двигателя.

У каждой системы есть свои преимущества и недостатки, при этом планер обычно определяет используемую систему.

Преимущества турбовинтового двигателя;

  • Очень экономичный
  • Наиболее эффективен при средней скорости 250-400 узлов
  • Наиболее эффективен на средних высотах от 18 000 до 30 000 футов

Недостатки турбовинтового двигателя;

  • Ограниченная скорость полета вперед
  • Зубчатые передачи тяжелые и могут выйти из строя

Турбовал

Четвертый распространенный тип реактивного двигателя — турбовальный.[Рис. 5] Он передает мощность на вал, приводящий в движение не винт, а нечто иное. Самая большая разница между турбореактивным двигателем и турбовальным двигателем заключается в том, что в турбореактивном двигателе большая часть энергии, производимой расширяющимися газами, используется для привода турбины, а не для создания тяги. На многих вертолетах используется турбовальный газотурбинный двигатель. Кроме того, турбовальные двигатели широко используются в качестве вспомогательных силовых агрегатов на больших самолетах. Первый турбовальный двигатель был построен французской фирмой Turbomeca в 1949 году.

Рисунок 5. Турбовальный двигатель

Что касается самолетов, то турбовальный двигатель представляет собой газотурбинный двигатель, предназначенный для передачи мощности на вал, который вращает трансмиссию вертолета, или является бортовой вспомогательной силовой установкой (ВСУ). ВСУ используется на самолетах с турбинным двигателем для подачи электроэнергии и стравливания воздуха на земле и резервного генератора в полете. Турбовальные двигатели могут быть разных стилей, форм и диапазонов мощности.

Преимущества турбовального двигателя;

  • Значительно более высокое отношение мощности к массе, чем у поршневых двигателей
  • Обычно меньше поршневых двигателей

Недостатки турбовального двигателя;

  • Громко
  • Зубчатые передачи, соединенные с валом, могут быть сложными и выходить из строя

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

Подшипники и уплотнения газотурбинного двигателя Принципы работы газотурбинного двигателя
Тяга
Характеристики газотурбинного двигателя
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *