Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Турбореактивный двигатель как работает


Авиационные газотурбинные двигатели / Хабр

Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

Авиационные ГТД можно можно разделить на:

  • турбореактивные двигатели (ТРД)
  • двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)
  • Турбовинтовые двигатели (ТВД)
  • Турбовальные двигатели (ТВаД)

Притом, ТРД и ТРДД могут содержать в себе форсажную камеру, в таком случае они будут ТРДФ и ТРДДФ соответственно. В этой статье мы их рассматривать не будем.

Начнём с турбореактивных двигателей.

Турбореактивные двигатели


Такой тип двигателей был создан в первой половине 20-го века и начал находить себе массовое применение к концу Второй мировой войны. Первым в мире серийным турбореактивным самолетом был немецкий Me.262. ТРД были популярны вплоть до 60-ых годов, после чего их стали вытеснять ТРДД.


Современная фотография Me-262, сделанная в 2016 году

Самый простой турбореактивный двигатель включает в себя следующие элементы:

  • Входное устройство
  • Компрессор
  • Камеру сгорания
  • Турбину
  • Реактивное сопло (далее просто сопло)

Можно сказать, что это минимальный набор для нормальной работы двигателя.

А теперь рассмотрим что для чего нужно и зачем.

Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие. В нём кинетическая энергия входящего воздуха частично преобразуется в давление.

*здесь и дальше мы будем говорить про дозвуковые скорости. На сверхзвуковой скорости физика меняется, и там все совсем не так.

Компрессор — это устройство, в котором происходит повышение давление воздуха. Компрессор можно характеризовать такой величиной, как степень повышения давления. В современных двигателях оно уже начинает переступать за 40 единиц. Кроме того, в нем увеличивается температура (может быть, где-то до 400 градусов Цельсия).

Камера сгорания — устройство, в котором к сжатому воздуху (после компрессора) подводится тепло из-за горения топлива. Температура в камере сгорания очень высокая, может достигать 2000 градусов Цельсия. Вам может показаться, что давление газа в камере тоже сильно увеличивается, но это не так. Теоретически принято считать, что подвод тепла осуществляется при постоянном давлении. В реальности оно немного падает из-за потерь (проблема несовершенства конструкции).

Турбина — устройство, превращающее часть энергии газа после камеры сгорания в энергию привода компрессора. Так как турбины используются не только в авиации, можно дать более общее определение: это устройство, преобразующее внутреннюю энергию рабочего тела (в нашем случае рабочее тело — это газ) в механическую работу на валу. Как вы могли понять, турбина и компрессор находятся на одном валу и жестко связаны между собой. Если в компрессоре происходит повышение давления газа, то в турбине, наоборот, понижение, то есть газ расширяется.

Сопло — суживающийся канал, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую (оставшийся запас энергии газа после турбины). Как и в турбине, в сопле происходит расширение газа. Образуется струя, которая, вытекая из сопла, движет самолёт.

С основными элементами разобрались. Но все равно не очень понятно как оно работает? Тогда давайте ещё раз и коротко.

Воздух из атмосферы попадает во входное устройство, где немного сжимается и поступает в компрессор. В компрессоре давление воздуха растёт ещё сильнее, растёт и температура. После компрессора воздух поступает в камеру сгорания и, смешиваясь там с топливом, воспламеняется, что приводит к сильному возрастанию температуры, при, можно сказать, постоянном давлении. После камеры сгорания горячий сжатый газ попадает в турбину. Часть энергии газа расходуется на вращение компрессора турбиной (чтобы он мог выполнять свою функцию, описанную выше), другая часть энергии расходуется на, нужное нам, движение самолёта, из-за того, что газ, пройдя турбину, превращается в реактивную струю в сопле и вырывается из него (сопла) в атмосферу. На этом цикл завершается. Конечно, в реальности все процессы цикла проходят непрерывно.

Такой цикл называется циклом Брайтона, или термодинамическим циклом с непрерывным характером рабочего процесса и подводом тепла при постоянном давлении. По такому циклу работают все ГТД.


Цикл Брайтона в P-V координатах

Н-В — процесс сжатия во входном устройстве
В-К — процесс сжатия в компрессоре
К-Г — изобарический подвод тепла
Г-Т — процесс расширения газа в турбине
Г-С — процесс расширения газа в сопле
С-Н — изобарический отвод тепла в атмосферу


Схематичная конструкция турбореактивного двигателя, где 0-0 — ось двигателя

ТРД может иметь и два вала. В таком случае компрессор состоит из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), а подвод работы будут осуществлять турбина низкого давления (ТНД) и турбина высокого давления (ТВД) соответственно. Такая схема более выгодная газодинамически.


Реальный двигатель такого вида в разрезе

Мы рассмотрели принцип работы самой простой схемы авиационного газотурбинного двигателя. Естественно, на современных «Эйрбасах и Боингах» устанавливаются ТРДД, конструкция которых заметно сложнее, но работает все по таким же законам. Давайте рассмотрим их.

Двухконтурный турбореактивный двигатель


ТРДД, прежде всего, отличается от ТРД тем, что имеет два контура: внешний и внутренний. Внутренний контур содержит в себе то же самое, что и ТРД: компрессор (разделенный на КНД и КВД), камеру сгорания, турбину (разделенную на ТВД и ТНД) и сопло. Внешний контур представляет собой канал, с соплом в конце. В нем нет ни камеры сгорания, ни турбины. Перед обоими контурами (сразу после входного устройства двигателя) стоит ступень компрессора, работающая на оба контура.

Не очень понятная картина выходит, да? Давайте разберемся как оно работает.


Схематичная конструкция двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя

Воздух, попадающий в двигатель, пройдя через первую ступень компрессора низкого давления, разбивается на два потока. Одна часть воздуха идет по внутреннему контуру, где происходят те же процессы, которые были описаны, когда мы разбирали ТРД. Вторая часть воздуха попадает во внешний контур, получив энергию от первой ступени КНД (та, которая работает на два контура). Во внешнем контуре энергия воздуха тратится только на преодоление гидравлических потерь (за счёт трения). В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу. Тяга, созданная внешним контуром, может составлять 80% тяги всего двигателя.

Одной из важнейших характеристик ТРДД является степень двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внешнем контуре, к расходу воздуха во внутреннем контуре. Это число может быть как больше, так и меньше единицы. На современных двигателях это число переступает за значение в 12 единиц.
Двигатели, степень двухконтурности которых больше двух, принято называть турбовентиляторными, а первую ступень компрессора (ту, что работает на оба контура) вентилятором.


ТРДД самолета Boeing 757-200. На переднем плане видно входное устройство и вентилятор

На некоторых двигателях вентилятор приводится в движение отдельной турбиной, которая ставится ближе всего к соплу внутреннего контура. Тогда двигатель получается трехвальным. Например, по такой схеме выполнены двигатели Rolls Royce RB211 (устанавливались на L1011, B747, B757, B767), Д-18Т (Ан-124), Д-36 (Як-42)


Д-18Т в разрезе изнутри

Главное достоинство ТРДД заключается в возможности создания большой тяги и хорошей экономичности, по сравнению с ТРД.

На этом я хотел бы закончить про ТРДД и перейти к следующему виду двигателей — ТВД.

Турбовинтовые двигатели


Турбовинтовой двигатель, как и турбореактивный, относится к газотурбинным двигателям. И работает он почти как турбореактивный. Элементарный турбовинтовой двигатель состоит из уже знакомых нам элементов: компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. К ним добавляются редуктор и винт.

Принцип работы работы такой же, как у турбореактивного, с разницей в том, что практически вся энергия газа расходуется на турбине на вращение компрессора и на вращение винта через редуктор (здесь винт и редуктор находятся на одном валу с компрессором). Винт создаёт основную долю тяги. Оставшаяся, после турбины, часть энергии направляется в сопло, образуя реактивную тягу, но она мала, может составлять десятую часть от общей. Редуктор в этой схеме нужен для того, чтобы понизить обороты и передать момент, так как турбина может вращаться с очень высокой частотой, например, 10000 оборотов в минуту, а винту нужно только 1500. И винт достаточно тяжелый.


Схематичная конструкция ТВД

Но бывает и другая схема турбовинтовых двигателей: со свободной турбиной.
Её суть в том, что за обычной турбиной компрессора ставится отдельная турбина, которая механически не связана с турбиной компрессора. Такая турбина называется свободной. Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение.


Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной

Хочу отметить, что не нужно смотреть на турбовинтовые двигатели как на малоэффективный пережиток прошлого. Я несколько раз слышал такие высказывания, но они неверны.
Турбовинтовой двигатель в некоторых случаях обладает наивысшим КПД, как правило, на самолетах с не очень большими скоростями (например, на 500 км/ч), притом, самолет может быть внушительных размеров. В таком случае, турбовинтовой двигатель может быть в разы выгоднее, рассмотренного ранее, турбореактивного двигателя.

На этом про турбовинтовые двигатели можно заканчивать. Мы потихоньку подошли к понятию турбовального двигателя.

Турбовальный двигатель


Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.

Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.


Схематичная конструкция турбовального двигателя


Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал

Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.

Спасибо за внимание.

Как работает реактивный двигатель

Возможно, вы задавались вопросом, как работает реактивный двигатель, но отказались от идеи, что вы сможете понять ракетостроение. Но на самом деле это простая концепция, которая поразит человека рядом с вами на вашем следующем рейсе. Итак, мы собираемся объяснить вовлеченные процессы, чтобы каждый мог получить хорошее представление о принципах, лежащих в основе реактивных двигателей.

Реактивные двигатели, более часто используемые для самолетов, представляют собой тип газотурбинного двигателя.Теперь вы можете знать паровые турбины, где топливо сжигается для производства высокотемпературного протекающего пара, который приводит в движение турбину, а затем вращает вал, прежде чем будет выпущен из системы. Поворот этого вала является выходной мощностью, и именно это вращение приводит в движение вращающийся объект. Газовая турбина напоминает те же основные принципы, однако за работу турбины отвечает газ под давлением. В реактивных двигателях высокотемпературный газ под давлением обеспечивает вращение компрессора спереди, но, что более важно, то, что выпускается из системы, вылетает сзади с высокой скоростью, создавая так называемую тягу.

Проще говоря, реактивные двигатели имеют сердечник, который разделен на три основные части:

  • Компрессор - в передней части двигателя расположены лопасти вентилятора, некоторые вращающиеся (роторы) и некоторые статические (статоры), которые всасывают воздух в двигатель. Существует множество рядов лопастей, и, когда воздух проходит мимо каждого ряда, он становится все более герметичным и температура повышается.
  • Камера сгорания - этот сжатый воздух затем распыляется с топливом (чаще всего Jet A или Jet A-1, которые имеют керосиновый тип), а затем электрическая искра зажигает смесь топлива и воздуха в камере.Это приводит к тому, что смесь воздуха и топлива сгорает, что значительно увеличивает давление и температуру.
  • Турбины - горячий сжатый газ вытягивается из двигателя задней турбиной, которая забирает энергию из газа и вызывает падение давления и температуры. Когда давление снижается, газ течет быстрее (подумайте о том, чтобы отпустить надувной баллон). Энергия от газа, который приводит в движение заднюю турбину, обеспечивает вращение компрессора, который всасывает воздух спереди.

Высокоскоростные газы, выпускаемые через заднее сопло, вызывают тягу. Чтобы понять это, мы ссылаемся на третий закон движения Ньютона: для каждого действия существует равная и противоположная реакция. Когда газ вырывается из спины, вперед направляется равная и противоположная сила. Подумайте о том, когда вы толкаете стену бассейна, чтобы скользить в противоположном направлении; даже если сила вашего толчка направлена ​​к стене, равная и противоположная сила реакции заставляет вас двигаться в противоположном направлении.

При скорости около 400 миль в час один фунт тяги равен одной лошадиной силе, но на более высоких скоростях это соотношение увеличивается, а фунт тяги больше, чем одна лошадиная сила. На скорости менее 400 миль в час это соотношение уменьшается. Эта сила позволяет большим самолетам, таким как 747, летать со скоростью до 600 миль в час.

Существуют также различные типы реактивного двигателя, такие как турбовинтовой двигатель. Вы узнаете, является ли это турбовинтовым двигателем с помощью больших выталкивающих винтов в передней части, который отвечает за тягу, так как большая часть энергии от газа передается в компрессор задними турбинами, поэтому воздействующий газ не отвечает за тяга.

Турбовальный вал - это тип вертолетов, силовых установок и даже танка М1. Процесс аналогичен турбовинтовому двигателю, однако вместо привода гребных винтов вращающийся вал может питать различные устройства, такие как насосы, генераторы, колеса и вообще все, что вращается.

Современные большие самолеты используют турбовентилятор High-Bypass Turbofan, который похож на стандартный турбореактивный двигатель, за исключением того, что большой вентилятор спереди всасывает больше воздуха в двигатель. Однако не весь воздух проходит через компрессор и турбины, при этом большая часть воздуха фактически проходит через сердечник и проходит через каналы снаружи от сердечника (в среднем в 5 раз больше воздуха обходится, чем фактически проходит через сердечник).Они более эффективны, особенно на дозвуковых скоростях (т. Е. Ниже скорости звука, 768 миль в час), а также намного тише, при этом все еще имея способность разгоняться на более тяжелом по сравнению с тепловозом локомотиве от 0 до 200 миль в час менее чем за 60 секунд.

Двигатели

Что такое аэронавтика? | динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | какой такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Ланс | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?


NEW!
Видео "Как работает реактивный двигатель".

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов поднимается с земли с такой легкостью. Как это случилось? Ответ прост. Это двигатели.

Пусть Тереза ​​Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит больше ...

Как показано на НАСА Направление завтра.


Реактивные двигатели с огромной силой двигают самолет вперед, создаваемый огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работать по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор поднимает давление воздуха. Компрессор сделан со многими лезвиями, прикрепленными к валу. Лопасти вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый воздух тогда распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. горючие газы расширяются и выдуваются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа стреляют назад, двигатель и самолет смещаются вперед. Когда горячий воздух идет к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.

На рисунке ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторое количество воздуха быть очень горячим, а некоторые - круче. Кулер воздух затем смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

Это картина того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга это передняя сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. сэр Исаак Ньютон обнаружил, что для «каждого действия существует равное и противоположная реакция. "Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топливо, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. Мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, это выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Части реактивного двигателя

Поклонник - Вентилятор является первым компонентом в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора сделаны из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть проходит через «ядро» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» сердечник двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро ​​в задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая продвигает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор - Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает воздух, который поступает в него Постепенно меньшие площади, что приводит к увеличению давления воздуха. это приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Раздавленный воздух нагнетается в камеру сгорания.

Combustor - В камере сгорания воздух смешан с топливом, а затем загорелся. Есть 20 форсунок для распыления топлива. воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Горючее с кислородом в сжатом топливе воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто производится из керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

Турбина - Высокоэнергетический поток воздуха из камеры сгорания уходит в турбину, вызывая вращение лопастей турбины. Турбины связаны валом, чтобы вращать лопасти в компрессоре и раскрутить впускной вентилятор спереди.Это вращение отнимает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы Произведенные в камере сгорания движутся через турбину и вращают ее лопасти. Турбины реактивного двигателя вращаются вокруг тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько наборов шарикоподшипников между ними.

Насадка - Сопло является вытяжным каналом двигатель. Это часть двигателя, которая на самом деле производит тягу для самолет.Истощенный энергией воздушный поток, который прошел турбину, в дополнение к более холодный воздух, который обошел ядро ​​двигателя, создает силу при выходе из форсунка, которая движет вперед двигатель и, следовательно, самолет. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выталкивается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из сердечника двигателя с воздух с более низкой температурой, который был обойден в поклоннике.Смеситель помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель - А Краткая история ранних двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был сначала предположить, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с большой скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло в обратном направлении, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который был приведен в действие первым двигателем самолета - паровой двигатель с тремя лошадьми. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Храм года построил моноплан который пролетел короткий прыжок вниз по склону с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести в действие свой трехместный биплан с двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетели за несколько секунд.

Ранние паровые двигатели работали на подогреве угля и, как правило, слишком тяжелый для полета.

американец Сэмюэль Лэнгли сделал модель самолета которые были приведены в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно управлял Беспилотный самолет с паровым двигателем, названный Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем испарился. Затем он попытался построить полный размер самолета, Aerodrome A, с бензиновым двигателем.В 1903 году это разбился сразу же после спуска с домашнего катера.

В 1903 году братьев Райт полетел, Flyer , с 12-сильным газом двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х годов бензиновый поршневой двигатель внутреннего сгорания с пропеллером единственное средство, используемое для приведения в движение самолета.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттл впервые полетел успешно в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над аналогичным дизайном в Германии. Первый самолет успешно Использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель рейс.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Это был экспериментальный самолет XP-59A, который впервые полетел в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания для поднять температуру жидкой смеси примерно до 1100 ° F до 1300 ° F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в движение компрессор. Если турбина и компрессор работают, давление на выходе турбины будет почти вдвое больше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы произвести высокоскоростной поток газа, который создает тягу.Значительное увеличение тяги может быть достигнуто с помощью форсаже. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Дожигатель повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов в тяге при взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет в воздухе.

Турбореактивный двигатель - реактивный двигатель.В реакторе, расширяющемся газе давить сильно на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает это. Газы протекают через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинты

А турбовинтовой двигатель реактивный двигатель, прикрепленный к винтуТурбина в задняя часть поворачивается горячими газами, и это поворачивает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты приводятся в действие турбовинтовыми двигателями.

Как турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, сгорания камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель обладает большей эффективностью при скорости полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены винтами, которые имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособить более высокие скорости полета, лопасти имеют форму ятагана с опущенными передними кромками на концах лезвия. Двигатели с такими винтами называются пропфанов .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух.Большая часть воздуха проходит вокруг двигателя, что делает его тише и дает больше тяги на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров имеют питание турбовентиляторы. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий на впуск, проходит через газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха поступает в камера сгорания. Остальная часть проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно как «холодная» струя или смешивается с выхлопом газогенератора производить "горячую" струю.Целью этого типа обходной системы является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается путем увеличения общий воздушно-массовый поток и снижение скорости в пределах того же общего источника энергии.

Изображение турбовентиляторный двигатель

Турбовальные валы

Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает во многом как турбовинтовой двигатель система.Это не водить винт. Вместо этого он обеспечивает мощность для вертолета ротор. Турбовальный двигатель сконструирован таким образом, чтобы скорость вращения вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это разрешает частота вращения ротора должна быть постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы модулировать количество производимой энергии.

Изображение турбовального двигателя

Ramjets

ПВРД является Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость струи "баранов" или нагнетает воздух в двигатель. По сути это турбореактивный двигатель, в котором вращается машины были опущены. Его применение ограничено тем, что его Степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не развивает статичность тяга и очень малая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, Для ПВРД необходим некоторый вспомогательный взлет, такой как другой самолет. Он использовался в основном в ракетных системах.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение Ramjet Engine

Вернуться к началу

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | самолеты | Двигатели | история полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы Индекс сайта | Дом

,

Как работают реактивные двигатели - Defencyclopedia

ВВЕДЕНИЕ

Реактивные двигатели произвели революцию в авиаперевозках. Они позволили проектировщикам создавать самолеты, которые могли бы летать быстрее, чем летательные аппараты с бензиновым двигателем, приводимые в движение пропеллером. Реактивные двигатели были впервые изготовлены в 1930-х годах, но до 1940-х годов не вводились в эксплуатацию или в крупномасштабное производство. В основном это воздушно-реактивные двигатели, которые зависят от подачи воздуха для приведения самолета в движение. Во время Второй мировой войны Германия была единственной страной, которая имела реактивный самолет.Но вскоре после окончания войны другие европейские страны, американцы и русские овладели этой технологией и широко применили реактивные двигатели для своих самолетов. Их использование быстро распространилось, и в реактивном двигателе было сделано много улучшений, которые сделали его экономичным и доступным для использования на гражданских самолетах в больших масштабах. В настоящее время почти каждый самолет в мире приводится в действие турбореактивным, турбовентиляторным или турбовинтовым двигателем. Эти двигатели сделали воздушное путешествие более быстрым и экономичным, чем когда-либо прежде.Существует несколько других типов реактивных двигателей, таких как прямоточные, скрамджетные и т. Д. В этой статье я дам краткое, но подробное объяснение того, как эти реактивные двигатели работают с инженерной точки зрения.

ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП

Все реактивные двигатели работают по одному и тому же принципу, создавая тягу для продвижения самолета вперед. Все реактивные двигатели имеют воздухозаборник, через который поступает воздух. Этот воздух сгорает в камере сгорания вместе с топливом, а горячий выхлопной газ выходит из сопла, образуя реактивную тягу.Фактическая работа этих двигателей включает в себя дополнительные компоненты и этапы, которые будут объяснены ниже.

турбореактивный двигатель

Ступени турбореактивного двигателя. Изображение Викимедиа.

Это один из старейших типов реактивных двигателей из существующих, и он оборудован самыми ранними реактивными истребителями. Это очень эффективно при скорости полета выше 800 км / час. Его работа зависит от следующих этапов.

Диффузор: Это первая ступень двигателя.Здесь атмосферный воздух поступает со скоростью, равной скорости летательного аппарата, и он замедляется в диффузоре.

Компрессор: Воздух, выходящий из диффузора, имеет незначительную скорость и поступает в компрессор. Здесь воздух сжимается до высокого давления с помощью осевого компрессора.

Камера сгорания: После сжатия воздух поступает в камеру сгорания, где на нее распыляется топливо и происходит сгорание.

Турбина: Продукты камеры сгорания находятся под высоким давлением и температурой.Они приводят в движение лопасти турбины, которые, в свою очередь, приводят в действие компрессор и тем самым позволяют ему всасывать больше воздуха. Турбина также соединена с генератором на самолете для производства электроэнергии.

Выходное сопло: Газы, выходящие из турбины, расширяются и покидают сопло с высокой скоростью. Это создает необходимую тягу и приводит в движение самолет в соответствии с третьим законом Ньютона.

Дожигатель (опция): Этот компонент присутствует только на военных самолетах.Он в основном впрыскивает топливо в выхлопные газы, выходящие из турбины, и в результате сгорания возникает дополнительная тяга за счет увеличения скорости и температуры выхлопа. Эта дополнительная тяга очень полезна, когда самолет взлетает или летит на сверхзвуковых скоростях. Дожигатель используется только на короткое время (2-3 минуты), так как он потребляет очень большое количество топлива, а повышенная температура выхлопных газов может повредить форсунку, если она будет использоваться в течение более длительного времени.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Турбореактивные двигатели широко использовались в военных и гражданских самолетах с конца 1940-х до 1970-х годов.Затем их постепенно заменили турбовентиляторы, которые были более экономичными. Турбореактивные двигатели продолжают использоваться по сей день, но очень редки.

У бомбардировщика B-52 было 8 турбореактивных двигателей, которые теперь были заменены турбовентиляторами Tomcat F-14 с его двигателями на полном форсаже во время взлета

ТУРБОФАНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Ступени турбовентиляторного двигателя.Изображение Викимедиа.

Турбовентилятор почти идентичен турбореактивному двигателю и состоит только из одной дополнительной ступени - вентилятора.

  • Этот вентилятор установлен перед диффузором и подключен к тому же валу, который приводит в движение турбореактивный двигатель компрессора и турбины.
  • Вентилятор с более высокой скоростью всасывает воздух в ступень турбореактивного двигателя, а также обеспечивает дополнительную тягу байпаса, поскольку часть воздуха, всасываемого вентилятором, выходит из двигателей снаружи ступени турбореактивного двигателя и дополняет реактивную тягу, выходящую из сопел турбореактивный.
  • Поскольку турбовентилятор в основном представляет собой турбореактивный двигатель с вентилятором для создания обводной тяги, его также называют обводным турбореактивным двигателем.
  • Эти двигатели высокоэффективны на средних и высоких скоростях. Следовательно, они почти полностью заменили турбореактивные двигатели в гражданских и военных применениях. Турбофаны также заменили турбовинтовые в некоторых военных самолетах.
Турбовентиляторный двигатель на Airbus A380

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Почти все современные истребители используют турбореактивные двигатели большой мощности с форсажными камерами.Крылатые ракеты и беспилотники также используют турбовентиляторы. Большинство коммерческих авиалайнеров перешли на самолеты с турбореактивным двигателем.

GE-90-115B Самый большой в мире турбовентиляторный двигатель

TURBOPROP ENGINE

Ступени турбовинтового двигателя. Изображение Викимедиа.

Основной причиной разработки турбовинтового двигателя была неэффективность турбореактивных двигателей при скорости полета ниже 800 км / ч. Турбовинтовой двигатель очень эффективен даже на низких скоростях полета.

  • Он состоит в основном из зубчатого винта, соединенного с турбореактивным двигателем.Следовательно, принцип работы остается почти одинаковым. Дополнительные этапы будут объяснены здесь.
  • Турбина в турбовинтовом двигателе больше турбины. Это связано с тем, что турбина на турбовинтовом двигателе должна приводить в движение пропеллер в дополнение к компрессору и вспомогательным системам, таким как генераторы, тогда как турбина на турбореактивном двигателе должна приводить в движение только компрессор и вспомогательные устройства.
  • 80-90% полезной мощности турбины потребляется винтом, а оставшаяся остается для создания реактивной тяги.Пропеллер создает тягу, изменяя скорость движения воздуха вокруг него.
  • Вращение гребного винта вызывает снижение давления перед ним (выше по потоку). Воздух в этой области ускоряется в направлении пропеллера и течет по нему, и давление увеличивается.
  • Таким образом, воздух за пропеллером (ниже по потоку) имеет более высокую скорость и составляет тягу. Эта тяга сочетается с небольшим количеством реактивной тяги, выходящей из сопла, и продвигает самолет вперед.

Тяга, создаваемая турбовинтовым двигателем при более низких скоростях полета, значительно выше, чем у турбореактивных двигателей. Следовательно, они находят широкое применение в самолетах малого и среднего размера, таких как гражданские и военные транспорты, которые обычно летают со скоростью 400-600 км / ч.

Airbus A400M является одним из самых больших самолетов с турбовинтовыми двигателями.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Самым известным самолетом с турбовинтовым двигателем является транспортер C-130. Самым быстрым турбовинтовым самолетом является российский Ту-95, который оснащен четырьмя турбовинтами с противоположным вращением, вращающимися со сверхзвуковыми скоростями, которые позволяют самолету лететь со скоростью около 1000 км / ч., что почти неслыханно для самолета с турбовинтовым двигателем.

В настоящее время многие военные транспорты используют турбовинтовые двигатели из-за большой тяги, создаваемой на низких скоростях. Небольшие гражданские самолеты, которые экономичны, также используют турбовинтовые самолеты. Интересно, что турбовинтовые самолеты находят применение и на судах на воздушной подушке.

Ту-95 - самый быстрый турбовинтовой самолет. Каждый двигатель имеет 2 комплекта винтов с обратным вращением.

ДВИГАТЕЛЬ ТУРБОШАФТА

Ступени турбовального двигателя.Изображение Викимедиа.

Этот двигатель используется для питания каждого вертолета в мире. Принцип работы такой же, как у турбореактивного двигателя, но выхлопные газы не используются для движения вперед вертолета.

  • Сжатый воздух сжигается в камере сгорания и используется для привода турбины. Выхлопные газы выходят с боков и диффундируют в атмосферу и обеспечивают незначительную тягу.
  • Турбина вращает центральный вал как обычно, который, в свою очередь, вращает компрессор.Но вал вытянут в противоположном направлении и называется силовым валом.
  • Вращение лопастей турбины вращает и этот вал. Приводной вал соединен с валом лопасти несущего винта с помощью редуктора.
  • Таким образом роторы вертолета вращаются
Рисунок, показывающий соединение между приводным валом и валом ротора с помощью зубчатых колес © Deargruadher Двигатели с турбовальным валом на CH-47 Chinook

RAMJET ENGINE

Ступени прямоточного двигателя.Изображение Викимедиа.

ПВРД используется, когда вам нужно достичь сверхзвуковой скорости в диапазоне, в 2-4 раза превышающем скорость звука. Это самый простой воздушно-реактивный двигатель из существующих, поскольку он не имеет движущихся частей, таких как компрессоры или турбины.

  • Он состоит из диффузора, который сжимает воздух по принципу «поршневого сжатия». Сжатие поршня - это тип сжатия, при котором кинетическая энергия входящего воздуха преобразуется в энергию давления с помощью диффузора, сжимая его.
  • Воздух, который поступает со сверхзвуковыми скоростями, понижается до дозвуковых скоростей перед входом в камеру сгорания. Здесь топливо распыляется и сжигается аналогично турбореактивным двигателям.
  • Но у горячего выхлопа нет турбины, и весь выхлоп выходит из сопла в виде реактивной тяги.
  • Интересно то, что этот двигатель не может быть запущен с нулевой скорости, и он должен двигаться на высокой скорости, чтобы начать работать, поэтому его часто присоединяют к турбореактивному двигателю или ракетному ускорителю, чтобы двигать его до требуемых скоростей.
  • Ракета-носитель на твердом топливе является наиболее распространенным приспособлением для ракет с прямоточным двигателем. Турбореактивный двигатель, прикрепленный к ПВРД, называется турбореактивным и используется в военных самолетах.
  • Ракета BrahMos
. Обратите внимание на конические диффузоры в носу для сжатия воздуха на входе.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Этот двигатель ограничен только для военных применений и почти исключительно используется на ракетах. Популярными современными ракетами, использующими прямоточный двигатель, являются BrahMos и Meteor.

РАБОЧИЙ ДВИГАТЕЛЬ

Этапы реактивного двигателя.Изображение Викимедиа.

Scramjet - это сверхзвуковой двигатель Ramjet сгорания, названный так потому, что это в основном прямоточный двигатель, в котором сгорание воздуха происходит со сверхзвуковой, а не дозвуковой скоростью. Его работа похожа на ПВРД. Ракета или летательный аппарат с реактивным двигателем должен быть ускорен до 4-х кратной скорости звука внешним источником, таким как ракетный двигатель, прежде чем реактивный самолет сможет начать работать.

В настоящее время такие страны, как США, Россия и Индия, работают над ракетами с реактивным двигателем, которые могут двигаться со скоростью, в 6 раз превышающей скорость звука.Теоретически, струйный двигатель может достигать скорости, в 12 раз превышающей скорость звука.

Wave -райдер X-51 является демонстрационным транспортным средством.

РАЗНЫЕ ФАКТЫ

Mach Diamonds

алмазов Маха образуются, когда давление газов, выходящих из сопла, отличается от давления окружающего воздуха.

  • Когда самолет находится близко к земле и атмосферное давление очень высокое, выхлопные газы, выходящие из сопла двигателя, находятся под более низким давлением, чем окружающий воздух.
  • Воздух высокого давления вдавливает газ со всех сторон и сжимает его.
  • Алмазы представляют собой серию ударных волн, расширений и сжатий выхлопных газов, которые продолжаются до тех пор, пока давление выхлопных газов не станет равным давлению окружающей атмосферы.
  • Когда выхлопной газ сжимается, светящиеся алмазы, образующиеся в ударных волнах, являются результатом избыточного топлива, воспламеняемого форсажной камерой.
  • Топливо задерживается в ударных волнах сжатия и расширения и, следовательно, при его воспламенении оно выглядит как цепочка светящихся шаров.
SR-71 Blackbird с бриллиантами маха, сформированными при взлете бриллианты Маха, сформированные в лабораторных условиях. Фото: Швейцарская силовая лаборатория

Тяговый вектор

Векторизация тяги - это метод управления тягой двигателя летательного аппарата для достижения дополнительного управления направлением или высотой.

Он в основном направляет тягу в требуемом направлении, чтобы самолет мог двигаться в противоположном направлении. Такая система может позволить самолету поворачиваться в очень коротком радиусе и придавать превосходную маневренность.Причина, по которой самолеты семейства Су-30 пользуются большой популярностью на авиашоу из-за их сопел с вектором тяги, что позволяет им выполнять очень сложные маневры.

«Харриер» был первым в мире боевым истребителем с вектором тяги. Сопло с вектором тяги на Су-35С. Су-35 демонстрирует свои навыки работы с ТВ

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа реактивных двигателей кажется достаточно простой, и они насчитывают около 70 лет, но лишь немногие страны способны успешно разрабатывать реактивные двигатели и производить их.Страны, которые могут производить истребители высшего качества, также должны импортировать двигатели из таких стран, как США и Россия. Почему это так?

Это потому, что реактивные двигатели просты для понимания, но невероятно сложны для проектирования и сборки. Это сердце каждого созданного человеком летающего объекта. Самолет может летать без навигационных систем или радаров, но это даже не будет самолет без двигателя. Лопатки турбины реактивного двигателя функционируют при температуре свыше 1000 ° C в течение сотен часов в течение всего срока службы.Это должно быть сделано с идеальным составом металлов, чтобы не вызывать усталость или ползучесть при связанной температуре и физических напряжениях. Одна ошибка приведет к падению самолета.

В настоящее время американские и европейские реактивные двигатели имеют самый высокий показатель надежности, за ними следуют российские двигатели. Китай разработал свои собственные двигатели, но не решается использовать их в больших масштабах и все еще импортирует из России, поскольку они не уверены в его надежности и производительности. Индия попробовала свои силы в разработке реактивного двигателя, но вскоре отказалась от проекта, поскольку он не соответствовал требуемым параметрам производительности даже после нескольких лет испытаний.

В будущем мы увидим, что турбовентиляторы станут более эффективными, ракетные реактивные двигатели и ракетные двигатели станут более популярными, и могут появиться новые типы двигателей. Но в настоящее время турбовентилятор является королем, а турбовинтовой - королевой для продвижения самолета вперед, а турбовалы правят миром вертолетов.

Если вам понравилось читать эту статью, оцените ее ниже.

Вам также может понравиться

объяснил - как работает технология Stealth
объяснил - как работают крылатые ракеты

Нравится:

Нравится Загрузка...

Похожие


Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.