Принцип работы турбореактивного двигателя самолета: как устроен авиационный ТРД

История развития авиадвигателей

Первый самолет, на котором летали братья Райт, имел 4-цилиндровый двигатель. Конечно, это гораздо более простая конструкция, чем те, которые используются в настоящее время. И, как говорят специалисты, без эволюции авиадвигателя развитие авиационной промышленности вообще было бы невозможно: первые примитивные двигатели просто не потянули бы огромные и мощные машины, которые летают сегодня.

Первый авиационный двигатель был создан Джоном Стрингфеллоу; он считается изобретателем специальной паровой машины, предназначенной для беспилотной модели. Но, как показала практика, для авиации паровые машины не годились, они оказывались чрезмерно тяжелыми.

Начиная с 1903 года, как назвали его специалисты и аналитики, началась настоящая война двигателей. Чарльз Тейлор поставил двигатель на обшивку братьев Райт, так называемую рядную компоновку: в ней цилиндры расположены друг за другом. Вот аналогия с простой машиной.

Однако почти сразу же был создан другой двигатель — звездообразный с радиальным расположением цилиндров. Такие варианты широко использовались вплоть до появления реактивных двигателей.

Цилиндры в ряд не давали двигателю той мощности, которая требовалась самолету. В 1906 году появился двигатель, в котором цилиндры располагались под прямым углом друг к другу. Также эта версия двигателя имела впрыск. Кроме того, отрасль развита, прием ведется достаточно активно. В результате в авиационной промышленности появились современные и мощные двигатели.

Конструкция

Устройство авиационного двигателя достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 градусов и более. Поэтому все детали, из которых состоит двигатель, изготовлены из материалов, устойчивых к высоким температурам и огню. Из-за сложности устройства о ТРД существует целая область науки.

ТРД состоит из нескольких основных элементов:

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

Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух поступает в агрегат снаружи. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха к турбине. Они сделаны из титана. Кроме основной функции (подсоса воздуха) вентилятор решает еще одну важную задачу — он служит для нагнетания воздуха между элементами ТРД и его кожухом. Благодаря такой прокачке система охлаждается и предотвращается разрушение камеры сгорания.

Мощный компрессор расположен рядом с вентилятором. С его помощью воздух попадает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере воздух смешивается с топливом. Образовавшаяся смесь воспламеняется. После воспламенения происходит нагрев смеси и всех прилегающих элементов установки. Камера сгорания обычно изготавливается из керамики. Это связано с тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика отличается устойчивостью к высоким температурам. После воспламенения смесь поступает в турбину.

Вид на двигатель самолета снаружи

Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. Поток смеси давит на лопатки, приводя турбину в движение. Благодаря этому вращению турбина вращает вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которой для работы двигателя требуется только подача воздуха и наличие топлива.

Далее смесь поступает в сопло. Это заключительный этап первого цикла двигателя. Здесь формируется струйное течение. Так работает двигатель самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение слишком горячей смесью. Поток холодного воздуха предотвращает расплавление манжеты сопла.

На авиационные двигатели могут устанавливаться различные сопла. Самыми совершенными считаются мобильные. Подвижное сопло может расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струи. Самолеты с такими двигателями отличаются отличной маневренностью.

Виды двигателей

Авиадвигатели бывают нескольких типов:

• классический;
• турбовинтовой;
• турбовентиляторный;
• напрямую

Классические установки работают по описанному выше принципу. Такие двигатели устанавливаются на самолеты различных модификаций. Турбовинтовые двигатели работают несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Этот тип установки использует большую часть энергии горячей смеси для привода гребного винта через редуктор. В такой установке вместо одной турбины 2. Один из них приводит в движение компрессор, а второй — винт. В отличие от классических ТРД винтовые установки дешевле. Но они не позволяют самолетам развивать большие скорости. Их устанавливают на тихоходных самолетах.

ТРДД представляют собой комбинированные агрегаты, сочетающие в себе элементы ТРД и ТРД. Отличаются от классики большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и пропеллер работают на дозвуковых скоростях. Скорость движения воздуха снижена за счет наличия специального обтекателя, в котором размещен вентилятор. Такие двигатели расходуют топливо более экономно, чем классические. Кроме того, они отличаются повышенной эффективностью. Чаще всего их устанавливают на океанские лайнеры и самолеты большой вместимости.

Размер двигателя самолета относительно роста человека

Дыхательные системы с прямым потоком воздуха не предполагают использование движущихся частей. Воздух всасывается естественным образом благодаря обтекателю, установленному на воздухозаборнике. После впуска воздуха двигатель работает аналогично классическому.

Некоторые самолеты летают с турбовинтовыми двигателями, которые намного проще турбореактивных двигателей. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят по мощности винтовые двигатели. Они в десять раз мощнее. Следовательно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Это дает возможность поднимать в воздух большие самолеты и летать на большой скорости.

Двигатели, работающие на топливе

Общество сразу оценило преимущества использования простейших двигателей, и в последующие годы многие ученые работали над созданием моделей, не зависящих ни от природно-климатических условий, ни от истощения животного, выступавшего источником энергии.

Гюйгенс ван Зейлихем

Наибольших успехов в этой области добился голландский физик Христиан Гюйгенс ван Цейлихем, который в 1687 г первым предложил использовать порох в качестве источника энергии. По замыслу в двигателе создавалась камера внутреннего сгорания, в которой сгорал бы порох, а энергия, выделяющаяся в результате сгорания, преобразовывалась бы в силу, приводящую в движение определенный элемент. Порох был первым прототипом современного топлива.

Примечательно, что идея была позаимствована у артиллеристов, глядя на которых, Гюйгенс отмечал, что после выстрела орудия отскакивали в сторону, противоположную выстрелу.

Разработки голландца, а также ряда других выдающихся ученых значительно облегчили создание двигателей на топливе, которыми мы пользуемся до сих пор. На смену пороху пришли бензин и дизель, которые имеют разные физические свойства и температуры горения, необходимые для выделения энергии.

Явление отдачи

С течением времени наука не стояла на месте. На смену более простым механическим двигателям пришли паровые, топливные и электрические двигатели.

Но научные исследования и разработки на этом не остановились. Как всегда на помощь пришла природа, которая, в большинстве случаев, подталкивает изобретателей к удивительным открытиям.

Наблюдения за морскими обитателями, такими как осьминоги, кальмары и каракатицы, привели к неожиданным результатам. Манера передвижения этих морских обитателей была похожа на кратковременный толчок. Как будто тело оттолкнулось от чего-то и двинулось вперед.

Эти наблюдения были чем-то похожи на комментарии Хьюгенса по поводу выстрела и пушки, о которых мы упоминали ранее.

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

Движение тел происходит за счет передачи количества движения от одного тела к другому. Для пояснения явления приведем простейший пример: вы решили толкнуть своего друга в плечо, вы приложили некую силу, в результате которой он сдвинулся, но вы также испытали силу, которая толкнула вас в противоположную сторону.

Конечно, как далеко вы с другом продвинетесь, будет зависеть от ряда факторов: сколько вы весите, как сильно вы его толкали.

Реактивный двигатель и принцип его работы

Поэтому мы постепенно подходим к рассмотрению самого распространенного в авиастроении и ракетостроении типа двигателя — реактивного двигателя.

Каждый из нас способен воочию наблюдать явление реактивной реакции. Все, что вам нужно сделать, это надуть воздушный шар и отпустить его. Все знают, что будет дальше: из шара вырвется поток воздуха, который сдвинет корпус шара в противоположную сторону.

Конечно, это очень похоже на то, как кальмар, сокращая свои мышцы, создает поток воды, толкающий его в противоположном направлении.

Описанные выше наблюдения получили точные научные объяснения, нашли отражение в физических законах:

• закон сохранения импульса;
• третий закон Ньютона.

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

Принцип работы достаточно прост, но устройство такого двигателя достаточно сложное и требует точных расчетов.

Устройство реактивного двигателя

Реактивный двигатель состоит из следующих основных элементов:

• компрессор, подсасывающий воздух в двигатель;
• камера внутреннего сгорания, где топливо смешивается с воздухом, происходит его сгорание;
• турбина – придает дополнительное ускорение потоку тепловой энергии, полученной в результате сгорания топлива и воздуха;
• сопло, важнейший элемент, преобразующий внутреннюю энергию в «движущую силу» — кинетическую энергию.

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

Компрессор

В компрессоре несколько турбин, с помощью которых всасывается и сжимается воздух. Когда воздух сжимается, его давление и температура начинают увеличиваться.

Камера горения

После этого воздух проходит через турбину и сжимает его до необходимого размера. Часть сжатого воздуха поступает в камеру сгорания, где воздух начинает смешиваться с топливом, после чего оно воспламеняется. Это увеличивает тепловую энергию воздуха. Затем смесь покидает камеру с высокой скоростью и расширяется.

Турбина

После выхода эта смесь снова поступает в турбину, с помощью высокой энергии газа лопатки турбины начинают свое вращение. Турбина тесно связана с компрессором, расположенным в начале двигателя. Благодаря этому турбина начинает свою работу. Остальной воздух проходит через выхлоп. К моменту выхода смеси температура достигает рекордных значений. Но она продолжает повышать температуру с эффектом удушения. После того, как температура воздуха достигает своего пика, он начинает снижаться и выходит из турбины.

Реактивные двигатели в самолете

Накануне мировой войны ученые ведущих стран усердно работали над созданием реактивных самолетов, которые позволили бы их странам безоговорочно диктовать свои условия на воздушном фронте.

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

В то же время Японии и Великобритании удалось создать собственные самолеты с реактивными двигателями. Но это были лишь прототипы, которые так и не пошли в серийное производство.

Первым серийным реактивным самолетом стал немецкий «Мессершмит», который, однако, не позволил нацистской коалиции взять на себя инициативу в развязанной ею войне.

Мессершмитт Ме-262 Швальбе/Штурмфогель

В гражданской авиации реактивные самолеты появились только в 1952 году в Великобритании.

С тех пор и по сегодняшний день реактивные двигатели были основными двигателями, используемыми в самолетостроении. Именно благодаря им современные океанские лайнеры развивают скорость до 800 километров в час.

Реактивные двигатели в космосе

После господства в небе человечество поставило перед собой задачу покорить космос.

Как вы уже поняли, реактивный двигатель был самым мощным двигателем, способным поднять ракету на высоту во многие тысячи километров.

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

Ракета имеет резервуар с кислородом, который смешивается с топливом и обеспечивает необходимую тягу для выхода ракеты из атмосферы Земли.

Далее вступает в действие закон сохранения количества движения: масса ракеты постепенно уменьшается, сгоревшая смесь топлива и кислорода выбрасывается через сопло в одном направлении, а корпус ракеты движется в противоположном направлении.

Турбореактивный двигатель (ТРД)

ТРД стал самым распространенным воздушно-реактивным двигателем в авиации. На его основе создано целое семейство двигателей, объединенных под общим названием газотурбинные двигатели. ТРД используют керосин в топливных баках в качестве топлива и кислород из воздуха в качестве окислителя.

Поток воздуха, поступающий в двигатель, тормозится на входе (1), в результате чего давление воздуха перед осевым компрессором (2) увеличивается. Ротор (вращающаяся часть) объединяет ряд рабочих колес компрессора (3), представляющих собой диски с прикрепленными к ним лопастями рабочего колеса.

Сжатый воздух от компрессора поступает в камеру сгорания (7). Примерно 25-35 % всего потока воздуха направляется непосредственно в жаровые трубы, где происходит основной процесс горения керосина, поступающего в распыленное состояние через форсунки (5).

Другая часть воздуха циркулирует по наружным поверхностям жаровых труб, а на выходе из камеры сгорания смешивается с продуктами сгорания для их охлаждения, что позволяет поддерживать температуру газовоздушной смеси в камеры сгорания до уровня, определяемого допустимой теплостойкостью стенок камеры сгорания, рабочих лопаток (8) и лопаток спрямляющего аппарата турбины (9).

Часть механической мощности отбирается от вала (6) для привода моторных агрегатов и привода электрогенераторов, обеспечивающих питание различных бортовых систем. Основная часть энергии продуктов сгорания расходуется на ускорение газового потока в выходном устройстве ТРД — реактивном сопле (10), то есть на создание реактивной тяги.

Начальное вращение вала (5) осуществляется стартером, срабатывающим при пуске двигателя от электроустановки на суше или на борту; при последующей работе двигателя вращение вала поддерживается вращением ротора турбины.

Устройство

РД организован следующим образом:

— компрессор;

— камера сгорания;

— турбины;

— Вытяжная система.

Компрессор состоит из нескольких турбин. Его работа заключается в том, чтобы всасывать и сжимать воздух, проходящий через лопасти. Процесс сжатия увеличивает температуру и давление воздуха.

Смесь покидает камеру сгорания с большой скоростью, а затем расширяется. Затем он продолжается через турбину, лопасти которой вращаются под действием газов. Эта турбина, соединенная с компрессором, расположенным в передней части агрегата, приводит его в движение. Нагретый до высоких температур воздух выходит через выхлопную систему.

Виды турбореактивных двигателей в авиации

Турбореактивные установки сейчас применяются во многих областях техники, сохраняя единый принцип действия. Различия типов ТРД основаны на использовании кинетической энергии газа, остающейся после прохождения турбинных колес. Его можно использовать непосредственно, то есть как реактивную струю, а можно направить на несколько турбинных колес, только другие валы уже вращаются. С каждым таким колесом газовая струя будет терять энергию, и дальнейшее использование ее реактивных качеств будет уже не оправдано, но оказалось, что большие самолеты лучше летать не из-за прямой струи газа из камеры сгорания, а из-за большого пропеллера, или из-за вентилятора большого диаметра.

Такое обособленное использование газовой струи ввело в обиход двигателестроителей такое понятие, как «байпас» ТРД. Контур — это путь для воздушной струи через двигатель, соответственно один контур — это всегда основная газовая турбина, а второй контур — вентилятор большого диаметра, создающий гораздо более массивный воздушный поток. Если объем одного контура превышает объем другого, речь идет о большой или малой степени шунтирования.

Турбовинтовой двигатель

Начнем с двигателей с наибольшей степенью двухконтурности (это условное выражение, так как эти двигатели обычно не называют двухконтурными): турбореактивные турбовинтовые двигатели.

Спереди газовая турбина, там компрессор низкого и высокого давления, и воздухозаборник, хоть и не прямой, а также камера сгорания и турбина отбора мощности, так сказать да, чуть не забыл про мундштук . Хотя смысла с его стороны в этом двигателе нет. Газовая струя после камеры сгорания расходует 5% своей энергии на вращение компрессоров и 90% на вращение турбинного колеса, закрепленного на карданном валу через редуктор Планетарные передачи для увеличения мощности при замедлении. Таким образом, реактивная струя раскручивает массивный винт, который на самом деле очень большой. О таких винтах поршневые самолеты и мечтать не могли.

Сейчас большая авиация уже отказалась от таких двигателей в пользу ТРДД, однако и в малой авиации турбовинтовые двигатели не теряют популярности. Даже на небольшие самолеты можно устанавливать турбовинтовые двигатели, так как они намного надежнее поршневых двигателей внутреннего сгорания, однако производство ТРД всегда дороже, так как там важна точность обработки материалов и их качество, потому что вам приходится работать при высоких давлениях, скоростях и температурах.

Турбовентиляторный двигатель

Здесь можно пройтись по степеням деривации, пропорции которых не найти ни в одном мире. В свое время инженеры заметили, что вентилятор, состоящий из большого количества лопастей (типа большого турбореактивного компрессора), может создать более быстрый и стабильный поток воздуха, чем пропеллер, но это еще не все прелести. Многие из нас, выходцев из СССР, наверняка помнят, что происходило, когда где-то в небе летел самолет. Какой бы ни была его высота, несмотря на 11 км, рев реактивных двигателей или пропеллеров всегда слышен близко к земле. Жизнь возле аэропортов вообще была кошмаром, с трясущимися стенами. Но теперь все в прошлом. Разве что военные учения с вашими турбовинтовыми бомбардировщиками напоминают о давно минувших днях в авиации.

Так что ТРДД дал нам тишину. Их гигантские размеры и высокая мощность не требуют больших скоростей, поэтому они не производят много шума.

Как видно из схемы, основное отличие от турбовинтового двигателя в том, что реактивная мощность берется на вращение вентилятора, а не винта. ТРДД создает движущую реактивную струю на 70% за счет вентилятора, из сопла выходит 30% газов.

Турбовальные и иные виды ТРД

Думаю, мне удалось продемонстрировать взаимосвязь всех типов ТРД между собой, и нет смысла рассматривать огромное количество применений этого революционного изобретения. Скажем, не только самолеты используют реактивную тягу, но и вертолеты.

В вертолетах ТРД установлен таким образом, что газовые струи, выходящие из сопла, направлены назад. Это помогает снизить расход топлива и скорость движения вперед. Но основной потребитель энергии, через вал и редуктор реактивной турбины, установлен перпендикулярно турбодвигателю, на крыше. В принципе через редуктор можно передать вращательное движение вала где угодно и как угодно. Эти турбореактивные двигатели называются турбовальными.

Турбовинтовой авиационный двигатель также является разновидностью турбовального двигателя

Принцип работы турбореактивного двигателя

В отличие от реактивного двигателя, востребованного практически во всех самолетах, ТРД больше подходит для пассажирских самолетов. Так как для работы реактивного двигателя требуется не только горючее, но и окислитель.

Благодаря своей структуре комбюрант поступает с топливом из бака. А в случае с ТРД он окисляется, он поступает прямо из атмосферы. А в остальном их работы полностью идентичны и не отличаются друг от друга.

В ТРД основной деталью является лопатка турбины, так как от ее исправного функционирования напрямую зависит мощность двигателя. Благодаря этим лопастям создается необходимая тяга для поддержания скорости самолета. Если сравнить лопату с двигателем автомобиля, то она может питать до десяти автомобилей.

Лопасти установлены за камерой сгорания, так как там нагнетается самое высокое давление, а температура воздуха в этой части двигателя может достигать до 1400 градусов Цельсия.

В целях повышения прочности и устойчивости лопастей к различным факторам их делают монокристаллическими, благодаря чему они выдерживают высокие температуры и давления. Перед установкой такого двигателя на самолет его испытывают на форсированном тяговом усилителе. Кроме того, двигатель должен получить сертификат Европейского совета по безопасности.

Турбонаддув

Турбонаддув – это система, которая позволяет увеличить максимальную мощность двигателя, используя энергию выхлопных газов.

Первые турбины хоть и давали весьма ощутимый прирост мощности, но за счет своего объема во много раз увеличивали и без того довольно большой вес автомобильных двигателей тех лет.

Дизайнеры со временем совершенствовали технологии, делая элементы системы легче и повышая производительность. Но одним из существенных недостатков стал повышенный расход топлива.

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

Еще одним несомненным преимуществом дизельного топлива является то, что его выхлопные газы имеют более низкую температуру, чем бензин, поэтому основные узлы системы турбонаддува можно было бы изготавливать из менее тяжелых и жаропрочных материалов.

Турбина

Турбина способна развивать скорость до 20 тысяч оборотов в минуту, но винт не сможет с ней сравниться, поэтому есть редуктор. Редукторы могут быть разными, но основная их задача — снизить скорость и увеличить крутящий момент.

Для увеличения тяги иногда ставят турбовинтовой двигатель с двумя винтами. При этом они реализуют принцип работы за счет вращения в противоположные стороны, но с помощью редуктора.

Преимущества турбовинтового двигателя:

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

Турбокомпрессор

Принцип работы турбокомпрессора следующий:

• при попадании топливовоздушной смеси в двигатель она сгорает и затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена ​​крыльчатка, жестко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной во впускном коллекторе;
• поток выхлопных газов, выходящих из двигателя, вращает крыльчатку, расположенную в выпускном коллекторе, которая, в свою очередь, приводит в движение крыльчатку, установленную во впуске;
• в двигатель поступает больше воздушной массы, в него подается больше топлива.

Преимущества и недостатки турбонаддува

Турбокомпрессор используется из-за его простой конструкции и хорошей производительности. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя.

Двигатель с турбонаддувом имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как в двигателе образуются дополнительные выхлопные газы. Горючее топливо имеет меньше отходов.

Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

Некоторые двигатели имеют два турбокомпрессора разного размера. Небольшой турбокомпрессор вращается быстрее, уменьшая отставание в ускорении, а большой турбокомпрессор обеспечивает больший наддув при высоких оборотах двигателя.

Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха — это аксессуар, который выглядит как радиатор, только воздух поступает в охладитель и выходит из него.

Охладитель увеличивает мощность двигателя за счет охлаждения сжатого воздуха от компрессора перед подачей в двигатель.

Турбокомпрессоры также имеют преимущество на больших высотах, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на больших высотах, поскольку при каждом ходе поршня масса подаваемого воздуха будет меньше. Мощность турбированного двигателя тоже уменьшится, но менее заметно, потому что разреженный воздух легче сжимать.

Атомный двигатель

В годы холодной войны в мире были попытки создать атомный двигатель на базе ТРД. Основная идея ученых заключалась в том, чтобы создать двигатель, основанный не на химической реакции радиоактивных веществ, а на тепле, выделяемом ядерным реактором. Он должен был стоять на месте камеры сгорания.

По идее, воздух должен был проходить через рабочую зону реактора, поэтому реактор должен был охлаждаться и, наоборот, повышать температуру воздуха. После лба воздух должен был расшириться и выйти через сопла (выхлоп), в этом месте скорость воздуха должна была превышать скорость самолета.

В Советском Союзе были попытки испытать подобный двигатель, и разрабатывали этот двигатель ученые из Соединенных Штатов Америки, и их работа практически приближалась к испытаниям двигателей на реальном самолете.

Но по разным причинам было принято решение закрыть разработку этого двигателя. Так как у двигателя было много недостатков, а именно:

• Пилоты подвергались постоянному радиационному облучению на протяжении всего полета.
• Вместе с воздухом через сопла в атмосферу выбрасывались и частицы радиоактивного элемента.
• В случае крушения самолета была очень большая вероятность взрыва радиоактивного реактора, подразумевающего радиоактивное отравление на достаточно большой территории.

Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор конструкция авиадвигателей совершенствовалась, появилось несколько типов, но принцип работы всех их примерно одинаков. Чтобы понять, почему самолет с такой большой массой может так легко взлететь, нужно понять, как работает авиационный двигатель. Турбореактивный двигатель приводит в движение самолет, использующий реактивную тягу. В свою очередь, реактивная тяга – это сила отдачи вылетающей из сопла газовой струи. То есть получается, что ТРД толкает самолет и всех людей в салоне с помощью струи газа. Струйная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом приводит самолет в движение.

Принцип работы газовых турбин

Газовую турбину принято называть разновидностью теплового двигателя, ее рабочие части предопределены только одной задачей — вращаться за счет действия газовой струи.

История создания газовой турбины

Интересно, что инженеры давно занимаются разработкой турбинных механизмов. Первая примитивная паровая турбина была создана в I веке нашей эры.

Турбины стали активно разрабатываться в конце XIX века одновременно с развитием термодинамики, машиностроения и металлургии.

Технические характеристики газовой турбины

Основная часть турбины представлена ​​колесом, на котором закреплены наборы лопаток. Газ, воздействуя на лопасти газовой турбины, заставляет их двигаться и вращать колесо. Колесо жестко закреплено на оси.

Это ротор турбины. В результате этого движения получается механическая энергия, которая передается на электрогенератор, гребной винт корабля, гребной винт самолета и другие рабочие механизмы аналогичного принципа действия.

Активные и реактивные турбины

Активная турбина характеризуется тем, что на лопатки ротора идет большая скорость потока газа. С помощью изогнутой лопатки газовая струя отклоняется от своего пути. В результате прогиба развивается большая центробежная сила.

В реактивной турбине подача газа на рабочие лопатки осуществляется с малой скоростью и под действием высокого уровня давления. Форма лопастей также превосходна, поэтому скорость газа значительно увеличивается.

Схема и принцип действия газотурбинного двигателя

Газотурбинный двигатель (ГТД) — это тепловая машина, в которой энергия топлива преобразуется в реактивную кинетическую энергию и механическую работу на валу. Основными элементами газотурбинного двигателя являются компрессор, камера сгорания и газовая турбина.

Принцип работы ГТД следующий.

1. Воздух из атмосферы поступает в компрессор (секцию «ВВ»), где воздух сжимается (увеличивается плотность, давление и температура). Если компрессор идеальный, то воздух сжимается в адиабатическом процессе (
), показатель адиабаты k=1,4.

Отношение давления воздуха на выходе из компрессора к давлению на входе называется коэффициентом сжатия компрессора:
.

2. От компрессора (секции «КК») воздух поступает в камеру сгорания, где при постоянном давлении происходит подвод тепла к воздушному потоку при сгорании топлива. В результате нагрева в камере сгорания газ на выходе из нее имеет высокую температуру. Отношение между температурой газа на выходе из камеры сгорания и температурой атмосферного воздуха называется степенью нагрева воздуха в двигателе:
.

3. Из камеры сгорания газ поступает в турбину (секция «ГГ»), где газ расширяется (плотность газа уменьшается). Если турбина идеальна, процесс расширения считается адиабатическим. Показатель адиабаты газа равен 1,33.

4. От турбины (секция «ТТ») газ направляется в выходной канал двигателя. Таким образом, ГТД представляет собой открытую термодинамическую систему, в которой выполняется цикл Брайтона.

Особенности турбины как теплового двигателя

Турбина представляет собой роторный тепловой двигатель, в котором потенциальная тепловая энергия пара (или газа) преобразуется в кинетическую энергию, а последняя, ​​в свою очередь, в механическую работу вращения вала.

Пар с давлением выше, чем за турбиной, поступает в один или несколько неподвижных каналов 5. В сопловых каналах пар расширяется, его давление падает, а скорость увеличивается.

Из сопел пар поступает в рабочие каналы, образованные рабочими лопатками 3, закрепленными на диске 2. Перемещаясь в рабочих каналах между рабочими лопатками и изменяя их направление, поток пара оказывает усилие на рабочие паллеты. В результате они вращаются вместе с диском и валом 1, установленными на опорных подшипниках 4.

Агрегат, образованный соплами и рабочими лопатками, в котором происходит процесс расширения пара, называется напорной ступенью турбины. Простейшие турбины, имеющие одну ступень, называются одноступенчатыми, в отличие от более сложных многоступенчатых турбин.

В конструкцию турбокомпрессора входят три основных элемента: центробежный компрессор, турбина и центральный корпус. Кинетическая энергия выхлопных газов под действием турбины преобразуется во вращательное движение компрессора.

Также к турбине подключается турбинное колесо, помещенное в специальный кожух в виде улитки.

Попадая в улитку, выхлопные газы движутся по каналу и попадают на лопатки турбинного колеса. Вал, к которому приварено колесо турбины, передает энергию на колесо компрессора, которое его вращает.

Лопасти турбинного колеса становятся проводниками выхлопных газов, которые затем выходят из турбины через отверстие в центре турбонагнетателя и попадают в выхлопную систему.

Производительность турбокомпрессора напрямую зависит от формы и размеров турбины. В более крупных турбинах наблюдается значительный прирост мощности, поскольку они могут использовать большее давление выхлопных газов. Однако в таких турбонагнетателях на малых оборотах велика вероятность турбоямы.

Как производят реактивные двигатели для моделей самолетов?

Его изготовление для авиамоделей занимает около 6 часов. Сначала обрабатывается алюминиевая опорная плита, к которой крепятся все остальные детали. Размером с хоккейную шайбу.

К нему крепится цилиндр, за счет чего получается что-то вроде банки. Это двигатель внутреннего сгорания будущего. Далее устанавливается система подачи топлива. Для его фиксации в основную плату вкручиваются саморезы, предварительно смоченные в специальном герметике.

Модель авиационного двигателя.

С другой стороны камеры присоединены пусковые каналы для перенаправления газовых выбросов на турбинное колесо. Катушка накаливания установлена ​​в отверстии сбоку камеры сгорания. Он воспламеняет топливо внутри двигателя.

Потом поставили турбину и центральную ось цилиндра. Установлено колесо компрессора, которое нагнетает воздух в камеру сгорания. Проверяется с компом перед ремонтом лаунчера.

Готовый двигатель еще раз проверяют, есть ли у него мощность. Его звук немного отличается от звука авиационного двигателя. Он, конечно, меньшей прочности, но полностью на него похож, придавая модели больше сходства.

Экология

Несомненно, большим плюсом в практическом применении наших установок является минимальное количество вредных примесей в выбросах, что позволяет строить ГТУ вблизи места проживания населения.

Нет необходимости строить дымоходы и тратить деньги на катализаторы.

Стоимость газотурбинных установок высока, но если вы знаете эти установки, их технические характеристики, вам стоит подумать о нашем выгодном предложении.

На старте энергетических проектов высокие капитальные вложения полностью компенсируются низкими затратами при последующей эксплуатации. Существенное снижение платежей за окружающую среду, снижение платежей за электроэнергию и тепло.