Турбореактивный двигатель обороты в минуту

Турбореактивный двигатель — плюсы и минусы

Вид в небе полета самолетов, завораживает наблюдателей . Человеку, далекому от сложных формул и сил, толкающих в воздухе многотонную машину с огромной скоростью, не всегда понятны тонкости аэродинамики, физические процессы. Воздушные транспортные средства стали называть «реактивными» из-за турбореактивного двигателя (ТРД), который создали инженеры после войны. Простых людей интересует, есть ли в них недостатки и, какими плюсами наделены мощные моторы.

Краткий принцип работы реактивных движков

Экстремальные условия военного времени показали, что самолетам не хватает скорости, маневренности . Было много проблем с мощностью двигателей. Конструкторы мирного периода, принялись модернизировать в первую очередь силовой агрегат . Они поняли, что без хороших движков не осуществить мечту человечества – покорение космоса.

Скорость механическому телу придает смесь , когда она попадает в специальную камеру, сжигается. В результате сгорания образуются газы , давление выталкивает их наружу, выход происходит через круглый с поперечным сечением канал – сопло . Здесь и создается огромная сила , которая толкает двигатель с самолетом или ракетой в противоположном направлении от газовых выхлопов. Наглядным примером служит обычный воздушный шар . Если его отпустить надутый, но не завязанный, за счет вылетающего воздуха он начинает быстро двигаться. Инженеры придумали как управлять такими движениями.

Принцип работы движков в ракетах и самолетах один, они должны снабжаться кислородом , за счет которого топливо сжигается. В первом случае воздушные корабли в полет отправляются, имея в запасе химический элемент, во втором – поглощают из атмосферы. В компрессоре воздух сжимается и попадает в камеру сгорания.

Когда газ проходит через турбины, которые закреплены в конце сопла, они начинают вращаться . Специальные приспособления придают направление для перехода на следующую ступень и ускорения круговых движений. Газом, освобожденным из канала, создается реактивная сила . В самолетах для работы движка достаточно топлива, реактора и сопла. В ракетах турбины состоят из нескольких ступеней с лопатками, прикрепленными к общему валу, направляющими продукт сгорания.

Какими достоинствами наделены турбореактивные двигатели

Активно развиваются технологии, появляются новые разработки, но двигатели с силой тяги, где горючее, сгорая преобразует внутреннюю энергию в кинетическую, остаются в производстве из-за множества положительных качеств . На этом принципе созданы более совершенные модели, они по-прежнему действуют в соответствии с законом сохранения импульсов. К достоинствам турбореактивных силовых агрегатов относятся:

  • Простая конструктивная структура . Где основной составной частью служит реактор, здесь происходит сгорание топлива, создается высокая тепловая энергия, с её помощью передается аппарату реактивная тяга.
  • Мало подвижных элементов . Усиливается функциональность дополнительными механизмами, они принудительно нагнетают воздух в простую по конструкции камеру сгорания. В состав воздухосборника входит, крутящийся винт и лопасти.
  • Большая мощность . Удельным импульсом характеризуется уровень ускорения, передаваемого воздушным кораблям для развития скорости.
  • Высокий КПД . Этот показатель намного выше по сравнению с другими моделями двигателей.
  • Тягой можно управлять во время космического полета . Изменяя расход горючего, пилот снижает или увеличивает скорость, маневрирует, отключает или запускает силовой агрегат в автономном режиме, без взаимодействия с другими механизмами.
  • Работа осуществляется в условиях низкого воздушного давления , а в безвоздушном пространстве без него, что является первой необходимостью для ракет.

Турбореактивные двигатели отлично зарекомендовали себя в самых трудных ситуациях.

С какими недостатками ведут борьбу конструкторы

Нет механизмов, совершенных во всем . Возможно, это является причиной, почему человек до сих пор не посетил соседние планеты. Древние ученые мечтали о создании вечного двигателя, современные конструкторы пытаются избавить силовые агрегаты от недостатков. К ним принадлежат:

  • Шумы, переносимые с трудом человеческим ухом . Когда реактивный самолет взлетает, то создается грохот, приравненный к 120 дБ . Возле космических аппаратов не стоят даже испытатели, чтобы не подвергать организм контузии. Инженеры работают, но пока безуспешно над подобной проблемой.
  • Расход горючего . Двигатели много потребляют топлива. Для вывода ракеты на орбиту массой 4000 тонн , необходимо установить не меньше 5 силовых агрегатов. Они создают скорость приблизительно 4 км/сек. Газов за один момент выходит около 10 т. Мгновенно сгорает по цистерне ракетного топлива.
  • Ограничение ресурсов . Во время полета ракет, какой бы вид горючего не использовался, каждое выделяет определенный уровень энергии. Но его мало, чтобы покорять Галактику. Сейчас ведутся ядерные разработки, ученые мечтают с помощью этого перспективного направления, открыть туристические путешествия между планетами.
  • Быстрый расход топлива . На длительные полеты необходим большой запас энергоносителей. Горючее весит больше чем сами самолеты или космические корабли.
  • Летательные аппараты огромные по размерам и массе.
Читайте также:  Стук в двигателе после ремонта гбц

Если конструкторы смогли придумать аппарат, чтобы доставить астронавтов на Луну, возможно, скоро появится движок настолько мощный и компактный, который позволит посетить Марс.

Заключение

Турбореактивные двигатели используют не только в ракетах и самолетах . Развитие технологий не знает границ, движки такого типа стали внедрять в область:

  • Автомобилестроения.
  • Железнодорожного транспорта.

Силовые агрегаты с успехом зарекомендовали себя на ледоколах и гоночных болидах . Многое, что казалось фантастикой в прошлом веке, стало сейчас реальностью и обыденным явлением. Пока что, имеющиеся в наличии моторы, заставляют летать самолеты быстро и высоко. А сила тяги реактивных движков не зависит от точек опор, среды и иных тел.

Возможно, мечты нашего великого конструктора С. Королева исполнят его последователи. Ученые откроют новый вид топлива, разработают к нему двигатель, который сможет доставить путешественников на просторы Галактики, и вернуть их на Землю.

Источник

Как устроен стандартный турбореактивный (ТРД) двигатель? Отвечает авиатехник

Стандартная схема турбореактивного двигателя выглядит следующим образом: входное устройство, компрессор, камера сгорания, газовая турбина и конечно же — выходное устройство.

Входное устройство ТРД служит для подвода воздуха к компрессору двигателя. За счет наличия входного устройства, происходит повышение давления воздуха перед компрессором.

Далее происходит повышение давления воздуха в самом компрессоре. На ТРД применяются центробежные и осевые компрессоры.

Для осевого компрессора характерны следующие процессы: при вращении ротора осевого компрессора, его рабочие лопатки воздействуют на поток воздуха, закручивая его, после чего поток двигается вдоль оси в сторону выхода из компрессора.

При работе центробежного компрессора, его рабочее колесо вращается, поток воздуха в этот момент попадает на его лопатки. Под действием центробежных сил воздух движется к периферии.

Осевые компрессоры нашли широкое применение в современной авиации.

Осевой компрессор состоит из ротора (часть, которая вращается) и статора (неподвижная часть компрессора). Ротор состоит из нескольких рядов рабочих лопаток, расположенных по окружности. Чередуются вдоль оси вращения.

Существуют три типа роторов: барабанные, дисковые и барабаннодисковые.

Статор компрессора состоит из кольцевого набора профилированных лопаток. Крепятся к корпусу. Таким образом у компрессора образуются ступени, которые состоят из неподвижных лопаток (спрямляющий аппарат) и ряда рабочих лопаток.

В современной авиации используются многоступенчатые компрессоры, которые способствуют увеличению процесса сжатия воздуха.

Ступени компрессора устанавливаются таким образом, чтобы воздух на выходе из одной ступени плавно обтекал лопатки следующей ступени. Направление воздуха зависит от расположения спрямляющего аппарата. Также, перед компрессором устанавливается направляющий аппарат, который, в свою очередь, аналогично СА отвечает за направление потока воздуха в компрессор. Далеко не на всех ТРД имеется в наличии направляющий аппарат.

Одним из главных элементов ТРД является камера сгорания. Она расположена за компрессором. Существует несколько типов КС: трубчатые, кольцевые и трубчато-кольцевые.

Трубчатая КС состоит из жаровой трубы и наружного кожуха, соединенных между собой. В передней части камеры сгорания устанавливаются топливные форсунки и завихритель, который служит для стабилизации пламени.

В жаровой трубе имеются отверстия для подвода воздуха, которые уменьшают перегрев.

Воспламенение ТВС происходит за счет специальных запальных устройств. Жаровые трубы между собой соединяются с помощью патрубков, которые обеспечивают поджигание смеси сразу во всех камерах.

Кольцевая КС выполняется в форме кольцевой полости, которая образуется наружным и внутренним кожухами камеры. В передней части кольцевого канала располагается жаровая труба, в носовой части — завихрители и форсунки.

Трубчато-кольцевая КС состоит из внутреннего и наружнего кожухов, которые образуют кольцевое пространство, внутри которого имеются индивидуальные жаровые трубы.

Для осуществления привода компрессора турбореактивного двигателя служит газовая турбина (осевая на современных двигателях). Могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми (до 6 ступеней). Турбина состоит из нескольких рабочих колес с рабочими лопатками (диски), а также основным узлом турбины является сопловой (направляющий) аппарат.

Рабочие колеса турбины крепятся к валу, образуя ротор. Перед рабочими лопатками каждого диска устанавливаются неподвижные сопловые аппараты. Также как и с компрессором, в совокупности эти элементы образуют ступени турбины.

Выпускное устройство состоит из выпускной трубы внутреннего конуса, стойки и реактивного сопла. Существуют сопла с регулируемым и нерегулируемым выходным сечением.

Про работу ТРД я расскажу в одной из следующих статей!

Если вам понравился данный материал, поддержите его пальцем вверх! Подписывайтесь на канал! Спасибо 🙂

Источник

Принцип работы ТРД (турбореактивного двигателя) самолёта

Очень много самолётов оснащены двигателем ТРД. Если у вас ассоциация связана с самолетом — это шум, то знайте, что это шум производит двигатель из-за большого количества оборотов лопаток на вентиляторе или по технической терминологии входного устройства

Это тот самый двигатель про который пойдет речь. Выглядит страшно, не правда ли? Но если знать основы, то уже становится лучше.

Читайте также:  Сигнализация блокирует запуск двигателя что делать старлайн

Это схематический чертёж ТРД. Само «сердце» самолета состоит из: входного устройства, компрессора, камеры сгорания, турбины и реактивного сопла.

Принцип работы.

Воздух из атмосферы попадает в входное устройство, точнее лопатки вентилятора (входного устройства) движутся с такой скоростью, что воздух сам туда попадает(есть один из важных параметров. Это удельный расход воздуха) то есть этот термин удельный расход воздух гласит, что сколько килограммов воздуха пройдет через В.У. за 1 секунду. При запуске двигателя, В.У. так сильно затягивает воздух, что может затянуть и человека.

Компрессор.

После того как воздух прошёл через входное устройство в компрессоре он сжимается, чтобы его масса была такой же, но объём в разы меньше. Также в компрессоре резко увеличивается температура. Для чего? Чтобы он загорелся в камере сгорания.

Камера сгорания.

В камеру сгорания подаётся уже сжатый и нагретый воздух и тут происходит следующее: через определенные каналы, а именно через каналы в которых подаётся топливо от крыла, а точнее в топливной системе которая находится внутри крыла в камеру сгорания. Топливо распыляется в нагретый воздух выходит и попадает в турбину.

Турбина.

Поскольку горячий воздух выходит очень быстро, то именно он разгоняет турбину, а сама турбина это некий еще один вентилятор, но лопасти находятся под углом, тем самым создают подъёмную силу именно та, что нас нужна. Сама турбина сделана из специального материала, которые выдержит такую температуру. Осталось дело за малым. Это реактивное сопло.

Реактивное сопло.

Горячий воздух выходит очень быстро, плюс ко всему этому реактивное сопло зауженно на конце, а здесь играет уравнение неразрывности, а оно гласит, что «чем шире сосуд, тем медленней будет проходить скорость и наоборот» тем самым зауженное сопло играет нам только на руку, ведь оно увеличивает скорость, а это то что нам нужно.

Источник

ХАРАКТЕРИСТИКА ТРД ПО ЧИСЛУ ОБОРОТОВ

Характеристика ТРД по числу оборотов представляет собой кривые, которые показывают изменение тяги и удель­ного расхода топлива при изменении числа оборотов (при постоянной скорости и высоте полета).

Характеристика по числу оборотов показана на рис. 41.

При изменении тяги по оборотам отмечаются следующие основные режимы работы двигателя:

1. Малый газ или число оборотов холостого хода. Это наименьшее число оборотов, при котором двигатель рабо­тает устойчиво и надежно. При этом в камерах сгорания происходит устойчивое сгорание, а мощность турбины вполне достаточна для вращения компрессора и агрегатов.

Для ТРД с центробежным компрессором число оборотов холостого хода равно 2400—2600 в минуту. Тяга двигателя на холостом ходу не превышает 75—100 кг.

Начислах оборотов холостого хода удельный расход то­плива не является характерной величиной; здесь обычно приводится часовой расход топлива.

При числах оборотов холостого хода турбина работает в тяжелых температурных условиях, кроме того, подача масла в подшипники очень мала. Поэтому время непрерыв­ной работы на малом газе ограничивается 10 минутами.

2. Крейсерский режим — двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга составляет примерно 0,8 РМАКС.

Рис. 41. Характеристики ТРД по числу оборотов.

При этих числах оборотов гарантируется непрерывная и надежная работа двигателя в течение установленного срока службы (ресурса двигателя).

Конструктор так подбирает параметры двигателя (ε, Т, КПД), чтобы на крейсерском режиме получить наименьший удельный расход топлива.

Крейсерский режим работы двигателя используется при полетах на продолжительность и дальность.

3. Номинальный режим — двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга составляет примерно 0,9 РМАКС.

Непрерывная работа на этом режиме разрешается не более 1 часа.

На номинальном режиме производятся набор высоты и полеты на повышенных скоростях.

По номинальному режиму производятся тепловой расчет двигателя и расчет деталей на прочность.

4. Максимальный (взлетный) режим — двигатель развивает максимальное число оборотов, при котором получается максимальная тяга РМАКС — на этом режиме допускается непре­рывная работа не свыше 6—10 минут.

Максимальный режим используется для взлета, набора высоты и кратковременного полета на максимальной скоро­сти (когда необходимо догнать противника и атаковать его).

Характеристика по числу оборотов строится при стан­дартных атмосферных условиях: давлении воздуха РО = 760 мм рт. ст. и температуре Т = 15 0 С.

Рис. 42. Изменение удельного расхода топлива по числу оборотов.

С увеличением числа оборотов двигателя (при постоян­ных высоте и скорости полета) увеличивается секундный расход воздуха через двигатель GСЕКи степень сжатия ком­прессора εКОМП. В результате резко растет тяга двигателя и уменьшается удельный расход топлива, ТРД более эконо­мичен на больших числах оборотов. Если удельный расход топлива на максимальных оборотах принять за 100%, то удельный расход топлива на оборотах холостого хода будет 600—700% (рис. 42). Поэтому надо всемерно сокращать работу ТРД на оборотах холостого хода.

Читайте также:  Что такое agn двигатель

5. Форсаж. Для двигателей, имеющих форсажную ка­меру, в характеристике указывается также тяга, удельный расход топлива и продолжительность работы двигателя при включении форсажа — форсажной камеры.

При запуске ТРД первоначальная раскрутка вала до чисел оборотов холостого хода производится вспомогатель­ном пусковым двигателем.

В качестве пускового двигателя используются: электри­ческие стартеры, стартер-генераторы, турбореактивные стартеры.

Электрический стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, питающийся током от самолетных или аэродромных аккумуляторов во время запуска. Мощность его порядка 15—20 л. с.

На некоторых ТРД устанавливается стартер-генератор, который при запуске работает как электродвигатель, а во время работы двигателя работает как генератор — питает током самолетную сеть.

Электрический стартер, или стартер-генератор, вклю­чается в автоматическую систему запуска, и его работа со­гласована с работой пусковой топливной системы и системы зажигания.

Турбореактивный стартер представляет вспомогательный турбореактивный двигатель, устанавливаемый на мощных ТРД.

Небольшой электродвигатель запускает турбореактивный стартер, который раскручивает до оборотов холостого хода основной двигатель и автоматически выключается.

ПРИЕМИСТОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

При работе турбореактивного двигателя на каком-либо установившемся режиме (при постоянном числе оборотов) всегда соблюдается условие:

т. е. мощность, развиваемая турбиной, равна мощности, по­требляемой компрессором и агрегатами (насосами, генера­торами, регуляторами и т. д.).

При работе двигателя на переходных, неустановившихся режимах, например при разгоне (увеличении числа оборотов двигателя), на ускорение вращающихся частей двигателя необходимо затратить дополнительную мощность. Следовательно, при разгоне ТРД мощность, развиваемая турбиной, должна быть больше мощности, потребляемой компрессором:

Здесь NИЗБ — избыточная мощность турбины, расходуе­мая на ускорение вращающихся деталей двигателя.

Чем больше избыточная мощность турбины, тем быстрое двигатель увеличивает число оборотов.

При работе двигателя на установившихся (равновесных) оборотах каждому значению числа оборотов соответствуют определенное количество газа, протекающее через турбину, определенное его давление и температура Т3 и, следова­тельно, определенная подача топлива в камеры сгорания.

Избыточная мощность турбины, необходимая для разгона двигателя, появится тогда, когда температура газа пе­ред турбиной не превысит температуру, необходимую для данного числа оборотов.

Мощность, потребляемая компрессором, с ростом числа оборотов растет сначала медленно, а затем очень быстро. На рис. 43 сплошной линией нанесена мощность, потребляе­мая компрессором. Мощность, развиваемую турбиной, при постоянной температуре газов, подходящих к ней, показы­вают кривые АА, ББ, ВВ, нанесенные пунктирными линиями.

Самая верхняя кривая АА изображает мощность, раз­виваемую турбиной, при наибольшей допустимой температуре Тзмакс. Другие кривые ББ и ВВ изображают мощ­ность турбины при более низких температурах Тз.

На рисунке видно, что мощность, развиваемая турбиной, тем больше, чем больше температура газов Т3, подходящих к ней. Точки пересечения кривых, изображающих мощность турбины, с кривой мощности, потребляемой компрессором, есть равновесные режимы.

Точки АА определяют максимальные и минимальные числа оборотов двигателя.

На максимальных числах оборотов турбина работает при наибольшей допустимой температуре Тзмакс,поэтому-то и ограничивается время непрерывной работы двигателя на максимальных оборотах.

Обороты холостого хода берутся на 1000—1200 больше минимальных, чтобы не перегреть лопатки турбины (при этом Т3будет меньше Тзмакс) и обеспечить удовлетворительную смазку подшипников.

В промежутке между числами оборотов холостого хода и максимальными числами оборотов мощность турбины пре­вышает мощность, потребляемую компрессором, т. е, иначе говоря, турбина в этом промежутке чисел оборотов имеет избыточную мощность.

Из анализа кривых, представленных на рис. 43, ясно, что для перевода двигателя с малых оборотов на большие надо увеличить мощность турбины — увеличить температуру газон перед турбиной.

Это достигается увеличением подачи топлива.

При увеличении подачи топлива увеличивается темпера­тура газов перед турбиной, при этом мощность и число обо­ротов, развиваемые турбиной, возрастут. А так как турбина связана с компрессором, то будет увеличиваться мощность, которую потребляет компрессор, это приведет к боль шей подаче (и под большим давлением) воздуха в ка­меры сгорания. В результате мощность турбины еще увели­чивается.

Рис. 43. Совместная работа турбины и компрессора

Однако, надо сказать, что избыточная мощность турбины невелика и это является одной из причин плохой приемистости турбореактивных двигателей.

Под приемистостью понимают способность двига­теля быстро изменять число оборотов (режим работы). Для турбореактивных двигателей приемистость составляет 15—18 секунд; это значит, что двигатель переходит с малого числа оборотов на максимальные за 15—18 секунд (при пе­ремещении рычага управления двигателем за 2—3 сек.).

Плохая приемистость ТРД затрудняет управление двига­телем (сектор газа надо двигать плавно, без рывков), ухуд­шает маневренность самолета, затрудняет полет в строю и уменьшает безопасность посадки. Для улучшения приеми­стости вес современные ТРД снабжены автоматами приеми­стости.

Источник