Типы современных авиационных двигателей

Все атмосферные авиационные двигатели делятся на реактивные и винтовые.

Реактивные двигатели подразделяются на:

~ турбореактивные (ТРД),

с форсажем ТРДФ

~ двухконтурные ТРД (ТРДД),

с форсажем ТРДДФ

~ прямоточные ВРД (ПВРД)

~ пульсирующие ВРД (ПВРД)

Винтовые двигатели подразделяются на:

~ Винтомоторные

~ Турбовинтовые: авиационные газотурбинные (ГТД) и турбовальные (вертолётные ГТД)

Турбореактивные двигатели (ТРД)

Массовое применение двигателей этого типа началось в конце второй мировой войны.

ТРД были основными двигателями до шестидесятых годов прошлого века. Затем их начали постепенно вытеснять ТРДД.

Конструктивно TРД состоит из:

~ Входного устройства двигателя

Служит для забора атмосферного воздуха.

~ Компрессора

Служит для сжатия воздуха, с целью повышения его давления.

Кроме того, в компрессоре увеличивается и температура воздуха.

~ Камера сгорания

Служит для смешивания топлива и сжатого воздуха и сжигания топливно-воздушной смеси (ТВС). В процессе сгорания ТВС температура в камере сгорания может повышаться до 2000 градусов.

~ Турбины

Служит для преобразования энергии газов, выходящих из камеры сгорания на огромных скоростях. Турбина и компрессор находится на одном валу, то есть жестко связаны между собой.

~ Реактивного сопла

Служит для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Расширяющийся в сопле газ образуют мощную струю, которая вытекая из него, придает движение самолету.

Принцип работы обычного ТРД

Входное устройство забирает атмосферный воздух, где он слегка сжимается и продаётся в компрессор. Компрессор имеет много ступеней. На каждой ступени расположены титановые лопатки. Они проталкивают воздух по ступеням компрессора. При этом он сильно сжимается и нагревается. Затем сильно сжатый и горячий воздух поступает в камеру сгорания. Туда же подводится топливо.

Полученная ТВС воспламеняется. Это приводит к получению рабочего тела в виде горячего газа, который подаётся на турбину. Часть энергии рабочего тела при этом используется для вращения компрессора (они находятся на одном валу). На это тратится до 80% мощности газа. Оставшаяся часть рабочего тела попадает в сопло, превращается в реактивную струю, а затем с большой силой выбрасывается в атмосферу. Таким образом, происходит полный цикл работы двигателя. Он называется термодинамическим циклом или циклом Брайтона.

В некоторых TРД конструкцией предусмотрено два вала. В таких двигателях имеется компрессор низкого давления и компрессор высокого давления. Соответственно имеется турбина низкого давления и турбина высокого давления. Такие двигатели более эффективны.

Теперь коснемся ТРДД

Именно они устанавливаются на современных «Эйрбасах» и «Боингах». Принцип их работы не отличается от принципа работы ТРД. Но конструктивно они сложнее, а их КПД выше.

Отличие заключается в том что трдд имеет два контура — внутренний и внешний.

Внутренний контур конструктивно такой же как и у TРД. Внешний контур не имеет камера сгорания и турбины — это канал с соплом в конце. Компрессор расположен после входного устройства и обслуживает оба контура.

Воздух проходит через компрессор низкого давления и делится на 2 потока. Один поток идёт по внутреннему контуру, где происходит тоже самое, что и в TРД. Второй поток идёт во внешний контур. При этом происходят только гидравлические потеря энергии воздуха (трение). Затем воздух попадает в сопло внешнего контура и создает мощную тягу (до 80% всей тяги двигателя).

Главной характеристикой ТРДД является степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внутреннем контуре, к расходу воздуха во внешнем контуре. Это отношение может быть больше единицы или меньше.

Если это отношение больше 2-х единиц, то такие двигатели называет турбовентиляторными.

Самые современные двигатели имеют отношение в 12 единиц.

В настоящее время больше используются ТРДД. Они более эффективны экономичны. Широко применяются для истребителей-перехватчиков и для гигантских коммерческих и военно-транспортных самолетов.

Особенности турбовинтовых двигателей

Они тоже относятся газотурбинным двигателям и принципы их работы похож на принцип работы турбореактивных двигателей.

У них тоже есть компрессор, камера сгорания, турбина и сопло. Но в отличие от TРД, имеются редуктор и винт.

После турбины часть энергии газа направляется на вращение компрессора, а другая часть через редуктор на вращение винта для создания тяги. Только десятая часть оставшейся энергии превращается в реактивную тягу, проходя через сопло.

Редуктор служит для того, чтобы понизить обороты, передаваемые на винт. Дело в том, что турбина вращается с частотой до 10 000 оборотов в минуту, а на винт нужно подавать не более 1 500 оборотов в минуту. К тому же винт обладает достаточно большой массой.

Имеются турбовинтовые двигатели с другой конструкцией. На них устанавливается свободная турбина. Её размещают за турбиной компрессора. Она имеет только газодинамическую связь с турбиной компрессора, поэтому и называется свободной. Свободная турбина установлена на одном валу с редуктором и винтом. В остальном принцип работы тот же. Такие ТВД можно использовать на земле как вспомогательные, при этом, не приводя в движение винт. Широко используются в транспортной и гражданской авиации.

Особенности турбовальных двигателей (ТВД)

Такими двигателями оснащаются современные вертолеты. Конструктивно они похожи на турбовинтовые двигатели. У них есть компрессор, камера сгорания, турбина компрессора, за ней расположено свободная турбина. Она не имеет механической связи со всей предыдущей конструкцией — только газодинамическую.

Свободная турбина расположена на валу, который соединяется с главным редуктором несущего винта вертолета. Задача главного редуктора заключается в том, чтобы уменьшить обороты, передаваемые на несущий винт.

Обороты несущего винта очень низкие. Также от главного редуктора идёт вал, который через концевой и хвостовой редуктора передает вращение на хвостовой винт. Какие схемы используются на вертолётах конструкции Миля. На Камовских вертолётах применяется хаосная схема — там отсутствует хвостовой винт, но имеется два несущих винта. Один винт вращается по часовой стрелке, другой — против часовой.

Мы коснулись только авиационных двигателей, которые массово применяются в авиации на сегодняшний день. Имеются и другие конструкции, которые по разным причинам почти не используются. Ещё имеется класс ракетных двигателей.