Принцип работы авиационных двигателей массового использования

Принцип работы авиационного двигателя

Авиационные двигатели являются сердцем любого летательного аппарата. Эволюция авиации была бы невозможна без прогресса в авиационном двигателестроении.

Первый самолет, который смог оторваться от земли в 1903 году, пилотировали братья Райт.

На нём был установлен поршневой двигатель внутреннего сгорания. На долгие 40 лет этот двигатель был незаменим в самолетостроении.

Общие сведения

Но в конце второй мировой войны к авиационным двигателям стали предъявляться совсем другие требования. Существенно возросла роль авиации, как в вооружённых силах, так и в народном хозяйстве.

Для того чтобы авиация могла выполнять все возложенные на неё задачи, требовались новые авиационные двигатели. Началось бурное развитие различных типов авиационных двигателей. Тем не менее, поршневые авиационные двигатели до сих пор успешно эксплуатируются на многих типах летательных аппаратов.

Но на подавляющей части авиационного парка сегодня используются газотурбинные типы силовой установки. Давайте их рассмотрим.

Подробности

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.

Особенности турбовинтовых двигателейВоздух 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.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Михаил Долгий / автор статьи
Привет, это мой блог о развитии, целях и финансовой свободе. Занимаюсь онлайн проектами, путешествую по миру с семьей, развиваюсь и достигаю целей, инвестирую несколько лет в акции компаний. Лучшая благодарность ваши мысли в комментариях по данной теме! Удачи и успехов вам!
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Достижение целей
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Это не спам.