Турбореактивный двигатель (ТРД)
ТРД стал самым распространённым в авиации воздушно-реактивным двигателем. Он является базой для создания целого семейства двигателей, объединяемых под общим названием газотурбинных двигателей. ТРД используют в качестве горючего керосин, находящийся в топливных баках, а в качестве окислителя – кислород воздуха.
Поток воздуха, попадающего в двигатель, тормозится во входном устройстве (1), в результате чего давление воздуха перед осевым компрессором (2) повышается. Ротор (вращающаяся часть) объединяет ряд рабочих колёс компрессора (3), представляющих собой диски с закреплёнными на них рабочими лопатками.
Сжатый воздух из компрессора попадает в камеру сгорания (7). Примерно 25–35% от общего потока воздуха направляется непосредственно в жаровые трубы, где происходит основной процесс сгорания керосина, поступающего в распылённом состоянии через форсунки (5).
Другая часть воздуха обтекает наружные поверхности жаровых труб, и на выходе из камеры сгорания смешивается с продуктами сгорания для их охлаждения, что позволяет поддерживать температуру газовоздушной смеси в камере сгорания на уровне, определяемом допустимой теплопрочностью стенок камеры сгорания, лопаток ротора (8) и лопаток спрямляющего аппарата турбины (9).
Часть механической мощности отбирается от вала (6) для привода агрегатов двигателя и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы. Основная часть энергии продуктов сгорания идёт на ускорение газового потока в выходном устройстве ТРД – реактивное сопло (10), т. е. на создание реактивной тяги.
Стартовая закрутка вала (5) осуществляется стартером, приводимым при запуске двигателя от наземного или бортового электроагрегата, при дальнейшей работе двигателя вращение вала поддерживается вращением ротора турбины.
Устройство
Устроен типичный реактивный двигатель следующим образом. Основные его узлы – это:
– компрессор;
– камера для сгорания;
– турбины;
– выхлопная система.
Рассмотрим данные элементы более подробно. Компрессор представляет собой несколько турбин. Их задача – всасывать и сжимать воздух по мере того, как он проходит через лопасти. В процессе сжатия повышается температура и давление воздуха. Часть такого сжатого воздуха подается в камеру сгорания. В ней воздух смешивается с топливом и происходит воспламенение. Этот процесс еще больше увеличивает тепловую энергию.
Смесь выходит из камеры сгорания на высокой скорости, а затем расширяется. Далее она следует еще через одну турбину, лопасти которой вращаются за счет воздействия газов. Эта турбина, соединяясь с компрессором, находящимся в передней части агрегата, и приводит его в движение. Воздух, нагретый до высоких температур, выходит через выпускную систему. Температура, уже достаточно высокая, продолжает расти за счет эффекта дросселирования. Затем воздух выходит окончательно.
Текущие двигатели
Самолеты всего мира Джейн
. 2005–2006 гг.
| Производитель | Страна | Обозначение | Сухая масса (кг) | Взлетная мощность (кВт) | Заявление |
| DEMC | Китайская Народная Республика | WJ5E | 720 | 2130 | Харбин SH-5 , Сиань Y-7 |
| Europrop International | Евросоюз | TP400-D6 | 1800 | 8203 | Airbus A400M |
| General Electric | Соединенные Штаты | CT7 -5A | 365 | 1294 | |
| General Electric | Соединенные Штаты | CT7 -9 | 365 | 1447 | CASA / IPTN CN-235 , Let L-610 , Saab 340 , Сухой Су-80 |
| General Electric | Соединенные Штаты Чехия | Серия H80 | 200 | 550–625 | Молочница Модель 510 , Let 410NG , Let L-410 Turbolet UVP-E, CAIGA Primus 150 , Nextant G90XT |
| General Electric | Соединенные Штаты | T64 -P4D | 538 | 2535 | Aeritalia G.222 , de Havilland Canada DHC-5 Buffalo , Kawasaki P-2J |
| Honeywell | Соединенные Штаты | TPE331 серии | 150–275 | 478–1650 | Aero / Rockwell Turbo Commander 680/690/840/960/1000 , Антонов Ан-38 , Ayres Thrush , BAe Jetstream 31/32 , BAe Jetstream 41 , CASA C-212 Aviocar , Cessna 441 Conquest II, Dornier 228 , Fairchild Swearingen Metroliner , General Atomics MQ-9 Reaper , Grum Ge man , Mitsubishi MU-2 , North American Rockwell OV-10 Bronco , Piper PA-42 Cheyenne , RUAG 228NG , Short SC.7 Skyvan , Short Tucano , Swearingen Merlin , Fairchild Swearingen Metroliner |
| Honeywell | Соединенные Штаты | LTP 101-700 | 147 | 522 | Пневматический трактор АТ-302 , Piaggio P.166 |
| ККБМ | Россия | НК-12МВ | 1900 г. | 11033 | Антонов Ан-22 , Туполев Ту-95 , Туполев Ту-114 |
| Прогресс | Украина | ТВ3-117 ВМА-СБ2 | 560 | 1864 г. | Антонов Ан-140 |
| Климов | Россия | ТВ7-117 С | 530 | 2100 | Ильюшин Ил-112 , Ильюшин Ил-114 |
| Прогресс | Украина | AI20 M | 1040 | 2940 | Антонов Ан-12 , Антонов Ан-32 , Ильюшин Ил-18 |
| Прогресс | Украина | AI24 T | 600 | 1880 г. | Антонов Ан-24 , Антонов Ан-26 , Антонов Ан-30 |
| LHTEC | Соединенные Штаты | LHTEC T800 | 517 | 2013 | AgustaWestland Super Lynx 300 (CTS800-4N), AgustaWestland AW159 Lynx Wildcat (CTS800-4N), Ayres LM200 Loadmaster (LHTEC CTP800-4T) (самолет не построен), Sikorsky X2 (T800-LHT-801), TAI / AgustaWestland T- 129 (CTS800-4A) |
| ОМКБ | Россия | ТВД-20 | 240 | 1081 | Антонов Ан-3 , Антонов Ан-38 |
| Пратт и Уитни Канада | Канада | Серия ПТ-6 | 149–260 | 430–1500 | Воздушный тягач AT-502 , воздушный тягач AT-602 , воздушный тягач AT-802 , Beechcraft Model 99 , Beechcraft King Air, Beechcraft Super King Air , Beechcraft 1900 , Beechcraft T-6 Texan II , Cessna 208 Caravan , Cessna 425 Corsair / Conquest I , de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter , Harbin Y-12 , Embraer EMB 110 Bandeirante , Let L-410 Turbolet , Piaggio P.180 Avanti , Pilatus PC-6 Porter , Pilatus PC-12 , Piper PA-42 Cheyenne , Piper PA-46-500TP Meridian , Shorts 360 , Daher TBM 700 , Daher TBM 850 , Daher TBM 900 , Embraer EMB 314 Super Tucano |
| Пратт и Уитни Канада | Канада | PW120 | 418 | 1491 | ATR 42-300/320 |
| Пратт и Уитни Канада | Канада | PW121 | 425 | 1603 | ATR 42-300/320, Bombardier Dash 8 Q100 |
| Пратт и Уитни Канада | Канада | PW123 C / D | 450 | 1603 | Bombardier Dash 8 Q300 |
| Пратт и Уитни Канада | Канада | PW126 C / D | 450 | 1950 | BAe ATP |
| Пратт и Уитни Канада | Канада | PW127 | 481 | 2051 | ATR 72 |
| Пратт и Уитни Канада | Канада | PW150 А | 717 | 3781 | Bombardier Dash 8 Q400 |
| PZL | Польша | TWD-10B | 230 | 754 | PZL M28 |
| РКБМ | Россия | ТВД-1500С | 240 | 1044 | Сухой Су-80 |
| Rolls-Royce | объединенное Королевство | Дротик Mk 536 | 569 | 1700 | Avro 748 , Fokker F27 , Vickers Viscount |
| Rolls-Royce | объединенное Королевство | Тайн 21 | 569 | 4500 | Aeritalia G.222 , Breguet Atlantic , Transall C-160 |
| Rolls-Royce | объединенное Королевство | 250 -B17 | 88,4 | 313 | Fuji T-7 , Britten-Norman Turbine Islander , O&N Cessna 210 , Soloy Cessna 206 , Propjet Bonanza |
| Rolls-Royce | объединенное Королевство | Allison T56 | 828–880 | 3424–3910 | P-3 Orion , E-2 Hawkeye , C-2 Greyhound , C-130 Hercules |
| Rolls-Royce | объединенное Королевство | AE2100 A | 715,8 | 3095 | Saab 2000 |
| Rolls-Royce | объединенное Королевство | AE2100 Дж | 710 | 3424 | ShinMaywa US-2 |
| Rolls-Royce | объединенное Королевство | AE2100 D2, D3 | 702 | 3424 | Alenia C-27J Spartan , Lockheed Martin C-130J Super Hercules |
| Рыбинск | Россия | ТВД-1500В | 220 | 1156 | |
| Сатурн | Россия | ТАЛ-34-1 | 178 | 809 | |
| Turbomeca | Франция | Арриус 1D | 111 | 313 | Socata TB 31 Омега |
| Turbomeca | Франция | Arrius 2F | 103 | 376 | |
| Уолтер | Чехия | Серия M601 | 200 | 560 | Let L-410 Turbolet , Aerocomp Comp Air 10 XL , Aerocomp Comp Air 7 , Ayres Thrush , Dornier Do 28 , Lancair Propjet , Let Z-37T , Let L-420 , Мясищев M-101T , PAC FU-24 Fletcher , Progress Rysachok , ПЗЛ-106 Крук , ПЗЛ-130 Орлик , СМ-92Т Турбо Финист |
| Уолтер | Чехия | M602 A | 570 | 1360 | Пусть L-610 |
| Уолтер | Чехия | M602 B | 480 | 1500 |
Двухконтурный РД
Эти агрегаты имеют массу преимуществ перед турбореактивными (меньший расход топлива при той же мощности).
Воздух, захватываемый турбиной, частично сжимается и подается в первый контур на компрессор и на второй – к неподвижным лопастям. Турбина при этом работает в качестве компрессора низкого давления.
В первом контуре двигателя воздух сжимается и подогревается, а затем подается в камеру сгорания. Здесь происходит смесь с топливом и воспламенение. Образуются газы, которые подаются на турбину высокого давления, за счет чего и вращаются лопасти турбины.
Затем газы проходят через турбину низкого давления. Она приводит в действие вентилятор, и газы попадают наружу, создавая тягу.
Сфера применения
Использование ПВРД на пилотируемых самолетах нецелесообразно, ведь для их запуска нужны дополнительные двигатели. Намного проще сразу установить, например, ТРД. Именно поэтому их применение сводится к установке на крылатые ракеты, летающие мишени и непилотируемые самолеты, летающие со скоростью в пределах от 2 до 5М. В основном это «одноразовые» двигатели, что вполне логично, учитывая их невысокую стоимость и простую конструкцию. Запуск аппаратов с ПВРД осуществляется за счет их разгона до рабочей скорости с помощью самолетов-носителей или ракетных ускорителей.
Гиперзвуковые ПВРД планируется использовать на космических аппаратах, но пока это только теория.
Несмотря на то, что использование ПВРД в настоящее время ограничено, постоянно ведутся работы по улучшению их рабочих характеристик и созданию новых моделей.
Последняя разработка является двигатель Sabre частной фирмы Reaction Engines.
Суть данного двигателя в том, что традиционные двигатели, которые сегодня применяются в авиации, для полета на гипер скоростях требуют спецрезервуаров с жидким кислородом, если самолет развивает в полете скорость более 3000 км/ч. Обыкновенный воздух на таких скоростях нагревается до очень высоких температур, порядка 1000 градусов по Цельсию, что резко понижает термическое КПД. Особенность двигателя Sabre в том, что позволяет применять атмосферный воздух вместо жидкого кислорода. Когда воздух проходит сквозь двигатель, он сжимается и разогревается, в это время он попадает в холодильник, который оснащен целой системой трубок, которые наполняются гелием эти трубки, гелий охлаждает воздух до необходимой температуры. У двигателя Sabre есть одна особенность. Он в состоянии работать в 2-х режимах: как реактивный двигатель и как ракетный двигатель. Устанавливаться он будет на самолете Skylon. Данная аппарат сможет разогнаться в атмосфере в 5 раз быстрее скорости звука и в 25 раз в открытом космическом пространстве.
Skylon готовиться как космический самолет, способный выводить спутники на низкую орбиту. При этом это будет очень выгодная технология. По словам Алана Бонда, являющегося основателем компании, суммы, которые требуются для запуска спутников и других похожих миссий, могут уменьшиться сразу на 95% в том случае, если будет налажено коммерческое производство двигателей Sabre.
Двигатели с V-образным расположением цилиндров
Они являются самыми известными и применяемыми типами двигателей внутреннего сгорания в авиастроении и не только. Их название связано с характерным расположением цилиндров по отношению к коленвалу. При этом они имеют различный уровень наклона по отношению друг другу. Он может составлять от 10 до 120 градусов. Такие моторы работают по тем же принципам, как и иные двигатели внутреннего сгорания.
К достоинствам двигателей с V-образным расположением цилиндров относится относительная их компактность при сохранении мощностных показателей, а также возможность получать приличный крутящий момент. Конструкция позволяет достигать значительных ускорений вала вследствие того, что инерция, создаваемая при работе, значительно выше, чем у иных типов двигателей внутреннего сгорания. По сравнению с другими типами, эти отличаются наименьшей высотой и длиной.
Моторы этого вида имеют высокую жесткость коленвала. Это обеспечивает большую конструктивную прочность, что увеличивает сроки службы всего двигателя. Рабочие частоты таких моторов отличаются большими диапазонами. Это позволяет быстро набирать обороты, а также устойчиво работать на предельных режимах.
К недостаткам поршневых авиационных двигателей с V-образным мотором относят сложность их конструкции. Вследствие этого они стоят значительно дороже других типов. Более того, они отличаются достаточно большой шириной двигателя. Также V-образные моторы характеризуются высоким уровнем вибрации, сложностями при балансировке. Это приводит к тому, что приходится специально утяжелять различные их части.
Как действует реактивная сила?
Чтобы понять принцип работы реактивного двигателя, нужно понимать, как действует эта сила.
Итак, представим выстрел из любого огнестрельного оружия. Это наглядный пример действия реактивной силы. Струя раскаленного газа, который образовался в процессе сгорания заряда в патроне, отталкивает оружие назад. Чем мощнее заряд, тем сильнее будет отдача.
А теперь представим процесс зажигания горючей смеси: он проходит постепенно и непрерывно. Именно так выглядит принцип работы прямоточного реактивного двигателя. Подобным образом работает ракета с твердотопливным реактивным двигателем – это наиболее простая из его вариаций. С ней знакомы даже начинающие ракетомоделисты.
В качестве горючего для реактивных двигателей вначале применяли дымный порох. Реактивные двигатели, принцип работы которых был уже более совершенен, требовали топлива с основой из нитроцеллюлозы, которая растворялась в нитроглицерине. В больших агрегатах, запускающих ракеты, выводящие шаттлы на орбиту, сегодня используют специальную смесь полимерного горючего с перхлоратом аммония в качестве окислителя.
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
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.
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.
Принцип работы
Принцип работы ТВРД заключается в следующем. Поток воздуха захватывается вентилятором и, частично сжимаясь, направляется по двум направлениям: в первый контур к компрессору и во второй на неподвижные лопатки. Вентилятор при этом играет роль не винта, создающего тягу, а компрессора низкого давления, увеличивающего количество воздуха, проходящего через двигатель. В первом контуре поток сжимается и нагревается при проходе через компрессор высокого давления и попадает в камеру сгорания. Здесь он смешивается с впрыснутым топливом и воспламеняется, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Поток расширяющихся горячих газов направляется на турбину высокого давления и вращает ее лопатки. Эта турбина вращает компрессор высокого давления, который закреплен с ней на одном валу. Далее газы вращают турбину низкого давления, приводящую в движение вентилятор, после чего попадают в сопло и вырываются наружу, создавая реактивную тягу.
В это же время во втором контуре поток воздуха, захваченный и сжатый вентилятором, попадает на неподвижные лопатки, выпрямляющие направление его движения так, чтобы он перемещался в осевом направлении. При этом воздух дополнительно сжимается во втором контуре и выходит наружу, создавая дополнительную тягу. Так же на тягу влияет сжигание кислорода воздуха второго контура в форсажной камере.
Турбокомпрессор
Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:
- при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной во впускном коллекторе;
- поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
- в мотор поступает большее количество воздушной массы, в него подается больше топлива.
Турбовинтовой двигатель
Конструкция и принцип работы были взяты из механизма турбореактивного мотора, а от поршневого — воздушные винты. Таким образом, стало возможным совмещение небольших габаритов, экономичности и высокого коэффициента полезного действия.
Однако для сверхзвуковой скорости они годными не были. Поэтому с появлением таких мощностей в военной авиации от них отказались. Зато гражданские самолеты в основном снабжаются именно ими.
Схема турбовинтового двигателя выглядит следующим образом: после нагнетания и сжатия компрессором воздух попадает в камеру сгорания. Туда же впрыскивается топливо. Полученная смесь воспламеняется и создает газы, которые при расширении поступают в турбину и вращают ее. Нерастраченная энергия выходит через сопло, создавая реактивную тягу.
Виды газотурбинных двигателей
Конструктивно газотурбинные силовые установки делят на четыре типа
Турбореактивные установки.
Двигатель этого типа используют в авиационной промышленности, когда важен показатель скорости передвижения (например, военные самолёты). Работа происходит за счет выхода газов из сопла самолёта на повышенной скорости. Газы толкают транспорт и таким образом двигают изделие вперёд.
Турбовинтовая установка.
Конструктивным отличием с предшественником считается дополнительная турбинная секция. Устройство вращает винт, забирая энергию у газов, прошедших компрессорную турбину. Визуально, механизм представлен рядом лопаток, размещают деталь в передней или задней части. Для отвода выхлопа применяют отводящие патрубки. Аппарат предназначен для установки на летательных аппаратах, используемых на малых высотах и скоростях, может оснащаться биротативным воздушным винтом.
Турбовентиляторный двигатель «Д-27»:
Турбовентиляторная установка.
Конструктивно, турбина похожа на предыдущую установку, различие во второй турбинной секции. Элемент отнимает энергию газов частично, как следствие, используются отводные выхлопные патрубки. Особенность агрегата, вентилятор активируется турбиной пониженного напора. По этой причине, второе название двигателя – «двухконтурный». Здесь внутренний контур образован воздушным потоком, идущим через агрегат, внешний контур создаёт направление, чтобы повысить эффект толчка вперёд. Последние выпуски летательных аппаратов применяют турбовентиляторные двигатели, поскольку механизмы надёжны и экономичны на больших высотах.
Турбовальная установка.
Конструктивно, установка похожа на предыдущий агрегат. Разница в том, что вал механизма приводит в действие многочисленные возможные элементы. Мотор получил распространение на вертолётах, танках, кораблях. Например, М90ФР, корабельный газотурбинный двигатель, устанавливаемый на фрегатах Российского флота. К таковым относятся: «Адмирал Горшков», «Дерзкий» и др.
Газотурбинный »:
Вспомогательный двигатель
Случается, что газотурбинная силовая установка применяется, как вспомогательное оборудование, например, автономный источник питания на борту. Простые агрегаты сжимают воздушные массы, отбираемые у турбинного компрессора, который запускает главные двигатели. Сложные установки вырабатывают электрическую энергию для нужд бортовой сети.
Немного теории или как летают самолеты
Основным параметром, определяющим характеристики работы любого реактивного двигателя, является тяга (или сила тяги), которую мотор развивает в сторону движения летательного аппарата. Она описывается формулой:
Для ее создания необходимо несколько составляющих:
- Источник первичной энергии, превращающийся в кинетическую энергию реактивной струи;
- Рабочее тело, которое образует поток и выбрасывается из РД;
- Сам реактивный двигатель, где происходят обозначенные процессы.
В ВРД в качестве первичной используется энергия сгорания химических веществ, то есть – это типичный тепловой двигатель. Главное условие функционирования подобной системы – превышение давления рабочего тела над атмосферным перед началом цикла расширения. Причем чем больше эта разница, тем выше эффективность ВРД. Все существующие в настоящий момент типы реактивных двигателей в первую очередь отличаются способом достижения этого перепада давлений, именно он и определяет их основные технические особенности.
Рабочее тело воздушных реактивных двигателей представляет собой смесь продуктов сгорания топлива с фракциями воздуха, оставшимися после использования кислорода. Для окисления 1 кг керосина – основного топлива для реактивных двигателей – необходимо примерно 15 кг воздуха.
В состав конструкции любого ВРД входит камера сгорания, где происходит окисление горючего, и реактивное сопло, из которого выбрасывается раскаленный газ, а тепловая энергия превращается в кинетическую, создавая при этом тягу.
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.
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.
Как производят реактивные двигатели для моделей самолетов?
Их производство для моделей самолетов занимает около 6 часов. Сначала вытачивается базовая пластина из алюминия, к которой крепятся все остальные детали. По размеру она совпадает с хоккейной шайбой.
К ней прикрепляют цилиндр, поэтому получается что-то вроде консервной банки. Это будущий двигатель внутреннего сгорания. Далее устанавливается система подачи топлива. Чтобы его закрепить, в основную пластину вкручиваются шурупы, предварительно опущенные в специальный герметик.
Двигатель для модели самолета.
Каналы стартера крепятся с другой стороны камеры, чтобы перенаправлять выбросы газа в турбинное колесо. В отверстие сбоку от камеры сгорания устанавливается спираль накаливания. Она поджигает топливо внутри двигателя.
Потом ставят турбину и центральную ось цилиндра. На нее ставят колесо компрессора, которое нагнетает воздух в камеру сгорания. Его проверяют с помощью компьютера, прежде чем закрепить пусковую установку.
Готовый двигатель еще раз проверяют на мощность. Его звук немногим отличается от звука двигателя самолета. Он, конечно, меньшей силы, но полностью напоминает его, придавая больше схожести модели.
https://youtube.com/watch?v=Am6y8xNZ3lU
Что учитывается?
Узнав, почему самолет взлетает против ветра, следует также в качестве одной из причин назвать экономию топлива и времени. Сокращение времени разбега способствует значительной экономии топлива. При этом сокращается и время полета.
Опытные летчики утверждают, что спешка в момент взлета является неприемлемой. Бывало много случаев, когда спешка и торопливость летчиков приводили к печальным последствиям
Крайне важно соблюдать все необходимые меры безопасности. В частности, самолет не должен взлетать, если боковой ветер довольно сильный и его скорость превышает допустимое значение (это значение устанавливает производитель)
При сильном боковом ветре авиалайнер сносит в сторону. Летчик в этом случае должен совершить целый ряд сложнейших действий, чтобы развернуть воздушное судно в нужную сторону, выровнять его и поднять в воздух без каких-либо проблем. Посадка при сильном боковом ветре тоже небезопасная. Чаще всего при наличии сильного бокового ветра самолеты совершают посадку на ближайшие аэродромы с удовлетворительными погодными условиями.
Прежде чем осуществлять взлет, летчик должен получить всю необходимую информацию о погодных условиях, причем не только фактических, на месте взлета, но и тех, что прогнозируются в зоне аэропорта прилета и двух близлежащих к месту прилета аэродромов, которые будут использоваться в качестве запасных. Для правильного и легкого взлета летчику предоставляют специальные данные, включая скорость и направление ветра. Если у пилота нет достаточного опыта, не исключено совершение ошибки в процессе взлета. Некоторые из этих ошибок пассажиры, сидящие в это время в салоне авиалайнера, даже не замечают. Однако при допущении серьезной ошибки возможны печальные последствия.
Бывает, пассажирам кажется, что после взлета авиалайнер начинает резко падать на землю. Однако в большинстве случаев это всего лишь иллюзия. На самом деле самолет продолжает набирать высоту. Но угол наклона воздушного судна становится более пологим. Таким образом постепенно авиалайнер выстраивается в горизонтальное положение, которое он занимает во время полета на большой высоте. Смена угла наклона дает ощущение падения. Но оно быстро исчезает, так как человек адаптируется к такому положению.
Человечество издавна интересовал вопрос, как же так получается, что многотонный летательный аппарат легко поднимается к небесам. Как же происходит взлет и как летают самолеты? Когда авиалайнер движется на большой скорости по взлетной полосе, у крыльев появляется подъемная сила и работает снизу вверх.
При движении воздушного судна вырабатывается разница давлений на нижнюю и верхнюю стороны крыла, благодаря чему получается подъемная сила, удерживающая воздушное судно в воздухе. Т.е. высокое давление воздуха снизу толкает крыло вверх, при этом низкое давление сверху затягивает крыло на себя. В результате крыло поднимается.
Для взлета авиалайнера, ему необходим достаточный разбег. Подъемная сила крыльев увеличивается в процессе набора скорости
, которая должна превысить предельный взлетный режим. Затемпилот увеличивает угол взлета , отводя штурвал к себе. Носовая часть лайнера поднимается вверх, и машина поднимается в воздух.
Затем убираются шасси и выпускные фары
. С целью уменьшения подъемной силы крыла, пилот постепенно выполняет уборку механизации. Когда авиалайнер достигнет необходимого уровня, летчик устанавливаетстандартное давление, а двигателям – номинальный режим . Чтобы посмотреть, как взлетает самолет, видео предлагаем просмотреть в конце статьи.
Взлет судна выполняется под углом
. С практической точки зрения этому можно дать следующее объяснение. Руль высоты – это подвижная поверхность, управляя которой можно вызвать отклонение самолета по тангажу.
Рулем высоты можно управлять углом тангажа, т.е. изменять скорость набора или потери высоты. Это происходит вследствие изменения угла атаки и силы подъема. Увеличивая скорость двигателя, пропеллер начинает крутиться быстрее и поднимает авиалайнер вверх. И наоборот, направляя рули высоты вниз, нос самолета опускается вниз, при этом скорость двигателя следует уменьшать.
Хвостовая часть авиалайнера
укомплектована рулем направления и тормозами на обе стороны колес.
Примечания и ссылки
Заметки
- Французский термин «turbopropulseur», на самом деле происходит от английского слова « турбовинтового », состоящий из турбо и воздушного винта (пропеллера), и который буквально означает пропеллер турбины . Выражение «турбовинтовой», используемое для обозначения самолета, оснащенного такими двигателями, является метонимией (как в примере: транзистор = радиоприемник).
- Если движущиеся лепестки остаются в закрытом положении, двигатель будет жертвой откачки и заглохнет в полете из-за создаваемого эффекта «аэродинамической пробки».
Рекомендации
- Определение словаря Ларусса
- (in) Стивен Фогель, «Сравнительная биомеханика: физический мир жизни», о подъемной силе, страницы 225 и 252 «Короче говоря, она будет иметь компонент тяги …»
Применение
Сфера применения двухконтурных турбореактивных двигателей очень широкая. Они смогли охватить практически всю авиацию, потеснив собой ТРД и ТВД. Главный недостаток реактивных моторов – их неэкономичность – удалось частично победить, так что сейчас большинство гражданских и практически все военные самолеты оснащены ТРДД. Для военной авиации, где важны компактность, мощность и легкость моторов, используются ТРДД с малой степенью двухконтурности (к<1) и форсажными камерами. На пассажирских и грузовых самолетах устанавливаются ТРДД со степенью двухконтурности к>2, что позволяет сэкономить немало топлива на дозвуковых скоростях и снизить стоимость перелетов.
Двухконтурные турбореактивные двигатели с малой степенью двухконтурности на военном самолете.
СУ-35 с установленными на нем 2мя двигателями АЛ-41Ф1С
Преимущества и недостатки
Двухконтурные турбореактивные двигатели имеют огромное преимущество в сравнении с ТРД в виде значительного сокращения расхода топлива без потерь мощности. Но при этом их конструкция более сложная, а вес намного больше. Понятно, что чем больше значение степени двухконтурности, тем экономичнее мотор, но это значение можно увеличить только одним способом – за счет увеличения диаметра второго контура, что даст возможность пропустить через него больше воздуха. Это и есть основным недостатком ТРДД. Достаточно посмотреть на некоторые ТВРД, устанавливаемые на крупные гражданские самолеты, чтобы понять, как они утяжеляют общую конструкцию. Диаметр их второго контура может достигать нескольких метров, а в целях экономии материалов и снижения их массы он выполняются более коротким, чем первый контур. Еще один минус крупных конструкций – высокое лобовое сопротивление во время полета, что в некоторой степени снижает скорость полета. Использование ТРДД в целях экономии топлива оправдано на дозвуковых скоростях, при преодолении звукового барьера реактивная тяга второго контура становится малоэффективной.
Различные конструкции и использование дополнительных конструктивных элементов в каждом отдельном случае позволяет получить нужный вариант ТРДД. Если важна экономия, устанавливаются турбовентиляторные двигатели с большим диаметром и высокой степенью двухконтурности. Если нужен компактный и мощный мотор, используются обычные ТРДД с форсажной камерой или без нее. Главное здесь найти компромисс и понять, какие приоритеты должны быть у конкретной модели. Военные истребители и бомбардировщики не могут оснащаться двигателями с трехметровым диаметром, да им это и не нужно, ведь в их случае приоритетны не столько экономия, сколько скорость и маневренность. Здесь же чаще используются и ТРДД с форсажными камерами (ТРДДФ) для увеличения тяги на сверхзвуковых скоростях или при запуске. А для гражданской авиации, где сами самолеты имеют большие размеры, вполне приемлемы крупные и тяжелые моторы с высокой степенью двухконтурности.
