Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД ) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.
Теперь процесс до этой точки равен скорости заданной минимальной тяги. Кроме того, в этом турбореактивном двигателе, однако, при входе газов в секцию турбины расширение газов закончено, уменьшая некоторые вещи. его температуре и давлении. Типы выхлопных газов для достижения максимально возможной мощности, так как турбина должна извлекать больше энергии из выхлопных газов для перемещения компрессора и пропеллера. Однако анализ будет зависеть от того, имеет ли двигатель свободный или фиксированный тип, поскольку в этом первом поглощенная мощность может регулироваться путем изменения высоты пропеллера, а с другой, оптимальное разделение должно быть отрегулировано для определенной точки работы, В анализе важно учитывать следующее: Тепловая энергия, поступающая в двигатель в единицу времени, должна быть равна кинетической энергии, создаваемой двигателем на единицу времени турбинного двигателя. Пропульсивная производительность возрастает, если разница между пароходом и скоростями полета.
Устройство турбовентиляторного двигателя
Конструкция
Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.
Существует два типа турбовинтовых двигателей: они небольшие. Следовательно, при умеренных скоростях полета тяга, получаемая при фиксированной турбине, ниже. турбины приводят один вал через пропеллер, чем струя газа в настоящее время, которая управляет компрессором и пропеллером. Это высокая скорость. тип двигателей использует всю мощность, вырабатываемую непосредственно на пропеллере. Таким образом, с учетом вышеуказанных условий предлагается свободная турбина:: турбины не соединены, поэтому каждая из них имеет независимую ось, они будут использоваться для перемещения компрессора и гребного винта отдельно.
ТРД состоит из нескольких основных элементов:
- вентилятор;
- компрессор;
- камера сгорания;
- турбина;
- сопло.
Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.
Эта независимость осей позволяет им двигаться с разной скоростью и тем самым достигать большей мощности, большего контроля над потоком воздуха в двигателе и уменьшать его размер. Смешанная турбина: Как и у свободной турбины, есть две оси, но турбина генератора Рис. Турбо-пропеллер 3 выше: из 5 следует, что по мере увеличения скорости полета мощность от турбины, подключенной к входу жидкости в компрессор, должна быть вычтена. пропеллера в пользу струи выхлопного газа. Выпускной клапан компрессора. для значений увеличения требуется сжигание. большее расширение газов в турбине пропеллера для впуска газов в турбину. поддерживать оптимальную мощность.
Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.
Выход газа из турбины. Высылка газов в окружающую среду. Увеличение скорости значительно уменьшает сопротивление. Например: Тяга, производимая газами. Для практических целей удельная теплоемкость при постоянном давлении будет равна 0. Из вышеизложенного следует, что эквивалентная мощность, полученная от турбовинтового двигателя, зависит от двух факторов: мощности вала и мощности за счет выходящих газов. Обратите внимание, что в статических условиях эквивалентная мощность и мощность вала будут одинаковыми. 4 Рисунок Что будет отражено в «Где», мощность движения, определяемая выражением: Выход, полученный при расширении газов в выпускном сопле.
Вид самолетного двигателя снаружи
Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.
Поэтому доля энергии, которая моделируется аналогично, в реакторе при малых скоростях будет потрачена в турбине пропеллера. Саламанка: Аэронавтика великолепна. Элементы тяги: газ. турбин и ракет. Турбофанские двигатели отличаются от турбовинтовых двигателей главным образом из-за их коэффициента отклонения, что является отношением между массовым потоком воздуха, окружающим камеру сгорания, и проходящим через него воздухом; это соотношение составляет от 5 до 6 для турбовентилятора и до 100 для турбовентилятора.
Пропульсивная работа турбореактивного двигателя впереди турбореактивного двигателя, и его значение значительно выше при низкой скорости движения. Эти газы частично используются для перемещения новой секции турбины, связанной с пропеллером, а другая ускоряется в выпускном канале. Только небольшое количество энергии используется для получения тяги путем ускорения газов в сопле. В турбовинте при увеличении высоты полета мощность, расход топлива и остаточная тяга снижаются до практически постоянных значений с более высокой высотой. Турбовентиляторный двигатель обеспечивает лучшие условия работы и расход топлива, чем турбовентиляторный двигатель, если условия полета не превышают скорости, превышающие макс 6 из-за явлений сжимаемости в пропеллере.
Далее смесь поступает в сопло. Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.
В двигателях воздушных судов могут быть установлены различные сопла. Наиболее совершенными считаются подвижные. Подвижное сопло способно расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струе. Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.
Получено 22 февраля. Движение в турбовинтовом двигателе выполняется путем преобразования большей части. энергия газового потока в механической мощности для нагнетания компрессора, аксессуаров и. нагрузка пропеллера. Только небольшое количество струйной тяги доступно через поток газа с относительно низким и низким скоростями. создаваемых турбинами, необходимо перетащить дополнительную нагрузку пропеллера.
Характеристики и использование турбовинтового двигателя состоят в следующем. Высокая пропульсивная работа на низких скоростях, что приводит к коротким гонкам. снижается, но быстро уменьшается по мере увеличения скорости. Двигатель способен развивать высокую тягу на низких скоростях, потому что пропеллер может ускоряться. большое количество воздуха от скорости 0 до передней части самолета. Он имеет более сложный дизайн и тяжелее турбореактивного двигателя. Конкретный расход топлива ниже, чем у турбореактивного двигателя.
Виды двигателей
Двигатели для самолетов бывают различных типов:
- классические;
- турбовинтовые;
- турбовентиляторные;
- прямоточные.
Классические установки работают по принципу, описанному выше. Такие двигатели устанавливают на воздушных судах различной модификации. Турбовинтовые функционируют несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.
Комбинированный двигатель и пропеллер с большей передней частью, которым требуется шасси. выше для самолетов с низким крылом, но не обязательно увеличивает сопротивление. паразитарные. Возможность эффективной обратной тяги. Эти характеристики показывают, что турбовинтовые двигатели превосходят взлет. с большими нагрузками на коротких и средних дорожках. Турбопробы, как правило, ограничены на скоростях до около 500 миль / ч, поскольку производительность гребного винта быстро падает на более высоких скоростях из-за образования волн. шок.
В то время как базовый дизайн турбовинтового двигателя похож на чистый турбореактивный двигатель. в основном отличается: дополнительной турбиной, которая тянется к пропеллеру. Расположение двух наборов вращения и. редуктор для преобразования высокой скорости вращения турбины в одну. более умеренная скорость для пропеллера. Турбореактивный двигатель предназначен для ускорения массы относительно низкого воздушного потока. высокая скорость выпуска, наоборот, турбовинтовой двигатель предназначен для ускорения. большая масса воздушного потока на низкой скорости.
Турбовентиляторные двигатели представляют собой комбинированные установки, сочетающие элементы турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Они отличаются от классических большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и винт функционируют на дозвуковых скоростях. Скорость перемещения воздуха понижается за счет наличия специального обтекателя, в который помещен вентилятор. Такие двигатели более экономично расходуют топливо, чем классические. Кроме того, они характеризуются более высоким КПД. Чаще всего их устанавливают на лайнерах и самолетах большой вместительности.
Это приводит к выполнению. непревзойденное топливо, хотя и за счет скорости полета и шума в кабине. Термодинамический цикл такой же, как у чистого реактора. В чистом реакторе движитель. результат реакции на ускоренную массу, в то время как в турбонасосе получается. средство привода пропеллера, которое принимает энергию, поступающую от той, которая применяется к турбине. который перемещает его. Поэтому скорость выхлопа выхлопных газов уже очень низкая. потому что кинетическая энергия газов в разложении была захвачена почти полностью. турбинами переходить на компрессор или компрессоры и пропеллер.
Размер двигателя самолета относительно человеческого роста
Прямоточные воздушно-реактивные установки не предполагают использование подвижных элементов. Воздух втягивается естественным путем благодаря обтекателю, установленному на входном отверстии. После поступления воздуха двигатель работает аналогично классическому.
В базовом турбореактивном двигателе получена лишь небольшая остаточная тяга, исходящая из энергии, находящейся в двигателе. расширение после последней турбины, но эта тяга очень мала по сравнению с. тяга пропеллера. Энергия, полученная в турбовинте, может быть выражена в виде мощности, передаваемой турбине. вал, который не встречается в турбореактивном двигателе, только в случае. рассмотрим скорость пролетающего самолета, мы можем найти его эквивалентную мощность. В турбовинте, работающем, но все еще в покое, в нем есть реальная сила. вал карданного вала аналогично двигателям с возвратно-поступательным движением, то есть доступной мощности.
Некоторые самолеты летают на турбовинтовых двигателях, устройство которых гораздо проще, чем устройство ТРД. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.
Который может быть измерен тормозом. Турбопробы могут принимать различные конфигурации в зависимости от базового турбореактивного двигателя. которые образуют силовую установку. Конфигурации могут быть: Турбореакторы чистые осевых компрессоров простые или двойные. Чистые или двойные центробежные турбореактивные компрессоры. Двигатели смешанного компрессора с чистым турбореактивным двигателем.
Благодаря тому, что пропеллер получает движение, турбовинтовые двигатели могут быть: Типичный турбовинтовой двигатель можно разложить на наборы следующим образом. Сборка силовой части, состоящая из обычных основных компонентов. газотурбинных двигателей. Узел коробки передач или коробка передач, которая содержит эти особые разделы. для турбовинтовых конфигураций. Набор измерителя крутящего момента, используемый для обозначения мощности, разработанной двигателем. турбовинтовой. Крутящий момент двигателя или крутящего момента пропорционален лошадям. и передается через редуктор пропеллера.
Транспортный самолет АН-8 с двигателями АИ-20.
Сегодня продолжаем более подробно говорить о типах авиационных двигателей. На повестке дня следующий тип – турбовинтовой двигатель
(ТВД
).
Кто читал мои статью , тот конечно, знает, что турбовинтовой двигатель – это разновидность газотурбинного.
Набор перетаскивания аксессуаров. Газотурбинная муфта, свободная турбина и муфта. Коробка передач к турбине. Валы турбины обычно прикрепляются к задним втулкам компрессоров. с помощью соединительных и тормозных устройств. Эти стальные соединения закрепите вал. турбины с компрессором и обычно имеют сплайн по внешнему диаметру или. на внутренней стороне, которая соответствует внутренней или внешней канавке переднего конца вала. турбины. Муфта может иметь левую резьбу спереди и одну. фланец, который крепит вал к задней втулке компрессора, также имеет паз для. закрепите инструмент или зажимной инструмент внутри.
Газотурбинный двигатель – это и, как в любой тепловой машине, в нем есть устройство расширения, которым является турбина. Ну, а турбина нужна в первую очередь, чтобы вращать компрессор, а во вторую, для привода различных дополнительных агрегатов, то есть полезной нагрузки. Это может быть, например, электрогенератор, винт в судовой установке, а применительно к авиации – винт воздушный или же вспомогательная силовая установка ().
По этой причине для аксессуаров должны быть выбраны другие места. Газотурбинные двигатели имеют множество сжатого воздуха для работы многих из них. компоненты, которые в самолете, приводимые в движение альтернативным двигателем, тянутся. шестернями внутри двигателя. Некоторые из этих принадлежностей - гидравлические насосы. кондиционеры и различные приводы. Для монтажа принадлежностей есть два основных места. перетаскиваемые шестернями: под компрессором низкого давления и под компрессором. высокое давление за вентилятором.
Но, несмотря на это, разнообразие очень велико, так как есть двигатели. у них это на вершине, у других есть больше, чем аксессуар, красивый. лучшее распределение или изменить направление вращения оси. Редукционные шестерни Альтернативные двигатели достаточно медленны, чтобы некоторые из них тащили. пропеллера непосредственно из самого коленчатого вала. Даже более старые двигатели, которые тащит. пропеллер через ряд редукторов вряд ли использует соотношение. уменьшение более 1.
Получается, что турбину можно как бы условно разделить на две части – турбину компрессора и турбину полезной нагрузки. Последнюю еще называют свободной турбиной . Часто на практике их так и делают в виде двух агрегатов. Если свободную турбину убрать, то останется неиспользованная часть энергии газового потока (так называемая свободная энергия ), которая потом в реактивном сопле двигателя может быть преобразована в кинетическую энергию, и мы получим тягу двигателя за счет реакции струи. Вы уже наверное поняли:-), что в этом случае мы будем иметь .
Однако возможен и промежуточный вариант. То есть часть свободной энергии (большую) можно использовать для полезной нагрузки, а оставшуюся часть (меньшую) для работы в сопле, то есть для получения реактивной тяги. Вот именно по такому принципу и устроен турбовинтовой двигатель . Полезная нагрузка для него – это вышеупомянутый воздушный винт . Справедливости ради стоит сказать, что реактивная тяга играет для ТВД небольшую роль. Доля ее обычно не более 15% (на современных ТВД и того меньше).
Принципиальное устройство турбовинтового двигателя.
Итак классический ТВД по конструкции очень похож на обычный турбореактивный двигатель. У него есть компрессор , камера сгорания , турбина и сопло . Но добавлен еще один важный агрегат. Дело в том, что частота вращения ротора любого газотурбинного двигателя очень высока (до 30000 об/мин), а воздушный винт при таких оборотах работать не может. Поэтому между ротором двигателя и винтом устанавливается редуктор , понижающий обороты. Редукторы бывают разных конструкций, но функции у них одинаковы.
Анимация, показывающая принцип работы ТВД.
Как и все в этом мире 🙂 турбовинтовой двигатель имеет преимущества и недостатки. Это следствие того, что он соединил в себе качества поршневого и ТРД. Он, как газотурбинный двигатель (родственник реактивного:-)) является представителем того самого семейства двигателей, которому в свое время сдал свои позиции (об этом ). Поэтому ТВД значительно легче поршневого при той же мощности. Это очень хорошо, ведь масса – важнейший показатель для авиации. Все тяжелое, как известно, летает без особой охоты:-).
Одновременно по сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой значительно экономичнее. Дело в том, что от поршневого ТВД взял себе воздушный винт. Этот агрегат, особенно в современных разработках имеет довольно высокий коэффициент полезного действия, до 86%, что и обуславливает экономичность всего двигателя.
Однако винту недоступны большие скорости. не дает возможности винтовым самолетам летать со скоростями выше 750 км/ч (единственный самолет наш бомбардировщик ТУ-95
достигает скорости 920 км/ч). Кроме того современные воздушные винты достаточно шумны, что не одобряют нормы Международной организации гражданской авиации (ICAO
).
Вот и получается, что турбовинтовой двигатель
применяется в основном там, где не нужны большие скорости или же важна экономичность. Чаще всего – это ближне- и среднемагистральная гражданская авиация, а также транспортная авиация. Но, честно говоря, и оттуда ТВД частенько вытесняется современными экономичными двухконтурными турбореактивными двигателями
.
Турбовинтовой двигатель АИ-20.
Уже достаточно послужил людям и всегда отличался высокой экономичностью и большой надежностью. Хорошо известен, например, двигатель-ветеран АИ-20 (и его модификации, начало выпуска 1957 год)) . Он устанавливался на заслуженный пассажирский самолет ИЛ-18 , а также на транспортные самолеты тип АН-8 , АН-12 , АН-32 , на морские БЕ-12 и военно-морские ИЛ-38 . Этот двигатель в некоторых местах эксплуатируется до сих пор и отличается очень высокой надежностью. Такого ресурса, как у АИ-20 (40 000 часов летной эксплуатации!) нет наверное ни у одного двигателя.
Противолодочный самолет БЕ-12 с двигателями АИ-20.
Пассажирский ветеран ИЛ-18 с двигателями АИ-20.
И, конечно, списывать со счетов турбовинтовой двигатель еще рано. Конструкторы, соблазненные его высокой экономичностью постоянно ведут работу по улучшению существующих образцов и созданию новых. Разрабатываются новые типы винтов, в частности сверхзвуковых (с переменным, правда, успехом:-)).
Турбовинтовентиляторный двигатель Д-27.
Примером служит сравнительно недавно появившийся двигатель Д-27 , разработанный в Запорожском машиностроительном конструкторском бюро „Прогресс“ имени академика А. Г. Ивченко. В том самом, где создавался когда-то АИ-20. Д-27 внешне очень похож на турбовинтовой двигатель , но на самом деле это качественный скачок вперед. Он даже название имеет измененное: . Предназначен для пассажирских и транспортных самолетов, для которых скорость также важна, как и экономичность. Таких, например, как новый транспортник АН-70 . На оси свободной турбины Д-27 (понятно через редуктор:-)) установлено два винто-вентилятора , вращающихся в разные стороны. Этот двигатель не имеет аналогов и на данный момент является единственным рабочим двигателем такого типа в мире.
Транспортный самолет АН-70 с двигателями Д-27.
Прогресс не остановить:-), так что нам вполне вероятно еще предстоит увидеть новые типы самолетов с «нимбами» винтов и мягким гулом турбовинтовых двигателей.
В заключении предлагаю вам посмотреть два ролика. Первый хорошо показывает принцип работы ТВД. Пояснительные надписи на английском, но, я думаю, понять не сложно. Для тех, кто «совсем не англичанин»:-), поясню, что Gearbox — это редуктор, а Nozzle -это сопло, Inlet — это вход, Combustion Chamber — камера сгорания. Второй ролик — это анимация работы еще одного прогрессивного и очень интересного турбовинтового двигателя Pratt Whitney PT6A . Обратите внимание, что направление движения газов по тракту двигателя организовано «задом наперед» 🙂
Фотографии кликабельны .