Турбовентиляторний реактивний двигун

як працює турбіна літака

Реактивний двигун свого часу дав можливість літакам долати звуковий бар’єр і літати на великих швидкостях, що стало справжнім проривом як у цивільній, так і у військовій авіації. Але, як це часто буває, не всі в ньому виявилося ідеальним.

Збільшення потужності спричинило за собою збільшення витрати палива, що не могло не позначитися на вартості перельотів. З тих пір авіаконструктори постійно шукають рішення, що дозволяють об’єднати високу ефективність з економічністю.

 

Одним з можливих варіантів є двоконтурний турбореактивний двигун і зокрема його вид – турбовентиляторний реактивний двигун (ТВРД).

Турбовентиляторні реактивні двигуни – це все ті ж газотурбінні двигуни (ГТД), в сімейство яких входять практично всі сучасні авіаційні силові установки. ВМД відносяться до теплових машин, в яких теплова енергія згорілого палива перетворюється в механічну. Головною особливістю всіх ВМД є наявність турбіни – вала з лопатями, які сприймають частину виробленої енергії та надають руху мотор.

Найбільш простими за будовою вважаються звичайні турбореактивні двигуни (ТРД), що складаються з компресора, камери згоряння, турбіни і сопла. Але, як було зазначено вище, така конструкція хоч і забезпечує необхідну потужність, при цьому споживає багато палива. Самими ж економними в плані витрати палива вважаються турбогвинтові двигуни (ТВД), у яких тягу створює не реактивний потік, а гвинт, що приводиться в рух турбіною.

Правда, літаки, оснащені такими моторами, не можуть долати звуковий бар’єр, так що їх можливості обмежені. Вони використовуються в цивільній авіації на літаках, що літають на великі відстані з дозвуковій швидкістю.

Авіаконструктори шукають можливість з’єднати ці два основних типи ВМД, щоб отримати ефективний і економічний силовий агрегат, і турбовентиляторний реактивний двигун – це якраз один з результатів їх роботи.

Перед тим, як перейти безпосередньо до ТВРД, варто звернути увагу на таке поняття, як двоконтурні реактивних двигунів. Двоконтурні турбореактивні двигуни (ТРДД) представляють собою звичайні реактивні двигуни, оснащені додатковим – зовнішнім – контуром, який «обволікає» їх корпус. Між зовнішнім і внутрішнім корпусом є кільцевої канал, по якому проходить повітряний потік.

Тобто, при роботі двигуна повітряний потік, який всмоктує компресор, потрапляє не тільки у внутрішній контур, а й у зовнішній, що збільшує витрату повітря і підвищує ефективність роботи. Ступінь двоконтурності таких двигунів визначається відношенням кількості повітря, яке проходить через зовнішній контур, до кількості повітря у внутрішньому.

 

Чим більше це значення, тим ефективніше робота силового агрегату.

Пристрій

А тепер саме час перейти до турбовентиляторних реактивному двигуну, який якраз і є одним з видів ТРДД зі ступенем двоконтурного більше 2-х.

ТВРД, як двоконтурний двигун, складається з першого контуру – звичайного ТРД, і другого. Перший контур включає в себе вентилятор, компресор високого тиску, камеру згоряння, турбіну високого тиску, турбіну низького тиску і сопло.

Другий контур являє собою кільцевої канал з нерухомими лопатками всередині і соплом.

Компресор високого тиску (КВД), як правило, осьової і складається з декількох ступенів, кожну з яких формують рухомі та нерухомі лопатки, закріплені на валу. Чим більше ступенів, тим вище ступінь стиснення повітря. Рухливі лопатки розташовані попереду, вони засмоктують і стискають повітряний потік, який потім потрапляє на нерухомі лопаті, що задають йому осьовий напрямок.

Вентилятор – це свого роду той же компресор, його навіть деколи називають компресором низького тиску і вважають однією із ступенів КВД. Зазвичай він одноступінчатий, чого цілком достатньо для попередньо стиснення повітря, але в деяких випадках зустрічаються і дво- і триступінчаті вентилятори.

Камера згоряння може бути кільцевої або трубчастої. Її поверхня має отвори для кращого вентилювання та охолодження. У самій камері встановлено форсунки для подачі палива.

Турбіна високого тиску – це основа мотора. Власне, це той же компресор, тільки з протилежним принципом роботи: у випадку з турбіною не она впливає на газовий потік, а потік впливає на неї, віддаючи частину своєї енергії. Її конструкція складається з нерухомих лопаток, що випрямляють потік розширених газів, і рухливих лопаток, які і створюють крутний момент. Як і компресор, вона може мати кілька ступенів.

Турбіна низького тиску – це вільна турбіна, що обертає вентилятор. Вона теж обертається під впливом розширених газів Дві турбіни не пов’язані між собою механічно і працюють незалежно одна від одної. Вал другий турбіни при цьому зазвичай знаходиться всередині вала першої, але є конструкції, що передбачають наявність трьох валів.

Принцип роботи

Принцип роботи ТВРД полягає в наступному. Потік повітря захоплюється вентилятором і, частково стискаючись, направляється за двома напрямками: в перший контур до компресора і в другій на нерухомі лопатки. Вентилятор при цьому відіграє роль не гвинта, що створює тягу, а компресора низького тиску, що збільшує кількість повітря, що проходить через двигун.

 

У першому контурі потік стискається і нагрівається при проході через компресор високого тиску і потрапляє в камеру згоряння. Тут він змішується з вприснутим паливом і запалюється, в результаті чого утворюються гази з великим запасом енергії. Потік розширюються гарячих газів направляється на турбіну високого тиску і обертає її лопатки. Ця турбіна обертає компресор високого тиску, який закріплений за нею на одному валу.

Далі гази обертають турбіну низького тиску, що приводить в рух вентилятор, після чого потрапляють в сопло і вириваються назовні, створюючи реактивну тягу.

В цей же час у другому контурі потік повітря, захоплений і стислий вентилятором, потрапляє на нерухомі лопатки, що випрямляють напрямок його руху так, щоб він переміщався в осьовому напрямку. При цьому повітря додатково стискається, після чого потрапляє в сопло другого контуру і виходить назовні, створюючи додаткову тягу. Два контури зазвичай не змішуються між собою, але є і виключення.

переваги

Чим же так привабливий турбовентиляторний реактивний двигун? В першу чергу він дає можливість економії палива без втрат потужності, що так важливо для реактивних двигунів. Крім того, цей мотор менш галасливий, ніж його «родичі». Ще одна перевага – наявність спрощеної реверсної системи тяги. При гальмуванні літака використовується тяга зовнішнього контуру.

недоліки

Що ж стосується недоліків, не обійшлося і без них. Будь-які додаткові компоненти конструкції двигунів – це додатковий вага, що для авіації дуже важливо, а додатковий контур чималих розмірів – це досить істотне збільшення маси мотора. Ще один мінус – великі габарити, що веде до підвищення значення лобового опору повітря під час польоту.

ТВРД можна безпомилково дізнатися по характерному увазі: вони нагадують бочонки з великим перетином. Великий діаметр цих моторів – запорука високого ступеня двоконтурності, в деяких моделях через нього проходить до 80″code-block code-block-3″ style=”margin: 8px 0; clear: both;”>

 

З метою економії і зменшення ваги другий контур виконують не по всій довжині двигуна, а трохи менше, в результаті чого з об’ємного «барильця» ззаду визирає конус першого контуру.

застосування

Турбовентиляторні реактивні двигуни успішно використовуються на сучасних літаках вітчизняного і зарубіжного виробництва. З «рідних» варто виділити ПС-90А і Д-18Т; із зарубіжних – General Electric GE90, CFM56-5А / B, CFM56-5C2.

Сфера застосування ТВРД дуже широка. Це найбільш затребуваний вид авіаційних реактивних двигунів на сьогоднішній день, який значно потіснив свій прототип – класичний ТРД.

Завдяки своїй економічності, він використовується і в цивільній, і у військовій авіації. Їм оснащуються пасажирські і вантажні літаки, що літають на далекі і середні відстані, хоча раніше з метою економії на них встановлювалися ТВД.

Зараз же з’явилася можливість літати швидко і порівняно недорого, і все завдяки ТВРД.

Вітчизняні двигуни під крилом літака

ПС-90 під крилом Sukhoi Superjet 100 Д-18Т і він же під крилом АН-124

Зарубіжні зразки двигунів

ТВРД General Electric GE90 ТВРД Rolle Royce Trent 970

Принцип роботи газових турбін

як працює турбіна літака

Газовою турбіною прийнято називати постійно діючий двигун. Далі піде мова про те, як влаштована газова турбіна, в чому полягає принцип роботи агрегату. Особливістю такого двигуна є те, що всередині нього енергія продукується стисненим або нагрітим газом, результатом перетворення якого є механічна робота на валу.

Історія створення газової турбіни

Цікаво, що механізми турбін почали розроблятися інженерами вже дуже давно. Перша примітивна парова турбіна була створена ще в I столітті до н. е.! Звичайно ж, свого существенног
про розквіту даний механізм досяг тільки зараз. Активно розроблятися турбіни почали в кінці XIX століття одночасно з розвитком і вдосконаленням термодинаміки, машинобудування і металургії.

 

Змінювалися принципи механізмів, матеріали, сплави, все удосконалювалося і ось, на сьогоднішній день людству відома найбільш досконала з усіх раніше існуючих форм газової турбіни, яка розмежовується на різні типи. Є авіаційна газова турбіна, а є промислова.

Технічні характеристики газової турбіни

Газовою турбіною прийнято називати своєрідний тепловий двигун, його робочим частинам зумовлено тільки одне завдання – обертатися внаслідок впливу струменя газу.

Влаштована вона таким чином, що головна частина турбіни представлена ​​колесом, на яке прикріплені набори лопаток. Газ, впливаючи на лопатки газової турбіни, змушує їх рухатися і обертати колесо. Колесо в свою чергу жорстко скріплене з валом.

Цей тандем має спеціальну назву – ротор турбіни.

Внаслідок цього руху, що відбувається всередині двигуна газової турбіни, досягається отримання механічної енергії, яка передається на електрогенератор, на гребний гвинт корабля, на повітряний гвинт літака і інші робочі механізми аналогічного принципу дії.

Активні і реактивні турбіни

Вплив газового струменя на лопатки турбіни може бути двояким. Тому турбіни поділяються на класи: клас активних і реактивних турбін. Відрізняються реактивна і активна газова турбіна принципом пристрою.

активна турбіна

Активна турбіна характеризується тим, що тут відзначається велика швидкість надходження газу на робочі лопатки. За допомогою зігнутої лопатки, струмінь газу відхиляється від своєї траєкторії руху. В результаті відхилення розвивається велика відцентрова сила. За допомогою цієї сили лопатки приводяться в рух. Під час всього описаного шляху газу відбувається втрата частини його енергії. Така енергія і спрямована на рух робочого колеса і вала.

 

реактивна турбіна

У реактивної турбіни все трохи інакше. Тут надходження газу до робочих лопаток здійснюється на незначній швидкості і під впливом великого рівня тиску. Форма лопаток так само відмінна, завдяки чому швидкість газу значно збільшується. Таким чином, струмінь газу створює свого роду реактивну силу.

З описуваного вище механізму слід, що пристрій газової турбіни досить непроста. Щоб такий агрегат працював безперебійно і приносив своєму власнику прибуток і вигоду, слід довірити його обслуговування професіоналам.

Сервісні профільні компанії забезпечують сервісне обслуговування установок, що використовують газові турбіни, поставки комплектуючих, всіляких частин і деталей.

DMEnergy – одна з таких компаній (докладніше), які забезпечують своєму клієнтові спокій і впевненість в тому, що він не залишиться один на один з проблемами, що виникають в ході експлуатації газової турбіни.

Безкоштовна публікація статей на Promdevelop.ru

IT News

як працює турбіна літака
Дата Категорія: Транспорт

Обертається повітряний гвинт тягне літак вперед. Але реактивний двигун з великою швидкістю викидає гарячі відпрацьовані гази назад і тим самим створює реактивну силу тяги, спрямовану вперед.

Типи реактивних двигунів

Існує чотири типи реактивних, або газотурбінних двигунів:

турбореактивні ;

Турбовентиляторні – такі, як використовуються на пасажирських лайнерах Боїнг-747;

Турбогвинтові , де використовують повітряні гвинти, які приводяться в дію турбінами;

і  турбовальних , які ставлять на вертольоти.

Турбовентиляторний двигун складається з трьох основних частин: компресора, камери згоряння і турбіни, що дає енергію. Спочатку повітря надходить у двигун і стискається за допомогою вентилятора.

Потім, в камері згоряння, стиснене повітря змішується з пальним і згорає, утворюючи газ при високій температурі і високому тиску.

 

Цей газ проходить через турбіну, змушуючи її обертатися з величезною швидкістю, і викидається назад, створюючи таким чином реактивну силу тяги, спрямовану вперед.

Пристрій турбовентиляторного двигуна

зображення клікабельно

Потрапивши в турбінний двигун, повітря проходить кілька ступенів стиснення. Особливо сильно виростають тиск і об’єм газу після проходження камери згоряння. Сила тяги, створювана вихлопними газами, дозволяє реактивних літаків рухатися на висотах і швидкостях, набагато переважаючих ті, що доступні гвинтокрилих машин з поршневими двигунами.

Потрапивши в турбінний двигун, повітря проходить кілька ступенів стиснення. Особливо сильно виростають тиск і об’єм газу після проходження камери згоряння. Сила тяги, створювана вихлопними газами, дозволяє реактивних літаків рухатися на висотах і швидкостях, набагато переважаючих ті, що доступні гвинтокрилих машин з поршневими двигунами.

турбореактивний двигун

У турбореактивних двигунів повітря забирається спереду, стискається і згоряє разом з паливом. Утворені в результаті згоряння вихлопні гази створюють реактивну силу тяги.

турбогвинтовий двигун

Турбогвинтові двигуни з’єднують реактивну тягу вихлопних газів з передньої тягою, створюваної при обертанні повітряного гвинта.

Двигун турбогвинтовий: пристрій, схема, принцип роботи. Виробництво турбогвинтових двигунів в Росії

Двигун турбогвинтовий схожий на поршневий: і той, і інший мають повітряний гвинт. Але в усьому іншому вони різні. Розглянемо, що собою являє цей агрегат, як працює, які його плюси і мінуси.

Загальна характеристика

Двигун турбогвинтовий належить до класу газотурбінних, які розроблялися як універсальні перетворювачі енергії і стали широко використовуватися в авіації. Вони складаються з теплової машини, де розширені гази обертають турбіну і утворюють крутний момент, а до її валу прикріплюють інші агрегати. Двигун турбогвинтовий забезпечується повітряним гвинтом.

Він являє собою щось середнє між поршневими і турбореактивними агрегатами. Спочатку в літаки встановлювали поршневі двигуни, що складаються з циліндрів в формі зірки з розташованим всередині валом.

Але через те, що вони мали надто великі габарити і вага, а також низьку можливість швидкості, їх перестали використовувати, віддавши перевагу з’явилися турбореактивним установкам. Але і ці двигуни не були позбавлені недоліків.

Вони могли розвивати надзвукову швидкість, але споживали дуже багато палива. Тому їх експлуатація обходилася надто дорого для пасажирських перевезень.

Двигун турбогвинтовий мав впоратися з подібним недоліком. І це завдання було вирішено. Конструкція і принцип роботи були взяті з механізму турбореактивного двигуна, а від поршневого – повітряні гвинти. Таким чином, стало можливим поєднання невеликих габаритів, економічності і високого коефіцієнта корисної дії.

Двигуни були винайдені і споруджені ще в тридцятих роках минулого століття за часів Радянського Союзу, а два десятиліття по тому почали їх масовий випуск. Потужність варіювалася від 1880 до 11000 кВт. Тривалий період їх застосовували у військовій і цивільній авіації. Однак для надзвукової швидкості вони придатними були. Тому з появою таких потужностей у військовій авіації від них відмовилися. Зате цивільні літаки в основному забезпечуються саме ними.

 

Ви також можете насолодитися:

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *