Меню сайта
Статистика
Наша кнопка

 
Реклама:
 
Вторник, 17.10.2017, 16:27

FAQ-двигатели летательных аппаратов

КОМПРЕССОРЫ ГТД;

Что такое двигатель?
Двигатель (иногда движитель, силовая установка) – устройство приводящее в движение механизмы и транспорт. Подразделяются на паровые, внутреннего сгорания, турбинные и электрические.

Какой основной тип двигателей, используется на летательных аппаратах?
Газотурбинный воздушно-реактивный двигатель прямой реакции.

Почему такой двигатель называется газотурбинным воздушно-реактивным прямой реакции?
Такой двигатель создаёт мощную реактивную газовую струю, которая толкает его вперёд. Этим объясняется термин «прямая реакция» (из книги о теории ВРД).
Газовая турбина это один из важных рабочих органов такого двигателя.

Почему распространено выражение «турбина самолёта»?
Это сугубо «колхозное» выражение дилетантов. Так как понятие «Турбина», довольно растяжимое. Турбина это рабочий (чувствительный орган) многих типов двигателей, таких как водяных, паровых и газотурбинных. Поэтому воздушно-реактивные газотурбинные двигатели, называются просто «двигатель». В некоторых толковых словарях, технических терминов, можно встретить термин «Турбина». Однако там сказано, что это мотор, приводящий что либо в механическое движение. А «турбина самолёта», вы там не найдёте.
Кстати, так же как и поршневой двигатель обычного автомобиля. Его же не называют «Поршень» автомобиля.

Что представляет собой турбина?
Любая турбина, как рабочий орган, какого либо двигателя, представляет собой колесо с лопатками. Их количество варьируется в зависимости от назначения и конструкции. Например, на гидротурбинах (гидроэлектростанции), количество лопаток может быть примерно от 4 до 10. В газотурбинных авиационных двигателях, их число очень большое. Так как нужно получить максимальный КПД от горячих газов из камер сгорания. Примерно такие же турбины, устанавливаются на тепловых электростанциях, в турбогенераторах. Только там вращение происходит не от горячих газов сгорающего топлива, а он разогретого водяного пара.

Как устроен простейший воздушно-реактивный двигатель прямой реакции, в «двух словах»?
Газотурбинный воздушно-реактивный двигатель (далее-ВРД), представляет собой два крупных элемента: статор и ротор. Статор это корпус с разными выносными коробками агрегатов для собственных нужд. Ротор это сам агрегат «Турбина-компрессор». Между турбиной и компрессором, установлена камера сгорания. В конце устанавливается сопловой насадок (реактивное сопло).

Как работает такой двигатель и является ли он типом двигателя внутреннего сгорания?
Любой газотурбинный двигатель (далее ГТД), относится к серии двигателей внутреннего сгорания, так как топливо так же горит внутри камеры сгорания. В поршневых двигателях, топливо сгорает в цилиндре.
При работе двигателя, компрессор непрерывно подаёт сжатый воздух в камеру сгорания. В камере сгорания происходит формирование рабочего тела (газа), путём подогрева сжатого атмосферного воздуха, сгорающим жидким топливом. Горячие газы расширяясь, выходят из камеры сгорания на турбину, вращают её и отдают часть энергии. Турбина в свою очередь крутит компрессор, который сидит на одном валу и жёстко связан с ней. После турбины рабочее тело выходит в пространство сопла (соплового насадка), после чего его скорость возрастает, и струя горячих газов истекает из сопла. Тем самым толкая летательный аппарат. Чем выше скорость струи, тем больше возможность развивать скорость самолёта.

Какой тип жидкого топлива потребляют ГТД?
Авиационный керосин марок «ТС», «Т». Но есть некоторые типы наземных ГТД, работающих на природном газе.

Почему ГТД работает в основном, только на керосине, а не на бензине?
Керосин горит не так «агрессивно», как бензин. Поэтому в конструкции ГТД, создаются нормальные условия работы турбин, их температурные напряжения. При сгорании бензина, будет выделяться слишком огромное количество тепла, которое не выдержит ни камера сгорания, ни турбина. Всё просто расплавится или обгорит. К тому же бензин легко детонирует, то есть возможен взрыв. В цилиндре поршневого мотора, процесс горения полностью изолирован от атмосферы в малом пространстве, поэтому даже большие детонации, какое-то время не выведут из строя двигатель. Это объяснение довольно условное, за подробностями обращайтесь в спецлитературу.


Есть ли перспективы развития других видов газотурбинного топлива?
В книге «Теория ВРД», описываются возможности применения жидкого водорода, но есть проблемы с его хранением на борту самолёта, и снова вопрос с тепловой нагрузкой камер сгорания и турбин.

Что за понятие «Реактивное топливо»?
Это аналог простонародного «Турбина самолёта». Достаточно образное выражение об авиационных керосинах и топлив для ракетной техники.

Какая основная роль компрессора в ГТД?
Компрессор ГТД, постоянно нагнетает в камеру сгорания атмосферный воздух, при этом сильно сжимая его. Сжатый воздух обладает значительной энергией, а если его подогревать в камере сгорания, сжигая керосин, он выдаёт мощное рабочее тело, которое образует реактивную струю. Подробности смотрите в отдельном FAQ по компрессорам ГТД.

Воздух подаваемый компрессором, весь уходит на создание рабочего тела?
Далеко нет. Его такое количество, что только 10-20% участвует в непосредственном окислении топлива в камере сгорания. Остальная часть разогревается, дожигает несгоревшие продукты из камер сгорания, охлаждает внутренние части двигателя, не допуская плавления лопаток турбины. Так же часть воздуха, напрямую отбирается из компрессора для собственных нужд самолёта.

Авиационные реактивные двигатели довольно шумные, какие типы шумов они издают и почему?
В большинстве случаев это свист компрессоров, шипение расширяющихся газов из сопел и треск мощных сверхзвуковых струй. Последнее применимо к военной авиации.
Свист компрессора – любая лопаточная машина, прогоняющая газ, создаёт подобные шумы. Типичный пример – бытовой пылесос. Сильный свист порождает сжатие воздуха компрессором.
Шипение расширяющихся газов – основной источник сопло. При любом «ограниченном» расширении, газы шипят.
Треск (сильный грохот и бас) сверхзвуковых струй двигателей военных самолётов. Порождается струёй газов из сопла, скорость которого в разы выше скорости звука. Типичный пример, где можно услышать такое – авиационное шоу на МАКС в подмосковном Жуковском.
Механические звуки, обычно глушатся вышеперечисленными.

Как понимать распространённое выражение "Свист турбины"?
Колхозное и дилетанское выражение, аналогичное "Турбина самолёта". 

Что такое «турбовинтовой» и турбовентиляторный двигатель?
В 21 веке обычный ТРД, простой схемы, уже совсем мало где применяется. Исключение составляют: военная авиация, статические газотурбинные приводы (газоперекачивающие станции), вспомогательные ГТД и ВРД для реактивных моделей самолётов.
В основном преобладают два типа ГТД: турбовентиляторный и турбовинтовой. В турбовентиляторном, обычный ГТД, крутит огромный вентилятор, который создаёт тягу (типичный пример – огромные двигатели пассажирских лайнеров в аэропортах).
В турбовинтовом, ГТД крутит воздушный винт (пропеллер, движетель) через понижающий редуктор.

В чём принципиальное конструктивное отличие обычного ГТД простой схемы, от турбовентиляторных и турбовинтовых?
Турбовентиляторные и турбовинтовые двигатели, сугубо техническим языком, называют «двухконтурными». Как правило турбовинтовой двигатель (далее ТВД), отличается от двухконтурного турбовентилятора (далее ТРДД) тем, что здесь почти вся мощность, уходит на вращение тяжёлого воздушного винта. Эта схема ещё называется «открытая». ГТД в этом случае, выступает в роли обычного «мотора», который вращает воздушный винт. Преимущества ТВД, перед схемой, с вращением винта обычным поршневым мотором, очень высоки. Дело в том, что газовая турбина развивает огромные мощности (в сотни раз больше чем поршневые моторы) и у неё выше КПД. Поэтому появилась возможность, использовать огромные «движители», в том числе и с соосным вращением роторов, в разные стороны. Например бомбардировщик ТУ-95мс. В книге «Отечественные ГТД», автора В.А. Зрелова, описывается история создания «турбовинтовальных» газотурбинных установок СССР, ещё с середины 20 годов прошлого столетия! Однако, особо тяжёлые температурные напряжения в камерах сгорания и на турбинах, тяжело сказывались на ресурсе тех двигателей. Они обогнали своё время, так как тогда, ещё не было промышленных технологий, изготовления  высококачественных  деталей из титановых сплавов. Один из первых, самых мощных в мире (и по сей день) ТВД, был создан в начале 50-х в ОКБ им Н.Д. Кузнецова. Турбовинтовой двигатель с соосными винтами НК-12. Выхлопы таких двигателей, в данном случае, никакой тяги не дают. Здесь максимальная мощность передаётся турбине, для вращения воздушного винта. Как правило, винт вращается через планетарный редуктор.
Турбовентиляторный двигатель (ТРДД) отличается от ТВД тем, что здесь сам ГТД крутит не винт, а огромный вентилятор, который создаёт 75-80% тяги. Выхлоп из сопла, создаёт небольшую дополнительную тягу. Типичный пример такого двигателя – огромные мотогондоллы с вентиляторами внутри у крупных пассажирских лайнеров. В этом двигателе, вентилятор приводится в движение не через редуктор, а отдельной (индивидуальной) турбиной. Эта схема является закрытой, так как вентилятор заключён в кожух «мотогондолла».

Как понять выражение «двухконтурный»?
Обычно называют «Степень двухконтурности». Это отношение прохождения количества воздуха снаружи двигателя (прогоняемого вентилятором), к отношению воздуха проходящего через сам газовоздушный тракт ГТД, или наоборот. Например, в двигателях крупных пассажирских авиалайнеров, степень двухконтурности очень высока. Как и описано выше, там вентилятор создаёт основную тягу. А вот в современных ТРДД для некрупной и военной авиации, степень двухконтурности не очень большая. Там основная тяга, создаётся общим сопловым насадком.

Что такое «мотогондолла»?
Это сам корпус (или кожух), в который заключена силовая установка. Обычно является конструкцией самолёта.

В аэропорту видел импортные самолёты, с двумя мотогондоллами (то есть турбовентиляторный двигатель), но встретил наш отечественный ИЛ-96-300, там одна мотогондолла с огромным вентилятором внутри – как это понимать?
Всё верно, это отечественный турбовентиляторный двигатель ПС-90А. Особенность его конструкции такова, что сопло вентилятора и самого ГТД, объединены в одну общую мотогондоллу. Зарубежные аналоги иногда встречаются на самолётах БОИНГ-747 или А-340.

Почему разработали такую конструкцию, чем она лучше классической?
Такая схема позволяет эффективнее формировать реактивную струю газов, обволакивая горячую струю от ГТД, холодным воздухом вентилятора, тем самым быстрее охлаждая её и снижая шум. Однако в силу некоторых причин, такая схема встречается редко. Так же двигатели SaM-146 самолёта «Суперджет», построены по аналогичной схеме.

Лопасти винтов турбовинтовых двигателей постоянного шага, или могут его изменять?
Шаг лопастей винтов меняется, в зависимости от режима работы двигателя, вплоть до получения обратной тяги. Торможение винтами, после касания самолётом ВПП.

Как вообще останавливаются реактивные и пропеллерные самолёты, после посадки на ВПП?
Когда самолёты были совсем маленькие, они были довольно лёгкие и тормоза не требовались. К тому же большинство аэродромов находилось на полях, где сопротивление движению создавали мелкие ямы, ухабы и трава. С прогрессированием в авиационной технике, вес летательных аппаратов сильно увеличился, так же возросли скорости. Появились гладкие бетонированные ВПП, на которых самолёты разгоняются и тормозят. Самые маленькие самолёты (например ЯК-52) гасят скорость в колёсных фрикционных тормозах. Средние самолёты (например военная авиация) применяют тормозные парашюты. Крупная и тяжёлая авиация (пассажирские и транспортные самолёты) применяют реверс тяги. Он позволяет существенно сократить тормозной путь и помогает фрикционным тормозам шасси.

Как осуществляется реверс тяги в ТРД и ТВД?
На турбовинтовых самолётах, как описано выше, лопасти воздушного винта просто разворачиваются в обратную сторону и гребут назад. На ТРД и ТРДД, применяют специальные щиты, которые поворачивают реактивную струю вперёд. Подробности смотрите в FAQ по соплам ГТД.

На знаменитом советском «Суперсонике» ТУ-144 не было реверса тяги?
Нет, его довести так и не успели. ТУ-144 применял тормозной парашют. Однако на пассажирских перевозках (Москва - Алма-Ата), было доказано, что и парашютная система справляется со своей задачей.

А что если система реверса тяги откажет?
Если полоса очень длинная (например аэродром ЛИИ в Жуковском), тогда ничего страшного. Там найдётся место затормозить шасси, практически любому самолёту. А если полоса довольно короткая, возможна выкатка машины за её пределы. Но далеко не всегда это приводит к аварии.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания применяются в 21 веке?
Несомненно. Но обычно это лёгкомоторная, учебно-тренировочная и спортивная авиация.

На многих советских пассажирских и транспортных самолётах, устанавливаются явно не турбовентиляторные двигатели, слишком мал диаметр. Они обычные ТРД?
Нет. Как правило, это те же ТРДД, только с малой степенью двухконтруности. Основная тяга создаётся общим реактивным соплом. Подробности смотрите в FAQ по компрессорам ГТД.

В чём основное качество схемы ТРДД, по сравнению с ТВД?
У ТРДД (особенно у крупных турбовентиляторов) высокий показатель экономичности, лучший показатель удельной тяги. Но подробно это нужно рассматривать, сравнивая разные типы ТРДД.
У ТВД показатель топливной экономичности ещё лучше. Однако ими нельзя достичь очень высоких, даже околозвуковых скоростей.
Поиск
Календарь
«  Октябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031
Друзья сайта
Клуб железнодорожников и игр ЖД TrainSim.ru
ZDSim.com - Клуб железнодорожников
Фотоэнциклопедия железнодорожного транспорта
Мультиплееры MSTS|МСТС
MS Train Simulator: УЖД
Перекраски, фотографии и просто всякая всячина
Виртуальные поезда Росметрострой