Содержание
Турбина всему голова
Существующие сегодня реактивные двигатели уже не считаются экономичными и удобными для использования и обслуживания, и несколько мировых компаний уже приступили к разработке новых типов силовых установок. Они должны стать легче, экономичнее и мощнее существующих сегодня двигателей пассажирских лайнеров.
Фактически отцом современных двигателей, устанавливаемых на транспортные и пассажирские самолеты, является советский конструктор Архип Люлька. В 1941 году он получил патент на изобретение турбореактивного двухконтурного двигателя, однако из-за Великой Отечественной войны построить прототип установки не успел. Первый двигатель такого типа в 1943 году испытали в Германии. От обычных реактивных двигателей, разработка которых началась чуть раньше, новые силовые установки отличались течением воздушных потоков по двум контурам.
Внутренний контур состоит из зоны компрессоров, камеры сгорания, турбины (газогенератор) и сопла.
Во время полета воздух затягивается и немного сжимается вентилятором, самым большим винтом и самым первым по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. После сгорания горючего раскаленные газы вырываются из камеры сгорания и вращают турбину.
Турбина представляет собой жаропрочный воздушный винт, жестко посаженный на вал. Этим валом турбина связана с компрессорами и вентилятором на входе двигателя. После турбины реактивная струя попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя. Вторая часть воздуха после вентилятора поступает в направляющий аппарат. Это такие вертикальные неподвижные лопатки. В этой части воздушный поток тормозится, из-за чего давление в нем повышается. После этого сжатый воздух сразу поступает в сопло и формирует остаток тяги.
Сегодня турбореактивные двухконтурные двигатели делят на два типа: с низкой и высокой степенью двухконтурности.
Степень двухконтурности — это отношение объема воздуха за момент времени проходящего через внешний контур, то есть, минуя камеру сгорания, к объему воздуха, проходящего через внутренний контур, то есть газогенератор. Двигатели со степенью двухконтурности меньше двух традиционно ставятся на боевые самолеты, поскольку имеют небольшие размеры и большую тягу. Но они же расходуют много топлива.
Если у силовой установки степень двухконтурности больше двух, его принято называть турбовентиляторным реактивным двигателем. В такой силовой установке большая часть воздуха в полете проходит по внешнему контуру. На современных двигателях от 70 до 85 процентов тяги формируется именно вентилятором, в то время как внутренний контур используется лишь для привода дополнительных агрегатов, типа генератора, а также самого вентилятора и компрессоров.
В турбовентиляторных двигателях коэффициент полезного действия зависит от величины степени двухконтурности. Но увеличение двухконтурности приводит и к увеличению размеров двигателя, его массы и аэродинамических характеристик (большой двигатель имеет большое лобовое сопротивление).
В целом же турбовентиляторный двигатель не может развивать скорость выше скорости звука, но имеет небольшой расход топлива, что как раз очень важно для пассажирских и грузовых перевозок.
Турбовентиляторные двигатели в гражданской авиации используются на протяжении последних нескольких десятилетий и зарекомендовали себя как надежные, относительно дешевые и экономичные силовые установки. Эти показатели разработчики из года в год стараются снизить, применяя все новые технические решения вроде саблевидных лопаток вентилятора, позволяющих сильнее сжимать воздух в зоне входа в компрессорную часть. Но эти решения не дают существенной экономии в расходе топлива.
Американский двигатель CFM56, устанавливаемый на самолеты нескольких типов компаний Boeing и Airbus, имеет степень двухконтурности 5,5 и удельный расход топлива в крейсерском режиме 545 граммов на килограмм-силы в час. Для сравнения, двигатель АЛ-31Ф истребителей Су-27 имеет степень двухконтурности 0,57 и удельный расход топлива в крейсерском режиме в 750 граммов на килограмм-силы в час и 1900 граммов на килограмм-силы в час на форсаже.
Первый CFM56 расходовал чуть больше 700 граммов топлива на килограмм-силы в час.
Частичной экономичности новых турбовентиляторных двигателей конструкторы смогли добиться и за счет использования редуктора. Его установили между вентилятором и валом турбины, благодаря чему удалось избавиться от жесткой связки между горячей и холодной частями силовой установки. Кроме того, вентилятор и турбина стали работать в оптимальных друг для друга условиях. Но для существенной экономии конструкторы, помимо прочего, стали думать в сторону турбореактивных двигателей с ультравысокой степенью двухконтурности.
Ультравысокой, или сверхвысокой, степенью двухконтурности считается, когда объем воздуха проходящего за момент времени через внешний контур в двадцать и более раз больше объема воздуха, проходящего через внутренний контур. Так изобрели турбовинтовентиляторный реактивный двигатель. Он имеет два (иногда три) вентилятора, расположенных на одной оси и вращающихся в разные стороны. Лопатки таких вентиляторов имеют саблевидную форму, а сами роторы — изменяемый шаг.
Внешне турбовинтовентиляторные двигатели могут быть похожи на обычные турбовинтовые с воздушными винтами. Однако в новых силовых установках диаметр вентиляторов в среднем на 40 процентов меньше обычных воздушных винтов, а воздушный поток за лопатками вентилятора сжимается по разному. Например, в зоне воздухозаборника компрессорной части он, как и у турбовентиляторных двигателей, имеет большую степень сжатия.
Одним из примеров турбовинтовентиляторных двигателей является российский НК-93. Иногда его называют турбовинтовентиляторным реактивным двигателем с закапотированным ротором, или винтовентилятором. В нем винтовентилятор вместе с небольшим по длине внешним контуром забран в капот, специальную конструкцию, защищающую лопатки и упорядочивающую воздушный поток в полете. Такой двигатель примерно на 40 процентов экономичнее сопоставимого по мощности Д-30КП транспортного самолета Ил-76.
Сегодня разработка НК-93 приостановлена. Проект официально не закрыт, но будет ли он когда-либо завершен, не ясно.
По разным данным, удельный расход топлива двигателем НК-93 в крейсерском режиме полета составил бы от 370 до 440 граммов на килограмм-силы в час. При этом до 87 процентов тяги будут формироваться именно винто-вентилятором. В третьей серии двигателей Д-30КУ-154 для Ил-76 удельный расход топлива удалось снизить до 482 граммов на килограмм-силы в час.
Тяга НК-93, по предварительным расчетам, должна была составить около 18 тысяч килограммов-силы. Для сравнения, тот же Д-30КУ-154 способен выдавать тягу в 10,8 тысячи килограммов-силы. Отчасти неудачи проекта НК-93 объясняются недофинансированием проекта, а также не совсем удачными испытаниями опытной модели, некоторые показатели которой оказались несколько выше расчетных. Кроме того, несмотря на свою эффективность и экономичность, НК-93 является двигателем очень крупным.
Между тем, в 2000-х годах Запорожское машиностроительное конструкторское бюро «Прогресс» разработало двигатель Д-27. Он относится к турбовинтовентиляторным реактивным двигателям с открытым винтовентилятором.
Сегодня он является единственной в мире силовой установкой такого типа, выпускаемой серийно. Д-27 используется на перспективном украинском военно-транспортном самолете Ан-70. В этом двигателе поток воздуха создаётся двумя соосными многолопастными саблевидными винтами.
Тяга двигателя Д-27 составляет 13,1 тысячи килограммов силы, а удельный расход топлива в крейсерском режиме — около 140 граммов на килограмм-силы в час. Турбовинтовентиляторные двигатели с открытым ротором могут иметь немного различную конструкцию. Как правило, в них предусмотрено использование редуктора для привода винтовентилятора турбиной. Украинский двигатель в своей конструкции редуктор использует. Этот узел позволяет выставить оптимальные обороты для турбины и оппозитно-вращающихся роторов.
В Евросоюзе в настоящее время действует многолетняя программа разработки новых технологий для гражданской авиации, которые в целом должны будут сделать пассажирские самолеты будущего экономичнее, экологичнее, тише и комфортнее.
Этот проект называется Clean Sky 2. В рамках этого проекта французская компания Snecma, входящая в холдинг Safran, приступила к сборке первого опытного образца турбовинтовентиляторного двигателя с открытым ротором. Испытания силовой установки состоятся до конца 2016 года.
Новый опытный двигатель на время проверок установят на пассажирский лайнер Airbus 340 на специальном подвесе в хвостовой части фюзеляжа. Перед летными испытаниями перспективный двигатель проверят на тестовом стенде на полигоне во французском Истре. Параметры перспективной силовой установки разработчики сравнивают с распространенными CFM56. Ожидается, что выбросы углекислого газа двигателя с открытым ротором будут на 30 процентов меньше, чем у CFM56.
Для сборки опытного образца двигателя Snecma намерена использовать газогенератор турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой M88. Такими силовыми установками оснащаются французские истребители Dassault Rafale. С вала, раскручиваемого турбиной двигателя, через редуктор будет приводиться открытый винтовентилятор с роторами диаметром около 420 сантиметров.
Лопатки вентилятора будут изменять угол атаки. Частота вращения винтовентилятора составит около 800 оборотов в минуту.
Для сравнения скорость вращения вентилятора двигателя CFM56 составляет 5200 оборотов в минуту в режиме полной мощности. Двигатель с открытым вентилятором, разрабатываемый Snecma, сможет развивать тягу в 111 килоньютонов (11,3 тысячи килограммов-силы). Идея французского двигателя базируется на американском GE36, разработка которого велась в 1980-х годах, однако из-за несовершенства материалов была закрыта. В частности, общей чертой для двигателей с открытым ротором является изогнутая форма лопаток.
Дело в том, что эффективность двигателя, в общих чертах, зависит от шага винта и скорости вращения. Чем эти показатели выше, тем быстрее полетит самолет. Однако при определенной скорости вращения вала наступает момент, когда скорость обтекания воздушным потоком законцовок лопастей приближается к сверхзвуковой.
Из-за этого весь винт теряет эффективность. Изогнутая форма позволяет снизить частоту вращения вала и несколько уменьшить шаг винта, не потеряв в эффективности.
Разработчики рассчитывают, что новые турбовинтовентиляторные реактивные двигатели с открытым ротором будут в целом тише современных турбовинтовых и турбовентиляторных двигателей. Этого можно достичь за счет сдвига шума в более высокочастотную область, а высокочастотный шум, как известно, существенно более сильно спадает с увеличением расстояния до наблюдателя.
С каждым годом проектирование новых авиационных двигателей становится все более сложным. Времена, когда за счет использования нового принципа сжигания топлива или введения дополнительного воздушного контура можно было существенно повысить эффективность и экономичность конструкции, прошли. Теперь конструкторам уже приходится решать множество тесно связанных друг с другом задач и искать новые материалы для производства различных деталей двигателей.
Василий Сычёв
В чем разница между турбовентилятором и турбовинтовым двигателем?
Оба двигателя используют турбину для питания.
Это где часть «turbo» имени приходит от. В турбинном двигателе воздух сжимается, а затем топливо воспламеняется в этом сжатом воздухе. Энергия, вырабатываемая зажиганием, вращает турбину. Турбина после этого может управлять и компрессором на фронте двигателя и также некоторой полезной нагрузкой. В самолетах он производит тягу.
Первый реактивный двигатель был турбореактивным . Это простой турбинный двигатель, который производит всю свою тягу от выхлопа из Турбинной секции. Однако, поскольку весь воздух проходит через всю турбину, он должен сжигать топливо. Это означает, что это неэффективно, и решение-турбовентилятор.
В турбовентиляторе турбина главным образом приводит в действие вентилятор в передней части двигателя. Большинство двигателей приводят вентилятор непосредственно от турбины. Обычно имеется по крайней мере два отдельных вала, которые позволяют вентилятору вращаться медленнее, чем внутренний сердечник двигателя. Вентилятор окружен капотом, который направляет воздух к вентилятору и от него.
Часть воздуха поступает в турбинную секцию двигателя,а остальная часть обходится вокруг двигателя. В двигателях с высоким байпасом большая часть воздуха проходит только через вентилятор и обходит остальную часть двигателя и обеспечивает большую часть тяги.
В турбовинтовом двигателе турбина прежде всего ведет пропеллер в передней части двигателя. Вокруг опоры нет капота. Часть воздуха поступает в турбину, часть-нет. Пропеллер зацеплен для того чтобы позволить ему закрутить более медленно чем турбина. Хотя на этой схеме показан только один вал, многие турбовинтовые двигатели имеют два вала: вал высокого давления, приводящий в движение компрессор, и вал низкого давления, приводящий в движение пропеллер. Некоторые двигатели как популярное PT6 также обращают направление подачи множественные времена.
Турбовинтовые двигатели более эффективны на низких скоростях, так как опора может перемещать гораздо больше воздуха с меньшей турбиной, чем вентилятор на турбовентиляторном двигателе.
Капот вокруг большого вентилятора турбовентилятора позволяет ему работать лучше, чем открытый пропеллер на высоких скоростях, но ограничивает практические размеры вентилятора.
На сверхзвуковых скоростях, турбореактивные двигатели имеют больше из преимущества представления. Они развивают всю их тягу от высокоскоростного выхлопа турбины, в то время как турбовентиляторы дополняют это с более низкой скоростью воздуха от вентилятора. Поскольку воздух от вентилятора также не сжимается почти так же сильно, как поток основной турбины, также труднее предотвратить сверхзвуковой поток и вызвать потери.
Concorde использовал турбореактивные двигатели, потому что он был разработан для круиза в течение длительного времени на сверхзвуковых скоростях. Современные реактивные двигатели истребителей-это турбореактивные двигатели, которые обеспечивают компромисс между эффективностью и скоростью.
Существуют и другие преимущества и недостатки между турбореактивными двигателями, турбовентиляторами и турбовинтовыми двигателями, но я думаю, что они выходят за рамки этого вопроса.
Проделана работа по созданию двигателя «propfan», в попытке получить эффективность турбовентилятора и скорость турбовентилятора. Они еще не придумали жизнеспособный дизайн.
В других местах авиации турбинные двигатели используются в
вертолеты, как двигатель turboshaft управляя роторами вместо пропеллера, и с freewheeling муфтой для того чтобы включить autorotations
APU s в реактивных самолетах и больших турбовинтовых самолетах
Турбины также находят применение вне авиации в электростанциях (для выработки электроэнергии) и даже в транспортных средствах (например, в баке Abrams).
Поршневые двигатели с турбонаддувом используют турбину совсем иначе, чем в приведенных выше примерах. Вместо того, чтобы быть основным источником питания, турбина только помогает поршневому двигателю. Турбонагнетатель использует турбину для того чтобы обжать воздух посланный к входу двигателя. Увеличенное обжатие помогает двигателю произвести больше силы.
Турбина турбонагнетателя управляется выхлопными газами двигателя, и нагнетатель подобен но сразу приведен в действие двигателем. См. страницу Википедии для более подробной информации.
Как работает турбовентиляторный двигатель?
хорошо знать
Высокие технологии вплоть до мельчайших деталей: современные авиационные двигатели — это первоклассные технологические продукты, которые должны выдерживать экстремальные условия. Мы объясняем, как они работают.
07.2021 | автор:
Изабель Хенрих
автор:
Изабель Генрих
изучал политологию и коммуникации. В MTU она координирует редакционный процесс AERO REPORT и отвечает за концепцию и разработку его содержания.
Авиационные двигатели — это высокотехнологичная продукция высшего класса, которая должна выдерживать экстремальные условия.
Различные типы двигателей предлагают различные преимущества в зависимости от области применения. С наступлением эпохи авиации на первый план вышли поршневые двигатели с воздушными винтами. Сегодня они встречаются почти исключительно на небольших и частных самолетах. Больше мощности поступило в виде турбовинтового двигателя, в котором пропеллер приводится в движение газовой турбиной через коробку передач. Турбовинтовые двигатели особенно эффективны на более низких скоростях примерно до 600 км/ч, но в более высоких диапазонах скоростей вступает в свои права реактивный двигатель.
Первыми реактивными двигателями были турбореактивные двигатели, также известные как воздушно-реактивные двигатели с турбиной. Они обеспечили базовую конструкцию будущих реактивных двигателей: воздух всасывается через входное отверстие двигателя и подается в компрессор. Там он сжимается лопастями перед тем, как попасть в камеру сгорания. Форсунки впрыска отвечают за создание смеси топлива и воздуха, которая затем сгорает.
Горячие газообразные продукты сгорания взрывоопасно расширяются и под высоким давлением поступают в турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие компрессор. Затем эти газы ускоряются в реактивном сопле, создавая движение. Расцвет турбореактивных двигателей пришелся на годы с конца ВОВ до середины 19-го гг.60-х годов и использовались как в коммерческих, так и в военных целях. Сегодня они все еще иногда используются в некоторых типах военных самолетов.
Достижение желаемой тяги зависит либо от сильного ускорения небольшого количества воздуха, либо от мягкого ускорения большого количества воздуха. Последний требует меньше энергии, что привело к идее турбовентиляторного двигателя как серьезного усовершенствования турбореактивного двигателя. В турбореактивных двигателях весь всасываемый воздух последовательно проходит через компрессор, камеру сгорания и турбины, после чего выбрасывается с большим ускорением. Турбовентиляторные двигатели, напротив, разделяют воздушный поток так, что только часть воздуха проходит через лопатки компрессора в камеру сгорания и турбины для привода вентилятора.
Большая часть воздуха сжимается самим вентилятором, создавая львиную долю тяги при малом ускорении в отдельном сопле. Соотношение между этими двумя воздушными потоками известно как степень двухконтурности, которая в самых современных турбовентиляторных двигателях может достигать 12:1.
Турбовентиляторный двигатель с редуктором (GTF), последнее поколение турбовентиляторных двигателей, имеет особый атрибут: редуктор между вентилятором и валом низкого давления вместе с компрессором низкого давления и приводной турбиной низкого давления. Благодаря такому расположению все компоненты могут работать с оптимальной скоростью: вентилятор большого диаметра медленнее, а компрессор низкого давления меньшего размера и турбина низкого давления значительно быстрее. Это помогает достичь более низкого коэффициента давления вентилятора и, следовательно, более высокого коэффициента байпаса. Следовательно, GTF имеет очень высокий общий КПД, существенно снижая расход топлива и выбросы углекислого газа.
Кроме того, уменьшенная скорость вентилятора двигателя GTF и потока выхлопных газов означает, что он имеет значительно меньший шумовой след, чем обычные турбовентиляторные двигатели.
Таким образом, по сравнению с предыдущим поколением двигателей, семейство GTF обеспечивает снижение расхода топлива и выбросов углекислого газа на 16 процентов каждый, а уровень шума на 75 процентов меньше.
Как работает современный турбовентиляторный двигатель в 4 этапа
1. Всасывание
Ротор вентилятора, лопастное колесо спереди, всасывает воздух. В то время как в турбореактивных двигателях весь всасываемый воздух последовательно проходит через компрессоры, камеры сгорания и турбины, в турбовентиляторных двигателях поток ускоренного воздуха разделяется за ротором вентилятора. Здесь также определенное количество воздуха проходит через лопатки компрессора в камеру сгорания. Но остальная часть, известная как поток оболочки, не сгорает; вместо этого он обходит внутренние узлы и расширяется в отдельном сопле, создавая большую часть тяги — до 80 процентов.
Этот холодный перепускной поток окружает горячие выхлопные газы из сердцевины двигателя как кожух, обеспечивая снижение уровня шума.
2. Сжатие
Затем часть всасываемого воздуха, поступающего в сердцевину двигателя, сжимается в компрессорах низкого и высокого давления. Компрессор низкого давления, также известный как бустер, отвечает за предварительное сжатие. Компрессор высокого давления обеспечивает основное сжатие и отличается высокой эффективностью и малым весом благодаря инновационному принципу блиска, при котором лопасти и диск изготавливаются как единое целое.
3. Горение
После сжатия воздух поступает в камеру сгорания. Именно здесь форсунки впрыска топлива создают смесь топлива и воздуха, которая затем сгорает при температуре примерно 1700 градусов по Цельсию. Накопление тепла заставляет газ расширяться в несколько раз по сравнению с его первоначальным объемом и выходить из камеры сгорания с высокой энергией.
4. Выброс
Горячий газ проходит через турбины высокого и низкого давления, каждая из которых имеет несколько турбинных колес и множество лопастей, которые вращаются потоком выхлопных газов.
Это приводит к тому, что поток расходует до 60 процентов своей энергии на приведение в действие бустера, компрессора и вентилятора. Это происходит посредством двух концентрических валов — внешнего вала, соединяющего турбину высокого давления с компрессором высокого давления, и внутреннего вала, соединяющего турбину низкого давления с бустером и вентилятором. Только после этого продукты сгорания выходят из реактивного сопла, создавая дополнительный импульс остаточной тяги.
1. Всасывание
1. Всасывание
Ротор вентилятора, крыльчатка спереди, всасывает воздух. В то время как в турбореактивных двигателях весь всасываемый воздух последовательно проходит через компрессоры, камеру сгорания и турбины, в турбовентиляторных двигателях поток ускоренного воздуха разделяется за ротором вентилятора. Здесь также определенное количество воздуха проходит через лопатки компрессора в камеру сгорания. Но остальная часть, известная как поток оболочки, не сгорает; вместо этого он обходит внутренние узлы и расширяется в отдельном сопле, создавая большую часть тяги — до 80 процентов.
Этот холодный перепускной поток окружает горячие выхлопные газы из сердцевины двигателя как кожух, обеспечивая снижение уровня шума.
2. Компрессия
2. Компрессия
Затем часть всасываемого воздуха, поступающего в сердцевину двигателя, сжимается в компрессорах низкого и высокого давления. Компрессор низкого давления, также известный как бустер, отвечает за предварительное сжатие. Компрессор высокого давления обеспечивает основное сжатие и отличается высокой эффективностью и малым весом благодаря инновационному принципу блиска, при котором лопасти и диск изготавливаются как единое целое.
3. Горение
3. Горение
После сжатия воздух поступает в камеру сгорания. Именно здесь форсунки впрыска топлива создают смесь топлива и воздуха, которая затем сгорает при температуре примерно 1700 градусов по Цельсию. Накопление тепла заставляет газ расширяться в несколько раз по сравнению с его первоначальным объемом и выходить из камеры сгорания с высокой энергией.
4. Высылка
4. Выброс
Горячий газ проходит через турбины высокого и низкого давления, каждая из которых имеет несколько турбинных колес и множество лопастей, которые вращаются потоком выхлопных газов. Это приводит к тому, что поток расходует до 60 процентов своей энергии на приведение в действие бустера, компрессора и вентилятора. Это происходит посредством двух концентрических валов — внешнего вала, соединяющего турбину высокого давления с компрессором высокого давления, и внутреннего вала, соединяющего турбину низкого давления с бустером и вентилятором. Только после этого продукты сгорания выходят из реактивного сопла, создавая дополнительный импульс остаточной тяги.
вариантов реактивных двигателей
вариантов реактивных двигателей
Вариации реактивных двигателей
Существует множество вариантов турбореактивных двигателей, все они предназначены для улучшения одного или нескольких показателей производительности по сравнению с традиционными турбореактивными двигателями.
Некоторые распространенные варианты описаны ниже.
Турбовентиляторные двигатели: Почти все современные реактивные самолеты используют турбовентиляторные двигатели для движения.
Аэр Лингус. Аэробус А320-200.
Фото Адриана Пингстона, май 2006 г.
Турбореактивный двигатель по-прежнему имеет все основные компоненты турбореактивного двигателя, но вентилятор и окружающий воздуховод добавляются спереди, как показано на анимации ниже. Вентилятор — это, по сути, пропеллер с множеством лопастей, специально предназначенных для очень быстрого вращения. Его функция по существу идентична пропеллеру, а именно, лопасти ускоряют набегающий воздушный поток для создания тяги. Однако в ТРД вентилятор приводится в действие турбинами присоединенного турбореактивного двигателя, а не двигателем внутреннего сгорания. Используйте стрелки в интерактивной анимации ниже, чтобы просмотреть описания различных компонентов и получить более подробную информацию об их работе.
GE90-115B ТРДД в разрезе. |
|
Турбовентиляторный двигатель имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными воздушными винтами и турбореактивными двигателями. Во-первых, диффузор на закрытом вентиляторе замедляет входящий поток воздуха до того, как он достигнет вентилятора.
Преимущество этого заключается в предотвращении образования ударных волн на лопастях на высоких скоростях. В результате турбовентиляторные двигатели могут двигаться на гораздо более высоких скоростях, чем традиционные пропеллеры, без побочных эффектов, вызванных ударными волнами, образующимися на лопастях вентилятора. Во-вторых, большой диаметр вентилятора позволяет двигателю разгонять гораздо большую массу воздуха (увеличивается). Потому что больше, V e — V 0 может быть меньше при той же тяге и крейсерской скорости (здесь V e — среднее значение скоростей на выходе из ядра и байпаса). Чем больше степень двухконтурности, тем больше V e — V 0 можно уменьшить для данной тяги. Меньший V e — V 0 приводит к меньшему количеству кинетической энергии, остающейся позади двигателя (впустую), и двигатель более эффективен. Эквивалентно уменьшению V e / V 0 повышает тяговую эффективность, как описано в разделе «Принципы».
Типичные ТРДД с высокой степенью двухконтурности могут легко достигать тяговой эффективности, которая может конкурировать с гребными винтами (> 80%), но при более высоких крейсерских скоростях, чем могут достигать обычные гребные винты. Более низкая скорость выхода реактивной струи, создаваемая турбовентиляторными двигателями, также делает двигатель тише и снижает шумовое загрязнение вблизи аэропортов.
GE9ТРДД 0-115Б. |
Турбовинтовые двигатели: Турбовинтовой двигатель представляет собой пропеллер, приводимый в движение турбореактивным двигателем. В качестве альтернативы его можно рассматривать как ТРДД с очень большой степенью двухконтурности. Это не совсем турбовентиляторный двигатель, потому что вокруг пропеллера нет кожуха или «канала», и пропеллер не вращается так быстро, как вентилятор.
Основные компоненты турбовинтового двигателя показаны на интерактивной анимации ниже. Используйте стрелки для просмотра описаний различных компонентов.
Турбовинтовой двигатель имеет высокий КПД воздушного винта благодаря большой степени двухконтурности, которую он обеспечивает. Фактически, почти вся тяга турбовинтового двигателя создается винтом. Турбовинтовой двигатель также обладает высокой удельной мощностью турбореактивных двигателей, что обеспечивает мощную компактную силовую установку.
Турбовинтовые двигатели
также имеют недостатки винтов. Поскольку гребные винты генерируют тягу, ускоряя большое количество жидкости (большое ) небольшое количество (маленький V e — V 0 ), они не могут достичь такой же максимальной скорости, как турбовентиляторные или турбореактивные двигатели. Еще одним ограничением является возможность образования ударных волн на лопастях гребного винта, что снижает эффективность гребного винта на высоких скоростях.
Тем не менее, эффективность турбовинтовых двигателей привлекательна для полетов на более низких скоростях, а турбовинтовые двигатели обычно используются на многих небольших транспортных самолетах. Это особенно актуально на современном рынке, где растущие цены на топливо делают турбовинтовые самолеты наиболее жизнеспособным вариантом для ближнемагистральных авиаперевозчиков (см. эту статью на сайте Flightglobal.com).
С-130 Геркулес.
Фото предоставлено Lockheed Martin.
Винтовой двигатель: Винтовой двигатель разработан так, чтобы иметь скорость и производительность турбовентиляторного двигателя, но топливную экономичность турбовинтового двигателя. Базовая работа винтовентилятора показана на анимации ниже. Винтовой вентилятор также известен как двигатель без воздуховода (UDF), потому что вентилятор не закрыт, как у турбовентиляторного двигателя.
КПД винтовентиляторного двигателя повышается за счет высокой степени двухконтурности, достигаемой за счет использования внешних лопастей вентилятора.
Повышение эффективности сохраняется даже на высоких скоростях, потому что лопасти вентилятора изогнуты, как ятаганы, чтобы предотвратить образование ударной волны на внешних концах лопастей. Повышенная двигательная эффективность приводит к общему приросту двигательной эффективности на 20-25% по сравнению с ТРДД.
| |||
| Двигатель GE36 UDF. Фото предоставлено GE. Нажмите на фото, чтобы открыть изображение в высоком разрешении. | Двигатель GE36 UDF. Фото предоставлено GE. Нажмите на фото, чтобы открыть изображение в высоком разрешении. | ||
Винтовые вентиляторы были разработаны в 1980-х годах в ответ на рост цен на топливо, вызванный нехваткой топлива. Разработка и испытания концепции GE UDF продолжались в течение 1980-х годов, но она так и не была принята на серийных самолетах, поскольку цены на топливо начали снижаться к концу 19-го века.80-е годы. (Для получения дополнительной информации об истории и эволюции винтовых вентиляторов см. эту статью на Flightglobal.com). Однако недавний рост цен на топливо возродил интерес к конструкциям винтовентиляторов (см. в этой статье отчет об усилиях производителей двигателей по повышению эффективности использования топлива).
Водометные двигатели: Реактивный двигатель, используемый в водном транспорте, представляет собой водометный двигатель. Обычная конструкция (показанная на анимации ниже) по сути представляет собой пропеллер с обтекателем. В этой ситуации пропеллер выполняет две функции: (1) ускоряет набегающий поток (как традиционный пропеллер) и (2) увеличивает давление потока (как традиционный насос или компрессор). Затем поток дополнительно ускоряется через сопло, преобразуя давление, создаваемое винтом, в кинетическую энергию. Образовавшаяся высокоскоростная струя создает тягу. Используйте стрелки в интерактивной анимации ниже, чтобы просмотреть описания различных компонентов водомета.
Вставка показана ниже.
Воздушный винт водомета может приводиться в действие любой подходящей системой, способной генерировать механическую энергию. Обычно используется (надводный) двигатель внутреннего сгорания. В отличие от гребных винтов без кожуха, давление на гребной винт водомета увеличивается, что помогает задерживать кавитацию.