Швидкісні характеристики авіаційних газотурбінних двигунів.

Повітряно-реактивні двигуни за способом попереднього стиснення повітря перед надходженням в камеру згоряння поділяють на компресорні й безкомпресорні. У безкомпресорних повітряно-реактивних двигунах використовується швидкісний напір повітряного потоку. У компресорних двигунах повітря стискується компресором. Компресорним повітряно-реактивним двигуном є турбореактивний двигун (ТРД). У групу, що отримала назву змішаних або комбінованих двигунів, входять турбогвинтові двигуни (ТВД) і двоконтурні турбореактивні двигуни (ТРДД). Однак конструкція і принцип роботи цих двигунів в чому схожі з турбореактивними двигунами. Часто всі типи зазначених двигунів об'єднують під загальною назвою газотурбінних двигуні

В якості палива в газотурбінних двигунах використовується гас. В загальному випадку газотурбінний двигун складається з вхідного пристрою, компресора, камери згоряння, газової турбіни і вихідного пристрою. Статор компресора складається з кільцевого набору профільованих лопаток, закріплених в корпусі. Ряд нерухомих лопаток, званих спрямовуючим апаратом, в сукупності з рядом робочих лопаток називається щаблем компресора. У турбореактивних двигунах застосовують багатоступінчасті компресори, збільшують ефективність процесу стиснення повітря. Сходинки компресора узгоджуються між собою таким чином, щоб повітря на виході з одного ступеня плавно обтікав лопатки наступного ступеня. Потрібний напрямок повітря в наступний щабель забезпечує спрямовуючий апарат. Для цієї ж мети служить і направляючий апарат, встановлюваний перед компресором. У деяких конструкціях двигунів направляючий апарат може бути відсутнім. Утворившийся в камері згоряння газовий потік, володіє високими температурою і тиском, спрямовується на турбіну через звужуючий сопловий апарат. У каналах соплового апарату швидкість газу різко зростає до 450-500 м / с і відбувається часткове перетворення теплової (потенційної) енергії в кінетичну. Гази з соплового апарату надходять на лопатки турбіни, де кінетична енергія газу перетворюється на механічну роботу обертання турбіни. Лопатки турбіни, обертаючись разом із дисками, обертають вал двигуна і тим самим забезпечується робота компресора. У робочих лопатках турбіни може відбуватися або тільки процес перетворення кінетичної енергії газу в механічну роботу обертання турбіни, або ще й подальше розширення газу із збільшенням його швидкості. У першому випадку газова турбіна називається активною, у другому - реактивної. У другому випадку лопатки турбіни, крім активного впливу набігає газового струменя, відчувають і реактивне вплив внаслідок прискорення газового потоку. Остаточне розширення газу відбувається в вихідному пристрої двигуна (реактивному соплі). Тут тиск газового потоку зменшується, а швидкість зростає до 550-650 м / с (в земних умовах). Таким чином, потенційна енергія продуктів згоряння в двигуні перетвориться в кінетичну енергію в процесі розширення (в турбіні і вихідному соплі). Частину кінетичної енергії при цьому йде на обертання турбіни, яка в свою чергу обертає компресор, інша частина-на прискорення газового потоку (на створення реактивної тяги). При впливі повітряного і газового потоків на верхні і внутрішні поверхні двигуна виникає тяга Р, яка при швидкості літака V здійснює за одиницю часу роботу, рівну РV. Кінетична енергія газового потоку не вся перетвориться в тягову роботу, так як існують втрати кінетичної енергії А_п, які можна визначити, знаючи перевищення швидкості газів потоку на виході з двигуна над швидкістю повітря на вході, тоді на підставі закону збереження енергії:

Звідси отримаємо рівняння для визначення тяги турбореактивного двигуна:

P=m_c(W-V)

Якщо двигун працює на місці, то: P=m_cW

Турбореактивний двигун оцінюється і за питомими параметрами, до яких відносяться питома тяга, питома витрата палива, питома маса і питома лобова тяга. Крім цих характеристик, для порівняння турбореактивних двигунів вводиться поняття тягової потужності

N_т=PV,

де V - швидкість польоту літака.

У турбореактивних двигунах втрати перетворення тепла в зовнішнє роботу визначаються термічним, тяговим і повним коефіцієнтами корисної дії. Турбогвинтовим називається газотурбінний авіаційний двигун, в якому турбіна розвиває потужність, велику споживчість для обертання компресора, і цей надлишок потужності використовує для обертання повітряного гвинта. ТВД складається з тих вузлів і агрегатів, що і турбореактивний. Однак на відміну ТРД на ТВД додатково змонтовані повітряний гвинт і редуктор. Для зменшення частоти обертання повітряного гвинта і установлюють редуктор. На двигунах великої потужності іноді використовують два гвинти, що обертаються в протилежні сторони, причому роботу обох повітряних гвинтів забезпечує один редуктор. У деяких ТВД компресор приводиться в обертання одною турбіною, а повітряний гвинт - іншою. Це створює сприятливі умови для регулювання двигуна.

Список використаної літератури:

1) Никитин Г.А, Баканов Е.А. «Основы авиации».

2) Николаев Л.Ф. «Аэродинамика идинамика полета транспортных самолетов»