Model użytkowy umożliwia zwiększenie sprawności bypassowego silnika turboodrzutowego (TEF) poprzez zagwarantowanie chłodzenia ostatniego stopnia turbiny w trybach maksymalnych (np. w trybie startowym) oraz zwiększenie sprawności w trybach przelotowych. Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskiego ciśnienia silnika turbowentylatorowego zawiera wlot powietrza z obwodu zewnętrznego silnika oraz dodatkowy wlot powietrza za jednym z pośrednich stopni sprężarki. Układ chłodzenia jest wyposażony w urządzenie do regulacji dopływu powietrza do wnęki przylegającej do tylnej powierzchni tarczy turbiny ostatniego stopnia. Urządzenie sterujące zawiera pierścień obrotowy z napędem. Pierścień obrotowy styka się ze ścianą końcową wspornika turbiny. W końcowej ścianie podpory wykonuje się dwa otwory. Jeden otwór jest połączony z pierścieniową wnęką podpory turbiny ostatniego stopnia, a drugi jest połączony z wnęką kolektora powietrza, umieszczoną w pierścieniowej wnęce podpory turbiny. Obrotowy pierścień urządzenia sterującego wyposażony jest w przelotowy otwór eliptyczny umieszczony z możliwością naprzemiennej komunikacji z jednym z dwóch otworów przelotowych ściany czołowej obudowy turbiny.

Wzór użytkowy dotyczy układów chłodzenia elementów silników lotniczych, a dokładniej układu chłodzenia turbiny niskiego ciśnienia (LPT) silnika turboodrzutowego obejściowego (TRDD).

Powietrze chłodzące służy do chłodzenia gorących elementów konstrukcyjnych silników turboodrzutowych.

Dobrze znany układ chłodzenia turbiny turboodrzutowego silnika obejściowego, w którym do chłodzenia łopatek turbiny wykorzystywane jest powietrze pobierane z pośredniego lub ostatniego stopnia sprężarki wysokociśnieniowej (HPC) (patrz np. turbosprężarki TRDDF", Wydawnictwo MAI, 1996, s. 27-28). Powietrze chłodzące pobierane z HPC ma odpowiednio wysokie ciśnienie (w stosunku do miejsca jego wprowadzenia do toru przepływu turbiny), co gwarantuje jego doprowadzenie do wszystkich powierzchni chłodzących. Pod tym względem wydajność takiego układu chłodzenia jest bardzo wysoka.

Wadą stosowania takiego układu chłodzenia jest zmniejszenie ciągu właściwego w trybach maksymalnych i wydajności w trybach przelotowych. Spadek ten wynika z faktu, że część mocy turbiny wysokiego ciśnienia, która jest przeznaczona do sprężania powietrza chłodzącego LPT, jest tracona i nie jest wykorzystywana ani do obracania sprężarki wysokiego ciśnienia (HPC), ani do wytwarzania ciągu silnika. Na przykład, jeśli natężenie przepływu łopatek chłodzących HPP wynosi ~5% natężenia przepływu powietrza na wlocie HPC, a powietrze jest pobierane z jego ostatniego stopnia, utrata mocy może wynosić ~5%, co jest równoważne zmniejszeniu sprawność turbiny o taką samą wartość.

Najbliższy deklarowanemu rozwiązaniu technicznemu jest układ chłodzenia turbiny bypassowego silnika turboodrzutowego, w którym do chłodzenia łopatek turbiny niskociśnieniowej wykorzystywane jest powietrze pobierane z kanału obiegu zewnętrznego (patrz np. -31F" Tutorial, wydawnictwo VVIA im. N.E. Żukowskiego, 1987, s. 128-130). Chłodzenie turbiny odbywa się we wszystkich trybach pracy silnika. Przy takim wariancie wyciągu powietrza chłodzącego dodatkowa moc turbiny nie jest zużywana na jego sprężanie w HPC, dzięki czemu większa ilość energii potencjalnej przepływu gazu za turbiną może zostać przetworzona w dyszy strumieniowej na energię kinetyczną strumienia spalin , co z kolei doprowadzi do wzrostu ciągu silnika i jego oszczędności.

Wadą stosowania takiego układu chłodzenia jest zmniejszenie wydajności chłodzenia z powodu niewystarczającego ciśnienia powietrza pobieranego z kanału zewnętrznego obwodu powietrza chłodzącego w trybach pracy silnika bliskich maksimum (na przykład tryb startu). W tych trybach pracy optymalnym stosunkiem sprawności silnika (maksymalnej wartości ciągu właściwego silnika) jest stosunek ciśnień w kanale obiegu zewnętrznego i na wylocie z turbiny niskiego ciśnienia jest bliski do jednego. Taka różnica ciśnień, biorąc pod uwagę straty w kanałach zasilających i dyszach, nie jest wystarczająca do efektywnego chłodzenia łopaty roboczej silnika LPT w tych trybach.

Znane rozwiązania techniczne mają ograniczone możliwości, gdyż prowadzą do obniżenia sprawności silnika.

Model użytkowy opiera się na zadaniu zwiększenia sprawności silnika turbowentylatorowego poprzez zagwarantowanie chłodzenia ostatniego stopnia turbiny w trybach maksymalnych (np.

Rezultatem technicznym jest wzrost sprawności silnika turbowentylatorowego.

Problem rozwiązuje fakt, że układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskiego ciśnienia silnika turboodrzutowego typu bypass zawiera wlot powietrza z zewnętrznego obwodu silnika. Wlot powietrza komunikuje się poprzez wnęki zębatek i pierścieniową wnękę obudowy turbiny ostatniego stopnia, zaopatrzoną w przednią ściankę czołową, z wnęką przylegającą do tylnej powierzchni tarczy turbiny oraz poprzez tarczę dociskową z wnękami wewnętrznymi ostrzy. Ściana czołowa wspornika turbiny posiada otwory przelotowe, a zewnętrzna powierzchnia obudowy turbiny ostatniego stopnia wykonana jest w postaci części wewnętrznej powierzchni kanału zewnętrznego obrysu silnika.

Nowością w modelu użytkowym jest to, że układ chłodzenia dodatkowo wyposażony jest na wlocie we wlot powietrza za jednym z pośrednich stopni sprężarki, połączony rurociągiem z wydrążonym kolektorem powietrza na wylocie. Układ chłodzenia jest wyposażony w urządzenie do regulacji dopływu powietrza do wnęki przylegającej do tylnej powierzchni turbiny ostatniego stopnia. Urządzenie sterujące zawiera obrotowy pierścień z napędem. Pierścień obrotowy styka się ze ścianą końcową wspornika turbiny. W końcowej ścianie podpory wykonane są dwa otwory. Jeden otwór jest połączony z pierścieniową wnęką podpory turbiny ostatniego stopnia, a drugi jest połączony z wnęką kolektora powietrza, umieszczoną w pierścieniowej wnęce podpory turbiny. Obrotowy pierścień urządzenia sterującego wyposażony jest w przelotowy otwór eliptyczny umieszczony z możliwością naprzemiennej komunikacji z jednym z dwóch otworów przelotowych ściany czołowej obudowy turbiny.

Wykonanie układu chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskiego ciśnienia bypassowego silnika turboodrzutowego zgodnie z zastrzeganym wzorem użytkowym zapewnia:

Dodatkowe zasilanie układu chłodzenia na wlocie z wlotem powietrza za jednym ze stopni pośrednich sprężarki, połączonym rurociągiem z wydrążonym kolektorem powietrza na wylocie, komunikującym się z wnęką, tylnej powierzchni tarczy ostatni stopień turbiny, zapewnia gwarantowane chłodzenie w trybach maksymalnych, w tym w trybie startowym;

Zasilanie układu chłodzenia urządzeniem do regulacji dopływu powietrza do wnęki przylegającej do tylnej powierzchni tarczy ostatniego stopnia turbiny z pośredniego stopnia sprężarki lub z obwodu zewnętrznego zapewnia wydajne chłodzenie łopaty wirnika LPT we wszystkich trybach pracy silnika. Urządzenie sterujące pozwala łączyć pozytywne cechy obu układów chłodzenia, to znaczy łącząc szeregowo różne kanały doprowadzające powietrze chłodzące, najbardziej racjonalne jest zapewnienie sprawności i wydajności układu chłodzenia turbiny w całym zakresie pracy silnika tryby, a tym samym poprawić właściwości trakcyjne, ekonomiczne i zasobowe silnika. Zatem w trybie startowym urządzenie sterujące jest podłączone w taki sposób, że powietrze chłodzące z pośredniego stopnia sprężarki jest dostarczane pod ciśnieniem wystarczającym do skutecznego schłodzenia ostatniego stopnia turbiny. Umożliwia to albo zwiększenie żywotności turbiny i całego silnika przy stałym natężeniu przepływu powietrza chłodzącego, albo zmniejszenie natężenia przepływu powietrza chłodzącego, a tym samym zwiększenie właściwości trakcyjnych silnika. Powietrze w kanale obiegu zewnętrznego nie ma nadciśnienia niezbędnego do wydajnego chłodzenia. W trybie przelotowym urządzenie sterujące zapewnia dopływ powietrza chłodzącego z kanału obwodu zewnętrznego, podczas gdy kanał do pobierania powietrza ze sprężarki jest zablokowany (pozycja pierścienia jest przełączana sygnałem w zależności od prędkości obrotowej niskiego -ciśnienie wału turbiny silnika n nd i temperatura stagnacji powietrza na wlocie do silnika T*N). Ze względu na to, że powietrze chłodzące nie ulega sprężeniu w sprężarce, wymagana moc HPC maleje, a energia swobodna płynu roboczego za turbiną wzrasta; prowadzi to do wzrostu ciągu silnika i jego wydajności. Ponadto powietrze z kanału zewnętrznego obwodu ma duże zasoby chłodzące, co albo zwiększy żywotność turbiny i całego silnika jako całości przy stałym natężeniu przepływu powietrza chłodzącego, albo zmniejszy zużycie powietrza chłodzącego a tym samym jeszcze bardziej zwiększyć sprawność silnika.

W ten sposób rozwiązano problem postawiony we wzorze użytkowym - zwiększenie sprawności silnika turbowentylatorowego poprzez zagwarantowanie chłodzenia ostatniego stopnia turbiny w trybach maksymalnych (np.

Niniejszy wzór użytkowy objaśnia poniższy szczegółowy opis układu chłodzenia i jego działania w odniesieniu do rysunków przedstawionych na rysunkach 1-3, gdzie

figura 1 przedstawia schematycznie przekrój podłużny ostatniego stopnia osiowej turbiny niskiego ciśnienia silnika turboodrzutowego obejściowego i jej układu chłodzenia;

figura 2 - widok A na figurze 1;

rysunek 3 - przekrój B-B na rysunku 2.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskiego ciśnienia bocznikowego silnika turboodrzutowego zawiera (patrz rysunek 1) wlot powietrza 1 z obwodu zewnętrznego 2 silnika. Wlot powietrza 1 komunikuje się z wnęką 3 sąsiadującą z tylną powierzchnią tarczy 4 turbiny poprzez wnękę 5 zębatek 6 i wnękę pierścieniową 7 obudowy turbiny ostatniego stopnia wyposażonej w przednią ściankę końcową 8 otworami przelotowymi 9 (patrz rys. 2, 3) turbiny oraz kanałami 10 w tarczy 4 z wewnętrznymi wnękami łopatek 11.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia niskociśnieniowej turbiny osiowej silnika turboodrzutowego bypass zawiera dodatkowo wlot powietrza za jednym z pośrednich stopni sprężarki na wlocie (wlot powietrza i pośrednie stopnie sprężarki nie są pokazane na rysunku 1). Ten wlot powietrza jest połączony rurociągiem 12 z wydrążonym kolektorem powietrza 13 na wylocie przylegającym do ściany końcowej 8 obudowy turbiny z otworami przelotowymi 14 (patrz rys. 2, 3).

Ponadto układ chłodzenia jest wyposażony w urządzenie do regulacji dopływu powietrza do wnęki 3 sąsiadującej z tylną powierzchnią tarczy 4 turbiny ostatniego stopnia. Urządzenie sterujące wykonane jest w postaci obrotowego pierścienia 15 (patrz rys. 1-3) z napędem (napędu nie pokazano) stykającego się ze ścianą czołową 8 obudowy turbiny, gdzie otwór 9 zapewnia wnękę komunikacyjną 3 z pierścieniową wnęką 7, a otwór 14 zapewnia komunikację wnęki 3 z wnęką 16 kolektora powietrza 13 znajdującego się w pierścieniowej wnęce 7 wspornika turbiny. Napęd obrotowego pierścienia 15 może być wykonany na przykład w postaci silnika pneumatycznego lub napędu podobnego typu. Pierścień obrotowy 15 urządzenia sterującego ma eliptyczny otwór przelotowy 17, który umożliwia naprzemienne połączenie z otworami przelotowymi 9, 14 w ścianie czołowej 8 wspornika turbiny.

Proponowany układ chłodzenia zawiera wlot powietrza a (wlot powietrza nie pokazany na rysunku 1) za jednym z pośrednich stopni sprężarki, wlot powietrza 1b z kanału obiegu zewnętrznego 2. Działanie układu zasilania powietrzem chłodzącym jest Opisane poniżej.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskiego ciśnienia bocznikowego silnika turboodrzutowego działa w następujący sposób. Pierścień 15 może znajdować się w dwóch położeniach. Po obróceniu pierścienia 15 do pozycji I (patrz rys. 2) (tryb startowy silnika) powietrze przepływa przewodem 12, pod działaniem różnicy ciśnień, przez kolektor powietrza 13, otwór 14 w ściankę 8 i otwór 17 w pierścieniu 15 do wnęki 3 , przylegającej do tylnej powierzchni tarczy 4. W tym przypadku przejście do wnęki 3 powietrza b jest blokowane przez pierścień 15. Kiedy pierścień 15 jest obrócony do położenia II (nie pokazano) (tryb przelotowy), otwór 17 jest obracany tak, że otwór 14 jest blokowany przez pierścień 15, a powietrze b dostaje się do wnęki 3 przez otwór 9 i otwór 17 w pierścieniu 15. W tym przypadku powietrze a, pobrane za pośrednim stopniem sprężarki, nie dostaje się do wnęki 3.

Przełączenie pierścienia 15 w położenie I lub II odbywa się sygnałem zależnym od prędkości obrotowej n wału turbiny niskiego ciśnienia silnika oraz temperatury stagnacji powietrza na wlocie do silnika T* N. Przy dużych wartościach ​​parametru (praca silnika startowego), pierścień 15 znajduje się w pozycji I , przy niskich wartościach parametru (tryb tempomatu) - w położeniu II.

Wykonanie układu chłodzenia zgodnie z deklarowanym rozwiązaniem technicznym pozwala na zapewnienie niezbędnego chłodzenia ostatniego stopnia turbiny niskiego ciśnienia we wszystkich trybach pracy silnika, przy jednoczesnym zwiększeniu sprawności i ekonomiczności jego pracy.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskiego ciśnienia obejściowego silnika turboodrzutowego, zawierający wlot powietrza z zewnętrznego obrysu silnika, komunikujący się przez wnęki zębatek i pierścieniową wnękę wspornika turbiny ostatniego stopnia, wyposażonego w przednią ściankę końcową, z wnęką przylegającą do tylnej powierzchni tarczy turbiny, a przez ciśnienie w tarczę z wewnętrznymi wnękami łopatek, przy czym ściana czołowa wspornika turbiny posiada otwory przelotowe, charakteryzująca się tym, że układ chłodzenia jest dodatkowo wyposażony na wlocie we wlot powietrza za jednym ze stopni pośrednich sprężarki, połączony rurociągiem z wydrążonym kolektorem powietrza na wylocie oraz urządzenie do regulacji dopływu powietrza do wnęki przylegającej do tylna powierzchnia turbiny ostatniego stopnia, gdzie urządzenie sterujące wykonane jest w postaci obrotowego pierścienia z napędem stykającym się ze ścianą czołową obudowy turbiny, w ścianie czołowej obudowy wykonane są dwa otwory, gdzie jeden otwór jest połączony z pierścieniem z wnęką wspornika turbiny ostatniego stopnia, a drugi z wnęką kolektora powietrza umieszczoną w pierścieniowej wnęce obudowy turbiny, pierścień obrotowy urządzenia sterującego wyposażony jest w przelotowy eliptyczny otwór umieszczony z możliwością naprzemiennego komunikowania się z jednym z dwóch otworów przelotowych ściany czołowej obudowy turbiny.

Turbina

Turbina przeznaczona jest do napędzania sprężarki i jednostek pomocniczych silnika. Turbina silnika - osiowa, odrzutowa, dwustopniowa, chłodzona, dwuwirnikowa.

W skład zespołu turbiny wchodzą kolejno ułożone jednostopniowe turbiny osiowe wysokiego i niskiego ciśnienia oraz wspornik turbiny. Wspornik - element obwodu mocy silnika.

turbina wysokiego ciśnienia

SA HPT składa się z pierścienia zewnętrznego, pierścienia wewnętrznego, pokrywy, urządzenia zawirowującego, bloków łopatek dyszy, uszczelnień labiryntowych, uszczelnień złączy łopatek dyszy, przekładek z wkładkami o strukturze plastra miodu oraz łączników.

Pierścień zewnętrzny ma kołnierz do połączenia z kołnierzem obrzeża aparatu dyszy LPT i korpusu VVT. Pierścień jest teleskopowo połączony z korpusem VVT i ma wnękę do dostarczania powietrza wtórnego z OCS do chłodzenia zewnętrznych półek łopatek dyszy.

Pierścień wewnętrzny ma kołnierz do połączenia z pokrywą i wewnętrznym korpusem OKS.

SA TVD ma czterdzieści pięć ostrzy, połączonych w piętnaście odlewanych trójłopatowych bloków. Blokowa konstrukcja łopatek SA pozwala na ograniczenie ilości połączeń i przelewów gazu.

Ostrze dyszy - wydrążone, chłodzone dwukomorowe. Każda łopatka posiada łopatkę, zewnętrzne i wewnętrzne kołnierze, które wraz z łopatką i kołnierzami sąsiednich łopatek tworzą ścieżkę przepływu HPT SA.

Wirnik TVD przeznaczony jest do zamiany energii przepływu gazu na pracę mechaniczną na wale wirnika. Wirnik składa się z tarczy, sworzni z labiryntem oraz pierścieni uszczelniających olej. Dysk posiada dziewięćdziesiąt trzy gniazda do mocowania łopat wirnika HPT w „choinkowych” zamkach, otwory pod śruby dociskowe dokręcające tarczę, sworzeń i wał HPT, a także skośne otwory do doprowadzania powietrza chłodzącego do łopat wirnika.

Ostrze robocze HPT - odlewane, wydrążone, chłodzone. W wewnętrznej wnęce łopaty do organizacji procesu chłodzenia znajduje się podłużna przegroda, turbulentne kołki i żebra. Trzon głowni posiada wydłużoną nogę oraz zamek typu jodełka. W trzonie znajdują się kanały doprowadzenia powietrza chłodzącego do płata łopaty, aw krawędzi spływu szczelina wylotu powietrza.

Trzpień czopa zawiera uszczelnienie olejowe i bieżnię promieniowego łożyska wałeczkowego tylnej podpory wirnika wysokiego ciśnienia.

Turbina niskiego ciśnienia

SA LPT składa się z wieńca, bloków łopatek dyszy, pierścienia wewnętrznego, membrany oraz wkładów o strukturze plastra miodu.

Obręcz posiada kołnierz do połączenia z obudową VVT i pierścieniem zewnętrznym HPT, a także kołnierz do połączenia z obudową wspornika turbiny.

SA TND ma pięćdziesiąt jeden ostrzy wlutowanych w dwanaście bloków czterołopatkowych i jeden blok trzyłopatkowy. Ostrze dyszy - odlewane, puste w środku, chłodzone. Pióro, półki zewnętrzne i wewnętrzne tworzą z piórem i półkami sąsiednich łopat część przepływową SA.

Perforowany deflektor umieszczony jest w wewnętrznej części wnęki płata łopaty. Na wewnętrznej powierzchni pióra znajdują się poprzeczne żeberka i kołki turbulencyjne.

Membrana służy do oddzielania przestrzeni pomiędzy wirnikami HPT i LPT.

Wirnik LPT składa się z tarczy z łopatkami roboczymi, czopa, wału i tarczy dociskowej.

Tarcza LPT posiada pięćdziesiąt dziewięć rowków do mocowania ostrzy roboczych oraz skośne otwory do doprowadzania do nich powietrza chłodzącego.

Łopatka robocza TND - odlewana, pusta, chłodzona. Łopata na części obwodowej posiada osłonę z grzebieniem uszczelnienia labiryntowego, który uszczelnia szczelinę promieniową pomiędzy stojanem a wirnikiem.

Od ruchów osiowych w tarczy ostrza są mocowane za pomocą pierścienia dzielonego z wkładką, która z kolei jest mocowana za pomocą sworznia na obręczy tarczy.

Czop ma wewnętrzne wielowypusty w przedniej części do przenoszenia momentu obrotowego na wał LPT. Na zewnętrznej powierzchni przedniej części czopu znajduje się bieżnia wewnętrzna łożyska wałeczkowego tylnej podpory WP, labirynt oraz zespół pierścieni uszczelniających, które wraz z pokrywą zamontowaną w czopie tworzą przednią uszczelkę wnęki olejowej wspornika HPT.

Na pas cylindryczny w tylnej części montowany jest komplet pierścieni uszczelniających, które wraz z pokrywą tworzą uszczelnienie komory olejowej wspornika LPT.

Wał TND składa się z trzech części. Połączenie części wału ze sobą jest rozwidlone. Moment obrotowy w przegubach przenoszony jest przez sworznie promieniowe. Z tyłu wału znajduje się pompa olejowa do podpory turbiny.

Przed LPT znajdują się wypusty, które przenoszą moment obrotowy na wirnik sprężarki niskiego ciśnienia za pośrednictwem sprężyny.

Tarcza dociskowa ma za zadanie wytworzyć dodatkową cofkę i zapewnić wzrost ciśnienia powietrza chłodzącego na wlocie do łopatek roboczych LPT.

Wspornik turbiny zawiera obudowę wsporczą i obudowę łożyska. Obudowa wspornika składa się z obudowy zewnętrznej i pierścienia wewnętrznego połączonych ze sobą za pomocą szyn zasilających i tworzących obwód zasilania dla wspornika turbiny. W skład konstrukcji podpory wchodzi również sito z owiewkami, siatka przeciwpieniąca oraz elementy mocujące. Wewnątrz regałów znajdują się rurociągi doprowadzające i pompujące olej, odpowietrzające komory olejowe i spuszczające olej. Powietrze jest dostarczane przez wnęki stojaków w celu schłodzenia LPT, a powietrze jest usuwane z wnęki wstępnego oleju wspornika. Regały osłonięte owiewkami. Pompa miski olejowej i kolektor oleju są zainstalowane na obudowie łożyska. Pomiędzy bieżnią zewnętrzną łożyska wałeczkowego wirnika LPT a obudową łożyska umieszczony jest amortyzator sprężysto-olejowy.

Na wsporniku turbiny zamocowana jest owiewka stożkowa, której profil zapewnia dopływ gazu do komory spalania dopalacza przy minimalnych stratach.

Dziś lotnictwo składa się prawie w 100% z maszyn, które wykorzystują elektrownię typu turbina gazowa. Innymi słowy, silniki z turbiną gazową. Jednak pomimo rosnącej obecnie popularności podróży samolotem, niewiele osób wie, jak działa ten brzęczący i gwiżdżący kontener, który wisi pod skrzydłem samolotu pasażerskiego.

Zasada działania silnik turbiny gazowej.

Silnik z turbiną gazową, podobnie jak silnik tłokowy w każdym samochodzie, odnosi się do silników spalinowych. Oba przekształcają energię chemiczną paliwa w ciepło poprzez spalanie, a następnie w użyteczną, mechaniczną. Jednak sposób, w jaki to się dzieje, jest nieco inny. W obu silnikach zachodzą 4 główne procesy - są to: dolot, sprężanie, rozprężanie, wydech. Tych. w każdym razie powietrze (z atmosfery) i paliwo (ze zbiorników) najpierw dostają się do silnika, następnie powietrze jest sprężane i wtryskiwane jest do niego paliwo, po czym mieszanina zapala się, dzięki czemu znacznie się rozszerza i ostatecznie jest uwalniana do atmosfery. Spośród wszystkich tych działań tylko ekspansja daje energię, cała reszta jest niezbędna do zapewnienia tego działania.

Jaka jest różnica. W silnikach turbinowych wszystkie te procesy zachodzą stale i jednocześnie, ale w różnych częściach silnika, aw silniku tłokowym w jednym miejscu, ale w różnych momentach i po kolei. Ponadto im bardziej sprężone powietrze, tym więcej energii można uzyskać podczas spalania, a dziś stopień sprężania silników z turbiną gazową osiągnął już 35-40:1, tj. podczas przechodzenia przez silnik powietrze zmniejsza swoją objętość i odpowiednio zwiększa swoje ciśnienie 35-40 razy. Dla porównania w silnikach tłokowych liczba ta nie przekracza 8-9: 1, w najnowocześniejszych i najbardziej zaawansowanych modelach. W związku z tym, mając taką samą wagę i wymiary, silnik z turbiną gazową jest znacznie mocniejszy, a jego wydajność jest wyższa. To jest powód tak powszechnego stosowania silników z turbiną gazową w dzisiejszym lotnictwie.

A teraz więcej o projekcie. Wymienione powyżej cztery procesy zachodzą w silniku, co obrazuje uproszczony schemat pod numerami:

• wlot powietrza - 1 (wlot powietrza)
• kompresja - 2 (sprężarka)
• mieszanie i zapłon - 3 (komora spalania)
• wydech - 5 (dysza wydechowa)
• Tajemnicza sekcja pod numerem 4 nazywa się turbiną. Jest integralną częścią każdego silnika turbinowego, jego celem jest pozyskiwanie energii z gazów, które opuszczają komorę spalania przy dużych prędkościach, i znajduje się na tym samym wale co napędzająca go sprężarka (2).

W ten sposób uzyskuje się zamknięty cykl. Powietrze dostaje się do silnika, jest sprężane, mieszane z paliwem, zapalane, kierowane do łopatek turbiny, które pobierają do 80% mocy gazu do obracania sprężarki, wszystko to decyduje o ostatecznej mocy silnika, którą można wykorzystać w wiele sposobów.

W zależności od sposobu dalszego wykorzystania tej energii silniki turbinowe dzielą się na:

• silnik turboodrzutowy
• turbośmigłowy
• turbowentylator
• turbował

Silnik pokazany na powyższym schemacie to silnik turboodrzutowy. Można powiedzieć, że jest to „czysta” turbina gazowa, ponieważ po przejściu przez turbinę, która obraca sprężarkę, gazy wydostają się z silnika przez dyszę wydechową z dużą prędkością i tym samym popychają samolot do przodu. Takie silniki są obecnie stosowane głównie w szybkich samolotach bojowych.

turbośmigłowy silniki różnią się od silników turboodrzutowych tym, że posiadają dodatkową sekcję turbiny, zwaną też turbiną niskiego ciśnienia, składającą się z jednego lub więcej rzędów łopatek, które pobierają energię pozostałą po turbinie sprężarki z gazów i tym samym obracają śrubę napędową, który może być umieszczony zarówno z przodu, jak iz tyłu silnika. Za drugą sekcją turbiny gazy spalinowe faktycznie wydostają się grawitacyjnie, nie mając praktycznie żadnej energii, więc do ich usunięcia służą właśnie rury wydechowe. Podobne silniki są używane w samolotach o małej prędkości i na małej wysokości.

Turbofany silniki mają podobny schemat z turbośmigłowymi, tylko druga sekcja turbiny nie pobiera całej energii ze spalin, więc te silniki mają również dyszę wydechową. Ale główna różnica polega na tym, że turbina niskiego ciśnienia napędza wentylator, który jest zamknięty w obudowie. Dlatego taki silnik nazywany jest również silnikiem dwuobwodowym, ponieważ powietrze przepływa przez obieg wewnętrzny (sam silnik) oraz zewnętrzny, który jest niezbędny jedynie do ukierunkowania strumienia powietrza popychającego silnik do przodu. Ponieważ mają raczej „pucołowaty” kształt. To właśnie te silniki są stosowane w większości nowoczesnych samolotów pasażerskich, ponieważ są najbardziej ekonomiczne przy prędkościach zbliżonych do prędkości dźwięku i wydajne podczas lotu na wysokościach powyżej 7000-8000m i do 12000-13000m.

Turbował silniki są prawie identyczne pod względem konstrukcji jak silniki turbośmigłowe, z wyjątkiem tego, że wał połączony z turbiną niskiego ciśnienia wychodzi z silnika i może napędzać absolutnie wszystko. Silniki takie stosowane są w śmigłowcach, gdzie dwa lub trzy silniki napędzają jeden wirnik główny i tylne śmigło kompensacyjne. Nawet czołgi T-80 i amerykańskie Abramsy mają teraz podobne elektrownie.

Silniki z turbiną gazową są również klasyfikowane według innych oznaki:

• według typu urządzenia wejściowego (regulowane, nieregulowane)
• według typu sprężarki (osiowa, odśrodkowa, osiowo-odśrodkowa)
• w zależności od rodzaju toru powietrzno-gazowego (przelotowy, pętlowy)
• według typu turbiny (liczba stopni, liczba wirników itp.)
• według rodzaju dyszy strumieniowej (regulowana, nieregulowana) itp.

Silnik turboodrzutowy ze sprężarką osiową spotkał się z szerokim zastosowaniem. Przy pracującym silniku proces jest ciągły. Powietrze przechodzi przez dyfuzor, zwalnia i wchodzi do sprężarki. Następnie trafia do komory spalania. Paliwo jest również dostarczane do komory przez dysze, mieszanka jest spalana, produkty spalania przemieszczają się przez turbinę. Produkty spalania w łopatach turbiny rozszerzają się i powodują jej obrót. Ponadto gazy z turbiny o obniżonym ciśnieniu wchodzą do dyszy strumieniowej i wybuchają z dużą prędkością, tworząc ciąg. Maksymalna temperatura występuje również w wodzie komory spalania.

Sprężarka i turbina znajdują się na tym samym wale. Zimne powietrze jest dostarczane w celu schłodzenia produktów spalania. W nowoczesnych silnikach odrzutowych temperatura pracy może przekraczać temperaturę topnienia stopów łopat wirnika o około 1000°C. Układ chłodzenia części turbiny oraz dobór żaroodpornych i żaroodpornych części silnika to jeden z głównych problemów w projektowaniu silników odrzutowych wszystkich typów, w tym turboodrzutowych.

Cechą silników turboodrzutowych ze sprężarką odśrodkową jest konstrukcja sprężarek. Zasada działania takich silników jest podobna do silników ze sprężarką osiową.

Silnik turbiny gazowej. Wideo.

Przydatne powiązane artykuły.

Po raz pierwszy samolot z silnikiem turboodrzutowym ( TRD) wzbił się w powietrze w 1939 roku. Od tego czasu konstrukcja silników lotniczych została ulepszona, pojawiły się różne typy, ale zasada działania wszystkich z nich jest w przybliżeniu taka sama. Aby zrozumieć, dlaczego samolot o tak dużej masie może tak łatwo wzbić się w powietrze, musisz zrozumieć, jak działa silnik samolotu. Silnik turboodrzutowy napędza samolot za pomocą napędu odrzutowego. Z kolei ciąg strumienia to siła odrzutu strumienia gazu, który wylatuje z dyszy. Oznacza to, że okazuje się, że instalacja turboodrzutowa pcha samolot i wszystkich ludzi w kabinie za pomocą strumienia gazu. Strumień odrzutowy wylatujący z dyszy jest odpychany od powietrza i tym samym wprawia samolot w ruch.

Urządzenie z silnikiem turbowentylatorowym

Projekt

Urządzenie silnika samolotu jest dość skomplikowane. Temperatura pracy w takich instalacjach sięga 1000 stopni lub więcej. W związku z tym wszystkie części składające się na silnik są wykonane z materiałów odpornych na wysokie temperatury i ogień. Ze względu na złożoność urządzenia istnieje cała dziedzina nauki o silnikach turboodrzutowych.

TRD składa się z kilku głównych elementów:

• wentylator;
• kompresor;
• komora spalania;
• turbina;
• dysza.

Wentylator jest zainstalowany przed turbiną. Za jego pomocą powietrze jest zasysane do urządzenia z zewnątrz. W takich instalacjach stosuje się wentylatory z dużą liczbą łopatek o określonym kształcie. Rozmiar i kształt łopatek zapewniają najbardziej efektywny i szybki dopływ powietrza do turbiny. Wykonane są z tytanu. Oprócz głównej funkcji (zasysania powietrza) wentylator rozwiązuje jeszcze jedno ważne zadanie: służy do pompowania powietrza między elementami silnika turboodrzutowego a jego powłoką. Dzięki temu pompowaniu system jest chłodzony i zapobiega się zniszczeniu komory spalania.

W pobliżu wentylatora znajduje się sprężarka dużej mocy. Z jego pomocą powietrze dostaje się do komory spalania pod wysokim ciśnieniem. W komorze powietrze jest mieszane z paliwem. Otrzymaną mieszaninę zapala się. Po zapaleniu mieszanina i wszystkie sąsiadujące elementy instalacji są podgrzewane. Komora spalania jest najczęściej wykonana z ceramiki. Wynika to z faktu, że temperatura wewnątrz komory osiąga 2000 stopni lub więcej. A ceramika charakteryzuje się odpornością na wysokie temperatury. Po zapłonie mieszanina trafia do turbiny.

Widok silnika samolotu z zewnątrz

Turbina to urządzenie składające się z dużej liczby łopatek. Przepływ mieszanki wywiera nacisk na łopatki, wprawiając w ten sposób turbinę w ruch. Turbina na skutek tego obrotu powoduje obrót wału, na którym osadzony jest wentylator. Okazuje się, że jest to układ zamknięty, który do pracy silnika wymaga jedynie dopływu powietrza i obecności paliwa.

Następnie mieszanina wchodzi do dyszy. Jest to ostatni etap 1. cyklu pracy silnika. To tutaj powstaje prąd strumieniowy. Tak działa silnik samolotu. Wentylator wtłacza zimne powietrze do dyszy, zapobiegając jej zniszczeniu przez zbyt gorącą mieszankę. Strumień zimnego powietrza zapobiega stopieniu kołnierza dyszy.

Różne dysze mogą być instalowane w silnikach lotniczych. Najdoskonalsze są uważane za mobilne. Ruchoma dysza ma możliwość rozszerzania się i kurczenia, a także regulacji kąta nachylenia, ustalając właściwy kierunek strumienia strumienia. Samoloty z takimi silnikami charakteryzują się doskonałą manewrowością.

Rodzaje silników

Silniki lotnicze są różnych typów:

• klasyczny;
• turbośmigłowy;
• turbowentylator;
• prosto.

Klasyczny instalacje działają zgodnie z zasadą opisaną powyżej. Takie silniki są instalowane w samolotach o różnych modyfikacjach. turbośmigłowy działać nieco inaczej. W nich turbina gazowa nie ma mechanicznego połączenia z przekładnią. Instalacje te tylko częściowo napędzają samolot za pomocą ciągu odrzutowego. Ten typ instalacji wykorzystuje główną część energii gorącej mieszanki do napędzania śmigła przez skrzynię biegów. W takiej instalacji zamiast jednej są 2 turbiny. Jeden z nich napędza sprężarkę, a drugi - śrubę. W przeciwieństwie do klasycznych silników turboodrzutowych instalacje śrubowe są bardziej ekonomiczne. Ale nie pozwalają samolotom rozwijać dużych prędkości. Są instalowane na samolotach o małej prędkości. TRD pozwalają na rozwinięcie znacznie większej prędkości podczas lotu.

Turbofany silniki to połączone jednostki, które łączą elementy silników turboodrzutowych i turbośmigłowych. Różnią się od klasycznych dużymi rozmiarami łopatek wentylatora. Zarówno wentylator, jak i śmigło pracują z prędkościami poddźwiękowymi. Prędkość ruchu powietrza jest zmniejszona dzięki obecności specjalnej owiewki, w której umieszczony jest wentylator. Takie silniki zużywają paliwo bardziej ekonomicznie niż klasyczne. Ponadto charakteryzują się wyższą wydajnością. Najczęściej są instalowane na liniowcach i samolotach o dużej pojemności.

Wielkość silnika samolotu w stosunku do wzrostu człowieka

Bezpośredni przepływ instalacje do oddychania powietrzem nie wymagają użycia elementów ruchomych. Powietrze jest zasysane w sposób naturalny dzięki owiewce zamontowanej na wlocie. Po zasysaniu powietrza silnik pracuje podobnie do klasycznego.

Niektóre samoloty latają na silnikach turbośmigłowych, które są znacznie prostsze niż silniki turboodrzutowe. W związku z tym wiele osób zadaje sobie pytanie: po co korzystać z bardziej skomplikowanych instalacji, skoro można ograniczyć się do śrubowej? Odpowiedź jest prosta: silniki turboodrzutowe mają większą moc niż silniki śrubowe. Są dziesięć razy silniejsze. W związku z tym silnik turboodrzutowy wytwarza znacznie większy ciąg. Umożliwia to podnoszenie dużych samolotów w powietrze i latanie z dużą prędkością.

W kontakcie z