Турбореактивный двигатель
-
История турбореактивных двигателей
- Первый патент на использование газовой турбины для самолета подан в 1921 году.
- Фрэнк Уиттл разработал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.
- Ганс фон Охайн запатентовал аналогичный двигатель в 1935 году.
- Первый полет с турбореактивным двигателем состоялся в 1939 году.
-
Конструкция и принцип работы
- Турбореактивный двигатель состоит из газовой турбины и двигательного сопла.
- Воздух сжимается в компрессоре, нагревается в камере сгорания и расширяется в турбине.
- Выхлопные газы расширяются в сопле, обеспечивая тягу.
-
Применение и ограничения
- Турбореактивные двигатели используются в самолетах и крылатых ракетах.
- Они имеют низкую эффективность при низких скоростях, что ограничивает их применение в наземных транспортных средствах.
- Турбовальные двигатели используются на вертолетах и судах на воздушной подушке.
-
Влияние на авиацию
- Турбореактивные двигатели обеспечивают высокую скорость и надежность.
- Они позволили использовать трех- и двухдвигательные самолеты и совершать более прямые полеты.
- Жаропрочные сплавы позволили увеличить долговечность двигателей.
-
Ранние проекты и технологии
- Ранние немецкие двигатели имели ограничения по продолжительности работы.
- Британские двигатели, такие как Rolls-Royce Welland, имели улучшенные материалы и долговечность.
- General Electric использовала опыт работы с высокотемпературными материалами.
-
Компоненты и системы
- Головной патрубок отводит воздух во впускной патрубок.
- Воздухозаборник направляет воздух к компрессору.
- Повышение давления на впуске улучшает соотношение давлений и тепловой КПД.
-
Воздухозаборник и компрессор
- Воздухозаборник становится заметным на высоких скоростях.
- Примеры: Concorde и Lockheed SR-71 Blackbird.
- Компрессор сжимает воздух, повышая его давление и температуру.
- Турбореактивные двигатели используют отбираемый воздух для различных подсистем.
-
Камера сгорания
- Процесс горения в камере сгорания отличается от поршневого двигателя.
- Топливовоздушная смесь сгорает в камере сгорания без повышения давления.
- Сжатый воздух завершает процесс сгорания и снижает температуру продуктов сгорания.
-
Турбина
- Горячие газы расширяются в турбине, которая приводит в действие компрессор и вспомогательные устройства.
- Турбина состоит из нескольких ступеней, каждая из которых ускоряет подачу газа.
-
Сопло
- Газы выходят через выхлопное сопло, образуя высокоскоростную струю.
- Сопло Лаваля позволяет газам достигать сверхзвуковой скорости.
-
Увеличение тяги
- Тяга увеличивалась с помощью впрыска воды/метанола или дожига.
- Форсажная камера используется для повторного нагрева выхлопных газов.
-
Чистый толчок
- Чистый толчок турбореактивного двигателя зависит от скорости струи и давления на выходе из сопла.
- Скорость реактивного самолета должна превышать истинную воздушную скорость для создания чистой тяги.
-
Усовершенствования цикла
- Эффективность газовой турбины повышается за счет улучшения материалов и охлаждения.
- Повышение температуры турбины увеличивает скорость струи, что может быть выгодно для сверхзвуковых самолетов.
-
Турбореактивные системы
- Турбореактивные системы сложны и требуют новых моделей для оптимизации.
- Внедрение автоматизации повышает безопасность и эффективность.