Чем отличается турбина от компрессора?
Во многих современных машинах от холодильника до автомобиля, от корабля до самолета используются агрегаты, называемые турбинами и компрессорами.
турбина. Каждый из них имеет свое назначение и отличия. Без них трудно представить современное машиностроение, транспорт и энергетику.
Как работает турбина
То, что называется турбиной, по сути, является беспрерывно работающим ротационным двигателем. Она представляет собой ротор или ее рабочий орган, который вращается под воздействием воды, пара или газа. В обобщенном виде их именуют рабочим телом. Такое воздействие осуществляется посредством закрепленных по окружности ротора лопаток или лопастей на которые падает поток рабочего тела. В результате кинетическая или внутренняя энергия рабочего тела преобразуется в механическую, вращая соединенные с ротором агрегаты. Сегодня турбина — обычное явление, однако только в XIX веке появились первые работоспособные образцы.
Турбина автомобиля
На современных турбинах имеются две главные части. Это подвижное рабочее колесо, состоящее из установленных на роторе лопаток. Именно оно напрямую создает вращение. К неподвижной части турбины относится сопловый аппарат, состоящий из лопаток, обеспечивающих рабочему телу необходимое направление потока при его воздействии на лопатки рабочего колеса. Этот поток может перемещаться вдоль или перпендикулярно валу турбины. Отдельным типом турбин выделяют турбокомпрессоры.
Как работает турбина
Для повышения эффективности турбин в условиях значительных тепловых перепадов могут создаваться турбины с несколькими контурами. Они могут иметь от одного до трех валов с разным расположением и оснащаться общим редуктором. Все турбины оснащаются регулятором безопасности, который в автоматическом режиме регулирует частоту вращения рабочего органа.
Сфера применения турбин чрезвычайно широка. Они являются составной частью приводов морских и воздушных судов, некоторых автомобилей, работают в различных гидронасосах и гидродинамических передачах.
В соответствии с типом рабочего тела турбины подразделяются на паровые. газовые и гидротурбины. На их основе созданы газотурбинные и турбореактивные, турбовентиляторные двигатели. Почти все боевые корабли имеют турбинные двигательные установки. Они состоят из компрессора для нагнетания воздуха, камеры сгорания, газовой турбины и различного вспомогательного оборудования.
Зачем нужен компрессор
Для того, чтобы сжимать и транспортировать воздух и различные газы
Установленные на нем лопатки гонят газ в определенном направлении и сжимают его. Компрессоры, работающие по динамическому принципу, бывают осевыми и центробежными. Это зависит от типа рабочего колеса и направления потока.Компрессор автомобильный
В турбокомпрессорах газ сжимается вследствие неподвижной и вращающейся решетками областей. Объемные компрессоры так называются потому, что во время работы в них меняется объем камеры, в которой сжимается газ. Это самый распространенный тип компрессоров. Основными среди них являются те, в которых происходит процесс сжатия за счет работы поршня в цилиндре, а также машины, в которых сжимающий элемент вращается. Их еще называют роторными.
Турбокомпрессор
Компрессоры могут иметь общее назначение или применяться в конкретных производствах. Они широко используются в химической промышленности, газотранспортных системах, в строительстве, транспорте, пищевой промышленности и других отраслях. Без компрессоров не обходятся холодильные установки.
Компрессоры сжимают воздух для работы различных инструментов и установок в промышленности, сервисных службах и на стройках, для обеспечения работы. Сжимают кислород, азот, хлор и другие газы для различных нужд.
Устройство поршневого компрессора
В действие они могут приводиться двигателями внутреннего сгорания и электрическими, газовыми и паровыми турбинами. Для использования в местах, где отсутствует электричество, обычно применяют дизельные компрессорные установки.
Компрессоры во время работы нагреваются и требуют охлаждения, которое бывает жидкостным или воздушным. Они могут работать стационарно или быть мобильными и портативными.
Некоторые компрессоры могут создавать не только давление и разрежение. Показателями производительности компрессоров является обычно кубометр (тысячи, миллионы кубометров) газа в единицу времени. Они зависимости от назначения, могут создавать малое, среднее, высокое и сверхвысокое давление.
В чем различия
- Главное отличие турбины от компрессора в том, что турбина это двигатель, в котором кинетическая энергия воды, пара или газа преобразуется в механическую энергию, обеспечивающую движение иди технологические процессы.
Компрессор нужен, чтобы сжимать газ и подавать его под давлением, в том числе и для работы турбины. - Рабочим телом в турбине может быть вода, газ или воздух. В компрессоре только газообразные вещества.
- Мощность турбины измеряется в киловаттах или лошадиных силах. Параметром, производительности компрессора является давление, которое может указываться в паскалях или атмосферах.
- Турбина может развивать мощность в зависимости от интенсивности подачи на ее лопатки рабочего тела. У компрессора мощность фиксированная.
- Турбина является технически более сложным устройством, чем компрессор.
Компрессор нужен, чтобы сжимать газ и подавать его под давлением, в том числе и для работы турбины.Авто и мотоКомментировать
Плюсы и минусы турбины и компрессора
И турбина, и компрессор решают одну задачу повышают производительность двигателя.
Но выбрать между ними непросто. Ведь хочется получить одновременно и надежный агрегат, и существенный КПД. Какой из двух распространенных вариантов увеличения мощности автомобиля лучше? Чтобы ответить на вопрос, рассмотрим достоинства и недостатки турбины и компрессора на авто.
Принцип работы компрессора
Компрессор механический нагнетатель воздуха, появился раньше турбо, эффективный метод повышения мощности ДВС. Для его установки не нужно вмешиваться в устройство движка. Популярны три вида устройств наддува (отличаются способом подачи воздуха):
- Роторный внутри два кулачковых вала. Небольшой прирост мощности.
- Винтовой внутри два лопастных ротора. Более эффективный.
- Центробежный внутри крыльчатка. Обеспечивает наибольшую прибавку мощности.
Механизм устанавливается рядом с мотором и запускается с помощью приводного ремня или цепи от коленчатого вала. Ремень или цепь оборачивают вокруг колеса, подключенного к ведущей шестеренке. Ротор компрессора захватывает воздух, сжимает его в меньшем пространстве и сбрасывает во впускной коллектор.
Поскольку шестерня компрессора меньше по размерам, то и вращается с большей скоростью и соответственно подача воздуха увеличивается.
Плюсы и минусы компрессора
+ Долговечность и прочность конструкции. | ‑ Не дает такой прибавки мощности, как турбина. |
+ Повышает производительность на 10%. | ‑ Многие модели для авто уже не производятся. |
+ Не прихотлив в уходе. Может работать длительный промежуток времени. | ‑ Обороты компрессора ограничены: 7 ‑ 8 тысяч, максимально 10-12 тыс. Прибавка производительности составит 10-12%. |
+ Компрессор не вмешивается в двигатель. Это отдельное устройство, раскручивается только ремнями. Не нужны отработавшие газы. | ‑ Потребляет до 20% общей мощности двигателя. Дает дополнительную нагрузку на мотор. |
+ Без турбоямы. | |
+ Не работает при высоких температурах. | |
+ Можно монтировать самостоятельно. | |
| + Не расходует масло из двигателя. |
Механический нагнетатель по стоимости обходится дешевле, да и ремонт компрессора будет стоить меньше.
Принцип работы турбины
Турбина сложный технологичный агрегат. Работает на энергии отработанных газов. Чтобы турбина работала, нужно соединить ее с глушителем и другими системами, а это вмешательство в строение двигателя. Ведь для смазки и охлаждения устройства наддува используется моторное масло. Выхлопы из выпускного коллектора через приемный патрубок попадают на горячую крыльчатку и раскручивают ее. Лопатки компрессора турбины, расположенного на одном валу с крыльчаткой, нагнетают давление. Холодная крыльчатка подает воздух в цилиндры принудительно и под высоким давлением.
Скорость ее вращения достигает 200 240 тыс. об/мин. Больший объем топливно-воздушной смеси дает прирост мощности 25-45%. При этом габариты двигателя не изменяются.
Плюсы и минусы турбины
+ Высокая производительность ‑ 25-45% прироста мощности. | ‑ Используется моторное масло для смазки турбины. Поэтому его нужно менять чаще на 30-40%. |
| + Раскручивается до 200-240 тысяч оборотов. Это в 16 раз больше, чем у компрессора. | ‑ Низкий ресурс ‑ 150 тыс. км. |
‑ Стоит дорого, а ремонт турбины иногда обходится в половину ее стоимости. | |
‑ Работает при высоких температурах: 700-800 0С Цельсия (для дизелей) и 1000 0С (для бензиновых) | |
‑ Турбине нужно давать время остыть, устанавливать турботаймеры. | |
‑ Больший расход масла ‑ до 1 л на 10 тыс. |
км.Поскольку есть разница в устройстве компрессора и турбины, то и во время их ремонта есть свои нюансы. Тонкости ремонта турбины Ремонт турбины сложнее и затратнее. Конструкция агрегата на первый взгляд кажется простой, но на самом деле имеет несколько нюансов:
- Есть мелкие детали, которые важно правильно поставить, почистить, смазать.
- Должен быть допустимый заводскими стандартами люфт ротора. Измерить его на точно, прикинув на глаз, невозможно.
- Обязательна строгая балансировка всех вращающихся элементов (отдельно ротора, компрессорного колеса, турбины в сборке). Проводить балансировку желательно на специальном оборудовании с точными показателями частоты вращения.
- Незначительное ослабление или перетяжка болтов приведет к дисбалансу элементов турбины и поломке.
Работа турбоагрегата зависит от исправности нескольких взаимосвязанных систем (топливной, воздушной и др), поэтому его ремонт лучше доверить специалистам.
Производители устройств турбонаддува рекомендуют проводить диагностику турбины регулярно через несколько тысяч километров пробега. Тонкости ремонта компрессора Компрессор проще в эксплуатации. Он отделен от двигателя и не зависит от исправности всех сопутствующих систем. Конструкция устройства простая, детали выдерживают большие нагрузки. Механический нагнетатель не нужно проверять на специальном оборудовании. Диагностический осмотр компрессора можно проводить каждые 10 тыс. км пробега. Для этого не нужны особенные технические знания. В случае, когда вам сложно выбрать, какой автомобиль брать: с компрессором вместо турбины или наоборот, берите машину с двигателем TSI. На них нередко устанавливают оба устройства наддува.
Вернутся к списку «Статьи и новости»
Дизайн самолета— Почему лопатки турбины сделаны более толстыми, с большей кривизной и более обтекаемыми, чем лопатки компрессора?
Прежде всего, начнем с осевых компрессоров и осевых турбин 1) .
Короткий ответ: и в турбинах, и в компрессорах лопатки очень сильно обтекаемые, просто режим течения разный (вы можете увидеть, например, кривизну и закрутку лопатки на картинке в посте Где я могу найти подробные размеры авиационного двигателя лопатка компрессора?)
Более длинный ответ…
Компрессоры
Низкая нагрузка ступени: В компрессоре проблема заключается в том, что давление увеличивается в направлении потока, и это делает его очень восприимчивым к отрыву потока вокруг него. аэродинамического профиля, что привело бы к остановке аэродинамического профиля и впоследствии к остановке компрессора. Это ограничивает отношение давлений, достижимое для каждой ступени компрессора, и, следовательно, приводит к небольшому вращению. По той же причине цель состоит в том, чтобы иметь наименьшее возможное препятствие потоку, чтобы свести к минимуму ускорение потока (на стороне всасывания).
Низкое препятствие потоку: Кроме того, меньшее препятствие потоку означает большую эффективную площадь потока и, следовательно, меньшее дросселирование – больший массовый расход для данного размера компрессора (или меньшего размера компрессора для данного расчетного массового расхода).
Оба эффекта вместе приводят к тонким лопастям с малым расходом на вращение каждой лопасти (низкая нагрузка ступени) и большому количеству ступеней компрессора для полной степени сжатия.
Турбины
Степень повышения давления на ступени: В турбинах не возникает проблем, так как давление уменьшается вдоль направления потока, поэтому степень повышения давления на ступень может быть высокой. Коэффициенты давления на ступени турбины обычно ограничиваются только «степенью давления ниже критической», чтобы избежать больших потерь в результате сверхзвукового потока.
Токарная обработка с высоким расходом , следовательно, возможна и выгодна, поскольку требуется высокая окружная скорость потока (см. уравнение турбины Эйлера) для высокой мощности на ступень.
Толщина лопасти: Поскольку критическая точка на передней кромке смещается при изменении треугольников скоростей, большой радиус передней кромки делает лопасть более приспособленной к широкому диапазону массовых потоков.
Кроме того, ряд лопаток турбины действует как сопла для преобразования давления на входе в скорость на выходе, поэтому требуется некоторое препятствие/толщина.
Кроме того, ряд лопаток турбины действует как сопла для преобразования давления на входе в скорость на выходе, поэтому требуется некоторое препятствие/толщина.так..лопасти турбины в итоге становятся толще.
Различие в нагрузке между ступенями компрессора и ступенями турбины также видно из того, что газовые турбины имеют примерно в 4 раза больше ступеней компрессора, чем ступени турбины (например, GE 9HA: 14 ступеней компрессора и 4 ступени турбины)
Несмотря на то, что это основные аэродинамические соображения, фактическая конструкция лопасти, очевидно, становится скорее компромиссом с механическими свойствами, конструкцией охлаждения и, что не менее важно, технологичностью и связанной с этим стоимостью производства.
Больше теории… моя любимая книга по этим темам — «Теория газовых турбин» Сараванамуттоо, Роджерса, Коэна, Стразники и Никса.
1) Для радиальных компрессоров и турбин пункты в основном остаются в силе, хотя и менее выражены.
В таких приложениях, как автомобильные турбокомпрессоры, дешевое производство становится важным фактором по сравнению, например, с аэродинамическая эффективность.
В чем разница между газотурбинными двигателями?
| Скачать эту статью в формате .PDF Этот тип файла включает в себя графику и схемы с высоким разрешением, когда это применимо. |
Газовая турбина является одной из наиболее широко используемых форм двигательных установок для современных авиационных двигателей. Ядро двигателя, определяемое как компрессор, горелка и турбина, также известно как газогенератор, поскольку на выходе получаются горячие выхлопные газы.
Компрессор и турбина определяются как турбомашины, в которых энергия добавляется или извлекается из непрерывного потока за счет динамического и аэродинамического действия вращающихся лопастей.
Общие части газотурбинного двигателя
Впускной патрубок
Впускной патрубок двигателя подает в двигатель свободный поток воздуха. В центре внимания воздухозаборника является замедление входящего воздуха и преобразование его кинетической энергии в статическое давление.
На этом поперечном сечении типичного реактивного двигателя показаны секции, разделенные на две области: холодную и горячую. Горячая секция — это когда сгорание происходит за счет добавления топлива к воздушному потоку, обеспечиваемому впуском холодной секции. • Дозвуковые воздухозаборники: Дозвуковые самолеты не превышают скорость звука. Можно максимизировать повышение давления, используя либо более длинный диффузор, либо больший угол расхождения диффузора (отношение площади диффузора).
Схема потока для дозвукового воздухозаборника делится на внешний (внешний/вверх по потоку) и внутренний сегменты. Внешнее ускорение возникает при низкоскоростном режиме работы с большой тягой (т. е. в условиях взлета), что увеличивает скорость на входе и снижает давление на входе. Следовательно, входная зона предназначена для минимизации внешнего ускорения во время взлета, чтобы внешнее замедление происходило в крейсерских условиях. На типичном дозвуковом воздухозаборнике поверхность воздухозаборника представляет собой непрерывную гладкую кривую, имеющую некоторую толщину изнутри наружу. Впускная кромка или изюминка, самая верхняя часть впускного отверстия, относительно толстая.
• Сверхзвуковые воздухозаборники: Сверхзвуковые самолеты по-прежнему необходимы для замедления потока до дозвуковых скоростей, прежде чем воздух достигнет компрессора. Воздушный поток имеет число Маха от 0,4 до 0,7, когда он достигает поверхности двигателя. Диффузия потока от сверхзвукового к дозвуковому потоку, также известная как возврат тарана, включает толчки.
Нормальный ударный воздухозаборник представляет собой простейший сверхзвуковой диффузор. Скачки, имеющие узкую входную кромку, используются для одиночного нормального скачка (90° перпендикулярно потоку) при числах Маха менее 1,6.
Наклонные впускные патрубки обеспечивают более высокое восстановление общего давления. Торможение сверхзвукового потока достигается серией косых толчков (под определенным углом к потоку), за которыми следует слабый прямой скачок. В косом скачке сверхзвуковой поток обращается в себя; с увеличением числа косых скачков потери на скачках уменьшаются, особенно при больших числах Маха.
Осесимметричный воздухозаборник внешнего сжатия представляет собой конусообразный диффузор, создающий конический удар. Из-за того, что поток над конусом по своей природе является трехмерным, поле течения между ударной волной и конусом больше не является однородным. Эффект приводит к более слабой ударной волне, чем для клина того же угла.
Компрессор
Компрессоры используются для повышения давления воздуха перед его подачей в камеру сгорания.
• Центробежные компрессоры: Эти компрессоры использовались в первых реактивных двигателях и до сих пор используются в турбореактивных и турбовальных двигателях. Они поворачивают воздушный поток перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо перемещает воздух, который собирается в улитке или улитке. Между рабочим колесом и улиткой может быть диффузор.
• Осевые компрессоры: Вместо перпендикулярного потока осевые компрессоры подают воздух параллельно оси вращения. Компрессор состоит из нескольких рядов роторов и статоров; которые представляют собой серию воздушных крыльев. Роторы соединены с центральным валом и вращаются с высокой скоростью, сообщая момент импульса жидкости. Статоры закреплены, которые соединяются с внешним корпусом, увеличивают давление, удерживая поток от закручивания по спирали вокруг оси, возвращая его к параллельной оси (действуя как диффузоры). Длина лопасти и площадь кольцевого пространства уменьшаются по всей длине компрессора, уменьшая проходное сечение.
Это компенсирует увеличение плотности жидкости при ее сжатии.
Горелка
Горелка или камера сгорания расположена между компрессором и турбиной в виде кольца. Здесь топливо смешивается с воздухом под высоким давлением и сжигается для создания выхлопных газов высокой температуры, которые вращают силовую турбину и создают тягу. Некоторые из желаемых свойств горелок заключаются в достижении полного сгорания с минимальными выбросами выхлопных газов, низкой общей потерей давления, низкими потерями тепла через стенки и эффективным охлаждением. Однако многие из этих свойств конкурируют друг с другом; следовательно, оптимальная конструкция горелки является компромиссной.
• Кольцевые камеры сгорания: Состоящие из ряда цилиндрических горелок, расположенных вокруг общего кольца, камеры сгорания с кольцевыми камерами функционируют независимо друг от друга. На входе в каждую камеру находится диффузор, который может снизить скорость от типичного выхода компрессора (100-150 м/с) до средней скорости объемного потока (20-30 м/с) в зоне горения.
Он подает воздух в зону горения в виде стабильного и равномерного поля потока. Это более старый метод проектирования горелки.
• Кольцевые камеры сгорания: Кольцевая камера сгорания является более современной конструкцией. Это одиночная горелка с кольцевым поперечным сечением, которая подает газ на турбину. Сама зона горения занимает кольцевое пространство. Улучшенная зона горения обеспечивает однородность, простоту конструкции, уменьшенную линейную площадь поверхности и меньшую длину системы.
Турбина
Турбина похожа на компрессор тем, что состоит из нескольких рядов роторов и статоров. Ступень турбины начинается с неподвижного ряда лопаток, называемого направляющим аппаратом сопла, за которым следует ряд вращающихся лопаток. Турбина преобразует тепловую энергию в кинетическую, расширяясь через сопла, а затем в механическую энергию вращения во вращающемся роторе.
В потоке в турбине преобладают благоприятные градиенты давления. Изменения давления могут быть довольно большими, а пограничные слои в турбине менее подвержены остановке по сравнению с компрессором.
Охлаждение турбин является серьезной проблемой; таким образом, они предназначены для работы в условиях высоких температур и агрессивных сред.
Форсунка
Форсунка предназначена для преобразования тепловой энергии в кинетическую для получения высокой скорости выхлопа. Тяга сопла, или общая тяга, состоит из импульса и тяги давления. Максимальная полная тяга достигается, когда сопло полностью расширено или давление окружающей среды равно давлению выхлопных газов.
• Дозвуковое сопло: Для ускорения дозвукового потока поперечное сечение канала должно уменьшаться в направлении потока. Когда воздуховод заканчивается наименьшим поперечным сечением, получается сужающееся сопло. Давление на выходе из сопла ниже атмосферного. В результате поток ускоряется или расширяется до атмосферного или местного давления на выходе. Чем выше летит самолет, тем больше увеличивается скорость в соответствии с более низким атмосферным давлением окружающей среды. Предел достигается, когда струя выбрасывается со скоростью звука, и говорят, что сопло засорено.
Как только реализуется состояние дросселирования, массовый расход сопла становится максимальным, и условия остаются неизменными независимо от снижения атмосферного давления. Следовательно, сужающееся сопло никогда не может создать сверхзвуковой поток.
• Сверхзвуковое сопло: Для обеспечения высоких скоростей выхлопа, необходимых для сверхзвукового полета, используется сужающееся-расширяющееся (CD) сопло для создания сверхзвуковой скорости выхлопа. Конструкция сопла CD состоит из сужающегося канала, за которым следует расширяющийся канал. Увеличение площади поперечного сечения сопла CD ускоряет сверхзвуковой поток. Сверхзвуковое сопло или сопло CD требует большой разницы давлений, чтобы разогнать газ до сверхзвуковой скорости в горловине и дополнительно создать сверхзвуковой поток в расширяющейся части CD. Значительная разница давлений может быть создана за счет уменьшения противодавления или выходного давления окружающей среды ниже по потоку.
Регулируемые сопла позволяют сверхзвуковому самолету адаптироваться к изменяющимся условиям давления окружающей среды и мощности двигателя для сверхзвукового полета.
А адаптирующиеся к высоте сопла могут изменять форму угла сопла сопла для достижения оптимальной производительности.
Проблема возникает при чрезмерном или недостаточном расширении патрубка. В условиях недорасширения давление падает поперек волн расширения, и выхлопной шлейф расширяется за выходное отверстие сопла, снижая эффективность на больших высотах. Для перерасширенных сопел давление повышается из-за косых ударных волн и смеси дозвуковых и сверхзвуковых потоков. Выхлопной шлейф пережимается высоким давлением окружающего воздуха, что снижает его эффективность на малых высотах. Чрезмерное расширение может привести к образованию в шлейфе областей со сложными волновыми узорами, которые создают бело-желтое люминесцентное свечение, поскольку низкое давление выхлопных газов пытается соответствовать высокому атмосферному давлению.
Турбореактивный двигатель
Турбореактивный двигатель — простейший тип газовой турбины. Большое количество окружающего воздуха втягивается во впускное отверстие двигателя благодаря компрессору.
В задней части впускного отверстия воздух поступает в компрессор. Давление увеличивается, когда воздух проходит ряды лопастей. На выходе из компрессорной секции давление воздуха выше, чем в набегающем потоке. В секции горелки топливо смешивается с воздухом и воспламеняется. Горячий выхлоп поступает в основном из окружающего воздуха и проходит через турбину после выхода из горелки. Турбина извлекает энергию из горячего воздушного потока, заставляя лопасти вращаться в потоке. В реактивном двигателе энергия, извлекаемая турбиной, приводит в действие компрессор, соединяя его и турбину с центральным валом. Остальная часть горячего выхлопа используется для создания тяги за счет увеличения его скорости через сопло. Поскольку выходная скорость больше, чем набегающий поток, создается тяга. В поток добавляется очень мало топлива, поэтому массовый расход на выходе почти равен массовому расходу набегающего потока.
Турбовинтовой двигатель
В турбовинтовом двигателе горячий выхлоп используется для вращения винта, а не для создания тяги на выходе из двигателя.
Двумя основными частями турбовинтовой силовой установки являются основной двигатель и воздушный винт. Основной двигатель очень похож на турбореактивный, за исключением того, как он обрабатывает энергию выхлопных газов. Вместо расширения горячего выхлопа через сопло для создания тяги турбовинтовой двигатель использует большую часть энергии выхлопа для вращения турбины. К приводному валу, который, в свою очередь, соединяется с коробкой передач, может быть присоединена дополнительная ступень турбины. Гребной винт соединяется с коробкой передач, которая создает большую часть тяги.
Тяга, создаваемая скоростью выхлопа, мала, потому что большая часть энергии выхлопа активной зоны используется для вращения приводного вала. Турбовинтовые (и турбовентиляторные) двигатели обычно имеют двухконтурный двигатель, в котором отдельная турбина и вал приводят в действие вентилятор и коробку передач соответственно. Турбовинтовые используются только для низкоскоростных самолетов, таких как грузовые самолеты.
Пропеллеры становятся менее эффективными по мере увеличения скорости самолета.
Турбовентиляторный двигатель
PrattСовременные авиакомпании используют турбовентиляторные двигатели для движения своих самолетов по воздуху. Это связано с их высокой тягой и топливной экономичностью. Турбореактивный двигатель представляет собой наиболее современную вариацию базовой газовой турбины. В ТРДД два вентилятора окружают основной двигатель. Один вентилятор находится в передней части основного двигателя, а другой — в задней. Вентилятор и турбина вентилятора соединены с дополнительным валом вентилятора. Вал вентилятора проходит через основной вал в двухконтурном двигателе. Для достижения более высокой эффективности некоторые двигатели имеют дополнительные золотники.
Турбовентилятор работает, улавливая поступающий воздух во впускное отверстие. Часть воздуха проходит через вентилятор в основной компрессор, а затем в горелку. Теплоотвод проходит через активную зону, вентиляторные турбины и выходит из сопла.
Этот процесс аналогичен процессу турбореактивного двигателя. Остальной поступающий воздух перенаправляется вокруг двигателя после прохождения вентилятора. Воздух, проходящий через вентилятор, имеет несколько большую скорость, увеличенную от набегающего потока.
Отношение количества воздуха, перенаправленного вокруг двигателя, к количеству воздуха, проходящего через сердечник, называется коэффициентом двухконтурности. ТРДД с малой степенью двухконтурности более экономичны, чем базовые ТРД. Турбовентиляторный двигатель создает большую тягу для почти равного количества топлива, используемого активной зоной, потому что расход топлива немного изменяется при добавлении вентилятора. В результате турбовентилятор обеспечивает высокую эффективность использования топлива.
Воздух, проходящий через сердечник, а также воздух, проходящий вокруг двигателя, составляют тягу. Благодаря тому, что воздухозаборник охватывает передний вентилятор и имеет много лопастей, он может эффективно работать на более высоких скоростях, чем простой пропеллер.
Турбореактивный двигатель с форсажной камерой
На этом изображении PrattФорсажная камера используется в сверхзвуковых самолетах, таких как Concorde, и отключается после достижения крейсерской скорости. Многие современные истребители используют ТРДД с малой степенью двухконтурности, оснащенные форсажными камерами для эффективных крейсерских условий и создания высокой тяги в воздушных боях, а также на ТРД для полета на сверхзвуковых скоростях, преодолевая резкое возрастание сопротивления вблизи скорости звука. Форсажная камера впрыскивает топливо непосредственно в горячий выхлоп. Сопло базового ТРД удлиняется и за соплом устанавливается кольцо пламегасителей. Дополнительное топливо впрыскивается через обручи в струю горячего выхлопа. Сгорающее топливо создает дополнительную тягу, но с неэффективной скоростью.
Горящее топливо предлагает простой механический способ увеличения тяги, но с неэффективной скоростью. Расчет тяги такой же, как у обычного турбореактивного двигателя, за исключением того, что значение тяги на выходе — это тяга на выходе из форсажной камеры.