Компоненты реактивных двигателей - Components of jet engines

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: «Компоненты реактивных двигателей»  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Февраль 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Схема типичного газотурбинного реактивного двигателя. Воздух сжимается лопастями вентилятора, когда он входит в двигатель, и он смешивается и сжигается с топливом в секции сгорания. Горячие выхлопные газы создают прямую тягу и вращают турбины, приводящие в движение лопасти вентилятора компрессора. 1. Впуск 2. Сжатие низкого давления 3. Сжатие высокого давления 4. Сгорание 5. Выхлоп 6. Горячая секция 7. Турбины низкого и высокого давления 8. Камеры сгорания 9. Холодная секция 10. Впуск воздуха

В этой статье кратко описаны компоненты и системы, найденные в реактивные двигатели.

Основные компоненты

Основные компоненты турбореактивного двигателя, включая ссылки на турбовентиляторные двигатели, турбовинтовые двигатели и турбовальные двигатели:

• Холодная секция:
  • Впуск воздуха (впуск) - Для дозвуковых самолетов воздухозаборник представляет собой воздуховод, который необходим для обеспечения плавного поступления воздуха в двигатель, несмотря на то, что воздух приближается к входному отверстию не прямо, а с других направлений. Это происходит на земле из-за бокового ветра и в полете при движении самолета по тангажу и рысканью. Длина воздуховода сведена к минимуму, чтобы уменьшить сопротивление и вес.^[1] Воздух поступает в компрессор примерно со скоростью, равной половине скорости звука, поэтому при более низких скоростях полета поток будет ускоряться вдоль входного отверстия, а на более высоких скоростях полета он замедлится. Таким образом, внутренний профиль входа должен выдерживать как ускоряющийся, так и рассеивающий поток без чрезмерных потерь. Для сверхзвуковых самолетов входной патрубок имеет такие особенности, как конусы и аппарели, для создания наиболее эффективных серий ударных волн, которые образуются при замедлении сверхзвукового потока. Воздух замедляется от скорости полета до дозвуковой скорости через ударные волны, а затем примерно до половины скорости звука в компрессоре через дозвуковую часть входного отверстия. Конкретная система ударных волн выбирается с учетом многих ограничений, таких как стоимость и эксплуатационные потребности, чтобы минимизировать потери, что, в свою очередь, максимизирует восстановление давления в компрессоре.^[2]
  • Компрессор или же поклонник - Компрессор состоит из ступеней. Каждая ступень состоит из вращающихся лопастей и неподвижных статоров или лопаток. По мере прохождения воздуха через компрессор его давление и температура повышаются. Мощность для привода компрессора поступает от турбина (см. ниже), поскольку вал крутящий момент и скорость.
  • Обводные каналы доставлять поток от вентилятора с минимальными потерями в байпасное движущееся сопло. В качестве альтернативы поток вентилятора может быть смешан с выхлопом турбины перед входом в одиночное сопло. В другом варианте между смесителем и соплом может быть установлен дожигатель.
  • Вал - Вал соединяет турбина к компрессор, и работает большую часть длины двигателя. Может быть до трех концентрических валов, вращающихся с независимыми скоростями, с таким же количеством комплектов турбин и компрессоров. Охлаждающий воздух для турбин может течь через вал от компрессора.
  • Секция диффузора: - Диффузор замедляет поступление воздуха в компрессор для уменьшения потерь потока в камере сгорания. Более медленный воздух также необходим для стабилизации пламени сгорания, а более высокое статическое давление улучшает эффективность сгорания.^[3]
• Горячий раздел:
  • Камера сгорания или же камера сгорания - Топливо непрерывно сжигается после первоначального зажигания при запуске двигателя.
  • Турбина - Турбина представляет собой серию лопастных дисков, которые действуют как ветряная мельница, извлекая энергию из горячих газов, покидающих камера сгорания. Часть этой энергии используется для приведения в движение компрессор. Турбовинтовые, турбовальные и турбовентиляторные двигатели имеют дополнительные ступени турбины для привода гребного винта, байпасного вентилятора или ротора вертолета. В свободная турбина турбина, приводящая в движение компрессор, вращается независимо от той, которая приводит в действие винт или ротор вертолета. Охлаждающий воздух, отводимый из компрессора, может использоваться для охлаждения лопаток, лопаток и дисков турбины, чтобы обеспечить более высокие температуры газа на входе в турбину при тех же температурах материала турбины. **
    

    Лопатка с внутренним охлаждением, применяемая в турбине высокого давления
  • Форсаж или же разогреть (Британский) - (в основном военный) Создает дополнительную тягу за счет сжигания топлива в форсунке. Этот повторный нагрев выхлопного газа турбины увеличивает температуру на входе в сопло и скорость выхлопа. Площадь сопла увеличена, чтобы приспособиться к большему удельному объему выхлопных газов. Это поддерживает тот же воздушный поток, проходящий через двигатель, чтобы гарантировать неизменность его рабочих характеристик.
  • Выхлоп или же сопло - Выхлопные газы турбины проходят через сопло, создавая высокоскоростную струю. Сопло обычно сходящееся с фиксированным проходным сечением.
  • Сверхзвуковое сопло - Для высоких соотношений давления в форсунке (давление на входе в форсунку / давление окружающей среды) a конвергентно-расходящееся сопло (де Лаваля) используется. Расширение до атмосферного давления и сверхзвуковой скорости газа продолжается после горловины и создает большую тягу.

Различные компоненты, упомянутые выше, имеют ограничения на то, как они собираются вместе для обеспечения максимальной эффективности или производительности. Производительность и эффективность двигателя нельзя рассматривать изолированно; например, эффективность расхода топлива / расстояния сверхзвукового реактивного двигателя достигает максимума примерно на 2 Маха, тогда как сопротивление транспортного средства, на котором он находится, увеличивается по квадратичному закону и имеет гораздо большее сопротивление в околозвуковой области. Таким образом, максимальная топливная эффективность для автомобиля в целом составляет ~ 0,85 Маха.

Для оптимизации двигателя по назначению здесь важны конструкция воздухозаборника, габаритные размеры, количество ступеней компрессора (комплектов лопаток), тип топлива, количество ступеней выпуска, металлургия компонентов, количество использованного байпасного воздуха, где байпас вводится воздух и многие другие факторы. Например, рассмотрим конструкцию воздухозаборника.

Воздухозаборники

Воздухозаборник может быть выполнен в виде части фюзеляжа самолета (Корсар А-7, Dassault Mirage III, General Dynamics F-16 Fighting Falcon, нос расположен Североамериканский F-86 Sabre и Микоян-Гуревич МиГ-21 ) или часть гондолы (Грумман F-14 Tomcat, McDonnell Douglas F-15 Eagle, Сухой Су-27, Сухой Су-57, Локхид SR-71 Блэкберд, Боинг 737, 747, Airbus A380 ). Воздухозаборники в США чаще называются входными.

Дозвуковые входы

Режимы работы впуска Пито

Воздухозаборники Пито используются для дозвуковых самолетов. Впускной патрубок Пито - это не более чем труба с аэродинамическим обтекателем.

Когда самолет не движется и нет ветра, воздух приближается к воздухозаборнику со всех сторон: прямо вперед, сбоку и сзади.

На низких скоростях струя потока, приближающаяся к кромке, больше в поперечном сечении, чем проходная площадь кромки, в то время как при расчетном числе Маха на всасывании две площади потока равны. На высоких скоростях полета обтекаемая струя меньше, и избыток воздуха выходит за край.

Радиус выступа предотвращает отрыв потока и деформацию входа компрессора на низких скоростях при боковом ветре и при вращении на взлете.

Тонкая закругленная впускная губа

Сверхзвуковые воздухозаборники

Сверхзвуковые воздухозаборники используют ударные волны для замедления воздушного потока до дозвукового состояния на входе в компрессор.

В основном есть две формы ударных волн:

1. Нормальные ударные волны лежат перпендикулярно направлению потока. Они образуют острые фронты и сотрясают поток до дозвуковых скоростей. Микроскопически молекулы воздуха врезаются в дозвуковую толпу таких молекул, как альфа-лучи. Нормальные ударные волны имеют тенденцию вызывать большое падение давление застоя. В основном, чем выше сверхзвуковое число Маха на входе в нормальную ударную волну, тем ниже дозвуковое число Маха на выходе и тем сильнее скачок уплотнения (т.е. тем больше потеря давления торможения на скачке уплотнения).
2. Конические (трехмерные) и наклонные ударные волны (2D) направлены назад, как носовая волна на корабле или лодке, и исходят от возмущения потока, такого как конус или аппарель. Для данного числа Маха на входе они слабее, чем эквивалентная нормальная ударная волна, и, хотя поток замедляется, он остается сверхзвуковым на всем протяжении. Конические и наклонные скачки уплотнения поворачивают поток, который продолжается в новом направлении, пока ниже по потоку не встретится другое возмущение потока. Примечание. Комментарии, сделанные в отношении трехмерных конических ударных волн, обычно также применимы к двухмерным наклонным ударным волнам.

Версия воздухозаборника Пито с острыми губами, описанная выше для дозвуковых приложений, довольно хорошо работает на умеренных сверхзвуковых скоростях полета. Непосредственно перед входной кромкой формируется оторвавшаяся нормальная ударная волна, которая «толкает» поток вниз до дозвуковой скорости. Однако по мере увеличения скорости полета ударная волна становится сильнее, вызывая большее процентное снижение давления торможения (то есть более слабое восстановление давления). Один из первых сверхзвуковых истребителей США. F-100 Супер Сабля, использовал такой прием.

Неприкрытая кромка генерирует ударную волну, которая многократно отражается на входе. Чем больше отражений до того, как поток станет дозвуковым, тем лучше будет восстановление давления.

Более продвинутые сверхзвуковые воздухозаборники, исключая пито:

а) использовать комбинацию конической ударной волны / с и нормальной ударной волны для улучшения восстановления давления при высоких сверхзвуковых скоростях полета. Коническая ударная волна / с используются для уменьшения сверхзвукового числа Маха на входе в нормальную ударную волну, тем самым уменьшая результирующие общие ударные потери.

b) иметь расчетное число Маха полета скачка уплотнения на кромке, при котором коническая / наклонная ударная волна / волны пересекает кромку обтекателя, таким образом позволяя области захвата трубки обтекания равняться площади впускной кромки. Однако ниже числа Маха полета ударной волны на кромке угол / ы ударной волны менее наклонны, что приводит к отклонению линии тока, приближающейся к кромке, из-за наличия конуса / аппарели. Следовательно, впускная зона захвата меньше, чем площадь впускной кромки, что снижает приток всасываемого воздуха. В зависимости от характеристик воздушного потока двигателя может быть желательно уменьшить угол наклона или переместить конус назад, чтобы перефокусировать ударные волны на кромку капота, чтобы максимизировать поток всасываемого воздуха.

c) спроектированы так, чтобы иметь нормальный удар в воздуховоде после впускной кромки, так что поток на входе компрессора / вентилятора всегда дозвуковой. Это впускное отверстие известно как впускное устройство смешанного сжатия. Однако для этих воздухозаборников возникают две трудности: одна возникает во время дросселирования двигателя, а другая возникает при изменении скорости самолета (или числа Маха). Если двигатель задросселирован, происходит уменьшение скорректированный (или безразмерный) воздушный поток компрессора / вентилятора низкого давления, но (в сверхзвуковых условиях) скорректированный воздушный поток на впускной кромке остается постоянным, поскольку он определяется числом Маха в полете и углом падения / рысканья на впуске. Эта неоднородность преодолевается нормальным скачком уплотнения, перемещающимся в более низкую площадь поперечного сечения канала, чтобы уменьшить число Маха на входе в ударную волну. Это ослабляет ударную волну, улучшая общее восстановление давления на впуске. Таким образом, абсолютный воздушный поток остается постоянным, в то время как скорректированный воздушный поток на входе в компрессор падает (из-за более высокого входного давления). Избыточный поток всасываемого воздуха также может быть сброшен за борт или в выхлопную систему, чтобы предотвратить нарушение конических / наклонных ударных волн нормальным ударным потоком, вытесняемым слишком далеко вперед из-за дросселирования двигателя.

Вторая трудность возникает при изменении числа Маха самолета. Воздушный поток должен быть одинаковым на впускной кромке, в горловине и в двигателе. Это заявление является следствием сохранение массы. Однако при изменении сверхзвуковой скорости воздушный поток обычно не такой же. Эта трудность известна как проблема согласования воздушного потока, которая решается более сложной конструкцией впускных отверстий, чем типичные для дозвуковых впускных устройств. Например, для согласования с потоком воздуха сверхзвуковое впускное горло можно сделать регулируемым, и часть воздуха можно обойти вокруг двигателя, а затем перекачать в качестве вторичного воздуха через сопло эжектора.^[4] Если входной поток не совпадает, он может стать нестабильным из-за того, что нормальная ударная волна в горле внезапно продвинется вперед за выступ, известная как входной отключить.^[5] Сопротивление разлива высокое, а восстановление давления низкое, имеется только плоская ударная волна вместо нормального набора наклонных скачков уплотнения. в СР-71 при установке двигатель продолжал работать, хотя иногда происходил выход из строя форсажной камеры.^[6]

Входной конус

Многие сверхзвуковые истребители второго поколения имели входной конус, которая использовалась для формирования конической ударной волны. Впускной конус этого типа хорошо виден в самой передней части Английский Electric Lightning и МиГ-21 самолет, например.

Такой же подход можно использовать для воздухозаборников, установленных сбоку фюзеляжа, где полуконус служит той же цели с полукруглым воздухозаборником, как показано на Истребитель F-104 и BAC TSR-2.

Некоторые поступления биконический; то есть они имеют две конические поверхности: первый конус дополняется второй, менее наклонной, конической поверхностью, которая генерирует дополнительную коническую ударную волну, исходящую от стыка между двумя конусами. Биконный забор обычно более эффективен, чем эквивалентный конический забор, потому что входное число Маха для нормального скачка уплотнения уменьшается из-за наличия второй конической ударной волны.

Прием на СР-71 имел перевод конический шип который контролировал положение ударной волны, чтобы обеспечить максимальное восстановление давления.^[7]

Входная рампа

Альтернативой коническому воздухозаборнику является его наклон таким образом, чтобы одна из его кромок образовывала пандус. В начале подъема образуется косая ударная волна. В Серия века У американских самолетов было несколько вариантов этого подхода, обычно с аппарелью на внешнем вертикальном крае воздухозаборника, который затем был наклонен назад внутрь к фюзеляжу. Типичные примеры включают республику F-105 Thunderchief и F-4 Фантом. Эта конструкция немного уступает по восстановлению давления коническому воздухозаборнику, но на более низких сверхзвуковых скоростях разница в восстановлении давления не является значительной, а меньший размер и простота конструкции аппарели делают ее предпочтительным выбором для многих сверхзвуковых самолетов.

Режимы работы впуска Concorde

Позже это развилось так, что пандус располагался на верхнем горизонтальном крае, а не на внешнем вертикальном крае, с ярко выраженным углом вниз и назад. Эта конструкция упростила конструкцию воздухозаборников и позволила использовать регулируемые аппарели для управления потоком воздуха в двигатель. Большинство дизайнов с начала 1960-х годов теперь имеют этот стиль впуска, например Грумман F-14 Tomcat, Панавиа Торнадо и Конкорд.

Безотключающий сверхзвуковой вход

Сверхзвуковой впускной патрубок (DSI) без переключающего механизма состоит из «выступа» и впускного кожуха с прямой стреловидностью, которые работают вместе для отвода пограничный слой поток воздуха от двигателя самолета, сжимая воздух, чтобы замедлить его со сверхзвуковой скорости. DSI может использоваться для замены традиционных методов управления сверхзвуковым потоком и потоком пограничного слоя. DSI можно использовать для замены впускная рампа и входной конус, которые более сложные, тяжелые и дорогие.^[8]

Компрессоры

Осевые компрессоры

17-ступенчатый осевой компрессор General Electric J79

Осевые компрессоры основаны на вращающихся лопастях, которые имеют аэродинамические секции, похожие на крылья самолета. Как и в случае с крыльями самолета, в некоторых условиях лопасти могут заглохнуть. Если это произойдет, воздушный поток вокруг остановившегося компрессора может резко изменить направление. Каждая конструкция компрессора имеет соответствующую рабочую карту расхода воздуха в зависимости от скорости вращения для характеристик, характерных для этого типа (см. карта компрессора ).

При заданном состоянии дроссельной заслонки компрессор работает где-то в стабильном рабочем состоянии. К сожалению, эта рабочая линия смещается во время переходных процессов. Многие компрессоры снабжены системами защиты от останова в виде отводных полос или статоров с изменяемой геометрией, чтобы снизить вероятность помпажа. Другой способ - разделить компрессор на два или более агрегатов, работающих на отдельных концентрических валах.

Еще одно соображение дизайна - средний сценическая загрузка. Это может поддерживаться на разумном уровне либо путем увеличения количества ступеней сжатия (больший вес / стоимость), либо средней скорости лопасти (большее напряжение лопасти / диска).

Хотя компрессоры с большим потоком обычно являются полностью осевыми, задние ступени на более мелких агрегатах слишком малы, чтобы быть прочными. Следовательно, эти ступени часто заменяются одним центробежным агрегатом. В компрессорах с очень малым расходом часто используются два центробежных компрессора, соединенных последовательно. Хотя изолированные центробежные компрессоры могут работать при довольно высоких соотношениях давлений (например, 10: 1), соображения напряжения рабочего колеса ограничивают степень перепада давления, которая может использоваться в циклах двигателя с высокой общей степенью сжатия.

Увеличение общего перепада давления подразумевает повышение температуры на выходе компрессора высокого давления. Это подразумевает более высокую частоту вращения вала высокого давления для поддержания исходного числа Маха вершины лопатки на задней ступени компрессора. Однако соображения напряжения могут ограничить увеличение скорости вала, в результате чего исходный компрессор аэродинамически дросселирует до более низкого отношения давлений, чем исходное.

Камеры сгорания

Камера сгорания GE J79

Фронт пламени обычно движется со скоростью 0,05 Маха, тогда как потоки воздуха через реактивные двигатели намного быстрее, чем эта. Камеры сгорания обычно используют конструкции для создания защищенной зоны горения, называемой держатель пламени. Конфигурации камеры сгорания включают банку, кольцевую и кольцевую камеру.

Следует проявлять особую осторожность, чтобы пламя горело в умеренно быстро движущемся воздушном потоке, при любых условиях дроссельной заслонки и с максимальной эффективностью. Поскольку турбина не выдерживает стехиометрический температурах (соотношение смеси около 15: 1), часть воздуха компрессора используется для снижения температуры на выходе камеры сгорания до приемлемого уровня (используется общее соотношение смеси от 45: 1 до 130: 1^[9]). Воздух, используемый для горения, считается первичным воздушным потоком, а избыточный воздух, используемый для охлаждения, называется вторичным воздушным потоком. Вторичный воздушный поток проходит через множество небольших отверстий в баллонах горелки, чтобы создать слой более прохладного воздуха, чтобы изолировать металлические поверхности баллона сгорания от пламени. Если бы металл подвергался прямому воздействию пламени в течение какого-то времени, он в конечном итоге прожигал бы.

Ракетные двигатели, не являющиеся «двигателями с воздуховодом», имеют совершенно разные системы сгорания, и соотношение компонентов смеси обычно намного ближе к стехиометрическому в основной камере. В этих двигателях, как правило, отсутствуют стабилизаторы пламени, и сгорание происходит при гораздо более высоких температурах, поскольку за ними нет турбины. Тем не мение, жидкостная ракета В двигателях часто используются отдельные горелки для питания турбонасосов, и эти горелки обычно работают далеко за пределы стехиометрического, чтобы снизить температуру турбины в насосе.

Турбины

Трехступенчатая турбина GE J79

Поскольку турбина расширяется от высокого до низкого давления, не существует таких вещей, как помпаж или остановка турбины. Турбине требуется меньше ступеней, чем компрессору, в основном потому, что более высокая температура на входе снижает deltaT / T (и, следовательно, степень сжатия) процесса расширения. Лопатки имеют большую кривизну, а скорость газового потока выше.

Однако проектировщики должны предотвратить плавление лопаток и лопаток турбины в условиях очень высоких температур и напряжений. Как следствие, стравить воздух извлеченный из системы сжатия, часто используется для внутреннего охлаждения лопаток турбины. Другие решения улучшенные материалы и / или специальные изоляционные покрытия. Диски должны иметь особую форму, чтобы выдерживать огромные подчеркивает навязывается вращающимися лопастями. Они принимают форму импульса, реакции или комбинации импульс-реакция. Улучшенные материалы помогают снизить вес диска.

Форсажные камеры (повторный нагрев)

Турбовентилятор с форсажной камерой

Форсажные камеры увеличивают тягу на короткие периоды за счет сжигания лишнего топлива в реактивной трубе за двигателем.

Сопло

Форсажная камера GE J79

В форсунка превращает газовую турбину или газогенератор в реактивный двигатель. Мощность, поступающая в выхлопе газовой турбины, преобразуется соплом в высокоскоростную движущуюся струю. Мощность определяется типичными значениями избыточного давления и температуры для турбореактивного двигателя: 20 фунтов на кв. Дюйм (140 кПа) и 1000 ° F (538 ° C).^[10]

Реверсеры тяги

Они либо состоят из чашек, которые качаются поперек конца выхлопного сопла и отклоняют реактивную тягу вперед (как в DC-9), либо представляют собой две панели за кожухом, которые скользят назад и реверсируют только тягу вентилятора (вентилятор производит большинство тяги). Перенаправление воздуха вентилятора осуществляется устройствами, называемыми «блокирующими дверцами» и «каскадными лопатками». Так обстоит дело со многими крупными самолетами, такими как 747, C-17, KC-10 и т. Д. Если вы находитесь в самолете и слышите, как мощность двигателей увеличивается после посадки, обычно это происходит из-за срабатывания реверсоров тяги. Двигатели на самом деле не вращаются в обратном направлении, как этот термин может заставить вас поверить. Реверсеры используются для более быстрого замедления самолета и уменьшения износа колесных тормозов.

Системы охлаждения

Все реактивные двигатели требуют высокотемпературного газа для хорошей эффективности, обычно достигаемой за счет сжигания углеводородного или водородного топлива. Температура сгорания в ракетах может достигать 3500K (5841F), что намного выше точки плавления большинства материалов, но обычные воздушно-реактивные двигатели используют гораздо более низкие температуры.

Системы охлаждения используются для поддержания температуры твердых частей ниже температуры отказа.

Воздушные системы

Сложная воздушная система встроена в большинство турбинных реактивных двигателей, в первую очередь для охлаждения лопаток, лопаток и дисков турбины.

Воздух, отводимый на выходе из компрессора, проходит вокруг камеры сгорания и впрыскивается в обод вращающегося диска турбины. Затем охлаждающий воздух проходит через сложные каналы в лопатках турбины. После отвода тепла от материала лезвия воздух (теперь достаточно горячий) через охлаждающие отверстия выпускается в основной поток газа. Охлаждающий воздух для лопаток турбины подвергается аналогичному процессу.

Охлаждение передней кромки лопасти может быть затруднено, поскольку давление охлаждающего воздуха внутри охлаждающего отверстия может не сильно отличаться от давления встречного газового потока. Одним из решений является установка на диск крышки. Он действует как центробежный компрессор для повышения давления охлаждающего воздуха перед его поступлением на лопатку. Другое решение - использовать сверхэффективное уплотнение обода турбины для создания давления в области, где охлаждающий воздух проходит к вращающемуся диску.

Уплотнения используются для предотвращения утечки масла, управления воздухом для охлаждения и предотвращения случайных потоков воздуха в полости турбины.

Ряд (например, лабиринтных) уплотнений позволяет небольшим потоком отбираемого воздуха промывать диск турбины для отвода тепла и, в то же время, создавать давление в уплотнении обода турбины, чтобы предотвратить попадание горячих газов во внутреннюю часть двигателя. уплотнений гидравлические, щеточные, угольные и др.

Небольшие количества отбираемого от компрессора воздуха также используются для охлаждения вала, кожухов турбины и т. Д. Некоторое количество воздуха также используется для поддержания температуры стенок камеры сгорания ниже критической. Для этого используются первичные и вторичные воздушные отверстия, которые позволяют тонкому слою воздуха покрывать внутренние стенки камеры, предотвращая чрезмерный нагрев.

Температура на выходе зависит от верхнего предела температуры турбины в зависимости от материала. Снижение температуры также предотвратит термическую усталость и, как следствие, выход из строя. Принадлежности также могут нуждаться в собственных системах охлаждения, использующих воздух из компрессора или внешний воздух.

Воздух из ступеней компрессора также используется для обогрева вентилятора, защиты от обледенения планера и обогрева кабины. Из какой ступени производится обескровливание, зависит от атмосферных условий на этой высоте.

Топливная система

Помимо подачи топлива в двигатель, топливная система также используется для управления скоростью гребного винта, воздушным потоком компрессора и охлаждением смазочного масла. Топливо обычно вводится с помощью распыленной струи, количество которой регулируется автоматически в зависимости от скорости воздушного потока.

Таким образом, последовательность событий для увеличения тяги такова: дроссельная заслонка открывается и давление распыления топлива увеличивается, увеличивая количество сжигаемого топлива. Это означает, что выхлопные газы более горячие и выбрасываются с более высоким ускорением, что означает, что они прилагают более высокие усилия и, следовательно, напрямую увеличивают тягу двигателя. Это также увеличивает энергию, извлекаемую турбиной, которая приводит в движение компрессор еще быстрее, и поэтому увеличивается количество воздуха, поступающего в двигатель.

Очевидно, что значение имеет скорость массового воздушного потока, поскольку именно изменение количества движения (масса x скорость) создает силу. Однако плотность меняется с высотой, и, следовательно, приток массы также зависит от высоты, температуры и т. Д., Что означает, что значения дроссельной заслонки будут изменяться в соответствии со всеми этими параметрами без изменения их вручную.

Поэтому расход топлива регулируется автоматически. Обычно есть 2 системы: одна для контроля давления, а другая для контроля потока. Входные сигналы обычно поступают от датчиков давления и температуры на впуске и в различных точках двигателя. Также требуются входы газа, обороты двигателя и т. Д. Они влияют на топливный насос высокого давления.

Блок управления топливом (FCU)

Этот элемент представляет собой нечто вроде механического компьютера. Он определяет производительность топливного насоса с помощью системы клапанов, которые могут изменять давление, используемое для запуска насоса, тем самым изменяя количество потока.

Возьмите возможность увеличения высоты, где будет пониженное давление воздуха на впуске. В этом случае камера внутри FCU расширится, что приведет к выпуску большего количества топлива через переливной клапан. Это заставляет насос подавать меньше топлива до тех пор, пока давление в противоположной камере не станет эквивалентным давлению воздуха, и перепускной клапан не вернется в свое положение.

Когда дроссельная заслонка открывается, она сбрасывается, то есть снижает давление, которое позволяет дроссельной заслонке упасть. Давление передается (из-за клапана обратного давления, то есть отсутствия воздушных зазоров в потоке топлива), который закрывает сливные клапаны FCU (как их обычно называют), что затем увеличивает давление и вызывает более высокую скорость потока.

Регулятор частоты вращения двигателя используется для предотвращения превышения скорости двигателя. Он имеет возможность игнорировать контроль FCU. Это достигается за счет использования диафрагмы, которая определяет частоту вращения двигателя по центробежному давлению, создаваемому вращающимся ротором насоса. При критическом значении эта диафрагма заставляет другой перепускной клапан открываться и спускать поток топлива.

Есть и другие способы управления потоком топлива, например, с помощью рычага дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка имеет шестерню, которая входит в зацепление с регулирующим клапаном (например, рейкой и шестерней), заставляя ее скользить по цилиндру, который имеет отверстия в различных положениях. Перемещение дроссельной заслонки и, следовательно, перемещение клапана по цилиндру открывает и закрывает эти отверстия в соответствии с конструкцией. На самом деле есть 2 клапана, а именно. дроссельная заслонка и регулирующий клапан.Регулирующий клапан используется для управления давлением на одной стороне дроссельной заслонки таким образом, что он дает правильное сопротивление давлению управления дроссельной заслонкой. Это достигается за счет управления выпуском топлива из цилиндра.

Так, например, если дроссельная заслонка перемещается вверх, чтобы впустить больше топлива, это будет означать, что дроссельная заслонка переместилась в положение, позволяющее протекать большему количеству топлива, а с другой стороны, необходимые порты давления открыты, чтобы сохранить баланс давления, чтобы рычаг дроссельной заслонки оставался на месте.

При начальном ускорении требуется больше топлива, и блок приспособлен для обеспечения протекания большего количества топлива путем открытия других отверстий в определенном положении дроссельной заслонки. Изменения давления окружающего воздуха, т. Е. Высоты, скорости самолета и т. Д., Воспринимаются воздушной капсулой.

Топливный насос

Топливные насосы обычно присутствуют для повышения давления топлива выше давления в камере сгорания, чтобы топливо могло быть впрыснуто. Топливные насосы обычно приводятся в движение главным валом через зубчатую передачу.

Турбонасосы

Турбонасосы - это центробежные насосы, которые приводятся в движение газовыми турбинами и используются для повышения давления топлива выше давления в камере сгорания, чтобы его можно было впрыснуть и сжечь. Турбонасосы очень часто используются с ракетами, но также известно, что они используются в ПВРД и турбореактивных двигателях. Приводные газы для турбонасоса обычно генерируются в отдельных камерах с нестехиометрическим сгоранием, а относительно небольшой массовый поток сбрасывается либо через специальное сопло, либо в точку в основном сопле; оба вызывают небольшое снижение производительности. В некоторых случаях (особенно Главный двигатель космического челнока ) ступенчатое горение используется, и отработанный газ насоса возвращается в основную камеру, где сгорание завершается, и при этом практически не происходит потери производительности из-за насосных потерь.

В турбонасосах Ramjet используется набегающий воздух, расширяющийся через турбину.

Система запуска двигателя

Топливная система, как объяснено выше, является одной из двух систем, необходимых для запуска двигателя. Другой - фактическое воспламенение топливно-воздушной смеси в камере. Обычно вспомогательный блок питания используется для запуска двигателей. Оно имеет пусковой двигатель который имеет высокий крутящий момент, передаваемый на компрессорную установку. Когда достигается оптимальная скорость, то есть поток газа через турбину достаточен, турбины вступают во владение.

Есть несколько различных способов запуска, например: электрический, гидравлический, пневматический, так далее.

Электростартер работает с шестернями и диском сцепления, соединяющим двигатель и двигатель. Сцепление используется для выключения при достижении оптимальной скорости. Обычно это делается автоматически. Электропитание используется для запуска двигателя, а также для зажигания. Напряжение обычно нарастает медленно, когда стартер набирает обороты.

Некоторые военные самолеты необходимо запускать быстрее, чем позволяет электрический метод, и поэтому они используют другие методы, такие как стартер турбины картриджа или «стартер тележки». Это импульсная турбина, на которую воздействуют горящие газы из патрона, обычно создаваемые путем воспламенения твердого топлива, похожего на порох. Он предназначен для вращения двигателя, а также подключен к системе автоматического отключения или обгонной муфты. Патрон зажигается электрически и используется для вращения турбины стартера.

Другая система турбинного стартера почти полностью похожа на маленький двигатель. Опять же, турбина связана с двигателем через шестерни. Однако турбина вращается за счет горящих газов - обычно топливо изопропилнитрат (или иногда гидразин) хранится в баке и распыляется в камеру сгорания. Опять же он воспламеняется свечой зажигания. Все управляется электрически, например, скорость и т. Д.

Большинство коммерческих самолетов и больших военно-транспортных самолетов обычно используют то, что называется вспомогательный блок питания (ВСУ). Обычно это небольшая газовая турбина. Таким образом, можно сказать, что использование такого APU означает использование небольшой газовой турбины для запуска более крупной. Воздух низкого давления (40–70 фунтов на квадратный дюйм или 280–480 кПа), большой объем воздуха из компрессорной секции ВСУ отводится через систему трубопроводов к двигателям, где он направляется в систему запуска. Этот стравить воздух направлен в механизм запуска двигателя и начала втягивания воздуха. Стартер обычно представляет собой тип воздушной турбины, аналогичный стартеру картриджа, но использует отбираемый из ВСУ воздух вместо горящих газов картриджа с порохом. Большинство стартеров тележек также могут использовать воздух ВСУ для их поворота. Когда частота вращения двигателя достаточна для всасывания воздуха, достаточного для поддержания горения, топливо подается и воспламеняется. Как только двигатель запускается и достигает оборотов холостого хода, стравливающий воздух и системы зажигания отключаются.

ВСУ на самолетах, таких как Боинг 737 и Airbus A320 можно увидеть в крайней задней части самолета. Это типичное расположение ВСУ на большинстве коммерческих авиалайнеров, хотя некоторые из них могут находиться в корневой части крыла (Боинг 727 ) или кормовой части фюзеляжа (DC-9 /MD80 ) в качестве примеров, а некоторые военные транспортные средства несут свои ВСУ в одной из основных опор шасси (С-141 ).

Некоторые ВСУ устанавливаются на колесных тележках, поэтому их можно буксировать и использовать на разных самолетах. Они соединены шлангом с воздуховодом самолета, который включает в себя обратный клапан, позволяющий воздуху APU поступать в самолет, не позволяя при этом отбираемому из главного двигателя воздуху выходить через канал.

APU также обеспечивают достаточную мощность для включения освещения кабины, давления и других систем при выключенных двигателях. Клапаны, используемые для управления воздушным потоком, обычно имеют электрическое управление. Они автоматически закрываются с заданной скоростью. В процессе запуска некоторых двигателей топливо смешивается с подаваемым воздухом и сжигается, а не только воздух. Обычно это дает больше мощности на единицу веса.

Обычно APU запускается собственным электродвигателем стартера, который автоматически выключается на нужной скорости. Когда основной двигатель запускается и достигает нужных условий, этот вспомогательный блок отключается и медленно отключается.

Гидравлические насосы также могут использоваться для запуска некоторых двигателей через шестерни. Насосы имеют электрическое управление с земли.

Разновидностью этого является ВСУ, установленная на Boeing F / A-18 Hornet; он запускается гидравлическим двигателем, который сам получает энергию, запасенную в аккумуляторе. Этот аккумулятор перезаряжается после того, как правый двигатель запускается и создает гидравлическое давление, или с помощью ручного насоса в колодце правой основной стойки шасси.

Зажигание

Обычно в системе сгорания есть две свечи зажигания в разных местах. Искра высокого напряжения используется для воспламенения газов. Напряжение накапливается от источника низкого напряжения (обычно 28 В постоянного тока), обеспечиваемого аккумуляторными батареями самолета. Он накапливается до нужного значения в возбудителях зажигания (аналогично автомобильным катушкам зажигания) и затем высвобождается в виде высокоэнергетической искры. В зависимости от различных условий, например, полета в условиях сильного дождя, воспламенитель продолжает подавать искры, чтобы предотвратить срыв горения, если пламя внутри погаснет. Конечно, в случае, если пламя все же погаснет, необходимо предусмотреть возможность повторного зажигания. Существует предел высоты и воздушной скорости, при которых двигатель может получить удовлетворительное повторное зажигание.

Например, General Electric F404-400 использует один воспламенитель для камеры сгорания и один для камеры дожигания; Система зажигания для A / B включает ультрафиолетовый датчик пламени для активации воспламенителя.

Большинство современных систем зажигания вырабатывают достаточно энергии (20–40 кВ), чтобы представлять смертельную опасность в случае контакта человека с электрическим проводом при срабатывании системы, поэтому общение в команде жизненно важно при работе с этими системами.

Система смазки

Система смазки служит для обеспечения смазки подшипников и шестерен и для поддержания достаточно низких температур, в основном за счет устранения трения. Смазку можно также использовать для охлаждения других деталей, таких как стены и другие элементы конструкции, непосредственно через целевые потоки масла. Система смазки также отводит частицы износа из внутренних частей двигателя и промывает их через фильтр, чтобы поддерживать чистоту компонентов, контактирующих с маслом и маслом.

Смазка изолирована от внешних частей двигателя с помощью различных механизмов уплотнения, которые также предотвращают загрязнение масла и попадание грязи и других посторонних предметов на подшипники, шестерни и другие движущиеся части, и обычно течет по петле (не преднамеренно потребляется при использовании двигателя). Смазка должна легко течь при относительно низких температурах и не распадаться или разрушаться при очень высоких температурах.

Обычно система смазки имеет подсистемы, которые индивидуально работают с системой подачи смазки двигателя, продувкой (система возврата масла) и сапуном (отводом избыточного воздуха из внутренних отсеков).

Компоненты системы давления обычно включают масляный бак и деаэратор., главный масляный насос, главный масляный фильтр / перепускной клапан фильтра, клапан регулирования давления (PRV), маслоохладитель / перепускной клапан и трубки / форсунки.
Обычно поток идет из бака на вход насоса и PRV, перекачивается в главный масляный фильтр или его байпасный клапан и маслоохладитель, а затем через несколько фильтров к соплам в подшипниках.

Использование метода управления PRV означает, что давление подаваемого масла должно быть ниже критического значения (обычно регулируется другими клапанами, которые могут вытекать излишки масла обратно в резервуар, если оно превышает критическое значение). Клапан открывается при определенном давлении, и масло продолжает поступать с постоянной скоростью в камеру подшипника.

Если настройка мощности двигателя увеличивается, давление в камере подшипника также обычно увеличивается, что означает, что разница давлений между подачей смазочного материала и камерой уменьшается, что может снизить расход масла, когда он потребуется еще больше. В результате некоторые PRV могут регулировать значения силы пружины, используя это изменение давления в камере подшипника пропорционально, чтобы поддерживать постоянный поток смазочного материала.

Система контроля

Большинство реактивных двигателей управляются цифровым способом с помощью Полный контроль над цифровой электроникой системы, однако в некоторых системах используются механические устройства.

Рекомендации