Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Турбореактивний двигун (ТРД, англ. turbojet engine) — повітряно-реактивний двигун, в якому тяга створюється струменем газів, що витікають з реактивного сопла. ТРД застосовуються на надзвукових літаках, як маршеві двигуни, або, як підіймальні двигуни на літаках вертикального зльоту і посадки.
Принцип роботи
Атмосферне повітря, що надходить в ТРД при польоті, стискається в повітрозабірнику і далі в турбокомпресорі, розміщеному в тракті ТРД між вхідним соплом та камерою згоряння. Стиснуте повітря подається в камеру згорання, в яку також упорскується рідке хімічне паливо (зазвичай авіаційний гас). Гази, що утворились при згоранні, частково розширюються в турбіні, що обертає компресор; остаточне розширення газів відбувається в реактивному соплі. Тяга ТРД може бути значно збільшена (приблизно на 30—40%) завдяки додатковому спалюванню палива в камері форсажу, що розташовується між турбіною і реактивним соплом.
Компресор приводиться у рух турбіною, змонтованою на валу двигуна, що працює на робочому тілі, нагрітому в камері згоряння. У вхідному пристрої відбувається зростання статичного тиску повітря за рахунок гальмування повітряного потоку. У компресорі відбувається зростання повного тиску повітря внаслідок здійснюваної компресором механічної роботи. У камері згоряння відбувається нагрівання робочого тіла. Частина енергії робочого тіла забирається турбіною. У реактивному соплі формується реактивний струмінь.
Пуск двигуна відбувається розкручуванням вхідного компресора від зовнішніх акумуляторних батарей.
Для збільшення діапазону стійкої роботи компресора ТРД можуть виконуватись за двовальною (двокаскадною) схемою, при якій турбокомпресор складається з двох механічно незв'язаних послідовних каскадів. Кожен з каскадів працює зі своєю швидкістю обертання і приводиться в рух своїм каскадом турбіни, яку також роблять двокаскадною. При цьому вал 1-го каскаду компресора (низького тиску), що обертається останнім (з найнижчими оборотами) каскадом турбіни, проходить всередині порожнього вала компресора другого каскаду (високого тиску). Каскади двигуна також називають роторами низького і високого тиску. Така схема дозволяє отримати вхідний потік більшого тиску та кращий відбір потужності на виході.
Ступінь підвищення повного тиску в компресорі є одним з найважливіших параметрів ТРД, оскільки від нього залежить ефективний ККД двигуна. Якщо у перших зразків ТРД (Jumo-004) цей показник становив 3, то у сучасних він досягає 40 (General Electric GE90).
При підвищенні швидкості польоту тиск у камері згоряння і витрата робочого тіла ростуть внаслідок зростання напору зустрічного потоку повітря, який загальмовується у вхідному пристрої (так само, як у прямоточного ПРД) і надходить на вхід нижчого каскаду компресора під тиском більшим, ніж атмосферний, при цьому підвищується і тяга двигуна. Зростання надходження повітря також потребує збільшення витрат пального, що призводить до підвищення температури двигуна. В перших моделях ТРД температурна робочого тіла становила близько 1000 °C, в сучасних двигунах вона сягає 2000 °C і забезпечується використанням жаростійких матеріалів лопаток турбіни.
Збільшення тиску вхідного потоку призводить до нагрівання вхідного повітря, що, в свою чергу, негативно позначається на ККД двигуна. Робота турбокомпресора в таких умовах стає неефективною. Як наслідок, ТРД використовують на швидкостях до 2,5 — 3 М (М — число Маха). Для більших швидкостей використовують прямоточні ПРД.
Засоби підвищення ККД та потужності
Керовані сопла
ТРД надзвукових літаків обладнуються керованими соплами. Ці сопла виконані з поздовжніх елементів, що називаються стулками, рухомих відносно одна одної і приводяться в рух спеціальним приводом. Кероване сопло дозволяє за командою пілота чи автоматичної системи управління двигуном змінювати геометрію сопла, при цьому змінюються розміри критичного (найвужчого) і вихідного перерізів сопла, що дозволяє оптимізувати роботу двигуна на різних швидкостях.
Спеціальні поворотні сопла на деяких двигунах також дозволяють відхиляти вихідний із сопла потік відносно осі двигуна. Відхилення вектора тяги призводить до додаткових втрат тяги двигуном внаслідок виконання додаткової роботи з повороту потоку і ускладнюють управління літаком. Але ці недоліки повністю компенсуються значним підвищенням маневровості і скороченням пробігу літака при посадці, при вертикальному зльоті і посадці. Керовані сопла використовуються виключно у військовій авіації.
Форсажна камера
Хоча в ТРД існує надлишок кисню в камері згорання, цей надлишок не вдається використати безпосередньо — збільшенням використання палива в камері — через обмеження температури робочого тіла, що потрапляє на турбіну. Але цей надлишок використовується у двигунах з форсажною камерою, яка розміщена між турбіною і соплом. В режимі форсажу в цій камері спалюється додаткове паливо, внутрішня енергія робочого тіла перед розширенням у соплі підвищується, внаслідок чого швидкість його виходу крізь сопло і тяга двигуна зростає. В деяких випадках тяга збільшується більш ніж в 1,5 рази. При форсажі значно зростає використання палива, ТРД з форсажною камерою практично не використовуються у комерційній авіації, крім літаків Ту-144 і Конкорд, польоти яких уже припинилися, але використовується у військовій авіації при польотах на великих швидкостях.
Двоконтурні двигуни
Двоконтурний турбореактивний двигун (ТРДД) має конструкцією, що дозволяє переміщати додаткові маси повітря, яке проходить крізь зовнішній контур двигуна. Така конструкція забезпечує вищий, порівняно зі звичайним ТРД, польотний ККД. Першим концепцію ТРДД в авіадвигунобудуванні запропонував український конструктор авіадвигунів Архип Люлька. На основі дослідів, що проводилися з 1937 року, А. М. Люлька подав заявку на винахід двоконтурного ТРД (авторське свідоцтво вручили 22 квітня 1941 року).
Пройшовши крізь вхідний пристрій, повітря потрапляє у компресор низького тиску, що називають вентилятором. Після вентилятора повітря розділяється на два потоки. Частина повітря надходить у зовнішній контур і, обходячи камеру згорання, формує у соплі реактивний струмінь. Інша частина повітря проходить крізь внутрішній контур, повністю ідентичний з ТРД.
Одним з найважливіших параметрів ТРДД є ступінь двоконтурності, тобто відношення використання повітря у зовнішньому контурі до використання повітря у внутрішньому контурі. 
, де 
і 
— використання повітря у зовнішньому і внутрішньому контурі відповідно. Внаслідок зростання використання повітря у двигуні зростає площа фронтального перерізу, що призводить до зростання його лобового опору і маси. Іншими словами, чим вищий ступінь двоконтурності — тим більшого діаметра двигун при інших рівних умовах.
ТРДД поділяються на ТРДД зі змішуванням потоків за турбіною і без змішування. В ТРДД зі змішуванням потоків потоки повітря (ТРДДзм) із зовнішнього і внутрішнього контуру надходять в єдину камеру змішування. В камері змішування ці потоки змішуються і виходять з двигуна крізь єдине сопло з єдиною температурою. ТРДДзм ефективніші, однак наявність камери змішування збільшує габарити і масу двигуна.
ТРДД як і ТРД можуть бути оснащені керованими соплами і форсажними камерами. Зазвичай ТРДДзм з малими ступенями двоконтурності використовують на надзвукових військових літаках.
ТРДДФ мають нижчий ступінь , ніж ТРДД для цивільної авіації. Прикладом може слугувати двигун АІ-222-25Ф що використовується на китайському літаку L-15.
Турбовентиляторний двигун
ТРДД з високим ступенем двоконтурності виконуються, переважно, без камери змішування. Внаслідок великого вхідного діаметра таких двигунів їхнє сопло зовнішнього контуру досить часто роблять укороченим для зниження маси.
Можна сказати що з 1960-х років і донині в авіадвигунобудуванні — ера ТРДД. ТРДД різних типів є найпоширенішим класом повітряно-реактивних двигунів, що використовуються на літаках, від високошвидкісних винищувачів-перехоплювачів з малим ступенем двоконтурності до велетенських комерційних і військово-транспортних літаків з ТРДД з високим ступенем двоконтурності.
Турбовальний двигун
Турбовальний двигун є турбореактивним двигуном у якому потужність, що розвивається додатковим каскадом турбін, передається на вал відбору потужності, найчастіше через редуктор.
Так між валом турбіни, компресора і валом відбору потужності немає механічного зв'язку, а лише газодинамічний, турбовальні двигуни зараховують до ПРД непрямої реакції. Ці двигуни не реактивні, реакція вихлопу турбіни є не більшою за 10% його загальної тяги, однак традиційно їх зараховують до повітряно-реактивних двигунів.
Найчастіше використовується для приводу гвинта гелікоптерів.
До 70-80-х років XX століття ТРД з малим ступенем двоконтурності активно використовувались для військових та комерційних літаків. Нині найпопулярнішими стали економніші двоконтурні ТРД (ТРДД).
Гвинтовентиляторний двигун
Для покращення характеристик експлуатації ТВД використовують спеціальні багатолопатеві стрілоподібні гвинти зі змінюваним кроком гвинта, з одним або двома рядами лопатей. На такі гвинти припадає більше навантаження на площу обдування при зменшеному діаметрі гвинта, але зберігається досить високий ККД 0,8-0,85. Такі гвинти називаються гвинтовинтеляторними (ГВ), а двигуни — турбогвинтовинтеляторними (ТВД) з відкритим гвинтовинтелятором.
Нині відомий лише один серійний зразок двигуна цього типу — Д-27 (виробляється в Запоріжжі, Україна), Використовується на літаку Як-44 з крейсерською швидкістю польоту 670 км/год і на Ан-70 з крейсерською швидкістю 750 км/год.
У двигуна Д-27 потік холодного повітря створюється двома співвісними, які обертаються в протилежні сторони, багатолопатевими шаблеподібними гвинтами, які приводяться в рух від вільної чотириступеневої турбіни, турбовального двигуна. Потужність передається гвинтам через редуктор.
Посилання
- Турбореактивний двигун. Загальний принцип роботи
Див. також
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Turboreaktivnij dvigun TRD angl turbojet engine povitryano reaktivnij dvigun v yakomu tyaga stvoryuyetsya strumenem gaziv sho vitikayut z reaktivnogo sopla TRD zastosovuyutsya na nadzvukovih litakah yak marshevi dviguni abo yak pidijmalni dviguni na litakah vertikalnogo zlotu i posadki Shema TRD TRD D 436 148 na vistavci MAKS 2009 TRD J85 kompaniyi General Electric maye 8 stupeniv kompresora ta 2 stupenya turbiniPrincip robotiAtmosferne povitrya sho nadhodit v TRD pri poloti stiskayetsya v povitrozabirniku i dali v turbokompresori rozmishenomu v trakti TRD mizh vhidnim soplom ta kameroyu zgoryannya Stisnute povitrya podayetsya v kameru zgorannya v yaku takozh uporskuyetsya ridke himichne palivo zazvichaj aviacijnij gas Gazi sho utvorilis pri zgoranni chastkovo rozshiryuyutsya v turbini sho obertaye kompresor ostatochne rozshirennya gaziv vidbuvayetsya v reaktivnomu sopli Tyaga TRD mozhe buti znachno zbilshena priblizno na 30 40 zavdyaki dodatkovomu spalyuvannyu paliva v kameri forsazhu sho roztashovuyetsya mizh turbinoyu i reaktivnim soplom Kompresor privoditsya u ruh turbinoyu zmontovanoyu na valu dviguna sho pracyuye na robochomu tili nagritomu v kameri zgoryannya U vhidnomu pristroyi vidbuvayetsya zrostannya statichnogo tisku povitrya za rahunok galmuvannya povitryanogo potoku U kompresori vidbuvayetsya zrostannya povnogo tisku povitrya vnaslidok zdijsnyuvanoyi kompresorom mehanichnoyi roboti U kameri zgoryannya vidbuvayetsya nagrivannya robochogo tila Chastina energiyi robochogo tila zabirayetsya turbinoyu U reaktivnomu sopli formuyetsya reaktivnij strumin Pusk dviguna vidbuvayetsya rozkruchuvannyam vhidnogo kompresora vid zovnishnih akumulyatornih batarej Dlya zbilshennya diapazonu stijkoyi roboti kompresora TRD mozhut vikonuvatis za dvovalnoyu dvokaskadnoyu shemoyu pri yakij turbokompresor skladayetsya z dvoh mehanichno nezv yazanih poslidovnih kaskadiv Kozhen z kaskadiv pracyuye zi svoyeyu shvidkistyu obertannya i privoditsya v ruh svoyim kaskadom turbini yaku takozh roblyat dvokaskadnoyu Pri comu val 1 go kaskadu kompresora nizkogo tisku sho obertayetsya ostannim z najnizhchimi oborotami kaskadom turbini prohodit vseredini porozhnogo vala kompresora drugogo kaskadu visokogo tisku Kaskadi dviguna takozh nazivayut rotorami nizkogo i visokogo tisku Taka shema dozvolyaye otrimati vhidnij potik bilshogo tisku ta krashij vidbir potuzhnosti na vihodi Stupin pidvishennya povnogo tisku v kompresori ye odnim z najvazhlivishih parametriv TRD oskilki vid nogo zalezhit efektivnij KKD dviguna Yaksho u pershih zrazkiv TRD Jumo 004 cej pokaznik stanoviv 3 to u suchasnih vin dosyagaye 40 General Electric GE90 Pri pidvishenni shvidkosti polotu tisk u kameri zgoryannya i vitrata robochogo tila rostut vnaslidok zrostannya naporu zustrichnogo potoku povitrya yakij zagalmovuyetsya u vhidnomu pristroyi tak samo yak u pryamotochnogo PRD i nadhodit na vhid nizhchogo kaskadu kompresora pid tiskom bilshim nizh atmosfernij pri comu pidvishuyetsya i tyaga dviguna Zrostannya nadhodzhennya povitrya takozh potrebuye zbilshennya vitrat palnogo sho prizvodit do pidvishennya temperaturi dviguna V pershih modelyah TRD temperaturna robochogo tila stanovila blizko 1000 C v suchasnih dvigunah vona syagaye 2000 C i zabezpechuyetsya vikoristannyam zharostijkih materialiv lopatok turbini Zbilshennya tisku vhidnogo potoku prizvodit do nagrivannya vhidnogo povitrya sho v svoyu chergu negativno poznachayetsya na KKD dviguna Robota turbokompresora v takih umovah staye neefektivnoyu Yak naslidok TRD vikoristovuyut na shvidkostyah do 2 5 3 M M chislo Maha Dlya bilshih shvidkostej vikoristovuyut pryamotochni PRD Zasobi pidvishennya KKD ta potuzhnostiKerovane soplo z vidkritimi stulkami Kerovane soplo z zakritimi stulkami Kerovani sopla TRD nadzvukovih litakiv obladnuyutsya kerovanimi soplami Ci sopla vikonani z pozdovzhnih elementiv sho nazivayutsya stulkami ruhomih vidnosno odna odnoyi i privodyatsya v ruh specialnim privodom Kerovane soplo dozvolyaye za komandoyu pilota chi avtomatichnoyi sistemi upravlinnya dvigunom zminyuvati geometriyu sopla pri comu zminyuyutsya rozmiri kritichnogo najvuzhchogo i vihidnogo pereriziv sopla sho dozvolyaye optimizuvati robotu dviguna na riznih shvidkostyah Specialni povorotni sopla na deyakih dvigunah takozh dozvolyayut vidhilyati vihidnij iz sopla potik vidnosno osi dviguna Vidhilennya vektora tyagi prizvodit do dodatkovih vtrat tyagi dvigunom vnaslidok vikonannya dodatkovoyi roboti z povorotu potoku i uskladnyuyut upravlinnya litakom Ale ci nedoliki povnistyu kompensuyutsya znachnim pidvishennyam manevrovosti i skorochennyam probigu litaka pri posadci pri vertikalnomu zloti i posadci Kerovani sopla vikoristovuyutsya viklyuchno u vijskovij aviaciyi Forsazhna kamera Hocha v TRD isnuye nadlishok kisnyu v kameri zgorannya cej nadlishok ne vdayetsya vikoristati bezposeredno zbilshennyam vikoristannya paliva v kameri cherez obmezhennya temperaturi robochogo tila sho potraplyaye na turbinu Ale cej nadlishok vikoristovuyetsya u dvigunah z forsazhnoyu kameroyu yaka rozmishena mizh turbinoyu i soplom V rezhimi forsazhu v cij kameri spalyuyetsya dodatkove palivo vnutrishnya energiya robochogo tila pered rozshirennyam u sopli pidvishuyetsya vnaslidok chogo shvidkist jogo vihodu kriz soplo i tyaga dviguna zrostaye V deyakih vipadkah tyaga zbilshuyetsya bilsh nizh v 1 5 razi Pri forsazhi znachno zrostaye vikoristannya paliva TRD z forsazhnoyu kameroyu praktichno ne vikoristovuyutsya u komercijnij aviaciyi krim litakiv Tu 144 i Konkord poloti yakih uzhe pripinilisya ale vikoristovuyetsya u vijskovij aviaciyi pri polotah na velikih shvidkostyah Shema dvokonturnogo TRD Dvokonturni dviguni Dvokonturnij turboreaktivnij dvigun TRDD maye konstrukciyeyu sho dozvolyaye peremishati dodatkovi masi povitrya yake prohodit kriz zovnishnij kontur dviguna Taka konstrukciya zabezpechuye vishij porivnyano zi zvichajnim TRD polotnij KKD Pershim koncepciyu TRDD v aviadvigunobuduvanni zaproponuvav ukrayinskij konstruktor aviadviguniv Arhip Lyulka Na osnovi doslidiv sho provodilisya z 1937 roku A M Lyulka podav zayavku na vinahid dvokonturnogo TRD avtorske svidoctvo vruchili 22 kvitnya 1941 roku Projshovshi kriz vhidnij pristrij povitrya potraplyaye u kompresor nizkogo tisku sho nazivayut ventilyatorom Pislya ventilyatora povitrya rozdilyayetsya na dva potoki Chastina povitrya nadhodit u zovnishnij kontur i obhodyachi kameru zgorannya formuye u sopli reaktivnij strumin Insha chastina povitrya prohodit kriz vnutrishnij kontur povnistyu identichnij z TRD Odnim z najvazhlivishih parametriv TRDD ye stupin dvokonturnosti tobto vidnoshennya vikoristannya povitrya u zovnishnomu konturi do vikoristannya povitrya u vnutrishnomu konturi m G 2 G 1 displaystyle m G2 G1 de G 1 displaystyle G1 i G 2 displaystyle G2 vikoristannya povitrya u zovnishnomu i vnutrishnomu konturi vidpovidno Vnaslidok zrostannya vikoristannya povitrya u dviguni zrostaye plosha frontalnogo pererizu sho prizvodit do zrostannya jogo lobovogo oporu i masi Inshimi slovami chim vishij stupin dvokonturnosti tim bilshogo diametra dvigun pri inshih rivnih umovah TRDD podilyayutsya na TRDD zi zmishuvannyam potokiv za turbinoyu i bez zmishuvannya V TRDD zi zmishuvannyam potokiv potoki povitrya TRDDzm iz zovnishnogo i vnutrishnogo konturu nadhodyat v yedinu kameru zmishuvannya V kameri zmishuvannya ci potoki zmishuyutsya i vihodyat z dviguna kriz yedine soplo z yedinoyu temperaturoyu TRDDzm efektivnishi odnak nayavnist kameri zmishuvannya zbilshuye gabariti i masu dviguna TRDD yak i TRD mozhut buti osnasheni kerovanimi soplami i forsazhnimi kamerami Zazvichaj TRDDzm z malimi stupenyami dvokonturnosti vikoristovuyut na nadzvukovih vijskovih litakah TRDDF mayut nizhchij stupin nizh TRDD dlya civilnoyi aviaciyi Prikladom mozhe sluguvati dvigun AI 222 25F sho vikoristovuyetsya na kitajskomu litaku L 15 Shema turboventilyatornogo dviguna Turboventilyatornij dvigun Dokladnishe Turboventilyatornij dvigun TRDD z visokim stupenem dvokonturnosti vikonuyutsya perevazhno bez kameri zmishuvannya Vnaslidok velikogo vhidnogo diametra takih dviguniv yihnye soplo zovnishnogo konturu dosit chasto roblyat ukorochenim dlya znizhennya masi Mozhna skazati sho z 1960 h rokiv i donini v aviadvigunobuduvanni era TRDD TRDD riznih tipiv ye najposhirenishim klasom povitryano reaktivnih dviguniv sho vikoristovuyutsya na litakah vid visokoshvidkisnih vinishuvachiv perehoplyuvachiv z malim stupenem dvokonturnosti do veletenskih komercijnih i vijskovo transportnih litakiv z TRDD z visokim stupenem dvokonturnosti Turbovalnij dvigun Dokladnishe Turbovalnij dvigun Turbovalnij dvigun ye turboreaktivnim dvigunom u yakomu potuzhnist sho rozvivayetsya dodatkovim kaskadom turbin peredayetsya na val vidboru potuzhnosti najchastishe cherez reduktor Tak mizh valom turbini kompresora i valom vidboru potuzhnosti nemaye mehanichnogo zv yazku a lishe gazodinamichnij turbovalni dviguni zarahovuyut do PRD nepryamoyi reakciyi Ci dviguni ne reaktivni reakciya vihlopu turbini ye ne bilshoyu za 10 jogo zagalnoyi tyagi odnak tradicijno yih zarahovuyut do povitryano reaktivnih dviguniv Najchastishe vikoristovuyetsya dlya privodu gvinta gelikopteriv Do 70 80 h rokiv XX stolittya TRD z malim stupenem dvokonturnosti aktivno vikoristovuvalis dlya vijskovih ta komercijnih litakiv Nini najpopulyarnishimi stali ekonomnishi dvokonturni TRD TRDD Gvintoventilyatornij dvigun An 70 Gvintoventilyatornij dvigun Dokladnishe en Dlya pokrashennya harakteristik ekspluataciyi TVD vikoristovuyut specialni bagatolopatevi strilopodibni gvinti zi zminyuvanim krokom gvinta z odnim abo dvoma ryadami lopatej Na taki gvinti pripadaye bilshe navantazhennya na ploshu obduvannya pri zmenshenomu diametri gvinta ale zberigayetsya dosit visokij KKD 0 8 0 85 Taki gvinti nazivayutsya gvintovintelyatornimi GV a dviguni turbogvintovintelyatornimi TVD z vidkritim gvintovintelyatorom Nini vidomij lishe odin serijnij zrazok dviguna cogo tipu D 27 viroblyayetsya v Zaporizhzhi Ukrayina Vikoristovuyetsya na litaku Yak 44 z krejserskoyu shvidkistyu polotu 670 km god i na An 70 z krejserskoyu shvidkistyu 750 km god U dviguna D 27 potik holodnogo povitrya stvoryuyetsya dvoma spivvisnimi yaki obertayutsya v protilezhni storoni bagatolopatevimi shablepodibnimi gvintami yaki privodyatsya v ruh vid vilnoyi chotiristupenevoyi turbini turbovalnogo dviguna Potuzhnist peredayetsya gvintam cherez reduktor PosilannyaTurboreaktivnij dvigun Zagalnij princip robotiDiv takozhPovitryano reaktivnij dvigun