Воздушный поток

Путь, который воздух проходит через газотурбинный двигатель, варьируется в зависимости от конструкции двигателя. Система прямого потока (рис. 1-8) является базовой конструкцией, так как она предусмотрена для двигателей с относительно небольшой фронтальной площадью, а также подходит для использования принципа байпаса. В отличие от этого, система обратного потока дает двигатель с большей фронтальной площадью, но с уменьшенной габаритной длиной. Однако, функционирование всех двигателей сходно. Изменения, обусловленные различиями в конструкции, описаны в последующих параграфах.

Основное отличие турбовинтового двигателя состоит в преобразовании энергии газа в механическую энергию для привода винта.

Рисунок 1-7. Двигатель серии Pratt & Whitney JT8D. a. Внешний вид Pratt & Whitney JT8D-200. b.Схематическое изображение, показывающее расположение внутренних частей, а также давление и температуру в различных точках двигателя JT8D.

1 противообледенительные отверстия для выпуска воздуха

2 вход вентилятора

3 лопасти вентилятора первой ступени

4 ротор переднего компрессора

5 крылья выпускного отверстия вентилятора

6 промежуточный корпус выпускного отверстия вентилятора

7 распорка промежуточного корпуса выпускного отверстия вентилятора

8 масляное сопло - подшипники № 2 и 3

9 ротор заднего компрессора

10 задняя втулка ротора заднего компрессора

11 воздуховод диффузора

12 топливное сопло

13 масляное сопло - подшипник № 4

14 камера сгорания

15 внутренний корпус камеры сгорания

16 лопасти турбины первой ступени

17 диск и лопасти турбины второй ступени

18 диск и лопасти турбины третьей ступени

19 диск и лопасти турбины четвертой ступени

20 распорка выхлопного отверстия

21 теплозащитный экран – подшипник № 6

22 лопатки турбины четвертой ступени

23 лопатки турбины третьей ступени

24 лопатки турбины второй ступени

25 лопатки турбины первой ступени

26 заглушка воспламенителя

27 КПП Привод конический редуктор

28 соединитель трубок - подшипник №1

Рисунок 1-7. (Продолжение) с. Вид в разрезе ранней версии турбовентиляторного двигателя JT8D с названиями некоторых внешних и внутренних частей, d. Схематическое изображение двигателя серии JT8D-200 с одноступенчатым вентилятором на передней панели и смесителем на задней панели. е. Вид в разрезе JTD8-200. (Источник: Treager, Aircraft Gas Turbine Engine Technology, Third Edition. New York: McGraw-Hill, 1996)

SINGLE-STAGE FAN	Одноступенчатый вентилятор
ACOUSTIC TREATMENT	Акустическая обработка
AIR-COOLED FIRST TURBINE BLADE	Лопатки первой турбины с воздушным охлаждением
MIXER	смеситель

Только небольшое количество "реактивной тяги" можно получить в выхлопной системе. Большая часть энергии потока газа поглощается дополнительными ступенями турбины, которые приводят в действие винт через внутренние валы.

Как видно на рисунке 1-8, принцип байпаса предполагает разделение воздушного потока. Всему поступившему воздуху придается начальная низкая степень сжатия, и часть его направляется в байпас, а остальная часть подается в систему сгорания в обычном порядке. Этот принцип способствует улучшению пропульсивной эффективности и удельного расхода топлива.

Важной особенностью конструкции двигателя с байпасом является степень двухконтурности, то есть отношение прохладного воздуха, отведенного через внешний контур, к потоку воздуха, проходящего через систему высокого давления. При низких степенях двухконтурности, т.е. порядка, 1:1, два потока, как правило, смешиваются перед выхлопом из двигателя. Вентиляторный двигатель можно рассматривать как расширение принципа байпаса. Потребность в высокой степени двухконтурности, до 5:1, в значительной степени реализуется с помощью переднего вентилятора в двух или трех контурной конфигурации (в этом случае вентилятор, на самом деле, является компрессором низкого давления), с перемешиванием и без перемешивания воздушных потоков. Очень высокие степени двухконтурности, порядка 15:1, достигаются благодаря использованию винтовентиляторов. Это вариация на турбовинтовую тему, но с винтами по последнему слову передовой технологии, которые способны работать с высокой эффективностью при высокой скорости самолета.

На некоторых двигателях с передними вентиляторами, воздушный поток из внешнего контура направляется за борт, либо непосредственно за вентилятором через короткие каналы или в задней части двигателя через более длинные трубки; отсюда термин "вентилятор в кольцевом обтекателе". Другим, хотя и редко используемым вариантом, является кормовой вентилятор.

Рисунок 1-8. Системы воздушного потока (Источник: Rolls Royce)

AIR INTAKE	воздухозаборник
PROPELLING NOZZLE	Реактивное сопло
COMPRESSION	Сжатие
COMBUSTION	Сгорание
EXPANSION	Расширение
EXHAUST	Выхлоп
TOTAL PRESSURE	Полное давление
Flame temperature	Температура факела
AXIAL VELOCITY	Осевая скорость
TEMPERATURE	температура
TYPICAL SINGLE-SPOOL AXIAL FLOW TURBO-JET ENGINE	Типичный одноконтурный турбореактивный двигатель с осевым компрессором
LOW PRESSURE COMPRESSOR	Компрессор низкого давления
HIGH PRESSURE COMPRESSOR	Компрессор высокого давления
TWO-STAGE CENTRIFUGAL FLOW TURBO-PROPELLER ENGINE	Двухступенчатый турбовинтовой двигатель с центробежным компрессором
TWIN-SPOOL AXIAL FLOW TURBO-PROPELLER ENGINE	Двухконтурный турбовинтовой двигатель с осевым компрессором
REVERSE FLOW COMBUSTION SYSTEM	Система сгорания обратного потока
FREE POWER TURBINE	Свободная силовая турбина
TWIN-SPOOL TURBO-SHAFT ENGINE(with free power turbine)	Двухконтурный турбовальный двигатель (со свободной силовой турбиной)

При определении термодинамических циклов, необходимо указать вид двигателя или позиции, используемые для измерения давления и температуры, с целью детализации теплового цикла. Кроме того, нужно в простейшем виде определить протекание цикла: другими словами, что именно протекает (воздух, топливо, горячие газы, закачиваемая жидкость, потоки теплообменника), где и как. Эта информация помогает определить конфигурацию и эффективность газовой турбины.