Руководство пилота по аэронавтике » Глава 6. Системы самолета » Газотурбинный двигатель » Типы газотурбинных двигателей

Типы газотурбинных двигателей

Types of Turbine Engines

Газотурбинные двигатели классифицируются по типу используемого компрессора. Существуют три типа компрессоров – центробежный, осевой и центробежно-осевой. В центробежном компрессоре поток внешнего воздуха направлен перпендикулярно продольной оси двигателя. Сжатие воздуха достигается за счет ускорения воздуха в радиальном направлении, перпендикулярно продольной оси двигателя, наружу. Компрессор осевого типа сжимает воздух серией вращающихся и статичных лопаток ротора, перемещающих воздух, вдоль продольной оси. Центробежно-осевой тип компрессора использует оба способа сжатия воздуха.

Путь, который проходит воздух через двигатель и то как двигатель производит мощность, определяет тип двигателя. Существует четыре типа газотурбинных авиа двигателей – турбореактивный, турбовинтовой, турбовентиляторный, и турбовальный двигатель.

Turbine engines are classified according to the type of compressors they use. There are three types of compressors— centrifugal flow, axial flow, and centrifugal-axial flow. Compression of inlet air is achieved in a centrifugal flow engine by accelerating air outward perpendicular to the longitudinal axis of the machine. The axial-flow engine compresses air by a series of rotating and stationary airfoils moving the air parallel to the longitudinal axis. The centrifugal-axial flow design uses both kinds of compressors to achieve the desired compression.

The path the air takes through the engine and how power is produced determines the type of engine. There are four types of aircraft turbine engines—turbojet, turboprop, turbofan, and turboshaft.

Турбореактивный двигатель (ТРД)

Turbojet

Турбореактивный двигатель состоит из четырех сегментов: компрессор, камера сгорания, турбина и выхлопное сопло. Компрессор ускоряет входной поток воздуха и направляет его в камеру сгорания. Камера сгорания содержит топливную форсунку и воспламенитель для сгорания. Расширяющийся воздух вращает турбину, которая связана валом с компрессором, поддерживающим работу двигателя. Ускоренные выхлопные газы от двигателя обеспечивают тягу двигателя. Основное назначение сжатого воздуха заключается в Поддержание работы компрессора Основное применение сжатого воздуха и горение рабочей смеси – это поддержание работы компрессора самого двигателя и создание реактивной тяги за счет выхлопа продуктов горения. [Рисунок 6-23]

Турбореактивные двигатели имеют ограничения по дальности полета и сроке службы. Они также имеют высокое время приемистости на малых скоростях вращения компрессора.

Рисунок 6-23. Турбореактивный двигатель.

The turbojet engine consists of four sections: compressor, combustion chamber, turbine section, and exhaust. The compressor section passes inlet air at a high rate of speed to the combustion chamber. The combustion chamber contains the fuel inlet and igniter for combustion. The expanding air drives a turbine, which is connected by a shaft to the compressor, sustaining engine operation. The accelerated exhaust gases from the engine provide thrust. This is a basic application of compressing air, igniting the fuel-air mixture, producing power to self-sustain the engine operation, and exhaust for propulsion. [Figure 6-23]

Turbojet engines are limited in range and endurance. They are also slow to respond to throttle applications at slow compressor speeds.

Figure 6-23. Turbojet engine.

Турбовинтовой двигатель (ТВД)

Turboprop

Турбовинтовой воздушно-реактивный двигатель – турбинный двигатель, в котором винт соединен с турбиной через понижающий частоту вращения редуктор. Расширяющиеся выхлопные газы раскручивают турбину, которая находится на валу с понижающим редуктором. Редуктор используется для уменьшения частоты вращения винта так как его оптимальные рабочие характеристики достигаются на меньшей частоте вращения чем частота вращения турбины. Турбовинтовой двигатель – компромисс между турбореактивными и поршневыми силовыми установками. Наибольшая эффективность турбовинтового двигателя достигается на скоростях между 250 и 400 милями в час и высотах между 18,000 и 30,000 футов. ТВД также имеет неплохой показатель эффективности и на малых скоростях полёта при взлете и посадке требуемых для взлета и приземления, и являются экономичными по расходу топлива. Минимальный расход топлива турбовинтового двигателя достигаетсят в диапазоне высот от 25,000 ног до tropopause. [Рисунок 6-24]

Рисунок 6-24. Турбовинтовой двигатель.

A turboprop engine is a turbine engine that drives a propeller through a reduction gear. The exhaust gases drive a power turbine connected by a shaft that drives the reduction gear assembly. Reduction gearing is necessary in turboprop engines because optimum propeller performance is achieved at much slower speeds than the engine’s operating rpm. Turboprop engines are a compromise between turbojet engines and reciprocating powerplants. Turboprop engines are most efficient at speeds between 250 and 400 mph and altitudes between 18,000 and 30,000 feet. They also perform well at the slow airspeeds required for takeoff and landing, and are fuel efficient. The minimum specific fuel consumption of the turboprop engine is normally available in the altitude range of 25,000 feet to the tropopause. [Figure 6-24]

Figure 6-24. Turboprop engine.

Турбовентиляторный двигатель

Turbofan

Турбовентиляторные двигатели сочетают в себе положительные качества турбореактивного и турбовинтового двигателя. Турбовентиляторные двигатели создают дополнительную тягу за счет вторичного потока воздуха, который проходит по второму контуру вокруг камеры сгорания. Вторичный поток производит дополнительную тягу, охлаждает двигатель и помогает в подавлении шума выхлопа. Это обеспечивает крейсерские скорости полета, аналогичные турбореактивному типу двигателя, и при этом обеспечивает низкий расход топлива.

Входной воздух, который проходит через двигатель, обычно делится на два отдельных потока воздуха. Один поток проходит через внутренний контур, а второй поток проходит через внешний контур. Именно этот обходной поток воздуха ответственен за термин, "степень двухконтурности". Степень двухконтурности – это отношение объема воздуха, прошедшего через вентилятор двигателя к объему воздуха прошедшего через внутренний контур. [Рисунок 6-25]

Рисунок 6-24. Турбовентиляторный двигатель.

Turbofans were developed to combine some of the best features of the turbojet and the turboprop. Turbofan engines are designed to create additional thrust by diverting a secondary airflow around the combustion chamber. The turbofan bypass air generates increased thrust, cools the engine, and aids in exhaust noise suppression. This provides turbojet-type cruise speed and lower fuel consumption.

The inlet air that passes through a turbofan engine is usually divided into two separate streams of air. One stream passes through the engine core, while a second stream bypasses the engine core. It is this bypass stream of air that is responsible for the term “bypass engine.” A turbofan’s bypass ratio refers to the ratio of the mass airflow that passes through the fan divided by the mass airflow that passes through the engine core. [Figure 6-25]

Figure 6-25. Turbofan engine.

Турбовальный двигатель (ТВаД)

Turboshaft

Четвертый основной тип реактивного двигателя – турбовальный. [Рисунок 6-26], В этом типе даигателя вся мощность через вал передается потребителю (не винту). Самое большое различие между турбореактивным и турбовальным двигателем – на турбовальном двигателе, большая часть энергии, произведенной расширяющимися газами, используется, чтобы вращать турбину, а не производить тягу. Большинство вертолетов используют турбовальный газотурбинный двигатель. Кроме того, турбовальные двигатели широко используются в генераторах вспомогательных источников питания на больших самолетах.

Рисунок 6-26. Туровальный двигатель.

The fourth common type of jet engine is the turboshaft. [Figure 6-26] It delivers power to a shaft that drives something other than a propeller. The biggest difference between a turbojet and turboshaft engine is that on a turboshaft engine, most of the energy produced by the expanding gases is used to drive a turbine rather than produce thrust. Many helicopters use a turboshaft gas turbine engine. In addition, turboshaft engines are widely used as auxiliary power units on large aircraft.

Figure 6-26. Turboshaft engine.


Система Orphus