1. Призначення і тип двигуна, принципова схема
Рисунок 1.1 - Схема ТРД
Турбореактивні двигуни (ТРД) застосовуються для встановлення на літаки, що використовуються на до-, транс-, та надзвукових швидкостях до 3 Маха. Двигун складається з вхідного пристрою (1), компресора (2), камери згоряння (3), в яку вприскується паливо через форсунки (7) для утворення паливно-повітряної суміші (4). Потім ця суміш попадає до турбіни (5) і частково спрацьовується на ній, турбіна кінематично з’єднана з компресором і через коробку приводів з вузлами й агрегатами. І, врешті, відбувається розгін потоку, спад його тиску і температури в реактивному соплі (6).
Принцип роботи турбореактивного двигуна складається в наступному. Під час польоту повітряний потік, що набігає на двигун, проходить крізь вхідний пристрій до компресора. У вхідному пристрої відбувається попередній стиск повітря й часткове перетворення кінетичної енергії повітряного потоку, який рухається, у потенційну енергію тиску. Більш значному стиску повітря піддається у компресорі. В турбореактивних двигунах з осьовим компресором під час швидкого обертання ротора лопатки компресора, подібно до лопатей вентилятора, женуть повітря вбік камери згоряння. У встановлених за робочими колесами кожної ступені компресора спрямовуючих апаратах через диффузорну форму міжлопаткових каналів відбувається перетворення надбаної у колесі кінетичної енергії потоку у потенційну енергію тиску.
В двигунах з відцентровим компресором стиск повітря відбувається за рахунок впливу відцентрової сили. Повітря, поступаючи до компресора, підхоплюється лопатками крильчатки, яка швидко обертається, та під дією відцентрової сили відкидається від центру до окружності колеса компресора. Чим швидше обертається крильчатка, тим більший тиск створює компресор.
Завдяки компресору ТРД можуть створювати тягу, працюючи на місці.
Повітря, стиснене у вхідному пристрої та компресорі, далі поступає до камери згоряння, де ділиться на два потоки. Одна частина повітря (первинне повітря), яка складає приблизно 25-35% від загальної витрати повітря, прямує безпосередньо до жарової труби, де відбувається основний процес згоряння. Інша частина повітря (вторинне повітря) обтікає зовнішні порожнини камери згоряння, охолоджуючи останню, й на виході з камери змішується з продуктами згоряння, зменшуючи температуру газоповітряного потоку до значення, яке визначається жароміцністю лопаток турбіни. Незначна части вторинного повітря через бічні отвори жарової труби проникає до зони горіння.
Таким чином, в камері згоряння відбувається створення паливно-повітрянної суміші шляхом розпилу палива через форсунки й змішування його з первинним повітрям, горіння суміші та змішування продуктів згоряння зі вторинним повітрям. Під час запуску двигуна запалення суміші здійснюється спеціальним запальним пристроєм, а у подальшій роботі паливно-повітряна суміш підпалюється вже існуючим факелом полум’я.
Утворений у камері згоряння газовий потік, що має високу температуру та тиск, прямує до турбіни через сопловий апарат, який поступово звужується. У каналах соплового апарату швидкість газу різко зростає до приблизно 450-500 м/с й відбувається часткове перетворення теплової (потенційної) енергії у кінетичну. Гази з соплового апарату попадають на лопатки турбіни, де кінетична енергія газу перетворюється на механічну роботу обертання турбіни. Лопатки турбіни, обертаючись разом с дисками, обертають вал двигуна й тим самим забезпечується робота компресора.
У робочих лопатках турбіни може відбуватися або лише процес перетворення кінетичної енергії газу у механічну роботу обертання турбіни, або ще й подальше розширення газу зі зростанням його швидкості. У першому випадку газова турбіна називається активною, у другому – реактивною. У другому випадку лопатки турбіни, окрім активного впливу набігаючого газового струменя, зазнають також реактивного впливу за рахунок прискорення газового потоку.
Кінцеве розширення газу відбувається у вхідному пристрої двигуна (реактивному соплі). У ньому тиск газового потоку зменшується, а швидкість зростає до 660-650 м/с (у земних умовах).
Таким чином, потенційна енергія продуктів згоряння у двигуні перетворюється у кінетичну в процесі розширення (у турбіні та вихідному соплі). Частина кінетичної енергії при цьому йде на обертання турбіни, яка в свою чергу обертає компресор, інша частина – на прискорення газового потоку (на створення реактивної тяги).
Схема ТРД представлена на рисунку 1.1.