5.0 Введение

В этой теме рассмотрена классификация некоторых реактивных двигателей, приведены рисунки и схемы, начиная с относительно простых двигателей и заканчивая большими двигателями для одного из самых современных самолётов Boeing 777. Представлены два типа двигателей. Первый - двигатель многовальный с роторами низкого и высокого давлений. Второй – двигатель двухконтурный, в котором некоторая часть воздуха, сжатого вентилятором, обходит камеру сгорания и турбину.

Любое рассмотрение реальных двигателей должно предусматривать ограничения температуры на турбине. Тема заканчивается обсуждением технологии охлаждения и концепции эффективности охлаждения.

5.1 Турбореактивный и двухконтурный

На рисунке 5.1 показан вид двигателя Rolls-Royce «Viper». Это типичный вид самого простого турбореактивного двигателя с осевым компрессором, соединенным с осевой турбиной на одном и том же валу (компрессор на одном конце и турбина на другом, объединяется понятием ротор), появившийся 40 лет назад. Даже для этого очень простого двигателя, который был первоначально разработан, как источник мощности и энергии для беспилотных ракет, схема довольно сложна. Упрощённые схемы поэтому более удовлетворительны, и на них будут представлены наиболее распространённые типы двигателей. На рисунке 5.1 показана схема двигателя «Viper» в упрощённом виде.

Современные двигатели имеют два или три ротора, так что процессы повышения давления и расширения происходят в разных частях. Турбореактивный двигатель с двумя валами, типа Rolls-Royse «Olympus 593», показанный на рисунке 5.2, при полёте на скоростях превышающих скорость звука, обладает наиболее подходящей схемой. Четыре таких двигателя используются на самолёте Concorde и позволяют ему совершать полёт со скоростью в два раза превышающую скорость звука. Компрессор и турбина низкого давления, располагающиеся на одном валу, составляют ротор НД. Вал НД пропускается через вал ВД, на котором стоят компрессор и турбина ВД. Процесс повышения давления разбит между двумя роторами с целью придания ему большей работоспособности на разных скоростях эксплуатации и при запуске двигателя.

Рисунок 5.1. Одновальный турбореактивный двигатель Rolls-Royce «Viper 601» в упрощённом виде.

Рисунок 5.2. Двигатель Rolls-Royce «Olympus 593» в упрощённом виде.

Представленная на рисунке 5.2 двухроторная схема не решает проблему, с которой мы столкнулись в упражнении 4.4: реактивная скорость струи слишком высока, чтобы обеспечить хорошую продвигающую эффективность, но скорость полёта довольно высока. Способ повышения продвигающей эффективности на дозвуковых скоростях полёта состоит в переходе на схему двухконтурного двигателя. На рисунке 5.3 изображён первый двухконтурный двигатель компании Pratt & Whitney «JT8D-1», который был изготовлен большой партией для самолётов Boeing 727 и 737. В этих двигателях часть воздуха, сжатого компрессором НД, проходит вокруг внешней стороны двигателя, не попадая в камеру сгорания, то есть обходит вокруг газогенератора. Первые двухконтурные двигатели обычно имели степень двухконтурности (отношение массового потока воздуха, обходящего вокруг газогенератора, к массе воздуха, проходящей через газогенератор) составляющую 0.3 - 1.5. Такие двигатели широко применялись как в гражданской, так и в военной авиациях.

Рисунок 5.3. Двигатель Pratt и Whitney «JT8D-1» в упрощённом виде.