2.5. Турбореактивный двигатель с форсажной камерой
Простейший ТРДФ отличается от обычного ТРД тем, что его выходное устройство имеет форму сопла Лаваля (сверхзвукового), а между турбиной 4 и выходным устройством 5 (см. рис. 52) устанавливается форсажная камера. Она обеспечивает дополнительный подвод к РТ керосина с целью восстановления температуры РТ, прошедшего через турбину, до уровня температуры в камере сгорания.
Фактически форсажная камера представляет собой добавочную камеру сгорания. Она включается только на форсированных режимах полета, например, при резких маневрах ВС или для достижения сверхзвуковой скорости полета, причем работа форсажной камеры ограничена по времени.
ТРДФ устанавливают на высокоскоростных ЛА, что обусловливает использование в качестве выходных устройств ТРДФ сопел Лаваля.
2.6. Турбореактивный двухконтурный двигатель
Основным типом двигателя, используемым в современной гражданской авиации, является ТРДД (рис. 53). Такие АД характеризуются высокой экономичностью и имеют два контура: внутренний (или первый), аналогичный по устройству обычному ТРД, и внешний (или второй), установка которого повышает экономичность двигателя.
Рис. 53. Принципиальная схема простейшего двухвального ТРДД (опоры валов условно не показаны); GвI – расход воздуха через внутренний контур; GвII – через внешний
Входное устройство 1 обеспечивает забор и предварительное сжатие воздуха. Вентилятор 2 предназначен для подачи воздуха частично в первый, а, в основном, во второй контур двигателя. Высоконапорный компрессор 3 повышает давление воздуха только во внутреннем контуре ТРДД.
Турбина ТРДД представляет собой фактически комбинацию двух турбин, высоконапорной 5 и низконапорной 6, каждая из которых раскручивает соответствующий компрессор.
Прохождение большей части воздуха через внешний контур ТРДД позволяет обеспечивать большую тягу, чем при использовании обычного ТРД, при одинаковом расходе керосина (тяга пропорциональна массовому расходу воздуха).
В отличие от других типов авиационных реактивных АД, ТРДД имеет дополнительную характеристику – степень двухконтурности m. Она определяется соотношением
m = GвII/GвI,
а ее значение для современных ТРДД достигает 8 и более.
В настоящее время конструкция ТРДД модифицируется. Корпус второго контура стремятся изготавливать коротким, но со значительно большим диаметром, чем у первого, что позволяет увеличивать GвII и добиваться возрастания тяги без дополнительного расхода керосина.
Уже созданы АД, в конструкции которых исключен корпус второго контура, а вентилятор преобразован в тяговый винт, имеющий большой диаметр и многочисленные лопасти особого саблевидного профиля. Такие АД в принципе можно считать двухконтурными с m → ∞. Их называют винто-вентиляторными (ВВД). Они представляют собой комбинацию ТРД (I контур) и ТВД (II контур) и очень экономичны в эксплуатации.
2.7. Турбовальный двигатель
На современных вертолетах в качестве силовых установок используют турбовальные АД (ТВАД). ТВАД является разновидностью обычного ТВД. Разница между ТВАД (рис. 54) и ТВД состоит в том, что в ТВАД турбины компрессора и винта не связанны механически, а имеют только газодинамическую связь.
Рис. 54. Принципиальная схема простейшего ТВАД (опоры условно не показаны)