Конструкция газовоздушного тракта (канала)
При прохождении воздуха через двигатель с ним происходят различные изменения в зависимости от требований к скорости и давлению. Например, на этапе сжатия воздух должен сжиматься без какого-либо значительного увеличения его скорости.
Другим примером является выхлопное сопло, где давление газа падает до атмосферного со значительным увеличением его скорости.
Эти изменения давления и скорости достигаются с помощью каналов различной формы, через которые должен пройти воздух перед попаданием в двигатель. Конструкция таких каналов чрезвычайно важна, т.к. эффективность преобразования скорости (кинетической энергии) в давление (потенциальную энергию) и обратно имеет непосредственное влияние на эффективность работы двигателя. На рис. 1.5. приведены два примера использования внутри двигателя каналов различной формы.
Рис. 1.5. Применение расширяющегося и сужающегося каналов для управления прохождением воздушного потока в двигателе (Основано на оригинальной диаграмме фирмы Rolls-Royce)
На верхнем примере видно, что при использовании расширяющегося канала увеличивается давление воздуха после того как он покидает последнюю ступень компрессора и до того, как поступает в камеру сгорания. Этот воздух, иногда называемый «воздух на выходе компрессора», обладает самым высоким давлением во всем двигателе (см. рис. 1.4). Преимущество этого канала двойственное: первое –повышение давления без затрат энергии на привод компрессора, второе – понижение скорости, что облегчает задачу камеры сгорания.
На нижнем примере на рис. 1.5 показано применение сужающегося канала для ускорения газа при прохождении через канал между лопатками соплового аппарата на пути к рабочим лопаткам турбины.
Крутящий момент, прикладываемый к лопаткам турбины, кроме прочего, зависит от скорости газового потока в ней. Поэтому, чем быстрее мы можем разогнать поток в турбине, тем больший крутящий момент можем ей сообщить.
Логично предположить, если мы преобразуем часть значительной энергии давления газового потока в кинетическую энергию, будет более эффективно передавать его на турбину и ее вал.
Газо-воздушный поток в одноконтурном трд
На рис. 1.6. показан ТРД с однокаскадным осевым компрессором.
Способ соединения турбины и компрессора единым валом называется каскад. Такой тип соединения долгое время считался самым полезным, где требовался двигатель с небольшой лобовой площадью, например, для боевых самолетов, когда самым важным критерием была высокая поступательная скорость.
Однако существовали проблемы с управлением равномерностью потока воздуха в двигателе в большом диапазоне скоростей вращения ротора.
Поток проходит по классическому маршруту: из компрессора воздух направляется в камеры сгорания, как и у ТВД, где аналогично добавляется топливо для требуемого увеличения объема.
Рис. 1.6. ТРД с однокаскадным осевым компрессором
Энергия, требуемая для привода компрессора, извлекается из газов при прохождении через турбину, остаток энергии в виде тяги извлекается при выбросе газов в атмосферу через реактивное сопло.