ТРДД(Ф)*
*Турбореактивные двигатели двухконтурные (форсажные)
Ну, как и обещал, сегодня расскажу вам про двухконтурный реактивный двигатель. Это, пожалуй, самый распространенный тип ВРД в современной авиации. Он устанавливается на подавляющее большинство пассажирских самолетов, широко используются в грузовой и высокоманевренной авиации. Его главная особенность, как понятно из названия, двухконтурность. Она позволяет снизить расход топлива, сократить удельную массу двигателя, дает возможность форсировать его и позволяет играться с эффективностью, путем увеличения этой самой двухконтурности.
Двигатель с высокой степенью двухконтурности
У таких ГТД присутствует внешний и внутренний контуры. Внутренний контур это все то, что вырабатывает энергию для подъема ЛА в воздух, то есть КВД (компрессор высокого давления), ТВД (турбина высокого давления) и камера сгорания (КС); внешний же, независимый контур, воздух для которого отбирается от вентилятора (упрощенный принцип работы я описывал здесь), нужен преимущественно для снижения расхода топлива и шума, а также для увеличения тяги
Общий принцип работы в принципе понятен. Воздух изначально входит в двигатель через вентилятор, далее разделяется и попадает в КНД и во внешний контур (см. картинку). Во внешнем контуре (холодном) он никак дополнительно не сжимается и выходит в общую форсажную камеру (ФК), если она есть. А во внутреннем, после КНД, поток начинает сжиматься, как я описывал раньше, и уже горячий воздух также выбрасывается в общую ФК
Схема двигателя
Какая же магия происходит после КНД? Общий принцип уже ясен — воздух сжимается и нагревается, увеличивая свою тепловую энергию. Часть энергии сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу, которая используется для вращения компрессора и привода вспомогательных агрегатов, а другая часть идет уже на полезную работу, которую совершает двигатель. Полезная работа — это тяга, она может быть создана вентилятором (если степень двухконтурности достаточно велика) и избыточным давлением. Последнее же и создается как раз после КНД. Согласно обощенному уравнению Бернулли, подведенная к газу внешняя работа расходуется на его сжатие, изменение кинетической энергии и преодоление сил трения. Внешняя работа — это сжигание топлива в КС. Также поперечное сечение уменьшается от КНД до КС, а тяга — это давление, умноженное на площадь сечения. В следствии этого повышается давление и кинетическая энергия. Все это раскручивает ТВД (которая сидит на одном валу с КВД), а за ним и ТНД (которая сидит на одном валу с КНД).
Поток не идет в обратную сторону, так как компрессор создает повышенное давление перед КС, горячий газ, нагретый там вытекает в турбину, раскручивая ее, а она в свою очередь раскручивает компрессор, такой самоподдерживающийся процесс получается, пока в КС поступает топливо.
Итого — тяга создается вентилятором и высоким давлением (реактивной струей). Давление создается повышенной температурой в КС. Все это толкает самолет вперед.
А для чего нужен тогда второй контур? Зачем нужно было с ним заморачиваться, если все в итоге смешается? Это до банального просто. Оказалось, что во время полета эффективнее и экономичнее отталкиваться от воздуха вентилятором, нежели реактивной струей (на скорости ниже скорости звука). Также в ФК этот воздух смешивается с воздухом из внутреннего контура, что увеличивает объем отбрасываемых газов, а это в свою очередь еще сильнее увеличивает тягу и делает двигатель еще более эффективным. Как-то так
Трехконтурный ГТД
Сейчас двигателисты играются со степенью двухконтурности, есть агрегаты с изменяемой степенью двухконтурности, что позволяет максимально эффективно использовать двигатель на разных режимах полета. Даже поговаривают о трехконтурных двигателях, но дальше расчетов и чертежей разговоры пока не зашли. Как-то так. Дальше расскажу о ТВД и военных