Авиационные газотурбинные двигатели

В авиационном двигателестроении мощные газотурбинные двигатели стали преобладающим типом двигателей. Две основные группы ГТД нашли преимущественное применение на самолетах – это турбореактивные и турбовинтовые. У первых тяга является следствием реакции вытекающих из выхлопного сопла газов, у вторых-создается винтом, либо винтом и частично реакцией выхлопа. В свою очередь ТРД делят на одно- и двухконтурные. Последние являются преобладающими в современной гражданской авиации.

Воздушный транспорт-крупный потребитель светлых нефтепродуктов, особенно авиационного керосина, причем в перспективе объемы их расходования будут расти и превышать спрос на нефтепродукты даже для железнодорожного транспорта. Поэтому роль экономии топлива за счет совершенствования ГТД имеет особо важное значение. Рассмотрим имеющиеся в этом направлении возможности на основе опубликованных зарубежных материалов.

Теоретические основы повышения топливной экономичности ГТД. Рассмотрим основные параметры двигателей и факторы, определяющие их топливную экономичность, которые вытекают из теории рабочих процессов. В общем случае рабочий процесс ГТД включает три последовательно протекающие стадии: сжатие воздуха, сгорание топлива при постоянном давлении и расширение смеси продуктов сгорания с нагретым воздухом в газовой турбине и выхлопном сопле. В одноконтурном ТРД весь засасываемый из атмосферы воздух проходит через компрессор, камеру сгорания и газовую турбину; в двухконтурном он разделяется на два потока и следует по двум каналам или контурам. В первом контуре воздух предварительно сжимается вентилятором, затем компрессором и поступает в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Образовавшаяся смесь продуктов сгорания и подогретого воздуха расширяется в турбине, вращающей компрессор и вентилятор. Ро втором контуре воздух сжимается с помощью одно-или многоступенчатого вентилятора. Смешение обоих потоков происходит перед выхлопным соплом и частично в сопле. Таким образом, тяга двигателя создается силой реакции газового потока в первом контуре и воздушного-во втором. В соответствии с этим важнейшей характеристикой ДТРД является отношение расхода воздуха через второй контур к расходу воздуха через первый контур, называемое степенью двухконтурности. Из теории рабочих процессов ГТД следует, что удельный расход топлива снижается с повышением степени двухконтурности (до определенных пределов), температуры газов перед турбиной, давления в компрессоре, к. п. д. вентилятора, компрессора и газовой турбины, а также с уменьшением молярной массы истекающих газов. ТВД обычно характеризуется мощностью, тягой и удельным расходом топлива. Таким образом, удельный расход топлива пропорционален к. п.д. винта, который у существующих самолетов резко снижается на скоростях полета 800-900 км/ч. Как и в ДТРД, в ТВД с увеличением степени повышения давления в компрессоре и температуры газов перед турбиной удельный расход топлива снижается.

На рис. 13 приведены зависимости коэффициентов тяги (пропорциональных к. п. д. двигателей) от числа М (отношение скорости полета к скорости звука в воздухе). Результаты исследований получены в аэродинамической трубе. Как видно, ТВД наиболее экономичны при М = 0,5 4-0,6 (610-630 км/ч), ДТРД-при М = 0,9 4-0,95 (970-1100 км/ч). В случае использования «усовершенствованного ТВД с винтом-вентилятором область наивыгоднейших чисел М расширяется до 0,8-0,85.

Деловая авиация AVIAV TM