Авиационные двигатели все схема

авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель

Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель содержит вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления, смеситель и общие для обоих контуров форсажную камеру и сопло. За первой ступенью компрессора высокого давления, обеспечивающей на взлетном режиме степень повышения полного давления не более Iст * =1,4 1,5, выполнен постоянно открытый кольцевой канал со спрямляющей решеткой, через который на всех режимах работы двигателя осуществляется перепуск части воздуха из-за ступени в спутный поток воздуха наружного контура за вентилятором. Изобретение повышает степень двухконтурности двигателя и повышает его экономичность на бесфорсажных режимах работы. 3 ил.

Формула изобретения

Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления, смеситель и общие для обоих контуров форсажную камеру и сопло, отличающийся тем, что за первой ступенью компрессора высокого давления, обеспечивающей на взлетном режиме степень повышения полного давления не более Iст *=1,4 1,5, выполнен постоянно открытый кольцевой канал со спрямляющей решеткой, через который на всех режимах работы двигателя осуществляется перепуск части воздуха из-за ступени в спутный поток воздуха наружного контура за вентилятором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к разработке и созданию, в первую очередь, авиационных двухконтурных турбореактивных двигателей со смешением потоков воздуха наружного контура и газов за турбинами и общими форсажной камерой и соплом (ТРДДФ), может быть применено также при разработке двухконтурных бесфорсажных авиадвигателей (ТРДД), в том числе и двигателей с раздельными контурами.

Для сверхзвуковых маневренных самолетов создан ряд ТРДДФ четвертого и пятого поколений в России (РД-33, АЛ-31Ф) и за рубежом (EJ-200, семейство двигателей М.88, F404, F414, F125). Все эти двигатели выполнены по одинаковой схеме, ставшей традиционной, включающей компрессор низкого давления (вентилятор), компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления, смеситель потоков воздуха наружного контура и газов внутреннего контура, общую для обоих контуров форсажную камеру и сверхзвуковое сопло.

Совершенствование параметров и характеристик двигателей этого класса идет, в первую очередь, в направлении повышения их удельной тяги, которая, при сравнении двигателей, оценивается на взлетном форсажном режиме -R удф =R фвзл /G в , где R фвзл и G в , соответственно, тяга и расход воздуха на входе в двигатель на этом режиме. Удельная тяга двигателя при требуемой величине R фвзл прямо влияет на его размерность и массу.

Двигатели 70-х-80-х годов имели R удф , несколько превышающую 1100 Н·с/кг, а двигатель F414-GE-400, начало разработки которого относится к 90-м годам, имеет R удф >1350 Н·с/кг (Сведения по перечисленным зарубежным двигателям представлены в справочнике ЦИАМ «Иностранные авиационные двигатели», выпуск 14, под редакцией В.А.Скибина и В.И.Солонина. Москва, изд. Дом «Авиамир», 2005 г.).

Удельная тяга двигателя, прямо пропорциональная скорости истечения газов из сопла, при достигнутых предельных уровнях температур газов перед соплом на форсажном режиме, становится зависимой только от величины перепада давления газов в сопле. На взлетном режиме, при близких между собой (с разницей не более 3%) полных давлениях воздуха и газа в контурах на выходе из смесителя, величина перепада давления газов в сопле практически прямо определяется величиной полного давления воздуха в наружном контуре, т.е. для всех применяемых ТРДДФ традиционной схемы величина перепада давления газов в сопле зависит от степени повышения давления воздуха в вентиляторе в * .

Поэтому повышение удельных тяг двигателей от R удф 1100 Н·с/кг до R удф 1350 Н·с/кг сопровождалось соответствующим увеличением в *. На двигателе F414-GE-400 с R удф 1350 Н·с/кг установлен и самый высоконапорный вентилятор, обеспечивающий в * =5.0.

Однако повышение в * приводит к необходимости понижать степень двухконтурности двигателя на взлетном режиме (m о ) для обеспечения приемлемого соотношения полных давлений в контурах на выходе из смесителя где — полные давления газа и воздуха, соответственно, контурах на выходе из смесителя.

На двигателе F414-GE-400 m о =0,29.

Дальнейшее снижение двухконтурности двигателя приближает двухконтурный двигатель к одноконтурному с соответствующим ухудшением его характеристик по удельному расходу топлива на бесфорсажных крейсерских режимах работы.

Кроме того, увеличение в * повышает нагруженность турбины низкого давления, что может привести к увеличению ступеней турбины низкого давления.

Например, в планах дальнейшего развития двигателя F414-GE-400, наряду с другими мероприятиями по улучшению параметров двигателя, предусматривается увеличить в * на 10% и заменить одноступенчатую турбину низкого давления на двухступенчатую.

Традиционная принципиальная схема двигателя, являющаяся базовой для двигателей РД-33, АЛ-31Ф, EJ-200 и двигателей семейств М.88, F404, F414 и F125 принята в качестве прототипа.

Данным изобретением решается задача расширения арсенала средств, обеспечивающих повышение удельной тяги ТРДДФ; технический результат заключается в реализации этого назначения.

— Ограничительные: авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления, смеситель и общие для обоих контуров форсажную камеру и сопло.

— Отличительные: за первой ступенью компрессора высокого давления, обеспечивающей на взлетном режиме степень повышения давления не более Iст * =1,4 1,5, выполнен кольцевой канал со спрямляющей решеткой, через который на всех режимах работы двигателя осуществляется постоянный перепуск части воздуха из-за ступени в спутный поток воздуха наружного контура за вентилятором.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется представленными чертежами:

На фиг.1 представлена принципиальная схема двухконтурного турбореактивного двигателя с каналом перепуска части воздуха из-за первой ступени компрессора высокого давления в поток воздуха наружного контура за вентилятором.

На фиг.2 представлена схема канала перепуска части воздуха из-за первой ступени компрессора в наружный контур в большем масштабе, чем на фиг.1.

На фиг.3 представлена цилиндрическая развертка спрямляющей решетки в канале перепуска воздуха.

Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель содержит вентилятор 1, компрессор высокого давления 2, камеру сгорания 3, турбину высокого давления 4, турбину низкого давления 5, смеситель 6, форсажную камеру 7 и сверхзвуковое сопло 8.

За первой ступенью 9 компрессора высокого давления 2, обеспечивающей на взлетном режиме степень повышения давления не более Iст * =1,4 1,5, выполнен постоянно открытый кольцевой канал 10 со спрямляющей решеткой 11, через который осуществляется перепуск части воздуха из-за первой ступени 9 компрессора высокого давления 2 в канал наружного контура 12 за вентилятором 1.

Ограничение степени повышения давления первой ступени 9 компрессора высокого давления 2 не более Iст * =1,4 1,5 вводится для исключения местных зон течения со звуковой скоростью на выходе воздуха из канала перепуска воздуха 10 за ступенью в канал наружного контура 12 за вентилятором 1. Спрямляющая решетка 11 в канале перепуска 10 обеспечивает осевое направление входа перепускаемого воздуха в канал наружного контура 12.

Поступление части воздуха из-за первой ступени 9 компрессора 2 с более высоким полным давлением, чем полное давление в потоке за вентилятором 1, обеспечивает повышение общего полного давления в потоке воздуха наружного контура перед смесителем 6 и далее, соответственно, общего полного давления газов на входе в форсажную камеру 7 и перед соплом 8, что увеличивает перепад давления газа в сопле и скорость истечения газа из сопла, повышая удельную тягу двигателя.

С поступлением в наружный контур 12 дополнительного воздуха из канала перепуска 10 увеличивается общая степень двухконтурности двигателя и повышается его экономичность на бесфорсажных режимах работы.

Авиационные электродвигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в электромеханизмах благодаря хорошим эксплуатационным и регулировочным характеристикам. В зависимости от вида возбуж­дения они подразделяются на двигатели с независимым возбужде­нием и двигатели с самовозбуждением.

Электродвигатели с независимым возбуждением (рис. 2, а) широко применяются в электромеханизмах автоматического при­вода. Они управляют приводом изменением величины и направле­ния электрических сигналов, поступающих из систем управления или следящих систем в обмотки возбуждения.

Электродвигатели с самовозбуждением (рис.2, б, в, г) в за­висимости от схемы подключения обмотки возбуждения к якорю подразделяются на двигатели с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Рис. Схемы электродвигателей постоянного тока:

а) — с независимым возбуждением; б — с параллельным возбуждением;

в) –с последовательным возбуждением; г — со смешанным возбуждением.

Характер режима работы привода определяет тип применяе­мого двигателя. Для выбора двигателей используются их рабочие характеристики, которые выражают зависимости тока Iя в якоре, его частоты вращения со и развиваемого момента М от мощности Р на валу при неизменном напряжении питания.

Рис. Рабочие характеристики электродвигателей постоянного тока:

а — с параллельным возбуждением; б — с последовательным возбуждением

У двигателей параллельного возбуждения частота вращения вала с увеличением нагрузки изменяется незначительно (рис. 3, а). Так, при увеличении нагрузки до максимального значения падение частоты вращения составляет примерно 3 . 8% от ее значения в режиме холостого хода.

У двигателей последовательного воз­буждения при изменении нагрузки частота вращения вала изме­няется в широком диапазоне, а при небольших нагрузках рост этой частоты настолько велик, что создается опасность выхода двигателя в «разнос» (рис. 3, б).

Такие двигатели применяются там, где требуется большой пусковой момент, где постоянство скорости вращения не играет существенного значения, а испол­нительные механизмы сцеплены с электромеханизмами, чем пре­дотвращается переход двигателя в режим «разноса».

Электродвигатели смешанного возбуждения применяются в тех случаях, когда необходимо получить одновременно свойства двигателей как параллельного, так и последовательного возбуж­дения (преобразователи, стартеры и т. д.).

Авиационные электродвигатели переменного тока

Эти двигатели конструктивно проще двигателей постоянного тока, более надежны в работе, но обладают несколько худшими пусковыми и регулировочными характеристиками.

В авиационных электроприводах наибольшее распространение получили трехфазные и двухфазные асинхронные электродвига­тели переменного тока. Гистерезисные и шаговые, или импульс­ные, двигатели имеют ограниченное применение в следящих системах, индикаторных и коммутационных устройствах.

Трехфазные асинхронные двигатели.

Магнитная система дви­гателя (рис. 4) состоит из неподвижного статора 4 и ротора 1.

В пазах статора смонтирована трехфазная обмотка 3. При подключении ее к источнику трехфазного переменного тока возникает вращающееся магнитное поле Ф, частота ω1 которого пропорциональна частоте f тока и количеству пар полюсов 2р:

В пазах ротора размещены медные стержни 2, замыкающиеся кольцами на торцовые части ротора и образующие так называемую «беличью клетку». Вращающийся магнитный поток Ф, пересекая проводники ротора, наводит в них ЭДС, под действием которой в проводниках ротора протекают токи. При их взаимодействии с магнитным потоком статора возникает вращающий момент, под действием которого ротор вращается с частотой ω. Так как вра­щающийся момент обусловлен пересечением проводников ротора магнитным потоком статора, частота ω ротора меньше частоты ω₁, магнитного поля статора. Их отличие оценивается величиной скольжения

S=

Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 1450 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Турбовинтовой двигатель принцип работы

Двигатель турбовинтовой: устройство, схема, принцип работы

Двигатель турбовинтовой принадлежит к классу газотурбинных, которые разрабатывались как универсальные преобразователи энергии и стали широко использоваться в авиации. Они состоят из тепловой машины, где расширенные газы вращают турбину и образуют крутящий момент, а к ее валу прикрепляют другие агрегаты. Двигатель турбовинтовой снабжается воздушным винтом.

Он представляет собой нечто среднее между поршневыми и турбореактивными агрегатами.

Сначала в самолеты устанавливали поршневые двигатели, состоящие из цилиндров в форме звезды с расположенным внутри валом. Но из-за того, что они имели слишком большие габариты и вес, а также низкую возможность скорости, их перестали использовать, отдав предпочтение появившимся турбореактивным установкам. Но и эти двигатели не были лишены недостатков. Они могли развивать сверхзвуковую скорость, но потребляли очень много топлива. Поэтому их эксплуатация обходилась слишком дорого для пассажирских перевозок.

Двигатель турбовинтовой должен был справиться с подобным недостатком. И эта задача была решена. Конструкция и принцип работы были взяты из механизма турбореактивного мотора, а от поршневого — воздушные винты. Таким образом, стало возможным совмещение небольших габаритов, экономичности и высокого коэффициента полезного действия.

Устройство турбовинтового двигателя и принцип его работы

• редуктор;
• воздушный винт;
• камера сгорания;
• компрессор;
• сопло.

Схема турбовинтового двигателя выглядит следующим образом: после нагнетания и сжатия компрессором воздух попадает в камеру сгорания. Туда же впрыскивается топливо. Полученная смесь воспламеняется и создает газы, которые при расширении поступают в турбину и вращают ее, а она, в свою очередь, вращает компрессор и винт. Нерастраченная энергия выходит через сопло, создавая реактивную тягу. Так как величина ее не является существенной (всего десять процентов), не считается турбореактивным турбовинтовой двигатель.

Рабочий вал

Бывают двигатели с одним или двумя валами. В одновальном варианте на одном валу находятся и компрессор, и турбина, и винт. В двухвальном — на одном из них установлены турбина и компрессор, а на другом — винт через редуктор. Здесь же имеются две турбины, связанные друг с другом газодинамическим способом. Одна из них предназначена для винта, а другая — для компрессора. Такой вариант наиболее распространен, так как энергия может применяться без запуска винтов. А это особенно удобно, когда самолет находится на земле.

Компрессор

Эта деталь состоит из двух-шести ступеней, позволяющих воспринимать существенные перепады температуры и давления, а также снижать обороты. Благодаря такой конструкции получается понизить вес и габариты, что является очень важным для авиационных двигателей. В компрессор входят рабочие колеса и направляющий аппарат. На последнем может быть предусмотрена или не предусмотрена регуляция.

Воздушный винт

Благодаря этой детали образуется тяга, но скорость является ограниченной. Лучшим показателем считается уровень от 750 до 1500 оборотов в минуту, так как при увеличении коэффициент полезного действия начнет падать, и винт вместо разгона будет превращаться в тормоз. Явление называется «эффектом запирания». Оно вызвано лопастями винта, которые на высоких оборотах при вращении, превышающей скорость звука, начинают функционировать некорректно. Тот же самый эффект будет наблюдаться при увеличении их диаметра.

Турбина

Турбина способна развить скорость до двадцати тысяч оборотов в минуту, но винт не сможет ей соответствовать, поэтому здесь имеется понижающий редуктор, сокращающий скорость и увеличивающий крутящий момент.

Редукторы могут быть разными, но главная их задача вне зависимости от вида — снижать скорость и повышать момент.

Именно эта характеристика ограничивает использование турбовинтового двигателя в военных самолетах.

Преимущества и недостатки

• малый вес по сравнению с поршневыми агрегатами;
• экономичность по сравнению с турбореактивными моторами (благодаря воздушному винту коэффициент полезного действия достигает восьмидесяти шести процентов).

— скоростной предел — 750км/ч, что мало для современной авиации;

— высокий шум, превышающий допустимые значения Международной организации гражданской авиации.

Сфера использования

Турбовинтовые двигатели используются в тех случаях, когда скорости полета самолета относительно невелики. На большом количестве современных транспортных самолетов применяются именно ТВД. Их преимущество прежде всего в экономичности.

Для турбовинтовых двигателей сила тяги состоит из тяги воздушного винта и силы тяги, возникающей при истечении газа из сопла. В зависимости от скорости полета самолета изменяются доли двух составляющих тяги.

При малых скоростях (крейсерских для транспортных самолетов) доля тяги от воздушных винтов значительно превышает вторую составляющую.

В ТВД часто используется комбинация компрессоров.

Реактивную тягу также создает струя раскаленных газов, выходящая из сопла двигателя.

Отношение объемов воздуха, прокачиваемых через внешний контур и через камеру сгорания, называется «степенью двухконтурности».

Двигатели, у которых степень двухконтурности высока и составляет от 2 до 10, называют турбовентиляторными, а имеющее сравнительно большой диаметр первое колесо компрессора низкого давления — вентилятором.

Преимущества турбовентиляторного двигателя от турбореактивного таковы: во‑первых, если большая часть реактивной тяги создается продуваемым воздухом, а не реактивными газами, повышается топливная эффективность, а значит, экономичность и экологичность всей силовой установки. Во‑вторых, на выходе из сопла (или сопл) холодный воздух смешивается с горячими газами, снижая общее давление смеси. Это делает двигатель менее шумным.

Туробореактивные двигатели ставят на самолеты с требованием значительной скорости и соответственно мощности.

Конструкция двухконтурных турбореактивных двигателей обеспечивает поступление воздуха в значительных количествах, что на высоких скоростях обеспечивает большую тягу. Второй контур, контур низкого давления, таким образом, дает дополнительную силу тяги. Соотношение двух составляющих общей тяги зависит от конструкции двигателей и режимов работы.

Авиационные двигатели все схема

На рис. 1 показан двигатель, его главная верхняя (оребренная) часть называется цилиндром;

внутри он имеет гладкую цилиндрическую поверхность, а сверху плотно закрыт пробкой — контрпоршнем. Внутри цилиндра ходит поршень. Он очень хорошо подогнан к цилиндру и герметично закрывает его снизу. Однако это не мешает поршню легко скользить в цилиндре вверх и вниз.

Цилиндр крепится к корпусу (картеру), объединяющему все основные части двигателя. Внутри картера находится коленчатый вал. Его колено соединено с поршнем при помощи шатуна.

При движении поршня вдоль цилиндра шатун вращает коленчатый вал.

Так устроен механизм двигателя. Но что заставляет поршень двигаться?

Представь себе, что в цилиндре двигателя находится смесь паров горючего (например, керосина или спирта) с воздухом, а поршень при этом находится в самом верхнем положении. Если мы ухитримся сжать, а затем поджечь эту смесь, то она сгорит почти мгновенно. При этом давление в цилиндре из-за сильного нагрева газов резко повысится. Под действием этого давления поршень будет опускаться вниз и передаст движение шатуну, а через него коленчатому валу, который начнет вращаться. Правда, повернется он всего на пол-оборота, так как при дальнейшем вращении поршню пришлось бы двигаться вверх, навстречу давлению газов, а это его бы остановило. Но каждый раз, как только поршень подойдет к нижнему положению (рис. 2), придуман способ выпускать сгоревшие газы из цилиндра и таким образом уменьшать почти до атмосферного давление над поршнем, а затем наполнять цилиндр новой порцией горючей смеси, снова поджечь и т. д. Благодаря этому вал двигателя поворачивается не на пол-оборота, а крутится до тех пор, пока не перестанут подавать горючую смесь.

В наше время есть много способов делать это. Например, в большинстве автомобильных двигателей один способ, у так называемых дизельных двигателей — другой, а у большинства мотоциклов и в модельных двигателях — третий.

Мы расскажем тебе лишь о третьем способе, так как им пользуются все моделисты. Называется он двухтактным с кривошипно-камерной продувкой. Особенность этого способа заключается в том, что в стенке цилиндра по окружности сделаны отверстия (окна). Когда поршень находится в самом нижнем положении, окна оказываются над поршнем. Вот и получается, что когда сгоревшие газы давят на поршень, он движется вниз и через шатун вращает коленчатый вал, а когда поршень опустится, он откроет окна в цилиндре и газы вырвутся наружу. Давление в цилиндре упадет, и теперь надо наполнить его свежей горючей смесью для следующего оборота.

Происходит это так: когда поршень от самого нижнего положения начнет двигаться вверх, в картере образуется разрежение, благодаря которому в него (рис. 3) начнет через всасывающий патрубок засасываться воздух. Поперек патрубка проходит тоненькая трубка, называемая жиклером, по которой горючее поступает из бачка. Когда воздух, засасываемый в картер через патрубок, проходит мимо жиклера, он через маленькое боковое отверстие в жиклере всасывает горючее и распыляет его.

Для того чтобы регулировать подачу горючего в патрубок, на верхнем конце жиклера имеется винтик с иглой, закручивая который, мы уменьшаем подачу горючего, а отвинчивая, увеличиваем ее. Все вместе это устройство называется карбюратором.

Как мы уже сказали, поршень, двигаясь вверх, засасывает в картер горючую смесь, приготовленную карбюратором. Дойдя до верха, он начнет опускаться, сжимая при этом смесь, находящуюся в картере, так как специальное устройство (золотник) при движении поршня вниз закрывает в картере отверстие, через которое всасывается смесь. Сжатие смеси в картере продолжается до тех пор, пока поршень своей верхней кромкой не опустится ниже продувочных каналов, проходящих в нижней части цилиндра. Как только это произойдет, смесь, сжатая в картере, устремится по каналам в цилиндр и наполнитего, одновременно она вытеснит из него остатки сгоревших газов.

Теперь только остается рассказать, отчего загорается смесь в цилиндре.

Многим из вас, наверное, приходилось накачивать насосом камеры велосипеда. И вы не могли не заметить, что при этом насос сильно нагревается. Происходит это потому, что двигая поршень насоса, мы сжимаем воздух. В цилиндре двигателя происходит то же самое: поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, и она нагревается тем сильнее, чем сильнее ее сожмут. Практически в цилиндре двигателя ее сжимают до тех пор, пока она не загорится. Горючее подбирают таким, чтобы оно легко воспламенялось при сжатии. Наиболее подходящим для этого является керосин. Для того чтобы облегчить воспламенение смеси и сделать его надежным, в горючее добавляют сернистый эфир, который чрезвычайно легко загорается и поджигает остальное горючее.

Однако зажечь горючую смесь мало, надо это делать каждый раз в определенном положении поршня в цилиндре. Если смесь зажечь слишком рано, когда поршень еще не дошел до верха, получится обратный удар, коленчатый вал остановится и начнет вращаться в обратную сторону. Если зажечь смесь слишком поздно, когда поршень перешел верхнее положение и движется вниз, а давление в цилиндре уменьшается, двигатель будет недодавать мощности и перегреваться.

Чтобы получить возможность регулировать момент зажигания смеси, дно цилиндра делают подвижным: в цилиндр сверху вставляют контрпоршень, который при помощи винта сверху можно вдавливать внутрь цилиндра. Этим изменяют объем цилиндра и, следовательно, давление в нем, что, в свою очередь, меняет момент зажигания смеси. Обычно на работающем двигателе поворачивают регулировочный винт, пока не добьются наибольшего числа оборотов вала.

В действительности все обстоит несколько сложнее, потому что, кроме правильного выбора момента зажигания, приходится еще подбирать нужный состав горючей смеси (наилучшее соотношение между количеством засасываемого воздуха и количеством горючего).

Дело в том, что смесь горючего с воздухом легко загорается только при определенном соотношении, если оно нарушено, двигатель работать не будет, но что интересно — плохо и когда слишком много горючего в смеси. Поэтому запуск авиамодельных двигателей требует определенного навыка.

Отрывок из книги «Лети модель» Лебединский М.

Кордовые модели F2B | Control line stunt | Aerobatics