Устройство турбореактивного двигателя - часть 1

1. 

ПРОЦЕСС СЖАТИЯ ВОЗДУХА

 

Для  работы  турбореактивного  двигателя  необходима  непрерывная  подача  сжатого 

воздуха в камеры сгорания. Сжатие воздуха в этих типах двигателей происходит в специ-
альных лопаточных машинах — компрессорах. 

Лопаточными машинами компрессоры называются потому, что рабочими элемента-

ми в них являются лопатки. Компрессор турбореактивного двигателя приводится во вра-
щение газовой турбиной. 

При сжатии воздуха температура его повышается на 100—200° С. 
В  сжатом  и  подогретом  воздухе  топливо  хорошо  испаряется,  быстро  и  полностью 

сгорает. 

На современных турбореактивных двигателях применяются два типа компрессоров: 

центробежные и осевые. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. 

 

СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ 

Главной величиной, характеризующей компрессор турбореактивного двигателя, яв-

ляется  степень  повышения  давления  воздуха  в  компрессоре,  называемая  еще  степенью 
сжатия; обозначают ее греческой буквой “эпсилон” - ε. 

Степень  сжатия  компрессора - это  отношение  давления  воздуха  на  выходе  из  ком-

прессора к давлению воздуха на входе в него: 

 

;

1

2

Р

Р

комп

=

ε

 
 
Где Р

2

 – давление на выходе компрессора, Р

1

 – давление на входе компрессора. 

Степень сжатии — величина безразмерная, она показывает, во сколько раз повыша-

ется давление воздуха в компрессоре по сравнению с давлением воздуха перед ним. 

Если взять отношение давления воздуха за компрессором к давлению воздуха, окру-

жающего двигатель, то получим степень сжатия двигателя: 

 

;

0

2

Р

Р

комп

=

ε

 
 
Где Р

0

 – давление атмосферного воздуха. 

Чтобы представить себе разницу между этими двумя величинами, подсчитаем их для 

следующих условий: - скорость полета с

0

 = 0; давление окружающего воздуха Р

О

 = 1,033 

кг/см

2

; давление перед компрессором Р

1

 = 0,92 кг/см

2

; давление за компрессором Р

2

 = 4,35 

кг/см

2

. Тогда: 

 

73

,

4

92

,

0

35

,

4

1

2

=

=

=

Р

Р

комп

ε

 
 
 

21

,

4

033

,

1

35

,

4

0

2

=

=

=

Р

Р

двиг

ε

 
 
 
Как видно, ε

ДВИГ

 меньше ε

КОМП

. 

Для  современных  ТРД  величина  степени  сжатия  компрессора  лежит  в  пределах  от 

4,2 до 7,1 (иногда 8). 

Степень сжатия двигателя зависит от скорости вращения колеса (ротора) компрессо-

ра, от высоты полета (от температуры окружающего воздуха) и от скорости полета. 

С увеличением скорости вращения колеса компрессора степень сжатия компрессора 

увеличивается. 

В осевом компрессоре с увеличением числа его оборотов окружная скорость движе-

ния  лопаток  растет.  Вследствие  этого  увеличиваются  силы,  сжимающие  воздух,  и,  сле-
довательно, давление воздуха, выходящего из компрессора. 

Так как давление воздуха на входе в компрессор остается постоянным (оно не зави-

сит от скорости вращения колеса компрессора), то степень сжатия компрессора увеличи-
вается. 

В  центробежном  компрессоре  с  увеличением  числа  его  оборотов  растет  окружная 

скорость колеса компрессора. Вследствие этого увеличиваются центробежные силы, сжи-
мающие  воздух,  и,  следовательно,  давление  воздуха,  выходящего  из  компрессора.  В  ре-
зультате степень сжатия компрессора увеличивается. 

 

ВХОД ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЬ 

Имея общее представление о работе турбореактивного двигателя и процессах, кото-

рые  происходят  в  воздушно-газовом  потоке,  протекающей  через  двигатель,  рассмотрим 
теперь  более  подробно  работу  отдельных  элементов  ТРД  и  процессы,  происходящие  в 
них. 

Воздухоподводящие или входные каналы служат для подвода воздуха к компрессору 

с возможно меньшими потерями. 

Входной канал является частью конструкции самолета или образуется обводами ка-

потов двигателя и самого двигателя. 

Изменение параметров воздуха во входном канале будет различно в зависимости от 

условий работы двигателя: на месте или в полете. 

Поэтому рассмотрим отдельно эти два случая. 

 

А. Двигатель работает на месте (скорость полета с

0

 = 0) 

При работе двигателя на месте компрессор засасывает воздух из окружающей атмо-

сферы. Скорость воздушного потока при подходе к двигателю возрастает от нуля у невоз-
мущенного воздуха впереди двигателя (сечение 0-0) до скорости с

1

 на входе в компрессор 

(сечение 1-1, рис. 1). 

Для различных турбореактивных двигателей величина скорости с

1 

лежит в пределах 

от 70 до 180 м/сек. 

Как показывает опыт, температура и давление воздуха во входном канале падают. 
Чтобы  понять,  почему  это  происходит,  напишем  уравнение  энергии  движущегося 

потока воздуха для сечений 0-0 и 1-1 

 

g

c

RT

k

k

g

c

RT

k

k

2

1

2

1

2

1

1

2

0

0

+

−

=

+

−

 
 
 
Где k – показатель адиабаты, R – газовая постоянная, g – ускорение свободного па-

дения. 

Так как двигатель работает на месте  (неподвижен), то скорость с

0

 = 0. В этом случае 

уравнение энергии будет: 

 

g

c

RT

k

k

RT

k

k

2

1

1

2

1

1

0

+

−

=

−

 
 
Подставив в последнее уравнение численное значение k, g, R, определим температу-

ру Т

1.

. Она будет равна: 

 
 
Из уравнения видно, что температура воздуха на входе в компрессор Т

1

 должна быть 

ниже,  чем  температура  окружающего  воздуха  Т

0

.  Для  существующих  ТРД  это  падение 

температуры составляет 8—10°. Разделив все члены этого уравнения на Т

0

, получим: 

2000

2

1

0

1

с

Т

Т

−

≈

 

0

2

1

0

1

2000

1

Т

с

Т

Т

−

≈

 
 

 

 

Рис.1 Изменение параметров воздуха при работе двигателя на месте. 

 

Заменим отношение температур отношением  давлений (считая процесс адиабатиче-

ским) и определим давление воздуха на входе в компрессор: 

 
 
 

k

k

Р

Р

Т

Т

1

0

1

0

1

−

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

 
 
 

5

,

3

0

2

1

0

1

2000

1

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

Т

с

Р

Р

 
Так как с

1

 = 70-180 м/сек, то численная величина квадратной скобки будет меньше 

единицы. Следовательно, давление на входе в компрессор Р

1

 будет меньше давления ок-

ружающего воздуха Р

0

. Для выполненных ТРД падение давления во входном канале со-

ставляет 0,1-0,16 кг/см

г

. 

 

В. Двигатель работает в полете 

Когда скорость полета с

0

 больше скорости подхода воздуха к компрессору с

1

, то бу-

дет  происходить  поджатие  воздуха  за  счет  скоростного  напора  еще  до  входа  воздуха  в 
компрессор - до сечения 1-1 (рис. 2). 

 

 

Рис.2 Изменение параметров воздуха при работе двигателя в полете. 

 
Воздушный поток набегает на воздухозаборник. Струйки воздуха располагаются так, 

что часть их входит в воздухозаборник, а часть расходится и обтекает его снаружи. 

Струйки воздуха, входящие в воздухозаборник, образуют поток, который начинается 

перед двигателем и, постепенно расширяясь, входит в заборник. Воздух движется по ка-
налу, образованному струйками, обтекающими воздухозаборник. 

Скорость воздуха на участке 

0 - 1 падает, а давление и температура возрастают. 

Температура воздуха перед входом в компрессор будет больше, чем температура ок-

ружающего воздуха. Из уравнения энергии движущегося потока воздуха получим: 

 
 
 
Так как 

С

0

 

во время полета больше 

с

1

, то дробь имеет положительную величину, ко-

торую надо прибавить к Т

0

. 

2000

2

1

2

0

0

1

с

с

Т

Т

−

+

=

Давление воздуха на входе в компрессор будет больше, чем давление окружающего 

воздуха за счет использования скоростного напора. Это видно из уравнения: 

 
 

5

,

3

0

2

1

2

0

0

1

2000

1

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

+

=

Т

с

с

Р

Р

 
Например, при скорости полета 1000 

км/час с

а

 

= 278 

м/сек 

и при скорости входа воз-

духа в компрессор 

с

1

 = 150 

м/сек 

давление воздуха на входе в компрессор будет Р

1 

= 1,13 

кг/см

2

, а

 

температура достигнет 42

0

 С.