Устройство турбореактивного двигателя - часть 2

 

Рис. 3. Зависимость степени сжатия от скорости полета 

 
Чем больше скорость полета 

с

0

,, тем больше скоростной напор, а следовательно, дав-

ление воздуха, подходящего к компрессору. 

Таким образом, в полете воздух сжимается еще до компрессора.  
Повышение  дарения  за  счет  скоростного  напора  называется 

скоростной  степенью 

сжатия и обозначается ε

СКОР

. 

При  повышении  температуры  воздуха,  входящего  в  Компрессор,  степень  сжатия 

компрессора  уменьшается.  Если  мы  изобразим  графически  изменение  степени  сжатия 
компресcopa,  степени  сжатия  двигателя  и  скоростной  степени  сжатия  в  зависимости  от 
увеличения скорости полета, то получим график, изображенный на рис. 3. 

Скоростная степень сжатия ε

СКОР

 с увеличением скорости полета растет за счет уве-

личения скоростного напора, а степень сжатия компрессора ε

КОМП

 падает за счет подогре-

ва воздуха. В итоге степень сжатия двигателя, равная ε

ДВИГ

= ε

СКОР

× ε

КОМП

, будет расти и 

при увеличении скорости полета до 1200 

км/час увеличится на 30 – 40

 

% по сравнению со 

степенью сжатия двигателя, которую он имел при работе на месте (когда с

0

 = 0). 

 

ОСЕВОЙ КОМПРЕССОР 

Осевой компрессор — лопаточная машина, которая засасывает воздух из атмосферы, 

сжимает его и принудительно подает (нагнетает) в камеры сгорания. Он состоит из двух 
элементов: неподвижного корпуса, где крепятся спрямляющие лопатки, и вращающегося 
ротора, несущего рабочие лопатки (рис. 4). 

 

Рис. 4. Ротор и корпус 11-ти ступенчатого осевого компрессора 

Сочетание  одного  ряда  подвижных  рабочих  лопаток  и  одного  ряда  неподвижных 

спрямляющих лопаток называется 

ступенью осевого компрессора. 

Воздух всасывается в осевой компрессор через кольцевую щель, образуемую корпу-

сом  и  ротором,  и

  при  сжатии  движется  параллельно  оси  вращения  ротора,  потому 

КОМПРЕССОР

 и называется осевым. 

Процесс сжатия воздуха в осевом компрессоре состоит из ряда последовательных 

процессов сжатия его в каждой ступени.  

 

Рис. 5. Сжатие воздуха в осевом компрессоре 

Воздух, сжатый в первой ступени, перегоняется во вторую ступень, где сжимается, 

перегоняется в третью ступень и сжимается и т. д., пока не пройдет сжатие во всех сту-
пенях компрессора. Высота лопаток ступеней 2, 3, 4, 5 и т. д. уменьшается, так как удель-
ный объем воздуха вследствие сжатия его уменьшается. 

В каждой ступени воздух сжимается незначительно поэтому для получения давления 

воздуха на выходе из компрессора порядка 5 - 7 

кг/см

2

 осевые компрессоры современных 

ТРД имеют 8 - 12 ступеней. 

Схематически повышение давления воздуха в осевом компрессоре показано на рис.5. 
В осевом компрессоре каждая ступень имеет свою степень сжатия (для разных сту-

пеней она может быть численно различной). Степень сжатия ступени - это отношение дав-
ления воздуха за ступенью к давлению воздуха до ступени: 

 
 

ДО

ЗА

СТУП

Р

Р

=

ε

 
Где Р

ЗА

 – давление воздуха за ступенью компрессора, Р

ДО

 – давление воздуха до сту-

пени компрессора. 

Численно ε

СТУП

 = 1,20 - 1,35  (для тех ступеней, где скорость движения воздуха не 

превышает скорости звука). Степень сжатия осевого компрессора - это отношение (давле-
ния воздуха, выходящего из последней ступени компрессора, к давлению воздуха, входя-
щего в первую ступень компрессора. 

Для выполненных осевых компрессоров степень сжатия равна 6,2 - 8. 
Познакомимся с принципом работы ступени осевого компрессора. 
Каждая  ступень  осевого  компрессора  состоит  из  вращающегося  рабочего  колеса  и 

неподвижного спрямляющего аппарата. 

Иногда перед первой ступенью современных осевых компрессоров устанавливается 

еще один ряд лопаток - входной направляющий аппарат или входное устройство. 

Работа каждого из этих устройств в процессе сжатия воздуха различна, поэтому рас-

смотрим ее раздельно. 

 

А. Входной направляющий аппарат 

Воздух, входящий в компрессор со скоростью 

с

1

 движется параллельно оси компрес-

сора. Попадая в каналы, образуемые лопатками входного устройства, частицы воздуха из-
меряют  направление  движения - они  отклоняются  в  сторону  вращения  рабочего  колеса 
(рис. 6, скорость 

с

1

)

. Отклонение потока воздуха от осевого направления движения назы-

вается “закруткой” потока воздуха. 

Предварительная  закрутка  потока  воздуха  по  направлению  вращения  колеса  позво-

ляет увеличить окружную скорость колеса и получить в ступени больший напор. 

Таким образом, назначение входного устройства состоит в следующем: создать наи-

более выгодное направление потока воздуха на входе в рабочее колесо и этим улучшить 
работу первой ступени. 

Лопатки входного устройства иногда делают управляемыми - при изменении числа 

оборотов компрессора специальный автомат поворачивает лопатки и этим изменяя вели-
чину закрутки потока воздуха, чтобы сохранить наиболее выгодное, безударное направле-
ние потока воздуха на входе в колесо. 

 

Рис. 6. Треугольники скоростей воздуха в ступени 

 

Б. Рабочее колесо 

Газовая турбина вращает ротор рабочего колеса компpeccopa, а лопатки колеса пере-

дают полученную энергию потоку воздуха. 

Частицы, воздуха со скоростью 

с

1

 подходят к лопаткам рабочего колеса (см. рис. 6). 

Рабочая лопатка вращается со скоростью 

u, равной окружной скорости вращения колеса. 

Если бы поток воздуха был неподвижен, а двигались только рабочие лопатки, то ско-

рость движения частиц воздуха относительно лопаток была бы 

–u. 

Но поток воздуха имеет скорость 

с

1

. В результате сложения скоростей с

1

 и -u части-

цы воздуха приобретают относительную скорость 

w

1

  (скорость, с которой поток воздуха 

движется относительно лопаток). 

Скорости 

С

1

, -

 u, w

1

 образуют треугольник скоростей на входе в рабочее колесо сту-

пени. Треугольник скоростей на входе изменяется в зависимости от величины секундного 
расхода воздуха через компрессор (изменяется скорость 

с

1

) и

 от скорости вращения колеса 

компрессора (изменяется скорость 

и). 

Форма  лопаток  рабочего  колеса  и  их  взаимное  расположение  подобраны  так,  что 

между лопатками образуются расширяющиеся каналы. 

Воздух, двигаясь в расширяющемся канале, уменьшает свою скорость движения, по-

этому  относительная  скорость  на  выходе  из  канала 

w

2

  меньше  относительной  скорости 

воздуха 

w

1

  на входе в канал. 

За счет уменьшения относительной скорости давление воздуха в каналах колеса по-

вышается. 

Рабочие лопатки сжимают воздух, поворачивают поток воздуха и увеличивают абсо-

лютную скорость движения воздуха до величины 

с

2

. Абсолютная скорость воздуха на вы-

ходе из рабочего 

с

2 

колеса больше скорости на входе 

с

1

 на 50—70 м/сек за счет энергии, 

получаемой воздухом от рабочих лопаток. 

Таким образом, энергия, получаемая рабочим колесом, расходуется на сжатие возду-

ха, на увеличение его скоростной энергии и на преодоление гидравлических потерь в ка-
налах между рабочими лопатками. 

 

В. Спрямляющий аппарат 

Лопатки  спрямляющего  аппарата  неподвижно  закреплены  в  корпусе  компрессора. 

Они имеют хорошо обтекаемую форму и специально изогнуты для изменения направле-
ния  потока  воздуха.  Между  лопатками  спрямляющего  аппарата  получаются  расширяю-
щиеся каналы - диффузоры. 

Частицы воздуха со скоростью 

w

2

 (рис. 6) отбрасываются рабочим колесом к спрям-

ляющему аппарату. Вращаясь вместе с колесом, они получил окружную скорость -

и. По-

падая  в  каналы  спрямляющего  аппарата,  частицы  воздуха  тормозятся,  их  окружная  ско-
рость уменьшается. Поэтому на треугольнике скоростей на входе в спрямляющий аппарат 
окружная скорость 

и направлена в другую сторону, чем было на треугольнике скоростей 

на входе в рабочие колесо, хотя величина ее осталась без изменения. 

В результате сложения скоростей 

w

2

, и 

и получается абсолютная скорость c

2

. Имея 

эту скорость, поток воздуха входит в каналы спрямляющего аппарата. 

В  каналах  спрямляющего  аппарата  скорость  потока  воздуха  уменьшается  от 

с

2

  до 

с

ВЫХ

, а давление увеличивается. 

Напишем для этого случая уравнение, которым мы пользовались при рассмотрении 

входа воздуха в двигатель во время полета: 

 
 

5

,

3

2

2

2

2

2

2000

1

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

+

=

Т

с

с

Р

Р

ВЫХ

ВЫХ

 
Скорость на выходе из направляющего аппарата 

с

ВЫХ

 меньше скорости на входе 

с

2

. 

Поэтому  дробь,  стоящая  в

  скобках,  всегда  будет  иметь  положительную  величину,  т.  е. 

Рвых будет больше Р

2. 

Лопатки спрямляющего аппарата изогнуты так, чтобы направление скорости 

с

ВЫХ

 с 

которой воздух покидает ступень, совпадало или немного отличалось от направления ско-