Устройство турбореактивного двигателя - часть 5

Благодаря  нагреванию воздуха за счет работы трения сжатие воздуха происходит по 

политропе,  а  не  по  адиабате.  Конечная  температура  сжатия  воздуха  в  действительном 
процессе, происходящем по политропе, больше, чем была бы при сжатии воздуха без под-
вода тепла (по адиабате). 

Выше 

(пропущено в этой части текста) была подсчитана температура адиабатного 

сжатия воздуха для одного из существующих ТРД, она равна Т

2АД 

= 437°, что составляет t 

= 164°, а действительная температура воздуха и конце сжатия (для этого же ТРД) равна 
208° С. 

Если бы процесс сжатия воздуха происходил без потерь, то

 на сжатие 1 кг воздуха 

нужно было бы затратить меньшую работу, чем в действительности приходится ее затра-
чивать. Потери, происходящие при сжатии воздуха, учитываются адиабатным КПД сжа-
тия воздуха, который определяется из уравнения: 

 
 

0

2

0

2

Т

Т

Т

Т

АД

АД

−

−

=

η

 
Где  Т

2АД

 – температура  адиабатически  сжатого  воздуха,  Т

2

 – температура  действи-

тельного (политропически сжатого) воздуха, Т

0

 – температура окружающего воздуха (на 

входе в компрессор). 

Для современных осевых компрессоров 

(середина 50-х)

 η

АД

 = 

0,78 - 0,88; а для цен-

тробежных компрессоров η

АД

 = 0,75 - 0,82. Как видно из этих цифр, до 25% работы, по-

требляемой компрессором, расходуется им не на сжатие воздуха, а на преодоление потерь, 
возникающих при сжатии воздуха. 

Подсчитаем КПД сжатия воздуха центробежного компрессора, если Т

2АД

 = 437°, Т

2

 = 

480° и Т

0

 = 

273 + 15 = 288°: 

 
 

.

78

,

0

288

480

288

437

≈

−

−

=

АД

η

 

МОЩНОСТЬ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ КОМПРЕССОРОМ 

Компрессор потребляет мощность, передаваемую ему турбиной, на сжатие и подачу 

воздуха, на преодоление гидравлических потерь и потерь трения в подшипниках. 

Для определения мощности, потребляемой компрессором, необходимо знать секунд-

ный  расход  воздуха  через  компрессор,  работу  адиабатного  сжатия  (на  один  килограмм 
воздуха) и адиабатный коэффициент полезного действия сжатия воздуха в компрессоре. 

Действительная работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха, будет: 
 
 

кг

кгм

L

L

АД

АД

ДЕЙСТВ

η

=

 

(единицы измерения как в оригинале, в системе СИ работа измеряется в Джоулях (Дж))

. 

Действительную  работу  сжатия  воздуха  можно  определить,  пользуясь  уравнением 

энергии потока газа: 

 
 
 
 

g

c

c

T

T

R

k

k

L

ДЕЙСТВ

2

)

(

1

2

2

2

1

1

2

−

+

−

−

=

 
Мощность, потребляемая компрессором, определяется по уравнению: 
 
 
 
Мощность, потребляемая компрессорами современных ТРД, лежит в пределах 10000 

- 50000 л.с. 

.)

.

(

75

с

л

L

G

N

ДЕЙСТВ

СЕК

КОМП

×

=

              

НЕУСТОЙЧИВАЯ  РАБОТА КОМПРЕССОРА 

Каждый  компрессор  рассчитывается  на  сжатие  и  подачу  определенного  расчетного 

количества  воздуха  в  секунду,  при  коэффициент  полезного  действия  компрессора  наи-
больший, а потери в компрессоре наименьшие. 

 

Рис. 19. Обтекание рабочих лопаток ступени осевого компрессора 

При работе ступени осевого компрессора на расчетном режиме направление скоро-

сти потока входящего воздуха (скорость 

w

1

 на рис. 6) совпадает с направлением входных 

кромок рабочих лопаток; угол набегания потока на лопатки равен нулю (рис. 19, положе-
ние 

А), поток хорошо обтекает лопатки, и они создают малое лобовое сопротивление, при 

этом потери энергии на вихреобразование будут наименьшие. 

Когда через компрессор протекает меньшее или, наоборот, большее количество воз-

духа по сравнению с расчетным, то такие режимы работы компрессора называются   нера 
счетными режимами. 

Так,  если  через  компрессор  протекает  количество  воздуха  меньше  расчетного,  то 

осевая  скорость  движения  воздуха 

c

ОСЕВ

  уменьшается,  треугольник  скоростей  на  входе 

изменяется, и при той же скорости вращения компрессора угол набегания потока воздуха 
δ увеличивается (рис. 19, положение Б). В этом случае на большей части спинки лопатки 
поток воздуха отрывается и создается вихревая зона. Своим возникновением и присутст-
вием вихревая зона нарушает плавное течение воздуха между лопатками. Воздушный по-
ток на короткое время сдувает вихревую зону, но она возникает вновь. Такое чередование 
возникновения  и  сдувания  вихревых  зон  за  лопатками  вызывает  пульсацию  давления  и 
скорости воздушного потока, текущего за лопатками. Поток воздуха движется то быстрее, 
то медленнее, давление то повышается, то понижается. 

Таким образом, образование вихревых зон между лопатками компрессора вызывает 

изменение давления и скорости сжимаемого воздушного потока, вызывает неустойчивую 
работу ступени компрессора. 

Такая неустойчивая работа ступени осевого компрессора называется помпажем сту-

пени. 

Пульсирующий  поток  воздуха  из  первых  ступеней  компрессора  поступает  в  после-

дующие ступени и вызывает в них неустойчивую, неравномерную работу в

,результате на-

ступает помпаж всего компрессора. 

 

Рис. 20. Вихри в потоке воздуха 

Подобная же картина течения воздушного потока при (малых расходах воздуха по-

лучается  и  в  колосе  центробежногo  компрессора.  Если  направление  потока  воздуха  на 
входе

  в  колесо  не  совпадает  с  направлением  загиба  кромок  заборных  лопаток,  то  поток 

воздуха отрывается от лопаток образуются вихревые зоны за каждой лопаткой (рис. 20). 
вихревая зона вызывает круговой вихрь между лопатками колеса. Круговой вихрь ускоря-
ет течение воздуха у лопатки 

А и тормозит течение воздуха у лопатки Б. В результате в 

каналы диффузора входят струйки воздуха с разными скоростями. В каналах диффузора 
происходит  преобразование  скорости  в  давление.  Так  как  скорости  струек  воздуха,  вхо-
дящих в соседние каналы диффузора, разные, то и давление воздуха в этих соседних кана-
лах  также  будет  различно.  В  результате  из  центробежного  компрессора  будет  выходить 
поток воздуха, имеющий переменные, колеблющиеся давление и скорость. 

Для устранения помпажа надо уменьшить образование вихревых зон в первых сту-

пенях компрессора - уменьшить тол набегания δ. Это можно сделать, увеличив расход воз-
уха через компрессор или повернув лопатки направляющего аппарата так, чтобы угол на-
бегания потока воздуха δ уменьшился до нуля. 

Для устранения помпажа на некоторых современных двигателях применяется пере-

пуск  воздуха  из  средних  ступеней осевого компрессора в атмосферу (после 3, 4 или 5-й 
ступени).  При  этом  увеличивается  расход  воздуха  через  первые  ступени,  увеличивается 
осевая  скорость  воздуха,  треугольник  скоростей  па  входе  в  компрессор  приближается  к 
расчетному рис. 19, положение А), обтекание лопаток происходит без срыва потока, без 
образования вихрей, в результате помпаж прекращается. Управление перепуском воздуха 
из компрессора (лентой перепуска) производит специальный автомат, включенный в топ-
ливную или воздушную систему. Лента открывает окна в корпусе компрессора, через ко-
торые воздух выпускается в атмосферу. 

 

РЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ОСЕВЫХ И ЦЕНТРОБЕЖНЫХ 

КОМПРЕССОРОВ 

Современные ТРД с осевым компрессором имеют лучшую экономичность, чем дви-

гатели с центробежными компрессорами. 

Уменьшение удельного расхода топлива в двигателях с осевыми компрессорами объ-

ясняется тем, что осевой компрессор дает высокую степень сжатия воздуха и имеет более 
высокий коэффициент полезного действия, чем центробежный компрессор. 

Двигатели с осевыми компрессорами имеют меньший удельный вес, чем двигатели с 

центробежными компрессорами. 

Это  объясняется  большим  расходом  воздуха  через  единицу  площади  поперечного 

сечения. Площадь для прохода воздуха у осевого компрессора составляет 70 - 80% от пло-
щади поперечного сечения, а у центробежного компрессора только около 30%. 

Кроме этого, воздух, входящий в осевой компрессор, имеет большие скорости дви-

жения - до 200 

м/сек вместо 120 - 140 м/сек у центробежного компрессора, что также уве-

личивает секундный расход воздуха через компрессор. 

Недостатками осевого компрессора по сравнению с центробежным являются: 
—  большая склонность    к    неустойчивой    работе,    что усложняет эксплуатацию 

ТРД   с   осевыми   компрессорами: 

—  большая возможность вибрации (колебания) лопаток: 
—  возможность поломки лопаток, изготавливаемых из алюминиевых сплавов, пр.и 

попадании в нагнетатель песка, снега, льда; 

—  большая сложность осевого компрессора в производстве; 
—  больший вес; 
—  меньшая  боевая  живучесть;  попадание  осколка  снаряда  выводит  осевой  ком-

прессор из строя. 

 

2. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ 

 

ПОНЯТИЕ О СГОРАНИИ 

Тепловая энергия выделяется в результате реакции горения (сгорания) топлива, т. е. 

соединения  топлива  с  кислородом  воздуха.  Реакция  сгорания  топлива  протекает  между 
парами  топлива  и  кислородом  воздуха.  Топливо,  прежде  чем  сгореть,  должно  перейти  в 
газообразное  состояние - испариться,  хотя  происходит  горение  и  с  поверхности  капелек 
топлива. 

В турбореактивном двигателе сгорание топлива происходит в камерах сгорания в по-

токе  сжатого  и  нагретого  воздуха,  подаваемого  компрессором.  Обычно  топливо  состоит 
из жидких углеводородов, т. е. из соединений углерода и водорода. 

Рассмотрим сгорание водорода. Реакция сгорания водорода протекает так: 

2Н

2

 + О

2

 = 2Н

2

О 

Но  такое  протекание  реакции  маловероятно,  так  как  должны  одновременно  встре-

титься, столкнуться три молекулы. 

Более вероятно, что под действием постороннего источника энергии (электрическая 

искра, факел пламени, луч света) молекула водорода распадается на два активных атома, 
которые и вступают в реакцию. Будем обозначать активные атомы + сверху. Тогда цепь 
реакции сгорания можно представить так, как изображено на рис. 21. 

Активный  атом  водорода  Н

+

,  обладающий  избыткам  энергии,  сталкивается  с  моле-

кулой кислорода О

2

. В результате образуются: активная группа ОН

+

 и активный атом ки-

слорода О

+

. 

Группа ОН

+

 при встрече с молекулой водорода Н

2

 образует молекулу воды и актив-

ный атом водорода Н

+

. 

Активный атом кислорода О

+

 встречается с молекулой водорода, образует еще одну 

активную группу ОН

+

 и активный атом водорода Н

+

.