Устройство турбореактивного двигателя - часть 11

Повышение  температуры  газов  перед  турбиной  увеличивает  работоспособность  га-

зов, как следствие, мощность, развиваемую турбиной. 

Работа расширения 1 

кг газов в турбине определяется по уравнению: 

 
 

).

(

1

4

3

T

T

R

k

k

L

РАСШ

−

−

=

 
Из  уравнения  видно,  что  увеличение  температуры  газов  перед  турбиной  Т

3

 

увеличивает работу расширения, совершаемую газом в турбине. 

Увеличение мощности турбины увеличивает число оборотов турбины и компрессора 

и, как результат этого, увеличивается секундный расход воздуха. 

Увеличение температуры Т

3

 

увеличивает температуру и перед реактивным насадком, 

что в свою очередь увеличивает скорость истечения газов. 

Увеличение же секундного расхода воздуха и скорости истечения газов увеличивает 

тягу двигателя. 

Надо, однако, сказать, что увеличение температуры газов перед турбиной ограниче-

но  жаропрочностью  материала  лопаток  (для  имеющихся  сплавов  температура  газов  не 
должна превышать 875—900° С), а повышение числа оборотов сверх 4—8% от расчетных 
(номинальных) недопустимо из-за возможности обрыва лопаток турбины. 

Наконец, повышение температуры Т

3

 увеличивает удельный расход топлива. 

Второй способ форсирования ТРД — это дополнительное сжигание топлива между 

турбиной и реактивным насадком в форсажной камере. 

Распиливание топлива производится специальными форсунками, устанавливаемыми 

в форсажной камере. 

Для сжигания топлива используется кислород, содержащийся в газах, протекающих 

через  турбину;  при  сжигании  топлива  увеличивается  температура  газов  перед  реак-
тивным насадком, что повышает скорость истечения газов и, следовательно, тягу двигате-
ля. 

Преимущество форсажной камеры состоит в том, что она дает возможность кратко-

временно значительно увеличить тягу двигателя без увеличения температуры газов перед 
турбиной и без увеличения лобовой площади двигателя. 

По мере роста скорости полета форсажные камеры становятся все более эффектив-

ным  устройством  для  кратковременного  увеличения  тяги  и  широко  применяются  на  со-
временных ТРД. 

Недостатком форсажных камер является некоторое усложнение конструкции двига-

теля  и  увеличение  его  веса.  При  форсировании  тяги  указанным  выше  способом  уве-
личивается удельный расход топлива. Например, при увеличении температуры перед ре-
активным  насадком  на 70% удельный  расход  топлива  увеличивается  почти  на 65%, а 
удельная тяга — только на 30%. 

Влияние температуры при форсировании Т

ФОРС

 на удельный расход топлива и удель-

ную тягу показано на рис. 40. 

При неработающей форсажной камере ее детали создают дополнительное сопротив-

ление течению газа в двигателе, что незначительно уменьшает тягу двигателя и ухудшает 
его экономичность по сравнению с двигателем без форсажной камеры. 

Третий способ форсирования — это охлаждение воздуха, сжимаемого в компрессо-

ре,  охлаждающей  жидкостью,  впрыскиваемой  в  поток  воздуха.  Охлаждающие  жидкости 
вода, спирт, их смеси, аммиак и т. д.— охлаждают воздух, отнимая от него тепло на свое 
испарение. 

За счет охлаждения воздуха уменьшается работа сжатия, расходуемая на каждый ки-

лограмм воздуха, и понижается температура конца сжатия. 

 

Рис. 40. Влияние температуры форсирования перед реактивным насадком на С

р 

и Р

УД 

Так  как  количество  сжимаемого  воздуха  остается  постоянным (G

СЕК

 = пост.),  то, 

затрачивая ту же мощность турбины, компрессор будет сжимать воздух до большего дав-
ления. 

Перепад давления, срабатываемый в турбине, остается постоянным; перепад же дав-

ления, срабатываемый в

 реактивном насадке, увеличивается, а это приводит к увеличению 

скорости истечения газов и, следовательно, тяги двигателя. 

Чаще всего для охлаждения воздуха, сжимаемого в компрессоре, в поток воздуха на 

всасывании впрыскивают воду. 

Однако  применение  этого  простого  способа  форсирования  требует  больших  расхо-

дов воды. 

 

5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРД 

Тяга, удельный расход топлива и другие параметры турбореактивного двигателя за-

висят от атмосферных условий, от скорости и высоты полета, а также от режима работы 
двигателя. 

Изменение тяги и удельного расхода двигателя в зависимости от числа оборотов на-

зывается характеристикой ТРД по числу оборотов, в зависимости от высоты полета — вы-
сотной характеристикой и от скорости полета — скоростной характеристикой. 

 

ХАРАКТЕРИСТИКА ТРД  ПО  ЧИСЛУ ОБОРОТОВ 

Характеристика  ТРД  по  числу  оборотов  представляет  собой  кривые,  которые пока-

зывают изменение тяги и удельного расхода топлива при изменении числа оборотов (при 
постоянной скорости и высоте полета). 

Характеристика по числу оборотов показана на рис. 41. 
При изменении тяги по оборотам отмечаются следующие основные режимы работы 

двигателя: 

1. Малый газ или число оборотов холостого хода. Это наименьшее число оборотов, 

при котором двигатель работает устойчиво и надежно. При этом в камерах сгорания про-
исходит устойчивое сгорание, а мощность турбины вполне достаточна для вращения ком-
прессора и агрегатов. 

Для  ТРД  с  центробежным  компрессором  число  оборотов  холостого  хода  равно 

2400—2600 в минуту. Тяга двигателя на холостом ходу не превышает 75—100 

кг. 

На числах оборотов холостого хода удельный расход топлива не является характер-

ной величиной; здесь обычно приводится часовой расход топлива. 

При числах оборотов холостого хода турбина работает в тяжелых температурных ус-

ловиях, кроме того, подача масла в подшипники очень мала. Поэтому время непрерывной 
работы на малом газе ограничивается 10 минутами. 

2. Крейсерский режим - двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга со-

ставляет примерно 0,8 Р

МАКС

. 

 

Рис. 41. Характеристики ТРД по числу оборотов. 

При этих числах оборотов гарантируется непрерывная и надежная работа двигателя 

в течение установленного срока службы (ресурса двигателя). 

Конструктор так подбирает параметры двигателя (ε, Т

, КПД), чтобы на крейсерском 

режиме получить наименьший удельный расход топлива. 

Крейсерский  режим  работы  двигателя  используется  при  полетах  на  продолжитель-

ность и дальность. 

3.  Номинальный режим - двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга 

составляет примерно 0,9 Р

МАКС

. 

Непрерывная работа на этом режиме разрешается не более 1 часа. 

На номинальном режиме производятся набор высоты и полеты на повышенных ско-

ростях. 

По номинальному режиму производятся тепловой расчет двигателя и расчет деталей 

на прочность. 

4.  Максимальный  (взлетный)  режим — двигатель  развивает  максимальное  число 

оборотов, при котором получается максимальная тяга Р

МАКС 

- на этом режиме допускается 

непрерывная работа не свыше 6—10 минут. 

Максимальный режим используется для взлета, набора высоты и кратковременного 

полета  на  максимальной  скорости  (когда  необходимо  догнать  противника  и  атаковать 
его). 

Характеристика по числу оборотов строится при стандартных атмосферных услови-

ях: давлении воздуха Р

О

 = 760 

мм рт. ст. и температуре Т

0

 = 15

0

 С. 

 

Рис. 42. Изменение удельного расхода топлива по числу оборотов. 

С увеличением числа оборотов двигателя (при постоянных высоте и скорости поле-

та) увеличивается секундный расход воздуха через двигатель G

СЕК

 и степень сжатия ком-

прессора ε

КОМП

. В результате резко растет тяга двигателя и уменьшается удельный расход 

топлива, ТРД более экономичен на больших числах оборотов. Если удельный расход топ-
лива на максимальных оборотах принять за 100%, то удельный расход топлива на оборо-
тах холостого хода будет 600—700% (рис. 42). Поэтому надо всемерно сокращать работу 
ТРД на оборотах холостого хода.  

5. Форсаж. Для двигателей, имеющих форсажную камеру, в характеристике указыва-

ется  также  тяга,  удельный  расход  топлива  и  продолжительность  работы  двигателя  при 
включении форсажа — форсажной камеры. 

При запуске ТРД первоначальная раскрутка вала до чисел оборотов холостого хода 

производится вспомогательном пусковым двигателем. 

В  качестве  пускового  двигателя  используются:  электрические  стартеры,  стартер-

генераторы, турбореактивные стартеры. 

Электрический  стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, пи-

тающийся током от самолетных или аэродромных аккумуляторов во время запуска. Мощ-
ность его порядка 15—20 л. с. 

На некоторых ТРД устанавливается стартер-генератор, который при запуске работа-

ет  как  электродвигатель,  а  во  время  работы  двигателя  работает  как  генератор — питает 
током самолетную сеть.