Как запускается в работу турбореактивный двигатель кратко

Обновлено: 01.07.2024

т. е. у него есть минимальные обороты при которых происходит воспламенение горючей смеси, что его раскручивает до этих оборотов.

имелось в виду двигатели применяемые в гражданской авиации, получается что там используются турбореактивные

Воспламенение от оборотов не зависит, топливо можно зажечь всегда, но нет смысла необходимо обеспечить устойчивое горение, а для этого надо обеспечить подачу воздуха. Воздух в камеру сгорания нагнетается компрессором, вот и надо его раскручивать. Схем запуска много, самый простой это воздушный запуск т. е. раскручивают сжатым воздухом. Сжатый воздух берут или из баллонов, или используют специальные машины или установки или его подает вспомогательная силовая установка - ВСУ. Вторая схема это электрический запуск, обычным стартером но тут проблема, чем больше двигатель тем больше электричества съедает стартер, своих АКБ на это редко хватает, поэтому приходиться запитываться с внешних источников например с аэродромных передвижных агрегатов АПА или же от генератора ВСУ. Третья схема это использования турбостартера, это тот же принцип что и на тракторах с пускачем, запускается маленький двигатель и он раскручивает большой. Есть схема запуска с пороховым стартером, он часто использовался например для ГТД крылатых ракет, его же использовали для многих первых реактивных самолетов, например на Канберрах.
Определенных оборотов нету у каждого двигателя своя характеристика главное обеспечить необходимое количество воздуха в камере сгорания и давление воздухо-воздушной смеси. В многодвигательных самолетах обычно остальные двигатели запускаются от первого.

Так запускают все газотурбинные двигатели ГТД - турбореактивные (ТРД) , турбовинтовые (ТВД) , турбовальные и турбовентиляторные.

Чаще всего используется пусковой двигатель (на жаргоне - "пускач") - двигатель внутреннего сгорания, маломощный, очень простой. Сначала запускают его, он раскручивает вал компрессора, тот создаёт нужное давление в камере сгорания, туда подаётся горючая смесь и поджигается. Возможен запуск от электродвигателя, который может питаться от заранее заряженного аккумулятора или от аэродромного источника электроэнергии (через кабель).

В реактивном двигателе нет турбины! Турбореактивные двигатели первоначально чтобы получить разницу в давлении и соответственно тягу раскручивают электромоторы. В дальнейшем при наборе скорости электромоторы отключаются и наддув осуществляется за счёт набегающего потока воздуха.

"В реактивном двигателе нет турбины!"
Я тоже так думал. Но читал недавно книгу Фейнмана "Какое ТЕБЕ дело до того, что думают другие", там часть книги посвящена расследованию взрыва Чепленджера. Так он там несколько раз упоминает о турбинах используемых в двигателе. Я не искал подробностей.

____
А по поводу пуска .
Знакомый дед, работал директором элеватора еще во времена кукурузы Хрущева, рассказывал, что у них сделали большую сушилку кукурузы в которой для сушки использовался списанный с истребителя реактивный двигатель. Поначалу запускали как положено, от аккумулятора. Затем аккумулятор сел и запускали крутнув руками, а пламя зажигали факелом.

В турбореактивном двигателе есть турбина, он поэтому и называется ТУРБОреактивным двигателем, именно она и крутит компрессор в полете, а набегающим потоком кормится ПРЯМОТОЧНЫЙ воздушно-реактивный двигатель (на существующих самолетах не применяется) .
Извиняйте, писал комментарий в ответ Hmansy, а получился ответ.. . :(

2 бака: в одном топливо в другом окислитель есть и турбина воздухозабора , работает на больших скоростях дабы не расходовать окислитель.

Чтобы запустить турбореактивный (турбовентиляторный) двигатель, необходимо раскрутить вал компрессора до таких оборотов, чтобы в камере сгорания появилось достаточное давление воздуха для обеспечения горения. Как только это давление достигается, в камеру сгорания подается топливо и происходит его розжиг.

Разница в способах запуска — это разница в источнике крутящего момента для вала компрессора. В двигателях современных пассажирских самолетов чаще всего применяется воздушный запуск. В этом случае энергия вращения передается валу компрессора от другого вала, соединенного с ним с помощью редуктора. В полете через этот вспомогательный вал отбирается энергия двигателя для работы самолетных агрегатов.

При запуске — напротив — вал компрессора раскручивается вспомогательным валом, а тот, в свою очередь, вращает воздушная турбина, на которую подается сжатый воздух. Источником сжатого воздуха может быть как внешний компрессор, так и расположенная на борту ВСУ.

Неправильно написано. Запутали читателей. С инженерной точки зрения "от печки следует писать": Вырабатывается сжатый воздух, как правило дополнительным бортовым двигателем (ВСУ). При нажатии кнопки "Пуск" открывается клапан и сжатый воздух поступает в воздушный стартёр на его турбинку. Вал турбинки через коробку самолётных агрегатов (КСА) связан с валом компрессора двигателя и начинает его раскручивать. Кроме того, раскручивая компрессор, эта турбинка одновременно раскручивает топливные и масляные насосы двигателя. Как только произошёл поджиг и компрессор начинает набирать обороты уже за счёт подачи топлива, воздушный стартёр отключается. А вспомогательный двигатель продолжает работать. Таким образом последовательно запускается второй двигатель или остальные двигатели воздушного судна.

Кликабельная картинка, чтобы рассмотреть получше:

Силовая установка — общее название двигателей летательных аппаратов. Начну с них потому, что без двигателей самолет — не самолет, а в лучшем случае планер. Цена двигателей, к слову, составляет половину стоимости авиалайнера и компетенциями в разработке современных гражданских авиадвигателей обладают гораздо меньше стран, чем тех, кто обладают компетенциями в разработке самолетов.

На авиалайнерах сейчас ставят почти исключительно двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД). Вот принципиальная схема такого двигателя:

Детали устройства можно прочитать во многих источниках, начиная с Википедии. Для нас, электронщиков, важно понимать следующие факты о работе такого двигателя:

Чтобы запустить двигатель, надо раскрутить турбину высокого давления, подать топливо и дать первоначальную искру. После того, как турбина раскрутится примерно до 50% оборотов, двигатель начнёт раскручивать себя сам.

Первоначальную раскрутку двигателя можно осуществлять электрическим стартер-генератором (для маленьких двигателей) или специально поданным воздухом высокого давления от пневматической системы. К слову, воздух высокого давления в пневматической системе берется от второго (уже запущенного) двигателя, вспомогательной силовой установки (ВСУ) или внешнего источника.

Пример пульта управления, используемого для запуска двигателя:

Для автоматического запуска надо выполнить следующие действия:

Управление двигателями осуществляется с помощью рычагов управления двигателями (РУД).

На каждый двигатель — свой рычаг. Тут всё просто: толкаем рычаг от себя — двигатель крутится быстрее, тяга растёт. Тянем рычаг на себя — крутится медленнее. Так как РУД не связан с топливным дросселем напрямую, можно не бояться, что мы сожжем двигатель большим количеством топлива или заглушим недостаточным. FADEC в любом случае не даст ему превысить предельную температуру выхлопных газов или заглохнуть. Кстати, с ограничением температуры выхлопных газов связан тот факт, что в жару и/или на высокогорных аэродромах двигатель может выдать меньшую тягу.

Вообще, с помощью реверса самолёт может даже поехать назад, но, так как в этом режиме для двигателей, висящих под крылом, возможна ситуация засасывания в двигатель мусора и даже камней с взлётно-посадочной полосы, для авиалайнеров не рекомендуется включать реверс на малых скоростях.

Для включения реверса FADEC анализирует не только положение РУДов, но и датчики обжатия шасси, так что случайно в воздухе запустить реверс невозможно.

Данные работы двигателей, как правило, отображаются на неотключаемой части центрального дисплея пилотов и на специальной странице с расширенными данными по двигателю.

В постоянно индицируемом окне статуса работы двигателя доступны следующие данные:

На специальной странице дополнительных параметров работы двигателя может выводиться такая информация, например как:

Уровень, давление и температура масла,
Уровень вибрации двигателя,
Количество топлива, израсходованного с момента последнего запуска,
Давление воздуха в пневматической системе,
И т.д.

Двигатели, в которых вентилятор вынесен за пределы мотогондолы (корпуса двигателя) называются турбовинтовыми. Они обладают лучшими взлетно-посадочными характеристиками, но быстро теряют эффективность при росте скорости больше 0.5 скорости звука (приблизительно). Поэтому они в основном применяются в самолётах для местных авиалиний и военно-транспортной авиации, где возможность использования коротких и неподготовленных взлетно-посадочных полос важнее, чем крейсерская скорость. В конструкции таких двигателей также часто применяется понижающая трансмиссия, как, например, на рисунке ниже.

Газотурбинные двигатели также используются на вертолётах, только в этом случае они крутят не пропеллер, а винт, сами двигатели в этом случае называются турбовальными. Хорошее видео, иллюстрирующее принципы их работы:

Примечание для впечатлительных: на самом деле разработчики двигателей делают всё возможное, чтобы избежать нелокализованного разлёта, и действительно они случаются очень редко. Даже попадание крупной птицы в двигатель не сломает его. Но авиация — отрасль консервативная и мы закладываем в архитектуру противодействие всем потенциально возможным рискам.

Идеальный самолёт глазами инженеров. Лично мне взгляд технологов особенно симпатичен.

Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.

Устройство турбовентиляторного двигателя

История развития авиадвигателей

Первый самолет, который запустили братья Райт, имел двигатель с 4-мя цилиндрами. Конечно же, это значительно более простая конструкция, чем те, которые используются сейчас. И, как отмечают эксперты, без эволюции самолетного двигателя было бы невозможно развитие авиаотрасли вообще – примитивные первые моторы просто бы не потянули огромные и мощные машины, летающие сегодня.

Первый авиационный двигатель создал Джон Стрингфеллоу – он считается изобретателем специального двигателя на пару, предназначенный для неуправляемой модели. Но, как показала практика, паровые двигатели не подошли для авиации – они оказались чрезмерно тяжелыми.

C 1903 года началась, как назвали ее эксперты и аналитики, настоящая война моторов. Чарльз Тэйлор поставил на лайнер братьев Райт двигатель, так называемой рядной конструкции – в нем цилиндры находятся один за другим. Есть здесь аналогия с простым автомотором.

Однако практически сразу же был создан другой мотор – звездообразный с радиальным расположением цилиндров. Такие варианты широко применялись до самого появления реактивных двигателей.

Цилиндры в ряд не давали двигателю необходимой мощности, которая требовалась для самолетов. В 1906 году появился двигатель, где цилиндры разместились под прямым углом друг к другу. Также такой вариант мотора имел впрыск. Далее промышленность развивалась, прием достаточно активно. Вследствие этого авиаотрасль имеет современные и мощные моторы.

Компрессор

Компрессор у ТВД обладает ступенчатой конструкцией, количество ступени варьируется от 2 до 6. Благодаря такой системе двигатель лучше работает с перепадами температуры и давлением, благодаря этому пилот может с легкостью регулировать обороты двигателя. Такая конструкция позволяет не только лучше работать мотору, но и из-за ступенчатой системы появилась возможность облегчить вес мотора.

Эта особенность очень важна для авиации, так как вес самолета также снижается, а за счет этого есть возможность развивать необходимую скорость и совершать перелеты на более длинные дистанции, так как топливо затратность зависит от веса самолета. В составе компрессора находиться: рабочие колеса с лопатками и направляющий аппарат.

Существует несколько видов аппарата, первый это регулируемый, в направляющем аппарате установлены лопатки, с помощью которых его можно поворачивать вокруг оси. А второй вариант не имеет возможности регулирования.

Как устроен двигатель

Сам по себе двигатель довольно сложен по конструкции. Учитывать тут надо огромное количество деталей и нюансов. Так, например, важно помнить, что при разгоне двигателя температура воздуха в нем повышается до 1000 градусов. При этом он не должен деформироваться, загораться и т.д.

Для изготовления авиационного двигателя берут только самые современные и безопасные материалы. Главное условие, предъявляемое к ним – они должны быть негорючими.

Авиационный двигатель включает в себя такие элементы, как:

Вентилятор
Компрессор
Камера сгорания
Сопло
Турбина

Перед турбиной стоит вентилятор, который позволяет затягивать воздух во время полета снаружи. У авиавентиляторов много лопастей, которые имеют определенную форму. И их размер, а также форма имеют крайне важное значение, т.к. именно за счет этого обеспечивается оптимальное заглатывание воздуха.

Вентилятор также решает и такую задачу, как прокачка воздушных масс в пространстве между элементами двигателя и его оболочкой. Это способствует охлаждению системы.

Здесь же находится и компрессор, обладающий высокой мощностью, – он способствует транспортировке воздуха в камеру сгорания. Все происходит под давлением достаточно высокого уровня. Именно в камере начинается смешение воздушных масс и топлива. Такая смесь поджигается, начинается нагрев как самой смеси, так и всех элементов, которые находятся рядом. Чаще всего камеру делают из керамических составляющих – обусловлено такое состояние тем, что температура здесь доходить до 2 тысяч гр., а керамическая чаша устойчива к таким нагревам.

Смесь после прохождения всех этих этапов попадает в турбину. Она по своему внешнему виду напоминает довольно большое число лопаток. Они влияют на давление проходящего смесевого потока, вследствие чего и начинает приходить в свое движение турбина двигателя. После этого она начинает вращать вал, где стоит еще один необходимый элемент — вентилятор.

Двигатель по сути своей представляет систему достаточно замкнутую – для нее требуется только, чтобы подавался воздух и было топливо в наличии.

Движение смеси продолжается, и она переходит в сопло. И на этом заканчивается первый этап рабочего состояния двигателя. Начинает создаваться струя, которую называют реактивной. Вентилятор начинает гонять воздух, который еще холодный, через сопло, за счет чего он не разрушается от слишком высокой температуры смеси.

Сегодня, как отмечают эксперты, самыми лучшими считаются подвижные сопла – они могут расширяться и сжиматься. Кроме того, такие варианты могут регулировать угол, что помогает дать правильное направление воздуху. Самолет за счет этого приобретает наибольшую маневренность.

Что такое самолет с атомным двигателем?

Во время Холодной войны были предприняты попытки создания реактивного двигателя не на химической реакции, а на тепле, который бы вырабатывал ядерный реактор. Его ставили вместо камеры сгорания.

Воздух проходит через активную зону реактора, понижая его температуру и повышая свою. Он расширяется и истекает из сопла со скоростью, большей чем скорость полета.

Комбинированный турбреактивно-атомный двигатель.

В СССР проводились его испытания на базе ТУ-95. В США тоже не отставали от ученых в Советском Союзе.

В 60х годах исследования в обеих сторонах постепенно прекратились. Основными тремя проблемами, которые помешали разработке, стали:

безопасность летчиков во время полета;
выброс радиоактивных частиц в атмосферу;
в случае падения самолета, радиоактивный реактор может взорваться, нанеся непоправимый вред всему живому.

Какие варианты двигателей есть

Эксперты уверяют, что сегодня есть несколько вариантов двигателей:

Классика
Турбовинтовые
Турбовентиляторные
Прямоточные

Первые варианты функционируют по стандартному варианту. Такие варианты хорошо подходят для воздушных судов самых разных модификаций. Варианты с турбовинтовым устройством будут работать по несколько иным принципам. В таких конструкциях газовая турбина не связана с трансмиссией. Подобные варианты конструкций двигают лайнер лишь частично с использованием реактивной тяги. Для создания основной части энергии используется редуктор. Винтовые установки более экономичные, но при этом они не дают самолету развить необходимую скорость. Поэтому их зачастую ставят только на малоскоростных лайнерах.

Турбовентиляторные варианты – комбинированные варианты, в которых есть детали и нюансы от турбовинтовых и турбовентиляторных. У них большие лопасти вентилятора. Скорость вращения может снижаться за счет применения обтекателя, где и стоит вентилятор. Подобные варианты считаются экономичными, т.к. меньше расходуют топливо. КПД же у них существенно выше, чем у других. Поэтому подобные варианты двигателей зачастую устанавливают на крупных самолетах.

Прямоточные варианты не работают с подвижными элементами. Втягивание воздуха в такие происходит естественно за счет применения обтекателя, который стоит на входе.

Существует две разновидности двигателя, в первом случае в двигателе находиться один рабочий вал, а во втором установлено два вала. В одновальном двигателе все расположено на единственном валу, в то время как на двухвальном ТВД, на одном валу расположена турбина с компрессором, а на втором находиться винт и редуктор, также они никак не связанны друг с другом.

Если в мотор двухвального типа, то его структура выглядит примерно так: в нем находиться две турбины, которые связанны между собой с помощью газодинамики. Одна турбина служит для работы компрессора, а другая в то время отвечает за работу самого винта. ТВД двухвального типа используют намного чаще, чем другой вариант двигателя, так как его характеристики намного лучше, чем у одновального типа. Но двигатель второго типа выглядит намного сложнее, чем другой тип двигателя. Также двухвальный ТВД способен начать выработку энергии до начала запуска самого винта.

Воздушный винт

Благодаря воздушному винту создается тяга, но у каждого винта есть свои ограничения в скорости. Самая идеальная скорость вращения винта является 750-1,5 тысячи оборотов в минуту, в данной частоте уровень коэффициента полезного действия винта самый большой, но если скорость заходит за эти пределы, КПД начинает значительно падать.

Такой эффект происходит из-за того что одна часть лопастей начинает набирать завышенные обороты и тем самым превышает скорость звука, из-за чего двигатель начинает неправильно работать. Такой эффект сработает также если лопастям увеличить их в диаметре, так как чем лопасть длиннее, тем выше скорость потока на концах лопастей.

Турбина

Из-за этого ТВД не может раскрыть всего своего потенциала, эти недостатки сильно ударяют по военным самолетам, так как им очень важна скорость и маневренность. Авиаконструкторы и инженеры не оставляют надежны в разработке нового двигателя, который позволит избежать таких неудобств.

Воздушный старт — плюсы и минусы

Идея заменить первую ступень ракеты, которая выводит космический аппарат на орбиту, на самолет возникла еще в 1950-х годах.

Она заключается в том, чтобы космический корабль (с разгонным блоком или без него) начинал свой полет в более разреженной атмосфере, куда его поднимает самолет, и уже имея начальную скорость. С появлением гиперзвуковых самолетов фактор начальной скорости стал играть еще большую роль.

Преимуществ у такого способа много. Самолет, с которого запускается космический аппарат, может выбрать направление запуска. Всей системе не нужен специальный космодром, можно выбирать и место пуска, например, запускать корабль над океаном или безлюдными районами, чтобы в случае аварии не подвергать риску людей на земле.

Кроме того, и первую ступень — самолет, и корабль можно сделать многоразовыми.

В целом воздушный пуск позволяет серьезно снизить затраты на вывод полезной нагрузки на орбиту и сделать полеты в космос коммерчески эффективными.

Однако у этого способа есть и свои недостатки, и главный из них — вес корабля, включая топливо для полета на орбиту и разгонные модули, ограничен грузоподъемностью самолета.

Читайте также: