Hamıya salam! Bu yazıda aviasiya qaz turbin mühərriklərinin (GTE) necə işlədiyi barədə danışmaq istəyirəm. Bunu mümkün qədər sadə və başa düşülən etməyə çalışacağam.
Aviasiya qaz turbinli mühərrikləri aşağıdakılara bölmək olar:
- turbojet mühərrikləri (TRD)
- iki dövrəli turbojet mühərrikləri (turbojet mühərrikləri)
- Turboprop mühərriklər (TVD)
- Turboşaft mühərrikləri (TVaD)
Üstəlik, turboreaktiv mühərriklər və turbofanlar bir yanacaqdan sonra ola bilər, bu halda onlar müvafiq olaraq turbofanlar və turbofanlar olacaqlar. Bu məqalədə onları nəzərdən keçirməyəcəyik.
Turbojet mühərrikləri ilə başlayaq.
Turbojet mühərrikləri
Bu tip mühərrik 20-ci əsrin birinci yarısında yaradılmış və İkinci Dünya Müharibəsinin sonlarına doğru geniş istifadə olunmağa başlamışdır. Dünyanın ilk seriyalı turbojet təyyarəsi Alman Me.262 idi. Turbofan mühərrikləri 60-cı illərə qədər məşhur idi, bundan sonra turbofan mühərrikləri ilə əvəz olunmağa başladı.
Me-262-nin 2016-cı ildə çəkilmiş müasir fotoşəkili
Ən sadə turbojet mühərrikinə aşağıdakı elementlər daxildir:
- Giriş cihazı
- Kompressor
- Yanacaq kamerası
- Turbin
- Jet nozzle (bundan sonra sadəcə nozzle)
Deyə bilərik ki, bu, mühərrikin normal işləməsi üçün minimum dəstdir.
İndi nə üçün və nə üçün lazım olduğuna baxaq.
Giriş cihazı, havanın kompressora verildiyi və əvvəlcədən sıxıldığı genişlənən* kanaldır. Orada daxil olan havanın kinetik enerjisi qismən təzyiqə çevrilir.
*bundan sonra biz subsonik sürətlərdən danışacağıq. Səsdən yüksək sürətlə fizika dəyişir və orada hər şey tamam başqadır.
Kompressor hava təzyiqini artıran bir cihazdır. Kompressor təzyiq artımının dərəcəsi kimi bir dəyərlə xarakterizə edilə bilər. Müasir mühərriklərdə artıq 40 ədədi keçməyə başlayır. Bundan əlavə, içindəki temperatur artır (bəlkə də 400 dərəcə Selsiyə qədər).
Yanma kamerası, yanacağın yanması səbəbindən sıxılmış havaya (kompressordan sonra) istilik verildiyi bir cihazdır. Yanma kamerasındakı temperatur çox yüksəkdir, 2000 dərəcə Selsiyə çata bilər. Sizə elə gələ bilər ki, kameradakı qaz təzyiqi də çox artır, amma bu belə deyil. Nəzəri olaraq, istiliyin sabit təzyiqdə verildiyi ümumiyyətlə qəbul edilir. Əslində, itkilərə görə bir qədər aşağı düşür (qüsursuz dizayn problemi).
Turbin, yanma kamerasından sonra qaz enerjisinin bir hissəsini kompressorun hərəkət enerjisinə çevirən bir cihazdır. Turbinlər təkcə aviasiyada istifadə olunmadığı üçün daha ümumi tərif verilə bilər: bu, işçi mayenin daxili enerjisini (bizim vəziyyətimizdə işçi maye qazdır) şaftda mexaniki işə çevirən bir cihazdır. Anladığınız kimi, turbin və kompressor eyni şaftda yerləşir və bir-birinə sərt şəkildə bağlıdır. Kompressorda qazın təzyiqi artırsa, turbində isə əksinə, azalır, yəni qaz genişlənir.
Nozzle, qazın potensial enerjisinin kinetik enerjiyə (turbindən sonra qalan qaz enerjisi ehtiyatı) çevrildiyi bir daralma kanalıdır. Bir turbində olduğu kimi, burunda qaz genişlənməsi baş verir. Burundan axan, təyyarəni hərəkət etdirən bir reaktiv meydana gəlir.
Əsas elementləri sıraladıq. Ancaq bunun necə işlədiyi hələ də aydın deyil? Sonra bunu təkrar və qısa şəkildə edək.
Atmosferdən gələn hava giriş cihazına daxil olur, burada bir az sıxılır və kompressora daxil olur. Kompressorda hava təzyiqi daha da artır və temperatur da artır. Kompressordan sonra hava yanma kamerasına daxil olur və orada yanacaqla qarışaraq alovlanır, bu da temperaturun güclü artmasına səbəb olur, demək olar ki, sabit təzyiqdir. Yanma kamerasından sonra isti sıxılmış qaz turbinə daxil olur. Qazın enerjisinin bir hissəsi kompressorun turbin tərəfindən fırlanmasına sərf olunur (yuxarıda təsvir olunan funksiyasını yerinə yetirə bilsin), digər hissəsi isə bizə lazım olan təyyarənin hərəkətinə sərf olunur. ki, qaz turbindən keçərək burunda reaktiv axına çevrilir və ondan (burun) atmosferə qaçır. Bu, dövrü tamamlayır. Təbii ki, reallıqda dövrədə bütün proseslər davamlı olaraq baş verir.
Bu dövrə Brayton dövrü və ya davamlı əməliyyat prosesi və sabit təzyiqdə istilik daxilolması ilə termodinamik dövr adlanır. Bütün qaz turbinli mühərriklər bu dövrəyə uyğun işləyir.
PV koordinatlarında Brayton dövrü
N-B - daxiletmə qurğusunda sıxılma prosesi
V-K - kompressorda sıxılma prosesi
K-G - izobarik istilik təchizatı
G-T - turbində qazın genişləndirilməsi prosesi
G-S - burunda qazın genişlənməsi prosesi
С-Н - atmosferə izobarik istiliyin çıxarılması
Turbojet mühərrikinin sxematik dizaynı, burada 0-0 mühərrik oxudur
Turbojet mühərrikinin iki valı ola bilər. Bu halda, kompressor aşağı təzyiqli kompressordan (LPC) və yüksək təzyiqli kompressordan (HPC) ibarətdir və iş təchizatı aşağı təzyiqli turbin (LPT) və yüksək təzyiqli turbin () tərəfindən həyata keçiriləcəkdir. HPT), müvafiq olaraq. Bu sxem qazdinamik cəhətdən daha əlverişlidir.
Bu tip əsl mühərrikin kəsilmiş görünüşü
Ən sadə təyyarə qaz turbinli mühərrik dövrəsinin iş prinsipini araşdırdıq. Təbii ki, müasir Airbuss və Boeings turbofan mühərrikləri ilə təchiz olunub, onların dizaynı nəzərəçarpacaq dərəcədə mürəkkəbdir, lakin hər şey eyni qanunlara uyğun işləyir. Gəlin onlara baxaq.
İki dövrəli turbojet mühərriki
Turbofan mühərriki, ilk növbədə, turbojet mühərrikindən iki dövrəyə malik olması ilə fərqlənir: xarici və daxili. Daxili dövrə turbojet mühərriki ilə eyni şeyi ehtiva edir: kompressor (LPC və HPC-yə bölünür), yanma kamerası, turbin (HPT və LHP-yə bölünür) və burun. Xarici kontur, sonunda bir nozzle olan bir kanaldır. Onun nə yanma kamerası var, nə də turbin. Hər iki dövrənin qarşısında (mühərrikin girişindən dərhal sonra) hər iki dövrədə işləyən kompressor mərhələsi var.
Çox aydın şəkil deyil, elə deyilmi? Bunun necə işlədiyini anlayaq.
İki vallı bypass turbojet mühərrikinin sxematik dizaynı
Aşağı təzyiqli kompressorun birinci pilləsindən keçən mühərrikə daxil olan hava iki axına bölünür. Havanın bir hissəsi daxili dövrə boyunca axır, burada turbojet mühərrikini sökərkən təsvir edilən eyni proseslər baş verir. Havanın ikinci hissəsi LPC-nin birinci mərhələsindən (iki dövrədə işləyən) enerji alaraq xarici dövrəyə daxil olur. Xarici dövrədə hava enerjisi yalnız hidravlik itkilərin aradan qaldırılmasına sərf olunur (sürtünmə səbəbindən). Sonda bu hava xarici döngə nozzinə daxil olur və böyük itki yaradır. Xarici dövrənin yaratdığı təkan bütün mühərrikin təkanının 80%-ni təşkil edə bilər.
Turbofan mühərrikinin ən vacib xüsusiyyətlərindən biri bypass nisbətidir. Bypass nisbəti xarici döngədəki hava axınının daxili döngədəki hava axınına nisbətidir. Bu rəqəm birdən çox və ya kiçik ola bilər. Müasir mühərriklərdə bu rəqəm 12 ədədi keçir.
Bypass nisbəti ikidən çox olan mühərriklər adətən turbofan mühərrikləri adlanır və kompressorun birinci mərhələsi (hər iki dövrədə işləyən) fan adlanır.
Boeing 757-200 turbofan mühərriki. Giriş cihazı və fan ön planda görünür.
Bəzi mühərriklərdə fan, daxili dövrə nozzinə ən yaxın yerləşdirilən ayrı bir turbin tərəfindən idarə olunur. Sonra mühərrik üç şaftlı olur. Məsələn, Rolls Royce RB211 mühərrikləri (L1011, B747, B757, B767-də quraşdırılıb), D-18T (An-124), D-36 (Yak-42) mühərrikləri bu dizayna uyğun hazırlanır.
Daxili hissədə D-18T
Turbofan mühərrikinin əsas üstünlüyü turbojet mühərrikləri ilə müqayisədə yüksək itələmə və yaxşı səmərəlilik yaratmaq qabiliyyətidir.
Bununla mən turbofan mühərriki haqqında bitirmək və növbəti mühərrik növünə - turbofan mühərrikinə keçmək istərdim.
Turboprop mühərriklər
Turboprop mühərrik, turbojet kimi, qaz turbinli mühərrikdir. Və demək olar ki, turbojet kimi işləyir. Əsas turbovintli mühərrik bizə artıq tanış olan elementlərdən ibarətdir: kompressor, yanma kamerası, turbin və burun. Onlara bir sürət qutusu və bir vida əlavə olunur.
İş prinsipi turbojetlə eynidir, fərqi ilə demək olar ki, bütün qaz enerjisi turbində kompressoru fırlatmaq və pervaneyi sürət qutusu vasitəsilə fırlatmaq üçün sərf olunur (burada pervane və sürət qutusu eynidir). kompressor kimi mil). Pervane təkanların böyük hissəsini yaradır. Turbindən sonra enerjinin qalan hissəsi reaktiv təkan meydana gətirərək buruna yönəldilir, lakin kiçikdir, cəminin onda biri ola bilər. Bu sxemdəki sürət qutusu sürəti azaltmaq və fırlanma anı ötürmək üçün lazımdır, çünki turbin çox yüksək tezlikdə, məsələn, 10000 rpm dönə bilər, lakin pervane yalnız 1500 lazımdır.Və pervane olduqca ağırdır.
Teatrın sxematik dizaynı
Ancaq turbovintli mühərriklər üçün başqa bir dizayn var: pulsuz turbinlə.
Onun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, adi kompressor turbininin arxasında kompressor turbininə mexaniki olaraq qoşulmayan ayrıca turbin quraşdırılır. Belə bir turbin sərbəst adlanır. Kompressor turbini ilə sərbəst turbin arasında əlaqə yalnız qaz-dinamikdir. Sərbəst turbindən, pervaneli bir sürət qutusunun quraşdırıldığı ayrı bir şaft var. Qalan hər şey birinci vəziyyətdə olduğu kimi işləyir. Müasir mühərriklərin əksəriyyəti məhz bu şəkildə hazırlanmışdır. Bu sxemin üstünlüklərindən biri, mühərriki pərvanəni idarə etmədən, yerdəki köməkçi güc bloku (APU) kimi istifadə etmək imkanıdır.
Sərbəst turbinli turbovintli mühərrikin sxematik dizaynı
Qeyd etmək istərdim ki, turbovintli mühərriklərə keçmişin səmərəsiz yadigarı kimi baxmağa ehtiyac yoxdur. Mən bir neçə dəfə belə ifadələri eşitmişəm, amma həqiqətə uyğun deyil.
Bəzi hallarda, turboprop mühərriki, bir qayda olaraq, sürəti çox yüksək olmayan (məsələn, 500 km/saat) təyyarələrdə ən yüksək səmərəliliyə malikdir, üstəlik, təyyarə təsir edici ölçüdə ola bilər. Bu halda, bir turbovintli mühərrik əvvəllər müzakirə edilən turbojet mühərrikindən dəfələrlə daha sərfəli ola bilər.
Turboprop mühərrikləri haqqında bitirə biləcəyimiz yer budur. Biz yavaş-yavaş turboşaftlı mühərrik konsepsiyasına yaxınlaşırıq.
Turboşaft mühərriki
Buradakı oxucuların çoxu ilk dəfədir ki, belə bir adı eşidirlər. Bu tip mühərrik helikopterlərdə quraşdırılır.
Turboşaft mühərriki sərbəst turbinli turboprop mühərrikə çox bənzəyir. O, həmçinin bir kompressordan, yanma kamerasından, kompressor turbinindən ibarətdir, sonra yalnız qazdinamik olaraq əvvəlki hər şeyə qoşulmuş pulsuz bir turbin var. Ancaq belə bir mühərrik reaktiv təkan yaratmır, reaktiv burun yoxdur, yalnız işlənmişdir. Sərbəst turbin vertolyotun əsas ötürücü qutusuna (əsas rotor) qoşulan öz şaftına malikdir. Bəli, bildiyim bütün vertolyotlarda belə sürət qutusu var və bir qayda olaraq, təsir edici ölçülərə malikdir. Fakt budur ki, helikopterin rotor sürəti çox aşağıdır. Bir təyyarə üçün, yuxarıda yazdığım kimi, onlar 1500 rpm-ə çata bilərsə, bir vertolyot üçün, məsələn, Mi-8, cəmi 193 rpm-ə çata bilər.
Və vertolyotun mühərrik sürəti çox vaxt çox yüksək olur (ölçüsü kiçik olduğuna görə) və onu yüz dəfə və ya daha çox azaltmaq lazımdır. Belə olur ki, sürət qutusu həm mühərrikdə, həm də helikopterin özündə, məsələn, Mi-2 və onun GTD-350 mühərrikində quraşdırılıb.
Turboşaft mühərrikinin sxematik dizaynı
Mi-3 helikopterindən TV117-8 mühərriki. Egzoz borusu və sürücü şaftı sağda görünür
Beləliklə, biz dörd növ qaz turbinli mühərrikə baxdıq. Ümid edirəm mətnim sizin üçün aydın və faydalı oldu. Bütün suallarınızı və şərhlərinizi şərhlərdə qeyd edə bilərsiniz.
Diqqətinizə görə təşəkkür edirik.
Mənbə: www.habr.com
