Pershendetje te gjitheve! Në këtë artikull dua të flas se si funksionojnë motorët e turbinave me gaz të avionëve (GTE). Do të përpiqem ta bëj këtë sa më të thjeshtë dhe të kuptueshme.
Motorët e turbinave me gaz të aviacionit mund të ndahen në:
- motorët turbojet (TRD)
- motorë turbojet me qark të dyfishtë (motorë turbojet)
- Motorët turboprop (TVD)
- Motorët me turbobosht (TVaD)
Për më tepër, motorët turbojet dhe turbofanët mund të përmbajnë një pas djegës, në të cilin rast ata do të jenë përkatësisht turbofans dhe turbofans. Ne nuk do t'i konsiderojmë ato në këtë artikull.
Le të fillojmë me motorët turbojet.
Motorë turbojet
Ky lloj motori u krijua në gjysmën e parë të shekullit të 20-të dhe filloi të gjente përdorim të gjerë në fund të Luftës së Dytë Botërore. Avioni i parë serik turbojet në botë ishte gjermani Me.262. Motorët turbofan ishin të njohur deri në vitet '60, pas së cilës ata filluan të zëvendësohen me motorë turbofan.
Fotografi moderne e Me-262 e bërë në 2016
Motori më i thjeshtë turbojet përfshin elementët e mëposhtëm:
- Pajisja hyrëse
- kompresor
- Dhoma e djegies
- Turbinë
- Grykë jet (në tekstin e mëtejmë thjesht hundë)
Mund të themi se ky është minimumi i vendosur për funksionimin normal të motorit.
Tani le të shohim se çfarë është e nevojshme për çfarë dhe pse.
Pajisja e hyrjes është një kanal* në zgjerim* në të cilin ajri furnizohet me kompresorin dhe kompresohet paraprakisht. Në të, energjia kinetike e ajrit në hyrje shndërrohet pjesërisht në presion.
*në tekstin e mëtejmë do të flasim për shpejtësitë nënsonike. Me shpejtësi supersonike, fizika ndryshon dhe gjithçka është krejtësisht ndryshe atje.
Një kompresor është një pajisje që rrit presionin e ajrit. Një kompresor mund të karakterizohet nga një vlerë e tillë si shkalla e rritjes së presionit. Në motorët modernë tashmë ka filluar të kalojë 40 njësi. Përveç kësaj, temperatura në të rritet (ndoshta diku deri në 400 gradë Celsius).
Dhoma e djegies është një pajisje në të cilën nxehtësia furnizohet me ajrin e kompresuar (pas kompresorit) për shkak të djegies së karburantit. Temperatura në dhomën e djegies është shumë e lartë, mund të arrijë 2000 gradë Celsius. Mund t'ju duket se presioni i gazit në dhomë gjithashtu rritet shumë, por nuk është kështu. Teorikisht, përgjithësisht pranohet se nxehtësia furnizohet me presion konstant. Në realitet, ajo bie pak për shkak të humbjeve (problemi i dizajnit të papërsosur).
Një turbinë është një pajisje që konverton një pjesë të energjisë së gazit pas dhomës së djegies në energji të makinës së kompresorit. Meqenëse turbinat përdoren jo vetëm në aviacion, mund të jepet një përkufizim më i përgjithshëm: kjo është një pajisje që konverton energjinë e brendshme të lëngut të punës (në rastin tonë, lëngu i punës është gaz) në punë mekanike në bosht. Siç mund ta kuptoni, turbina dhe kompresori janë të vendosura në të njëjtin bosht dhe janë të lidhur ngushtë me njëri-tjetrin. Nëse presioni i gazit rritet në kompresor, atëherë në turbinë, përkundrazi, zvogëlohet, domethënë gazi zgjerohet.
Një hundë është një kanal zvogëlues në të cilin energjia potenciale e gazit shndërrohet në energji kinetike (rezerva e mbetur e energjisë së gazit pas turbinës). Ashtu si në një turbinë, zgjerimi i gazit ndodh në grykë. Formohet një avion, i cili, duke rrjedhur nga hunda, lëviz avionin.
Ne kemi renditur elementet bazë. Por ende nuk është shumë e qartë se si funksionon? Pastaj le ta bëjmë përsëri dhe shkurtimisht.
Ajri nga atmosfera hyn në pajisjen e hyrjes, ku është pak i ngjeshur dhe futet në kompresor. Në kompresor, presioni i ajrit rritet edhe më shumë, dhe temperatura gjithashtu rritet. Pas kompresorit, ajri hyn në dhomën e djegies dhe, duke u përzier atje me karburantin, ndizet, gjë që çon në një rritje të fortë të temperaturës, me, mund të thuhet, presion të vazhdueshëm. Pas dhomës së djegies, gazi i nxehtë i ngjeshur hyn në turbinë. Një pjesë e energjisë së gazit shpenzohet për rrotullimin e kompresorit nga turbina (në mënyrë që të mund të kryejë funksionin e tij të përshkruar më sipër), pjesa tjetër e energjisë harxhohet në lëvizjen e avionit që na nevojitet, për faktin se që gazi, pasi ka kaluar turbinën, kthehet në një rrymë avion në grykë dhe del prej tij (grykë) në atmosferë. Kjo përfundon ciklin. Sigurisht, në realitet, të gjitha proceset në cikël ndodhin vazhdimisht.
Ky cikël quhet cikli Brayton, ose një cikël termodinamik me një proces të vazhdueshëm operimi dhe hyrje të nxehtësisë në presion konstant. Të gjithë motorët me turbina me gaz funksionojnë sipas këtij cikli.
Cikli Brayton në koordinatat PV
N-B - procesi i kompresimit në pajisjen hyrëse
V-K - procesi i kompresimit në një kompresor
K-G - furnizimi izobarik i nxehtësisë
G-T - procesi i zgjerimit të gazit në një turbinë
G-S - procesi i zgjerimit të gazit në hundë
С-Н - largimi izobarik i nxehtësisë në atmosferë
Dizajni skematik i një motori turbojet, ku 0-0 është boshti i motorit
Një motor turbojet mund të ketë dy boshte. Në këtë rast, kompresori përbëhet nga një kompresor me presion të ulët (LPC) dhe një kompresor me presion të lartë (HPC), dhe furnizimi i punës do të kryhet nga një turbinë me presion të ulët (LPT) dhe një turbinë me presion të lartë ( HPT), respektivisht. Kjo skemë është më e favorshme gazdinamike.
Pamje e prerë e një motori të vërtetë të këtij lloji
Ne shqyrtuam parimin e funksionimit të qarkut më të thjeshtë të motorit të turbinës me gaz të avionit. Natyrisht, Airbusët dhe Boeings moderne janë të pajisur me motorë turbofan, dizajni i të cilëve është dukshëm më kompleks, por gjithçka funksionon sipas të njëjtave ligje. Le t'i shikojmë ato.
Motor turbojet me qark të dyfishtë
Një motor turbofan, para së gjithash, ndryshon nga një motor turbojet në atë që ka dy qarqe: të jashtëm dhe të brendshëm. Qarku i brendshëm përmban të njëjtën gjë si një motor turbojet: një kompresor (i ndarë në LPC dhe HPC), një dhomë djegieje, një turbinë (e ndarë në HPT dhe LHP) dhe një hundë. Kontura e jashtme është një kanal me një hundë në fund. Nuk ka as dhomë djegieje dhe as turbinë. Përpara të dy qarqeve (menjëherë pas hyrjes së motorit) ka një fazë kompresori që funksionon në të dy qarqet.
Nuk është një pamje shumë e qartë, apo jo? Le të kuptojmë se si funksionon.
Dizajni skematik i një motori turbojet me anashkalim me dy bosht
Ajri që hyn në motor, duke kaluar nëpër fazën e parë të kompresorit me presion të ulët, ndahet në dy rryma. Një pjesë e ajrit rrjedh përgjatë qarkut të brendshëm, ku ndodhin të njëjtat procese që u përshkruan kur çmontuam motorin turbojet. Pjesa e dytë e ajrit hyn në qarkun e jashtëm, duke marrë energji nga faza e parë e LPC (ajo që funksionon në dy qarqe). Në qarkun e jashtëm, energjia e ajrit shpenzohet vetëm për tejkalimin e humbjeve hidraulike (për shkak të fërkimit). Në fund, ky ajër hyn në grykën e lakut të jashtëm, duke krijuar një shtytje të madhe. Shtytja e krijuar nga qarku i jashtëm mund të përbëjë 80% të shtytjes së të gjithë motorit.
Një nga karakteristikat më të rëndësishme të një motori turbofan është raporti i anashkalimit. Raporti i anashkalimit është raporti i rrjedhës së ajrit në lakin e jashtëm me rrjedhën e ajrit në lakin e brendshëm. Ky numër mund të jetë ose më i madh ose më i vogël se një. Në motorët modernë ky numër tejkalon 12 njësi.
Motorët me një raport anashkalimi prej më shumë se dy quhen zakonisht motorë turbofan, dhe faza e parë e kompresorit (ajo që funksionon në të dy qarqet) quhet tifoz.
Motor turbofan Boeing 757-200. Pajisja hyrëse dhe ventilatori janë të dukshme në plan të parë.
Në disa motorë, tifozi drejtohet nga një turbinë e veçantë, e cila vendoset më afër grykës së qarkut të brendshëm. Pastaj motori rezulton të jetë me tre boshte. Për shembull, motorët Rolls Royce RB211 (të instaluar në L1011, B747, B757, B767), D-18T (An-124), D-36 (Yak-42) janë bërë sipas këtij dizajni.
D-18T në seksion nga brenda
Avantazhi kryesor i një motori turbofan është aftësia për të krijuar shtytje të lartë dhe efikasitet të mirë në krahasim me motorët turbojet.
Me këtë do të doja të përfundoja në lidhje me motorin turbofan dhe të kaloj në llojin tjetër të motorit - motorin turbofan.
Motorë turboprop
Një motor turboprop, si një turbojet, është një motor me turbinë me gaz. Dhe funksionon pothuajse si një turbojet. Një motor bazë turboprop përbëhet nga elementë tashmë të njohur për ne: një kompresor, një dhomë djegieje, një turbinë dhe një hundë. Një kuti ingranazhi dhe një vidë u shtohen atyre.
Parimi i funksionimit është i njëjtë me atë të një turbojeti, me ndryshimin që pothuajse e gjithë energjia e gazit shpenzohet në turbinë për të rrotulluar kompresorin dhe për të rrotulluar helikën përmes kutisë së shpejtësisë (këtu helika dhe kutia e shpejtësisë janë në të njëjtën bosht si kompresor). Helika krijon pjesën më të madhe të shtytjes. Pjesa e mbetur e energjisë pas turbinës drejtohet në grykë, duke formuar shtytje jet, por është e vogël, mund të jetë një e dhjeta e totalit. Kutia e shpejtësisë në këtë skemë është e nevojshme për të ulur shpejtësinë dhe për të transmetuar çift rrotullues, pasi turbina mund të rrotullohet me një frekuencë shumë të lartë, për shembull, 10000 rpm, por helikës i duhet vetëm 1500. Dhe helika është mjaft e rëndë.
Hartimi skematik i teatrit
Por ekziston një dizajn tjetër për motorët turboprop: me një turbinë të lirë.
Thelbi i saj është që një turbinë e veçantë është instaluar pas turbinës së zakonshme të kompresorit, e cila nuk është e lidhur mekanikisht me turbinën e kompresorit. Një turbinë e tillë quhet e lirë. Lidhja ndërmjet turbinës së kompresorit dhe turbinës së lirë është vetëm gaz-dinamike. Nga turbina e lirë ekziston një bosht i veçantë mbi të cilin është instaluar një kuti ingranazhi me një helikë. Çdo gjë tjetër funksionon njësoj si në rastin e parë. Shumica e motorëve modernë janë projektuar pikërisht në këtë mënyrë. Një nga avantazhet e kësaj skeme është aftësia për të përdorur motorin në tokë si një njësi fuqie ndihmëse (APU), pa e drejtuar helikën.
Dizajni skematik i një motori turboprop me një turbinë të lirë
Dua të vërej se nuk ka nevojë të shikojmë motorët turboprop si një relike joefektive të së kaluarës. Deklarata të tilla i kam dëgjuar disa herë, por nuk janë të vërteta.
Në disa raste, një motor turboprop ka efikasitetin më të lartë, si rregull, në avionë me shpejtësi jo shumë të larta (për shembull, 500 km / orë), për më tepër, avioni mund të jetë me përmasa mbresëlënëse. Në këtë rast, një motor turboprop mund të jetë shumë herë më fitimprurës se motori turbojet i diskutuar më parë.
Këtu mund të përfundojmë në lidhje me motorët turboprop. Dalëngadalë po i afrohemi konceptit të një motori turbobosht.
Motori me turbobosht
Kjo duhet të jetë hera e parë që shumica e lexuesve këtu dëgjojnë një emër të tillë. Ky lloj motori është i instaluar në helikopterë.
Një motor turbobosht është shumë i ngjashëm me një motor turboprop me turbinë të lirë. Ai gjithashtu përbëhet nga një kompresor, një dhomë djegieje, një turbinë kompresori, pastaj është një turbinë e lirë, e lidhur me gjithçka të mëparshme vetëm në mënyrë gazdinamike. Por një motor i tillë nuk krijon shtytje jet; ai nuk ka një hundë jet, vetëm shkarkim. Turbina e lirë ka boshtin e vet, i cili lidhet me kutinë kryesore të marsheve të helikopterit (rotorit kryesor). Po, të gjithë helikopterët që njoh kanë një kuti ingranazhi të tillë dhe, si rregull, është me përmasa mbresëlënëse. Fakti është se shpejtësia e rotorit të një helikopteri është shumë e ulët. Nëse për një aeroplan, siç shkrova më lart, ato mund të arrijnë 1500 rpm, atëherë për një helikopter, për shembull, Mi-8, vetëm 193 rpm.
Dhe shpejtësia e motorit të një helikopteri është shpesh shumë e lartë (për shkak të madhësisë së tij të vogël), dhe është e nevojshme ta zvogëloni atë njëqind herë ose më shumë. Ndodh që kutia e ingranazhit të instalohet si në motor ashtu edhe në vetë helikopterin, për shembull, në Mi-2 dhe motorin e tij GTD-350.
Dizajni skematik i një motori turbobosht
Motorri TV3-117 nga helikopteri Mi-8. Tubi i shkarkimit dhe boshti i lëvizjes janë të dukshëm në të djathtë
Pra, ne shikuam katër lloje të motorëve me turbina me gaz. Shpresoj se teksti im ishte i qartë dhe i dobishëm për ju. Ju mund të shkruani të gjitha pyetjet dhe komentet në komente.
Faleminderit për vëmendjen tuaj.
Burimi: www.habr.com
