Përshëndetje të gjithëve! Në këtë artikull do të flas për mënyrën se si funksionojnë motorët e avionëve me gaz turbinë (GT). Do të përpiqem ta shpjegoj këtë në një gjuhë sa më të thjeshtë dhe të kuptueshme.
Motorrat e avioneve GT mund të ndahen në:
- motorë turborreaktivë (TRD)
- motorë turborreaktivë dykontur (TRDD)
- motorë turbovinjë (TVD)
- motorë turbotel (TVaD)
Për më tepër, TRD dhe TRDD mund të përmbajnë një dhomë forcuese, në këtë rast ato do të jenë TRDF dhe TRDDDF përkatësisht. Në këtë artikull ne nuk do t'i shqyrtojmë ato.
Të fillojmë me motorët turborreaktivë.
Motorët turborreaktivë
Ky lloj motori u krijua në gjysmën e parë të shekullit 20 dhe filloi të gjejë përdorim masiv në fund të Luftës së Dytë Botërore. Avioni i parë serik turborreaktiv ishte gjermani Me.262. TRD ishin të njohura deri në vitet '60, pas të cilave filluan të zëvendësohen nga TRDD.
Fotografia më moderne e Me-262, e bërë në vitin 2016
Motorët turborreaktivë më të thjeshtë përfshijnë elementet e mëposhtme:
- Pajisja hyrëse
- Kompresori
- Dhomën e djegies
- Turbina
- Injektori reaktiv (më poshtë thjesht injektor)
Mund të thuhet se ky është minimumi i nevojshëm për funksionimin normal të motorit.
Tani le të shqyrtojmë se çfarë nevojitet dhe përse.
Aparati i hyrjes është një kanal që zgjeron* ku ajri është i tërhequr drejt kompresorit dhe kompresimi i tij paraprak. Në këtë proces, energjia kinetike e ajrit të hyrë pjesërisht shndërrohet në presion.
*këtu dhe më tutje do të flasim për shpejtësi nënzëri. Në shpejtësi mbi zë, fizika ndryshon, dhe gjithçka është krejt ndryshe.
Kompresori është një pajisje në të cilën ndodhet rritja e presionit të ajrit. Kompresori mund të karakterizohet nga një madhësi siç është shkalla e rritjes së presionit. Në motorët modernë, ajo fillon të kalojë mbi 40 njësi. Për më tepër, temperatura rritet (mund të arrijë deri në 400 gradë Celsius).
Dhoma e djegies është një pajisje në të cilën ajri i shkrirë (pas kompresorit) merr ngrohtësi nga djegia e karburantit. Temperatura në dhomën e djegies është shumë e lartë, mund të arrijë deri në 2000 gradë Celsius. Mund t'ju duket se presioni i gazit në dhomë gjithashtu rritet shumë, por kjo nuk është e vërtetë. Teorikisht, pranohet se ngrohja ndodhet në presion të vazhdueshëm. Në realitet, ai paksa bie për shkak të humbjeve (problemi i papërsosmërisë së projektit).
Turbina është një pajisje që kthen një pjesë të energjisë së gazit pas dhomës së djegies në energji për motorin e kompresorit. Duke pasur parasysh se turbinat përdoren jo vetëm në aviacion, mund të jepet një definicion më i përgjithshëm: është një pajisje që shndërron energjinë e brendshme të trupit punues (në këtë rast, trupi punues është gazi) në punë mekanike në bosht. Siç mund të keni kuptuar, turbina dhe kompresori ndodhen në të njëjtin bosht dhe janë të lidhura ngushtë me njëra-tjetrën. Nëse në kompresor ndodh një rritje e presionit të gazit, në turbinë, përkundrazi, ndodh një ulje, pra gazi zgjerohet.
NjĂ« grykĂ« â njĂ« kanal qĂ« ngushtohet, ku ndodh konvertimi i energjisĂ« potenciale tĂ« gazit nĂ« energji kinetike (rezerva e mbetur e energjisĂ« sĂ« gazit pas turbinĂ«s). Si nĂ« turbinĂ«, nĂ« grykĂ« ndodh zgjerimi i gazit. Kjo krijon njĂ« rrymĂ«, e cila, duke dalĂ« nga grykĂ«, lĂ«viz aeroplanin.
Kemi kuptuar elementet kryesore. Por ende nuk është shumë e qartë se si funksionon? Atëherë le të shohim një herë tjetër, me pak fjalë.
Ajri nga atmosfera hyn në pajisjen hyrëse, ku pak ngushtohet dhe kalon në kompresor. Në kompresor, presioni i ajrit rritet edhe më shumë, duke rritur gjithashtu temperaturën. Pas kompresorit, ajri kalon në dhomën e djegies dhe, duke u përzier atje me karburantin, ndizet, çka shkakton një rritje të madhe të temperaturës, teksa presioni mbetet, mund të thuhet, konstant. Pas dhomës së djegies, gazi i nxehtë i ngjeshur shkon në turbinë. Një pjesë e energjisë së gazit shpenzohet për të rrotulluar kompresorin nga turbina (në mënyrë që të mund të kryejë funksionin e saj, siç përshkruhet më sipër), ndërsa një pjesë tjetër e energjisë shpenzohet për lëvizjen e avionit, për shkak se gazi, pasi kalon turbinën, shndërrohet në një rrymë reaktive në dorezë dhe del nga ajo (doreza) në atmosferë. Në këtë pikë, cikli përfundon. Sigurisht, në realitet, të gjitha proceset e ciklit ndodhin në mënyrë të vazhdueshme.
Ky cikël quhet cikli i Brayton, ose cikli termodinamik me karakter të vazhdueshëm të procesit të punës dhe furnizimin me nxehtësi nën presion konstant. Të gjitha GTC funksionojnë sipas këtij cikli.
Cikli i Brayton në koordinatat P-V
N-V â procesi i ngjeshjes nĂ« pajisjen hyrĂ«se
V-K â procesi i kompresimit nĂ« kompresor
K-G â nĂ«npresioni i ngrohjes
G-T â procesi i zgjerimit tĂ« gazit nĂ« turbinĂ«
G-S â procesi i zgjerimit tĂ« gazit nĂ« njĂ«sinĂ« e shpĂ«rndarjes
S-N â nĂ«npresioni pĂ«r shpĂ«rndarjen e ngrohjes nĂ« atmosferĂ«
Konstrukt i thjeshtĂ« i motorit turborreaktiv, ku 0-0 â boshti i motorit
TRD mund të ketë edhe dy boshtet. Në këtë rast, kompresori përbëhet nga kompresori i presionit të ulët (KND) dhe kompresori i presionit të lartë (KVD), ndërsa puna do të realizohet nga turbinat e presionit të ulët (TND) dhe të lartë (TVD) përkatësisht. Ky skemë është më favorez për gazdinamikën.
Motori real i këtij tipi në seksion
Kemi shqyrtuar parimin e funksionimit tĂ« skemĂ«s mĂ« tĂ« thjeshtĂ« tĂ« motorit avionic turbogaz. Natyrisht, nĂ« âAirbusâ dhe âBoeingâ tĂ« sotĂ«m instalohen TRDD, struktura e tĂ« cilave Ă«shtĂ« ndjeshĂ«m mĂ« e komplikuar, por funksionon sipas tĂ« njĂ«jtave ligje. Le tĂ« shohim ato.
Motori turborreaktiv me dy konture
TRDD, për më tepër, dallon nga TRD për faktin se ka dy konture: të jashtme dhe të brendshme. Konturi i brendshëm përmban të njëjtat elemente si TRD: kompresori (i ndarë në KND dhe KVD), dhomën e djegies, turbinën (të ndarë në TVD dhe TND) dhe dyzën. Konturi i jashtëm përbën një kanal, me dyzën në fund. Në të nuk ka as dhomë djegie as turbinë. Para të dy kontureve (menjëherë pas pajisjes hyrëse të motorit) ndodhet një shkallë kompresori që punon për të dy konturet.
Nuk është një pamje shumë e kuptueshme, apo jo? Le të shohim si funksionon.
Struktura e thjeshtë e motorit turbo-reaktiv me dy osilatore dhe dy konture
Ajri që hyn në motor, pasi kalon përmes shkallës së parë të kompresorit me presion të ulët, ndahet në dy rrjedha. Një pjesë e ajrit shkon përmes konturit të brendshëm, ku ndodhin të njëjtat procese që u përshkruan kur analizuam TRD-në. Pjesa tjetër e ajrit kalon në konturin e jashtëm, duke marrë energji nga shkalla e parë e KND-së (ajo që punon me dy kontura). Në konturin e jashtëm, energjia e ajrit shpenzohet vetëm për të kapërcyer humbjet hidrike (për shkak të fërkimit). Në fund, ky ajër arrin në ndihmësin e konturit të jashtëm, duke krijuar një tërheqje të madhe. Tërheqja e krijuar nga konturi i jashtëm mund të përbëjë 80% të tërheqjes së gjithë motorit.
Një nga karakteristikat më të rëndësishme të TRDD-së është shkalla e dykonturësisë. Shkalla e dykonturësisë është raporti i fluksit të ajrit në konturin e jashtëm ndaj fluksit të ajrit në konturin e brendshëm. Ky numër mund të jetë më i madh ose më i vogël se një. Në motorët modern, ky numër tejkalon vlerën 12.
Motorët me një shkallë dyfishe më të madhe se dy quhen turboventilatorë, dhe shkalla e parë e kompresorit (ajo që punon në të dy konturat) është ventilatori.
TRDD i avionit Boeing 757-200. Në planin e parë shihet pajisja e hyrjes dhe ventilatori.
Në disa motorë, ventilatori aktivizohet nga një turbinë e veçantë që vendoset më afër grykës së konturit të brendshëm. Atëherë motori rezulton të jetë me tre osë. Për shembull, motorët e tillë janë realizuar në skemën e motorëve Rolls Royce RB211 (të instaluar në L1011, B747, B757, B767), D-18T (An-124), D-36 (Jak-42).
D-18T në seksionin e brendshëm.
Avantazhi kryesor i TRDD qëndron në mundësinë e krijimit të një tërheqje të madhe dhe efikasitet të mirë, krahasuar me TRD.
Me këtë do të doja të përfundoj për TRDD dhe të kaloj në llojin e ardhshëm të motorëve - TWD.
Motorët turboventilatorë.
Motoresi turboventilator, si edhe ai turborreaktiv, i përket motorëve gazturbinë. Ai punon pothuajse si motori turborreaktiv. Një motor elementar turboventilator përbëhet nga elementët që tashmë i njohim: kompresori, dhoma e djegies, turbina dhe grykë. Atij i janë shtuar reduktori dhe spirali.
Parimi i funksionimit është i njëjtë me atë të motorit turbojek, me ndryshimin se pothuajse e gjithë energjia e gazit shpenzohet në turbinë për të rrotulluar kompresorin dhe për të rrotulluar helikën përmes reduktorit (këtu helika dhe reduktori janë në të njëjtin bosht me kompresorin). Helika krijon shumicën e tërheqjes. Pjesa e mbetur, pas turbinës, drejtohet në nyjë, duke formuar tërheqjen reaktive, por ajo është e vogël, mund të përbëjë një e dhjeta nga gjithçka. Reduktori në këtë skemë është i nevojshëm për të ulur rrotullimet dhe për të transmetuar momentin, pasi turbina mund të rrotullohet me një frekuencë shumë të lartë, për shembull, 10000 rrotullime në minutë, ndërsa helika ka nevojë vetëm për 1500. Dhe helika është mjaft e rëndë.
Konstruksioni skematik i TVD
Por ekziston edhe një tjetër skemë e motorëve turbinë-helikë: me turbinë të lirë.
The essence is that a separate turbine is placed behind a conventional compressor turbine, which is not mechanically connected to the compressor turbine. This turbine is called a free turbine. The connection between the compressor turbine and the free turbine is only gas-dynamic. A separate shaft comes from the free turbine, on which a gearbox with a propeller is installed. Everything else operates just like in the first case. Most modern engines are built according to this scheme. One of the advantages of this scheme is the possibility of using the engine on land as an auxiliary power unit (APU) without driving the propeller.
Schematic design of a turbine engine with a free turbine
I want to emphasize that one should not view turbine engines as an inefficient relic of the past. I have heard such statements several times, but they are incorrect.
Motori turboventilatori në disa raste kanë efikasitetin më të lartë, zakonisht në aeroplanet me shpejtësi jo shumë të larta (p.sh., në 500 km/h), dhe megjithatë, aeroplani mund të jetë shumë i madh. Në këtë rast, motori turboventilator mund të jetë shumë më i përballueshëm në krahasim me motorin turborreaktiv të shqyrtuar më parë.
Kështu që, për motorët turboventilator mund ta përfundojmë. Po afrohemi ngadalë në konceptin e motorit turbovald.
Motori turbovald
Ndoshta shumica e lexuesve këtu po e dëgjojnë këtë emër për herë të parë. Ky tip motori instalohet në helika.
Motori turbo shaft është shumë e ngjashme me motorin turbo prop me turbinë të lirë. Ai gjithashtu përbëhet nga një kompresor, një dhomë djegie, një turbinë kompresori, pastaj vjen turbinë e lirë që është e lidhur me të gjitha pjesët e përmendura më parë vetëm në mënyrë gazodinamike. Ky motor nuk prodhon tërheqje reaktive, sepse nuk ka një grykë reaktive, ka vetëm një shkarkim. Turbina e lirë ka boshtin e saj, i cili lidhet me reduktorin kryesor të helikopterit (helikopterit të ngarkesës). Po, të gjithë helikopterët që kam njohur kanë një reduktor të tillë, dhe zakonisht ai është i madh. Arsyeja është se rrotullimet e helikopterëve janë shumë të ulta. Nëse për avionët, siç e përmenda më lart, mund të arrijnë 1500 rrotullime/min, për helikopterin, për shembull për Mi-8, ka vetëm 193 rrotullime/min.
Rrotullimet e motorit nĂ« helikopter shpesh janĂ« shumĂ« tĂ« larta (pĂ«r shkak tĂ« madhĂ«sive tĂ« vogla), dhe duhet tâi ulen ndjeshĂ«m, ndonjĂ«herĂ« mĂ« shumĂ« se njĂ«qind herĂ«. NdonjĂ«herĂ« ndodh qĂ« reduktori tĂ« jetĂ« i vendosur si nĂ« motor, ashtu edhe nĂ« vetĂ« helikopterin, pĂ«r shembull, nĂ« Mi-2 dhe motorin e tij GTD-350.
Struktura skematike e motorit turbo shaft
Motori TV3-117 nga helikopteri Mi-8. Në të djathtë duken tuba shkarkimi dhe boshti i huaj
Pra ndaj, ne e shqyrtuam katër lloje motorësh gazoturbinarë. Shpresoj që teksti im ishte i qartë dhe i dobishëm për ju. Të gjitha pyetjet dhe komentet mund t'i shkruani në komentet.
Faleminderit për vëmendjen.
Burimi: habr.com
