0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое степень сжатия в авиационном двигателе

Газотурбинный двигатель. Фото. Строение. Характеристики.

На сегодняшний день, авиация практически на 100% состоит из машин, которые используют газотурбинный тип силовой установки. Иначе говоря – газотурбинные двигатели. Однако, несмотря на всю возрастающую популярность авиаперелетов сейчас, мало кто знает каким образом работает тот жужжащий и свистящий контейнер, который висит под крылом того или иного авиалайнера.

Принцип работы газотурбинного двигателя.

Газотурбинный двигатель, как и поршневой двигатель на любом автомобиле, относится к двигателям внутреннего сгорания. Они оба преобразуют химическую энергию топлива в тепловую, путем сжигания, а после — в полезную, механическую. Однако то, как это происходит, несколько отличается. В обоих двигателях происходит 4 основных процесса – это: забор, сжатие, расширение, выхлоп. Т.е. в любом случае в двигатель сначала входит воздух (с атмосферы) и топливо (из баков), далее воздух сжимается и в него впрыскивается топливо, после чего смесь воспламеняется, из-за чего значительно расширяется, и в итоге выбрасывается в атмосферу. Из всех этих действий выдает энергию лишь расширение, все остальные необходимы для обеспечения этого действия.

А теперь в чем разница. В газотурбинных двигателях все эти процессы происходят постоянно и одновременно, но в разных частях двигателя, а в поршневом – в одном месте, но в разный момент времени и по очереди. К тому же, чем более сжат воздух, тем большую энергию можно получить при сгорании, а на сегодняшний день степень сжатия газотурбинных двигателей уже достигла 35-40:1, т.е. в процессе прохода через двигатель воздух уменьшается в объеме, а соответственно увеличивает свое давление в 35-40 раз. Для сравнения в поршневых двигателях этот показатель не превышает 8-9:1, в самых современных и совершенных образцах. Соответственно имея равный вес и размеры газотурбинный двигатель гораздо более мощный, да и коэффициент полезного действия у него выше. Именно этим и обусловлено такое широкое применения газотурбинных двигателей в авиации в наши дни.

А теперь подробней о конструкции. Четыре вышеперечисленных процесса происходят в двигателе, который изображен на упрощенной схеме под номерами:

  • забор воздуха – 1 (воздухозаборник)
  • сжатие – 2 (компрессор)
  • смешивание и воспламенение – 3 (камера сгорания)
  • выхлоп – 5 (выхлопное сопло)
  • Загадочная секция под номером 4 называется турбиной. Это неотъемлемая часть любого газотурбинного двигателя, ее предназначение – получение энергии от газов, которые выходят после камеры сгорания на огромных скоростях, и находится она на одном валу с компрессором (2), который и приводит в действие.

Таким образом получается замкнутый цикл. Воздух входит в двигатель, сжимается, смешивается с горючим, воспламеняется, направляется на лопатки турбины, которые снимают до 80% мощности газов для вращения компрессора, все что осталось и обуславливает итоговую мощность двигателя, которая может быть использована разными способами.

В зависимости от способа дальнейшего использования этой энергии газотурбинные двигатели подразделяются на:

  • турбореактивные
  • турбовинтовые
  • турбовентиляторные
  • турбовальные

Двигатель, изображенный на схеме выше, является турбореактивным. Можно сказать «чистым» газотурбинным, ведь газы после прохождения турбины, которая вращает компрессор, выходят из двигателя через выхлопное сопло на огромной скорости и таким образом толкают самолет вперед. Такие двигатели сейчас используются в основном на высокоскоростных боевых самолетах.

Турбовинтовые двигатели отличаются от турбореактивных тем, что имеют дополнительную секцию турбины, которая еще называется турбиной низкого давления, состоящую из одного или нескольких рядов лопаток, которые отбирают оставшуюся после турбины компрессора энергию у газов и таким образом вращает воздушный винт, который может находится как спереди так и сзади двигателя. После второй секции турбины, отработанные газы выходят фактически уже самотеком, не имея практически никакой энергии, поэтому для их вывода используются просто выхлопные трубы. Подобные двигатели используются на низкоскоростных, маловысотных самолетах.

Турбовентиляторные двигатели имеют схожую схему с турбовинтовыми, только вторая секция турбины отбирает не всю энергию у выходящих газов, поэтому такие двигатели также имеют выхлопное сопло. Но основное отличие состоит в том, что турбина низкого давления приводит в действия вентилятор, который закрыт в кожух. Потому такой двигатель еще называется двуконтурным, ведь воздух проходит через внутренний контур (сам двигатель) и внешний, который необходим лишь для направления воздушной струи, которая толкает двигатель вперед. Потому они и имеют довольно «пухлую» форму. Именно такие двигатели применяются на большинстве современных авиалайнеров, поскольку являются наиболее экономичными на скоростях, приближающихся к скорости звука и эффективными при полетах на высотах выше 7000-8000м и вплоть до 12000-13000м.

Читать еще:  Двигатель yd25 давление масла

Турбовальные двигатели практически идентичны по конструкции с турбовинтовыми, за исключением того, что вал, который соединен с турбиной низкого давления, выходит из двигателя и может приводить в действие абсолютно что угодно. Такие двигатели используются в вертолетах, где два-три двигателя приводят в действие единственный несущий винт и компенсирующий хвостовой пропеллер. Подобные силовые установки сейчас имеют даже танки – Т-80 и американский «Абрамс».

Газотурбинные двигатели имеют классификацию также по другим при знакам:

  • по типу входного устройства (регулируемое, нерегулируемое)
  • по типу компрессора (осевой, центробежный, осецентробежный)
  • по типу воздушно-газового тракта (прямоточный, петлевой)
  • по типу турбин (число ступеней, число роторов и др.)
  • по типу реактивного сопла (регулируемое, нерегулируемое) и др.

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором получил широкое применение. При работающем двигателе идет непрерывный процесс. Воздух проходит через диффузор, притормаживается и попадает в компрессор. Затем он поступает в камеру сгорания. В камеру через форсунки подается также топливо, смесь сжигается, продукты сгорания перемещаются через турбину. Продукты сгорания в лопатках турбины расширяются и приводят ее во вращение. Далее газы из турбины с уменьшенным давлением поступают в реактивное сопло и с огромной скоростью вырываются наружу, создавая тягу. Максимальная температура имеет место и на воде камеры сгорания.

Компрессор и турбина расположены на одном валу. Для охлаждения продуктов сгорания подается холодный воздух. В современных реактивных двигателях рабочая температура может превышать температуру плавления сплавов рабочих лопаток примерно на 1000 °С. Система охлаждения деталей турбины и выбор жаропрочных и жаростойких деталей двигателя — одни из главных проблем при конструировании реактивных двигателей всех типов, в том числе и турбореактивных.

Особенностью турбореактивных двигателей с центробежным компрессором является конструкция компрессоров. Принцип работы подобных двигателей аналогичен двигателям с осевым компрессором.

Газотурбинный двигатель. Видео.

Описание

1 Общее

Четырехтактный шестицилиндровый двигатель водяного охлаждения Maybach Mb IVa являлся дальнейшим развитием известного двигателя Mb IV. Для получения большой высотности этот авиамотор получил более высокую степень сжатия. Максимальную мощность двигатель развивал на высотах более 1800 метров. Для получения возможности различных способов монтажа на самолётах двигатель производили в следующих четырех вариантах:

  • — Edulali (Entgegen dem Uhrzeigersinn laufend, Auspuff links): направление вращения коленчатого вала противоположное ходу часовой стрелки, выхлопной коллектор слева.
  • — Edulare (Entgegen dem Uhrzeigersinn laufend, Auspuff rechts): направление вращения коленчатого вала противоположное ходу часовой стрелки, выхлопной коллектор справа.
  • — Mulali (Mit dem Uhrzeigersinn laufend, Auspuff links): направление вращения коленчатого вала по ходу часовой стрелки, выхлопной коллектор слева.
  • — Mulare (Mit dem Uhrzeigersinn laufend, Auspuff rechts): направление вращения коленчатого вала по ходу часовой стрелки, выхлопной коллектор справа.

Направление вращения вала двигателя определялось направлением вращения фланца коленчатого вала при взгляде спереди на двигатель. Вариант Edulali являлся стандартной версией.

2 Блок цилиндров

Верхняя часть блока цилиндров (21070)* включала в себя два распределительных вала и коленчатый вал с подшипниками скольжения. Литой фундамент двигателя служил для крепления двигателя к моторной раме посредством болтов — по шесть с каждой из сторон двигателя.

В блоке цилиндров размещались шесть цилиндров, которые крепились в блоке при помощи штифтов. Для центрирования каждого из цилиндров в блоке проводилась их индивидуальная подгонка. Картер (21063) представлял собой снимаемую ванну, крепившуюся к блоку цилиндров при помощи болтов. В картер стекало моторное масло, которое забиралось из картера и подавалось подавалось в масляный бак при помощи двух насосов, расположенных спереди и сзади картера.

a) Коленчатый вал

Коленчатый вал (21009) спереди крепился при помощи фланца (21063) к фланцу воздушного винта способного передавать на воздушный винт мощность в 240 л.с. На месте фланца воздушного винта можно было крепить маятниковый стартер или сцепление.

Читать еще:  Mercedes 190 какой двигатель лучше

Для передачи тяги или давления воздушного винта устанавливался соответствующий шариковый подшипник (8392). Кроме этого за фланцем коленчатого вала для смягчения и гашения колебаний воздушного винта также устанавливался шариковый подшипник (8053). Между фланцем воздушного винта и его подшипником располагалось зубчатое колесо для привода распределительных валов и масляных насосов. Еще подшипники скольжения (5306), изготовленные из бронзы с добавлением свинца, были расположены по одному между рабочими поверхностями каждого из цилиндров. В задней части двигателя на шариковом подшипнике крепилось зубчатое колесо для отбора мощности от коленчатого вала и для привода водяного насоса.

b) Распределительный вал

Впускные (20830) и выпускные (20829) клапаны приводились при помощи распределительного вала (20315). Распределительный вал приводился от коленчатого вала при помощи промежуточных зубчатых колёс (8535 и 5956). Распределительные валы были расположены выше коленчатого вала слева и справа и приводили в действие толкатели рычагов клапанов.

c) Масляный насос

Спереди со стороны зубчатых колёс находилось зубчатое колесо коленчатого вала, которое через промежуточное зубчатое колесо (8535) приводило в действие передний насос (20328), забиравший масло. Удлинённый вал этого насоса одновременно служил для привода:

  • — второго насоса (20326), расположенного в задней части двигателя и забиравшего масло,
  • — насоса (20330), привода расположенного сзади насоса (20326) и подавшего масло под давлением
  • — топливного насоса, расположенного вне блока цилиндров.

3 Цилиндр

Шесть цилиндров (20293), каждый из которых индивидуально подгонялся при монтаже в верхнюю часть моторного блока и крепился там при помощи штифтов (7710-7712 и 8787). Болты, крепившие эти штифты (9071), одновременно крепили и крышки опорных подшипников (9070 и 20448) коленчатого вала. Цилиндры монтировались по одному с закреплёнными рычагами толкателей клапанов и установленными клапанами.

Каждый из цилиндров двигателя имел по два висящих впускных (20830) и выпускных клапана (20829), которые монтировались параллельно продольной оси двигателя в головок цилиндров. Рычаги толкателей (21056 и 21057) крепились в головке клапанов при помощи креплений (20624). Для впускных и выпускных клапанов (5956 и 5957) применялись различные толкатели.

Каждый поршень (20823) имел по одному маслосъёмному и по три уплотнительных кольца (7865 и 7866). Шатуны (21059) крепились к поршням при помощи поршневых втулок (8658), а к коленчатому валу двигателя при помощи подшипников скольжения.

Внешняя поверхность цилиндра охлаждалась водяной рубашкой, заполненной циркулирующей по ней водой. Между головками цилиндров и между цилиндрами, впускным трактом двигателя и выпускным коллектором располагались уплотнения.

4 Карбюратор

У цилиндров № 1 и № 6 на фланцах при помощи болтов крепилось по одному карбюратору. Регулировка обоих работающих карбюраторов выполнялась одновременно при помощи общего рычага (20680). Метки La (Laden – нагнетать), V (Vollgas – полный газ) и H (Höhenleistung – высотный режим) относились к рычагу 21041. Этот рычаг не должен переставляться в положение Н на высотах менее 1800 метров. При подаче полного газа основной и вспомогательные воздушные жиклёры карбюратора были расположены таким образом, что оба воздушных потока, соприкасаясь друг с другом и поступающим в карбюратор топливом, равномерно перемешивались. Таким образом, при дросселировании воздушного потока принудительно достигается соответствующее соотношение между поступающими в карбюратор топливом и воздухом.

Регулировка работы топливного насоса, подававшего слишком много топлива осуществлялась посредством системы перепуска излишков топлива в карбюраторе.

Оба карбюратора были подключены к системе охлаждения двигателя для предпускового подогрева.

5 Системы

a) Вентиляция картера

Для вентиляции картера служили сеточный клапан (5377) и деаэратор, расположенные на левой и правой сторонах блока двигателя в верхней части блока (9700). Трубка деаэратора и сетка могли меняться. К трубке деаэратора было прикреплено удлинение от воздухозаборника двигателя, благодаря которому набегавший поток свежего воздуха осуществлял постоянную вентиляцию картера.

b) Водяная система охлаждения двигателя

Вода для охлаждения двигателя через изгиб (4462) у водяного насоса (20550) системы охлаждения закреплённого к задней части моторного блока.Насос системы охлаждения через задний карбюратор, цилиндры и передний карбюратор далее по трубопроводу направляется к радиатору системы охлаждения. Для особых случаев, например при применении двигателя на дирижабле, коллектор выхлопной системы может быть заменён на оснащенный водяной системой охлаждения. В этом случае новый выхлопной коллектор соединяется с закрытой подпоркой (8917) карбюратора.

Читать еще:  Электрическая схема двигателя пассат

c) Подача масла для смазки двигателя

Смазка всех элементов конструкции двигателя нуждающихся в смазке происходила за счет подачи масло масляным насосом (20330). Необходимое для этого количество масла и его давление регулировалось соответствующим клапаном (29249) положение которого выставлялось и пломбировалось при приёмке двигателя.

Оба масляных насоса забиравших масло из похожего на ванну картера перекачивали забираемое масло сразу назад в масляный бак. Из масляного бака масло другим насосом под давлением подавалось в систему смазки.

В местах подлежащих смазке давление масла составляло величину в 0,5-1,0 атм. Масло очищалось от попавших в него примесей в масляном фильтре и фильтре подшипника. К некоторым точкам смазки двигателя масло поступало по маслопроводу (20174) расположенному слева рядом с двигателем. К этому же маслопроводу подсоединялся манометр для замера величины давления масла в системе смазки. Манометр (4744) замерял величину давления масла в системе смазки двигателя в пределах 0-5 атм.

d) Подача топлива

В задней нижней части двигателя на удлинённом вале масляного насоса крепился топливный насос. Топливо из топливного бака подавалось под давлением. Топливный бак мог располагаться выше двигателя на расстоянии до 10 метров от него и ниже двигателя до двух метров и при этом масляный насос осуществлял подачу топлива к двигателю в необходимом количестве. В кабине пилота каждого самолёта располагался ручной топливный насос (29894), при помощи которого пилот подавал топливо к двигателю перед его запуском (29894). Этот ручной насос располагался между так называемым обратным топливосборником и приводимым от двигателя топливным насосом (20630). Топливный насос (20630) забирал топливо из обратного топливосборника и подавал его в поплавковую камеру карбюратора, где бензин смешивался с воздухом, образуя топливовоздушную смесь. Излишки топлива, подаваемого топливным насосом через перепускной топливопровод, направлялись назад к обратному топливосборнику.

Обратный топливосборник при помощи поплавкового клапана регулировал подачу топлива из топливного бака. При отказе данного поплавкового клапана излишки забраного из бака топлива выбрасывались наружу. В обратном топливосборнике находилось приспособление отделяющее воду от бензина и топливный фильтр.

e) Электрооборудование

В голове каждого из цилиндров двигателя располагались по две вертикально установленные свечи зажигания (3600). Электрический ток к свечам зажигания поступал от двух независимых друг от друга магнето высокого напряжения типа ZH6 фирмы Bosch.

Первое магнето (2565) служило для запуска двигателя, второе магнето (2566) было сконструировано просто для подачи напряжения к свечам зажигания.

Провода, подводящие напряжение к свечам зажигания в защищающих их гильзах (20986), располагались перед шайбой для регулировки момента подачи напряжения к свечам под воздухопроводом, по которому к двигателю подавался воздух.

Перестановка угла зажигания на более раннее зажигание при работе двигателя на режиме полной мощности осуществлялась при помощи рычага 121217.

6 Привод

a) Привод генератора

Привод генератора осуществлялся при помощи удлинённого коленчатого вала (у двигателей с заводским номерами до № 1400), к которому крепились сцепление со шкивом. У двигателей с заводскими номерами начиная с № 1401 генератор крепится к верхней части моторного блока со стороны выхлопного коллектора и приводится от двигателя через специальный редуктор, закреплённый на крышке с установленными на нём зубчатыми колёсами со стороны воздушного винта. При этом обороты генератора равны 2290 об/мин.

b) Тахометр

Тахометр крепится к крышке моторного блока (21082) у привода, установленного на самолёте пулемёта.

c) Управление пулемётами

Для применения установленных на самолёте пулемётов на крышке моторного блока 21082 с установленными на нёй зубчатыми колёсами и прочим оборудованием на коленчатом вале двигателя установлен привод пулемётов. Обороты данного привода были равны половине оборотов двигателя.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector