Комментарии 245
Стало немного ясней, спасибо. А топливная эффективность этих типов и среднего поршневого двигателя сильно отличаются?
Реактивные, если я правильно понял, имеют на порядок выше удельную (отнесённую к массе) мощность?
Реактивные, если я правильно понял, имеют на порядок выше удельную (отнесённую к массе) мощность?
Прилично отличается. Во-первых поршневые двигатели весьма тяжелые и достаточно много потребляют топлива, по сравнению с газотурбинными. Во-вторых мне сложно представить такой авиационный поршневой двигатель, который сможет создать тягу, скажем, в 30 тонн.
Мне и ТРДД с тягой в 30 тонн сложно представить :)
Термодинамический КПД двигателей:
- бензиновых — до 35%
- дизельных — до 55%
- газотурбинных — до 46%, (до 61% в комбинированном цикле электростанций)
Для летательных аппаратов есть ещё propulsive efficiency,
есть thrust-specific fuel consumption (tsfc)
Можно рассматривать и расход на 100 км на пассажира, но это как сф конь в вакууме — прикольно для общего кругозора, повосхищаться как много и далеко поезд может отвезти на тонне топлива
Но уж раз про самолёты, то тут столько драматических сюжетов…
Кампании вкладывают миллиарды в программы, которые иногда прогорают -> потеря рынка, кризис, увольнения. Идут на рисковое но продуманое вложение в новую технологию (миллиард-два) в которую совсем не верит гегемон -> несколько лет и СМИ пишут не больше не меньше: "революция!", у гегемона отобрали пол-рынка, он пытается навёрстывать, но через стену патентов пробиться ой не легко.
У гегемона свои козыри: на керметах выжимает высокое термальное КПД. Но сколько циклов это будет стоить? Финансовая модель ведь уже не та, что 15 лет назад: заработок на запчастях-расходниках типа лопаток турбин. Нынче оплата идёт за время на крыле. И если лопатки горят — то на этом не зарабатываешь, а конкретно теряешь.
В это время у "революционера" свои проблемы, свои детские болезни, которые могут серьёзно все свести на нет, если не решать быстро и правильно.
Вообщем, в этой весьма консервативной области идут такие замесы! Медленные и огромные как тектонические плиты.
Во, меня понесло !
Интересно ещё узнать от автора сравнение того же пд14 и pw1400g для мс21. И нк-93 конечно же!
Вообще сравнить бы с большой тройкой, с их козырями и слабыми местами.
Статья основательная, почти как глава из учебника по теплотехнике.
Но имхо, больше описательная, чем "объяснятельная". Поэтому, вот мой список вопросов автору, может ответы помогут другим лучше понять зачем город городили:
Воздухозаборник. Зачем он? Давление повышать? Акустическую глушилку ставить? На пропеллерных ведь его нет и летают же. Лишний вес, сопротивление, одна морока.
Компрессор. Если за ним давление в 40'раз больше, то почему воздух туда вообще идёт, а не вырывается обратно? Что такое помпаж, и как с ним бороться ?
Почему давление в камере сгорании не повышается? Специально так медленно подводят тепло, что оно не повышается?
Сопло. Зачем оставлять энергию для сопла, а не всю передавать турбине ?
Почему два вала более выгодны газодинамически? А 3 вала на ройсе ещё лучше ?
Выше двухконтурность — лучше? Почему?
Почему останавливаются на 12?
Поправка. При двухконтурности в упомянутые 12 тяга внешнего контура много больше 80%
Как называют двухконтурные со степ. 2хконтурности <2? Они не вентиляторные?
Почему трдд имеют большую экономичность чем трд?
Расскажите про свою работу?
Спасибо за статью!
MOAR!
Не автор но отвечу на некоторые вопросы
1. У боевых для снижения скорости сверхзвукового потока, у гражданских для небольшого повышения давления и ламинарзации потока, т.к. Второй контур всё равно есть, плюс 50 см воздухозаборника погоды не сделают.
2. по первой части вопроса ниже уже комментариев 5, по второй это когда давление в камере/ на последних ступенях существенно выше чем на предыдущих, по сути поток либо запирается либо он идёт в обратную сторону, борются поворотными лопатка и и сбросом излишков давления во второй контур. У соевого компрессора вообще узкие режимы устойчивой работы (один из его основных минусов срыв либо в помпа либо в зуд), поэтому и используют поворотные лопатки в компрессоре.
3.Подводят тепло максимально как могут, уже приближаются к стехиометрии, но давление в турбина ниже, потому избытке сбрасывается туда
4. Переданная турбине энергия-потерянная, идеально вообще без турбины.
5.с точки зрения КПД и газодинамики три ещё лучше, с точки зрения эксплуатации и цены нет. Два вала, две скорости, для вентилятора нужны существенно меньшие обороты (привет редуктор).
6.выше двухконтурность больше масса выбрасываемого воздуха, больше тяга mv формула, можете за счёт массы поднять тягу можете за счёт скорости (но тогда шум). 12, можно и выше, проблемы скорости крайних точек лопатки (поэтому используют редуктор, тогда можно и поднять), вторая проблема вибрации лопаток. Меньше двух обычные двухконтурность турбореактивные, хотя кнд синоним вентилятор, так что в принципе тоже вентиляторы, если формально.
7. более оптимальные режимы работы, возможность регулировать и создания большей тяги за счёт второго контура, через один контур много воздуха не пропустить.
1. У боевых для снижения скорости сверхзвукового потока, у гражданских для небольшого повышения давления и ламинарзации потока, т.к. Второй контур всё равно есть, плюс 50 см воздухозаборника погоды не сделают.
2. по первой части вопроса ниже уже комментариев 5, по второй это когда давление в камере/ на последних ступенях существенно выше чем на предыдущих, по сути поток либо запирается либо он идёт в обратную сторону, борются поворотными лопатка и и сбросом излишков давления во второй контур. У соевого компрессора вообще узкие режимы устойчивой работы (один из его основных минусов срыв либо в помпа либо в зуд), поэтому и используют поворотные лопатки в компрессоре.
3.Подводят тепло максимально как могут, уже приближаются к стехиометрии, но давление в турбина ниже, потому избытке сбрасывается туда
4. Переданная турбине энергия-потерянная, идеально вообще без турбины.
5.с точки зрения КПД и газодинамики три ещё лучше, с точки зрения эксплуатации и цены нет. Два вала, две скорости, для вентилятора нужны существенно меньшие обороты (привет редуктор).
6.выше двухконтурность больше масса выбрасываемого воздуха, больше тяга mv формула, можете за счёт массы поднять тягу можете за счёт скорости (но тогда шум). 12, можно и выше, проблемы скорости крайних точек лопатки (поэтому используют редуктор, тогда можно и поднять), вторая проблема вибрации лопаток. Меньше двух обычные двухконтурность турбореактивные, хотя кнд синоним вентилятор, так что в принципе тоже вентиляторы, если формально.
7. более оптимальные режимы работы, возможность регулировать и создания большей тяги за счёт второго контура, через один контур много воздуха не пропустить.
Спасибо.
Кое с чем не согласен.
1. Поток в полёте и так очень даже ламинарный.
В этой индустрии каждый сантиметр заборника — битва и инвестиции порядка в миллион у.е.
Вы имеете ввиду ещё полтора-два метра «бочки»? Она-то зачем? Просто реверс прятать да глушителем шума быть?
Вобщем, не убедили, что ради небольшого повышения давления стоит таскать центнеры массы и страшно представить сколько сопротивления.
3. я имхую, что просто туда, где давление выше — воздух не потечет. И будет отказываться течь, пока как вода дамбу не превысит давление которое его не пускает (если компрессор качает).
Я не совсем в теме, потому спрашиваю: стехиометрия ведь не о кинетике? И нет ли проблемы с NOX-ами если быстро жечь?
4. Как это «идеально вообще без турбины»? Разве не затем турбина, что бы кроме компрессора еще и вентилятор/пропеллер/вал крутить?
5. Вот и статья вроде говорит, что лучше. Что для кпд лучше — это понятно. Непонятно — почему? Вот возьмем ройсовский трёхвальный как на картинке в статье и заменм два внутренних вала на один. Почему (а не для чего) так будет хуже?
6. Шум это, конечно, плохо. Но все ради propulsive efficiency. тяга — mv, энергия — mv^2. Уменьшая скорость и повышая массовый расход воздуха, можно при той же тяге расходовать меньше энергии.
Да, всё хорошее где-то кончается: в т.ч. упираются в массу мотогондолы, места может не хватать.
А что за проблема вибрации?
7. да. Опять тот же mv против mv^2, даже если достаточно воздуха проходит через первый контур.
Кое с чем не согласен.
1. Поток в полёте и так очень даже ламинарный.
В этой индустрии каждый сантиметр заборника — битва и инвестиции порядка в миллион у.е.
Второй контур всё равно есть.
Вы имеете ввиду ещё полтора-два метра «бочки»? Она-то зачем? Просто реверс прятать да глушителем шума быть?
Вобщем, не убедили, что ради небольшого повышения давления стоит таскать центнеры массы и страшно представить сколько сопротивления.
3. я имхую, что просто туда, где давление выше — воздух не потечет. И будет отказываться течь, пока как вода дамбу не превысит давление которое его не пускает (если компрессор качает).
Я не совсем в теме, потому спрашиваю: стехиометрия ведь не о кинетике? И нет ли проблемы с NOX-ами если быстро жечь?
4. Как это «идеально вообще без турбины»? Разве не затем турбина, что бы кроме компрессора еще и вентилятор/пропеллер/вал крутить?
5. Вот и статья вроде говорит, что лучше. Что для кпд лучше — это понятно. Непонятно — почему? Вот возьмем ройсовский трёхвальный как на картинке в статье и заменм два внутренних вала на один. Почему (а не для чего) так будет хуже?
6. Шум это, конечно, плохо. Но все ради propulsive efficiency. тяга — mv, энергия — mv^2. Уменьшая скорость и повышая массовый расход воздуха, можно при той же тяге расходовать меньше энергии.
Да, всё хорошее где-то кончается: в т.ч. упираются в массу мотогондолы, места может не хватать.
А что за проблема вибрации?
7. да. Опять тот же mv против mv^2, даже если достаточно воздуха проходит через первый контур.
1.
Нет, имею ввиду перед лопатками, плюс к этому форму делают так чтоб как можно меньше с аэродрома подсасывать мусора (посмотрите в профиле как выглядит входное устройство). Длинный второй контур для формирования потока и повышения скорости истечения, можно его и убрать, тогда будет турбовинтовой, такие тоже есть.
3.В целом да, где давление выше туда не течёт. С NOx проблемы есть, в целом две проблемы, низкая температура горения — выбросы CO и сажа (можете посмотреть как дымят РД-33 на МИГ-29), высокая — NOx, но для боевых NOx фиолетово там стремятся к стехиометрии, для гражданских всякие извращения придумывают, двухзонные камеры, форсунки с аэрацией, обеднение смеси и т.п. Потому стехиометрия в горении больше для военных, в гражданчских цель удержать тмпературу ядра на всех режимах в заданном диапазоне. Вот тут кое что о снижении эмиссии engine.aviaport.ru/issues/108/pics/pg10.pdf
4. Да для этого, потому это отбирает энергию от самой тяги на вращение вентилятора. При этом цель всей этой вращающейся лабуды просто создать давление перед камерой сгорания. Поэтому есть СПВРД и ГПВРД, где давление создаётся за счёт скачков уплотнения, соответственно работают только на сверх/гипер звуке и представляют собой по сути трубу с форсунками.
5.Хуже потому что вентилятор будет крутиться слишком быстро, следовательно большой диаметр лопаток не сделать, ибо их концы на сверхзвук перейдут и запрут поток плюс повысят шум, при этом расход сильно не поднять. Поэтому три контура делают с целью снижения частоты вращения роторов и повышения степени двухконтурности (второй путь редукторные двигатели, цели те же самые, методы другие)
6.Большие лопатки и тонкие — низкая частота собственных колебаний — резонанс на рабочих режимах(плюс слишком тонкие лопатки — большая разница в перемещениях при работе и на земле, что так же нужно учитывать), посмотрите на вентиляторы двигателей 4 поколения, до появления современных методов расчёта, у всех примерно на 2/3 длины стоят антивибрационные полки, создающие контур жёсткости и повышающие частоту собственных колебаний, и так же посмотрите на лопатки последних двигателей, их форма сильно поменялась, в сторону усложнения.
ещё полтора-два метра «бочки»? Она-то зачем? Просто реверс прятать да глушителем шума быть?
Нет, имею ввиду перед лопатками, плюс к этому форму делают так чтоб как можно меньше с аэродрома подсасывать мусора (посмотрите в профиле как выглядит входное устройство). Длинный второй контур для формирования потока и повышения скорости истечения, можно его и убрать, тогда будет турбовинтовой, такие тоже есть.
3.В целом да, где давление выше туда не течёт. С NOx проблемы есть, в целом две проблемы, низкая температура горения — выбросы CO и сажа (можете посмотреть как дымят РД-33 на МИГ-29), высокая — NOx, но для боевых NOx фиолетово там стремятся к стехиометрии, для гражданских всякие извращения придумывают, двухзонные камеры, форсунки с аэрацией, обеднение смеси и т.п. Потому стехиометрия в горении больше для военных, в гражданчских цель удержать тмпературу ядра на всех режимах в заданном диапазоне. Вот тут кое что о снижении эмиссии engine.aviaport.ru/issues/108/pics/pg10.pdf
4. Да для этого, потому это отбирает энергию от самой тяги на вращение вентилятора. При этом цель всей этой вращающейся лабуды просто создать давление перед камерой сгорания. Поэтому есть СПВРД и ГПВРД, где давление создаётся за счёт скачков уплотнения, соответственно работают только на сверх/гипер звуке и представляют собой по сути трубу с форсунками.
5.Хуже потому что вентилятор будет крутиться слишком быстро, следовательно большой диаметр лопаток не сделать, ибо их концы на сверхзвук перейдут и запрут поток плюс повысят шум, при этом расход сильно не поднять. Поэтому три контура делают с целью снижения частоты вращения роторов и повышения степени двухконтурности (второй путь редукторные двигатели, цели те же самые, методы другие)
6.Большие лопатки и тонкие — низкая частота собственных колебаний — резонанс на рабочих режимах(плюс слишком тонкие лопатки — большая разница в перемещениях при работе и на земле, что так же нужно учитывать), посмотрите на вентиляторы двигателей 4 поколения, до появления современных методов расчёта, у всех примерно на 2/3 длины стоят антивибрационные полки, создающие контур жёсткости и повышающие частоту собственных колебаний, и так же посмотрите на лопатки последних двигателей, их форма сильно поменялась, в сторону усложнения.
я опять поимхую, а вы уж поправьте.
1. я понял, что вы именно про заборник говорили. Я про остальную «бочку» — что она не оправдание заборнику.
Вот как раз и к тому и вел свой вопрос: зачем эти заборник и сопло. Есть же турбовинтовые: легче, проще, дешевле!
Необходимость в этом возникает как раз, когда хотим летать быстрее. Летать на М=0,8 — лопасти пропеллера будут на сверхзвуке — много потерь. Поэтому как и у вас военных заборник — что бы притормозить поток, где его на гораздо более низкой скорости сожмет вентилятор и сопло выплюнет.
А медленно летать это все не надо — сжимать в заборнике, направлять в сопле. Можно, но пропеллер проще.
Там профиль не для/от мусора, а просто, что б поток не отрывался на всех режимах полета.
3. спасибо за ссылку.
4. Я согласен, что на гиперзвуке с пропеллером не полетаешь. Зато теперь понял, что имеется ввиду под вашим «идеально». Для вас, военных, чем быстрей, тем идеальней ))))
Я то спрашивал, раз уж турбина крутит вентилятор, то зачем оставлять энергию и не отдавать её максимально турбине?
Новый вопрос: В более старых двигателях давление в сопле второго контура далеко за критическое (по гражданским меркам. хахаха). Почему там сопла были только сужающиеся, без расширения?
5. с этим я согласен. Но я о другом. Посмотрите на схему «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной». Там три турбины. Почему если объединить валы высокого давления и низкого давления в один, будет хуже? Так же останется заленая свободная турбина, с редуктором с любым понижающим числом…
Спасибо за подробные ответы!
А вот вас про вашу работу не спрашиваю )))
1. я понял, что вы именно про заборник говорили. Я про остальную «бочку» — что она не оправдание заборнику.
Вот как раз и к тому и вел свой вопрос: зачем эти заборник и сопло. Есть же турбовинтовые: легче, проще, дешевле!
Необходимость в этом возникает как раз, когда хотим летать быстрее. Летать на М=0,8 — лопасти пропеллера будут на сверхзвуке — много потерь. Поэтому как и у вас военных заборник — что бы притормозить поток, где его на гораздо более низкой скорости сожмет вентилятор и сопло выплюнет.
А медленно летать это все не надо — сжимать в заборнике, направлять в сопле. Можно, но пропеллер проще.
Там профиль не для/от мусора, а просто, что б поток не отрывался на всех режимах полета.
3. спасибо за ссылку.
4. Я согласен, что на гиперзвуке с пропеллером не полетаешь. Зато теперь понял, что имеется ввиду под вашим «идеально». Для вас, военных, чем быстрей, тем идеальней ))))
Я то спрашивал, раз уж турбина крутит вентилятор, то зачем оставлять энергию и не отдавать её максимально турбине?
Новый вопрос: В более старых двигателях давление в сопле второго контура далеко за критическое (по гражданским меркам. хахаха). Почему там сопла были только сужающиеся, без расширения?
5. с этим я согласен. Но я о другом. Посмотрите на схему «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной». Там три турбины. Почему если объединить валы высокого давления и низкого давления в один, будет хуже? Так же останется заленая свободная турбина, с редуктором с любым понижающим числом…
Спасибо за подробные ответы!
А вот вас про вашу работу не спрашиваю )))
1. Профиль в том числе и от мусора, немало публикаций на эту тему в последнее время (в основном расчётных). В целом для для бо'льших скоростей турбовентиляторные с воздухозаборником, для малых более эффективны турбовинтовые. Кстати сжимает на гражданских воздухозаборник совсем мизер.
4.
Про сопла, они и сейчас в гражданских сужающиеся (дифузорные), а в военных регулируемые, на одних режимах сужающиеся, на других расширяющиеся (посмотрите сопла АЛ-31, РД-33 и пр. и сравните с гражданскими). Профиль сопла зависит от скорости истекающих газов, если скорость меньше 1 маха — сужающиеся, если больше — как сопло лаваля сужение со скоростью мах в критике потом расширение.
5.Там две турбины (жёлтая и зелёная) и, соответственно два вала, как и во всех турбовалках, турбина газогенератора и свободная (силовая) турбина, что с чем объединить нужно?
4.
раз уж турбина крутит вентилятор, то зачем оставлять энергию и не отдавать её максимально турбине?А зачем? и первый и второй контур создают тягу, турбине отдаётся мощность чтоб раскрутить до оптимальных оборотов вентилятор, можно и больше, но тогда выше скорость вращения — меньше диаметр — меньше степень двухконтурности либо редуктор. Смысла скидывать больше мощности на турбину в ТРДД нет никакого смысла
Про сопла, они и сейчас в гражданских сужающиеся (дифузорные), а в военных регулируемые, на одних режимах сужающиеся, на других расширяющиеся (посмотрите сопла АЛ-31, РД-33 и пр. и сравните с гражданскими). Профиль сопла зависит от скорости истекающих газов, если скорость меньше 1 маха — сужающиеся, если больше — как сопло лаваля сужение со скоростью мах в критике потом расширение.
5.Там две турбины (жёлтая и зелёная) и, соответственно два вала, как и во всех турбовалках, турбина газогенератора и свободная (силовая) турбина, что с чем объединить нужно?
1. Спасибо. Вот потому я тут вам и автору голову морочу, что не для сжатия заборник. А с ламенаризацией на старте из-за него одни проблемы.
Про мусор, если видели ссылки, поделитесь пожалуйста. Потому как не представляю, как профиль может влиять. И еще больше сомневаюсь, что производители под мусор оптимизируют.
4. так ведь даже на последних гражданских с огромной двухконтурностью лямбда в сопле выше 1,9. А уж про старые и говорить нечего. Почему на старых не было расширения?
5. на картинке «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной» три вала. Так же три вала и на «Схематичная конструкция турбовального двигателя».
Зачем три, а не два?
Хорошо объяснили, почему отдельная медленная турбина для винта\пропеллера, но вот зачем оставили два вала внутри, а не один? отдельный вал для компрессора низкого давления и отдельный для высокого давления?
Спасибо
Про мусор, если видели ссылки, поделитесь пожалуйста. Потому как не представляю, как профиль может влиять. И еще больше сомневаюсь, что производители под мусор оптимизируют.
4. так ведь даже на последних гражданских с огромной двухконтурностью лямбда в сопле выше 1,9. А уж про старые и говорить нечего. Почему на старых не было расширения?
5. на картинке «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной» три вала. Так же три вала и на «Схематичная конструкция турбовального двигателя».
Зачем три, а не два?
Хорошо объяснили, почему отдельная медленная турбина для винта\пропеллера, но вот зачем оставили два вала внутри, а не один? отдельный вал для компрессора низкого давления и отдельный для высокого давления?
Спасибо
1.https://www.researchgate.net/publication/241204100_Flow_Control_Techniques_for_Transport_Aircraft
www.researchgate.net/publication/268561944_Engine_Ground_Vortex_Control
verizonaonlinepublishing.com/ROBOTICSPDF/JournalofRoboticsandMechanicalEngineeringResearch15.pdf
engine.aviaport.ru/issues/63/page04.html
Ну и т.д., большинство из статей правда комплексные, но попадание пыли/мусора так же рассматриваются (где то была большая работа численно-экспериментальная из воронежа, с визуализацией дымом, но с ходу я её не нашёл).
4.Это откуда вы такие данные по лямбда взяли? 0,4-0,8 если 1,9, это существенно выше скорости звука, вы б тогда бочки маха видели за соплом (как при форсаже или в ЖРД), в гражданских такого нет, скорость на всём протяжении меньше скорости звука.
5.Эм, то ли лыжи не едут, то ли… где там 3 вала? Я только два вижу в обоих случаях, для примера «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной» один вал — фиолетовый, второй — зелёный, где там 3 вал? какого он цвета на рисунке? В двигателях со свободной турбиной нет компрессора низкого давления, надо сначала разобраться где вы там третий вал увидели, иначе всё впустую.
www.researchgate.net/publication/268561944_Engine_Ground_Vortex_Control
verizonaonlinepublishing.com/ROBOTICSPDF/JournalofRoboticsandMechanicalEngineeringResearch15.pdf
engine.aviaport.ru/issues/63/page04.html
Ну и т.д., большинство из статей правда комплексные, но попадание пыли/мусора так же рассматриваются (где то была большая работа численно-экспериментальная из воронежа, с визуализацией дымом, но с ходу я её не нашёл).
4.Это откуда вы такие данные по лямбда взяли? 0,4-0,8 если 1,9, это существенно выше скорости звука, вы б тогда бочки маха видели за соплом (как при форсаже или в ЖРД), в гражданских такого нет, скорость на всём протяжении меньше скорости звука.
5.Эм, то ли лыжи не едут, то ли… где там 3 вала? Я только два вижу в обоих случаях, для примера «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной» один вал — фиолетовый, второй — зелёный, где там 3 вал? какого он цвета на рисунке? В двигателях со свободной турбиной нет компрессора низкого давления, надо сначала разобраться где вы там третий вал увидели, иначе всё впустую.
Спасибо за ссылки. Но 1 — пытаются сдуть вихрь. Такое есть и на практике. 2я — просто обзор, cfd в конце — ниочём. 3я, расчётная, вихрь предлагает сдувать. Влияние профиля на засасывание мусора или на вихрь я не нашёл.
Я думаю мы и не найдём. Всё же все три статьи интересные.
Может я неправильной буквой обозначил отношение полного давления в сопле к атмосферному… именно его имел ввиду. При махе 0.8 по изоэнтропической формуле отношение будет 1.5 с копейками. Добавьте хотя бы 1.5 которые накидывает вентилятор и будет выше 2.25. Критическое давление при 1.9.
На предыдущей картинке автор нарисовал два вала, а потом на той, что я ссылался их три. Картинка неочевидная, да и автор может ошибаться. Но мы-то знаем, что трёхвальные двигатели есть? На третьем, самом медленном висит вентилятор или, может, пропеллер. А вот, что с двумя остальными валами? Почему их два?
1.О том и речь сдувают вихрь в том числе чтоб не поднять песок с полосы и не кинуть её на вентилятор, там целый абзац этому посвящён.
kb.osu.edu/bitstream/handle/1811/54411/Ryan_Winfree_UGR_Thesis.pdf — прямо с экспериментом (хотя без пыли
www.researchgate.net/publication/267502309_Particle_Transport_Analysis_of_Sand_Ingestion_in_Gas_Turbine_Engines)
web.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-042513-153837/unrestricted/Horvath_Thesis_Report.pdf — большая статья по вихрям.
Хотя да, целенаправленно против пыли не проектируют, видимо спутал с вихрями когда читал в своё время, почему то именно песок/пыль отложились в памяти.
2.Как то вы лихо давления прибавляете, стандартно считают по маху либо лямбде, давление за турбиной где-то около 1,2-1,4.
Давлене в сопле не может быть выше чем за вентилятором, иначе воздух не пойдёт в сопло а пойдёт обратно, соответственно ваши расчёты неверны, даже по вашим прикидкам перепад не более 1,5, по факту и того меньше, учтите потери в тракте. Если принять 2,25 то воздух пойдёт обратно через вентилятор, даже с учетом что это давление полное а не статика.
3.Эм, какого цвета третий вал на картинке, напишите первый вал- одного, второй — второго, третий — третьего, просто я третьего вала вообще не вижу. В турбовальных 2 вала, свободной турбины и газогенератора, трёхвальные есть, но это ТРДД, не ТВаД.
kb.osu.edu/bitstream/handle/1811/54411/Ryan_Winfree_UGR_Thesis.pdf — прямо с экспериментом (хотя без пыли
www.researchgate.net/publication/267502309_Particle_Transport_Analysis_of_Sand_Ingestion_in_Gas_Turbine_Engines)
web.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-042513-153837/unrestricted/Horvath_Thesis_Report.pdf — большая статья по вихрям.
Хотя да, целенаправленно против пыли не проектируют, видимо спутал с вихрями когда читал в своё время, почему то именно песок/пыль отложились в памяти.
2.Как то вы лихо давления прибавляете, стандартно считают по маху либо лямбде, давление за турбиной где-то около 1,2-1,4.
Давлене в сопле не может быть выше чем за вентилятором, иначе воздух не пойдёт в сопло а пойдёт обратно, соответственно ваши расчёты неверны, даже по вашим прикидкам перепад не более 1,5, по факту и того меньше, учтите потери в тракте. Если принять 2,25 то воздух пойдёт обратно через вентилятор, даже с учетом что это давление полное а не статика.
3.Эм, какого цвета третий вал на картинке, напишите первый вал- одного, второй — второго, третий — третьего, просто я третьего вала вообще не вижу. В турбовальных 2 вала, свободной турбины и газогенератора, трёхвальные есть, но это ТРДД, не ТВаД.
Спасибо за ссылки
То, что при М=0,8 перед вентилятором Ptotal в 1.5 раза больше, чем за Pamb за бортом вы согласны? Дальше вентилятор производит работу, повышая Ptotal. Обычно задается В виде Fan pressure ratio (fpr). При fpr=1.5, portal/pamb за вентилятором будет 1.5*1.5 = 2.25. Вполне закритическое давление.
Напишите, если с чем не согласны.
А как стандартно по лямбде и маху считают??
Забьем на все что рисовал автор и сконцентрируемся на сути вопроса:
- трехвальные двигатели есть?
-есть - кроме вала завязанного на вентилятор (или что там хотим крутить) сколькоьсвободных валов ?
- 3-1=2
Вот и главный вопрос: почему задают аж два свободных вала?
- трехвальные двигатели есть?
2.
-то при М=0,8 перед вентилятором Ptotal в 1.5 раза больше, чем за Pamb за бортом вы согласны?
это если б летела плоская доска и вся скорость о неё гасилась (давление торможения), но это не так, воздух идёт дальше, он тормозится не в 0 и повышение давления воздухозаборника не 1,5, соответственно остальные выкладки не верны.
www.twirpx.com/file/933374 например, там вообще много книг по ВРД, кроме того есть куча программ, от студенческих на маткаде, до профессиональных, типа ГРАД, TurboGTE и пр. МОжно посмотреть в Siemens Amesim, там в туториале уже есть готовая схема, где можно варьировать параметры.
3.
трехвальные двигатели есть?
-есть
кроме вала завязанного на вентилятор (или что там хотим крутить) сколько свободных валов?
— один
3-1=2 Вот и главный вопрос: почему задают аж два свободных вала?
— Вы путаете типы двигателей, есть ТРД/ТРДД/ТРДДФ, а есть ТвлД, их цели различны, как различны и конструктивные решения, у первых цель — создание реактивной тяги, потому и используются двух/трёхвалки и два контура, у вторых цель — съём мощности, поэтому используется один контур и два вала, один из них на нагрузку (редуктор, генератор, винт и т.п.). Это разные двигатели, не путайте их!!!
avia-simply.ru/o-vhodnih-ustrojstvah-gtd вот вообще неплохой сайт о конструкции двигателей и их узлов
-то при М=0,8 перед вентилятором Ptotal в 1.5 раза больше, чем за Pamb за бортом вы согласны?
это если б летела плоская доска и вся скорость о неё гасилась (давление торможения), но это не так, воздух идёт дальше, он тормозится не в 0 и повышение давления воздухозаборника не 1,5, соответственно остальные выкладки не верны.
А как стандартно по лямбде и маху считают??
www.twirpx.com/file/933374 например, там вообще много книг по ВРД, кроме того есть куча программ, от студенческих на маткаде, до профессиональных, типа ГРАД, TurboGTE и пр. МОжно посмотреть в Siemens Amesim, там в туториале уже есть готовая схема, где можно варьировать параметры.
3.
трехвальные двигатели есть?
-есть
кроме вала завязанного на вентилятор (или что там хотим крутить) сколько свободных валов?
— один
3-1=2 Вот и главный вопрос: почему задают аж два свободных вала?
— Вы путаете типы двигателей, есть ТРД/ТРДД/ТРДДФ, а есть ТвлД, их цели различны, как различны и конструктивные решения, у первых цель — создание реактивной тяги, потому и используются двух/трёхвалки и два контура, у вторых цель — съём мощности, поэтому используется один контур и два вала, один из них на нагрузку (редуктор, генератор, винт и т.п.). Это разные двигатели, не путайте их!!!
avia-simply.ru/o-vhodnih-ustrojstvah-gtd вот вообще неплохой сайт о конструкции двигателей и их узлов
2. Течение в сопле определяется Nozzle Pressure Ratio: NPR=Ptotal/Pambient.
www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/nozzleh.html
Да, перед доской Pstatic = Ptotal. Но поскольку не Pstatic/Pamb определяет течение, а именно Ptot/Pamb — нам не надо ни диффузировать до нереально низкой скорости, ни доски в двигатель совать: притормозили поток для удобства лопаток, добавили вентилятором и выдули в сопло.
Вентилятор, совершая работу повышает Ptotal в FPR (Fan Pressure Ratio) раз. Поэтому я умножаю Ptot перед вентилятором, (который в ~1.5 раза выше Pamb при Мamb=0.8 ) на прикидочный FPR и получаю NPR>1.893 при котором достигатся М=1 в критике.
Это все из одномерной изоэнтропической формулы: Ptot/Pstat = (1+0.4/2 M²)^(1.4/0.4). Хоть бы и 10% потерь для этого вопроса можно пренебречь.
3. Что-то мы не так считаем, независимо от типа/назначения двигателя.
Трехвальный двигатель — 3 вала, и лишь на 1 из них сидит внешняя нагрузка (вентилятор). Значит именно два вала свободно и независимо вращаются внутри. То, что 3-1=2 мне понятно, а вот почему делают два свободных вала — нет.
Спасибо за ссылку на книгу.
Да, на avia-simply собрано много хороших иллюстраций.
www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/nozzleh.html
Да, перед доской Pstatic = Ptotal. Но поскольку не Pstatic/Pamb определяет течение, а именно Ptot/Pamb — нам не надо ни диффузировать до нереально низкой скорости, ни доски в двигатель совать: притормозили поток для удобства лопаток, добавили вентилятором и выдули в сопло.
Вентилятор, совершая работу повышает Ptotal в FPR (Fan Pressure Ratio) раз. Поэтому я умножаю Ptot перед вентилятором, (который в ~1.5 раза выше Pamb при Мamb=0.8 ) на прикидочный FPR и получаю NPR>1.893 при котором достигатся М=1 в критике.
Это все из одномерной изоэнтропической формулы: Ptot/Pstat = (1+0.4/2 M²)^(1.4/0.4). Хоть бы и 10% потерь для этого вопроса можно пренебречь.
3. Что-то мы не так считаем, независимо от типа/назначения двигателя.
Трехвальный двигатель — 3 вала, и лишь на 1 из них сидит внешняя нагрузка (вентилятор). Значит именно два вала свободно и независимо вращаются внутри. То, что 3-1=2 мне понятно, а вот почему делают два свободных вала — нет.
Спасибо за ссылку на книгу.
Да, на avia-simply собрано много хороших иллюстраций.
2. Ознакомьтесь (типа курсовой) studopedia.net/3_51731_proektniy-raschet-trdd-s-razdelnim-istecheniem.html, формулы и значения
Pamb это что? Обычно есть P total — полное давление и P static — статическое
3.Вы путаете определения свободная турбина потому и свободная что вал от неё уходит наружу и не принимает участие в термогазодинамическом цикле, т.е. он не может вращать вентилятор, иначе это был бы вал вентилятора. Свободная турбина соединена с внешней нагрузкой, редуктор (вертолёт), компрессор (газоперекачка), генератор (энергетическая установка). Соответственно свободный вал только 1, который идёт наружу двигателя.
Pamb это что? Обычно есть P total — полное давление и P static — статическое
3.Вы путаете определения свободная турбина потому и свободная что вал от неё уходит наружу и не принимает участие в термогазодинамическом цикле, т.е. он не может вращать вентилятор, иначе это был бы вал вентилятора. Свободная турбина соединена с внешней нагрузкой, редуктор (вертолёт), компрессор (газоперекачка), генератор (энергетическая установка). Соответственно свободный вал только 1, который идёт наружу двигателя.
2. Pambient, Pamb — статическое давление за бортом.
По ссылке — накидали цифр в таблицу, типа это что-то объясняет.
Вы можете прикинуть мах в критике сопла при полете на М=0.8 и FPR = 1.5-2? Формулу, что я выше написал, вы лучше меня знаете.
3. Спасибо за уточнение в терминологии. Тем не менее надеюсь основной вопрос понятен: в чем смысл трехвальных двигателей с двумя валами на которых сидит лишь компрессор и турбина?
По ссылке — накидали цифр в таблицу, типа это что-то объясняет.
Вы можете прикинуть мах в критике сопла при полете на М=0.8 и FPR = 1.5-2? Формулу, что я выше написал, вы лучше меня знаете.
3. Спасибо за уточнение в терминологии. Тем не менее надеюсь основной вопрос понятен: в чем смысл трехвальных двигателей с двумя валами на которых сидит лишь компрессор и турбина?
2. Ок www.bibliofond.ru/view.aspx?id=529518 вот пример с формулами, кроме того Вентилятор, совершая работу повышает Ptotal в FPR (Fan Pressure Ratio) раз — не верно, см. poznayka.org/s108494t1.html, гуглить Высотно-скоростные характеристики, они же ВСХ и дросселирование.
3.Можете схему привести, чтоб понятно было о чём речь? А то трёхвальный двигатель с двумя валами это вроде как двухвальный, нужна схема чтоб предметно говорить
3.Можете схему привести, чтоб понятно было о чём речь? А то трёхвальный двигатель с двумя валами это вроде как двухвальный, нужна схема чтоб предметно говорить
2. FPR — всё верно я указал.
вот, сайт НАСА для школьников: www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/compth.html
вот вики:
en.wikipedia.org/wiki/Compressor_map
чем лезть в дебри чужих диломов, можете просто оценить мах в критике сопла в простейшем изоэнтропическом приближении? С формулой, что я привел выше вы согласны?
Кстати, в разделе fan map упоминают, что только для ультра-больших байпасов течение в сопле дозвуковое.
3. Если мы до трёх посчитать не можем, то схема ещё больше вопросов вызовет: то цвет, то обозначения )).
давйте, все-таки попробуем посчитать:
трех-вальный двигатель — 3 вала.
на одном — вентилятор.
остальные два (как вы их назовёте ?) — только турбина и компрессор на каждом. В чем преимущество делать два таких вала?
По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
вот, сайт НАСА для школьников: www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/compth.html
вот вики:
en.wikipedia.org/wiki/Compressor_map
чем лезть в дебри чужих диломов, можете просто оценить мах в критике сопла в простейшем изоэнтропическом приближении? С формулой, что я привел выше вы согласны?
Кстати, в разделе fan map упоминают, что только для ультра-больших байпасов течение в сопле дозвуковое.
3. Если мы до трёх посчитать не можем, то схема ещё больше вопросов вызовет: то цвет, то обозначения )).
давйте, все-таки попробуем посчитать:
трех-вальный двигатель — 3 вала.
на одном — вентилятор.
остальные два (как вы их назовёте ?) — только турбина и компрессор на каждом. В чем преимущество делать два таких вала?
По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
эти 2 вала — не свободные, а приводят в движение компрессоры высокого и низкого давления от соответствующих турбин.
хорошо, пусть «несвободные».
Вопрос не в том как их называть — а в том, почему их два?
По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
не зная как их назвать, я их так обозвал
обозвал так лишь потому, что с них не снимается никакая работа — они свободно вращаются внутри не будучи жёстко механически привязаны к пропеллеру/винту/генератору.
Вопрос не в том как их называть — а в том, почему их два?
По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
потому, что с них не снимается никакая работаИх работа — подача окислителя в камеру сгорания. Может быть, в полезности топливных насосов вы тоже сомневаетесь?
Два вала потому, что есть две ступени компрессора. В общих словах, это оптимизирует работу компрессора, а значит — повышает КПД и экономичность.
топливный насос на них точно не сидит ))
«подача окислителя» )) Помните, в школе рисовали схематические диаграммы термодинамических циклов? Тепло подводят, тепло выводят, разность — полезная работа. Я надеюсь вам понятно, что с них эта работа не снимается? Вот этим понятием обычно и оперируют.
А общие разговоры о «полезности» можно вести бесконечно — там каждая гайка полезная.
Последние два предложения — по сути. Спасибо. Только ступенями компрессора/турбины называют каждый ряд лопаток. Так в в ПД14 их без вентилятора 4 на КНД, и 8 на КВД. Я так понимаю, вы имели ввиду, что вместо одного компрессора, у нас их два — КВД и КНД.
Почему их два вы, увы, не объяснили:
«оптимизирует», «повышает КПД и экономичность» — ниочём, так можно сказать почти о любом инженерном решении ))))
«подача окислителя» )) Помните, в школе рисовали схематические диаграммы термодинамических циклов? Тепло подводят, тепло выводят, разность — полезная работа. Я надеюсь вам понятно, что с них эта работа не снимается? Вот этим понятием обычно и оперируют.
А общие разговоры о «полезности» можно вести бесконечно — там каждая гайка полезная.
Последние два предложения — по сути. Спасибо. Только ступенями компрессора/турбины называют каждый ряд лопаток. Так в в ПД14 их без вентилятора 4 на КНД, и 8 на КВД. Я так понимаю, вы имели ввиду, что вместо одного компрессора, у нас их два — КВД и КНД.
Почему их два вы, увы, не объяснили:
«оптимизирует», «повышает КПД и экономичность» — ниочём, так можно сказать почти о любом инженерном решении ))))
топливный насос на них точно не сидит ))Как раз таки привод топливных насосов, гидронасосов, генератора реализован зачастую от вала второй ступени компрессора.
Ок. Облегчает запуск, снижает вероятность помпажа. Позволяет приводить полезную нагрузку с вала КНД, не добавляя третью турбину и вал для неё.
Я конечно дико извиняюсь, но не с турбины ли вырабатывается электричество, которое потребляет самолёт? Почему это переданная турбине энергия — так сразу «потерянная»? Большой самолет, который летит без двигателей (например по причине отсутствия топлива для их работы), выпустит запасную мини-турбину (RAT) как раз для электрогенерации.
Это да, но с точки зрения термогазодинамического цикла и создания тяги энергия в турбине потерянная. Так то понятно что на турбине и генератор весит и коробка двигателях агрегатов с насосами всякими, но это всё снижает кпд
с точки зрения термогазодинамического цикла и создания тяги энергия в турбине потерянная.Не совсем потерянная. Потраченная на собственные нужды двигателя.
с точки зрения термогазодинамического цикла… энергия в турбине потерянная
у вас и цикла-то не будет, если на гиперзвуке не лететь.
с точки зрения… создания тяги энергия в турбине потерянная
А пропеллер чем крутить? Или ТРД на пассажирские ставить? я вроде выше объяснил почему ТРДД предпочитают ТРД сопоставив mv и mv². Так, что для тяги в турбина тоже очень даже кстати.
у вас и цикла-то не будет, если на гиперзвуке не лететь.
У вас превратное понятие термогазодинамических циклов
А пропеллер чем крутить? Или ТРД на пассажирские ставить? я вроде выше объяснил почему ТРДД предпочитают ТРД сопоставив mv и mv². Так, что для тяги в турбина тоже очень даже кстати.
Ещё раз, с точки зрения термогазодинамического цикла энергия затраченная на работу в турбине потерянная энергия. Ознакомьтесь с циклом Брайтона, примерно по нему работают реактивные двигатели. Вот тут например library.voenmeh.ru/cnau/sD3x38p3Mujp8My.pdf
У вас превратное понятие термогазодинамических циклов
толсто ))))
Там по ссылке где-то сказано, что работа на турбине — «потерянная энергия»? Вообще, можете сослаться на подобное утверждение? Не просто целую книжку или чей-то реферат, а конкретную страницу.
А то в моём привратном понятии потерянная энергия — энергия диссипативных потерь. Ну или может эксергетические потери можно рассматривать как таковые. Но так, что бы вся работа на турбине «потерянная энергия» и термодинамически и для тяги — весьма нестандартное мышление.
Но оставим софистику, давайте я лучше вам помогу изоэнтропическое течение оценить. А то я вижу вы ещё не согласны, что у нас в критике ТВДД М=1.
С преимуществами трёхвальных двигателей тоже так и не разобрались.
Ок
1.По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
2.просто оценить мах в критике сопла в простейшем изоэнтропическом приближении? С формулой, что я привел выше вы согласны?
Кстати, в разделе fan map упоминают, что только для ультра-больших байпасов течение в сопле дозвуковое.
А то я вижу вы ещё не согласны, что у нас в критике ТВДД М=1
3.Но так, что бы вся работа на турбине «потерянная энергия» и термодинамически и для тяги — весьма нестандартное мышление. Вообще, можете сослаться на подобное утверждение? Не просто целую книжку или чей-то реферат, а конкретную страницу.
Ответы:
1.Выше уже ответили на данный вопрос.
При работе компрессора с высокой степенью повышения давления может возникнуть газодинамическая неустойчивость, один из способов регулирования — использование многокаскадных компрессоров (бывают одноконтурные двухвальные), соответственно это тянет за собой повышение кпд и топливной эффективности. Следует отметить что применение двух и трёх каскадных компрессоров положительно сказывается и на приводящих их турбинах, т.к. позволяет оптимизировать газодинамические параметры турбин и уменьшить число их ступеней «Настоящее и будущее АД Пономарёв стр. 33»
2.Формула то верная FRR 1.5-2 но на земле при параметрах H=0 М=0, в полёте со скоростью 0,8 маха степень сжатия другая, суммарная степень сжатия уменьшается «Степень сжатия компрессора монотонно падает и с ростом числа Маха полёта асимптотически устремляется к 1» Кроме того осевая скорость газа на выходе из турбины равна 300-450 м/с (0,5-0,75 Маха) «Теория ВРЛ Клячкин стр. 17», а формулы для нахождения степени сжатия и скоростей в полёте в той же книге на стр.233 и 235 соответственно
3.Ок уравнение энергии СpT1+(c1^2)/2+Q1±L=cpT2+(c2^2)/2
cpT — энтальпия с — скорость рабочего тела, Q — подведённое тепло L- работа, тогда для турбины: сpTг*-Lт=сpTт* гле Lт — работа турбины, видно что работа турбины снижает скорость и температуру газа, т.е. по сути теряет энергию (формулы Кулагин теория расчёт и проектирование АД и ЭУ стр.16 и 17)
1.По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
2.просто оценить мах в критике сопла в простейшем изоэнтропическом приближении? С формулой, что я привел выше вы согласны?
Кстати, в разделе fan map упоминают, что только для ультра-больших байпасов течение в сопле дозвуковое.
А то я вижу вы ещё не согласны, что у нас в критике ТВДД М=1
3.Но так, что бы вся работа на турбине «потерянная энергия» и термодинамически и для тяги — весьма нестандартное мышление. Вообще, можете сослаться на подобное утверждение? Не просто целую книжку или чей-то реферат, а конкретную страницу.
Ответы:
1.Выше уже ответили на данный вопрос.
При работе компрессора с высокой степенью повышения давления может возникнуть газодинамическая неустойчивость, один из способов регулирования — использование многокаскадных компрессоров (бывают одноконтурные двухвальные), соответственно это тянет за собой повышение кпд и топливной эффективности. Следует отметить что применение двух и трёх каскадных компрессоров положительно сказывается и на приводящих их турбинах, т.к. позволяет оптимизировать газодинамические параметры турбин и уменьшить число их ступеней «Настоящее и будущее АД Пономарёв стр. 33»
2.Формула то верная FRR 1.5-2 но на земле при параметрах H=0 М=0, в полёте со скоростью 0,8 маха степень сжатия другая, суммарная степень сжатия уменьшается «Степень сжатия компрессора монотонно падает и с ростом числа Маха полёта асимптотически устремляется к 1» Кроме того осевая скорость газа на выходе из турбины равна 300-450 м/с (0,5-0,75 Маха) «Теория ВРЛ Клячкин стр. 17», а формулы для нахождения степени сжатия и скоростей в полёте в той же книге на стр.233 и 235 соответственно
Кстати, в разделе fan map упоминают, что только для ультра-больших байпасов течение в сопле дозвуковое.что то не нашёл такого там.
3.Ок уравнение энергии СpT1+(c1^2)/2+Q1±L=cpT2+(c2^2)/2
cpT — энтальпия с — скорость рабочего тела, Q — подведённое тепло L- работа, тогда для турбины: сpTг*-Lт=сpTт* гле Lт — работа турбины, видно что работа турбины снижает скорость и температуру газа, т.е. по сути теряет энергию (формулы Кулагин теория расчёт и проектирование АД и ЭУ стр.16 и 17)
Не напрямую с турбины. На турбине есть коробка приводов, которая снимает вращение с вала и раздаёт на вспомогательные системы, типа маслонасосов.
бензиновых — до 35%
дизельных — до 55%
газотурбинных — до 46%, (до 61% в комбинированном цикле электростанций)
Не спору ради, интереса для: источник эти значений? Просто в сети я постоянно встречаюсь с значениями почти на десяток процентов ниже.
КПД бензиновых двигателей в современной F-1 приближается к 50%.
Разумеется, что такие двигатели предназначены лишь на 7 гонок (т.е. порядка 20 часов работы), турбирован, имеет MGU-H(ещё и MGU-К, но он не считается тут), и стоят номинально несколько миллионов $ за экземпляр, и их создали лучшие умы на этой планете за последние несколько лет, но тем не менее они есть;)
Разумеется, что такие двигатели предназначены лишь на 7 гонок (т.е. порядка 20 часов работы), турбирован, имеет MGU-H(ещё и MGU-К, но он не считается тут), и стоят номинально несколько миллионов $ за экземпляр, и их создали лучшие умы на этой планете за последние несколько лет, но тем не менее они есть;)
я просто выдрал из вики:
en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency#Internal_combustion_engines
Извините, не сослался.
en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency#Internal_combustion_engines
Извините, не сослался.
А 3 вала на ройсе ещё лучше ?
Потому что получаем более оптимальные обороты вентилятора. Более того, на упомянутом чуть выше pw1400g вообще для этой цели вентилятор вращается через редуктор, о чем усиленно намекает буква G — Geared TurboFan же!
Что такое помпаж, и как с ним бороться ?В идеале — сбросить двигатель с крыла к чОртовой бабушке, и побыстрее.
Сопло. Зачем оставлять энергию для сопла, а не всю передавать турбине ?Турбина преобразует кинетическую энергию истекающих газов. Использовать её всю означает, что скорость газа на выходе будет равна нулю, т.е. газ не двигается. Не покидает турбину :)
Bandicoot757
поршневые двигатели весьма тяжелые и достаточно много потребляют топлива, по сравнению с газотурбинными.а роторно-поршневой двигатель Ванкеля?
Я тут чисто гипотетически прикинул, что будет, если взять параметры современного (с 2014го) двигателя из Formula 1 (V6, 1.6L turbo) при ~20 часах ресурса и порядка 800 л.с. — т.е. 500л.с. с литра и спроецировать на Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major (71.5литра) — то получим порядка 35 750 л.с. — а это уже 15-20 тонн тяги ;)
При использовании же реактивных патрубков, MGU-H из того же современного движка F-1(+ электро на валу) можно и ещё процентов 10-15% получить сверх.
Т.е. стендовый\испытательный двигатель вполне реально построить технически, и он будет не так и плох для тестов и близок по размеру с R-4360 Wasp Major. Но для получения соизмеримой с ГТД надёжности, стоимости (двигатель из F-1 стоит несколько миллионов $) возможности охлаждения его придётся сильно дефорсировать и он перестанет быть интересным с точки зрения производства.
При использовании же реактивных патрубков, MGU-H из того же современного движка F-1(+ электро на валу) можно и ещё процентов 10-15% получить сверх.
Т.е. стендовый\испытательный двигатель вполне реально построить технически, и он будет не так и плох для тестов и близок по размеру с R-4360 Wasp Major. Но для получения соизмеримой с ГТД надёжности, стоимости (двигатель из F-1 стоит несколько миллионов $) возможности охлаждения его придётся сильно дефорсировать и он перестанет быть интересным с точки зрения производства.
Больше десяти лет назад специально в ленинке изучал каталог советских авиадвигателей — мало где для ГТД приводилась мощность. А где была приведена — расход керосина был вдвое больше, чем бензина у поршневика.
Те у реактивного тяга больше тяга и при этом меньше расход? Что-то не верится.
Диапазон оптимальных скоростей у реактивных правее, чем у ДВС с пропеллерами. А точнее — пропеллеры на тех скоростях просто не работают, имеют КПД=0.
С другой стороны, реактивные не эффективны на медленных, там, где ДВС хорошо топит.
Что касается расхода топлива на 100км, то у турбодвигателей он, безусловно, выше ДВС.
Впрочем, это видно в любом справочнике.
С другой стороны, реактивные не эффективны на медленных, там, где ДВС хорошо топит.
Что касается расхода топлива на 100км, то у турбодвигателей он, безусловно, выше ДВС.
Впрочем, это видно в любом справочнике.
«В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу.»
вот здесь непонятно — за счёт чего?
вот здесь непонятно — за счёт чего?
За счёт того, что вентилятор повышает давление воздуха, то есть подводится энергия. Эта энергия до сопла больше не расходуется, если не учитывать небольшие гидравлические потери, в отличии от внутреннего контура, где энергия сжатого воздуха расходуется на турбине (для привода всех компрессоров, вентилятора). Кроме того, расход воздуха во внешнем контуре может быть во много раз больше, чем во внутреннем (а может быть и меньше, смотря для каких целей создавался двигатель). И получается, что эта огромная масса сжатого воздуха после вентилятора, с минимальными потерями, поступает сразу в сопло, где потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, которая и толкает самолет.
Кстати, масса компрессора весьма высока. Она может составлять половину массы всего двигателя.
Кстати, масса компрессора весьма высока. Она может составлять половину массы всего двигателя.
а расход энергии на «вентиляторную» часть компрессора тоже в разы больше? Т.е. энергия топлива идёт на раскрутку вентилятора в основном и немного на поддержание работы турбины?
Тут как сказать. Надо понимать, что вентилятор это только одна ступень. Если двигатель двухвальный вместе с ним будут приходить в движении ещё несколько ступеней компрессора низкого давления, например четыре. И их привод будет осуществляться турбиной низкого давления, притом ступеней турбин всегда меньше ступеней компрессора. И внутренний контур создан не только для поддержания работы турбины. У него тоже есть сопло
Получается, что «вентилятор» — это по сути тот же винт, только, во-первых, в другом конструктиве, а во-вторых, работающий также как ступень компрессора. Но во втором контуре он «тянет» как винт. Так?
По большому счету да, но для винта и вентилятора используются разные формулы, которые лучше подходят для их условий обтекания. Винт имеет лопасти с практически крыльевым профилем, поэтому используются самолетные формулы (но с особенностями, вроде учёта закрутки потока). А вентилятор/винтовой компрессор может иметь почти плоские лопатки, да и число их обычно больше. И расчеты были ближе в терминах создаваемого давления этими лопатками. Хотя сейчас, с развитием CFD, обтекание профиля лопаток тоже обязательно учитывается. Этим скорее всего и объясняется разное название. Из-за разных методик расчета, которые сложились исторически. Хотя физически все они загребает внешний воздух своими лопастями, и с ускорением отбрасывают его.
Создавая тем самым тягу по ньютоновской формуле F = m*a. Здесь важно понимать, что под массой воздуха в этой формуле понимается не только тот воздух, которые отталкивают сами лопатки, но и весь задействованный вокруг воздух, который эти струйки втягивают за собой за счёт вязкости воздуха.
Аэродинамический профиль лопастей винта для того и нужен, чтобы за счёт обтекания профиля захватить больше окружающего воздуха. Все это повышает прокачиваемую массу воздуха, и тем самым повышает КПД. У открытых винтов эффективный диаметр, с которого затягивается воздух, примерно на 20% больше физического диаметра винта. Именно поэтому не рекомендуется ставить два винта рядом ближе 50% диаметра. Иначе они воруют друг у друга воздух и общая тяга снижается (суммарная тяга будет где-то на 20-25% меньше, чем тяга у двух винтов по отдельности).
У импеллеров (вентилятор в кожухе) это уже не так важно, там лопатки чисто механически толкают воздух. Хотя от размера тоже зависит, у крупных импеллеров лопатки тоже должны иметь сложный аэродинамический профиль.
Если уж на то пошло, то эжекторы (специальное внешнее пасивное аэродинамическое кольцо), повышающее тягу на 5-15% делает ничто иное, как просто затягивает за счёт своего профиля больше внешнего воздуха. Это увеличивает прокачиваемую массу m, что позволяет уменьшить скорость отбрасывания воздуха v для создания той же тяги, и тем самым повысить КПД за счёт экономии на кинетической энергии струи. Но все это работает ровно до той скорости полета, на которой лобовое сопротивление этого эжектора не начинает перевешивать пользу от этой экономии (лобовое сопротивление растет квадратично от скорости полета, поэтому этот момент рано или поздно наступает, дальше эжектор только вредит).
Создавая тем самым тягу по ньютоновской формуле F = m*a. Здесь важно понимать, что под массой воздуха в этой формуле понимается не только тот воздух, которые отталкивают сами лопатки, но и весь задействованный вокруг воздух, который эти струйки втягивают за собой за счёт вязкости воздуха.
Аэродинамический профиль лопастей винта для того и нужен, чтобы за счёт обтекания профиля захватить больше окружающего воздуха. Все это повышает прокачиваемую массу воздуха, и тем самым повышает КПД. У открытых винтов эффективный диаметр, с которого затягивается воздух, примерно на 20% больше физического диаметра винта. Именно поэтому не рекомендуется ставить два винта рядом ближе 50% диаметра. Иначе они воруют друг у друга воздух и общая тяга снижается (суммарная тяга будет где-то на 20-25% меньше, чем тяга у двух винтов по отдельности).
У импеллеров (вентилятор в кожухе) это уже не так важно, там лопатки чисто механически толкают воздух. Хотя от размера тоже зависит, у крупных импеллеров лопатки тоже должны иметь сложный аэродинамический профиль.
Если уж на то пошло, то эжекторы (специальное внешнее пасивное аэродинамическое кольцо), повышающее тягу на 5-15% делает ничто иное, как просто затягивает за счёт своего профиля больше внешнего воздуха. Это увеличивает прокачиваемую массу m, что позволяет уменьшить скорость отбрасывания воздуха v для создания той же тяги, и тем самым повысить КПД за счёт экономии на кинетической энергии струи. Но все это работает ровно до той скорости полета, на которой лобовое сопротивление этого эжектора не начинает перевешивать пользу от этой экономии (лобовое сопротивление растет квадратично от скорости полета, поэтому этот момент рано или поздно наступает, дальше эжектор только вредит).
Очень подробно и очень понятно объяснено. Спасибо!
Тут, наверное, нужно добавить еще про пропфэны — винтовентиляторы.
Многолопастные винты саблевидного профиля.
… И будет щастье :-)
И еще про соосные винты типа как у Ту-95 для совсем полного счастья.
Ну, саблевидные лопасти обычно используют только для снижения шума. Так-то они хуже классических прямых. Точнее, не прямых — а эллипсовидных, у которых минимальное индуктивное сопротивление. Аэродинамика длинной лопасти очень близка к аэродинамике самолетного крыла, поэтому и зависимости похожие.
Хотя что-то там вроде мутят с саблевидными на около и сверхзвуковых скоростях (не полета, а скорости потока у кончика винта), но я в этом не разбираюсь. Там совсем другая история и другая физика. Из-за того, что фронт давления движется со скоростью звука, поэтому на сверхзвуковых скоростях давление не успевает улететь и воздух в буквальном смысле сжимается. Возникают скачки уплотнения, нагрев и прочие нюансы термодинамики.
Хотя что-то там вроде мутят с саблевидными на около и сверхзвуковых скоростях (не полета, а скорости потока у кончика винта), но я в этом не разбираюсь. Там совсем другая история и другая физика. Из-за того, что фронт давления движется со скоростью звука, поэтому на сверхзвуковых скоростях давление не успевает улететь и воздух в буквальном смысле сжимается. Возникают скачки уплотнения, нагрев и прочие нюансы термодинамики.
Скажите, плиз, какие более эффективны, импеллеры или открытый винт и в каких случаях? И как влияет количество лопастей на тягу?
Это зависит от:
1. диаметра
2. подводимой мощности
3. скорости полета
4. плотности воздуха (на разной высоте разная), требуемой расчетной тяги (кот. зависит от массы ЛА и его аэродин.качества на этой скорости полета), массы конструкции и еще пары десятков требований
При разных условиях результат может быть полностью противоположным. В целом, можно смотреть на существующие конструкции — они и есть оптимальные, так как все это было изучено еще чуть ли не в 30-х годах прошлого века.
Несколько примеров:
1. на мощностях менее 10-20 л.с. и диаметрах более метра всегда выгоднее открытый винт
2. на мощностях выше 20 л.с. и диаметрах менее метра выгоднее аэродинамический туннель (длинное глубокое кольцо), выигрыш до 20-30%
3. на мощностях в сотни и тысячи л.с. на скоростях более 400-600 км/час, выгоднее вентиляторные и ТРД разной степени двухконтурности (чем выше скорость, тем меньше нужна двухконтурность), в нижнем диапазоне выгоднее винтиляторные ТРД. По кпд они примерно равны винту+двс, но конструкция ТРД легче по массе
4. на скоростях менее 400 км/час выгоднее турбовинтовые, причем разница в расходе топлива по сравнению с обычным ТРД может быть в разы
5. на скоростях под 200 км/час всегда выгоднее ДВС с винтом, но иногда благодаря малой массе конструкции, могут применяться и разные виды ТРД, а при конструктивном ограничении диаметра, и разные виды винта в кольце (импеллеры и пр.)
Разница в эффективности между разными вариантами может быть единицы/десятки процентов, а может и в разы. Очень сильная зависимость от факторов выше.
Самый лучший винт — однолопастный. С максимальным КПД.
Но:
1. на кончике винта скорость потока должна быть дозвуковой, иначе сопротивление резко растет, приводящее к разрушению большинства конструкций обычных винтов, поэтому диаметр приходится ограничивать
2. при этом для создания нужной тяги, приходится увеличивать угол атаки лопасти к потоку (шаг винта)
3. оба эти фактора приводят к тому, что на лопасти начинается срыв потока. Поэтому приходится делать две, три, четыре или более лопастей, чтобы их суммарный шаг оставался как был. Но на каждой лопасти угол атаки/шаг пропорционально уменьшается и лопасти продолжают работать на своих оптимальных углах атаки. Впрочем, даже если условия позволяют использовать однолопастный винт, винты делают двухлопастными из-за простоты балансировки, разница в кпд там исчезающе мала.
4. когда из-за всех этих факторов, диаметр винта получается слишком маленький или когда вынуждены искусственно ограничивать диаметр меньше оптимального, чтобы вписать в конструкцию самолета. Что-то вроде меньше метра при мощностях выше 20 л.с., то из-за того, что удлинение каждой лопасти получается относительно малым, сильно возрастает индуктивное сопротивление, т.к. оно зависит от удлинения. Одной из формой проявления индуктивного сопротивления (но не главной!) является перетекание воздуха через концы лопастей.
Вот тогда появляется смысл заключить винт в кольцо. Причем достаточно широкое, иначе воздух будет продолжать перетекать через все кольцо снаружи. А если сделать это кольцо глубоким как 2-3 диаметра, превратив его в аэродинамический туннель, и (опционально) добавив в него спрямляющие лопатки, и придав передней внутренней части аэродинамический профиль, то можно в сумме еще повысить кпд на десяток процентов.
Если при этом из-за всех этих условий число лопастей получилось больше 4-6, то исторически это называют вентилятором. Когда-то для вентиляторов использовались немного другие методики расчета, чем для винтов, но сейчас с CFD без разницы что считать — один алгоритм одинаково хорошо рассчитывает что открытые винты, что винты в кольце, что вентиляторы со сложными формами лопаток.
И последнее, насчет соосных винтов: они позволяют поднять кпд до 10-15% за счет устранения закрутки струи, а также благодаря тому что второй винт работает в ускоренном потоке (и поэтому должен иметь немного больший шаг), а также потому что первый сужает струю, а второй захватывает около 10% свежего воздуха в виде кольца сверх струи от первого, см. рисунок ниже. Больше ничего (кроме разве что устранения вращающего момента, иногда это важно) соосные винты не дают и равносильны одинарному винту. В кольце их использовать большого смысла нет, лучше поставить спрямляющие неподвижные лопатки.
1. диаметра
2. подводимой мощности
3. скорости полета
4. плотности воздуха (на разной высоте разная), требуемой расчетной тяги (кот. зависит от массы ЛА и его аэродин.качества на этой скорости полета), массы конструкции и еще пары десятков требований
При разных условиях результат может быть полностью противоположным. В целом, можно смотреть на существующие конструкции — они и есть оптимальные, так как все это было изучено еще чуть ли не в 30-х годах прошлого века.
Несколько примеров:
1. на мощностях менее 10-20 л.с. и диаметрах более метра всегда выгоднее открытый винт
2. на мощностях выше 20 л.с. и диаметрах менее метра выгоднее аэродинамический туннель (длинное глубокое кольцо), выигрыш до 20-30%
3. на мощностях в сотни и тысячи л.с. на скоростях более 400-600 км/час, выгоднее вентиляторные и ТРД разной степени двухконтурности (чем выше скорость, тем меньше нужна двухконтурность), в нижнем диапазоне выгоднее винтиляторные ТРД. По кпд они примерно равны винту+двс, но конструкция ТРД легче по массе
4. на скоростях менее 400 км/час выгоднее турбовинтовые, причем разница в расходе топлива по сравнению с обычным ТРД может быть в разы
5. на скоростях под 200 км/час всегда выгоднее ДВС с винтом, но иногда благодаря малой массе конструкции, могут применяться и разные виды ТРД, а при конструктивном ограничении диаметра, и разные виды винта в кольце (импеллеры и пр.)
Разница в эффективности между разными вариантами может быть единицы/десятки процентов, а может и в разы. Очень сильная зависимость от факторов выше.
И как влияет количество лопастей на тягу?
Самый лучший винт — однолопастный. С максимальным КПД.
Но:
1. на кончике винта скорость потока должна быть дозвуковой, иначе сопротивление резко растет, приводящее к разрушению большинства конструкций обычных винтов, поэтому диаметр приходится ограничивать
2. при этом для создания нужной тяги, приходится увеличивать угол атаки лопасти к потоку (шаг винта)
3. оба эти фактора приводят к тому, что на лопасти начинается срыв потока. Поэтому приходится делать две, три, четыре или более лопастей, чтобы их суммарный шаг оставался как был. Но на каждой лопасти угол атаки/шаг пропорционально уменьшается и лопасти продолжают работать на своих оптимальных углах атаки. Впрочем, даже если условия позволяют использовать однолопастный винт, винты делают двухлопастными из-за простоты балансировки, разница в кпд там исчезающе мала.
4. когда из-за всех этих факторов, диаметр винта получается слишком маленький или когда вынуждены искусственно ограничивать диаметр меньше оптимального, чтобы вписать в конструкцию самолета. Что-то вроде меньше метра при мощностях выше 20 л.с., то из-за того, что удлинение каждой лопасти получается относительно малым, сильно возрастает индуктивное сопротивление, т.к. оно зависит от удлинения. Одной из формой проявления индуктивного сопротивления (но не главной!) является перетекание воздуха через концы лопастей.
Вот тогда появляется смысл заключить винт в кольцо. Причем достаточно широкое, иначе воздух будет продолжать перетекать через все кольцо снаружи. А если сделать это кольцо глубоким как 2-3 диаметра, превратив его в аэродинамический туннель, и (опционально) добавив в него спрямляющие лопатки, и придав передней внутренней части аэродинамический профиль, то можно в сумме еще повысить кпд на десяток процентов.
Если при этом из-за всех этих условий число лопастей получилось больше 4-6, то исторически это называют вентилятором. Когда-то для вентиляторов использовались немного другие методики расчета, чем для винтов, но сейчас с CFD без разницы что считать — один алгоритм одинаково хорошо рассчитывает что открытые винты, что винты в кольце, что вентиляторы со сложными формами лопаток.
И последнее, насчет соосных винтов: они позволяют поднять кпд до 10-15% за счет устранения закрутки струи, а также благодаря тому что второй винт работает в ускоренном потоке (и поэтому должен иметь немного больший шаг), а также потому что первый сужает струю, а второй захватывает около 10% свежего воздуха в виде кольца сверх струи от первого, см. рисунок ниже. Больше ничего (кроме разве что устранения вращающего момента, иногда это важно) соосные винты не дают и равносильны одинарному винту. В кольце их использовать большого смысла нет, лучше поставить спрямляющие неподвижные лопатки.
Практически так. Только винт всё же открытый, а вентилятор работает внутри трубки (кольца); соответственно аэродинамика во внешнем контуре у вентилятора получается не та, что у винта.
а расход энергии на «вентиляторную» часть компрессора тоже в разы больше?Тоже заинтересовал этот вопрос. Дело в том, что мне довелось где-то прочитать оценку этого соотношения для ГТД-350 от Ми-2. Там было написано, что этот мотор имеет «на выход» (т.е. от свободной турбины) мощность 350 л.с., но на внутреннем контуре (т.е. от основной турбины на компрессор) передаются мощности порядка 1000 л.с. и более. Уж не знаю, как это было замерено (ведь не зря для ТРД оперируют понятием не мощности, а тяги). Но поражает такое огромное соотношение, причём сильно обратное тому, которое привёл автор статьи. И кроме того, если там реально такие мощности, то тягой от их выхлопа никак нельзя пренебрегать, хотя автор пишет, что у турбовальных она не в счёт.
Надо полагать, вопрос в назначении двигателя. У вертолётов и соответственно у вертолётных движков много своих особенностей.
На ютуб канал Agent JayZ автор рассказывает, что да, мощности компрессора (потребляемая) и мощность турбины (первого контура, которая питает компрессор) больше, чем мощность отдаваемая наружу. Но ты пишешь, чтобы эти 1000лс использовать с пользой — но эта мощность внутри, вырабатывает турбиной и тут же потребляется компрессором, в выхлоп из этой мощности поступают незначительная доля, которую сложно задействовать.
Эта мощность в принципе не может быть в выхлопе. Мощность — это энергия за время. В данном случае — энергия, уходящая на вращение компрессора и сжатие воздуха. Если эта энергия начнет каким-то образом вылетать сзади или сбоку, то компрессор просто встанет.
Я это понимаю несколько иначе. Подойдём к вопросу со стороны КПД и допустим нереальное значение 100%, тогда всё выработанное идёт в компрессор, и нет энергии даже на удаление выхлопных газов. В реальности выхлоп улетает,, и чтобы потери на выхлоп были действительно незначительными, уходить от 100 нельзя слишком далеко.
В реальности КПД болтается где-то возле 50...60%. Это значит, что остаток величиной 40...50% уносится ненужным в турбовальном моторе выхлопом. Ну как же можно пренебречь такой энергией? Пусть бы она толкала вертолёт по горизонтали. Это полезная опция, будет меньше потребный угол отклонения несущего винта и его лобовое сопротивление.
В реальности КПД болтается где-то возле 50...60%. Это значит, что остаток величиной 40...50% уносится ненужным в турбовальном моторе выхлопом. Ну как же можно пренебречь такой энергией? Пусть бы она толкала вертолёт по горизонтали. Это полезная опция, будет меньше потребный угол отклонения несущего винта и его лобовое сопротивление.
За счет компрессора. Внутренний контур нужен только для того, чтобы обеспечить сгорание топлива, и вращение турбины, а турбина крутит вентилятор — вввууууу, полетели!
На сколько я понял, за счёт того же что создаёт тягу на винтах, в винтовом исполнении двигателя.
Просто тут компрессор выполняет роль винта.
Просто тут компрессор выполняет роль винта.
Это не совсем так. Компрессор — это все таки устройство для повышения давления газа, а не напрямую для создания тяги
Безусловно, компрессор, это не вентилятор.
Но так или иначе, тяга в внешнем контуре создаётся воздухом прокачиваемым через него (контур) компрессором, так?
Т.е. фактически компрессор создаёт тягу? Или я не очень правильно понял физику процесса?
Но так или иначе, тяга в внешнем контуре создаётся воздухом прокачиваемым через него (контур) компрессором, так?
Т.е. фактически компрессор создаёт тягу? Или я не очень правильно понял физику процесса?
В том то и дело, что вентилятор — это по сути и есть компрессор, или в частности его ступень, работающая на оба контура. Грубо говоря, можно сказать, что вентилятор во внешнем контуре создает условия, чтобы эта тяга была. Тут большую роль сопло играет, там реактивная струя образуется, из-за которой возникает тяга
«Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие.»
т.е. сжатие происходит за счет набегающего воздуха и сопротивления диска компрессора — да?
и почему (зачем) канал расширяющийся?
насчёт внешнего контура создающего огромную тягу — действительно непонятно. т.е. оно так, но почему так много получается?
т.е. сжатие происходит за счет набегающего воздуха и сопротивления диска компрессора — да?
и почему (зачем) канал расширяющийся?
насчёт внешнего контура создающего огромную тягу — действительно непонятно. т.е. оно так, но почему так много получается?
С диском компрессора воздух на входе не сталкивается. Во-первых там обтекаемый кок стоит, во-вторых не все компрессоры дисковые. Давление перед компрессором увеличивается за счёт того, что поток в расширяющемся канале входного устройства тормозится, а значит растет давление по закону Бернулли.
По поводу внешнего контура я ответил под другим комментарием
По поводу внешнего контура я ответил под другим комментарием
а на танках тоже турбовальные двигатели ставили?
как скорость \ тяга регулируется в таких двигателях? только кол-вом топлива в камере сгорания?
как скорость \ тяга регулируется в таких двигателях? только кол-вом топлива в камере сгорания?
На танках… Знаю, что на некоторых стоят газотурбинные, я даже видел один, коробок такой квадратный. Наверное, да, турбовальный. Если говорить про танк, то думаю, только топливом. В вертолете не все упирается в двигатель, там ещё шагом лопастей управляют
Там стоит «свободная» турбина. За счет регулировок соплового аппарата, повышается — понижается мощность. По сути там 2 кольца изменяющих поворот лопаток.
Впрочем остается главная проблема, прожорливость и высокие требования к качеству воздуха.
В общем не взлетело. На вооружении состоит только у США и Украины.
Все остальные предпочитают дизель.
Автору топика. А как борются с пылью/птицами? Особенно на машинах с двигателями под крылом?
Впрочем остается главная проблема, прожорливость и высокие требования к качеству воздуха.
В общем не взлетело. На вооружении состоит только у США и Украины.
Все остальные предпочитают дизель.
Автору топика. А как борются с пылью/птицами? Особенно на машинах с двигателями под крылом?
Точнее, на вооружении у США и России. Харьков производил Т-80УД с дизельным двигателем, не ГТД, и «Оплот» — продолжение именно этой линейки. Причём, дизель двухтактный (!)
Дизель да своеобразный.
Причём, дизель двухтактный
А что вас удивляет? Двухтактники мощнее и экономичнее четырёхтактников того же объёма (на низких оборотах), высокие обороты танку особо не нужны, а на экологические нормы плевать. По моему выбор очевиден
Точнее, на вооружении у США и России.
Для сибирских морозов плюсы турбины перевешивают её минусы, так как дизель в такой мороз заводится с диким геморроем.
Точнее, на вооружении у США и России
Может быть вы хотели сказать, производятся? На вооружении-то не только в этих двух странах
Видел в док. фильм про советское танкостроение, и там был момент про Т-80, в котором говорили, что дивигатель прокачивет через себя много пыли и часть ее оседала внутри. Они придумали механизм «встряски» чтобы сбрасывать эту пыль с поверхностей, а потоком воздуха она вудывалась. После чего двигатель стал работать устойчиво. Далее они занялись уменьшением прожорливости, и деталей уже не помню. А не взлетело из-за проблем с мат.частью, Харьковский или Уральский завод не мог делать такие двигатели, поэтому потом перешли на дизель. Похожая (тут не уверен) ситуция была и с «всеядным» дизелем, у которого поршни друг к другу идут (двухтактный), был заменен на обычный V12
Всё взлетело, и летает до сих пор. В СССР с турбинами всё было в порядке. Он осуществлял их полный цикл изготовления без малейших зависимости от импортных материалов или технологий. ПМСМ, смотреть РФ-фильмы про СССР — значит спрашивать у мошенника его мнение о честном человеке)
Взлетело. Но оказалось в 3,5 раза дороже и сильно прожорливо. Зато по зиме лучше дизеля безмерно.
Про 6ТД и В-92 же — это разные школы конструирования и разные традиции. Харьков любит двухтактники, Челябинск — V12.
Про 6ТД и В-92 же — это разные школы конструирования и разные традиции. Харьков любит двухтактники, Челябинск — V12.
Отличная статья, спасибо.
А можно чуть подробнее про критерии при которых применяются турбовинтовые двигатели?
А можно чуть подробнее про критерии при которых применяются турбовинтовые двигатели?
В первую очередь использование ТВД ограничено скоростями. Если проектируется самолет, предназначенный на скорости близкие к 1000 км/ч, то твд, можно сказать, не годится, так как винт будет просто «запираться». Есть, конечно, исключения, типа Ту-95. А вообще в реальных условиях при проектировании, наверное, много что учитывают. Это может быть и аэродинамическая компоновка самолета, предназначение и т.д. Плюс винтовые самолеты достаточно шумные. Но если все сделать правильно, то ТВД это очень эффективная вещь. Я сам никогда такими проектированиями не занимался, мне сложно ответить на этот вопрос конкретнее.
А что значит «запирается»?
Хотел спросить чем приципиально винт и вентилятор отличаются, но уже вижу ответ ниже.
Хотел спросить чем приципиально винт и вентилятор отличаются, но уже вижу ответ ниже.
«Запирается» — значит тяга винта становится равной его аэродинамическому сопротивлению.
Я никак не пойму почему аэродинамическое сопротивление винта от скорости растет а вентилятора нет.
Сопротивление растёт в четвёртой степени от скорости и квадратично от площади. Омахиваемая площадь винта в разы больше, чем площадь вентилятора (не очень большой винт на C172 — это четырёхместный мелкий дохлый самолёт, практически «скутер» — имеет диаметр чуть больше двух метров, на ТВД такие размеры вроде только на B767 и тому подобных). Мелкий вентилятор имеет меньшее сопротивление и, к тому же, за счёт заметно больших оборотов и скорости потока испытывает меньшее сопротивление
А почему речь о омахиваемой площади винта?
При скорости 1500 оборотов сопротивлением будет весь круг? И не важно число лопастей, важен только диаметр?
При скорости 1500 оборотов сопротивлением будет весь круг? И не важно число лопастей, важен только диаметр?
Сопротивление растёт в четвёртой степени от скорости
Квадратично. Плюс там есть прямая зависимость от плотности воздуха. И в случае самолетов у подъемной силы крыла есть ровно та же зависимость у подъемной силы. При равной массе чтобы лететь быстрее самолет просто забирается выше, где воздух более разреженный, это позволяет лететь быстрее не проигрывая при этом в сопротивлении
Мелкий вентилятор имеет меньшее сопротивление
Не-а. Не в этом дело. Любой ТРД — это Реактивный двигатель (Р в названии), он создает тягу за счет того что приводит в движение некоторую массу воздуха. Т.е. он эту массу должен взять из набегающего со скоростью самолета потока и отбросить назад со скоростью большей скорости самолета. Как уже написали в комментариях, у винта с отбрасыванием воздуха на сверзвуке есть проблемы а у ТРД эта проблема обходится торможением воздуха внутри двигателя до дозвуковых скоростей, конвертацией скорости в давление и последующим разгоном этим давлением воздуха до сверхзвуковой скорости в сопле уже без винта.
У ТВД есть один четкий критерий применимости — лопасть винта должна обтекаться строго дозвуковым потоком. Т.е. сумма (векторная) поступательной скорости самолета и окружной скорости лопасти должна быть меньше звуковой.
Сверхзвуковые винты исследовались и даже испытывались, но были признаны непригодными к эксплуатации.
Для ТРД(Д) в целом критерий тот-же, но там есть нюанс: на сверхзвуковых самолетах применяется длинный сложный воздухозаборник, который тормозит воздух до скоростей, приемлимых для работы двигателя.
Сверхзвуковые винты исследовались и даже испытывались, но были признаны непригодными к эксплуатации.
Для ТРД(Д) в целом критерий тот-же, но там есть нюанс: на сверхзвуковых самолетах применяется длинный сложный воздухозаборник, который тормозит воздух до скоростей, приемлимых для работы двигателя.
Был еще Republic XF-84H
У ТВД есть один четкий критерий применимости — лопасть винта должна обтекаться строго дозвуковым потоком. Т.е. сумма (векторная) поступательной скорости самолета и окружной скорости лопасти должна быть меньше звуковой.
Насколько я понимаю, с ростом скорости полета угол атаки лопасти на набегающий поток растет, рано или поздно происходит банальный срыв потока == падение тяги. Поэтому там речь идет только о скорости, но и об угле атаки.
Классная статья!
Немного не понял по схемам: почему на всех ваших схемах компрессор сужается, а турбина расширяется?
Немного не понял по схемам: почему на всех ваших схемах компрессор сужается, а турбина расширяется?
Поскольку компрессор сжимает воздух (повышение давления), а за камерой сгорания рабочее тело расширяется (снижение давления).
Нужно рассмотреть уравнение неразрывности, которое гласит, что в любой момент времени в любом сечении массовый расход воздуха остается постоянным:
G=P1C1aF1a=P2C2aF2a, где
P — плотность газа
Ca — осевая составляющая абсолютной скорости газа
Fa — площадь сечения
Индексы означают номер сечения (допусти, 1 — вход в компрессор, 2- выход)
Рассмотрим компрессор.
Осевую составляющую скорости принимаем постоянной (хоть я и не писал об этом в статье, примем, что это так)
Плотность воздуха от входа к выходу возрастает.
Тогда, чтобы наше уравнение выполнялось нужно, чтобы площадь от входа к выходу уменьшалась. По этой причине компрессор сужается.
В турбине все аналогично, только наоборот
G=P1C1aF1a=P2C2aF2a, где
P — плотность газа
Ca — осевая составляющая абсолютной скорости газа
Fa — площадь сечения
Индексы означают номер сечения (допусти, 1 — вход в компрессор, 2- выход)
Рассмотрим компрессор.
Осевую составляющую скорости принимаем постоянной (хоть я и не писал об этом в статье, примем, что это так)
Плотность воздуха от входа к выходу возрастает.
Тогда, чтобы наше уравнение выполнялось нужно, чтобы площадь от входа к выходу уменьшалась. По этой причине компрессор сужается.
В турбине все аналогично, только наоборот
объясните пожалуйста, за счет чего возникает существенная разница по кпд между турбовинтовыми и турбовентилляторными двигателями. вроде бы согласно схеме разница только в том, что в одном случае спереди идет винт, а в другом — вентиллятор и все в кожух обернуто. если в турбовинтовом двигателе заменить винт на вентиллятор — ему станет лучше или хуже в плане кпд?
В общем случае, вентилятор в кожухе лучше открытого винта, так как даёт бесплатную прибавку к тяге до 20-30%. Но это сильно зависит от мощности, диаметра винта и скорости полета. При маленькой мощности вроде парамоторных винтов и их типичных диаметров, разницы между пропеллером в кожухе и открытым винтом практически нет. Кожух не даёт струе за винтом сужаться, это увеличивает КПД. В нем обычно ставят выпрямляющие лопатки, это ещё устраняет 2-3% потерь, которые есть у открытого винта на закрутку потока. И аэродинамический профиль кожуха тоже немного улучшает КПД (струя воздуха вдоль профиля создаёт подъемную силу немного вбок, что можно рассматривать как добавку к тяге. а остальная часть пытается сломать этот кожух, смяв его внутрь). Но с другой стороны, сам кожух на скорости полета создаёт дополнительное лобовое сопротивление. И кожух имеет большую массу, которую надо с собой везти. Что победит из этого — то и будет означать, выгодно использовать вентилятор в кожухе вместо открытого винта, или от него в сумме в этих конкретно условиях получается больше вреда, чем пользы.
В остальном см. объяснение ниже. Если скорость полета большая, то даже через маленький диаметр проходит ежесекундно достаточно воздуха, чтобы создавать тягу с близким к 100% КПД (на практике, около 90%). Поэтому ставить винты большего диаметра просто нет смысла. Но конкретные размеры зависят от скорости полета и требуемой для полета мощности (которая напрямую связана с массой самолёта и аэродинамическим качеством его крыльев на этой скорости).
В остальном см. объяснение ниже. Если скорость полета большая, то даже через маленький диаметр проходит ежесекундно достаточно воздуха, чтобы создавать тягу с близким к 100% КПД (на практике, около 90%). Поэтому ставить винты большего диаметра просто нет смысла. Но конкретные размеры зависят от скорости полета и требуемой для полета мощности (которая напрямую связана с массой самолёта и аэродинамическим качеством его крыльев на этой скорости).
Вентилятор в кожухе лучше обычного винта в НЕКОТОРЫХ РЕЖИМАХ.
Т.к. сам кожух также создает аэродинамическое сопротивление.
Причем — как лобовое, так и внутреннее, двигающему внутри кожуха потоку.
А так да, всё верно
Кожух не даёт струе за винтом сужаться, это увеличивает КПД
Неа, он позволяет законцовке лопаток (лопастей) нормально работать, а не то что вы написали.
Да, и это тоже. Причем чем меньше диаметр и выше мощность, тем важнее устранить кожухом перетекание через кончики винта, о чем вы говорите. И для этого достаточно кольца относительно небольшой ширины (глубины). Но если это что-то вроде кольца на аэросанях, то там короткое кольцо в этом плане вообще не помогает — открытый винт такого же диаметра, как диаметр этого кожуха, будет даже эффективнее. Потому что лопасти и так длинные и у них и так минимальное индуктивное сопротивление. Но если сделать кожух длинным, что-то вроде 2-3-х диаметров, то вот это устранение сужения потока за винтом даст заметную, а скорее всего и основную прибавку в кпд (а значит и в тяге), что-то под 8-10%. Больше, чем от выпрямляющих лопаток внутри корпуса.
В общем, в аэродинамике все сплошные компромиссы. И все зависит от условий работы. Надо считать для конкретного случая. Один и тот же конструктивный элемент, такой как аэродинамический кожух или винглеты, в одним условиях может приносить пользу, а в других вред.
В общем, в аэродинамике все сплошные компромиссы. И все зависит от условий работы. Надо считать для конкретного случая. Один и тот же конструктивный элемент, такой как аэродинамический кожух или винглеты, в одним условиях может приносить пользу, а в других вред.
Интересно, а если у лопастей винта законцовки делать всякие-хитрые, типа винглетов?
Там центробежная сила большая. Но вообще, эффект от всех этих винглетов равен тому же, что сделать крыло длиннее на длину винглета. И в любом случае, речь идёт о единицах процентов выигрыша, до 10% в самых лучших случаях. Но чем меньше удлинение, тем винглет выгоднее. Просто эти винглеты не особо уменьшают перетекание потока через концы крыльев и не особо снижают индуктивное сопротивление, так как индуктивное сопротивление связано с удлинением крыла и скоростью полета, и является неотъемлемой частью процесса создания подъемной силы. Примерно та же ерунда, что линейная зависимость от скорости струи у тяги (полезная работа) и квадратичной зависимости у кинетической энергии струи (т.е. общих затрат энергии двигателя на создание этой струи). Только у крыльев вместо тяги фигурирует подъемная сила, но принцип тот же.
А можете пояснить для чайника, что там со струёй за винтом?
Мы же летим, грубо говоря, отталкиваясь винтом от воздуха. Наша задача — бросить некоторый объём воздуха назад, и что там дальше с ним происходить будет — не наша забота.
То, что винт, помимо поступательного движения воздуха, придаёт ему ещё и всякое турбулентное, — это очевидные потери. Поэтому выпрямляющие лопатки — понятно, как положительный вклад дают.
Кольцо непосредственно вокруг винта убирает индуктивное сопротивление, это тоже понятно.
А струя за винтом?
Помимо закручивания и турбулентности в потоке, обычный винт ещё и сужает струю за собой. Это тоже потери, так как тогда увеличивается скорость струи и ее кинетическая энергия mv^2, а тягу-то эта суженная струя даёт лишь mv. Длинное аэродинамическое кольцо служит в том числе для того, чтобы не позволить струе за винтом/вентилятором сузиться. Это сильно повышает КПД, если не ошибаюсь, один из главных факторов. Могущий поспорить разве что с ограничением перетекания через концы лопастей. Последнее больше всего актуально при маленьком диаметре и больших мощностях, как в двухконтурных и вентиляторных ТРД. А первое для обычных больших винтов в кольце.
Кстати о парамоторах и выпрямляющих лопатках. Просто занимательный факт.
Парамотор создаёт значительный вращающий момент.
Один из способов борьбы с ним — установка неподвижных лопастей. Причём, даже с фиксированным шагом, — поскольку момент и напор воздуха (на тех высотах, где летают парапланы) согласованы.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
По второму вопросу попробую чуть объяснить, похоже, вы немного не поняли. Если где ошибся, надеюсь, меня поправят, поскольку от авиации далёк.
Воздух сжимается в компрессоре и попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. Проще говоря, в камеру сгорания под давлением поступает как топливо, так и воздух. Газовоздушная смесь воспламеняется и рабочее тело ищет, куда бы ему уйти. И уходит в сопло, потому что там никто не давит, хоть и на пути мешается турбина (из-за чего вращается), которая в свою очередь связана с компрессором (сидят на одном валу).
Воздух сжимается в компрессоре и попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. Проще говоря, в камеру сгорания под давлением поступает как топливо, так и воздух. Газовоздушная смесь воспламеняется и рабочее тело ищет, куда бы ему уйти. И уходит в сопло, потому что там никто не давит, хоть и на пути мешается турбина (из-за чего вращается), которая в свою очередь связана с компрессором (сидят на одном валу).
И еще, почему нагретый воздух выходит через турбину в сопло, а не в сторону компрессора? За счет того, что там больше объем? Ведь по сути в камере сгорания горит топливо и нагревает воздух, который расширяется и выходит куда-то.
Воздух разогревается и расширяется. При этом давление у него остается тем же, что было на выходе из компрессора — это изобарический процесс. Чтобы воздух выходил в компрессор — давление в камере сгорания должно быть больше давления в компрессоре.
В сопле давление меньше, чем в камере сгорания, и расширяющийся воздух уходит в него. Турбина по дороге не слишком эту разницу давлений компенсирует — она раскручивается за счет огромного объема выходящего воздуха, а не за счет большого перепада давления.
Подскажите по стартовому модулю в авиации, который вращает компрессор до воспламенения в камере сгорания, — электрический или гидравлический, откуда берётся энергия.
За статью спасибо.
За статью спасибо.
Используются электрические и воздушные, зависит от воздушного судна.
Электрические питаются от бортовых систем питания.
Воздушные стартеры используют сжатый воздух, который отбирается от вспомогательной силовой установки (ВСУ). Это такие маленькие газотурбинные двигатели, созданные специально для питания бортовых систем (обеспечивает самолет электроэнергией и сжатым воздухом). Сами ВСУ запускаются электростартерами.
Электрические питаются от бортовых систем питания.
Воздушные стартеры используют сжатый воздух, который отбирается от вспомогательной силовой установки (ВСУ). Это такие маленькие газотурбинные двигатели, созданные специально для питания бортовых систем (обеспечивает самолет электроэнергией и сжатым воздухом). Сами ВСУ запускаются электростартерами.
И воздушные в состоянии раскрутить компрессор? Интересно! Каким давлением оперируют?
Более чем. Разные бывают. У Як-42, например, мощность стартера 51,5 кВт
www.youtube.com/watch?v=g4pqEzfKXcA
Рекомендую этот канал, если интересует тема ГТД.
Рекомендую этот канал, если интересует тема ГТД.
Давление на завпске обычно 32psi, это примерно 2,2 бара.
Собственно все современные Боинги, Эйрбасы и прочие Эмбраеры запускаются от давления воздуха, создаваемого ВСУ. Ещё могут от внешнего модуля высокого давления. Также можно запустить один двигатель от другого, опять-таки тоже давлением. Для этого на работающем двигателе придётся добавлять обороты.
Кроме 787, который More Electric Aircraft.
У него вообще нет bleed air, только стартер-генераторы.
У него вообще нет bleed air, только стартер-генераторы.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
А ещё бывают пиротехнические стартеры — выглядит довольно необычно.
Как пример — запуск двигателя F-22
Как пример — запуск двигателя F-22
Всем интересующимся подробностями рекомендую книгу Иноземцева.
«Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение» — непонятно, почему обычный ТВД нельзя использовать, как ВСУ, ведь в обоих случаях при работе двигателя вращение турбины передается на редуктор. Следовательно, редуктор отвечает за то, что винт не вращается. Но ведь редуктор может выполнять эту роль в двигателях обоих типов. Я наверняка многого не учел, просто хотелось бы узнать подробнее.
И интересно, какие преимущества предоставляет свободный вал. Позволяет снизить требования к редуктору, потому что за счет другой конфигурации лопаток вращается медленнее основного вала?
И интересно, какие преимущества предоставляет свободный вал. Позволяет снизить требования к редуктору, потому что за счет другой конфигурации лопаток вращается медленнее основного вала?
Редуктор не отвечает за то, вращается винт или нет. Редуктор в нашем случае это просто набор зубчатых колес и всевозможных связующих элементов, жестко связанных. Он просто понижает обороты и передает момент. Теоретически, конечно и обычный ТВД можно как всу использовать, но тогда винт будет приводиться в движение. А это несколько нецелесообразно. Остановить винт не получится, так как он находится на одном валу с турбиной и компрессором (тогда просто весь двигатель встанет). Суть ТВД со свободной турбиной в том, что винт можно остановить, так как его вал не связан механически с турбиной и компрессором.
Спасибо за разъяснения. Я просто поначалу подумал, что тормозить винт будет слишком тяжело, но теперь до меня дошло, что в режиме ВСУ двигатель будет работать на малом проценте мощности, и поэтому его момент вращения и давление реактивной струи на его вал не будут настолько большими, чтобы было очень уж сложно винт остановить.
Кстати, зачем третий вал на трехвальных двухконтурных ТРД, которые мимоходом упоминались? Он вращает второй вентилятор?
Кстати, зачем третий вал на трехвальных двухконтурных ТРД, которые мимоходом упоминались? Он вращает второй вентилятор?
Не совсем точно.
Суть преимущества свободной турбины на вертолетном ГТД в том, что она дает возможность изменять мощность двигателя (обороты ТК), без изменения оборотов СТ. Ну и вертолетный редуктор таки отвечает за то, вращается несущий винт или нет.
И еще небольшое уточнение — на заключительном снимке TB3-117BMA-CБM1B, который устанавливается на Ми-8МСБ, для справки )
Суть преимущества свободной турбины на вертолетном ГТД в том, что она дает возможность изменять мощность двигателя (обороты ТК), без изменения оборотов СТ. Ну и вертолетный редуктор таки отвечает за то, вращается несущий винт или нет.
И еще небольшое уточнение — на заключительном снимке TB3-117BMA-CБM1B, который устанавливается на Ми-8МСБ, для справки )
Всегда интересовал такой нубский вопрос. Вот у нас есть камера сгорания, в ней резко повышается давление, струя газов выходит назад, создавая тягу вперёд. А почему, собственно, газы выходят только назад? У камеры сгорания две дырки — что мешает струе газа так же идти вперёд, разрушая весь принцип? Мюнгхаузен же, вон, сколько ни дул в парус — толку не было. В чём магия?
Нет магии, есть компрессор который накачивает спереди воздух так, что получается «воздушная пробка», которую газам пробить куда труднее чем выскочить через сопло.
Впрочем при определенных условиях такое случается — ну там особо крупная птичка в компрессор залетела, неосторожный техник перед работающим движком пробежать попытался, или — на первых ТРД было актуально — из-за стрельбы и попадания пороховых газов в заборник или даже особо неудачного резкого маневра компрессор поперхнулся и не заглотил достаточно воздуха чтобы обеспечить эту самую «пробку».
И вот тогда ТРД буквально блюет раскаленными газами через компрессор и воздухозаборник, это называется «помпаж», это очень плохо, и после него движок идет как минимум на осмотр, а может и вовсе на ремонт.
Впрочем при определенных условиях такое случается — ну там особо крупная птичка в компрессор залетела, неосторожный техник перед работающим движком пробежать попытался, или — на первых ТРД было актуально — из-за стрельбы и попадания пороховых газов в заборник или даже особо неудачного резкого маневра компрессор поперхнулся и не заглотил достаточно воздуха чтобы обеспечить эту самую «пробку».
И вот тогда ТРД буквально блюет раскаленными газами через компрессор и воздухозаборник, это называется «помпаж», это очень плохо, и после него движок идет как минимум на осмотр, а может и вовсе на ремонт.
Так компрессор-то свою энергию от тех же газов (через турбину сзади) получает. Выходящие спереди должны так же на его лопатки действовать (окей, может быть посредством "воздушной пробки", но тем не менее) и турбину останавливать.
Про помпаж спасибо, ага. Пошёл видео искать.
А вот тут уже начинается технология, малоотличимая от магии — так рассчитать канал движка, воздухозаборник, и режим работы компрессора и турбины чтобы оно работало… ;)
ps Более того, в мире есть еще более магические вещи — поискав по словам Valveless Pulse Jet можно найти движок, который представляет из себя просто открытую с двух сторон трубу, которая, тем не менее вполне себе создает тягу:
ps Более того, в мире есть еще более магические вещи — поискав по словам Valveless Pulse Jet можно найти движок, который представляет из себя просто открытую с двух сторон трубу, которая, тем не менее вполне себе создает тягу:
Это вот оно, да?
Никакой магии. Там газы туда сюда ходят, но в одну сторону ходят быстрее. Потому в эту сторону они и улетают в результате, создавая разрежение и засасывая чистый воздух.
Подача топлива циклическая.
Подача топлива циклическая.
Это не тот же принцип работы, что в сверхзвуковом прямотоке?
Неспроста в тексте много раз встречается слово «изобарический», это и есть магия. Если рассмотреть камеру сгорания, то с одной стороны перед входом мы имеем давление компрессора, внутри камеры это давление практически сохраняется неизменным (изобара), а сразу после окончания камеры сгорания следует специального профиля сопло, в котором давление снижается в обмен на скорость потока. В этом случае совершенно очевидно, куда легче бежать газу — сторону меньшего давления.
Просто это не очевидно, с чего бы это процессу быть изобарическим? Смесь горит, нагретый воздух расширяется, почему давление остаётся постоянным? Я это понимаю так, что фронт давления распространяется со скоростью звука, поэтому этот расширяющийся воздух успевает вылететь через выходное сопло (турбинка на выходе создаёт лишь незначительное сопротивление). А со стороны входа есть подпор от компрессора, поэтому туда не летит. Вот и получается, что в камере сгорания нет избыточного давления, как в цилиндре ДВС. Все избыточное сразу вылетает в выходную открытую трубу.
Те же причины, по которым под крылом самолёта нет сжатого воздуха — он успевает «разжаться» со скоростью звука. И поэтому в дозвуковой аэродинамике воздух считается несжимаемой жидкостью.
Те же причины, по которым под крылом самолёта нет сжатого воздуха — он успевает «разжаться» со скоростью звука. И поэтому в дозвуковой аэродинамике воздух считается несжимаемой жидкостью.
Возможно ещё камера сгорания расширяющейся формы, хотя на схеме и разрезе это не особенно видно. Тогда при определенной скорости потока получится изобарический процесс
Устройство горелки в двигателях как я понимаю довольно интересная штука. Основная идея там в том что фронт пламени распространяется сравнительно медленно. Набегающий поток воздуха попросту движется быстрее чем пламя может двигаться навстречу ему. Остается только поместить в поток элементы непрерывно инициирующее возгорание (чтобы пламя не «выдуло») и получится стационарный процесс где топливо стабильно горит в одном и том же месте за горелкой. Если в этом же месте дать потоку воздуха расшириться то рост давления от горения будет компенсироваться падением давления от расширения потока.
Насколько я знаю, поджигательные элементы выключают после запуска двигателей.
Там специальные штуки ставят которые «удерживают» пламя, к примеру, локально тормозя поток.
en.wikipedia.org/wiki/Flame_holder
en.wikipedia.org/wiki/Flame_holder
Это только в форкамере, в ОКС нет, там скорость держится за счёт вихря, образованного завихрителем около форсунки и первым рядом отверстий жаровой трубы
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
Дело в том, что компрессор создает давление, а работу турбины осуществляет расширение газов за счет горения.
То есть спереди давление больше, а назад оно всегда утекает.
Сгорание в общем случае не увеличивает давление, а увеличивает объем газа.
Увеличивающийся объем утекая крутит турбину.
То есть спереди давление больше, а назад оно всегда утекает.
Сгорание в общем случае не увеличивает давление, а увеличивает объем газа.
Увеличивающийся объем утекая крутит турбину.
Спереди тоже дырка. Почему туда не утекает? Те самые расширяющиеся газы (с растущим объёмом, ага). Им ничего не мешает выходить вперёд, останавливать компрессор, создавать повышенное давление сзади перед лопатками остановившейся турбины и т.п.
Мешает отсутствие разницы давлений. Газ не «идет» просто так, потому что ему захотелось. Чтобы газ «вышел вперед» — давление в камере сгорания должно стать больше, чем в компрессоре. Чтобы давление в камере сгорания стало больше, чем в компрессоре — что-то должно помешать воздуху в ней расширятся при нагревании. А ему ничего не мешает, там сзади большая дырка в сопло с парой лопаток турбины по дороге. И все, что нарасширялось, свищет через эту дырку наружу. Свищет с огромной скоростью что позволяет раскрутить турбину.
У меня, конечно, курс физики только школьный, с идеальным газом. Который без столкновений молекул и т.п. Так вот, в нём давление — изнутри. И идут эти молекулы куда хотят, пока в стенку не ударятся — никаким внешним "давлением" их не остановить и не направить.
Объяснение не в разнице давлений, а в "огромной дырке" сзади. Отверстие в камере сгорания сзади больше, чем спереди. Что и позволяет раскручивать турбину-компрессор на закачку воздуха (а не на высасывание его, к примеру).
Потому что давление в камере сгорания не растет, только температура. В статье об этом, кстати, написано.
Можно подробней, как это достигается? Если мы подводим температуру к газу, то он должен расширяться, или расти давление. Сечение камеры сгорания более-менее постоянное. Поэтому он расширятся должен вдоль двигателя, т.е. ускорятся в сторону турбины, так? Или как на самом деле?
Да, он ускоряется, что уменьшает его давление. Повышение температуры удерживает давление на постоянном уровне в камере сгорания.
youtu.be/JmqEU2C0Vu4?t=73
youtu.be/JmqEU2C0Vu4?t=73
Паяльную лампу видели?
Настоящая магия — это на сверхзвуке. Сверхзвуковой двигатель в самом простом варианте — это вообще симметричная труба. Куда впрыскивается топливо и в результате вся эта конструкция куда-то летит.
Вот это я понимаю — магия.
Вот это я понимаю — магия.
Настоящая магия — на ГИПЕРзвуке.
Там двигатель может представлять из себя вообще ОДНУ стенку.
А вторую — будет формировать стоячая ударная волна в набегающем потоке.
… не взлетает, пока, правда…
:-)))
Там двигатель может представлять из себя вообще ОДНУ стенку.
А вторую — будет формировать стоячая ударная волна в набегающем потоке.
… не взлетает, пока, правда…
:-)))
Это вы про реактивный двигатель внешнего сгорания?
То, что у вас изображено на картинках клиновоздушный ракетный двигатель
Вот неплохой обзорный ролик, объясняющий суть процессов: www.youtube.com/watch?v=2Sz1A0mzS5o
Вот неплохой обзорный ролик, объясняющий суть процессов: www.youtube.com/watch?v=2Sz1A0mzS5o
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
Надо понимать, что не смотря на слово «реактивный» в названии, что у многих ассоциируется с реактивными ракетными двигателями, на самом деле ТРД и все его модификации не сильно отличаются от простого пропеллера. Потому что соотношение топлива к воздуху при горении примерно 1:15, а значит ТРД это по сути простой насос, перекачивающий _внешний_ атмосферный воздух. Точно так же, как это делает пропеллер на винтовых самолётах. Просто здесь энергия для этого берется не из внешнего ДВС для вращения винта, а сразу из горения топлива. И экономичность процесса, точно так же как в ДВС, определяется степенью сжатия воздуха перед поджиганием топлива. У современных ТРДхх степень сжатия сравнима с ДВС, и расход топлива тоже сравним, около 200 г/кВт*ч.
А вот тяга зависит не от того, с какой эффективностью мы переводим топливо в механическую энергию в кВт, а какую массу воздуха и с какой скоростью мы отбрасываем: F = m*v, где m — масса кг отброшенного воздуха за время t=1 сек (массой топлива можно пренебречь из-за соотношения 1:15), а v — скорость его отбрасывания, м/сек. Или, что тоже самое, по закону Ньютона: F = m*a, т.к. ускорение в м/сек^2 сокращается с кг/сек в секундной массе m в формуле тяги.
Но что ещё важнее, создаваемая тяга зависит от скорости отбрасываемого воздуха линейно: F = m*v (здесь m в кг/сек, т.е. отбрасываемая масса воздуха каждую секунду), а вот затраты энергии двигателя на создание этой струи равны кинетической энергии струи E =m*v^2/2, которая от скорости струи зависит квадратично! Ведь двигатель физически тратит свою энергию на придание кинетической энергии струе, а вовсе не на создание тяги напрямую. Поэтому чтобы создавать тягу наиболее экономичным способом, с максимальным КПД (который равен отношению полезной энергии тяги к полной затраченной энергии двигателя на создание этой тяги), надо брать побольше внешнего воздуха — побольше массы m, и отбрасывать ее с как можно меньшей скоростью v, чтобы эта квадратичность кинетической энергии струи от ее скорости не портила нам КПД.
Именно поэтому двухконтурный ТРД имеет лучше КПД по созданию тяги. Лучшую общую экономичность как движитель. О чем тут в комментариях спрашивали, почему этот второй контур даёт огромную тягу. Двухконтурный ТРД тупо захватывает своим вентилятором больше внешнего воздуха и гонит его по внешнему контуру как обычный винт (а сам вентилятор вращается от турбинки в выхлопных газах, разумеется, вместо от ДВС в обычных винтах). И поэтому же турбовентиляторный двигатель, у которого вся энергия турбинки идёт на вращение винта (вместо ДВС), обладает ещё большим КПД! Так как винт большой и захватывает ещё больше m массы внешнего воздуха каждую секунду. Поэтому ее можно отбросить с меньшей скоростью v для создания нужной нам тяги.
Последнее о чем надо знать, почему все просто не используют пропеллеры или турбовентиляторные двигатели (что по сути одно и то же), раз они такие замечательные и обладают максимальным КПД? Дело в том, что благодаря большой скорости полета, больше 400 км/час, поступающего ежесекундного воздуха на диаметр сопла ТРД вполне достаточно, чтобы эффективно создавать тягу, необходимую для полета самолёта такой-то массы. Там просто нет смысла ставить какие-нибудь винты огромного диаметра, КПД по созданию тяги от этого уже не увеличится. Он как будет от винта диаметром 6 м 90%, так и от ТРД диаметром 1 м тоже будет 90%. Только ТРД намного легче по массе, а у винтов куча своих проблем на больших скоростях.
Именно поэтому говорят, что ТРД становится выгоднее винтовых самолётов на больших скоростях (где-то выше 400 км/час). Когда масса набегающего в секунду воздуха через входное отверстие ТРД становится достаточной, чтобы КПД по созданию тяги с помощью ТРД становился и так максимально возможным в этих условиях, где-то под 80-90%, и дальше повышать его с помощью увеличенного расхода воздуха пропеллером становится бессмысленно. И при этом остальные параметры вроде массы самого двигателя, удельного расхода топлива на каждый киловатт выходной мощности, тоже вносят свою лепту в общий КПД.
А вот тяга зависит не от того, с какой эффективностью мы переводим топливо в механическую энергию в кВт, а какую массу воздуха и с какой скоростью мы отбрасываем: F = m*v, где m — масса кг отброшенного воздуха за время t=1 сек (массой топлива можно пренебречь из-за соотношения 1:15), а v — скорость его отбрасывания, м/сек. Или, что тоже самое, по закону Ньютона: F = m*a, т.к. ускорение в м/сек^2 сокращается с кг/сек в секундной массе m в формуле тяги.
Но что ещё важнее, создаваемая тяга зависит от скорости отбрасываемого воздуха линейно: F = m*v (здесь m в кг/сек, т.е. отбрасываемая масса воздуха каждую секунду), а вот затраты энергии двигателя на создание этой струи равны кинетической энергии струи E =m*v^2/2, которая от скорости струи зависит квадратично! Ведь двигатель физически тратит свою энергию на придание кинетической энергии струе, а вовсе не на создание тяги напрямую. Поэтому чтобы создавать тягу наиболее экономичным способом, с максимальным КПД (который равен отношению полезной энергии тяги к полной затраченной энергии двигателя на создание этой тяги), надо брать побольше внешнего воздуха — побольше массы m, и отбрасывать ее с как можно меньшей скоростью v, чтобы эта квадратичность кинетической энергии струи от ее скорости не портила нам КПД.
Именно поэтому двухконтурный ТРД имеет лучше КПД по созданию тяги. Лучшую общую экономичность как движитель. О чем тут в комментариях спрашивали, почему этот второй контур даёт огромную тягу. Двухконтурный ТРД тупо захватывает своим вентилятором больше внешнего воздуха и гонит его по внешнему контуру как обычный винт (а сам вентилятор вращается от турбинки в выхлопных газах, разумеется, вместо от ДВС в обычных винтах). И поэтому же турбовентиляторный двигатель, у которого вся энергия турбинки идёт на вращение винта (вместо ДВС), обладает ещё большим КПД! Так как винт большой и захватывает ещё больше m массы внешнего воздуха каждую секунду. Поэтому ее можно отбросить с меньшей скоростью v для создания нужной нам тяги.
Последнее о чем надо знать, почему все просто не используют пропеллеры или турбовентиляторные двигатели (что по сути одно и то же), раз они такие замечательные и обладают максимальным КПД? Дело в том, что благодаря большой скорости полета, больше 400 км/час, поступающего ежесекундного воздуха на диаметр сопла ТРД вполне достаточно, чтобы эффективно создавать тягу, необходимую для полета самолёта такой-то массы. Там просто нет смысла ставить какие-нибудь винты огромного диаметра, КПД по созданию тяги от этого уже не увеличится. Он как будет от винта диаметром 6 м 90%, так и от ТРД диаметром 1 м тоже будет 90%. Только ТРД намного легче по массе, а у винтов куча своих проблем на больших скоростях.
Именно поэтому говорят, что ТРД становится выгоднее винтовых самолётов на больших скоростях (где-то выше 400 км/час). Когда масса набегающего в секунду воздуха через входное отверстие ТРД становится достаточной, чтобы КПД по созданию тяги с помощью ТРД становился и так максимально возможным в этих условиях, где-то под 80-90%, и дальше повышать его с помощью увеличенного расхода воздуха пропеллером становится бессмысленно. И при этом остальные параметры вроде массы самого двигателя, удельного расхода топлива на каждый киловатт выходной мощности, тоже вносят свою лепту в общий КПД.
Что-то я в трех соснах заблудился… Это же реактивный двигатель, т.е. он создает тягу вперед, отбрасывая воздух и продукты сгорания назад. Но в этой схеме двигателя дорога для газов в сторону компрессора тоже открыта — так почему они двигаются к соплу?
Для простоты, если самолет стоит на земле и нет давления набегающего потока: теоретически расширяющиеся газы должны давить как на турбину, так и на лопатки компрессора, создавая два противоположных момента на вал.
И еще: как все-таки так получается, что при неизменном объеме (условно) температура газа поднимается от 400 до 2000 градусов, а давление не растет? И кроме того, в той же камере сгорания превращается в газ жидкое топливо…
Для простоты, если самолет стоит на земле и нет давления набегающего потока: теоретически расширяющиеся газы должны давить как на турбину, так и на лопатки компрессора, создавая два противоположных момента на вал.
И еще: как все-таки так получается, что при неизменном объеме (условно) температура газа поднимается от 400 до 2000 градусов, а давление не растет? И кроме того, в той же камере сгорания превращается в газ жидкое топливо…
Дорога для газов в сторону компрессора открыта — но там давление то же, что в камере сгорания.
Объем не неизменный, он то как раз увеличивается, просто расширяющийся газ успевает улетать в сопло. Хорошо видно на фото из статьи — там в камере сгорания сзади огромная дыра наружу, по сути. Турбина ему почти не мешает — там одиночная крыльчатка, которая раскручивается только за счет того, что через нее пролетает огромный объем воздуха. Поэтому давление не растет.
Объем не неизменный, он то как раз увеличивается, просто расширяющийся газ успевает улетать в сопло. Хорошо видно на фото из статьи — там в камере сгорания сзади огромная дыра наружу, по сути. Турбина ему почти не мешает — там одиночная крыльчатка, которая раскручивается только за счет того, что через нее пролетает огромный объем воздуха. Поэтому давление не растет.
Дорога для газов в сторону компрессора открыта — но там давление то же, что в камере сгорания.
Со стороны компрессора высокое давление только потому, что крутятся крыльчатки компрессора, — а они там приводятся от турбины напрямую, от струи газа к соплу. Т.е. получается, расширяющийся газ сам себе блокирует выход в компрессор — ну так он так же мог бы блокировать сам себе выход и к соплу… Это как-то немного «сам себя за волосы из болота», казалось бы…
Не газ сам себе блокирует, а разница давлений блокирует.
Ок, простая аналогия: Пивная банка над огнем. С большой дыркой. Вы ее греете, воздух внутри расширяется, выходя при этом из банки.
Вначале в банке было было пол литра холодного воздуха. Воздух расширился в два раза. Пол литра горячего воздуха вышло из банки, пол литра горячего осталось внутри. Из банки при выходе воздуха немного дуло — без всякого компрессора спереди. При этом все время давление в банке было равно атмосферному — т.к. дырка сзади большая.
Делаем в другом конце банки небольшое отверстие и начинаем загонять туда холодный воздух компрессором. Внутри банки все обычное атмосферное давление, дырка большая, накачиваемый воздух не задерживается и не «скапливается в банке». Просто вылетает наружу через дырку.
Давление на выходе из компрессора 5 атмосфер, одна атмосфера внутри банки никак не мешает компрессору дуть. Для него это как просто вхолостую дуть, без всякой банки на выходе. Очевидно, что назад в компресор воздух при этом течь не пытается.
При этом воздух успевает прогреться, расшириться, и на каждый забранный снаружи литр воздуха из дырки в банке вылетает два литра горячего. Соответственно, скорость воздуха на выходе из банки в два раза выше, чем на входе в компрессор. Причем это тот же самый воздух, с той же массой — просто он разгоняется за счет нагрева и вызванного им расширения.
Ок, теперь постепенно заужаем отверстие на выходе. Давление в банке начинает чуть-чуть расти (т.к. воздух не выходит совсем уж свободно), скорость выхода тоже растет (отверстие меньше, объем выходит тот же).
Постепенно догоняем давление почти до такого же, как выдает компрессор, (чуть ниже, чтобы воздух не пытался обратно в компрессор лезть). Из банки дует совсем уже сильно (чем меньше отверстие и чем горячее внутри банки — тем быстрее дует). Ставим на выходе в потоке воздуха турбину, запитываем компрессор от нее. Все, получили двигатель.
Ок, простая аналогия: Пивная банка над огнем. С большой дыркой. Вы ее греете, воздух внутри расширяется, выходя при этом из банки.
Вначале в банке было было пол литра холодного воздуха. Воздух расширился в два раза. Пол литра горячего воздуха вышло из банки, пол литра горячего осталось внутри. Из банки при выходе воздуха немного дуло — без всякого компрессора спереди. При этом все время давление в банке было равно атмосферному — т.к. дырка сзади большая.
Делаем в другом конце банки небольшое отверстие и начинаем загонять туда холодный воздух компрессором. Внутри банки все обычное атмосферное давление, дырка большая, накачиваемый воздух не задерживается и не «скапливается в банке». Просто вылетает наружу через дырку.
Давление на выходе из компрессора 5 атмосфер, одна атмосфера внутри банки никак не мешает компрессору дуть. Для него это как просто вхолостую дуть, без всякой банки на выходе. Очевидно, что назад в компресор воздух при этом течь не пытается.
При этом воздух успевает прогреться, расшириться, и на каждый забранный снаружи литр воздуха из дырки в банке вылетает два литра горячего. Соответственно, скорость воздуха на выходе из банки в два раза выше, чем на входе в компрессор. Причем это тот же самый воздух, с той же массой — просто он разгоняется за счет нагрева и вызванного им расширения.
Ок, теперь постепенно заужаем отверстие на выходе. Давление в банке начинает чуть-чуть расти (т.к. воздух не выходит совсем уж свободно), скорость выхода тоже растет (отверстие меньше, объем выходит тот же).
Постепенно догоняем давление почти до такого же, как выдает компрессор, (чуть ниже, чтобы воздух не пытался обратно в компрессор лезть). Из банки дует совсем уже сильно (чем меньше отверстие и чем горячее внутри банки — тем быстрее дует). Ставим на выходе в потоке воздуха турбину, запитываем компрессор от нее. Все, получили двигатель.
Респект за наглядный пример! Хотелось бы добавить, что если оставить отверстие в банке полностью открытым, то КПД такого двигателя (точнее, движителя, т.к. он создаёт тягу для движения) будет максимальным. Но выход банки приходится заужать, чтобы увеличить выходную скорость потока. Потому что тяга зависит от скорости выходной струи: F = m*v. А нам необходимо получить определенную силу тяги, пусть и с меньшим КПД.
То есть дело так или иначе в дырках разного размера?
Вот, собственно, тоже такое впечатление по итогам сложилось. Камера сгорания имеет стенки (да, криволинейной формы, но площадь проекции подсчитать можно) — условно, переднюю и заднюю. Молекулы газа ударяются в обе стенки, оказывая на них давление. Но в передней стенке дырка меньше, и потеря давления "вперёд" из-за этого меньше, чем потеря "назад", примерно в 1.5-2 раза (на глаз). Вот тут хорошо видно — площадь самой узкой части "воздушного" (синего) канала — почти вдвое меньше, чем самая узкая проекция "газового" (оранжевого):
P.S. Я знаю, что сравниваем не просвет каналов, а скорее толщину "колец", но всё же.
Да, но компрессор-то берет энергию не от костра, а от той же турбины. Вы описали область высокого давления (в банке), которая поддерживает сама себя. Что заставляет воздух течь в сторону выхода из банки (теперь узкого), а не в сторону компрессора? Если только то, что дырка от компрессора все еще сильно меньше сопла — ну так надо затратить энергию тогда, чтобы компрессор сжимал воздух настолько сильно. Почему энергии от турбины на это хватает?
Ну так на это и расходуется топливо.
Если бы всё работало без него (тупо раскрутили — и оно само дальше) — вот это уже была бы магия :)
Если бы всё работало без него (тупо раскрутили — и оно само дальше) — вот это уже была бы магия :)
Что заставляет воздух течь в сторону выхода из банки (теперь узкого), а не в сторону компрессора?
Разница давлений. Воздух течет не потому, что внутри камеры сгорания есть какое-то течение в нужную сторону. Воздуху все равно на размер дырки. Он течет туда, где давление меньше.
Вот в этом примере с банкой — у вас же не возникает вопроса, почему воздух не течет назад в компрессор в самом начале, при огромном размере сопла и атмосферном давлении внутри банки? Ведь в компрессоре давление больше, в банке — меньше. Сопло сужаем постепенно. Почему в какой-то момент воздух вдруг передумает и потечет в компрессор, если давление в нем все равно больше, чем в банке?
Энергии от турбины хватает, т.к. она забирает кинетическую энергию у вылетающего из сопла газа. На примере той же банки, без сужения сопла, и при атмосферном давлении внутри банки (чтобы не смущало, что куда течет):
— если не греть — компрессор забирает 1кг / 1м3 холодного воздуха, из банки вылетает 1кг / 1м3 холодного воздуха
— если греть — компрессор забирает 1кг / 1м3 холодного воздуха, из банки вылетает 1кг / 2м3 горячего воздуха
И с нагревом и без нагрева — нагрузка на компрессор та же, он перекачал 1 кг воздуха их области с давлением в 1 атмосферу (на входе в него) в область с давлением 1 атмосферу (банку).
Без нагрева — компрессор, тратил энергию только на продув воздуха через банку — на придание кинетической энергии вылетающему воздуху. Пусть кпд у него 50%, и на 1 джоуль потраченной энергии вылетало воздуха с 0.5 джоуля кинетической.
Но подогрев увеличил объем вылетевшего из банки воздуха. Раз объем был в 2 раза больше — значит и скорость выхода его из банки была в два раза больше. А значит и кинетическая энергия вылетающего воздуха стала больше в 4 раза.
Теперь компрессор тратит 1 джоуль (с его точки зрения ничего не поменялось, он так же дует в банку с 1 атмосферой внутри), а энергия вылетающего воздуха теперь 2 джоуля. Из них полтора — это энергия от сгоревшего топлива.
Нагреете в 3 раза — получите увеличение кинетической энергии воздуха на выходе в 9 раз. В 4 — в 16 раз. Турбина отбирает часть этой энергии (1 джоуль) и отдает обратно на компрессор.
Такой двигатель — это механизм по преобразованию энергии топлива в кинетическую энергию газа. Компрессор и турбина там только для поддержания непрерывности процесса.
+ Сила Лоренца = Тесла
Реактивные двигатели это очень увлекательная тема. С одной стороны все очень сложно, но по сути принцип работы примитивный. Можно сказать, что это керосиновая паяльная лампа на стероидах. Помню, как в детстве на даче накачивал керосиновую лампу так, чтобы пламя аж гудело, и опускал в бочку с водой и она там плавала хаотично с достаточно резвой скоростью за счет тяги.
Воздух из атмосферы попадает во входное устройство, где немного сжимается и поступает в компрессор. В компрессоре давление воздуха растёт ещё сильнее, растёт и температура. После компрессора воздух поступает в камеру сгорания и, смешиваясь там с топливом, воспламеняется, что приводит к сильному возрастанию температуры, при, можно сказать, постоянном давлении. После камеры сгорания горячий сжатый газ попадает в турбину. Часть энергии газа расходуется на вращение компрессора турбиной (чтобы он мог выполнять свою функцию, описанную выше), другая часть энергии расходуется на, нужное нам, движение самолёта, из-за того, что газ, пройдя турбину, превращается в реактивную струю в сопле и вырывается из него (сопла) в атмосферу. На этом цикл завершается. Конечно, в реальности все процессы цикла проходят непрерывно.А теперь загадка: энергия подаваемая на компрессор меньше, чем энергия получаемая в камере сгорания(очевидно же). Почему же когда топливо сгорает в камере сгорания и повышается температура, вся энергия направляется именно в турбину, а не часть в турбину, а часть обратно в компрессор?
Потому, что компрессор УЖЕ раскручен и создает давление, мешающее воздуху пройти в сторону компрессора(он создает давление БОЛЬШЕ чем давление в камере сгорания).
Без пред-раскрутки компрессора двигатель не работает(как раз будет дуть в компрессор).
А если в камере сгорания давление становится близким к давлению компрессора, то автоматом уменьшается подача горючего или увеличивается скорость потока, уменьшая давление(только «автомат» — в железе, соотношение подачи, расхода воздуха и размеров сопла).
Без пред-раскрутки компрессора двигатель не работает(как раз будет дуть в компрессор).
А если в камере сгорания давление становится близким к давлению компрессора, то автоматом уменьшается подача горючего или увеличивается скорость потока, уменьшая давление(только «автомат» — в железе, соотношение подачи, расхода воздуха и размеров сопла).
спасибо за познавательный материал, который смог понять даже такой гуманитарий до мозга костей, как я. правда то ли не увидел, то ли тут этого нет, но вот такой вопрос — а чем оно крутит генератор? ещё одна свободная турбина, или ещё что-то? в конце концов, электроэнергию самолёту надо откуда-то брать, а вспомогательная установка — на то и вспомогательная, что не основная.
Для привода генераторов и насосов там ставят механический привод от вала турбины.
Где-то внутри есть маленький угловой редуктор от которого идет вал под 90° к оси двигателя который выходит куда-то вбок(или вверх, вниз) где стоят генераторы.
Между компрессором и камерой сгорания обычно стоит еще один редуктор привода вспомогательных агрегатов — всяких там маслонасосов и генераторов. Бывает и вовсе один стартер-генератор.
Некоторые турбовентиляторные двигатели теперь тоже с редуктором, чтобы сделать вал низкого давления быстрее, а вентилятор медленнее. Например PW1000G на A320neo и даже на МС-21.
Но появились они ещё раньше — четыре маленьких двигателя Avro RJ редукторные.
Хорошая альтернатива трехвальной конструкции.
Но появились они ещё раньше — четыре маленьких двигателя Avro RJ редукторные.
Хорошая альтернатива трехвальной конструкции.
О, тут вообще интересное движение. Роллсы вместе с Ройсами планируют делать «Ультрафан».
Их большие движки (Тренты) даже не двух-, а трёх-вальные. Высокое давление: турбина и копрессор. Среднее давление: турбина и компрессор. Низкое давление: турбина и вентилятор.
На ультрафане планируют вернуться к двухвальной схеме, где турбины низкого давления не будет вообще, а турбина среднего давления будет крутить и компрессор, и редуктор с вентилятором. Степень двухконтурности собираются загнать к 15.
Интересно, как они собираются при этом управлять вентилятором отдельно от общего режима двигателя — а ведь собираются.
Ещё — собираются отказаться от реверса. Я так думаю, потому что при такой двухконтурности его непонятно, как организовать — но пишут, что это потому, что они будут так замечательно управлять вентилятором.
Да, кстати, дополнение к ликбезу базового поста — о реверсе.
Изначально, когда реверс стали делать, это были ковши, заворачивающие весь поток от двигателя.
Весьма интересно наблюдать за движением обечайки при посадке в иллюминатор. По первому разу — удивление: оппа, движок куда-то поехал!
Их большие движки (Тренты) даже не двух-, а трёх-вальные. Высокое давление: турбина и копрессор. Среднее давление: турбина и компрессор. Низкое давление: турбина и вентилятор.
На ультрафане планируют вернуться к двухвальной схеме, где турбины низкого давления не будет вообще, а турбина среднего давления будет крутить и компрессор, и редуктор с вентилятором. Степень двухконтурности собираются загнать к 15.
Интересно, как они собираются при этом управлять вентилятором отдельно от общего режима двигателя — а ведь собираются.
Ещё — собираются отказаться от реверса. Я так думаю, потому что при такой двухконтурности его непонятно, как организовать — но пишут, что это потому, что они будут так замечательно управлять вентилятором.
Да, кстати, дополнение к ликбезу базового поста — о реверсе.
Изначально, когда реверс стали делать, это были ковши, заворачивающие весь поток от двигателя.
Обычно эти ковши были частью конструкции двигателя
Но иногда - это была отдельная конструкция на фюзеляже
Но это годится только для двигателей с узкой струёй (малой степени двухконтурности). Потому перешли на реверс только потока от второго контура. Поток от собственно ТРД вообще не перекрывается. А поток от вентилятора перекрывается очень интересным образом:либо открываются заслонки на обечайке (внешней части двигателя)
либо обечайка полностью съезжает вперёд, образуется щель по кругу
При этом заодно поворачиваются заслонки (например, по типу диафрагменного затвора в фотоаппаратах), которые разворачивают поток вентилятора в эту щель.
Весьма интересно наблюдать за движением обечайки при посадке в иллюминатор. По первому разу — удивление: оппа, движок куда-то поехал!
Ув. oracle_and_delphi написал что картинка про створки на фюзеляже не видна. Кто тоже не видит — можете погуглить сами картинку про реверс на Як-40. Ровно потому, что они — часть фюзеляжа, реверс сделан на среднем двигателе, в то время как обычно, когда створки — часть двигателя, реверс делается на боковых движках.
Прочитал статью голосом Негоды)
Чуть-чуть добавлю, причём сразу замечу, что речь не о технических ущихрениях, а о принципе, который никакими гениальными изысками не нарушить. В чём-то это повтор написанного уважаемым DesertFlow:
Поскольку зависимость потерь от скорости потока нелинейна (потери растут быстрее, причём квадратично и более), наиболее выгодным является двигатель, отбрасывающий струю со скоростью, равной скорости полёта. Ну, чуть большей (из-за тех же потерь). Необходимая тяга при этом формируется сечением струи (объёмом отбрасываемого газа).
Из этого следует, что на вертикальном взлёте/посадке, когда скорость нулевая, наиболее эффективна медленная струя максимального сечения. Смотрим, соответственно, на винт вертолёта :-) То же самое, кстати, относится и к крылу, обеспечивающему полёт самолёта. Вертикальная скорость нулевая, и крыло ничем (кроме того, что движение поступательное, а не круговое) не отличается от лопасти винта. Очень большого винта.
Теперь, надеюсь, понятно, почему самолёты вертикально взлетающие на реактивных движках, имеют очень маленькую дальность — гигантский расход на взлёте/посадки, слишком быстрая струя.
… скорость растёт… имеет смысл использовать винты меньшего диаметра с большей скоростью струи. И всё в порядке до скоростей порядка 500, ну, 600км/час.
Но уменьшать традиционный винт до бесконечности нельзя — слишком большие потери на концах лопастей. На сколько-то (до примерно 800) можно протянуть, используя специальные скоростные винты-вентиляторы. Они только вскользь упомянуты — и, в общем, правильно. Уж очень этот диапазон узок, и массового выпуска таких движителей нет. Видимо, и не будет.
Дальше — двухконтурные (вентиляторные) двигатели. За счёт того, что основную часть струи составляет относительно медленный поток от вентилятора, скорость истечения в целом оказывается умеренной, и летать на скоростях 800 и выше получается эффективно. Чем выше требуемая скорость полёта — тем меньше выгодная степень двухконтурности.
На скоростях 2 Маха и выше от второго контура толка уже мало, он становится неэффективен, скорость струи собственно ТРД хорошо согласуется со скоростью потока.
3 маха и быстрее — торможение струи турбиной вообще начинает мешать, выгоден прямоточный двигатель.
Для иллюстрации — пара примеров нарушения принципа и последствий:
Як-40 называли истребителем, точнее, истребителем керосина. Базовая причина — при фактической скорости винтовых самолётов использовались ТРДД с малой степенью двухонтурности. Результат — быстрая струя, низкая эффективность. А летать быстрее ему-то не нужно, и спроектирован он под небольшие скорости (толстое прямое крыло и т.д.)
Ту-95, наоборот, вынужден летать значительно медленнее, чем нужно по задаче: при максимальной скорости 925 крейсерскую имеет 750 (фактически — значительно ниже), иначе он высвистывает топливо. А как же — у него желапки винты.
Добавлю чуть уже не принципиального, а так, чтобы, бросив взгляд, с удовлетворением отметить: «А, я знаю, почему так».
ТРДД бывают с
Поскольку зависимость потерь от скорости потока нелинейна (потери растут быстрее, причём квадратично и более), наиболее выгодным является двигатель, отбрасывающий струю со скоростью, равной скорости полёта. Ну, чуть большей (из-за тех же потерь). Необходимая тяга при этом формируется сечением струи (объёмом отбрасываемого газа).
Из этого следует, что на вертикальном взлёте/посадке, когда скорость нулевая, наиболее эффективна медленная струя максимального сечения. Смотрим, соответственно, на винт вертолёта :-) То же самое, кстати, относится и к крылу, обеспечивающему полёт самолёта. Вертикальная скорость нулевая, и крыло ничем (кроме того, что движение поступательное, а не круговое) не отличается от лопасти винта. Очень большого винта.
Теперь, надеюсь, понятно, почему самолёты вертикально взлетающие на реактивных движках, имеют очень маленькую дальность — гигантский расход на взлёте/посадки, слишком быстрая струя.
… скорость растёт… имеет смысл использовать винты меньшего диаметра с большей скоростью струи. И всё в порядке до скоростей порядка 500, ну, 600км/час.
Но уменьшать традиционный винт до бесконечности нельзя — слишком большие потери на концах лопастей. На сколько-то (до примерно 800) можно протянуть, используя специальные скоростные винты-вентиляторы. Они только вскользь упомянуты — и, в общем, правильно. Уж очень этот диапазон узок, и массового выпуска таких движителей нет. Видимо, и не будет.
Дальше — двухконтурные (вентиляторные) двигатели. За счёт того, что основную часть струи составляет относительно медленный поток от вентилятора, скорость истечения в целом оказывается умеренной, и летать на скоростях 800 и выше получается эффективно. Чем выше требуемая скорость полёта — тем меньше выгодная степень двухконтурности.
На скоростях 2 Маха и выше от второго контура толка уже мало, он становится неэффективен, скорость струи собственно ТРД хорошо согласуется со скоростью потока.
3 маха и быстрее — торможение струи турбиной вообще начинает мешать, выгоден прямоточный двигатель.
Для иллюстрации — пара примеров нарушения принципа и последствий:
Як-40 называли истребителем, точнее, истребителем керосина. Базовая причина — при фактической скорости винтовых самолётов использовались ТРДД с малой степенью двухонтурности. Результат — быстрая струя, низкая эффективность. А летать быстрее ему-то не нужно, и спроектирован он под небольшие скорости (толстое прямое крыло и т.д.)
Ту-95, наоборот, вынужден летать значительно медленнее, чем нужно по задаче: при максимальной скорости 925 крейсерскую имеет 750 (фактически — значительно ниже), иначе он высвистывает топливо. А как же — у него же
Добавлю чуть уже не принципиального, а так, чтобы, бросив взгляд, с удовлетворением отметить: «А, я знаю, почему так».
ТРДД бывают с
внешним смешиванием
и внутренним
Имеется в виду смешивание потоков от первого и второго контура, конечно. Внутреннее смешивание теоретически выгоднее — струя имеет более равномерное распределение скоростей, да и внешняя обтекаемость двигателя лучше. Но — это дороже и в проектировании и изготовлении, потому моторы с внешним смешиванием более распространены.
Внутреннее смешивание с расположением под крылом плотно ассоциируется с отечественным авиапромом и сравнительно низкой двухконтурностью (Sam146, ПС-90),
Но также отличительная черта RR Trent на A340 и A330.
Википедия говорит, дает небольшой прирост тяги и снижение шума (но CFM и GE обходятся без лишнего веса)
Но также отличительная черта RR Trent на A340 и A330.
Википедия говорит, дает небольшой прирост тяги и снижение шума (но CFM и GE обходятся без лишнего веса)
Ну, про «плотно ассоциируется» — Вы сами написали, что нет, не плотно, есть и прочие примеры. Про то, что с малой степенью двухконтурности связано — тоже интересный вопрос. На самом деле факторов довольно много. Например, длина собственно ТРД. Если он длинный — смысла тянуть обечайку мало. Если не так длинен — то очень может быть, что и выгодно будет «рубашонку обдёрнуть».
Небольшой прирост тяги — да. Что автоматически означает бОльшую экономичность. Снижение шума — тоже да, и это чем дальше, тем важнее становится.
Добавьте немного от концепции безопасного разрушения: отказавший двигатель с внутренним смешиванием создаёт меньшее сопротивление и меньшую, соответственно, опасность. Кроме того, появляется возможность создать второй уровень защиты от разлёта лопаток при разрушении турбины.
Небольшой прирост тяги — да. Что автоматически означает бОльшую экономичность. Снижение шума — тоже да, и это чем дальше, тем важнее становится.
Добавьте немного от концепции безопасного разрушения: отказавший двигатель с внутренним смешиванием создаёт меньшее сопротивление и меньшую, соответственно, опасность. Кроме того, появляется возможность создать второй уровень защиты от разлёта лопаток при разрушении турбины.
Верно ли, что двухконтурный двигатель — по сути тот же турбовинтовой, только с маленьким высокооборотным винтом, засунутым в трубу?
Вообще-то, ответы уже есть в комментах :-) Потому паrдон каждому, кто увидет повтор им написанного:
1. для полёта на скорости нужен винт малого диаметра с большой скоростью струи.
2. у таких винтов очень велики потери на концах лопастей
3. потому ставят обечайку, кольцо вокруг винта («трубу», как Вы её назвали :-). В этом смысле ответ — «да». Это снижает концевые потери кардинально, так что потери на сопротивление и массу обечайки становятся выгодными.
4. скоростной винт с обейчайкой настолько сильно отличается по аэродинамике от обычного, что методы расчёта для них — разные. В этом смысле ответ — «Нет». Потому и названия получились разные, винт — и вентилятор.
5. современные методы расчёта (CFD) стирают эту границу. Именно потому получается сделать вентиляторы большого размера (диаметр 4 метра и больше) и сделать двигатели большой тяги.
Снова чуть общего ликбеза. Читая о современной аэродинамике, хоть о самолётах, хоть об автомобилях Ф1, обязательно встретишь ссылку на CFD.
CFD — Computational Fuid Dynamics, вычислительная динамика потоков, вычислительная аэродинамика. Но это просто разворачивание аббериватуры. А суть вот, в чём:
Во все прошлые времена для расчётов использовались общие законы для всего потока. Например, общеизвестный закон Бернулли, на который все ссылаются по делу и без. Но общие законы и дают сделать именно общие заключения. А ведь понятно, что условия в разных местах — разные. Включая и нарушения закона (когда начинает проявляться сжимаемость воздуха).
На самом деле всё гораздо проще и законы, вообще-то, и не нужны. Есть вполне материальная частица воздуха и есть очень простые параметры её поведения: масса, скорость, взаимодействие (через вязкость) с другими частицами. Можно составить систему простых уравнений (для каждой точки — своё) и решить её.
Делов-то :-) Проблема только в том, что точек очень много, и система уравнений получается неподъёмная. Точнее, получалось. Современные вычислительные мощности уже позволяют решать подобные системы. Результат — получаем параметры обтекания для каждой точки.
Вот наглядная иллюстрация того, к чему это приводит:
А, и ещё — зачем вообще нужны законцовки. Хотя… это же уже не про двигатели?
1. для полёта на скорости нужен винт малого диаметра с большой скоростью струи.
2. у таких винтов очень велики потери на концах лопастей
3. потому ставят обечайку, кольцо вокруг винта («трубу», как Вы её назвали :-). В этом смысле ответ — «да». Это снижает концевые потери кардинально, так что потери на сопротивление и массу обечайки становятся выгодными.
4. скоростной винт с обейчайкой настолько сильно отличается по аэродинамике от обычного, что методы расчёта для них — разные. В этом смысле ответ — «Нет». Потому и названия получились разные, винт — и вентилятор.
5. современные методы расчёта (CFD) стирают эту границу. Именно потому получается сделать вентиляторы большого размера (диаметр 4 метра и больше) и сделать двигатели большой тяги.
Снова чуть общего ликбеза. Читая о современной аэродинамике, хоть о самолётах, хоть об автомобилях Ф1, обязательно встретишь ссылку на CFD.
CFD — Computational Fuid Dynamics, вычислительная динамика потоков, вычислительная аэродинамика. Но это просто разворачивание аббериватуры. А суть вот, в чём:
Во все прошлые времена для расчётов использовались общие законы для всего потока. Например, общеизвестный закон Бернулли, на который все ссылаются по делу и без. Но общие законы и дают сделать именно общие заключения. А ведь понятно, что условия в разных местах — разные. Включая и нарушения закона (когда начинает проявляться сжимаемость воздуха).
На самом деле всё гораздо проще и законы, вообще-то, и не нужны. Есть вполне материальная частица воздуха и есть очень простые параметры её поведения: масса, скорость, взаимодействие (через вязкость) с другими частицами. Можно составить систему простых уравнений (для каждой точки — своё) и решить её.
Делов-то :-) Проблема только в том, что точек очень много, и система уравнений получается неподъёмная. Точнее, получалось. Современные вычислительные мощности уже позволяют решать подобные системы. Результат — получаем параметры обтекания для каждой точки.
Вот наглядная иллюстрация того, к чему это приводит:
законцовка, придуманная и рассчитанная по общим законам:
законцовка, просчитанная по CFD:
А, и ещё — зачем вообще нужны законцовки. Хотя… это же уже не про двигатели?
иногда кажется, что до законцовок добрались дизайнеры :)
А, и ещё — зачем вообще нужны законцовки. Хотя… это же уже не про двигатели?
Оговорюсь, что физику я не очень хорошо знаю, но попробую ответить.
На краях крыла возникают вихри и соответственно индуктивное сопротивление, что снижает подъемную силу и соответственно увеличивает расход топлива. Бороться с этими завихрениями можно двумя способами — увеличением удлинения крыла или законцовками. На самолетах постарше делают законцовки, чтобы сохранить прежние габариты. На новых МС-21 или boeing 787 например крыло с большим удлинением и законцовки им якобы не нужны.
Всё так. К сохранению габаритов можно добавить, что получается меньше вмешательство в силовую структуру крыла. Усилие (дополнительная подъёмная сила) в результате работы винглета образуется не на самом этом крылышке — а на уже имеющемся крыле и воздействует на уже имеющуюся силовую структуру.
Но есть и недостатки: рост массы, снижение путевой устойчивости (потому что появляется сопротивление с большим рычагом, а стабилизирующего эффекта от «килей» нет, так как размещаются они почти на уровне аэродинамического фокуса (при «виде сбоку»). Зато поперечная устойчивость растёт, и это тоже плохо.
Так что сделать крыло сразу нужной длины/сужения/формы — выгоднее. Но, если машина уже немолода, а её возможности нужно расширить — проще поставить винглеты/крылышки (или шарклеты/акульи плавнички, за название там тоже идёт патентная война). Ещё один довод в их пользу — на больших машинах очень большой размах крыла сильно мешает на земле.
787 — первый, пошедший по промежуточному пути. Там законцовки так просчитаны (ага, CFD), что и размах сильно не растёт, и концевой вихрь гасится, и недостатки винглетов минимизированы.
2 Mikhael1979: это как раз очень приличный пример. Применяется вихревая динамика, потоки, сходящие с каждой из плоскостей, взаимодействуют — и эффект лучше, чем от одной сплошной плоскости.
Но есть и недостатки: рост массы, снижение путевой устойчивости (потому что появляется сопротивление с большим рычагом, а стабилизирующего эффекта от «килей» нет, так как размещаются они почти на уровне аэродинамического фокуса (при «виде сбоку»). Зато поперечная устойчивость растёт, и это тоже плохо.
у стреловидных самолётов она и так избыточная
А тут ещё эти винглеты «помогают»…Стреловидность увеличивает поперечную устойчивость. При крене возникает скольжение, «внутренняя» консоль становится менее стреловидной — подъёмная сила растёт. А внешняя — более стреловидной, подъёмная сила падает, вот и устойчивость.
Второй способ повысить поперечную устойчивость — создать положительное поперечное V, приподнять концы консолей. Тогда при крене и скольжении внутренняя консоль становится горизонтально и увеличивает подъёмную силу, а внешняя поднимается сильнее, воздух из-под неё «выскальзывает» наружу — и подъёмная сила снижается.
studopedia.su/16_19290_poperechnaya-putevaya-i-bokovaya-ustoychivost-samoleta.html
Так вот, если уже есть поперечная устойчивость от стреловидности, правильно делать обратное поперечное V, опускать консоли крыла вниз для её снижения. Но правильно-то оно правильно, да вот не выходит при классической схеме «двигатели под крылом». Наоборот, чтобы двигатели не скребли полосу — приходится делать положительное V.
Избыточная поперечная устойчивость приводит к необходимости иметь большей площади элероны и интерцепторы и всё равно может привести к голландскому шагу aka dutch roll.
Чтобы ввести в крен — требуется пересилить устойчивость, дать большое воздействие. В результате самолёт кренится сильнее, чем нужно. Даёшь усилие на восстановление — оно опять же, большое, самолёт не выравнивается, а переваливается на другой бок. И так и идёт враскачку. Очень и очень опасный режим. Благо, современные электронные мозги с этим справляются лучше человеческих.
Второй способ повысить поперечную устойчивость — создать положительное поперечное V, приподнять концы консолей. Тогда при крене и скольжении внутренняя консоль становится горизонтально и увеличивает подъёмную силу, а внешняя поднимается сильнее, воздух из-под неё «выскальзывает» наружу — и подъёмная сила снижается.
studopedia.su/16_19290_poperechnaya-putevaya-i-bokovaya-ustoychivost-samoleta.html
Так вот, если уже есть поперечная устойчивость от стреловидности, правильно делать обратное поперечное V, опускать консоли крыла вниз для её снижения. Но правильно-то оно правильно, да вот не выходит при классической схеме «двигатели под крылом». Наоборот, чтобы двигатели не скребли полосу — приходится делать положительное V.
Избыточная поперечная устойчивость приводит к необходимости иметь большей площади элероны и интерцепторы и всё равно может привести к голландскому шагу aka dutch roll.
Чтобы ввести в крен — требуется пересилить устойчивость, дать большое воздействие. В результате самолёт кренится сильнее, чем нужно. Даёшь усилие на восстановление — оно опять же, большое, самолёт не выравнивается, а переваливается на другой бок. И так и идёт враскачку. Очень и очень опасный режим. Благо, современные электронные мозги с этим справляются лучше человеческих.
Так что сделать крыло сразу нужной длины/сужения/формы — выгоднее. Но, если машина уже немолода, а её возможности нужно расширить — проще поставить винглеты/крылышки (или шарклеты/акульи плавнички, за название там тоже идёт патентная война). Ещё один довод в их пользу — на больших машинах очень большой размах крыла сильно мешает на земле.
787 — первый, пошедший по промежуточному пути. Там законцовки так просчитаны (ага, CFD), что и размах сильно не растёт, и концевой вихрь гасится, и недостатки винглетов минимизированы.
2 Mikhael1979: это как раз очень приличный пример. Применяется вихревая динамика, потоки, сходящие с каждой из плоскостей, взаимодействуют — и эффект лучше, чем от одной сплошной плоскости.
Полюбуйтесь, как это работает в Ф1: сплошная CFD и предельная эффективность
Замечу, скорости там по крайней мере не ниже, чем у Ан-2.
Замечу, скорости там по крайней мере не ниже, чем у Ан-2.На самом деле всё гораздо проще и законы, вообще-то, и не нужны. Есть вполне материальная частица воздуха и есть очень простые параметры её поведения: масса, скорость, взаимодействие (через вязкость) с другими частицами. Можно составить систему простых уравнений (для каждой точки — своё) и решить её.
Делов-то :-) Проблема только в том, что точек очень много, и система уравнений получается неподъёмная. Точнее, получалось. Современные вычислительные мощности уже позволяют решать подобные системы.
Что то вы не то написали в данном случае
Можно составить систему простых уравнений (для каждой точки — своё) и решить её. — это только появляется и развивается, называется бессеточный метод, пришёл кстати от дизайнеров/аниматоров, яркий пример x-flow, что то ANSYS dyscovery использует.
Классические CFD сеточные, основаны на балансе расхода через ячейки сетки, решает уравнения навье стокса осреднённые по рейнольдсу (модели турбулентности), чистый навье стокс пока решать не получается, нужно примерно 10-100 кратное увеличение имеющихся мощностей суперкомпьютеров (гле-то на хабре была статья по этому поводу).
меня давно мучает вопрос…
что ограничивает использование турбовальных двигателей в спарке с электрогенератором в гибридных автомобилях? причём настолько ограничивает, что пожалуй я не знаю ни одного такого даже концепта, хотя, к примеру, турбовальный двигатель сам по-себе ставился даже на серийное авто.
что ограничивает использование турбовальных двигателей в спарке с электрогенератором в гибридных автомобилях? причём настолько ограничивает, что пожалуй я не знаю ни одного такого даже концепта, хотя, к примеру, турбовальный двигатель сам по-себе ставился даже на серийное авто.
Дикий расход топлива, шум при работе и турбояма.
дикий расход при смене режимов, на максимально эффективном вроде вполне неплохой КПД выходит… а для генератора и достаточно крупной пачки батареек можно позволить себе держать эффективный режим постоянно.
шум при работе движка полувековой давности не помешал запустить серийное производство
турбояма — опять же к режиму работы, а он будет постоянный и самый эффективный.
где я ошибся???
шум при работе движка полувековой давности не помешал запустить серийное производство
турбояма — опять же к режиму работы, а он будет постоянный и самый эффективный.
где я ошибся???
на максимально эффективном вроде вполне неплохой КПД
Но хуже чем у ДВС
Плюс выше стоимость ГТД
шум при работе движка полувековой давности не помешал запустить серийное производство
Видимо требования к шуму были другие
А плюс в виде меньшей массы видимо не играет роли
В практике. Банальная пыль и мусор убьют турбину и быстро.
Дорогую турбину. С не менее дорогими лопатками.
А фильтр, который способен пропустить такой объем воздуха, который нужен турбине, не сможет отсеять все. Обычный ДВС тоже критичен к таким проблема, но объем воздуха у него меньше, и чувствительность тоже меньше.
Ну и еще турбина вещь достаточно травмоопасная. Если ее разнесет — лопатки пролетят не одну сотню метров, прежде чем начнут втыкаться во все вокруг.
Поэтому обслуживание турбины гораздо дороже и никакого гаражного ремонта недопустимо в принципе.
Запчасти — только сертифицированные по самолетным ценам и обязательная смена всего что изнашивается строго по часам. Как в самолетах.
Дорогую турбину. С не менее дорогими лопатками.
А фильтр, который способен пропустить такой объем воздуха, который нужен турбине, не сможет отсеять все. Обычный ДВС тоже критичен к таким проблема, но объем воздуха у него меньше, и чувствительность тоже меньше.
Ну и еще турбина вещь достаточно травмоопасная. Если ее разнесет — лопатки пролетят не одну сотню метров, прежде чем начнут втыкаться во все вокруг.
Поэтому обслуживание турбины гораздо дороже и никакого гаражного ремонта недопустимо в принципе.
Запчасти — только сертифицированные по самолетным ценам и обязательная смена всего что изнашивается строго по часам. Как в самолетах.
Ну, концепты-то время от времени появляются. Jaguar C-X75 (потом, правда, из него турбину выкинули), Capstone Turbine CMT-380, Techrules Ren. Скорее всего не взлетает из-за того, что турбина — штука капризная. Точная высоконагруженная механика же, настраивать и ремонтировать не каждый возьмется, а по КПД не так далеко от того же дизеля.
Геометрически маленький турбовальный двигатель имеет очень низкий КПД. Может быть, и можно было бы сделать лучше — но для этого нужны очень и очень большие затраты на НИОКР.
Других причин нет, по остальным параметрам всё было бы шикарно.
Других причин нет, по остальным параметрам всё было бы шикарно.
Некрокоммент, но всё же: всё дело в числе Рейнольдса. Это такое безразмерное число, характеризующее отношение сил инерции к силам вязкости. Чем больше это число, тем поток ближе к потоку идеальной жидкости, а чем меньше, тем больше поток напоминает поток вязкого сиропа. Уменьшение размеров приводит к уменьшению числа Рейнольдса. Маленькая крыльчатка фактически занимается перемешиванием "сиропа", что ведёт к большим потерям. Сжимать/разжимать "сироп" поршем выгоднее, чем месить его мешалкой — вязкость при ходе поршня практически никак не проявляется, так как нет градиента скорости, пограничного слоя, а вот лопасти крыльчатки этот градиент постоянно создают.
P.S. Недавно у Нумерофилов была пара видео, на пальцах и упаковочной бумаге объясняющие суть уравнения Навье-Стокса и числа Рейнольдса, на английском увы.
мне, как ходившему в ЦАГИ на лабы, было приятно почитать ваш комментарий, спасибо.
однако он не отвечает на мой вопрос.
выше Wizard_of_light частично ответил мне, да, такие концепты «турбо-электровозов» имеются, но их слишком мало, сравните хотя бы с валом разнообразных абсолютли бесполезных турбо-скейтов и прочих джет-коптеров, и вот ни один из камментов выше пока не высветил причины столь глобальной непопулярности этой идеи.
однако он не отвечает на мой вопрос.
выше Wizard_of_light частично ответил мне, да, такие концепты «турбо-электровозов» имеются, но их слишком мало, сравните хотя бы с валом разнообразных абсолютли бесполезных турбо-скейтов и прочих джет-коптеров, и вот ни один из камментов выше пока не высветил причины столь глобальной непопулярности этой идеи.
Почему не отвечает? Гибриды борятся за повышенную топливную эффективность, а микротурбины имеют к.п.д. хуже, чем поршневые двс — собственно эта нецелесообразность и ограничивает. Т.е. на ваш вопрос ответил скорее не Wizard_of_light, а Bedal, я же просто дополнил, откуда берётся низкая эффективность (ну вы, похоже, уже были в курсе, но вдруг кому-то ещё пригодится :). С капризностью, качеством воздуха и безопасностью можно бороться, это инженерные задачи. А вот с принципиальными физическими ограничениям бороться гораздо труднее.
Спасибо за статью!
Хотел почитать подробности про форсажную камеру, но так и не увидел их...
поддерживаю предыдущего комментатора.
что это вообще такое и как работает? точнее не так, что — это понятно — форсаж, т.е. режим, на котором двигатель может работать либо очень малое время, убиваясь, но будучи сделан из чего-то очень жёсткого, живёт весь срок своей жизни(потом на помойку). либо как в старых форсированных ДВС — частая переборка/замена отдельных узлов. но тут конструкция должна подразумевать быстрый доступ и, соответственно обслуживание двигателя.
а ведь, насколько я знаю, наша корабельная авиация взлетает на «форсажах», безо всяких катапульт и прочей оснастки.
вобщем, вот =) что это такое?
что это вообще такое и как работает? точнее не так, что — это понятно — форсаж, т.е. режим, на котором двигатель может работать либо очень малое время, убиваясь, но будучи сделан из чего-то очень жёсткого, живёт весь срок своей жизни(потом на помойку). либо как в старых форсированных ДВС — частая переборка/замена отдельных узлов. но тут конструкция должна подразумевать быстрый доступ и, соответственно обслуживание двигателя.
а ведь, насколько я знаю, наша корабельная авиация взлетает на «форсажах», безо всяких катапульт и прочей оснастки.
вобщем, вот =) что это такое?
Насколько я понимаю, форсаж не убивает двигатель, а крайне неэффективен по топливу.
У AgentJayZ, опять же, есть хорошее видео, насколько сложно его устройство, и как оно работает.
www.youtube.com/watch?v=F6J_mHUNVjs
У AgentJayZ, опять же, есть хорошее видео, насколько сложно его устройство, и как оно работает.
www.youtube.com/watch?v=F6J_mHUNVjs
Это отдельный режим, есть только на ТРДДФ или ТРДФ, где буква Ф — форсаж, за него отвечает отдельный узел, форсажная камера. По сути вы впрыскиваете дополнительное топливо после турбины, которое догорая даёт дополнительную тягу, там как и в основной камере есть форсунки, турбулизаторы, и пр. Режим форсажа и правда ограничен, используется не так часто, когда нужно резко поднять тягу (прорыв ПВО, взлёт с короткой полосы), жрёт топливо этот режим как не в себя, плюс снижает ресурс турбины и сопла, плюс хуже охлаждение стенок, банально не хватает давления, створки сопла так же прогорают, высокие температуры, зажигание камеры так же снижает ресурс (обычно это огневая дорожка, пламя сквозь турбину доходит до форсажной камеры). Если вы видите длинную сигару (военные двигатели) то последняя треть двигателя именно форкамера для форсажа
а откуда оно берёт воздух для сгорания топлива? ведь по идее тот, что качает компрессор, сгорает в основной камере. или не до конца?
Из второго контура, плюс после камеры избыток воздуха, не участвующий в горении, как от систем охлаждения так и от того в основной камере избыток воздуха (на охлаждение, формирование поля температур перед турбиной и пр.)
потом именно о втором контуре и подумал. даже не так, вспомнил, как один дядька говорил про открытие каких-то заслонок на форсаже. как я понимаю, это заборники воздуха из второго контура.
вобщем двигатель в двигателе получается. кстати, когда из этой статьи узнал, что такое двухконтурные агрегаты, первая мысль была — а если и туда(во второй контур)
тоже топлива добавить, это ж вообще дурмашина получится. видать, такое пришло в голову не только мне. правда на выходе там должно гореть как в аду. из чего оно такого сделано, что не плавится?
вобщем двигатель в двигателе получается. кстати, когда из этой статьи узнал, что такое двухконтурные агрегаты, первая мысль была — а если и туда(во второй контур)
тоже топлива добавить, это ж вообще дурмашина получится. видать, такое пришло в голову не только мне. правда на выходе там должно гореть как в аду. из чего оно такого сделано, что не плавится?
В обсуждениях к этой статье было две попытки выяснить, почему горячие газы идут к соплу и не идут к турбине. Именно это свойство и определяет суть работы ТРД. На мой взгляд, в статье и обсуждениях нет объяснения того, почему энергия сгорания организована так, что она способна сама себе закрыть движения вспять. Выскажу здесь свое объяснение.
В камеру сгорания воздух, сжатый компрессором, подается через отверстия с малой площадью. Площадь выходного отверстия (сопла) для выхода продуктов сгорания во много раз больше, чем входных отверстий. Давления сгорающих газов во все стороны камеры сгорания одинаковое. Но суммарная сила давления в сторону сопла больше, так как сопло имеет большую площадь, чем входные отверстия. При этом компрессор подает воздух в камеру сгорания с давлением чуть большим, чем давление в камере сгорания. Значит и доля энергии для компрессора, подающего воздух в камеру сгорания, будет небольшой относительно энергии газа идущей к соплу. Пропорции между площадями сопла и входных отверстия упрощенно можно считать пропорциональными объемов топлива до и после сгорания (при равном давлении). Увеличение объема рабочего газа обеспечивается процессом сгорания.
Проверить некорректность предыдущих утверждений можно одни мысленным экспериментом. Представим себе, что камера сгорания имеет не специальную форму (как на картинках в Интернете), а форму трубы. То есть компрессор установлен в трубу, где входное отверстие равно выходному. Такой двигатель (почти очевидно) работать не будет.
В камеру сгорания воздух, сжатый компрессором, подается через отверстия с малой площадью. Площадь выходного отверстия (сопла) для выхода продуктов сгорания во много раз больше, чем входных отверстий. Давления сгорающих газов во все стороны камеры сгорания одинаковое. Но суммарная сила давления в сторону сопла больше, так как сопло имеет большую площадь, чем входные отверстия. При этом компрессор подает воздух в камеру сгорания с давлением чуть большим, чем давление в камере сгорания. Значит и доля энергии для компрессора, подающего воздух в камеру сгорания, будет небольшой относительно энергии газа идущей к соплу. Пропорции между площадями сопла и входных отверстия упрощенно можно считать пропорциональными объемов топлива до и после сгорания (при равном давлении). Увеличение объема рабочего газа обеспечивается процессом сгорания.
Проверить некорректность предыдущих утверждений можно одни мысленным экспериментом. Представим себе, что камера сгорания имеет не специальную форму (как на картинках в Интернете), а форму трубы. То есть компрессор установлен в трубу, где входное отверстие равно выходному. Такой двигатель (почти очевидно) работать не будет.
Труба постоянного сечения — это как раз пример на котором объясняют работу ТРД.
Берем трубу заполненную горючей смесью, поджигаем ее с одного конца.
Возникает пламя которое распространяется по трубе, причем процесс довольно быстро приходит к стационарной конфигурации когда пламя движется с одной и той же скоростью (причем для «дефлаграционного горения» речь идет о жалких метрах в секунду). До фронта пламени — несгоревшая смесь, за фронтом — прореагировавшая. Если теперь в трубу подавать смесь с той же скоростью навстречу пламени, то пламя будет висеть неподвижно. На входе холодный воздух — на выходе горячий, с той же скоростью но более высоким давлением. Вот Вам и тепловой двигатель из трубы :). Чтобы его в реактивный превратить остается только поставить сопло которое это тепло преобразует в работу расширяющегося газа. По этому принципу и работает форсаж а так же «прямоточные» двигатели.
В чем хитрость? Идея как я понимаю следующая. Большинство читателей этой статьи руководствуется уравнением состояния идеального газа и вообще в целом идеями крепко заученными из школьной программы. Ну то есть, к примеру, «если нагреть газ вдвое то при сохранении объема его давление тоже вырастет вдвое». Но это работает только для стационарного, не движущегося газа и вообще в целом является упрощением. Стоит газу начать двигаться — и, к примеру, окажется что в трубе может стационарно существовать градиент давления, когда на одном конце трубы давление X а на другом — Y. Просто поток газа в трубе будет разгоняться (или замедляться) в соответствии с этим градиентом. Выше уже упоминали уравнение Бернулли, которое позволяет это выразить численно, но оно тоже является еще одним частным, упрощенным случаем более общих формул известных как уравнения Эйлера. Уравнения Эйлера — это дифференциальная запись законов сохранения энергии, импульса и массы применительно к потоку газа или жидкости. И в рамках этих уравнений можно посмотреть как выделение тепловой энергии в потоке за счет горения влияет на этот поток исходя из закона сохранения энергии. К примеру оказывается что постоянство плотности потока газа («несжимаемость») соответствует отсутствию изменения внутренней энергии газа а из сохранения плотности вытекает (абсолютно неочевидное на мой взгляд без знания уравнений Эйлера) применимость закона Бернулли к течению газа. Без пламени, соответственно, течение газа в трубе постоянного сечения может быть только с постоянной скоростью и давлением. А вот при наличии горения результат будет другой. Причем в зависимости от условий эксперимента можно получить рост давления (так будет к примеру если тот конец трубки с которого идет пламя запаян) или разгон газа движущегося через трубку (так будет если второй конец трубки открыт — как раз наш случай); скорость фронта пламени при этом тоже будет разной.
Берем трубу заполненную горючей смесью, поджигаем ее с одного конца.
Возникает пламя которое распространяется по трубе, причем процесс довольно быстро приходит к стационарной конфигурации когда пламя движется с одной и той же скоростью (причем для «дефлаграционного горения» речь идет о жалких метрах в секунду). До фронта пламени — несгоревшая смесь, за фронтом — прореагировавшая. Если теперь в трубу подавать смесь с той же скоростью навстречу пламени, то пламя будет висеть неподвижно. На входе холодный воздух — на выходе горячий, с той же скоростью но более высоким давлением. Вот Вам и тепловой двигатель из трубы :). Чтобы его в реактивный превратить остается только поставить сопло которое это тепло преобразует в работу расширяющегося газа. По этому принципу и работает форсаж а так же «прямоточные» двигатели.
В чем хитрость? Идея как я понимаю следующая. Большинство читателей этой статьи руководствуется уравнением состояния идеального газа и вообще в целом идеями крепко заученными из школьной программы. Ну то есть, к примеру, «если нагреть газ вдвое то при сохранении объема его давление тоже вырастет вдвое». Но это работает только для стационарного, не движущегося газа и вообще в целом является упрощением. Стоит газу начать двигаться — и, к примеру, окажется что в трубе может стационарно существовать градиент давления, когда на одном конце трубы давление X а на другом — Y. Просто поток газа в трубе будет разгоняться (или замедляться) в соответствии с этим градиентом. Выше уже упоминали уравнение Бернулли, которое позволяет это выразить численно, но оно тоже является еще одним частным, упрощенным случаем более общих формул известных как уравнения Эйлера. Уравнения Эйлера — это дифференциальная запись законов сохранения энергии, импульса и массы применительно к потоку газа или жидкости. И в рамках этих уравнений можно посмотреть как выделение тепловой энергии в потоке за счет горения влияет на этот поток исходя из закона сохранения энергии. К примеру оказывается что постоянство плотности потока газа («несжимаемость») соответствует отсутствию изменения внутренней энергии газа а из сохранения плотности вытекает (абсолютно неочевидное на мой взгляд без знания уравнений Эйлера) применимость закона Бернулли к течению газа. Без пламени, соответственно, течение газа в трубе постоянного сечения может быть только с постоянной скоростью и давлением. А вот при наличии горения результат будет другой. Причем в зависимости от условий эксперимента можно получить рост давления (так будет к примеру если тот конец трубки с которого идет пламя запаян) или разгон газа движущегося через трубку (так будет если второй конец трубки открыт — как раз наш случай); скорость фронта пламени при этом тоже будет разной.
Автор спасибо за статью.
Есть пару дополнений к статье:
1. Хорошо бы в классификацию добавить турбовентиляторный двигатель, так как это не то же самое, что и двухконтурный. Там три контура, причем третий контур аналог винта как в турбовинтовом.
Ещё можно обозначить, что двухконтурные бывают со смешением контуров и без.
2. У вас написано, что входное устройство расширяется, но это ведь не так, смотрите на изменение площади, а не на форму внешней оболочки. По физике в входном устройстве происходит сжатие, следовательно и форма по движению воздуха должна быть сужающаяся… по аналогии с турбиной и компрессором: в тракте компрессора сжатие, и форма сужающаяся, в тракте турбины расширение и форма расширяющаяся.
И ещё было бы просто супер если бы вы объяснили читателям почему двигателестроители сделали такое количество конструкций (классификация) используя импульс (произведение массы отбрасываемой двигателем на скорость). Сразу станет очевидна разница между всеми типами двигателей и их задачами.
Например: одноконтурный двигатель имеет высокую скорость истечения и эффективен на высоких скоростях полета, а на низких месит воздух впустую, что сказывается на экономичности. При переходе к двухконтурной схеме при импульсе такой же величины можно уменьшить скорость истечения и увеличить отбрасываемую двигателем массу и такой двигатель будет более эффективен для полета на более низких скоростях. Объяснение упрощённое, но отражает суть.
Есть пару дополнений к статье:
1. Хорошо бы в классификацию добавить турбовентиляторный двигатель, так как это не то же самое, что и двухконтурный. Там три контура, причем третий контур аналог винта как в турбовинтовом.
Ещё можно обозначить, что двухконтурные бывают со смешением контуров и без.
2. У вас написано, что входное устройство расширяется, но это ведь не так, смотрите на изменение площади, а не на форму внешней оболочки. По физике в входном устройстве происходит сжатие, следовательно и форма по движению воздуха должна быть сужающаяся… по аналогии с турбиной и компрессором: в тракте компрессора сжатие, и форма сужающаяся, в тракте турбины расширение и форма расширяющаяся.
И ещё было бы просто супер если бы вы объяснили читателям почему двигателестроители сделали такое количество конструкций (классификация) используя импульс (произведение массы отбрасываемой двигателем на скорость). Сразу станет очевидна разница между всеми типами двигателей и их задачами.
Например: одноконтурный двигатель имеет высокую скорость истечения и эффективен на высоких скоростях полета, а на низких месит воздух впустую, что сказывается на экономичности. При переходе к двухконтурной схеме при импульсе такой же величины можно уменьшить скорость истечения и увеличить отбрасываемую двигателем массу и такой двигатель будет более эффективен для полета на более низких скоростях. Объяснение упрощённое, но отражает суть.
Турбина дико греется по определению, ведь ее эффективность зависит в том числе от температуры выхлопа.
Внимание вопрос, а если вместо нагрева воздуха, брать теплоноситель с собой (воду например), и, охлаждая рабочую зону турбореактивного двигателя, делать пар, подмешивая его в камеру или просто выбрасывая его из соседнего сопло, однозначно давление это точно увеличит еще больше?
Т.е. во что превратится соотношение затрат массы топливо+рабочее тело на мощность итогового двигателя?
p.s. в двс воду подмешивают, повышая мощность на проценты, на форсаже (правда чуть чуть для другого)
Внимание вопрос, а если вместо нагрева воздуха, брать теплоноситель с собой (воду например), и, охлаждая рабочую зону турбореактивного двигателя, делать пар, подмешивая его в камеру или просто выбрасывая его из соседнего сопло, однозначно давление это точно увеличит еще больше?
Т.е. во что превратится соотношение затрат массы топливо+рабочее тело на мощность итогового двигателя?
p.s. в двс воду подмешивают, повышая мощность на проценты, на форсаже (правда чуть чуть для другого)
у b-52 такое применялось
www.youtube.com/watch?v=xfTdRF66QPo
www.youtube.com/watch?v=xfTdRF66QPo
Есть какие то идеологические недостатки или достоинства? Это же получается так просто, подмешивать в топливо просто воду, итак современные пассажироперевозки самолетами упираются в себестоимость топлива.
И температура в турбине становится ниже, что наверное положительно сказывается на ее срок службы.
И температура в турбине становится ниже, что наверное положительно сказывается на ее срок службы.
Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие.
Какой же он расширяющийся — если он сужающийся?
А это с какой стороны в него посмотреть :)
В том то и дело, в него не смотреть надо — а дуть, тогда все неоднозначности становятся определенными %)
Мы же не говорим, что статья плохая и, мол, такой плохой статье даем оценку минус пять, подразумевая неявно, что минус на минус даст плюс (то есть, статья на самом деле хорошая). Хотя чисто формально мы могли бы так сделать, аргументировав это тем, что читаем как критики и потому стараемся высмотреть негатив.
Ладно. Еще вопрос.
У Негоды турбины не дают нормальной тяги, пока он сзади не наденет сужающееся сопло. И Негода неявно предполагает, что если на земле будет нормальная тяга — то и на скорости будет хорошо. Верно ли такое его предположение?
Мы же не говорим, что статья плохая и, мол, такой плохой статье даем оценку минус пять, подразумевая неявно, что минус на минус даст плюс (то есть, статья на самом деле хорошая). Хотя чисто формально мы могли бы так сделать, аргументировав это тем, что читаем как критики и потому стараемся высмотреть негатив.
Ладно. Еще вопрос.
У Негоды турбины не дают нормальной тяги, пока он сзади не наденет сужающееся сопло. И Негода неявно предполагает, что если на земле будет нормальная тяга — то и на скорости будет хорошо. Верно ли такое его предположение?
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Авиационные газотурбинные двигатели