3.21. Природа виникнення тяги реактивного двигуна
Найпростіший реактивний двигун може бути представлений у вигляді камери 1 (рис. 3.51), яка має отвір з одного з її боків (відкрита з одного боку).
Рис. 3.51. Принцип дії реактивного двигуна.
Усередині камери 1 в результаті спалювання горючої суміші 2 (твердої або рідкої) створюється підвищений тиск 3 продуктів згоряння (газів). Надлишковий у порівнянні з атмосферним тиск 3 в камері забезпечує витікання газового струменя 4 в навколишнє середовище через отвір 5 (сопло). В процесі витікання між собою взаємодіють камера і гази, що витікають. Сила Ра, діюча на газовий струмінь 4, що витікає через отвір 5, умовно називається активною силою. Рівна їй за величиною і протилежно направлена сила реакції Р впливає на стінку камери 1, що знаходиться проти сопла 5, штовхає камеру вперед доти, доки в середині камери підтримується підвищений тиск газів. Сила реакції Р називається реактивною силою. Сили тиску газів 3 на бокові стінки камери взаємно врівноважуються і не викликають рух камери.
Таким чином, реактивним двигуном називається такий тепловий двигун, у якого теплова енергія, що виділяється при згорянні палива, перетворюється на кінетичну енергію газового струменя, а реакція (реактивна сила), що виникає при цьому, безпосередньо використовується як рушійна сила (сила тяги).
Реактивна сила безпосередньо сприймається елементами конструкції двигуна, передається через вузли його кріплення до ЛА і використовується як сила тяги, необхідна для польоту. Реактивний двигун наче відштовхується від свого власного газового струменя.
3.22. Загальні відомості про типи та конструктивні схеми газотурбінних двигунів [1], c. 158-170
Уяву про устрій двигуна дає його конструктивно-компонувальна схема, яка характеризує в загальних рисах конструктивні особливості та взаємне розташування основних частин двигуна. Конструктивно-компонувальні схеми газотурбінних двигунів різноманітні. Це не дає можливості задовольнити весь комплекс вимог до них в одному конструктивному виконанні. Проте конструкція і принцип роботи всіх типів ГТД (турбореактивні двигуни і авіадвигуни с комбінованою тягою) мають багато подібного, тому більш докладно розглянемо конструкцію і принцип роботи ТРД, як основної складової частини всіх типів ГТД.
Відносно просту конструкцію має однороторний ГТД без форсажної камери, призначений для літаків с дозвуковими швидкостями польоту. Ротор такого двигуна складається з механічно пов’язаних між собою роторів компресора і турбіни, які утворюють ротор турбокомпресора. Дозвуковий повітрозабірник підводить повітря до компресора без суттєвого перетворення кінетичної енергії в енергію тиску. Компресор частіше виконується осьовим, рідше – відцентровим. Газова турбіна може мати одну, дві або три ступені. Вихідне сопло двигуна дозвукове, нерегульоване. В вихідному пристрої може розміщуватися реверсор тяги, призначений для зменшення довжини пробігу літака після посадки, а також шумоглушник. Двигун обладнується системами паливоподачі, автоматичного регулювання і управління режимами, змащування, запуску.
Схема однороторного ГТД без форсажної камери: 1 – вхідний пристрій; 2 – компресор; 3 – камера згоряння; 4 – газова турбіна; 5 – вихідний пристрій.
Двороторний ГТД має два послідовно розташованих компресора низького і високого тиску (КНТ і КВТ), ротори яких приводяться в обертання окремими турбінами, які між собою механічно не зв’язані. Двигун такої схеми має низку важливих переваг у порівнянні з однороторним:
– йому не потрібні засоби спеціальної механізації та автоматизації, які забезпечують стійку роботу компресора на режимах, що не розраховуються;
– ступені КВТ повніше використовуються для підвищення напору компресора, так як частота обертання ротора КВТ може бути більше частоти обертання ротора КНТ;
– при запуску двигуна достатньо розкручувати тільки ротор КВТ, тому зменшується потрібна потужність стартера і час запуску;
– додаткова ступінь свободи обертання ротора створює сприятливі можливості для поліпшення характеристик двигуна шляхом регулювання обертання роторів найвигіднішими програмами.
Двороторний ГТД: 1 – компресор низького тиску; 2 – компресор високого тиску; 3 – камера згоряння; 4 – турбіна високого тиску; 5 – турбіна низького тиску.
