3.23. Турбореактивний двигун

Турбореактивний двигун був розроблений незалежно фон Охайном у Німеччині в 1939 р. і Ф.Уїттлом в Англії в 1941 р. Перший літак Не-178 з турбореактивним двигуном НеS 3 конструкції фон Охайна піднявся в повітря 27 серпня 1939 року. В 1956 р. на повітряних трасах СРСР з'явився перший радянський реактивний пасажирський літак Ту-104.

Основними елементами ТРД є (рис. 3.52): вхідний пристрій (1) або повітрозабірник (інколи є елементом конструкції літака); осьовий компресор (2); камера згоряння (3); газова турбіна (4); вихідний пристрій (реактивне сопло – 5).

Рис. 3.52. Схема турбореактивного двигуна.

Робота ТРД. В польоті потік повітря, що набігає, стискається у вхідному пристрої і подається в осьовий компресор. Осьовий компресор є набір пов'язаних з ротором лопаток 1, що обертаються, і нерухомих лопаток 2, закріплених жорстко у внутрішній поверхні корпусу двигуна. В компресорі відбувається подальше стиснення повітря і перетворення його кінетичної енергії в потенційну енергію тиску. З компресора стисле повітря подається в камеру згоряння. В камеру згоряння через форсунки 3 впорскується паливо (керосин), який разом із повітрям утворює паливо-повітряну суміш (ППС). У результаті згоряння паливо-повітряної суміші в камері згоряння утворюється газовий потік, що володіє високою температурою і тиском.

Газовий потік через сопловий апарат, в якому відбувається часткове перетворення теплової (потенційної) енергії в кінетичну (швидкість газу різко зростає до 450-500 м/с), спрямовується на лопатки газової турбіни. На лопатках газової турбіни кінетична енергія перетворюється в механічну енергію турбіни, яка обертає компресор. Частина механічної енергії турбіни через коробку приводів використовується для обертання електричних генераторів, паливних насосів, що подають паливо в камеру згоряння, та інших механізмів.

Остаточне розширення газу відбувається у вихідному пристрої (реактивному соплі) двигуна, де тиск газу зменшується, а швидкість зростає до 550-650 м/с. Газовий струмінь з великою швидкістю викидається через реактивне сопло і створює реактивну силу (тягу), яка переміщає ЛА в повітрі. Таким чином, потенційна (теплова) енергія продуктів згоряння в камері згоряння перетворюється в кінетичну енергію в процесі розширення в газовій турбіні та реактивному соплі.

Завдяки компресору, що забезпечує стиснення і подачу повітря в камеру згоряння, турбореактивний двигун, на відміну від безкомпресорного ПРД, розвиває тягу і на землі.

Схема роботи ТРД: 1 – забір повітря; 2 – компресор низького тиску; 3 – компресор високого тиску; 4 – камера згоряння; 5 – розширення робочого тіла в турбіні й соплі; 6 – гаряча зона; 7 – турбіна; 8 – зона входу повітря в камеру згоряння; 9 – холодна зона; 10 – вхідний пристрій (повітрозабірник).

ТРД літаків, що літають на надзвукових швидкостях обладнуються так званими регульованими соплами. Ці сопла складаються з поздовжніх елементів, які називаються стулками. Стулки мають можливість рухатися одна відносно іншої. Рух стулок здійснюється за допомогою спеціального приводу, який дозволяє по команді льотчика або автоматичної системи управління двигуном змінювати площу поперечного критичного (самого вузького) перетину сопла. Зміна площі сопла дозволяє оптимізувати роботу двигуна при польотах на різних швидкостях польоту.