Техника - молодёжи 1970-10, страница 34

лении 1 м³ воздуха весит 1,293 кг). Для сравнения скажем, что двигатель с расходом 100 кг/сек всего за 1 сек. создаст вакуум в комнате с площадью 30 м² и высотой потолка 2,6 м. Чтобы пропускать через компрессор такие расходы воздуха, турбина должна развивать мощность в десятки тысяч лошадиных сил.

Быстрое вращение, высокие температуры и давления, большие летные перегрузки — все это весьма коварные условия для работы деталей и узлов двигателя. При окружных скоростях порядка 350 м/сек каждую роторную лопатку растягивает сила, в тысячи раз превышающая ее вес. А кручение и изгиб? Кроме статических, действуют и знакопеременные нагрузки — от неравномерностей воздушного потока, от остаточных дисбалансов роторов и др. Отсюда, кроме многих конструктивных мер, — требование к высокому качеству материалов для деталей, к чистоте их поверхностей.

Механическая прочность любых известных материалов при высоких температура^ резко снижается. А при полете на высоте 11 км со скоростью, в 2,5 раза превышающей скорость звука, температура компрессорных лопаток первой ступени достигает 200° С (за счет динамического сжатия воздуха на входе); температура лопаток последних ступеней еще выше — 400—600° С. Условия работы лопаток турбины еще тяжелее.

Надежность работы двигателя, его ресурс зависят не только от совершенства конструкции, но и от жаропрочности материалов, от чистоты поверхностей деталей, от условий их охлаждения. Удачен способ охлаждения турбинных лопаток — и они выдерживают температуру газа в 1300—1500° С. На это, правда, расходуется больше топлива и часть ценного компрессорного воздуха (5—8%). Но игра стоит свеч. Ведь подъем температуры газа — это рост его анергии, а значит, увеличение мощности турбины и тяги двигателя.

Можно форсировать тягу и по-другому. Широко применяется дожигание дополнительного (форсажного) топлива за турбиной. В потоке, прошедшем через турбину, еще много свободного кислорода, который не участвовал в реакции горения. «Повторное» горение повышает температуру газа, скорость его истечения из сопла.

Даже кратковременный форсаж разгоняет самолет до сверхзвуковых скоростей, делает его более маневренным. А длительный форсажный полет снижает удельный расход топлива и удельный вес двигателя (важные характеристики, показывающие соответственно, сколько топлива и какой вес конструкции двигателя «делают» 1 кг его тяги).

Кстати, о весе. Каждый килограмм «похудения» двигателя облегчает самолет на 3—5 кг. Это значит, что на борт можно взять дополнительное топливо, следовательно, увеличить радиус действия машины, время ее пребывания в воздухе.

Снижают вес двигателя по-разному: совершенствуют конструкцию и технологию производства, увеличивают аэродинамические нагрузки компрессора и турбины, теплоотдачу в камере сгорания и форсажной камере, применяют легкие прочные и сверхпрочные материалы, в том числе композиционные (с армированием нитями монокристаллов карбида кремния, углерода, бора). И если удельный вес современных ТРД — 0,2-^0,12 кг/кг тяги, то в будущем они станут легче.

Первый отечественный опытный реактивный истребитель МИГ-9.

впрыск камера топлива сгорания /

j_

сопло

СВЕРХЗВУКОВОЙ

воздухозаборник ₌ \

^VL

Схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД).

Схема турбореакт рой (ТРДФ).

ивного двигателя с форсажной каме-

Схема турбовинтового двигателя (ТВД).

В турбореактивном двигателе практически вся мощность газовой турбины идет на привод компрессора. В принципе может быть иначе — турбина, помимо компрессора, вращает воздушный вннт либо вентилятор в дополнительном контуре. Речь идет о турбовинтовом (ТВД) и двухконтурном двигателях.

Мы отмечали недостаток воздушного винта как препятствия к достижению высоких скоростей. ТВД не лишены

Схема двухнонтурного (турбовентиляторного) двигателя (ДТРД).

входная осевой камера турбина форсажная регулируемое

часть компрессор сгораний ч камера реактивное \ ¹ \ сопло ,

ТУРБИНА

воздушный редуктор

винт числа

камера сгорания

нерегулируемое реактивное

турбина

компрессор компрессор

/вентилятор/ первого

второго контура контура

камера форсажная регулируемое сгорания камера реактив^иое

первого сопло

31