Принципиальная схема двухкаскадного турбореактивного двигателя.

1 – каскад низкого давления;

2 – каскад высокого давления;

Н'-В – входное устройство;

В-К₁ – компрессор низкого давления;

К₁-К – компрессор высокого давления;

К-Г – камера сгорания;

Г-Т₁ – турбина высокого давления;

Т₁-Т – турбина низкого давления;

Т-Т₂ – выходной канал;

Т₂-С – выходное сопло.

Двухкаскадный ТРД образован двумя коаксиально (симметрично относительно одной оси) расположенными кинематически несвязанными турбокомпрессорами – каскадами: каскадом низкого 1 и каскадом высокого 2 давления. В таком двигателе воздух последовательно сжимается в двух компрессорах – сначала низкого (В - К₁), а затем высокого (К₁ - К) давления, каждый из которых вращается своей турбиной – низкого (Т₁ - Т) и высокого (Г - Т₁) давления соответственно. В зависимости от режима работы двигателя соотношение между частотами вращения обоих каскадов автоматически изменяется и обеспечивает достаточную эффективность действия компрессоров.

Требования к повышению располагаемой тяги обусловили создание двигателей с большим расходом воздуха, который в настоящее время доходит в стартовых условиях до 200 кг/с против 20-40 кг/с у первых образцов.

Для получения все более легких и компактных конструкций были разработаны более совершенные приемы конструирования с использованием новых материалов и технологий. В результате современные мощные ТРД развивают в стартовых условиях тягу до 150 кН против 10-20 кН у первых образцов. Их удельный вес снизился от 0,4-0,7 до 0,2 Н/Н тяги. Часовой массовый расход топлива на 1 Н тяги (удельный расход топлива) уменьшился от 0,11-0,135 до 0,085 кг/Н∙ч.

В начальный период своего развития ТРД обеспечивали более высокие скорости полета, но для разгона скоростных самолетов до необходимой для взлета скорости требовалась большая длина взлетно-посадочных полос на аэродромах. Этот недостаток мог быть устранен при возможности хотя бы кратковременного увеличения тяги (на период взлета) без существенного утяжеления двигателя, т. е. путем форсирования тяги.

Основным способом увеличения тяги при неизменном расходе воздуха является повышение температуры газа. Это увеличивает работу расширения, а следовательно, и скорость реактивной газовой струи на выходе. В этом отношении рабочий процесс ТРД обладает большими возможностями, поскольку при полном использовании кислорода воздуха для сжигания топлива температура газа может быть повышена до 2500-2800 К. Однако допускаемая температура намного меньше (~ 2000 К), поскольку она ограничена конструктивно-технологическими возможностями обеспечения надежной работы турбины. Поэтому в камере сгорания для сжигания топлива используется лишь небольшая часть имеющегося в воздухе кислорода.

Хотя выходное сопло работает при более низкой температуре газа, чем турбина, по своему устройству оно может, наоборот, допускать более высокую температуру, поскольку не имеет вращающихся нагруженных элементов конструкции и по своей конфигурации более доступно для охлаждения. Вместе с тем повышение температуры газа может увеличить работу расширения в сопле, а следовательно, скорость истечения газовой струи и тягу двигателя.

Повышение температуры газа перед соплом при неизменной температуре перед турбиной может быть получено только путем сжигания дополнительного топлива в специальной камере сгорания, расположенной между турбиной и соплом. Подобная камера сгорания получила название форсажная камера. В ней для сжигания топлива служит кислород воздуха, не использованный в основной камере сгорания.

Форсажная камера работает не во время всего полета, а только для выполнения сложных маневров и увеличения скорости, т.е. на форсажных режимах.

Лекция №7. 26.03.08.