Газ турбиналық қозғалтқышы - Gas turbine engine thrust

Таныс зерттеу реактивті ұшақ реактивті соққыны «қара жәшік» сипаттамасымен қарастырады, ол тек ішіне кіретін нәрсеге қарайды реактивті қозғалтқыш, ауа мен отын, және одан шығатындар, пайдаланылған газ және теңгерімсіз күш. Бұл күш деп аталады, бұл «итеру есебінде» түсіндірілгендей, кіру мен шығу арасындағы импульс айырмасы мен кіру мен шығу арасындағы кез-келген теңгерімсіз қысым күшінің қосындысы.

Мысал ретінде, ерте турбоагрегат, Бристоль Олимпі Mk. 101-де импульс күші 9300 фунт және қысым күші 1800 фунт болды, жалпы 11,100 фунт.[1] «Қара жәшіктің» ішіне қарау күштің қозғалтқыш ішінде пайда болған барлық теңгерімсіз импульс пен қысым күштерінен туындайтынын көрсетеді.[2] Бұл күштер кейбір алға және артқа бағыттаушы қозғалтқыш арқылы алдыңғыдан артқа қарай өтетін алғашқы газ ағынында болатын стационарлық және айналмалы барлық ішкі бөліктерге, мысалы, каналдар, компрессорлар және т.б. Барлық осы күштердің алгебралық қосындысы қозғалыс үшін аэродромға жеткізіледі.[3] «Ұшу» екі реактивті қозғалтқыш үшін ішкі күштердің мысалдарын келтіреді Rolls-Royce Avon Ra.14[4] және де Гавилланд Гоблин[5]

Қозғалысты ұшаққа ауыстыру

Қозғалтқыштың күші қозғалтқыштың центрлік сызығы бойымен жұмыс істейді. Ұшақ қозғалтқышты қозғалтқыштың сыртқы корпусында қозғалтқыш центрінен біраз қашықтықта «ұстайды» (қозғалтқыш тіреулерінде). Бұл орналасу қозғалтқыш корпусының бүгілуіне әкеледі (магистральды иілу деп аталады) және дөңгелек ротор қаптамаларының бұрмалануына (сопақтауына) әкеледі. Қозғалтқыш құрылымының бұрмалануын ротор мен тығыздағыштың қолайлы саңылауларын ұстап тұру және үйкелуді болдырмау үшін монтаждаудың қолайлы орындарымен басқаруға тура келеді. Шамадан тыс құрылымдық деформацияның жақсы жарияланған мысалы түпнұсқада пайда болды Pratt & Whitney JT9D қозғалтқышты орнату Boeing 747 ұшақ.[6] Корпустың ауытқуын қолайлы мөлшерге дейін азайту үшін қозғалтқышты орнату туралы келісімге қосымша итергіш жақтауын қосу қажет.[7][8]

Ротордың тартқыш күші

Итергіш подшипниктегі ротордың тартылуы қозғалтқыштың тартылуымен байланысты емес. Тіпті кейбір RPM бағыттарын өзгертуі мүмкін. Мойынтіректің жүктемесі тіреу мерзімін ескере отырып анықталады. Компрессор мен турбина қалақтарындағы аэродинамикалық жүктемелер ротордың тартылуына ықпал ететініне қарамастан, олар ротордың ішіндегі қуыс жүктемелерімен салыстырғанда аз, олар ауа жүйесінің екінші қысымының және дискілердегі тығыздау диаметрлерінің және т.б. нәтижесінде пайда болады. диаметрлер сәйкесінше, дөңгелектің артқы бетінде, көптеген жылдар бұрын таңдалады[9] ішінде de Havilland Ghost қозғалтқыш. Кейде ротордың ішіне тепе-теңдік поршені деп аталатын қосымша дискіні қосу керек. Тепе-теңдік поршені бар ерте турбоактивті мысал[10] болды Rolls-Royce Avon.

Қиындықты есептеу

Таза тарту (FN) қозғалтқышты:[11]:б16

қайда: 
ауа= қозғалтқыш арқылы өтетін ауа ағынының массалық жылдамдығы
жанармай= қозғалтқышқа түсетін қозғалтқыш ағынының массалық жылдамдығы
ve= ағынның тиімді шығу жылдамдығы (шығатын түтіннің ұшаққа қатысты жылдамдығы)
v= ауа қабылдау жылдамдығы = әуе кемесінің шынайы жылдамдығы
( ауа + жанармай)ve= саптаманың жалпы күші (FG)
ауа v= қабылдау ауасының қошқар күші

Реактивті қозғалтқыштың көпшілік түрлерінде ауадан шығатын сұйықтық бар, ол сұйықтықтың шығуын шығарады. Кәдімгі ракеталық қозғалтқыштарда қондырғы жоқ, сондықтан ауа нөлге тең. Сондықтан зымыран қозғалтқыштарында қопсыту күші болмайды және зымыран қозғалтқышының саптамасының жалпы күші қозғалтқыштың таза күші болып табылады. Демек, зымыран қозғалтқышының итергіштік сипаттамалары ауамен тыныс алатын реактивті қозғалтқыштан ерекшеленеді, ал итергіш жылдамдыққа тәуелді емес.

Егер реактивті қозғалтқыштан ағынның жылдамдығы дыбыстық жылдамдыққа тең болса, реактивті қозғалтқыштың саптамасын тұншықтырады дейді. Егер саптама тұншықтырылса, саптаманың шығу жазықтығындағы қысым атмосфералық қысымнан үлкен болады және қысым күшін есепке алу үшін жоғарыдағы теңдеуге қосымша шарттар қосу керек.[11][дәйексөз қажет ][күмәнді ] Алайда, ve болып табылады тиімді сарқылу жылдамдығы Егер турбоактивті қозғалтқышта таза конвергентті шығатын саптама болса және шығудың нақты жылдамдығы ауадағы дыбыстың шығыс температурасына және қысымына жетсе, пайдаланылған газды саптамамен одан әрі үдету мүмкін емес. Мұндай жағдайда пайдаланылған газ қоршаған ауаға қарағанда жоғары қысымды сақтайды. Бұл «қысым күшінің» көзі.

Қозғалтқышқа түсетін отынның жылдамдығы көбінесе ауа ағынының жылдамдығымен салыстырғанда өте аз болады.[11] Жалпы саптық қысымға отынның үлесін елемеу мүмкін болған кезде, таза итергіш:

Ағынның жылдамдығы (ve) әуе кемесінің шынайы жылдамдығынан асып кетуі керек (v) егер әуе кемесінде алға алға итеру қажет болса. Жылдамдық (ve) негізінде термодинамикалық түрде есептеуге болады адиабаталық кеңею.[12]

Күшейту

Қысымды күшейту әр түрлі формада болды, көбінесе жеткіліксіз ұшу күшін толықтырады. Кейбір ерте реактивті ұшақтар биіктіктегі аэродромдардан көтерілу үшін немесе күндізгі ауа температурасы кезінде ракеталық көмекке мұқтаж болды. Соңғы ұшақ Туполев Ту-22 дыбыстан тез бомбардировщикке ұшуға арналған төрт SPRD-63 күшейткіші орнатылған.[13] Мүмкін, зымыран көмегіне мұқтаж және ұзаққа созылмайтын ең қатал талап болды нөлдік ұзындығын іске қосу. Шамамен дерлік, бірақ өте кең таралған - бұл авиакөліктерден катапультациялық көмек. Ұшу кезінде зымыраннан көмек те қолданылды. The SEPR 841 күшейткіш қозғалтқыш қолданылған Dassault Mirage жоғары биіктікті ұстап қалу үшін.[14]

Артқы желдеткіштің турбоагрегатына айналмалы ауа ағынын қосатын алғашқы қондырғылар күшейту күшейткіштері ретінде белгілі болды.[15] Артқы желдеткіш General Electric CJ805 -3 турбоактивті қозғалыс 11,650 фунттан 16,100 фунтқа дейін көтерілді.

Су немесе басқа салқындатқыш,[16] компрессорға немесе жану камерасына айдау және ағынды құбырға отын бүрку (өртеу / reheat) күшейтудің стандартты тәсілдеріне айналды, оны көбейтуге жол бермейтін «құрғақ» итергішпен ажырату үшін «дымқыл» деп атайды.

Дыбыстан жоғары жылдамдықтағы итергіштікті арттыру үшін салқындатқыш инжекциясы (компрессорға дейінгі салқындату) жанудан кейін қолданылады. 'Skyburner' McDonnell Douglas F-4 Phantom II қозғалтқыштың алдында су айдау арқылы жылдамдықтың әлемдік рекордын орнатты.[17]

Mach саны жоғары болған кезде, оттықтар қозғалтқыштың итермелегішін едәуір көбейтеді, өйткені турбомашинадан тартылған күш нөлге қарай төмендейді, бұл кезде қозғалтқыштың қысым коэффициенті (epr) 1,0 дейін төмендейді және қозғалтқыштың барлық итергіштері кейінгі оттан шығады. Кейінгі қыздырғыш турбомашинадағы қысымның төмендеуін өтеуі керек, бұл эпр 1,0-ден төмен болатын жоғары жылдамдықта қозғалатын элемент.[18][19]

Қысқа қозғалтқыштың қондырғыларын арнайы қысқа мерзімді тапсырмалар үшін күшейту күші төмен ұшу орбиталарына кішігірім пайдалы жүктемелерді шығаруды зерттеу тақырыбы болды. McDonnell Douglas F-4 Phantom II, McDonnell Douglas F-15 Eagle, Dassault Rafale және Микоян МиГ-31,[20] а. көмегімен биіктікке эксперименттік пакеттерді тасымалдауға арналған Lockheed SR-71.[21] Бірінші жағдайда орбиталық ұшырылым үшін қолданыстағы максималды жылдамдықты арттыру қажет. Екінші жағдайда жылдамдықтың қолданыстағы жылдамдығының жоғарылауы қажет. Компрессорлық кірісті салқындату бірінші жағдайда қолданылады. A компрессор картасы ауа ағыны компрессордың кіріс температурасының жоғарылауымен азаятындығын көрсетеді, дегенмен компрессор әлі де максималды айналу жылдамдығымен жұмыс істейді (бірақ аэродинамикалық жылдамдық төмендеген). Компрессорлық кірісті салқындату аэродинамикалық жылдамдықты және ағын мен итеруді арттырады. Екінші жағдайда максималды механикалық жылдамдық пен турбина температурасының аздап жоғарылауына, азот оксидін пешке айдауымен және жанармай ағынының бір уақытта өсуіне жол берілді.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «The Avro Type 698 Vulcan» Дэвид В.Филдес, Pen & Sword Aviation 2012, ISBN  978 1 84884 284 7, б.301, газды ағынды диаграмма
  2. ^ Авиациялық газ турбинасы және оның жұмысы 1982 ж. Желтоқсан, P&W Oper. Инстр. 200, United Technologies Pratt & Whitney
  3. ^ Jet Propulsion for Aerospace Applications «Second Edition 1964, Pitman Publishing Corp., Конгресс Кітапханасы Каталог картасы 64-18757, с.262
  4. ^ «рейс - рейс pdf - pdf мұрағаты - 1957 - 1484 - ұшу мұрағаты».
  5. ^ «гоблин - lb - ұшу - 1946 - 0353 - Ұшу мұрағаты».
  6. ^ «1969 - 3201 - Ұшу мұрағаты».
  7. ^ «Реактивті қозғалтқыштың жақтауы».
  8. ^ «747 Авиациядағы өмірден әлемдегі алғашқы джамбо ағыны мен басқа оқиғаларды жасау» Джо Саттер, Смитсондық кітаптар, ISBN  978-0-06-088241-9, б.185-188
  9. ^ «de havilland - 1947 - 0202 - Ұшу мұрағаты».
  10. ^ «rolls-royce avon - 1955 - 1778 - Ұшу мұрағаты».
  11. ^ а б в Nicholas Cumpsty (2003). Реактивті қозғалыс (2-ші басылым). Кембридж университетінің баспасы. ISBN  978-0-521-54144-2.
  12. ^ 16. Біріктірілген: Термодинамика және қозғалыс, Профессор З.С.Спаковский. «Turbojet қозғалтқыштарының өнімділігі, 11.6.4 бөлімі. (Массачусетс технологиялық институтының веб-сайтынан алынды)»
  13. ^ «Tupolev Tu-22 Blinder» Сергей Бурдин және Алан Е Дэвес 2006, Pen & Sword Aviation, ISBN  1 84415 241 3, 130 бет
  14. ^ «atar - snecma - қысым қатынасы - 1960 - 0376 - Ұшу мұрағаты».
  15. ^ Газтурбиналық аэро-термодинамика: әуе кемесінің қозғалуына ерекше сілтеме жасалған Сэр Фрэнк Уиттл, Pergamon Press Ltd. 1981 ж., ISBN  9780080267197. 220 б
  16. ^ «газ турбиналары - ұшуды күшейту - газды күшейту - 1952 - 0092 - Ұшу мұрағаты».
  17. ^ «Flightdeck жұма: YF4H-1 Phantom II - Skyburner және Sageburner операциялары».
  18. ^ «Аэроғарышқа арналған реактивті қозғалыс» Екінші басылым 1964 ж., Гессен және Мумфорд, Питман баспасы корпорациясы, Конгресс кітапханасы Каталогтық карточка нөмірі 64-18757, с.375
  19. ^ «F-12 сериялы авиациялық қозғау жүйесінің өнімділігі және дамуы, Дэвид Х. Кэмпбелл, Дж. Aircraft Vol. II, №11, қараша 1974 ж., 672
  20. ^ «Су айдау алдындағы компрессорлық салқындату ғарышқа қол жеткізуге көмектеседі» Мехта, Хюйин, Хагсет, Aeronautical Journal, ақпан 2015 ж., 19 том, 1212 нөмір, 1447 бет
  21. ^ «Деректер» (PDF). ntrs.nasa.gov.