Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое компрессор в реактивном двигателе

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель (ТРД, англоязычный термин — turbojet engine) — воздушно-реактивный двигатель (ВРД), в котором сжатие рабочего тела на входе в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель достигается за счёт совместного действия встречного потока воздуха и компрессора, размещённого в тракте ТРД сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Компрессор приводится в движение турбиной, смонтированной на одном валу с ним, и работающей на том же рабочем теле, нагретом в камере сгорания, из которого образуется реактивная струя. Во входном устройстве осуществляется рост статического давления воздуха за счёт торможения воздушного потока. В компрессоре осуществляется рост полного давления воздуха за счёт совершаемой компрессором механической работы. В камере сгорания производится подвод теплоты. Часть энергии рабочего тела отнимается турбиной. В реактивном сопле формируется реактивная струя.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Ранние разработки
  • 3 Конструкция
    • 3.1 Воздухозаборник
    • 3.2 Компрессор
    • 3.3 Камера сгорания
    • 3.4 Турбина
    • 3.5 Сопло
    • 3.6 Увеличение тяги
      • 3.6.1 Форсажная камера
  • 4 Чистая тяга
  • 5 Улучшения цикла
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература
  • 9 Внешние ссылки

Federico

Как это происходит, когда несколько валов соединяют несколько компрессоров / турбин?

Различные валы будут вращаться с разной скоростью, но относительные пары компрессор / турбина будут вращаться с одинаковой скоростью.

Немного расширив, в самом сложном случае, о котором я слышал, есть 3 вала: высокого давления (HP), промежуточного давления (IP) и низкого давления (LP)

Турбина высокого давления и компрессор высокого давления будут вращаться с одинаковой скоростью, но она не обязательно равна (на самом деле весьма вероятно, что она будет отличаться, в противном случае не было бы необходимости в разных валах) скорости компрессора / турбины IP пара. И это будет отличаться также от скорости пары турбина / вентилятор LP.

Нужны ли здесь редукторы или они движутся с одинаковой скоростью?

Они обычно вращаются с одинаковой скоростью. И вообще вы не хотите коробки передач в центральной части вашего двигателя. Помимо кошмара обслуживания, которым они станут, учитывая скорости вращения и соответствующие энергии, они будут чрезвычайно тяжелыми, неэффективными и будут представлять собой критическую систему, весьма склонную к отказу.

Исключением являются вентиляторы, они имеют достаточно места и находятся перед всем остальным двигателем, что позволяет разместить коробку передач внутри корпуса. Вы можете найти лучшее обсуждение этого случая в этом вопросе ; Имейте в виду, что здесь у вас есть 3 ступени компрессора только с 2 ступенями турбины, коробка передач была необходима, чтобы иметь разность скоростей между вентилятором и IP-компрессором, не требуя 3 ступени турбины и дополнительного вала. (спасибо @fooot за указание на PW1000G)

Это большое дело, вводит ли оно какие-либо серьезные ограничения / недостатки в отношении существующей авиации?

Как и все в технике, есть компромиссы. Идеальная производительность была бы достигнута благодаря бесконечному набору бесконечно тонких турбин / компрессоров, каждая из которых вращалась с немного различной скоростью, но это технологически неосуществимо. После этого разработчики двигателей согласятся на слегка неоптимальную производительность, но на самом деле это будет достигнуто с помощью 1 или 2 (в крайнем случае, 3) валов.

Применение

Компрессоры применяются в различных отраслях, где необходим сжатый воздух.

— Компрессоры широко применяются на нефтеперерабатывающих заводах, на заводах по переработке природного газа, нефтехимических и химических заводах, а также аналогичных крупных промышленных предприятиях, где необходимо сжатие промежуточных и конечных газообразных продуктов.

— Компрессоры применяются в системах охлаждения воздуха.

— Компрессоры применяются для заправки газом баллонов высокого давления как для медицинских целей, так и для сварки.

— Во многих производственных и строительных процессах компрессоры применяются как источник питания пневматических инструментов.

— В самолетах компрессоры применяются для нормализации давления в салоне.

Читать еще:  Что определяют при диагностики двигателя

— Компрессоры применяются в некоторых типах реактивных двигателей (например, турбореактивных и турбовентиляторных) с той целью, чтобы обеспечить подачу воздуха, необходимого для сгорания моторного топлива.

— Компрессоры применяются также в дайвинге для закачки баллонов газа.

— Компрессоры используются в подводных лодках как для наполнения емкостей, в которых хранится воздух, так и для регулировки глубины.

— Не обойтись без применения компрессоров в железнодорожной технике. В железнодорожном транспорте компрессоры обеспечивают работу тормозной системы.

На сегодня компрессоры используются практически во всех сферах промышленной деятельности. Без компрессора невозможна работа целых промышленных комплексов. 7)

Комбинированный воздушно-реактивный двигатель

Основные конструктивные особенности

Комбинированный воздушно-реактивный двигатель состоит из входного устройства, компрессора с приводом, камеры сгорания, выходного устройства и системы внутреннего воздушного охлаждения. Привод компрессора в нём выполнен в виде самостоятельного двигателя, установленного между входным устройством и компрессором , а система его внутреннего воздушного охлаждения содержит устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха, заборное и выпускное устройства. Устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха выполнено в виде прямого и обратного продольных воздуховодов, сообщающихся между собой в задней части двигателя. Заборное устройство соединено с прямым воздуховодом и установлено во входном устройстве двигателя, а выпускное устройство выполнено в виде окон, соединяющих обратный воздуховод с проточной частью двигателя перед входом в компрессор.

В качестве самостоятельного двигателя для привода компрессора использован турбороторный двигатель внутреннего сгорания.

Прямой воздуховод в системе внутреннего воздушного охлаждения может быть выполнен в виде сквозного канала внутри центрального вала двигателя, обратный же может быть образован внутренними полостями двигателя, сообщающимися между собой через окна в его неподвижных перегородках и вращающихся дисках компрессора, а заборное устройство может быть выполнено в виде вентилятора.

Рёбра, образующие окна во вращающихся дисках компрессора, могут быть развёрнуты под углом к их осям.

Выполнение привода компрессора в виде самостоятельного двигателя, установленного между входным устройством и компрессором, вместо газовой турбины исключает отбор значительной части энергии рабочих газов после камеры сгорания для обеспечения работы компрессора и устраняет основное препятствие, ограничивающее возможность повышения их давления и температуры в камере сгорания, что позволяет существенно повысить их значения на входе в реактивное сопло и увеличить за счёт этого удельную тягу двигателя.

Выполнение устройства подвода и отвода охлаждающего воздуха в виде прямого и обратного продольных воздуховодов, сообщающихся между собой в задней части двигателя, позволяет существенно увеличить площадь поверхностей обдуваемых воздухом деталей, а соединение заборного устройства с прямым воздуховодом, его размещение во входном устройстве двигателя и выполнение в виде вентилятора, разворот рёбер, образующих окна во вращающихся дисках компрессора, под углом к их осям – увеличить интенсивность движения охлаждающего воздуха, что, в целом, существенно повышает эффективность системы охлаждения, создаёт условия для дополнительного повышения температуры газов в камере сгорания и, соответственно, удельной тяги двигателя.

Выполнение выпускного устройства в виде окон, соединяющих обратный воздуховод с проточной частью двигателя перед входом в компрессор, обеспечивает возврат тепла, уносимого охлаждающим воздухом, в камеру сгорания, что способствует существенному повышению КПД двигателя.

Устройство и принцип работы

Устройство предлагаемого двигателя показано на Рисунке 1.

Комбинированный воздушно-реактивный двигатель состоит из входного устройства 1 , компрессора 2 с приводом, камеры сгорания 3 , выходного устройства 4 и системы его внутреннего воздушного охлаждения.

Привод компрессора 2 выполнен в виде самостоятельного турбороторного двигателя внутреннего сгорания 5 , установленного между входным устройством 1 и компрессором 2 .

Система внутреннего воздушного охлаждения указанного двигателя содержит устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха, заборное 6 и выпускное устройства.

Устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха состоит из прямого и обратного продольных воздуховодов 7 и 8 соответственно. Заборное устройство 6 соединено с прямым воздуховодом 7 , установлено во входном устройстве 1 двигателя и выполнено в виде вентилятора, а выпускное устройство – в виде окон 9 , соединяющих обратный воздуховод 8 с проточной частью двигателя перед входом в компрессор 2 .

Читать еще:  Что характеризует коэффициент мощности асинхронных двигателей

Прямой воздуховод 7 при этом выполнен в виде сквозного канала внутри центрального вала 10 двигателя, а обратный воздуховод 8 образован внутренними полостями, сообщающимися между собой через окна 11 , 12 в неподвижных перегородках двигателя и вращающихся дисках компрессора 2 .

Рёбра 13 , образующие окна 12 во вращающихся дисках компрессора 2 , развёрнуты под углом к их осям.

Двигатель работает следующим образом.

Наружный воздух через входное устройство 1 непрерывно поступает в компрессор 2 , где сжимается и подаётся в камеру сгорания 3 , куда одновременно непрерывно впрыскивается мелко распылённое жидкое топливо и происходит его сгорание при почти постоянном давлении. Образующиеся в результате сгорания топлива газообразные продукты поступают в выходное устройство 4 , где расширяются и с большой скоростью вытекают во внешнюю среду, создавая реактивную тягу двигателя.

Вращение компрессора 2 обеспечивается с помощью привода, выполненного в виде самостоятельного турбороторного двигателя внутреннего сгорания 5 , охлаждение которого осуществляется воздушным потоком, поступающим через входное устройство 1 .

Часть поступающего во входное устройство 1 воздуха захватывается заборным устройством 6 и по прямому воздуховоду 7 подаётся в заднюю часть двигателя, откуда по обратному воздуховоду 8 , обдувая внутренние поверхности охлаждаемых деталей двигателя, через окна 9 поступает в его проточную часть перед компрессором 2 .

Вентилятор заборного устройства 6 и рёбра 13 во вращающихся дисках компрессора 2 , установленные под углом к их осям, обеспечивают интенсивную прокачку охлаждающего воздуха через прямой 7 и обратный 8 воздуховоды.

Движение охлаждающего воздуха показано на Рисунке 1 стрелками.

Основные характеристики

Проведенные оценки показывают, что за счёт предлагаемых технических решений возможно обеспечить следующие характеристики воздушно-реактивного двигателя:

Давление в камере сгорания, МПа0,3 — 1,0
Температуру в камере сгорания, o К2500 — 2700
Удельную тягу двигателя, м/с1500 — 2000
КПД двигателя0,5 — 0,6

Список использованных источников

  1. Патент РФ № 2446304 по кл. F 02 K 5/02, 2012 г.

Атмосферный дайвер

Вы используете Internet Explorer устаревшей и не поддерживаемой более версии. Чтобы не было проблем с отображением сайтов или форумов обновите его до версии 7.0 или более новой. Ещё лучше — поставьте браузер Opera или Mozilla Firefox.

Обсудить и задать вопросы можно в этой теме.

координатор

Небольшой довесок к стандартной атмосфере.
Последние три колонки:

Ватты на м2 нагрева прилетающим потоком. Несколько бОльшую мощность должна иметь реактивная струя двигателя. А солнечные батареи дают всего ватт сто/м2.

Равновесная температура одностороннего чёрного тела, которую греет поток. Если труба длиннее своего радиуса и выделение тепла размазано по длине, то стенки трубы не будут сильно горячими. Даже на невозможной высоте 120 км. Так что с охлаждением излучением проблемы нет.

Давление потока. На самом деле за счёт трения давление будет меньше. В разы. И это маленькое давление надо потом дожимать хотя бы до маленьких долей атмосферы.

После некоторого сжатия воздух надо пропустить через катализатор, который «убьёт» атомарный кислород и другие прелести.
А потом отжать из него азот через молекулярное сито.
Азот сразу в двигатель.
Из кислорода отжать аргон.
И сжижать уже чистый кислород.

  • инфо
  • инструменты
  • Ответить на сообщение

координатор

Полл> на высоте 200 км содержание азота в атмосфере равно содержанию кислорода.
Полл> Это, конечно, принципиально ничего не меняет.

Если в заборник летят отдельные молекулы (200 км высоты), ты можешь дать им постукаться о стенки и потерять энергию = остыть.
А потом применить компрессор.
Но молекула вполне (50%) может выбрать путь к свободе — улететь обратно из заборника.
Ну и давление перед компрессором будет очень низким. Потому что молекулы отдали свой импульс стенкам, а не устроили давку к компрессору.

Читать еще:  Двигатель 2111 а блок 21083 как такое

А если у тебя поток плотного газа (100 км высоты), то у него есть давление rho * v 2.
Фронт ударной волны можно рассматривать как поршень, на который действует это давление, а он сжимает газ за фронтом.
Давление получается гораздо больше, чем у окружающего вакуума, компрессору работать меньше.
Плюс молекулы не убегают обратно, влетающий поток им не даёт.

Поэтому чем ниже, тем выгоднее.
Ограничение здесь — аэродинамическое сопротивление солнечных батарей.
Причём даже если их делать нулевой толщины, это не до конца поможет.
Так как молекулы вакуума имеют температуру и, соответственно, не нулевую компоненту перпендикулярную поверхности батарей, то некоторое количество будет по батареям стукать.
А так как батареи не идеально гладкие, то им будет передаваться часть импульса (вдоль поверхности).

Поэтому можно подумать о ядерном реакторе!

  • инфо
  • инструменты
  • Ответить на сообщение

аксакал

  • инфо
  • инструменты
  • Ответить на сообщение

Татарин

координатор

Ученые ЦАГИ испытали двигатель перспективного космического аппарата

© tsagi.ru
Специалисты Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») провели серию наземных испытаний по проекту создания прямоточных воздушных электрореактивных двигателей (ПВЭРД) для долговременного поддержания космических аппаратов (КА) на сверхнизких орбитах (до 250 км). Исследования проводятся в рамках программы ЦАГИ—РАН, партнером ЦАГИ в них выступает МАИ.

Преимуществом перспективного аппарата с ПВЭРД станут его экономичность и длительность пребывания на орбите, ограниченная лишь физическим ресурсом двигателя, а не запасом топлива. Предполагается, что роль топлива будет играть разреженный воздух из атмосферы, который ионизируется и разгоняется в электромагнитном поле. Получившаяся плазма устремляется из двигателя наружу, сообщая КА ускорение в противоположном направлении. Полет на сверхнизких орбитах позволит КА выполнить те же целевые задачи, что и на популярных сегодня низких орбитах высотой порядка 1000 км, но значительно уменьшить массу КА и соответственно затраты на его запуск (примерно в 300 раз). Также на порядки можно снизить требуемые мощности передатчиков и приемников спутниковой связи.

На данном этапе ученые ЦАГИ имитировали работу двигателя при различной плотности воздуха в специальной ионосферной аэродинамической трубе. Зажечь плазму можно только начиная с определенной плотности атмосферного газа — это значит, что есть высота, выше которой использование ПВЭРД невозможно из-за слишком разреженного воздуха. Специалисты получили это пороговое значение плотности и по нему вычислили диапазон высот, где атмосфера уже достаточно разрежена для уменьшения аэродинамического сопротивления, но еще позволяет запустить двигатель, тяга которого компенсирует сопротивление внешней среды.

По словам специалистов, испытания прошли успешно, результаты подтвердили реализуемость процесса ионизации в ранее предсказанном диапазоне высот150-190 км.

«Мы убедились в том, что выбранная схема двигателя позволяет зажечь плазму на ожидаемой высоте. Следующий шаг — определение ресурса двигателя. Ученые ЦАГИ с коллегами из других организаций представят технические решения, направленные на повышение ресурса, затем последует его расчетное определение, а финальным этапом станет проверка теоретических результатов экспериментами. После завершения всего комплекса наземных испытаний планируется провести летный эксперимент на сверхнизких орбитах в космосе», — сообщил руководитель программы аэрокосмических исследований ФГУП «ЦАГИ» Александр Филатьев.

Программа ЦАГИ—РАН действует с 2000 года. Ее цель — применение результатов фундаментальных исследований Российской академии наук для решения практических задач авиационно-космической отрасли. ЦАГИ в качестве головного института выполняет связующую роль между РАН и предприятиями промышленности, организуя прикладные исследования по наиболее актуальным проблемам авиастроения. Совместные исследования ученых ЦАГИ и МАИ в области разработки перспективных двигателей стартовали в 2014 году.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector