Порівняльне дослідження різних авіаційних двигунів - GRIN
Враховуючи відповідні властивості хімічного палива
Технічна робота (школа) 2013 31 сторінка
Зразок для читання
Зміст:
2 турбовентиляторні двигуни
2.1 Загальні положення
2.2 Структура та функціональність
2.2.1 Впуск двигуна
2.2.2 Компресор
2.2.2.2 Осьовий компресор
2.2.3 Камера згоряння
2.2.4 турбіна
2.2.5 Допал
2.2.6 Тяга залози
2.3 Паливо
2.3.1 Гас
2.3.1.1 Виробництво
2.3.1.4 Недоліки
2.3.2 Біокеросин
2.3.2.5 Переваги
2.3.2.6 Недоліки
3. Електродвигун
3.1 Загальне
3.2 Джерела енергії
3.2.1 Сонячна енергія
3.2.1.1 Як це працює
3.2.1.3 Переваги
3.2.2.2 Хімічні властивості водню
6. Джерела
6.1 Література:
6.2 Інтернет-джерела:
6.3 Джерела зображення:
1. Вступ
Рисунок не включений до цього витягу
2 турбовентиляторні двигуни
2.1 Загальні положення
Турбовентиляторний двигун також відомий як двопоточний реактивний або байпасний двигун і є найпоширенішим двигуном на сьогодні в цивільній авіації. Сердечник двигуна оточений байпасним потоком, що забезпечує тихіший та економічніший привід (див. [16] с.6). Загалом у літальному двигуні відбувається процес, подібний до двигуна внутрішнього згоряння (див. [17] с.1):
- Засмоктування повітря
- стиснення
- горіння
- Викид (відпрацьовані гази)
Однак принципова відмінність полягає в тому, що етапи роботи в двигуні внутрішнього згоряння поділяються на цикли, тоді як у випадку двигуна всі процеси, а отже, і генерація тяги працюють безперервно.
Рисунок не включений до цього витягу
Рисунок 2: Будова турбовентиляторного двигуна [повітродувка = вентилятор; Турбіна все ще поділяється на турбіни високого та низького тиску; Основний потік поділяється на первинний і вторинний повітря в камері згоряння]
2.2 Структура та функціональність
2.2.1 Впуск двигуна
Функція всмоктування двигуна полягає у зменшенні швидкості всмоктуваного повітря, щоб нижчий компресор відчував низьку турбулентність, постійний і відповідний приплив. Крім того, слід збільшити тиск і температуру, щоб збільшити швидкість звукової швидкості, щоб повітряний потік не проходив через двигун із надзвуковою швидкістю. Як правило, використовується дозвуковий впускний отвір, оскільки він спеціально розроблений для польоту нижче звукового бар'єру і має число Маха приблизно 0,9 (
1100 км/год) має дуже низькі втрати потоку (пор. [1] с. 125f.). "Конструкція [впускного отвору] має форму так званого впускного отвору Піто із закругленими впускними губами, що означає, що місцеві надзвукові швидкості можна краще враховувати при польотних маневрах з більшими кутами атаки або з похилим потоком (наприклад, поперечний вітер)" ([1] с.126).
2.2.2 Компресор
Потім всмоктане повітря стискається в компресорі, тобто одночасно зменшується його об’єм і підвищується тиск. Таким чином, вихідна потужність під час подальшого процесу згоряння є більш ефективною, оскільки виділена енергія прямо пропорційна масі повітря та його тиску. Чим вищий ступінь стиснення, тим вища як теоретична ефективність, так і внутрішня ефективність, яка залежить від температури горіння. Зменшуючи обсяг, збільшується пропускна здатність маси. Компресор у турбовентиляторному двигуні складається з двох частин: вентиляторної секції та відцентрового компресора (див. [1] с. 134).
2.2.2.1 Розділ вентилятора
Вентилятор - це свого роду великий вентилятор, який прискорює повітря назад і, отже, також бере участь у процесі всмоктування (пор. [17] с.2). У більшості випадків використовується одноступінчасте лопатеве колесо, яке часто виготовляється з титану. Крім того, розмір вентилятора є визначальним для байпасного коефіцієнта або коефіцієнта байпасного потоку, який описує взаємозв'язок між байпасним потоком (повітря, яке обтікає осердя) та повітряними масами, що проходять через сердечник турбіни (пор. [18]). І "[із] збільшенням коефіцієнта байпасу питома витрата палива значно зменшується" ([1] с. 135). Тому сьогодні робляться спроби побудувати двигуни з надзвичайно високим коефіцієнтом байпасу, значно збільшивши розмір вентилятора. Однак фронтальна площа турбіни зростає і, як результат, аеродинамічний опір (див. [1] с. 135f.).
Після лопатей вентилятора потік повітря всередині двигуна розпадається на байпасний потік і потік повітря, який протікає через серцевину турбіни.
2.2.2.2 Осьовий компресор
У сучасних двигунах власне компресор зазвичай складається з декількох ступенів і складається з роторів, тобто лопатевих коліс, які обертаються, і статорів, які встановлені постійно. Потік повітря проходить через лопаті в осьовому напрямку (у поздовжньому напрямку) (пор. [1] с. 133f.). Ротори приводяться в рух турбіною (див. 2.2.4). Для того, щоб генерувати відносно невеликий об'єм і високий тиск в кінці, ступені стають все меншими і меншими, і компресор працює у пірамідальній формі до камери згоряння (див. [17] с. 2). Спочатку повітряна маса стискається приблизно до 10% (пор. [16] с. 5). В якості альтернативи існує також відцентровий компресор, в якому повітряні маси не протікають осьово, а радіально, тобто ззовні всередину (відцентровий). Однак цей тип компресора ефективний лише для невеликих двигунів з малою масою пропускної здатності, тому осьові компресори зазвичай використовуються в сучасній авіації ([1] с. 138 і далі).
2.2.3 Камера згоряння
Суміш стисненого кисню та палива спалюють у камері згоряння з метою перетворення вміщеної в ній хімічної енергії у теплову та кінетичну енергію. Паливо впорскується, розпилюється і попередньо випаровується, а потім підпалюється один раз свічкою запалювання. Тоді горіння відбувається безперервно шляхом самозаймання. Сьогодні типом камери згоряння є майже виключно кільцева камера згоряння, в якій паливо згоряє в кільцевій камері. У минулому використовували трубчасті камери згоряння, в яких процес згоряння розподілявся по декількох окремих трубах (пор. [1] с. 157f.).
Потік повітря знову розподіляється перед камерою згоряння: 20% повітря надходить у камеру згоряння як первинне повітря і бере активну участь у процесі згоряння, решта 80% обтікає камеру згоряння і в основному використовується для її охолодження (пор. [41]).
Рисунок не включений до цього витягу
Малюнок 3: Первинне повітря (чорні стрілки) та вторинне повітря (білі стрілки) у камері згоряння
2.2.4 турбіна
2.2.5 Допал
Форсаж застосовується лише у надзвукових літаках, таких як Concorde, або, сьогодні, у військових літаках. Після турбіни паливо знову впорскується в гарячий газ і спалюється. Це збільшує температуру та об'єм газу та призводить до нового прискорення газу (пор. [1] с. 180f.).
2.2.6 Тяга залози
Функція штовхаючої залози полягає в тому, що енергія газу перетворюється на швидкість або тягу. Швидкість гарячого газу в сальнику приблизно вдвічі збільшується, і тому тяга сальника є настільки важливою для роботи двигуна. Турбовентиляторні двигуни мають два рушія, один для байпасного потоку і один для основного потоку. Вторинний потік огортає основний потік і тим самим зменшує обсяг і споживання палива (див. [1] с. 187f.).
2.3 Паливо
2.3.1 Гас
Гас на сьогоднішній день є найбільш часто використовуваним паливом в авіації. Сам по собі він знову поділяється на багато окремих класів, але в цій дисертації розглядається лише переважно використовуваний паливний гас Jet A-1.