Баннер
Разнообразие газотурбинных двигателей

В печати часто оперируют понятием «поколения двигателей». Однако точной классификации, по каким критериям относить двигатель к какому-либо поколению, нигде нет. В этих определениях путаются даже специалисты.


К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также их клоны. Например, это немецкий Jumo 109-004, английские Rolls-Royce Derwent и Nene, советский ВК-1. Отличительной особенностью двигателей второго поколения стал осевой компрессор, форсажная камера и регулируемый воздухозаборник.

 

Типичные примеры: американский Pratt&Whitney J48-P-6 (F-86 Sabre), французский SNECMA Atar 9C-3 (Mirage III), советский Р-11Ф2С-300 (МиГ-21). Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели. Появление новых материалов, позволивших радикально поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Это отечественный АЛ-31 (Су-27), американский Pratt&Whitney F100 (F-15 и F-16). Качественный скачок аэродинамики турбин и активное управление газодинамическим циклом позволят создать двигатели пятого поколения. Более развитая аэродинамика делает возможным достичь более высоких давлений при меньшем количестве ступеней в компрессоре и более компактных размерах. Предположительно Pratt&Whitney F119 (F-22 и F-35).

 

Турбореактивный двигатель с центробежным компрессором

 

Один из самых первых типов турбореактивных двигателей. Например, по такой схеме был выполнен двигатель Фрэнка Уиттла Power Jets W.1, установленный на первом английском истребителе Gloster E.28/39. Двигатель Ханса Пабста фон Охайна HeS 3, установленный на первом в мире турбореактивном самолете He 178, тоже был выполнен по аналогичной схеме, только в нем помимо центробежного компрессора стояла и центростремительная турбина.

 

Точно такую же схему имели и двигатели Rolls-Royce Nene, прототипы первых советских серийных двигателей РД-45 (ВК-1), которые устанавливались, например, на легендарные МиГ-15. Основное преимущество центробежных компрессоров – меньшее количество деталей. Главный недостаток – большое поперечное сечение, которое ведет к повышенному лобовому сопротивлению воздуха. В авиации эта схема применялась только на самых ранних этапах реактивного самолетостроения. Традиционно двигатели этой схемы относят к двигателям первого поколения.

Турбореактивный двигатель с центробежным компрессором

 

Классический турбореактивный двигатель с осевым компрессором

 

Именно по такой схеме был построен первый в мире серийный турбореактивный двигатель Junkers 109-004, разработанный австрийским инженером Ансельмом Францем, который в массовом порядке ставился на турбореактивные самолеты Третьего рейха, включая истребитель Me 262. Одним из недостатков осевого компрессора по сравнению с центробежным было то, что оптимальная скорость вращения осевого компрессора близка к скорости, на которой возникает помпаж (это вредное явление, ха-рактеризующееся возникновением пульсации давления, часто приводит к остановке двигателя), причем на определенной высоте эти скорости могут совпадать.

 

По такой схеме был построен и советский двигатель АМ-9Б конструкции ОКБ А.А. Микулина, который устанавливался на МиГ-19. Дальнейшее развитие этой схемы, применяемое на боевых самолетах, – появление двигателя с форсажной камерой, которая расположена между турбиной и соплом. Сжигание в форсажной камере дополнительного горючего приводит к увеличению до 50% тяги двигателя, но и к сильному перерасходу топлива. Типичный пример такого двигателя – Р-11Ф, устанавливаемый на МиГ-21.

Классический турбореактивный двигатель с осевым компрессором. Использование: МиГ-19

 

Двухконтурный турбореактивный двигатель

 

Идея сделать турбореактивный двигатель более экономичным привела инженеров-конструкторов к двухконтурной схеме, впервые появившейся на экспериментальных двигателях Эрнста Хейнкеля еще в годы Второй мировой. У таких двигателей компрессор начинает делиться на две части: компрессоры низкого и высокого давления. После прохождения через компрессор низкого давления воздушный поток разделяется на два: первый движется по обычной схеме через компрессор высокого давления в камеру сгорания, второй (холодный) – проходит сквозь внешний контур и на выходе, в смесительной камере, смешивается с горячим, выходящим из турбины. В результате снижается температура газов на выходе, уменьшается шум двигателя и, главное, снижается расход топлива. Типичный пример советских двухконтурных двигателей – семейство Д-30, разработанное в пермском КБ П.А. Соловьева. Эти двигатели в разных модификациях устанавливались на такие самолеты, как Ту-134, Ту-154 и Ил-76.

 

В двухконтурных двигателях для боевых самолетов во внешнем контуре или в смесительной камере размещается форсажная камера. Самый известный советский двигатель этого типа, АЛ-31Ф, созданный в ОКБ имени А.М. Люльки, устанавливается на истребитель-перехватчик Су-27. Важным показателем таких двигателей является степень двухконтурности (m): отношение расхода воздуха, проходящего через внешний контур, к расходу воздуха, прокачиваемого через внутренний контур. В одноконтурном турбореактивном двигателе эта степень, соответственно, равна нулю. Двигатели с малой степенью двухконтурности (m<2) применяются для сверхзвуковых самолетов, двигатели с m>2 – для дозвуковых пассажирских и транспортных самолетов.

Двухконтурный турбореактивный двигатель. Использование: Ту-154М

 

Турбовентиляторный двигатель

 

Турбовентиляторные двигатели представляют собой разновидность двухконтурных турбореактивных двигателей со степенью двухконтурности от 2 до 10. В такой схеме компрессор низкого давления напоминает более вентилятор, чем турбину, и холодный воздух практически не смешивается с горячим. Первым российским турбовентиляторным двигателем считается ПС-90А, устанавливаемый на Ил-96 и Ту-204. Турбовентиляторы обеспечивают низкий расход топлива, но имеют ограничения по скорости, поэтому применяются в дозвуковой авиации. Существуют еще более экономичные схемы при степени двухконтурности m от 20 до 90, так называемые турбовинтовентиляторные двигатели. Лопасти компрессора низкого давления в таком двигателе имеют саблевидную форму и более напоминают винты, чем лопатки компрессора. Двигатели этого типа пока в основном представлены экспериментальными экземплярами. На Самарском государственном научно-производственном предприятии (СГНПП) «Труд» над турбовентиляторным двигателем НК-93 трудятся уже более десяти лет. Единственный турбовинтовентиляторный двигатель, дошедший до предсерийной стадии - это Д-27 разработки Запорожского КБ "Прогресс", изготовленный объединением "Мотор-Сич" для нового транспортного самолета Ан-70.

Турбовентиляторный двигатель. Использование: Ил-76

 

Турбовинтовой двигатель

 

Основное тяговое усилие в турбовинтовом двигателе создает воздушный винт, соединенный через редуктор с валом турбокомпрессора. Для этого используется турбина с увеличенным числом ступеней, так что расширение газа в турбинах происходит почти полностью и только 10-15% тяги обеспечивается за счет газовой струи. Никакой другой турбореактивный двигатель не может поспорить по экономичности с турбовинтовыми двигателями. Однако возможности воздушных винтов ограничивают скорости самолетов с такими двигателями 600-800 км/ч. Самый знаменитый в мире турбовинтовой двигатель, советский НК-12 с чудовищной тягой в 12 000 кгс, устанавливается на стратегические бомбардировщики Ту-95, до сих пор стоящие на вооружении.

Турбовинтовой двигатель. Использование: Ту-95

 

 

Советский путь: ТР-1 Архипа Люльки

 

В СССР разработкой оригинальных турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался Архип Люлька, еще в апреле 1940 года запатентовавший собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Однако поддержки у руководства страны Люлька не нашел, а с началом Великой Отечественной войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились реальные летающие самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в авральном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1. Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая Герой Советского Союза летчик-испытатель Георгий Шиянов поднял в воздух реактивный самолет конструкции Павла Сухого Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1 конструкции Архипа Люльки. Причем двигатели Люльки победили в тендере против РД-10, клона Jumo 109-004. Поэтому историю оригинальных отечественных двигателей принято отсчитывать как раз с ТР-1.

 

Все права защищены © 2011-2017 CabinAir.RU

Яндекс.Метрика