Как сделать тврд
Обновлено: 05.07.2024
Презентация на тему: " Реактивный двигатель Подготовила : Полищук Арина 8 класс." — Транскрипт:
1 Реактивный двигатель Подготовила : Полищук Арина 8 класс
2 Реактивный двигатель, был изобретен Гансом фон Охайном выдающимся немецким инженером - конструктором и Фрэнком Уиттлом. Первый патент на работающий газотурбинный двигатель был получен в 1930 году Фрэнк Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн. 2 августа 1939 года в небо поднялся первый реактивный самолет He 178 ( Хейнкель 178), снаряженный двигателем HeS 3, разработанный Охайном.
3 O Устройство реактивного двигателя достаточно просто и крайне сложно. Просто по принципу действия : забортный воздух ( в ракетных двигателях жидкий кислород ) засасывается в турбину, там смешивается с топливом и сгорая, в конце турбины образует т. н. рабочее тело ( реактивная струя ), которое и двигает машину.
4 Так все просто, но на деле это целая область науки, ибо в таких двигателях рабочая температура достигает тысяч градусов по Цельсию. Одна из самых главных проблем турбореактивного двигателестроения создание не плавящихся деталей, из плавящихся металлов. Но для того, что бы понять проблемы конструкторов и изобретателей нужно сначала более детально изучить принципиальное устройство двигателя.
5 В начале турбины всегда стоит вентилятор, который засасывает воздух из внешней среды в турбины. Вентилятор обладает большой площадью и огромным количеством лопастей специальной формы, сделанных из титана. Основных задач две первичный забор воздуха и охлаждение всего двигателя в целом, путем прокачивания воздуха между внешней оболочкой двигателя и внутренними деталями. Это охлаждает камеры смешивания и сгорания и не дает им разрушится. Сразу за вентилятором стоит мощный компрессор, который нагнетает воздух под большим давлением в камеру сгорания.
6 Камера сгорания выполняет еще и роль карбюратора, смешивая топливо с воздухом. После образования топливо воздушной смеси она поджигается. В процессе возгорания происходит значительный разогрев смеси и окружающих деталей, а также объемное расширение. Фактически реактивный двигатель использует для движения управляемый взрыв.
7 Камера сгорания реактивного двигателя одна из самых горячих его частей её необходимо постоянно интенсивное охлаждение. Но и этого недостаточно. Температура в ней достигает 2700 градусов, поэтому её часто делают из керамики. После камеры сгорания горящая топливо - воздушная смесь направляется непосредственно в турбину.
8 Турбина состоит из сотен лопаток, на которые давит реактивный поток, приводя турбину во вращение. Турбина в свою очередь вращает вал, на котором сидят вентилятор и компрессор. Таким образом система замыкается и требует лишь подвода топлива и воздуха для своего функционирования. После турбины поток направляется в сопло. Сопло реактивного двигателя последняя, но далеко не по значению часть реактивного двигателя. Оно формирует непосредственно реактивную струю. В сопло направляется холодный воздух, нагнетаемый вентилятором для охлаждения внутренних деталей двигателя. Этот поток ограничивает манжету сопла от сверх горячего реактивного потока и ее дает ей расплавится.
9 O В связи с тем, в каком транспорте используется реактивный двигатель, их существует несколько видов, например, классический реактивный двигатель используется на истребителях в разных модификациях. Турбовинтовой двигатель отличается тем, что в данном типе двигателя мощность турбины через понижающий редуктор направляется в направлении классического винта. Такие двигатели позволяют большим самолетам осуществлять полеты на приемлемых скоростях, не расходуя при этом большого количества топлива.
10 O Турбовентиляторный реактивный двигатель считается одним из самых экономичных авиационных реактивных двигателей, главное отличие состоит в том, что на входе устанавливается вентилятор большего диаметра, который подает воздух не только в турбину, но и создает достаточно мощный поток вне самого двигателя, в связи с этим мощность реактивного двигателя является очень высокой, именно поэтому двигатель данного типа используется на лайнерах и больших самолетах.
11 O Еще одним реактивным двигателем самолета является воздушно - реактивный, который способен осуществлять работу без подвижных деталей. Отличительной чертой такого двигателя является то, что воздух попадает в камеру сгорания естественным образом, за счет торможения потока об обтекатель входного отверстия, после чего все происходит по стандартной схеме – воздух смешивается с топливом для реактивных двигателей и в конечном этапе выходит в виде реактивной струи из сопла. Такие двигатели на данный момент практически не используются, а ранее использовались на поездах, самолетах, БЛА и в боевых ракетах, а также его могут использовать на велосипедах и скутерах. Реактивным двигателям – необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается 80% электроэнергии.
12 O В тоже время повсеместное использование реактивных двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду. Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное ( ИК ) излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере, увеличивая поглощение ИК – излучения, приводит к повышению её температуры ( парниковый эффект ). Ежегодно температура атмосферы Земли повышается на 0,05 º С. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Продукты сгорания топлива существенно загрязняют окружающую среду. Углеводород, вступая в реакцию с озоном, находящимся в атмосфере, образуют химические соединения, неблагоприятно воздействующие на жизнедеятельность растений, животных и человека. Потребление кислорода при горении топлива уменьшает его содержание в атмосфере.
13 O Для охраны окружающей среды широко использует очистные сооружения, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ, резко ограничивают использование соединений тяжелых металлов, добавляемых в топливо, разрабатывают. Двигатели, использующие водород в качестве горючего ( выхлопные газы состоят из безвредных паров воды ), создают электромобили и автомобили, использующим солнечную энергию. Это может показаться парадок сом, но концепция силовой установки, способной поднять машину в воздух и двигать ее вперед с помощью реактив ной силы горячего газа, много старше собственно самолета. Первооткрыва телем идеи реактивного движения надо считать Герона, жившего за 150 лет до нашей эры. Он построил метал лический шар с двумя выступающими трубками, выхлопные отверстия кото рых были направлены в противопо ложные стороны. После наполнения водой шар подогревался. Через неко торое время вода закипала, и шар на чинал вращаться под реактивным дей ствием струи пара, выходящего через трубки. Самый первый проект, кото рый можно считать про - прототипом газовой турбины, датируется 1791 г.
15 Его устройство имело не сколько клапанов, позволяющих регу лировать давление внутри камеры сго рания. Практически все современные самолеты являются реактивными, из этого возникает вопрос, а почему популярность данного устройства настолько высока. Для начала следует изучить историю возникновения реактивного двигателя, и каким образом он стал впервые применяться.
Анимация двухвального турбовентилятора с высокой степенью двухконтурности.
A. Ротор низкого давления
B. Ротор высокого давления
C. Компоненты статора
1. Гондола
2. Вентилятор
3. Компрессор низкого давления
4. Компрессор высокого давления
5. Камера сгорания
6. Турбина высокого давления
7. Турбина низкого давления
8. Сопло газогенератора
9. Сопло вентилятора
Турбовентиляторным двигателем в популярной литературе обычно называют ТРДД с высокой (выше 2) степенью двухконтурности. В данном типе двигателей используется одноступенчатый вентилятор большого диаметра, обеспечивающий высокий расход воздуха через двигатель на всех скоростях полета, включая низкие скорости при взлёте и посадке. По причине большого диаметра вентилятора сопло внешнего контура таких ТРДД становится достаточно тяжёлым и его часто выполняют укороченным, со спрямляющими аппаратами (неподвижными лопатками, поворачивающими воздушный поток в осевом направлении). Соответственно, большинство ТРДД с высокой степенью двухконтурности — без смешения потоков.
Устройство внутреннего контура таких двигателей подобно устройству ТРД, последние ступени турбины которого являются приводом вентилятора.
Внешний контур таких ТРДД, как правило, представляет собой одноступенчатый вентилятор большого диаметра, за которым располагается спрямляющий аппарат из неподвижных лопаток, которые разгоняют поток воздуха за вентилятором и поворачивают его, приводя к осевому направлению, заканчивается внешний контур соплом.
По причине того, что вентилятор таких двигателей, как правило, имеет большой диаметр, и степень повышения давления воздуха в вентиляторе невысока — сопло внешнего контура таких двигателей достаточно короткое. Расстояние от входа в двигатель до среза сопла внешнего контура может быть значительно меньше расстояния от входа в двигатель до среза сопла внутреннего контура. По этой причине достаточно часто сопло внешнего контура ошибочно принимают за обтекатель вентилятора.
ТРДД с высокой степенью двухконтурности имеют двух- или трёхвальную конструкцию.
Достоинства и недостатки
Главным достоинством таких двигателей является их высокая экономичность.
Недостатки — большие масса и габариты. Особенно — большой диаметр вентилятора, который приводит к значительному лобовому сопротивлению воздуха в полете.
Область применения таких двигателей — дальне- и среднемагистральные коммерческие авиалайнеры, военно-транспортная авиация.
Двигатель турбовинтовой принадлежит к классу газотурбинных, которые разрабатывались как универсальные преобразователи энергии и стали широко использоваться в авиации. Они состоят из тепловой машины, где расширенные газы вращают турбину и образуют крутящий момент, а к ее валу прикрепляют другие агрегаты. Двигатель турбовинтовой снабжается воздушным винтом. Он представляет собой нечто среднее между поршневыми и турбореактивными агрегатами.
Сначала в самолеты устанавливали поршневые двигатели, состоящие из цилиндров в форме звезды с расположенным внутри валом. Но из-за того, что они имели слишком большие габариты и вес, а также низкую возможность скорости, их перестали использовать, отдав предпочтение появившимся турбореактивным установкам. Но и эти двигатели не были лишены недостатков. Они могли развивать сверхзвуковую скорость, но потребляли очень много топлива. Поэтому их эксплуатация обходилась слишком дорого для пассажирских перевозок.
Устройство турбовинтового двигателя и принцип его работы
- редуктор;
- воздушный винт;
- камера сгорания;
- компрессор;
- сопло.
Схема турбовинтового двигателя выглядит следующим образом: после нагнетания и сжатия компрессором воздух попадает в камеру сгорания. Туда же впрыскивается топливо. Полученная смесь воспламеняется и создает газы, которые при расширении поступают в турбину и вращают ее, а она, в свою очередь, вращает компрессор и винт. Нерастраченная энергия выходит через сопло, создавая реактивную тягу. Так как величина ее не является существенной (всего десять процентов), не считается турбореактивным турбовинтовой двигатель.
Рабочий вал
Бывают двигатели с одним или двумя валами. В одновальном варианте на одном валу находятся и компрессор, и турбина, и винт. В двухвальном — на одном из них установлены турбина и компрессор, а на другом — винт через редуктор. Здесь же имеются две турбины, связанные друг с другом газодинамическим способом. Одна из них предназначена для винта, а другая — для компрессора. Такой вариант наиболее распространен, так как энергия может применяться без запуска винтов. А это особенно удобно, когда самолет находится на земле.
Компрессор
Эта деталь состоит из двух-шести ступеней, позволяющих воспринимать существенные перепады температуры и давления, а также снижать обороты. Благодаря такой конструкции получается понизить вес и габариты, что является очень важным для авиационных двигателей. В компрессор входят рабочие колеса и направляющий аппарат. На последнем может быть предусмотрена или не предусмотрена регуляция.
Воздушный винт
Турбина
Турбина способна развить скорость до двадцати тысяч оборотов в минуту, но винт не сможет ей соответствовать, поэтому здесь имеется понижающий редуктор, сокращающий скорость и увеличивающий крутящий момент.
Редукторы могут быть разными, но главная их задача вне зависимости от вида — снижать скорость и повышать момент.
Именно эта характеристика ограничивает использование турбовинтового двигателя в военных самолетах.
Преимущества и недостатки
- малый вес по сравнению с поршневыми агрегатами;
- экономичность по сравнению с турбореактивными моторами (благодаря воздушному винту коэффициент полезного действия достигает восьмидесяти шести процентов).
- скоростной предел - 750км/ч, что мало для современной авиации;
- высокий шум, превышающий допустимые значения Международной организации гражданской авиации.
Сфера использования
Турбовинтовые двигатели используются в тех случаях, когда скорости полета самолета относительно невелики. На большом количестве современных транспортных самолетов применяются именно ТВД. Их преимущество прежде всего в экономичности.
Для турбовинтовых двигателей сила тяги состоит из тяги воздушного винта и силы тяги, возникающей при истечении газа из сопла. В зависимости от скорости полета самолета изменяются доли двух составляющих тяги.
При малых скоростях (крейсерских для транспортных самолетов) доля тяги от воздушных винтов значительно превышает вторую составляющую.
В ТВД часто используется комбинация компрессоров.
Реактивную тягу также создает струя раскаленных газов, выходящая из сопла двигателя.
Двигатели, у которых степень двухконтурности высока и составляет от 2 до 10, называют турбовентиляторными, а имеющее сравнительно большой диаметр первое колесо компрессора низкого давления — вентилятором.
Преимущества турбовентиляторного двигателя от турбореактивного таковы: во‑первых, если большая часть реактивной тяги создается продуваемым воздухом, а не реактивными газами, повышается топливная эффективность, а значит, экономичность и экологичность всей силовой установки. Во‑вторых, на выходе из сопла (или сопл) холодный воздух смешивается с горячими газами, снижая общее давление смеси. Это делает двигатель менее шумным.
Туробореактивные двигатели ставят на самолеты с требованием значительной скорости и соответственно мощности.
Конструкция двухконтурных турбореактивных двигателей обеспечивает поступление воздуха в значительных количествах, что на высоких скоростях обеспечивает большую тягу. Второй контур, контур низкого давления, таким образом, дает дополнительную силу тяги. Соотношение двух составляющих общей тяги зависит от конструкции двигателей и режимов работы.
АВИАЦИО́ННЫЙ ДВИ́ГАТЕЛЬ , агрегат силовой установки (СУ) летательного аппарата (ЛА), который служит для создания потенциальной энергии и трансформации её в кинетическую энергию движения ЛА (самолёт, вертолёт, крылатая ракета, дирижабль и т.п.). В зависимости от принципа действия авиационные двигатели подразделяют на поршневые двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели , ракетные двигатели , паровые двигатели, ядерные, электрические двигатели. Основные требования к авиационным двигателям: высокие надёжность, ресурс работы и топливная экономичность (требования по удельному расходу топлива), тяговооружённость, малые масса, размеры и форма при необходимых тяге или мощности. Состав СУ зависит от типа двигателя и типа ЛА (винтовой или реактивный, дозвуковой или сверхзвуковой) и включает в себя входные ( воздухозаборник и средства его регулирования, защиту от обледенения и пыли) и выходные устройства (реактивное сопло, шумоглушитель, реверсивное устройство), канал воздуховода, газогенератор (компрессор, камера сгорания, турбина), форсажную камеру сгорания, движитель (винт), топливную систему (топливные баки, насосы, подсиcтему заправки, заправки топливом в полёте, аварийного слива топлива в полёте и т.д.), масляную систему, систему пожаротушения, узлы крепления и гондолу размещения (обтекаемая оболочка) и др.
Читайте также: