Вопросы по работе реактивного двигателя

Тема создана по просьбе whuser400

Спецы! Проясните ситуацию. Я припоминаю, что подобная тема уже обсуждалась несколько месяцев назад, я даже туда постил картинку.

Возникли следующие вопросы по поводу работы ТРВД:

1. Спереди идет компрессор. Его назначение создавать давление окислителя
(воздуха) на вход камер сгорания. После камер сгорания, на одном валу
с компрессором идет турбина. Ее назначение - раскручивать компрессор.

Вопрос такой: а к чему приложены силы, толкающие двигатель вперед?
По идее, компрессор, толкая воздух назад, сам толкается вперед.
Но продукты сгорания, раскручивая турбину, толкают ее назад.
Где тогда получаются нескомпенсированные силы?

Также, если на выходе сопла выходит реактивная струя, то как она
толкает сам двигатель вперед? Или, если силы действовали на двигатель
в момент образования реактивной струи, то в в какой момент и на
какие части двигателя?

2. Наличие форсажной камеры увеличивает тягу двигателя. Но
форсажная камера стоит уже после лопаток турбины. К чему
приложено давление газа, создаваемое при сжигании топлива
в форсажной камере?

.

Ник

К каким элементам ТРД приложены силы толкающие двигатель вперед


Ник

Понятно, тему можно удалять.

Здравствуйте, paralay!

Извините, что влез в пост - я не спец., но попробую ответить...

На дозвуке бОльшая часть реализуемой тяги прикладывается к компрессору.
Даже если взглянуть на конструкции компрессоров современных ТРД - они весьма массивны по сравнению с остальными агрегатами движков.
Почему так происходит? Нам объясняли так...
Представьте себе закрытую цилиндрическую камеру сгорания.
Внутри происходит процесс окисления топлива. Куда приложена сила (энергия) ко всем стенкам ("распирание").
Теперь откидываем (допустим, справа) одну стенку - создаем "сопло". Теперь нескомпенсированный импульс только одном направлении - горизонтальном. И он действует на стенку противоположную "соплу".
Роль этой стенки в ТРД играет сжатый воздух компрессора. Т.е. более разреженный газ камеры сгорания "опирается" на более плотный в компрессоре.
Вроде так. Если без математики;)

В случае работы форсажной камеры, как нас опять учили в "школе":
"Дети, просто поверьте, что на сверхзвуке 80-90% тяги прикладывается к воздухозаборнику (прим. Frogfut - весьма мне пока не понятно!)"

Рисунки и пояснения (если найду) прикреплю позже.

С уважением, Frogfut.

Хронин Д.В. (под общ. ред.), Вьюнов С.А., Гусев Ю.И., Карпов А.В. и др. - Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей 1989

Виноват, крайний рис. чего-то не получился...
Повторяю...

С форсажной камерой вот не совсем понятно. Она служит для повышения температуры/давления газов перед соплом. Если обратится к модели закрытой камеры сгорания с соплом, то что в данном случае будет аналогично закрытой части на которую идет нескомпенсированное давление? Ну вот к примеру в гладкой трубе где давление не создавай - тяги вдоль оси не получишь. Форсажная камера идет после турбины. К чему тогда будет приложено давление газов в форсажной камере? Каков расклад сил будет в случае ФК?

А что будет в случае прямоточного реактивного двигателя? Напор набегающего воздуха не даст прорваться давлению из камеры сгорания вперед. Но ведь давление не само по себе нужно. Надо чтобы оно было приложено к неровностям профиля двигателя - только тогда появятся толкающие силы. ==> Каков тогда должен быть профиль прямоточного двигателя??? Ведь если это просто гладкая труба, то никакой тяги не будет...

>>В случае работы форсажной камеры, как нас опять учили в "школе":
>>"Дети, просто поверьте, что на сверхзвуке 80-90% тяги прикладывается к воздухозаборнику >>(прим. Frogfut - весьма мне пока не понятно!)"

Я так понимаю - воздухозаборник должен иметь соответствующий профиль, чтобы к нему было изнутри возможно приложить давление для получения тяги?

По вопросу я понял так: основная положительная сила приложена к камере сгорания, что естественно (представьте на её месте ЖРД), дополнительно тяга создается на лопастях вентилятора и чудесным образом в воздухозаборнике. Остальное - "мелочь пузатая".

И Frogfut прекращай извиняться, ты не виноват!

Что касается форсажной камеры - не забывайте, течение в ТРД - не сверхвуковое, и если дожигание в фор. камере меняет параметры потока - это отражается на потоке не только в ФК, но и раньше

Т.е. в на всем протяжении трубы ТРД ВСЕГДА и ВЕЗДЕ дозвуковое течение?

А как давление скажется на протяжении всей трубы ТРД, если в ней идет направленный поток газа?
Как в этом случае давление дойдет до воздухозаборника и будет приложена к его коническому профилю?

Часть сил к торцу камеры сгорания конечно приложена, но если посмотреть на разрез живого
двигателя, то видно, что камера сгорания тонкостенная и нагрузок в несколько тонн просто не выдержит...

И я так понимаю, что в пределе ТРД стремится к прямоточному двигателю и вопросы о форсажной камере и передаче давления от нее к воздухозаборнику можно рассматривать на прямоточном двигателе? Но опять же простая труба без неровностей профиля тяги не даст ==> Какой должен быть профиль фоздухозаборника и форсажной камеры?

Течение в ТРД практически всегда дозвуковое. Исключения возможны лишь в случае движка самолёта, летящего на сверхзвуке - но и там течение будет сверхзвуковым лишь в части воздухозаборника.
В камерах сгорания оно дозвуковое вообще всегда, в форсажных - вроде тоже практически всегда.

Т.е. вы считаете, что повышение давление в ФК дойдет до воздухозаборника и будет давить изнутри на его конический профиль?

Он для того и конический...

Если подытожить - так ли я понимаю работу ТРД?
1. Компрессор создает давление воздуха в области камеры сгорания и сам отталкивается от воздуха + подъемная сила на лопатках. Т.о. компрессор получает импульс вперед.

2. Топливо сгорая в камере сгорания давит на торец камеры сгорания, которая тоже получает импульс вперед. Также давление от сгорания топлива доходит до переднего скоса воздухозаборника (т.к. течение дозвуковое) и воздухозаборник тоже получает импульс вперед.

3. После камеры сгорания газы проходят через связанную с компрессором турбину и раскручивают ее, поддерживая таким образом вращение компрессора. Турбина получает импульс назад, но так как число ее ступеней и углы наклона лопаторк к потоку меньше, то этот импульс меньше импульса от компрессора вперед.

4. В форсажной камере сгорание дополнительного топлива приводит к повышению давление, которое в силу дозвуковых скоростей передается на скос воздухозаборника, толкая его вперед.
Также давление толкает вперед задний конический колпак турбины.

5. В сужении сопла происходит перераспределение скоростей газового потока с уменьшением хаотической составляющей и увеличением направленной. Двигатель от давления на это сужение получает импульс назад.

6. В области расширения сопла газовый поток расширяется и, т.к. его течение дозвуковое, то повышается давление и падает скорость. Двигатель получает импульс вперед.

ТАК???

С ростом скорости растет сопротивление, а следовательно и торможение потока, а следовательно и повышение давления воздухозаборником, а эффективность компрессора падает. Примерно на 3М рост давления в воздухозаборнике становиться достаточным для работы камеры сгорания, а эффективность компрессора падает почти до 0 и наступает область прямоточных ВРД - их топливная эффективность становиться равной и выше, чем у ТРД (ПВРД можно спроектировать и на дозвуковые скорости - но он сильно проиграет ТРД по экономичности). Поток в КС ПВРД остается ДОзвуковым. С дальнейшим ростом скорости, примерно у 5М, воздухозаборник, тормозящий поток воздуха до ДОзвука, начинает создавать избыточное сопротивление и надо переходить на ПВРД с сверхзвуковым течением в камере сгорания. Это сопряженно с падением эффективности сгорания и нужно спецтопливо, например ЖВ.
И наоборот - на малых скоростях - до трансзвука - туброВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ВРД имеют лучшую топливную эффективность, чем чистые ТРД.

Ник

А какой профиль ПВРД с сверхзвуковым течением в камере сгорания? Т.е. к чему в нем приложено давление, толкающее его вперед, если воздухозаборник убрать из-за его избыточного сопротивления?

А разве в обычном ТРД с форсажной камерой воздухозаборник тяги не создает?