ПОЧЕМУ работает реактивный двигатель?

Некоторая энергия расширения используется для вращения турбины, питающей компрессор.

А в некоторых двигателях он вращает турбину, к другому концу которой прикреплен большой вентилятор. Двигатель производит больше мощности, чем необходимо для его работы.

Внутри двигателя все очень тщательно сбалансировано. В основном работа, выполняемая клапанами в поршневых двигателях, выполняется путем тщательного проектирования турбины, что является одной из причин, по которой они стоят так дорого. Приток в камеру сгорания уравновешивает отток к силовой турбине до такой степени, что он хочет двигаться в этом направлении - немного разбалансируйте его, и у вас будут шумные остановки, как вы видите в упомянутом видео.

Я сделаю несколько замечаний, но, во-первых, реактивный двигатель НЕ является самоподдерживающимся. Для продолжения работы требуется расход топлива. Топливо – это источник энергии, который поддерживает его работу. Теперь давайте немного рассмотрим механику, для упрощения я буду использовать ПВРД вместо реактивного двигателя с турбинным приводом, поскольку о сжатии заботится простая форма двигателя, без движущихся частей. Предположим, что струя движется (напорные струи не работают на нулевой скорости).

1. При тяге двигателя вперед воздух поступает в переднюю
2. Форма насадки сжимает (сжимает) воздух
3. Топливо смешивается с воздухом (так же, как в карбюраторе)
4. Топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания
5. Воздушно-топливная смесь воспламеняется
6. Воспламененная смесь расширяется и направляется из спины
7. Двигатель (в силу 3-го закона Ньютона) движется вперед (обратная реакция) 7b. Воспламенение воздуха / топлива содержало достаточно энергии, чтобы привести в движение не только двигатель, но и корабль. Общая энергия = энергия для привода двигателя + энергия для перемещения объекта
8. Сила движения вперед заставляет воздух попадать в переднюю часть двигателя.
9. Вернуться к шагу 1.

Чтобы все это работало, выходная энергия должна быть больше, чем энергия, необходимая для сжатия воздуха. Эта энергия исходит от топлива, которое добавляется в смесь. Реактивное топливо имеет около 46 МДж/кг .

В случае газотурбинного двигателя мы просто вводим компрессорный механизм. Вместо того, чтобы полагаться на форму двигателя для сжатия воздуха, часть выходной энергии жертвуется на вращение (и работу) механизма компрессора. Следует отметить, что форма играет роль и в реактивных двигателях турбин.

В основном энергия, выделяемая при сгорании топлива, используется для сжатия и ускорения воздушного потока, проходящего через двигатель. Хотя вы правильно заметили, что турбины забирают часть этой энергии обратно из воздушного потока и используют ее для поддержания вращения двигателя, это относительно небольшая доля. Поскольку ускорение воздуха назад создает на самом двигателе силу равной величины, направленную в противоположном направлении, к двигателю прикладывается большая направленная вперед сила, которая затем идеально используется для ускорения самолета вперед и/или противодействия силам аэродинамического сопротивления самолета в для поддержания скорости во время полета.

Что касается того, почему поток остается направленным вперед-назад через сердечник газотурбинного двигателя, это связано с тем, какая сторона прикладывает большую силу к воздушному потоку. Ступени компрессора предназначены для создания большей силы в воздухе, чем ступени турбины, поэтому чистое ускорение воздуха направлено к задней части двигателя. Этот вопрос более подробно охватывает тему воздушного потока через двигатель. Этот вопрос на Physics.SE также касается этой темы.

Третий закон Ньютона гласит: «Для каждой силы действия существует равная и противоположная сила противодействия». Таким образом, если выхлоп выталкивается из задней части реактивного двигателя весом 40 000 фунтов. силы, есть 40000 фунтов. силы, толкающей реактивный самолет и самолет, к которому он прикреплен, в другом направлении.

Причина его самоподдерживаемости заключается в том, что значительное количество энергии — около 75% от общего прироста энтальпии воздуха, проходящего через газовую турбину, — используется для питания компрессорной секции газового ядра. Оставшиеся 25% или около того доступной мощности либо преобразуются в скорость с помощью сопла для создания реактивной тяги (ТРД), либо для привода силовой турбины, которая приводит в движение канальный вентилятор, либо редуктора, который приводит в движение пропеллер или трансмиссию (ТРДД). , турбовинтовой, турбовальный).

Теперь этот процесс требует, чтобы ядро ​​двигателя работало на очень высокой скорости, чтобы обеспечить достаточную энергию для поддержания компрессорной секции газового ядра. Как правило, при запуске газовый сердечник должен раскручиваться электрическим или пневматическим стартером примерно до 12-20% его максимальной рабочей скорости, прежде чем во время процесса будет введено топливо. Слишком медленно, и процесс сгорания не будет поддерживаться и разгонит ядро ​​до типичной скорости холостого хода около 60%. Хуже того, это раскручивание будет отставать или задерживаться (зависание старта), что может привести к перегреву и необратимому повреждению горячей секции газотурбинного двигателя. Пилоты всегда настороженно относятся к этому и будут следить за температурой двигателя, как ястреб, когда топливо вводится во время процесса запуска. Это ахиллесова пята прочного и надежного типа силовой установки самолета.

Тепло от сжигания топлива означает, что объем выхлопных газов больше, чем объем воздуха и топлива. Поскольку работа, которую может совершить жидкость под давлением, зависит от давления и объема, работа, которую могут совершить выхлопные газы, больше, чем работа, необходимая для закачки воздуха и топлива в двигатель.

После этого становится вопросом тщательной инженерии обеспечение достаточной производительности турбины и компрессора во всем рабочем диапазоне двигателя.