Как обрабатываются перепады температур в реактивном двигателе?

1. Камера сгорания

Температура здесь обычно регулируется за счет конструкции формы камеры, в частности, места, где происходит горение, в зависимости от воздушного потока.

^{Источник изображения}

На изображении выше видно, что топливопровод (2) заканчивается форсункой. Форсунка превращает топливо в мельчайшие капли, увеличивая площадь поверхности и ускоряя процесс сгорания.

Обозначены (6) вместо основных воздушных отверстий: холодный воздух, выходящий из компрессора (с левой стороны), поступает в камеру под высоким давлением через эти отверстия. Обратите внимание, что отверстия распределены по кольцевой схеме: воздух под высоким давлением будет поступать со всех сторон камеры.

• В результате пламя не будет напрямую касаться стенок камеры, мы тогда избавились от кондуктивной передачи тепла.

• С конвекцией проблем нет: холодный воздух продолжает поступать, а горячий воздух поступает в турбину.

• Радиационная теплопередача может быть проблемой, но поступающий новый воздух будет охлаждать стены за счет теплопроводности.

Таким образом, двигатель может работать без расплавления камеры сгорания. Обратите внимание, что использование определенных материалов значительно улучшает условия, поскольку можно допускать более высокие температуры и, таким образом, достигать более высокой эффективности.

2. Воздушное охлаждение турбины

Воздух обычно отбирается из ступени компрессора, обычно ступени высокого давления, аналогично тому, как это делается для воздуха, используемого для пассажирского салона.

3. Термические напряжения

а. В ближайщем будущем

Во время полета лопасти нагреваются при включении двигателя и остывают в конце полета. Промежуточные колебания нагрузки не оказывают существенного влияния.

Даже начальный нагрев и окончательное охлаждение не представляют существенной проблемы. Единственный эффект, который необходимо учитывать, это то, что вращающиеся горячие лопасти станут немного длиннее: с противоположной неподвижной стороны помещается специальный материал, чтобы зазор был минимальным во время работы и потери из-за обтекания лопастей воздухом (вместо между ними) уменьшаются.

б. Продолжительный

Наиболее проблематичным аспектом здесь является так называемая «ползучесть»: лезвия после длительного использования будут иметь тенденцию к изменению формы, потому что они имеют тенденцию быть более гибкими при высоких температурах, именно тогда, когда они находятся под высокой растягивающей нагрузкой. Это становится проблемой в течение всего срока службы двигателя, а не во время одного полета.

Чтобы смягчить эту проблему, лезвия в настоящее время изготавливаются в виде монокристаллов: каждое лезвие представляет собой цельный блок металла, а не состоит из множества крошечных кристаллов, как металлические инструменты, которыми мы пользуемся каждый день. Это связано с тем, что при растягивающей нагрузке каждый из кристаллов может скользить по соседним (и этому способствуют высокие температуры), изменяя форму лезвия. Чтобы визуализировать это, представьте себе резиновую ленту, которая не принимает свою первоначальную форму.

Наличие монокристалла предотвращает это скольжение, придавая лезвию большую прочность.