Являются ли самые быстро движущиеся части реактивного двигателя сверхзвуковыми?

Реактивный двигатель состоит из быстро движущихся частей. Эти части движутся в воздушной массе, отличной от окружающей воздушной массы, в которой летит самолет.

Части турбины вращаются довольно быстро, поэтому концы ее лопастей могут двигаться со сверхзвуковой скоростью. Но воздушная масса также может вращаться, изменяя скорость лопастей в воздушной массе. Более того, температура воздуха на этом этапе может изменить скорость звука .

Первая ступень компрессора вращается при очень знакомой температуре и давлении воздуха, поэтому может быть легче определить, движутся ли кончики лопастей компрессора быстрее скорости звука. Но давление (и, следовательно, температура) неодинаковы до и после каждой ступени компрессора. Может быть трудно определить скорость звука для этой воздушной массы, проходящей через компрессор.

Учитывая, что воздушная масса внутри реактивного двигателя отличается от окружающей воздушной массы, есть ли какой-либо движущийся элемент внутри реактивного двигателя, скорость которого (система отсчета: воздушная масса, в которой он движется) больше скорости звука?

Ответы (2)

Да, кончики лопастей вентилятора.

Давайте рассмотрим пример: GE-90 имеет диаметр вентилятора 3124 мм и максимальную скорость вращения 2475 об/мин. Их окружная скорость составляет d·π·41,25 = 405 м/с или 1,19 Маха на уровне моря и в атмосфере ISO. Теперь вам нужно добавить скорость потока воздуха, но одного этого расчета должно быть достаточно, чтобы доказать это.

Внутренняя часть вентилятора и все ступени компрессора, относящиеся к основному двигателю, испытывают поток с дозвуковой скоростью, даже если весь двигатель летит со сверхзвуковой скоростью (см. рисунок ниже). Чтобы сделать зажигание как можно более полным, скорость потока постоянно уменьшается по мере приближения к топливным форсункам. Поскольку воздух нагревается в камере сгорания, более горячий газ имеет более высокую скорость звука, и весь поток через турбину также является дозвуковым. К ним относится турбина низкого давления. Даже 1600 футов/с, показанные ниже на турбине, являются дозвуковыми, потому что при 1100°C скорость звука в воздухе составляет 720 м/с или 2362 фута/с.

Параметры реактивного двигателя

Обзор параметров типичного реактивного двигателя.

Только в задней части сужающегося-расширяющегося сопла с включенным подогревом снова достигается сверхзвуковое течение. Это как раз позади самого узкого участка, называемого горлом, где скорость воздуха равна скорости звука, а лепестки сопла здесь - единственные движущиеся части. И двигаются они довольно медленно.

Означает ли это, что каждый раз, когда вы включаете двигатель, раздается звуковой удар? Если да, то почему мы этого не слышим? Он просто маленький/приглушенный всем остальным?
@DavidGrinberg: Сочетание этого ответа и этого ответа должно помочь: да, эти советы создают много шума, но кожух двигателя помогает управлять им.
@DavidGrinberg Имейте в виду, что звуковой удар не возникает при переходе от дозвукового к сверхзвуковому («преодолению звукового барьера»), а представляет собой непрерывную ударную волну, создаваемую объектами, движущимися со скоростью, превышающей скорость звука. Это громкое жужжание, которое вы слышите при взлете некоторых реактивных лайнеров.
Я просто хотел добавить, что поток через сопла (лопасти) турбины высокого давления (HPT) 1-й ступени обычно засорен (т. е. число Маха = 1). Конечно, это только поток воздуха, а не движущиеся части. Одна вещь, которая сделала бы диаграмму лучше, это если бы она показывала линию M=1 по всему двигателю, поскольку скорость звука пропорциональна температуре, скорость звука намного выше в HPT, чем на стандартном уровне моря.
Только что заметил, что ваше изображение может использовать некоторую атрибуцию, если вы помните, откуда оно взялось. (Прошло всего около 8 месяцев...)
@FreeMan: Я знаю - у меня он немного длиннее, и я не вел записи, откуда он взялся.
На странице вики, на которую вы ссылаетесь, указан диаметр вентилятора 3,1 м и 2261,5 об/мин. Это соответствует 367 м/с, или М = 1,07.
@Koyovis: Спасибо, что указали на это! Я использовал цифры из отчета Стэнфорда, но неправильно истолковал максимальное число оборотов в минуту. Исправлено, но с чуть более высоким результатом. Максимально допустимая скорость на несколько процентных пунктов выше 100%, что, вероятно, и использует Википедия.

В турбовентиляторном двигателе наиболее быстро движущимися частями обычно являются наконечники перепускных вентиляторов. Это связано с тем, что при одинаковых скоростях вращения внешние наконечники находятся на большем расстоянии и имеют более высокие линейные скорости. В некоторых двигателях законцовки достигают сверхзвуковых скоростей, обычно в условиях большой тяги. Это причина наличия стреловидной лопасти (как и стреловидного крыла) в ТРДД с большой степенью двухконтурности.

Стреловидный вентилятор

Источник: sheffield.ac.uk

В случае лопаток турбины (и в меньшей степени компрессоров) локальная температура высокая (из-за сгорания и сжатия); это увеличивает скорость звука (поскольку она пропорциональна Т для идеального газа). Благодаря этому эффекту местное течение является дозвуковым. Кроме того, размер лопастей очень мал по сравнению с байпасным вентилятором.

Следующая часть, где поток становится сверхзвуковым, - это расширяющаяся часть сужающегося-расширяющегося сопла, используемого в военных реактивных самолетах (обратите внимание, что здесь нет движущихся частей).

Возможно, концы лопастей байпасного вентилятора самые быстрые, но ваш ответ не дает подтверждающих доказательств. Если N1 значительно ниже N2, концы других лопастей могут выходить за концы лопастей байпасного вентилятора.
Являются ли самые быстро движущиеся части реактивного двигателя сверхзвуковыми?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v