Нагрузки действующие на крыло

1.2.1.3. Фильтр защитный  – Определяют ресурс работы  узлов двигателя. Задерживают  крупные частицы, размеры которых  значительно больше зазоров в  парах трения. Влияет вязкость  масла, температура масла. 

1.2.1.4. ФПШ (фильтр последнего  шанса) –определяют ресурс работы  жиклерных отверстий и подшипников.  Задерживают крупные частицы,  размеры которых значительно  больше зазоров в парах трения. Влияет вязкость масла, температура  масла. Тонкость очистки 200…300мкм. 

Фильтр тонкой очистки  – Определяет чистоту масла после  фильтрации. Устанавливается на выходе откачивающей ступени маслонасоса. Влияет вязкость масла, температура  масла(тонкость фильтрации, степень  очистки масла от включений, пропускная способность, создаваемое сопротивление) влияет на (прочность и срок службы трущихся пар (подшипник)).

Подсистема охлаждения –Определяет  ресурс работы двигателя т. к в  процессе работы трущихся пар идет выделения тепла которое влияет на расширение элементов двигателя  а следовательно и износ трущихся пар . Подподсистема охлаждения отводит  тепло которое выделяется при  работе двигателя подводя к элементам  трения охлажденное масло.

ТМТ (топливомасляный теплообменник)-Определяет комфортное температурное состояние  поверхностей трения обеспечивают подачей  к ним охлажденного в ТМТ масла. В ТМТ используется хладоресурс  топлива. Влияет давление подаваемого  в него топлива и расположение маслобака (магистраль откачки «холодный  бак»), качество масла после смазывания трущихся пар. Передает более низкую температуру топлива маслу которое  находится в полостях ТМТ.

ВМТ (воздухомасляный теплообменник) – Обеспечивает охлаждение температуры  масла. Определяет температурное состояние  масла, которое подается после охлаждения в ТМТ масла. Влияет температура, подаваемая в агрегат, количество воздуха  которое проходит через межтрубное пространство.

Воздухоотделитель - Обеспечивает отделение воздуха от масла после  цикла смазывания. Влияет на защиту трущихся пар т. к вспененное масло  плохо смазывает. Ступень откачки  масла захватывает только малую  часть масла, что влияет на эффективность  работы всей системы. Зависит о вязкости масла и частоты работы ротора который влияет на создание центробежных сил в воздухоотделителе.

Система защиты – Обеспечивает надежность и предотвращение перепадов  давления воздуха и масла которые  возникают при теплоотдаче и  движении трущихся пар, движения масла.

Предохранительный клапан - Возвращает излишки масла, обратно  на вход в насос которое вытекает при воздействии давления, которое  возникает при низкой температуре, засорении фильтра.

Сигнализатор перепада давления на фильтре – Подает сигнал при  загрязнении фильтра. Давление возникающее  в фильтре зависит от времени  работы системы и интенсивности  работы двигателя что отражается на пропускной способности фильтра.

Магнитный сигнализатор –  сигнализирует о засорении защитного  фильтра.

Датчик перепада давления между нагнетанием и откачкой – Обеспечивает регулировку ступени  нагнетании и откачки . Необходимое  большая производительность откачивающей ступени из-за захвата воздуха. Блок маслонасоса связана с приводным  валом, и работа ступеней нагнетания и откачки имеют те же самые  характеристики. Датчик перепада давления компенсирует необходимый ресурс нагнетающей  ступени.

Суфлер центробежный –  Обеспечивает регулировку давления воздуха и отводит отделенный воздух за борт. Который скапливается в масляных полостях подшипников, узлов  двигателя .

Системоразрушающие факторы: Несоблюдение предписаний по использованию  марки масел, интенсивная работа в длительные периоды (перегрев двигателя), несоблюдение режимов запуска двигателя, высокие температуры внешней  среды.

Системообразующие факторы: Замена фильтрующих элементов, профилактика агрегатов системы, следование показателям  датчиков и сигнализаторов. Обеспечение  температурного диапазона работы масла (например: подогрев, при низких температурах окружающей среды).

Многофункциональность: Система  обеспечивает кроме зашиты и смазывании трущихся пар, еще и суфлирование двигателя. Что повышает энергоресурс системы и двигателя и мощность двигателя.

ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Принцип действия и устройство ТРД

Схема работы ТРД: 
1. Забор воздуха; 
2. Компрессор низкого давления; 
3. Компрессор высокого давления; 
4. Камера сгорания; 
5. Расширение рабочего тела в турбине и сопле; 
6. Горячая зона; 
7. Турбина; 
8. Зона входа первичного воздуха в камеру сгорания; 
9. Холодная зона; 
10. Входное устройство.

В турбореактивном двигателе (ТРД) сжатие рабочего тела на входе  в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель  достигается за счёт совместного  действия встречного потока воздуха  и компрессора, размещённого в тракте ТРД сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Компрессор приводится в движение турбиной, смонтированной на одном валу с ним, и работающей на том же рабочем теле, нагретом в камере сгорания, из которого образуется реактивная струя. Во входном устройстве осуществляется рост статического давления воздуха за счёт торможения воздушного потока. В компрессоре осуществляется рост полного давления воздуха за счёт совершаемой компрессором механической работы.

Степень повышения  давления в компрессоре является одним из важнейших параметров ТРД, поскольку от него зависит эффективный КПД двигателя. Если у первых образцов ТРД (Jumo-004) этот показатель составлял 3, то у современных он достигает 40 (General Electric GE90). Для повышения газодинамической устойчивости компрессоров они выполняются двухкаскадными. Каждый из каскадов работает со своей скоростью вращения и приводится в движение своей турбиной. При этом вал 1-го каскада компрессора (низкого давления), вращаемого последней (самой низкооборотной) турбиной, проходит внутри полого вала компрессора второго каскада (высокого давления). Каскады двигателя также именуют роторами низкого и высокого давления.

Камера сгорания большинства  ТРД имеет кольцевую форму  и вал турбина-компрессор проходит внутри кольца камеры. При поступлении  в камеру сгорания воздух разделяется  на 3 потока.

Первичный воздух — поступает через фронтальные отверстия в камере сгорания, тормозится перед форсунками и принимает непосредственное участие в формировании топливно-воздушной смеси. Непосредственно участвует в сгорании топлива. Топливо-воздушная смесь в зоне сгорания топлива в ВРД по своему составу близка к стехиометрической.

Вторичный воздух — поступает через боковые отверстия в средней части стенок камеры сгорания и служит для их охлаждения путём создания потока воздуха с гораздо более низкой температурой, чем в зоне горения.

Третичный воздух — поступает через специальные воздушные каналы в выходной части стенок камеры сгорания и служит для выравнивания поля температур рабочего тела перед турбиной.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину, расширяется, приводя её в движение и отдавая ей часть своей энергии, а после неё расширяется в  сопле и истекает из него, создавая реактивную тягу.

Благодаря компрессору ТРД (в отличие от ПВРД (Прямоточный воздушно-реактивный двигатель)) может «трогать с места» и работать при низких скоростях полёта, что для двигателя самолёта является совершенно необходимым, при этом давление в тракте двигателя и расход воздуха обеспечиваются только за счёт компрессора.

При повышении скорости полёта давление в камере сгорания и расход рабочего тела растут за счёт роста  напора встречного потока воздуха, который  затормаживается во входном устройстве (так же, как в ПВРД) и поступает на вход низшего каскада компрессора под давлением более высоким, чем атмосферное, при этом повышается и тяга двигателя.

Диапазон скоростей, в  котором ТРД эффективен, смещён в  сторону меньших значений, по сравнению  с ПВРД. Агрегат «турбина-компрессор», позволяющий создавать большой  расход и высокую степень сжатия рабочего тела в области низких и  средних скоростей полёта, является препятствием на пути повышения эффективности  двигателя в зоне высоких скоростей:

• Температура, которую может выдерживать турбина, ограничена, что накладывает ограничение на количество тепловой энергии, подводимой к рабочему телу в камере сгорания, а это ведёт к уменьшению работы, производимой им при расширении.

Повышение допустимой температуры рабочего тела на входе  в турбину является одним из главных  направлений совершенствования  ТРД. Если для первых ТРД эта температура  едва достигала 1000 К, то в современных  двигателях она приближается к 2000 К. Это обеспечивается как за счёт применения особо жаропрочных материалов, из которых изготовляются лопатки  и диски турбин, так и за счёт организации их охлаждения: воздух из средних ступеней компрессора (гораздо  более холодный, чем продукты сгорания топлива) подается на турбину и проходит сквозь сложные каналы внутри турбинных  лопаток.

• Турбина поглощает часть энергии рабочего тела перед поступлением его в сопло.

В результате максимальная скорость истечения реактивной струи  у ТРД меньше, чем у ПВРД, что  ограничивает сверху диапазон скоростей, на которых ТРД эффективен, значениями 2,5—3М. На этих и более высоких  скоростях полёта торможение встречного потока воздуха создаёт степень  повышения давления, измеряемую десятками  единиц, такую же, или даже более  высокую, чем у высоконапорных компрессоров, и ещё большее сжатие становится нежелательным, так как воздух при этом нагревается, а это ограничивает количество тепла, которое можно сообщить ему в камере сгорания. Таким образом, на высоких скоростях полёта (при M>3) агрегат турбина-компрессор становится бесполезным, и даже контрпродуктивным, поскольку только создаёт дополнительное сопротивление в тракте двигателя, и в этих условиях более эффективными становятся прямоточные воздушно-реактивные двигатели.

Хотя в ТРД имеет  место избыток кислорода в  камере сгорания, этот резерв мощности не удаётся реализовать напрямую — увеличением расхода горючего в камере — из-за ограничения температуры рабочего тела, поступающего на турбину. Этот резерв используется в двигателях, оборудованных форсажной камерой, расположенной между турбиной и соплом. В режиме форсажа в этой камере сжигается дополнительное количество горючего, внутренняя энергия рабочего тела перед расширением в сопле повышается, в результате чего скорость его истечения возрастает, и тяга двигателя увеличивается, в некоторых случаях, более, чем в 1,5 раза, что используется боевыми самолётами при полетах на высоких скоростях. При форсаже значительно повышается расход топлива, ТРД с форсажной камерой практически не нашли применения в коммерческой авиации, за исключением самолетов Ту-144 и Конкорд, полеты которых уже прекратились.

В 60-х годах XX века в США  был создан гибридный ТРД / ПВРД Pratt & Whitney J58, использовавшийся на стратегическом разведчике SR-71 Blackbird. До скорости М=2,4 он работал как ТРД с форсажем, а на более высоких скоростях  открывались каналы, по которым воздух из входного устройства поступал в  форсажную камеру, минуя компрессор, камеру сгорания и турбину, подача топлива  в форсажную камеру увеличивалась, и она начинала работать, как ПВРД. Такая схема работы позволяла  расширить скоростной диапазон эффективной  работы двигателя до М=3,2. В то же время двигатель уступал по весовым  характеристикам как ТРД, так  и ПВРД, и широкого распространения  этот опыт не получил.

ТРД самолетов летающих на сверхзвуковых скоростях оборудуются  так называемыми регулируемыми соплами. Эти сопла состоят из продольных элементов, называемых створками, подвижных относительно друг друга и приводимых в движение специальным приводом, позволяющим по команде пилота или автоматической системы управления двигателем изменять геометрию сопла. При этом изменяются размеры критического (самого узкого) и выходного сечений сопла, что позволяет оптимизировать работу двигателя при полётах на разных скоростях.

Область применения ТРД

ТРД наиболее активно развивались  в качестве двигателей для всевозможных военных и коммерческих самолетов  до 70-80-х годов XX века. В настоящее  время ТРД потеряли значительную часть своей ниши в авиастроении, будучи вытесненными более экономичными двухконтурными ТРД (ТРДД).

Двухконтурный турбореактивный  двигатель

Схема ТРДД с малой степенью двухконтурности. 
1 — Вентилятор. 
2 — Компрессор низкого давления. 
3 — Компрессор высокого давления. 
4 — Камера сгорания. 
5 — Турбина высокого давления. 
6 — Турбина низкого давления. 
7 — Сопло. 
8 — Вал ротора высокого давления. 
9 — Вал ротора низкого давления.

На основе исследований, проводившихся с 1937, А. М. Люлька представил заявку на изобретение двухконтурного турбореактивного двигателя (авторское свидетельство вручили 22 апреля 1941 года). В основу двухконтурных ТРД (далее — ТРДД), в англоязычной литературе — Turbofan, положен принцип присоединения к ТРД дополнительной массы воздуха, проходящей через внешний контур двигателя, позволяющий получать двигатели с более высоким полетным КПД, по сравнению с обычными ТРД.

Пройдя через входное  устройство, воздух попадает в компрессор низкого давления, именуемый вентилятором. После вентилятора воздух разделяется  на 2 потока. Часть воздуха попадает во внешний контур и, минуя камеру сгорания, формирует реактивную струю  в сопле. Другая часть воздуха  проходит сквозь внутренний контур, полностью  идентичный с ТРД, о котором говорилось выше, с той разницей, что последние  ступени турбины в ТРДД являются приводом вентилятора.