Что такое газотурбинный двигатель?

Определение и принцип работы газотурбинного двигателя

Кафедра теории авиационных двигателей готовит инженеров, способных проектировать, изготавливать, эксплуатировать, а также исследовать и совершенствовать газотурбинные двигатели.

Что такое газотурбинный двигатель? Как он работает?

В наши дни, практически на всех самолетах установлены газотурбинные двигатели (сокращенно ГТД).

Однако, несмотря на то, что популярность авиаперелетов достаточно высока, мало кто представляет себе как работает тот, создающий много шума, объект, который установлен на крыле того или иного самолета.

Кратко о том, как работает газотурбинный двигатель.

Газотурбинный двигатель, как и поршневой, относится к двигателям внутреннего сгорания.

В этих двигателях происходит переход химической энергии топлива в тепловую энергию, путем сжигания, а затем – в полезную, механическую.

Процессы перехода одной энергии в другую в поршневом двигателе и в ГТД несколько отличаются.

Цикл работы обоих двигателей включает такие основные процессы: забор, сжатие, сгорание, расширение, выхлоп.

Сначала в двигатель поступает воздух из атмосферы, далее он сжимается и в него впрыскивается топливо (например, керосин), после чего смесь воспламеняется, далее продукты сгорания расширяются, и затем уходят в атмосферу. Из всех этих пяти этапов выдает энергию лишь процесс расширения, все остальные необходимы для выполнения этого действия.

В чем же разница между ГТД и поршневым двигателем? В ГТД все эти процессы происходят постоянно и одновременно, но в разных элементах двигателя, а в поршневом – в одном месте, но в разный момент времени и по очереди. Чем больше степень сжатия воздуха, тем большую энергию можно получить при сгорании. На сегодняшний день созданы газотурбинные двигатели, у которых степень повышения давления воздуха уже достигла порядка 40 к 1, т. е. в процессе прохода через двигатель воздух уменьшается в объеме, а соответственно увеличивает свое давление в 40 раз. В самых современных поршневых двигателях этот показатель не превышает 9 к 1. Газотурбинный двигатель имеет большую удельную мощность, т.е. при равном весе и размерах ГТД более мощный, и при этом имеет более высокий КПД.

Эти качества и определили широкое использование ГТД в гражданской и военной авиации, на военно-морских, торговых и пассажирских судах, в газотранспортной отрасли и энергетике.

Немного о конструкции ГТД.

Ниже представлена упрощенная конструкция ГТД.

  • Под номером 1 изображен воздухозаборник, который осуществляет забор воздух из атмосферы.
  • Под номером 2 расположен компрессор. В этом узле происходит сжатие воздуха до требуемого давления.
  • Под номером 3 изображена камера сгорания. В ней сжатый воздух смешивается с топливом, а затем воспламеняется.
  • Под номером 4 располагается турбина. В ней происходит процесс расширения. Она забирает энергию от газов, идущих из камеры сгорания. Турбина и компрессор соединяются между собой валом. Турбина приводит компрессор в движение.
  • Под номером 5 изображено выходное устройство (сопло), которое предназначено для отвода отработанных газов в атмосферу.

Таким образом, ГТД работает по замкнутому циклу. Воздух входит в двигатель, сжимается, смешивается с топливом, воспламеняется, направляется на турбину, которая забирает часть мощности газов для вращения компрессора, а оставшаяся часть идет на создание мощности или тяги двигателя.

Принцып работы газотурбинного двигателя.