Що таке газотурбіний двигун?

Визначення та принцип роботи
газотурбінного двигуна

Кафедра теорії авіаційних двигунів готує інженерів, здатних проектувати, виготовляти, експлуатувати, а також дослідити і вдосконалювати газотурбінні двигуни.

Що таке газотурбінний двигун? Як він працює?

У наші дні, практично на всіх літаках встановлені газотурбінні двигуни (скорочено ГТД).

Однак, незважаючи на те, що популярність авіаперельотів досить висока, мало хто уявляє собі як працює той, що створює багато шуму, об'єкт, який встановлений на крилі того чи іншого літака.

Коротко про те, як працює газотурбінний двигун.

Газотурбінний двигун, як і поршневий, відноситься до двигунів внутрішнього згоряння.

У цих двигунах відбувається перехід хімічної енергії палива в теплову енергію, шляхом спалювання, а потім – в корисну, механічну.

Процеси переходу однієї енергії в іншу в поршневому двигуні і в ГТД дещо відрізняються.

Цикл роботи обох двигунів включає такі основні процеси: забір, стиснення, згорання, розширення, вихлоп.

Спочатку в двигун надходить повітря з атмосфери, далі він стискається і в нього впорскується паливо (наприклад, гас), після чого суміш запалюється, далі продукти згоряння розширюються, і потім йдуть в атмосферу. З усіх цих п'яти етапів видає енергію лише процес розширення, все решта необхідні для виконання цієї дії.

У чому ж різниця між ГТД і поршневим двигуном? У ГТД всі ці процеси відбуваються постійно і одночасно, але в різних елементах двигуна, а в поршневому – в одному місці, але в різний момент часу і по черзі. Чим більше ступінь стиснення повітря, тим більшу енергію можна отримати при згоранні. На сьогоднішній день створені газотурбінні двигуни, у яких ступінь підвищення тиску повітря вже досягла близько 40 до 1, тобто в процесі проходу через двигун повітря зменшується в об'ємі, а відповідно збільшує свій тиск в 40 раз. У найсучасніших поршневих двигунах цей показник не перевищує 9 до 1. Газотурбінний двигун має велику питому потужність, тобто при рівній вазі і розмірах ГТД більш потужний, і при цьому має більш високий ККД.

Ці якості і визначили широке використання ГТД в цивільної та військовій авіації, на військово-морських, торгових та пасажирських суднах, в газотранспортній галузі та енергетиці.

Дещо про конструкцію ГТД.

Нижче представлена спрощена конструкція ГТД.

  • Під номером 1 зображений повітрязабірник, який здійснює забір повітря з атмосфери.
  • Під номером 2 розташований компресор. У цьому вузлі відбувається стиснення повітря до необхідного тиску.
  • Під номером 3 зображена камера згоряння. У ній стиснене повітря змішується з паливом, а потім запалюється.
  • Під номером 4 розташовується турбіна. У ній відбувається процес розширення. Вона забирає енергію від газів, що йдуть з камери згоряння. Турбіна та компресор з'єднуються між собою валом. Турбіна зумовлює рух компресора.
  • Під номером 5 зображено вихідний пристрій (сопло), який призначен для відводу відпрацьованих газів в атмосферу.

Таким чином, ГТД працює по замкнутому циклу. Повітря входить в двигун, стискається, змішується з паливом, запалюється, направляється на турбіну, яка забирає частину потужності газів для обертання компресора, а решта йде на створення потужності або тяги двигуна.

Принцип роботи газотурбінного двигуна.