Авиация в последние десятилетия сделала огромный шаг вперед, и сердце любого самолета — это газотурбинный двигатель. Но что стоит за этой высокотехнологичной машиной? Давайте разберемся, как именно работает этот механизм.
Рабочее тело и его особенности
В газотурбинном двигателе воздух становится основным рабочим телом, которое под воздействием высоких температур и давления приводит в движение турбину. Воздух, попадая в компрессор, сжимается до очень высокого давления, иногда достигая 50 атмосфер. Этот процесс определяет конструкцию компрессора: количество и размер его ступеней выбраны так, чтобы обеспечить максимально эффективное сжатие.
Процесс сгорания и его роль
После прохода через компрессор сжатый воздух делится на два потока. Первый поток, под высоким давлением, поступает в камеру сгорания, где смешивается с топливом и воспламеняется. Этот процесс создает поток высокотемпературного газа, который затем воздействует на лопатки турбины, обеспечивая её вращение.
Вторичный поток воздуха поступает в камеру сгорания через специальные отверстия, образуя защитную охлаждающую прослойку между стенками камеры и горячими газами. Это позволяет поддержать оптимальную температуру и избежать повреждений от экстремальных температур, достигающих 2400-2600 градусов Кельвина, при этом температура стенок остаётся на уровне 1020-1220 градусов Кельвина.
Турбина и её охлаждение
В современных авиационных двигателях используются осевые газовые турбины, которые преобразуют внутреннюю энергию газа в механическую работу. Лопатки турбины подвергаются критическим условиям: высокую температуру газов до 2000 градусов и огромные центробежные силы. Для их защиты применяются жаростойкие сплавы и сложные системы охлаждения.
Как правило, воздух из компрессора используется не только для сжигания топлива, но и для охлаждения лопаток турбины. Он поступает в специальные каналы внутри лопаток, где охлаждает их перед выходом на поверхность через перфорации. Таким образом создается защитная пленка, которая препятствует перегреву и сохраняет работоспособность турбины.