Текст книги "Воздушно-реактивные двигатели"

Автор книги: Карл Гильзин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 11 страниц)

Итак, мы познакомились с чувствительным элементом (датчиком) регулятора (обычно такой регулятор называется барометрическим).

Но как с помощью этого датчика барометрический регулятор поддерживает постоянство режима работы двигателя при изменении условий полета?

Пусть, например, скорость полета немного увеличилась или высота полета уменьшилась. В обоих этих случаях плотность воздуха, поступающего в двигатель, возрастает и, следовательно, увеличивается вес воздуха, протекающего через двигатель. Если количество топлива, сгорающего в камерах сгорания двигателя, остается при этом постоянным, то соотношение между воздухом и топливом изменится – топливо воздушная смесь будет беднее топливом. Вследствие этого число оборотов двигателя уже не останется прежним, оно уменьшится. Чтобы восстановить заданное число оборотов, нужно «обогатить» смесь, т. е. увеличить подачу топлива. Вот эту функцию изменения количества топлива, подаваемого насосом в камеры сгорания, и осуществляет регулятор.

Иногда это делается путем перепуска топлива. В этом случае обыкновенный шестеренчатый топливный насос, подающий топливо к форсункам камер сгорания, подает его больше, чем нужно. Избыток топлива перепускается либо обратно в топливный бак, либо во всасывающую магистраль насоса. Барометрический регулятор управляет количеством этого перепускаемого топлива, так что к форсункам поступает только строго необходимое количество топлива в зависимости от условий полета.

Но иногда для этой цели применяется специальный плунжерный топливный насос переменной производительности. Барометрический регулятор изменяет подачу этого насоса так, что к форсункам поступает только необходимое количество топлива. Такая система регулирования нашла применение и на некоторых отечественных турбореактивных двигателях, в частности на двигателе РД-500.

Внутри плунжерного топливного насоса вращается на подшипниках ротор, в котором имеется несколько цилиндрических отверстий, просверленных под углом к его оси (рис. 30). В этих отверстиях перемещаются плунжеры – стальные цилиндрические поршеньки. Плунжеры прижимаются пружинами, заложенными в каждое отверстие ротора, к неподвижной, так называемой «косой шайбе». Это название шайба получила потому, что ее ось наклонена под некоторым углом к оси ротора. Ротор насоса получает вращение от двигателя при помощи шестеренчатой передачи. При этом плунжеры совершают поступательно-возвратное движение в своих гнездах – отверстиях ротора, засасывая и нагнетая топливо. Для изменения величины подачи топлива достаточно лишь изменить угол наклона «косой шайбы», что и осуществляется при помощи барометрического регулятора. При увеличении угла наклона «косой шайбы» подача топлива увеличивается, при уменьшении – уменьшается.

Барометрический регулятор имеет две камеры (рис. 31). Одна из этих камер анероидная, в ней заключен упоминавшийся выше анероид, являющийся «чувствительным» элементом регулятора. Другая камера регулятора, называющаяся клапанной, герметически изолирована от анероидной камеры упругой мембраной из фосфористой бронзы и заполнена топливом, на котором работает двигатель. В дне этой камеры имеются два отверстия – по одному из них (отверстие 3)топливо подводится в камеру, по другому (отверстие 1)—отводится из камеры во всасывающую магистраль топливного насоса. Отверстие 1всегда открыто полностью, тогда как отверстие 3частично перекрыто клапаном, связанным с рычагом, укрепленным на мембране, которая разделяет обе камеры регулятора. Один конец рычага опирается на анероид, другой может перемещаться в клапанной камере. Когда один конец рычага поднимается, то другой, естественно, опускается, так как рычаг поворачивается вокруг точки опоры на мембране. Значит, когда анероид по какой-либо причине сжимается, например, при уменьшении высоты или увеличении скорости полета, то опирающийся на него конец рычага поднимается. Противоположный конец рычага, расположенный в клапанной камере регулятора, опускается, уменьшая отверстие для входа топлива в эту камеру, что и используется для изменения производительности насоса.

Рис. 30. Схематический разрез и конструкция топливного насоса переменной производительности для подачи топлива в камеры сгорания турбореактивного двигателя РД-500

Рис. 31. Барометрический регулятор турбореактивного двигателя РД-500:

а —разрез; б– схема гидравлических связей с топливным насосом; в– конструкция

В корпусе насоса имеется цилиндрическая полость, в которой находится поршень с пружиной. Это – сервомеханизм, служащий для поворота «косой шайбы». Дело в том, что усилие, необходимое для поворота «косой шайбы», так велико, что создать его сразу в регуляторе оказывается невозможным. Для этой цели служит особый исполнительный элемент – сервомеханизм, поршень которого связан тягой с «косой шайбой». Когда поршень под действием пружины выдвигается из полости, в которой он находится, то угол наклона «косой шайбы» увеличивается, в результате чего производительность насоса растет.

Топливо, заполняющее полость сервомеханизма, вытекает из нее по трубке 3(см. рис. 31,б) в клапанную камеру регулятора. Обе полости сервонасоса соединены между собой обводным каналом с находящимся в нем калиброванным отверстием – жиклером. Если давление топлива, протекающего через этот жиклер, уменьшится по какой-либо причине, то силы, действующие на поршень слева и справа, окажутся неодинаковыми. Избыточное давление на поршень при этом уравновесится пружиной, создающей необходимую добавочную силу.

Стоит анероиду регулятора слегка сжаться, что происходит при незначительном увеличении скорости или уменьшении высоты полета, как тотчас же клапан прикроет отверстие 3и выход топлива из полости сервомеханизма уменьшится. Давление топлива в полости, в которой находится пружина, при этом немедленно возрастет и суммарное давление топлива и пружины превысит давление топлива на противоположную сторону поршня. Поршень выдвинется из полости, наклон «косой шайбы» увеличится, а следовательно, увеличится и производительность насоса: в камеры сгорания будет подаваться больше топлива.

Так регулятор поддерживает нужный состав топливовоздушной смеси, сгорающей в двигателе, чтобы сохранить постоянным его число оборотов (рис. 32).

Но барометрический регулятор выполняет не только эту одну функцию. Он обеспечивает более надежную работу двигателя, являясь в то же время предохранительным устройством, ограничивающим давление топлива в нагнетающей магистрали насоса. Необходимость в таком устройстве очевидна. Нормальное давление топлива, подводимого от насоса к топливным форсункам, обычно составляет несколько десятков атмосфер. На это давление и рассчитываются топливные трубопроводы. Но представьте себе, что по какой-либо причине, например из-за загрязнения, произойдет местное сужение проходного сечения трубопровода. Плунжерный насос будет проталкивать через суженное отверстие прежнее количество топлива, что приведет к резкому увеличению давления топлива в трубопроводе перед сужением. В результате этого трубопровод может лопнуть, что может повлечь за собой пожар на самолете. Чтобы давление топлива в трубопроводе не превосходило некоторой максимально допустимой величины, нужно уменьшить производительность насоса, как только давление достигнет этого предела. Эту функцию и выполняет барометрический регулятор. Если давление топлива, подаваемого насосом, превысит допустимый предел, немедленно прогнется мембрана 4(рис. 33), изготовленная из упругой резины и помещенная в дне клапанной камеры регулятора. К этой мембране топливо подводится по особой трубке (трубка 2на рис. 31,б). Прогнувшись, мембрана надавит на поршенек и поднимет иглу, упирающуюся в рычаг, расположенный в клапанной камере. Приподнявшись, рычаг увеличит выход топлива в клапанную камеру регулятора из полости сервомеханизма топливного насоса, как это происходит, например, при увеличении высоты полета.

Рис. 32. Так система регулирования турбореактивного двигателя РД-500 сохраняет постоянство числа оборотов при изменении высоты полета

Пусть высота полета увеличится. Тогда: анероид 1– расширится; рычаг 2– приподнимется, в клапанную коробку регулятора через отверстие 3станет поступать больше топлива из полости сервомеханизма насоса, давление в полости 4сервомеханизма насоса уменьшится; поршень 5 сервомеханизма передвинется вправо; угол наклона «косой шайбы» 6уменьшится. В результате этого подача топлива в камеры сгорания уменьшится, вследствие чего число оборотов двигателя, которое с увеличением высоты полета растет из-за увеличения температуры газов, упадет до первоначального значения

В результате этого поршень сервомеханизма переместится в сторону пружины (на рис. 33 – вправо) и угол наклона «косой шайбы» уменьшится. Следовательно, уменьшится и производительность насоса, и давление топлива в трубопроводе упадет до установленного предела.

Рис. 33. Схема, иллюстрирующая, как система регулирования турбореактивного двигателя РД-500 предохраняет топливные трубопроводы от разрыва

Пусть в топливоподающем трубопроводе образовалось местное сужение 1, например, из-за отложений грязи; тогда повысится давление перед сужением в трубопроводе 2,повысится давление и в трубопроводе 3; повышенное давление передастся на мембрану 4;рычаг 5приподнимется; в клапанную камеру регулятора через отверстие 6 станет поступать больше топлива из полости сервомеханизма насоса; давление в полости 7 сервомеханизма насоса уменьшится; поршень 8 сервомеханизма передвинется вправо; угол наклона «косой шайбы» 9уменьшится, в результате чего подача топлива насосом уменьшится и давление в трубопроводах понизится до нормальной величины

Другое важное предохранительное устройство системы регулирования расположено в самом насосе. Оно исключает возможность «разноса» двигателя, т. е. превышения максимально допустимого числа оборотов его ротора. В некоторых типах турбореактивных двигателей основным элементом системы регулирования является центробежный регулятор, подобный применяющимся в паровых турбинах и других стационарных двигателях. Этот регулятор поддерживает постоянство числа оборотов двигателя, которое установлено летчиком. Как только число оборотов, например, возрастет, регулятор уменьшит подачу топлива до такой величины, пока число оборотов не снизится до заданного. В этом случае ограничение максимального числа оборотов не представляет трудности.

Иначе обстоит дело в описанной выше системе регулирования, которая реагирует лишь на внешние условия и не имеет центробежного регулятора. Если не предусмотреть в этой системе специального ограничителя максимальных оборотов двигателя, то не исключена возможность его «разноса».

Такой ограничитель оборотов и установлен в плунжерном насосе. Он представляет собой тоже центробежный регулятор, но только упрощенный, рассчитанный на одно определенное число оборотов – максимально допустимое. Этот регулятор не механический (он не имеет центробежных грузиков), а гидравлический. Как же он работает? Для того чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к схеме плунжерного насоса, показанной на рис. 34.

В роторе насоса высверлены радиальные отверстия, соединенные со всасывающей магистралью насоса. При работе насоса через эти отверстия вытесняется топливо под давлением, которое создается центробежной силой, возникающей в результате вращения ротора. Чем больше число оборотов насоса, тем больше центробежная сила и, значит, больше давление топлива, заполняющего полость насоса, в которой вращается ротор. Это давление является, таким образом, мерилом числа оборотов двигателя и используется для его ограничения. Для этой цели в верхней части насоса, в его крышке, установлена упругая перегородка – мембрана 3. С обеих сторон, сверху и снизу, на эту мембрану давит топливо. Но снизу давление топлива равно давлению на всасывании у насоса, а сверху оно больше, так как равно давлению в полости ротора, и создается, как указывалось выше, центробежной силой, возникающей при вращении ротора.

Чем больше число оборотов двигателя, тем больше разность давлений, пока, наконец, она не становится столь большой, что мембрана прогибается, нажимая на установленный под ней рычаг.

Рис. 34. Схема, иллюстрирующая, как система регулирования турбореактивного двигателя РД-500 предохраняет двигатель от «разноса», т. е. от превышения максимально допустимого числа оборотов

Пусть число оборотов двигателя увеличится; увеличение числа оборотов двигателя через хвостовик 1передается ротору топливного насоса; центробежная сила топлива, вытекающего из отверстий в роторе насоса, увеличится, вследствие чего давление внутри насоса (позиция 2)возрастет; под действием повышенного давления внутри насоса прогнется мембрана 3, рычаг повернется и топливо начнет вытекать через отверстие 5 из полости 6сервомеханизма насоса обратно на всасывание; давление в полости 6 сервомеханизма насоса уменьшится и поршень 7 сервомеханизма передвинется вправо; угол наклона «косой шайбы» 8уменьшится, в результате чего подача топлива по трубопроводу 9в камеры сгорания снизится до допустимой величины

Этот рычаг поворачивается вокруг своей опоры и открывает выход топлива из полости сервомеханизма насоса. Результат получается таким же, как и при увеличении высоты или уменьшении скорости полета: угол наклона «косой шайбы» уменьшается до тех пор, пока число оборотов не становится равным максимально допустимому. Чтобы можно было установить этот ограничитель на нужное максимальное число оборотов, сверху в крышке насоса имеется регулирующий винт, который сжимает пружину, воздействующую на мембрану ограничителя. Чем сильнее затянута пружина, тем меньше максимальное число оборотов двигателя, поддерживаемое ограничителем.

На рис. 35 показана общая принципиальная схема топливной системы и системы регулирования двигателя РД-500, а на рис. 36 – расположение основных агрегатов этих систем на двигателе.

Рассказ о конструкции современных турбореактивных двигателей не ограничивается, конечно, двумя приведенными примерами – его можно было бы продолжить. Эти двигатели имеют много сложных устройств и систем, обеспечивающих высокую надежность и эффективность работы двигателя.

Можно было бы рассказать, например, о различных пусковых системах, обеспечивающих быстрый и надежный запуск двигателя как на земле, так и в условиях полета вплоть до самых больших высот.

О сложности проблемы запуска современных мощных турбореактивных двигателей можно судить хотя бы по тому, что на них устанавливаются стартеры, мощность которых иной раз составляет сотни лошадиных сил. Стартер приходится устанавливать на двигателе потому, что турбина двигателя способна самостоятельно приводить во вращение компрессор только при уже достаточно большом числе оборотов. Поэтому при запуске вал двигателя приходится прокручивать с помощью стартера.

В качестве стартеров на турбореактивных двигателях применяются электродвигатели, поршневые двигатели внутреннего сгорания, подобные мотоциклетным, небольшие вспомогательные газотурбинные двигатели (один газотурбинный двигатель применяется для запуска другого), специальные пороховые пиропатроны и другие устройства.

Рис. 35. Общая схема топливной системы турбореактивного двигателя РД-500

Не менее сложной является также система электрического зажигания рабочей смеси при запуске двигателя.

Чтобы воспламенить холодную, плохо приготовленную (это неизбежно при запуске) топливовоздушную смесь, в особенности на большой высоте, где воздух разрежен, нужны очень мощные запальные устройства. Энергия электрической искры, получающейся в запальных свечах турбореактивных двигателей, должна быть больше, чем, например, энергия искры в свечах поршневых авиационных двигателей. Непрерывно изыскиваются новые способы обеспечения надежного воспламенения топлива при запуске турбореактивного двигателя. В некоторых двигателях пропускают, например, через искровой промежуток запальных свечей, установленных в камере сгорания, не один, как обычно, а два электрических разряда, один вслед за другим. Первый высокочастотный разряд как бы «подготавливает» второму путь в топливовоздушной смеси, заполняющей искровой промежуток свечи, вызывая образование в ней большого числа электрически заряженных частиц – ионов. Второй мощный разряд идет по этому наэлектризованному каналу и воспламеняет смесь. Применяют и так называемые свечи поверхностного разряда, в которых между электродами заключен специальный полупроводниковый материал. Этот материал вызывает при разряде резкое снижение электрического сопротивления газа между электродами и способствует образованию другого, рабочего разряда, воспламеняющего смесь при сравнительно низком напряжении. Эти свечи обеспечивают надежный запуск в самых трудных условиях.

Рис. 36. Расположение основных агрегатов топливной системы на двигателе РД-500

Немало хлопот доставляет конструкторам и эксплуатационникам защита двигателя от попадания в него посторонних предметов, которые могут оказаться в засасываемом в двигатель воздухе. В особенности это важно для двигателей с осевым компрессором. Сравнительно прочная крыльчатка центробежного компрессора значительно меньше повреждается, например, мелкими камешками или песком, попадающими в воздушный тракт двигателя при работе на стоянке или при рулении самолета. Перегруженные же лопатки осевого компрессора разрушаются даже при легком ударе.

Самым простым решением этой проблемы была бы установка на входе в двигатель достаточно густой защитной проволочной сетки. Но такая сетка вызывает дополнительное гидравлическое сопротивление засасываемому воздуху, что приводит к уменьшению развиваемой двигателем тяги. Это тем более неприемлемо, что сетка нужна только при работе двигателя на земле, тягу же она уменьшает в течение всей работы двигателя. Кроме того, сетка, как выяснилось, подвергается в полете обледенению, вследствие чего гидравлическое сопротивление поступающему в двигатель воздуху увеличивается еще более; сильное обледенение может вызвать даже аварию двигателя. Поэтому конструкторам приходится разрабатывать сложные устройства с автоматически убирающимися в полете защитными сетками.

Следует заметить, что автоматическая уборка в полете защитных сеток не является одновременно и решением проблемы борьбы с обледенением двигателя в полете. Если полет происходит во влажном воздухе при низкой температуре, в облаках и т. д., то образование льда может происходить не только на входных сетках, но также и на внутренних стенках входного канала, в топливных фильтрах и т. п. Это обычно приводит к перебоям в подаче топлива, уменьшению тяги двигателя из-за уменьшения количества протекающего через него воздуха и другим ненормальностям в работе двигателя. Наибольшую опасность при этом представляет попадание скалывающихся кусков льда в компрессор, в результате чего двигатель может выйти из строя. Неудивительно, что для борьбы с обледенением двигателя в полете приходится прибегать к специальным антиобледенительным устройствам, усложняющим двигатель. Иногда, например, для этой цели стенки входного канала двигателя и находящиеся в нем стойки, входные направляющие лопатки и другие детали делаются полыми. Внутри них в этом случае циркулирует горячий воздух, отводимый из компрессора.

Но особенно много хлопот доставило конструкторам явление, наблюдаемое при работе турбореактивного двигателя и получившее название «помпаж». Об этом явлении упоминалось выше в связи с проблемой увеличения степени повышения давления компрессора. Внешне оно проявляется тем, что иногда на некоторых режимах работы, именно на режимах пониженной тяги и при запуске, двигатель начинает трясти. С каждой секундой эта тряска усиливается, а тяга двигателя становится неустойчивой, она резко и сильно колеблется. Если не вмешаться и не изменить режима работы двигателя, то помпаж может привести к его разрушению. Выяснилось также, что помпажный режим работы (или помпаж) особенно опасен для двигателя с многоступенчатым компрессором, имеющим высокую степень повышения давления, а такие компрессоры характерны для новейших мощных турбореактивных двигателей. Природа помпажа в настоящее время в основном установлена: его возникновение обычно связано с нарушением нормального обтекания воздухом лопаток компрессора в тех случаях, когда объемный расход воздуха через двигатель резко уменьшается. Поэтому помпаж возникает при запуске и на режимах уменьшенной тяги. Для борьбы с ним применяются различные противопомпажные устройства. Так, например, на опасных с точки зрения возникновения помпажа режимах часто осуществляется перепуск воздуха из первых ступеней компрессора через специальные окна в корпусе прямо в атмосферу. Это позволяет увеличить объемный расход воздуха через первые ступени компрессора по сравнению с общим расходом воздуха через двигатель. При этом опасность возникновения помпажа уменьшается, так как его появление обычно связано с нарушением обтекания лопаток именно первых ступеней компрессора. Однако до сих пор проблему помпажа нельзя считать решенной полностью. Конструктор, забывший о помпаже и не предусмотревший при конструировании двигателя специальных противопомпажных устройств, рискует столкнуться с этим неприятным явлением при испытаниях готового двигателя, когда внесение всяких конструктивных изменений затруднено.

Турбореактивный двигатель уступает поршневому авиационному двигателю в приемистости; над устранением этого недостатка немало пришлось потрудиться конструкторам. Под термином «приемистость» понимается очень важное эксплуатационное качество авиационного двигателя – способность быстро переходить с режима малого газа, или холостого хода, на режим максимальной мощности.

При эксплуатации самолета часто возникает необходимость в резком увеличении мощности двигателя. Для иллюстрации можно привести пример, когда летчик при посадке самолета в самый последний момент перед приземлением выясняет, что садиться почему-либо нельзя. При этом требуется сразу перевести самолет на набор высоты, для чего необходимо резко увеличить скорость полета, так как посадка производится на наименьшей возможной скорости, при работе двигателя на режиме малого газа. Поршневой двигатель вполне обеспечивает выполнение этого требования, так как обладает хорошей приемистостью. Перевод поршневого двигателя с режима малого газа на взлетный режим может быть осуществлен не более чем за 1 —1,5 секунды, при этом двигатель работает без перебоев, надежно.

Иначе реагирует на резкие действия рычагом управления газом турбореактивный двигатель.

В первый период развития реактивной авиации было немало случаев, когда из-за резкого действия рычагом газа двигатели «глохли», самовыключались и, что еще хуже, из-за этого на самолете часто возникал пожар. Объяснялось это тем, что при быстром передвижении рычага управления газом вперед в сторону увеличения тяги подача топлива резко увеличивалась, а увеличение расхода воздуха через двигатель происходило медленнее. В результате топливовоздушная смесь переобогащалась топливом, температура газов, выходящих из камеры сгорания на лопатки турбины, возрастала, лопатки сгорали и турбина выходила из строя. Поэтому инструкции по эксплуатации турбореактивных двигателей категорически требовали от летчика медленного, плавного передвижения вперед рычага управления газом.

На первых порах, пока решалась проблема улучшения приемистости турбореактивного двигателя, иногда принималось компромиссное решение. Оно заключалось в том, что в систему управления газом вводились специальные «автоматы приемистости», и как бы стремительно летчик не передвигал рычаг управления, перевод двигателя с одного режима на другой осуществлялся с помощью этих автоматов плавно, постепенно.

В настоящее время нет нужды в таких автоматах. Проблема приемистости в основном решена: современный турбореактивный двигатель мало уступает в этом отношении поршневому.

За годы, прошедшие со времени появления первого турбореактивного двигателя, он стал высокосовершенной машиной. Улучшились основные технические показатели двигателя, его технические данные. Ныне турбореактивный двигатель уверенно занял ведущее положение среди всех авиационных двигателей.

И только температура газов, поступающих из камеры сгорания на лопатки турбины, осталась практически такой же, как и в первых двигателях, или выросла крайне незначительно: она до сих пор не превышает 850—900° С.

Но, может быть, в увеличении этой температуры и нет нужды? Может быть, именно поэтому и не ведется борьба за повышение температуры газов?

Нет, дело обстоит не так. Повышение температуры газов имело бы большое значение для дальнейшего совершенствования турбореактивного двигателя. Ведь чем горячее газы, поступающие на лопатки турбины, тем больше и тяга двигателя. Это связано с отмечавшимся выше свойством газов: чем выше их температура, тем большую работу они совершают при одном и том же расширении. Поэтому, когда температура газов, поступающих в турбину, растет, турбина оказывается в состоянии развивать прежнюю мощность при меньшем расширении газов. Это значит, что из турбины газы выходят, имея более высокое давление и температуру. Естественно, что вследствие этого растет скорость истечения газов из двигателя, а вместе с ней и тяга.

Тяга, развиваемая двигателем, является важнейшей его характеристикой, ибо чем больше тяга, тем больше скорость полета. Поэтому совершенствование турбореактивного двигателя было неразрывно связано с увеличением его тяги: если первые двигатели развивали тягу 700—800 кг,то тяга, развиваемая современными двигателями, в 5—10 раз больше. Однако увеличение тяги турбореактивного двигателя путем увеличения температуры газов достигается за счет значительного ухудшения экономичности двигателя, т. е. увеличения удельного расхода топлива на килограмм тяги. Для повышения температуры газов приходится сжигать больше топлива, а тяга хоть и увеличивается, но медленнее, чем необходимый расход топлива.

Значит ли это, что не имеет смысла увеличивать тягу двигателя путем повышения температуры газов?

Конечно, такой способ увеличения тяги нерационален, если рассчитывать на работу двигателя при повышенной температуре газов длительное время, так как это приведет к большому перерасходу, топлива. Но в полете нередко возникает необходимость кратковременного увеличения тяги, или, как говорят, форсирования двигателя. Так, например, летчик самолета-истребителя пользуется этим для того, чтобы быстрее набрать большую высоту и перехватить врага, или же для того, чтобы увеличить скорость полета – с целью догнать его. Летчик самолета-бомбардировщика использует «форсаж» для того, чтобы увеличить скорость полета, ибо большая скорость и большая высота полета являются лучшими защитниками от огня зенитной артиллерии. В этих случаях даже значительное увеличение тяги двигателя не вызовет большого перерасхода топлива, так как двигатель работает с увеличенной тягой лишь кратковременно.

В настоящее время очень многие турбореактивные двигатели военных самолетов снабжаются специальными приспособлениями для такого кратковременного увеличения тяги. Эти приспособления называются форсажными камерами. В форсажной камере (рис. 37), устанавливаемой в задней части двигателя за турбиной, имеются топливные форсунки. Когда нужды в увеличении тяги нет, газы проходят через форсажную камеру как через выхлопную трубу. Если же нужно форсировать двигатель, т. е. увеличить его тягу, то через форсунки форсажной камеры в поток газов, вытекающих из двигателя, впрыскивается топливо. Так как в газах всегда имеется некоторое количество свободного кислорода, то топливо сгорает; при этом температура газов в камере увеличивается и скорость их истечения из двигателя, а значит, и тяга двигателя растет.

Рис. 37. Турбореактивный двигатель с форсажной камерой:

а– общий вид; б– устройство форсажной камеры

Такой способ форсирования двигателя, как было указано выше, невыгоден, в особенности при сравнительно небольшой скорости полета, так как при этом значительно увеличивается расход топлива. Увеличение расхода топлива могло бы быть гораздо меньшим, если бы дополнительное топливо впрыскивалось не за турбиной, где давление газов понижено в результате расширения их в турбине, а перед нею, т. е. в камере сгорания. Ведь чем сильнее расширяется нагретый газ, тем больше получается добавочная работа, связанная с повышением температуры. Это только один пример того, что повышение температуры газов перед турбиной может оказаться выгодным.

Другой пример связан с турбовинтовым двигателем. Оказывается, повышение температуры газов перед турбиной этого двигателя особенно выгодно. Когда турбина приводит во вращение воздушный винт, то повышение температуры газов перед турбиной не только увеличивает мощность двигателя, но даже, в противоположность турбореактивному двигателю, улучшает его экономичность, т. е. уменьшает расход топлива на 1 л. с. мощности. Можно было бы привести и другие примеры, когда увеличение температуры газов перед турбиной оказывается целесообразным.

Но особенно большое значение проблема повышения температуры газов перед турбиной приобретает в связи с непрерывным ибыстрым ростом скорости полета. Оказывается, что по мере роста скорости полета увеличение тяги путем повышения температуры газов перед турбиной становится все более выгодным: удельный расход топлива увеличивается при этом все меньше и меньше. При очень же больших скоростях полета, превышающих скорость звука, удельный расход топлива при таком методе увеличения тяги не только не растет, но даже уменьшается.

Совершенно очевидно, что повышение температуры газов перед турбиной имеет смысл уже на современном этапе развития реактивной авиации, и еще более важное значение это повышение температуры приобретет в самом недалеком будущем.

Для решения этой проблемы ученым, конструкторам и инженерам-производственникам предстоит преодолеть очень серьезные трудности.

Мы уже знаем, что температура продуктов сгорания в двигателе достигает почти 2000 °С. Следовательно, трудности, связанные с повышением температуры газов перед турбиной, не зависят от топлива: топливо позволяет по крайней мере удвоить эту температуру. Однако для того чтобы снизить температуру, получающуюся при сгорании топлива в камерах сгорания существующих турбореактивных двигателей до 850—900° С, раскаленные газы – продукты сгорания приходится искусственно охлаждать. Для этого к продуктам сгорания добавляется холодный воздух из компрессора, как это показано на рис. 38, причем вес добавляемого воздуха в 3—4 раза превышает вес горячих газов.