Як працює реактивний двигун

Кожного дня повітряний простір України перетинає чимало пасажирських, вантажних літаків (так було до 2022), і більшість із них — швидкі та масивні судна, обладнані реактивними двигунами.

В певний момент авіаційна сфера активно розвивалась, був потрібен новий тип авіаційного двигуна, який допоміг би літати як мінімум швидше, а в ідеалі ще економніше. Таким двигуном став реактивний авіаційний двигун, винайдення якого призвело до різкого стрибка у розвитку авіації. Сьогодні дуже-дуже коротко розкажу про те, як працює реактивний двигун.

Схема турбореактивного двигуна

Існують як одноконтурні та двоконтурні турбореактивні двигуни, і вони різняться числом контурів (потоків) у системі.

Ключовим параметром є ступінь двоконтурності: який визначається як відношення масової витрати повітря через зовнішній контур до витрати повітря через внутрішній. Діапазон значень варіюється від 0,5 до 90.

• Двигуни з коефіцієнтом від 0,5 до 2 застосовуються на військових літаках, призначених для високих дозвукових та надзвукових швидкостей.
• Значення > 2 найчастіше характерні для двигунів пасажирських лайнерів, які літають на швидкостях до швидкості звуку та невеликих висотах.

Одноконтурні ТРД

Одноконтурні ТРД характеризуються тим, що при роботі перетворюють всю енергію, що вивільняється при згорянні пального, в кінетичну енергію струменів газів, що викидаються з сопла.

Одноконтурні ТРД мають найкращі показники економічності при високих швидкостях. Принцип його роботи описаний нижче:

1. Спершу повітря впадає в повітрозбірник, де воно всмоктується та частково стискається завдяки відповідній формі гондоли.
2. Повітря прямує до компресора низького тиску, де стискається і прогрівається.
3. Повітря проходить через компресор високого тиску, який підготовлює потік до серця двигуна — камери згоряння. У цій камері повітря змішується з паливом і підпалюється.
4. Після згоряння палива, теплова енергія збільшується, а паливо виконує свою роботу. Розігрітий потік повітря розширюється і з великою швидкістю виходить назад, паралельно приводячи в рух компресор, який, як ви вже зрозуміли, всмоктує повітря на початковому етапі циклу.
5. На кінцевому етапі потік повітря доходить до сопла та створює потужний струмінь, який є джерелом тяги та створює протитиск, що забезпечує рух літака вперед.

Завдяки турбореактивним двигунам швидкість польоту пасажирських літаків збільшилася до 800-900 км/год.

У другій половині 20 століття почали встановлювати двигуни нового типу із зовнішнім контуром для збільшення масової витрати повітря. Це дозволяло покращити ефективність та знизити витрату палива.

Двоконтурні ТРД (Турбовентиляторні при високому ступеню двоконтурності)

Турбореактивний двигун з внутрішнім і зовнішнім контурами є системою, в якій частина енергії, що вивільняється при згорянні палива всередині двигуна, використовується для створення механічної роботи, що приводить в рух вентилятор зовнішнього контуру.

Особливістю таких двигунів є ступінь двоконтурності, що визначає співвідношення обсягів повітря, що проходять через зовнішній та внутрішній контури. Застосування двоконтурних турбореактивних двигунів охоплює різні типи повітряних суден.

Двоконтурні двигуни включають два контури: зовнішній (холодний) і внутрішній (гарячий). Зовнішній контур є великим вентилятором, який впускає повітря і створює основний потік навколо двигуна. Принцип його роботи описаний нижче:

1. Спершу повітря впадає в повітрозбірник, де воно всмоктується та частково стискається завдяки відповідній формі гондоли.
2. Далі частково стиснене повітря потрапляє на лопатки вентилятора, де тиск і температура зростають.
3. Повітря прямує до внутрішнього контуру, який являє собою простір, де повітря ще більше стискається і прогрівається.
4. Повітря проходить через компресор високого тиску, який підготовлює потік до серця двигуна — камери згоряння. У цій камері повітря змішується з паливом і підпалюється.
5. Після згоряння палива, теплова енергія збільшується, а паливо виконує свою роботу. Розігрітий потік повітря розширюється і з великою швидкістю виходить назад, паралельно приводячи в рух компресор, який, як ви вже зрозуміли, всмоктує повітря на початковому етапі циклу.
6. На кінцевому етапі потік повітря доходить до сопла, де змішується з повітрям зовнішнього контуру. Це змішане повітря створює потужний потік, який створює тягу, що забезпечує рух літака вперед.

Вибір між одноконтурним та двоконтурним ТРД залежить від вимог конкретного повітряного судна, його місії та характеристик. На пасажирських авіалайнерах здебільшого встановлюють двоконтурні турбореактивні двигуни при високому ступеню двоконтурності (Turbofan).

Система FADEC

На сьогодні здебільшого авіаційні двигуни керуються спеціальним комп’ютером FADEC (Full Authority Digital Engine Сontrol). Він контролює всі аспекти роботи двигуна, аналізуючи різні параметри, зовнішні умови.

Таким чином, немає потреби в механічних тягах або резервних контурах керування. FADEC забезпечує більш автоматизоване та точне керування двигуном, підвищуючи ефективність та безпеку польотів.

Більш детально про переваги та недоліки FADEC

Таким чином, реактивний двигун працює за принципом всмоктування, стиснення, згоряння та викидування повітря, створюючи потужну тягу, необхідну для руху літака в повітрі.