0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газотурбинный двигатель принцип работы танк

Турбовальный двигатель

Для тех, кто интересуется моторами в целом и их авиационными моделями в частности, турбовальный двигатель в первую очередь ассоциируется с вертолетами, недаром их называют «вертолетными ГТД». Именно здесь ТВаД нашли наибольшее применение и уже не один десяток лет с успехом используются. Но вертолеты – не предел их возможностей, многие другие отрасли машино- и судостроения взяли на вооружение этот тип двигателей, но обо всем по порядку.

Итак, турбовальный двигатель принадлежит славному семейству газотурбинных двигателей (ГТД) наравне с турбореактивными (ТРД) и турбовинтовыми (ТВД). ГТД представляет собой тепловую машину, в упрощенной схеме состоящую из компрессора и турбины, работающей за счет сжигания топлива в камере сгорания. Наиболее простой его разновидностью является турбореактивный двигатель, в котором энергия от сжигания топлива идет только на вращение компрессора через турбину, а излишек энергии выходит через сопло в виде газов под высоким давлением, образуя реактивную тягу. Но эта энергия может не только «вылетать в трубу», но и выполнять полезную работу, вращая воздушный винт (турбовинтовой двигатель) или вал (турбовальный двигатель). Это и является принципиальной разницей между всеми вышеотмеченными видами моторов семейства ГТД – способ использования свободной энергии.

Газотурбинный двигатель. Фото. Строение. Характеристики.

На сегодняшний день, авиация практически на 100% состоит из машин, которые используют газотурбинный тип силовой установки. Иначе говоря – газотурбинные двигатели. Однако, несмотря на всю возрастающую популярность авиаперелетов сейчас, мало кто знает каким образом работает тот жужжащий и свистящий контейнер, который висит под крылом того или иного авиалайнера.

Принцип работы газотурбинного двигателя.

Газотурбинный двигатель, как и поршневой двигатель на любом автомобиле, относится к двигателям внутреннего сгорания. Они оба преобразуют химическую энергию топлива в тепловую, путем сжигания, а после — в полезную, механическую. Однако то, как это происходит, несколько отличается. В обоих двигателях происходит 4 основных процесса – это: забор, сжатие, расширение, выхлоп. Т.е. в любом случае в двигатель сначала входит воздух (с атмосферы) и топливо (из баков), далее воздух сжимается и в него впрыскивается топливо, после чего смесь воспламеняется, из-за чего значительно расширяется, и в итоге выбрасывается в атмосферу. Из всех этих действий выдает энергию лишь расширение, все остальные необходимы для обеспечения этого действия.

А теперь в чем разница. В газотурбинных двигателях все эти процессы происходят постоянно и одновременно, но в разных частях двигателя, а в поршневом – в одном месте, но в разный момент времени и по очереди. К тому же, чем более сжат воздух, тем большую энергию можно получить при сгорании, а на сегодняшний день степень сжатия газотурбинных двигателей уже достигла 35-40:1, т.е. в процессе прохода через двигатель воздух уменьшается в объеме, а соответственно увеличивает свое давление в 35-40 раз. Для сравнения в поршневых двигателях этот показатель не превышает 8-9:1, в самых современных и совершенных образцах. Соответственно имея равный вес и размеры газотурбинный двигатель гораздо более мощный, да и коэффициент полезного действия у него выше. Именно этим и обусловлено такое широкое применения газотурбинных двигателей в авиации в наши дни.

А теперь подробней о конструкции. Четыре вышеперечисленных процесса происходят в двигателе, который изображен на упрощенной схеме под номерами:

  • забор воздуха – 1 (воздухозаборник)
  • сжатие – 2 (компрессор)
  • смешивание и воспламенение – 3 (камера сгорания)
  • выхлоп – 5 (выхлопное сопло)
  • Загадочная секция под номером 4 называется турбиной. Это неотъемлемая часть любого газотурбинного двигателя, ее предназначение – получение энергии от газов, которые выходят после камеры сгорания на огромных скоростях, и находится она на одном валу с компрессором (2), который и приводит в действие.

Таким образом получается замкнутый цикл. Воздух входит в двигатель, сжимается, смешивается с горючим, воспламеняется, направляется на лопатки турбины, которые снимают до 80% мощности газов для вращения компрессора, все что осталось и обуславливает итоговую мощность двигателя, которая может быть использована разными способами.

В зависимости от способа дальнейшего использования этой энергии газотурбинные двигатели подразделяются на:

  • турбореактивные
  • турбовинтовые
  • турбовентиляторные
  • турбовальные

Двигатель, изображенный на схеме выше, является турбореактивным. Можно сказать «чистым» газотурбинным, ведь газы после прохождения турбины, которая вращает компрессор, выходят из двигателя через выхлопное сопло на огромной скорости и таким образом толкают самолет вперед. Такие двигатели сейчас используются в основном на высокоскоростных боевых самолетах.

Турбовинтовые двигатели отличаются от турбореактивных тем, что имеют дополнительную секцию турбины, которая еще называется турбиной низкого давления, состоящую из одного или нескольких рядов лопаток, которые отбирают оставшуюся после турбины компрессора энергию у газов и таким образом вращает воздушный винт, который может находится как спереди так и сзади двигателя. После второй секции турбины, отработанные газы выходят фактически уже самотеком, не имея практически никакой энергии, поэтому для их вывода используются просто выхлопные трубы. Подобные двигатели используются на низкоскоростных, маловысотных самолетах.

Читать еще:  Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания

Турбовентиляторные двигатели имеют схожую схему с турбовинтовыми, только вторая секция турбины отбирает не всю энергию у выходящих газов, поэтому такие двигатели также имеют выхлопное сопло. Но основное отличие состоит в том, что турбина низкого давления приводит в действия вентилятор, который закрыт в кожух. Потому такой двигатель еще называется двуконтурным, ведь воздух проходит через внутренний контур (сам двигатель) и внешний, который необходим лишь для направления воздушной струи, которая толкает двигатель вперед. Потому они и имеют довольно «пухлую» форму. Именно такие двигатели применяются на большинстве современных авиалайнеров, поскольку являются наиболее экономичными на скоростях, приближающихся к скорости звука и эффективными при полетах на высотах выше 7000-8000м и вплоть до 12000-13000м.

Турбовальные двигатели практически идентичны по конструкции с турбовинтовыми, за исключением того, что вал, который соединен с турбиной низкого давления, выходит из двигателя и может приводить в действие абсолютно что угодно. Такие двигатели используются в вертолетах, где два-три двигателя приводят в действие единственный несущий винт и компенсирующий хвостовой пропеллер. Подобные силовые установки сейчас имеют даже танки – Т-80 и американский «Абрамс».

Газотурбинные двигатели имеют классификацию также по другим при знакам:

  • по типу входного устройства (регулируемое, нерегулируемое)
  • по типу компрессора (осевой, центробежный, осецентробежный)
  • по типу воздушно-газового тракта (прямоточный, петлевой)
  • по типу турбин (число ступеней, число роторов и др.)
  • по типу реактивного сопла (регулируемое, нерегулируемое) и др.

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором получил широкое применение. При работающем двигателе идет непрерывный процесс. Воздух проходит через диффузор, притормаживается и попадает в компрессор. Затем он поступает в камеру сгорания. В камеру через форсунки подается также топливо, смесь сжигается, продукты сгорания перемещаются через турбину. Продукты сгорания в лопатках турбины расширяются и приводят ее во вращение. Далее газы из турбины с уменьшенным давлением поступают в реактивное сопло и с огромной скоростью вырываются наружу, создавая тягу. Максимальная температура имеет место и на воде камеры сгорания.

Компрессор и турбина расположены на одном валу. Для охлаждения продуктов сгорания подается холодный воздух. В современных реактивных двигателях рабочая температура может превышать температуру плавления сплавов рабочих лопаток примерно на 1000 °С. Система охлаждения деталей турбины и выбор жаропрочных и жаростойких деталей двигателя — одни из главных проблем при конструировании реактивных двигателей всех типов, в том числе и турбореактивных.

Особенностью турбореактивных двигателей с центробежным компрессором является конструкция компрессоров. Принцип работы подобных двигателей аналогичен двигателям с осевым компрессором.

Газотурбинный двигатель. Видео.

Комфорт и чистота

«Когда Т-80 движется на тебя, на расстоянии до 30 м машины совсем не слышно, – рассказывает Сергей Суворов. – Первое, что доносится до слуха, – это лязг зубьев ведущих колес. Танк не дымит, выпуская практически чистый горячий воздух. Я служил на Т-80 и думаю, что в плане комфорта среди отечественных танков ему не было равных до появления Т-90АМ. Сказки о комфорте в танках западного производства так и остались сказками. Уровень эргономики во всех «абрамсах», «леопардах», «меркавах» и прочих «челленджерах» примерно на уровне Т-55 или Т-62. В «восьмидесятках» при –35°С механик-водитель раздевался да нательного белья, я сидел в башне на командирском месте в хромовых сапогах. Никаких рукавиц – тонкие кожаные перчатки. На других машинах в холод без нескольких слоев одежды, меховых варежек, шерстяной маски на лицо и валенок в башне не поездишь».

Т-80У – наиболее совершенная на сегодня машина из всего семейства Т-80. В этой модификации, появившейся в 1985 году, был применен новый комплекс вооружения. Несколько лет спустя тот же комплекс поставили на танк Т-72Б, после этого и ряда доработок танк получил наименование Т-90. Он располагает более мощным двигателем ГТД-1250 (1250 л.с. против 1100 л.с. у предшествующих модификаций).

В прошлом году появились сообщения о планах модернизации имеющегося в стране парка танков Т-80БВ, включающего несколько тысяч машин, и хотя официально параметры программы не объявлены, можно предположить, что итогом станет боевая машина, не уступающая по боевым свойствам Т-80У (а по некоторым показателям превосходящая его). Вероятно, будет произведена замена двигателя на ГТД-1250, танк оборудуют системой управления огнем 1А45 «Иртыш» с лазерным прицелом-дальномером, цифровым баллистическим вычислителем, комбинированным ночным прицелом и комплексом управляемого ракетного вооружения, способного стрелять ракетами типа «Инвар-М». Также машина получит современную динамическую защиту.

Читать еще:  Двигатель глохнет на холостых оборотах мотоцикл

«Танк Ла-Манша»

В 1976 году на вооружение советской армии был принят Т-80. Это был первый газотурбинный танк в мире. Серийное производство другого танка с ГТД — M1 Abrams — начнется только через четыре года, в 1980 году.

Восьмидесятка постоянно совершенствовалась. В 1978 году на вооружение была принята модификация Т-80Б, а затем и Т-80БВ. Эти машина получили более мощный двигатель ГТД-1000ТФ в 1100 лошадиных сил.

Это были элитные и секретные танки. Ими в первую очередь комплектовались ударные соединения Группы советских войск в Германии. Тогда-то их на Западе и назвали «танками Ла-Манша».

Считалась, что танковые дивизии на Т-80Б после начала большой войны должны быстро прорвать оборону стран НАТО и примерно через неделю выйти к северо-западным берегам Франции — к проливу Ла-Манш. В Германии ходили слухи, что русские «реактивные» танки на дорогах легко обгоняли даже автобусы.

Шедевром советского танкостроения стал танк Т-80У, принятый на вооружение в 1985 году. Его оснастили двигателем ГТД-1250 мощностью в 1250 лошадиных сил. Производство этих машин развернули на Омском заводе транспортного машиностроения. Один из этих танков и станет триумфатором IDEX-1993.

В 2019 года Омский завод транспортного машиностроения отправил Вооруженным силам РФ первую партию модернизированных танков Т-80БВМ.

«Это новая модернизированная версия машины Т-80, которая получила и новый модернизированный двигатель, усиленное бронирование и улучшенное средство управления огнем. Эта машина на порядок лучше предыдущих версий Т-80», — сказал директор завода Игорь Лобов.

Турбореактивный двигатель

В полёте поток воздуха тормозится во входном устройстве перед компрессором, в результате чего его температура и давление повышается. На земле во входном устройстве воздух ускоряется, его температура и давление снижаются.

Проходя через компрессор, воздух сжимается, его давление повышается в 10—45 раз, возрастает его температура. Компрессоры газотурбинных двигателей делятся на осевые и центробежные. В наши дни в двигателях наиболее распространены многоступенчатые осевые компрессоры. Центробежные компрессоры, как правило, применяются в малогабаритных силовых установках.

Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, в так называемые жаровые трубы, либо в кольцевую камеру сгорания, которая не состоит из отдельных труб, а является цельным кольцевым элементом. В наши дни кольцевые камеры сгорания являются наиболее распространёнными. Трубчатые камеры сгорания используются гораздо реже, в основном на военных самолётах. Воздух на входе в камеру сгорания разделяется на первичный, вторичный и третичный. Первичный воздух поступает в камеру сгорания через специальное окно в передней части, по центру которого расположен фланец крепления форсунки и участвует непосредственно в окислении (сгорании) топлива (формировании топливо-воздушной смеси). Вторичный воздух поступает в камеру сгорания сквозь отверстия в стенках жаровой трубы, охлаждая, придавая форму факелу и не участвуя в горении. Третичный воздух подаётся в камеру сгорания уже на выходе из неё, для выравнивания поля температур. При работе двигателя в передней части жаровой трубы всегда вращается вихрь раскалённого газа (что обусловлено специальной формой передней части жаровой трубы), постоянно поджигающего формируемую топливовоздушную смесь, происходит сгорание топлива (керосина, газа), поступающего через форсунки в парообразном состоянии.

Газовоздушная смесь расширяется и часть её энергии преобразуется в турбине через рабочие лопатки в механическую энергию вращения основного вала. Эта энергия расходуется, в первую очередь, на работу компрессора, а также используется для привода агрегатов двигателя (топливных подкачивающих насосов, масляных насосов и т. п.) и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы.

Основная часть энергии расширяющейся газовоздушной смеси идёт на ускорение газового потока в сопле и создание реактивной тяги.

Чем выше температура сгорания, тем выше КПД двигателя. Для предупреждения разрушения деталей двигателя используют жаропрочные сплавы, оснащённые системами охлаждения, и термобарьерные покрытия.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ) — модификация ТРД, применяемая в основном на сверхзвуковых самолётах. Между турбиной и соплом устанавливается дополнительная форсажная камера, в которой сжигается дополнительное горючее. В результате происходит увеличение тяги (форсаж) до 50%, но расход топлива резко возрастает. Двигатели с форсажной камерой, как правило, не используются в коммерческой авиации по причине их низкой экономичности.

«Основные параметры турбореактивных двигателей различных поколений»

Поколение/
период
Т-ра газа
перед турбиной
°C
Степень сжатия
газа, πк *
Характерные
представители
Где установлены
1 поколение
1943-1949 гг.
730-7803-6BMW 003, Jumo 004Me 262, Ar 234, He 162
2 поколение
1950-1960 гг.
880-9807-13J 79, Р11-300F-104, F4, МиГ-21
3 поколение
1960-1970 гг.
1030-118016-20TF 30, J 58, АЛ 21ФF-111, SR 71,
МиГ-23Б, Су-24
4 поколение
1970-1980 гг.
1200-140021-25F 100, F 110, F404,
РД-33, АЛ-31Ф
F-15, F-16,
МиГ-29, Су-27
5 поколение
2000-2020 гг.
1500-165025-30F119-PW-100, EJ200,
F414, АЛ-41Ф
F-22, F-35,
ПАК ФА
Читать еще:  Что называется тепловыми двигателями

Начиная с 4-го поколения рабочие лопатки турбины выполняются из монокристаллических сплавов, охлаждаемые.

Газотурбинный двигатель до Ла-Манша доведет

1993 год, ОАЭ, международная выставка-продажа оружия IDEX в Абу-Даби. Американский танк «Абрамс», герой операции «Буря в пустыне», уступает в дуэли своему российскому «коллеге» − танку Т-80У. Победив в дальности выстрела, «восьмидесятый» не унимается и совершает впечатляющий прыжок с трамплина на расстояние 14 метров, который «Абрамс» даже не пытается повторить. Так был поставлен на место лучший, по версии создателей, танк в мире, а за советско-российским Т-80 закрепилась слава «летающего танка».

Основной танк Т-80, которому в июле этого года исполнилось 45 лет, стал во многом необычной машиной. Считается, что своим появлением он обязан теории танкового прорыва времен холодной войны. Философия Т-80 – стремительная атака и скоростное передвижение по автотрассам. В случае начала военных действий советские танковые части, расположенные в Восточной Европе, могли за короткое время совершить бросок в любую часть континента. На шоссе Т-80 был способен развивать рекордную для танков скорость до 80 км/ч.

Для обеспечения таких скоростных показателей «восьмидесятый» оснащался газотурбинным двигателем ГТД-1000Т, созданным на основе авиационных наработок на заводе им. В.Я. Климова (сегодня «ОДК-Климов»). Еще одним преимуществом такой силовой установки перед традиционным для танков дизелем стала повышенная приспособленность Т-80 к низким температурам. Если дизельному мотору для запуска в сильный минус требовалось длительное (около получаса) прогревание, то ГТД готов к атаке и обороне менее чем через минуту после запуска.

Эта способность оперативно включаться в работу на морозе и уберегла проект Т-80 от забвения в 1990-е годы. Из-за своей сравнительной дороговизны и высокого расхода топлива Т-80 не стал столь массовым, как другие основные советские танки, но все же только на «Омсктрансмаше» к этому времени было выпущено более 5 тыс. единиц. С развалом Советского Союза и Варшавского блока содержать такое количество недешевых и прожорливых машин стало нецелесообразно. «Восьмидесятые» в основной своей массе были отправлены в глубокий тыл на сохранение.

Когда в 2000-е годы активизировалась программа освоения Арктики, морозостойкий танк оказался как нельзя кстати. Была объявлена масштабная программа модернизации, результатом которой стало появление новейшей модели Т-80БВМ. Именно эти танки производства Омского завода транспортного машиностроения (входит в концерн УВЗ) сегодня поставляются военным.

Т-80БВМ: машины арктической закалки

Т-80БВМ − это глубокая модернизация танка Т-80БВ, поступившего на вооружение в 1985 году. Долгосрочный контракт на капитальный ремонт с глубокой модернизацией танков Т-80БВ между Уралвагонзаводом и Минобороны РФ был заключен в 2017 году на Международном военно-техническом форуме «Армия-2017».

На новой версии «восьмидесятого» устанавливается доработанный газотурбинный двигатель ГТД-1250 мощностью 1250 л.с., более мощный и более экономный, чем его предшественники. Для защиты от средств поражения противника Т-80БВМ оснащается комплексом модульной динамической защиты «Реликт» и противокумулятивными решетчатыми экранами. Такая защита способна обезопасить танк даже от попадания современных снарядов тандемного типа. На машине используется стабилизатор вооружения и прибор наблюдения механика-водителя ТВН-5, а также новый многоканальный прицел наводчика «Сосна-У», включающий в себя визирный, тепловизионный, дальномерный каналы и канал управления ракетой. Боевая масса танка – 46 тонн.

Благодаря модернизации повысились основные боевые качества танка: его огневая мощь, защищенность, подвижность и командная управляемость. При этом Т-80БВМ сохранил способность хорошо работать на самом лютом морозе, что дает ему широкие перспективы в освоении Арктики. Танк по-прежнему может заводиться при температуре -40 ℃, разгоняться по прямой до 80 км/ч, делать эффектные полицейские развороты и рекордные прыжки. Обновленные Т-80БВМ уже несколько лет поступают в армию, укрепляя боевой потенциал танковых подразделений северных, дальневосточных и других территорий страны.

События, связанные с этим

Железнодорожные войска: крепкие как сталь

Главный моторист Советского Союза: к 130-летию Бориса Стечкина

Агрегат со свободно поршневым генератором

На сегодняшний день аппараты этого типа являются наиболее перспективными для авто. Устройство движка представлено блоком, который соединяет поршневой компрессор и 2-х тактовый дизель. В середине находится цилиндр с наличием двух поршней объединенных друг с другом с помощью специального приспособления.

Работа движка начинается с того, что воздух сжимается во время схождения поршней и происходит возгорание горючего. Газы образуются за счет сгоревшей смеси, они способствуют расхождению поршней при повышенной температуре. Затем газы оказываются в газо-сборнике. За счет продувочных щелей в цилиндр попадает пережатый воздух, помогающий очистить агрегат от отработанных газов. Затем цикл начинается заново.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector