Воздушная турборакета

Воздушная турборакета представляет собой разновидность реактивного двигателя комбинированного цикла . Базовая компоновка включает в себя газогенератор , вырабатывающий газ под высоким давлением, который приводит в движение турбинно-компрессорный узел, сжимающий атмосферный воздух в камеру сгорания. Затем эта смесь сгорает, прежде чем покинуть устройство через сопло и создать тягу.

Существует много различных типов воздушных турборакет. Различные типы обычно различаются по принципу работы газогенераторной секции двигателя.

Воздушные турборакеты часто называют турбопрямоточными двигателями , турбопрямоточными ракетами , турбодетандерами и многими другими. Поскольку нет единого мнения о том, какие названия к каким конкретным концепциям относятся, в разных источниках одно и то же имя может использоваться для двух разных концепций. ^{[ 1 ]}

Преимущества

Преимущество этой установки - увеличенный удельный импульс по сравнению с ракетой. При той же переносимой массе топлива, что и у ракетного двигателя, общая мощность воздушной турборакеты намного выше. Кроме того, он обеспечивает тягу в гораздо более широком диапазоне скоростей, чем ПВРД, но при этом гораздо дешевле и проще в управлении, чем газотурбинный двигатель. Воздушная турборакета занимает нишу (по стоимости, надежности, прочности и продолжительности тяги) между твердотопливным ракетным двигателем и газотурбинным двигателем ракетного назначения.

Типы

Турборакета

Турбореактивный двигатель — это тип авиационного двигателя, сочетающий в себе элементы реактивного двигателя и ракеты . Обычно он включает в себя многоступенчатый вентилятор, приводимый в движение турбиной, которая приводится в движение горячими газами, выходящими из ряда небольших ракетоподобных двигателей, установленных вокруг входа в турбину. Выхлопные газы турбины смешиваются с воздухом, нагнетаемым вентилятором, и сгорают с воздухом из компрессора перед выпуском через сужающееся-расширяющееся рабочее сопло .

Фон

Когда реактивный двигатель поднимается достаточно высоко в атмосфере, кислорода для сжигания реактивного топлива становится недостаточно . Идея турборакеты заключается в дополнении атмосферного кислорода бортовым запасом. Это позволяет работать на гораздо большей высоте, чем это позволяет обычный двигатель.

Конструкция турборакеты сочетает в себе преимущества и недостатки. Это не настоящая ракета, поэтому она не может работать в космосе. Охлаждение двигателя не является проблемой, поскольку горелка и ее горячие выхлопные газы расположены за лопатками турбины.

Воздушный турбо прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Оригинальная схема конструкции турбо прямоточного двигателя.

Воссозданная схема турбо прямоточного воздушно-реактивного двигателя с изображением; 1. компрессор, 2. редуктор, 3. линии водорода и кислорода, 4. газогенератор, 5. турбина, 6. топливная форсунка прямоточной горелки, 7. основная камера сгорания, 8. сопло.

Воздушный турбореактивный двигатель представляет собой двигатель комбинированного цикла, который объединяет аспекты турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей. Турбореактивный воздушно-реактивный двигатель представляет собой гибридный двигатель, который по существу состоит из турбореактивного двигателя, установленного внутри прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Активная зона турбореактивного двигателя установлена внутри канала, в котором находится камера сгорания после сопла турбореактивного двигателя. Турбореактивный воздушно-реактивный двигатель может работать в режиме турбореактивного двигателя при взлете и во время полета на малых скоростях, но затем переключаться в режим прямоточного воздушно-реактивного двигателя для разгона до высоких чисел Маха.

Работа двигателя контролируется с помощью перепускных заслонок, расположенных сразу за диффузором. Во время полета на малой скорости управляемые закрылки закрывают перепускной канал и нагнетают воздух непосредственно в компрессорную секцию турбореактивного двигателя. Во время высокоскоростного полета закрылки блокируют поток в турбореактивный двигатель, и двигатель работает как прямоточный воздушно-реактивный двигатель, используя заднюю камеру сгорания для создания тяги. Двигатель начинал работать как турбореактивный двигатель во время взлета и набора высоты. При достижении высокой дозвуковой скорости часть двигателя после турбореактивного двигателя будет использоваться в качестве форсажной камеры для разгона самолета выше скорости звука. ^{[ 2 ]}

На более низких скоростях воздух проходит через впускное отверстие и затем сжимается осевым компрессором . Этот компрессор приводится в движение турбиной , которая питается горячим газом под высоким давлением из камеры сгорания. ^{[ 3 ]} Эти первоначальные аспекты очень похожи на работу турбореактивного двигателя, однако есть несколько отличий. Во-первых, камера сгорания в турбопрядно-прямоточном воздушном двигателе часто отделена от основного воздушного потока. Вместо объединения воздуха из компрессора с топливом для сгорания, камера сгорания турбореактивного двигателя может использовать водород и кислород , находящиеся на борту самолета, в качестве топлива для камеры сгорания. ^{[ 4 ]}

Воздух, сжатый компрессором, обходит камеру сгорания и турбинную секцию двигателя, где смешивается с выхлопными газами турбины. Выхлоп турбины может быть спроектирован так, чтобы быть обогащенным топливом (т. е. камера сгорания не сжигает все топливо), которое при смешивании со сжатым воздухом создает горячую топливно-воздушную смесь, готовую к повторному воспламенению. В этот воздух впрыскивается больше топлива, где оно снова сгорает. Выхлопные газы выбрасываются через сопло , создавая тягу. ^{[ 5 ]}

На изображении отсутствует необходимый байпасный воздуховод вокруг компрессора для работы ПВРД. Показан турбореактивный двигатель с малой двухконтурностью и повторным нагревом.

Условия использования ТРДД

Турбореактивный двигатель используется в условиях ограниченного пространства, поскольку он занимает меньше места, чем отдельные прямоточный воздушно-реактивный двигатель и турбореактивный двигатель. Поскольку ПВРД уже должен двигаться на высоких скоростях, прежде чем он начнет работать, самолет с ПВРД не способен взлетать с взлетно-посадочной полосы своим ходом; в этом преимущество турбореактивного двигателя, который относится к семейству газотурбинных двигателей. Турбореактивный двигатель не полагается исключительно на движение двигателя для сжатия входящего потока воздуха; вместо этого турбореактивный двигатель содержит дополнительные вращающиеся механизмы, которые сжимают поступающий воздух и позволяют двигателю работать во время взлета и на малых скоростях. Для потока со скоростью от 3 до 3,5 Маха во время крейсерского полета, скоростей, на которых турбореактивный двигатель не может работать из-за температурных ограничений лопаток турбины, эта конструкция обеспечивает возможность работать от нулевой скорости до скорости более 3 Маха, используя лучшие характеристики обоих двигателей. турбореактивный и прямоточный воздушно-реактивный двигатель объединены в один двигатель. ^{[ 2 ]}

Воздушная турборакета против стандартного ракетного двигателя

В приложениях, которые находятся относительно в атмосфере и требуют более длительной работы с меньшей тягой в определенном диапазоне скоростей, воздушная турборакета может иметь преимущество в весе по сравнению со стандартным твердотопливным ракетным двигателем. По объемным требованиям ракетный двигатель имеет преимущество за счет отсутствия подводящих каналов и других устройств управления воздухом.

См. также

Пратт и Уитни J58
АТРЕКС
САБР (ракетный двигатель)
LACE отделяет кислород от воздуха
Ракета с воздушным дополнением обычно использует некоторое количество внешнего воздуха, но может работать и без него.
Ракетный двигатель не использует внешний воздух
Турбореактивный двигатель использует продукты сгорания вместе с воздухом для привода турбины.
Ramjet не нуждается в турбине для компрессора

Ссылки

Примечания

^ Хейзер и Пратт, с. 457
^ Jump up to: ^а ^б Экспериментальные и проектные исследования для испытаний на сгорание в Ле-Гатине . Центр оборонной технической информации. 1 января 1966 г.
^ Хейзер и Пратт, стр. 457–8.
^ Керреброк, стр. 443–4.
^ Хейзер и Пратт, с. 458.

Библиография

Керреброк, Джек Л. (1992). Авиационные двигатели и газовые турбины (2-е изд.). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 978-0-262-11162-1 .
Хейзер, Уильям Х.; Пратт, Дэвид Т. (1994). Гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель . Образовательная серия AIAA. Вашингтон, округ Колумбия: Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN 1-56347-035-7 .

Внешние ссылки

Оценка Rex I ВВС , Часть II: 1950–1957, 7. Новые инициативы в области высотных самолетов, ЖИДКИЙ ВОДОРОД КАК ДВИГАТЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО, 1945–1959 гг.
Турбодвигатели. Архивировано 11 октября 2007 г. в Wayback Machine , БИБЛИОГРАФИЯ ПО ТРАНСПОРТИРОВКЕ ЗЕМЛЯ-ОРБИТА, 23 сентября 2006 г.

[1] Хейзер и Пратт, с. 457

[:0-2] Jump up to: ^а ^б Экспериментальные и проектные исследования для испытаний на сгорание в Ле-Гатине . Центр оборонной технической информации. 1 января 1966 г.

[p5758-3] Хейзер и Пратт, стр. 457–8.

[k4344-4] Керреброк, стр. 443–4.

[5] Хейзер и Пратт, с. 458.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]