Afterburner

Afterburner реактивных (или разогрева на британском английском) - это дополнительный компонент сгорания, используемый на некоторых двигателях , в основном на военных сверхзвуковых самолетах . Его цель - увеличить тягу , обычно для сверхзвукового полета , взлета и боя . Процесс послеочетания внедряет дополнительное топливо в сгорание в реактивную трубу позади (то есть «после») турбину , «разогревая» выхлопной газ. После выстрела значительно увеличивает тягу в качестве альтернативы использованию более крупного двигателя с его сопутствующим штрафом на вес, но за счет увеличения расхода топлива (снижение эффективности топлива ), что ограничивает его использование в течение коротких периодов. Это применение самолета «разогреть» контрастирует со значением и реализацией «разогрева», применимых к газовым турбинам, управляющим электрическими генераторами, и которые снижают расход топлива. ^{[ 1 ]}

Столетные двигатели называются влажными , когда после перегорания и высохли , когда нет. ^{[ 2 ]} Двигатель, производящий максимальную долю до конца, находится при максимальной мощности, в то время как двигатель, производящий максимальную сухой тяги при военной мощности . ^{[ 3 ]}

Принцип

Первым реактивным двигателем с послеобедением был вариант E Jumo 004 . ^{[ 4 ]}

Джут-двигатель-это применение принципа реакции Ньютона, в котором двигатель генерирует тягу, потому что он увеличивает импульс воздуха, проходящего через него. ^{[ 5 ]} Уточнение зависит от двух вещей: скорость выхлопного газа и массы газа, выходящего из сопла. Столетный двигатель может производить большую тягу, либо ускорить газ до более высокой скорости, либо изгнать большую массу газа из двигателя. ^{[ 6 ]} Проектирование основного турбоевского двигателя вокруг второго принципа производит турбовентивный двигатель, который создает более медленный газ, но его больше. Тербовинам высокоэффективны и могут приносить высокую тягу в течение длительного времени, но компромисс дизайна представляет собой большой размер по сравнению с выходной мощностью. Генерация повышенной мощности с помощью более компактного двигателя в течение коротких периодов может быть достигнута с использованием Afterburner. Поздни увеличивают тягу, прежде всего, ускоряя выхлопные газа до более высокой скорости. ^{[ 7 ]}

Следующие значения и параметры предназначены для раннего реактивного двигателя, Pratt & Whitney J57 , стационарный на взлетно -посадочной полосе, ^{[ 8 ]} и иллюстрируйте высокие значения потока топлива после грунта, температуры и тяги газа по сравнению с тем, что для двигателя, работающего в рамках температурных ограничений для ее турбины.

Самая высокая температура в двигателе (около 3700 ° F (2 040 ° C) ^{[ 9 ]}) встречается в камере сгорания, где топливо сжигается (при приблизительной скорости 8520 фунтов/ч (3860 кг/ч)) в относительно небольшой доле воздуха, попадающего в двигатель. Продукты сгорания должны быть разбавлены воздухом из компрессора, чтобы снизить температуру газа до определенного значения, известного как температура входа турбины (ТЕТ) (1570 ° F (850 ° C), что дает турбине приемлемый срок службы Полем ^{[ 10 ]} Необходимость снижения температуры продуктов сгорания на большое количество является одним из основных ограничений на то, сколько тяги можно получить (10 200 фунтов _F (45 000 Н). Сжигание всего кислорода, поставляемого стадиями компрессора, создаст температуры (3700 ° F (2 040 ° C)), чтобы значительно ослабить внутреннюю структуру двигателя, но путем смешивания продуктов сгорания с неповрежденным воздухом из компрессора при (600 ° F (316 ° C)) значительное количество кислорода ( соотношение топлива/воздуха 0,014 по сравнению со значением без оксигена 0,0687) все еще доступно для сжигания больших количеств топлива (25 000 фунтов/ч (11 000 кг/ч)))) в послепончике. Температура газа уменьшается при прохождении через турбину (до 1 013 ° F (545 ° C)). Afterburner Curstor разогревает газ, но до гораздо более высокой температуры (2540 ° F (1390 ° C)), чем Tet (1570 ° F (850 ° C)). В результате повышения температуры в сгорании после грунта газ ускоряется, во -первых, добавление тепла, известное как Рэйли течет , затем через форсунку до более высокой скорости выхода, чем то, что происходит без опоры. Массовый поток также слегка увеличивается за счет добавления топлива для ярости. Уливавшаяся после переживания составляет 16 000 фунтов _F (71 000 н).

Видимый выхлоп может показать ударные бриллианты , которые вызваны ударными волнами, образованными из -за небольших различий между давлением окружающей среды и давлением выхлопных газов. Это взаимодействие вызывает колебания диаметра выхлопных струй на коротком расстоянии и вызывает видимую полосу, где давление и температура являются самыми высокими.

Увеличение тяги путем отопления шунтирования воздуха

Тяга может быть увеличена путем сжигания топлива в холодном шунтировании турбовина, а не в смешанных холодных и горячих потоках, как у большинства послеочевидных турбо новостей.

Ранний дополненный турбовен, Pratt & Whitney TF30 , использовал отдельные зоны жжения для обхода и потоков ядра с тремя из семи концентрических аэрозольных колец в шунтировании. ^{[ 11 ]} Для сравнения, Afterburing Rolls-Royce Spey использовал двадцать желобого миксера перед топливными коллекторами.

Сжигание камеры Plenum (PCB) было частично разработано для векторированной тяги Bristol Siddeley BS100 Двигатель для Hawker Siddeley P.1154 , пока программа не была отменена в 1965 году. Холодный обход и потоки горячего ядра были разделены между двумя парами форсунок, спереди и сзади. , таким же образом, как и Rolls-Royce Pegasus , и топливо было сожжено в воздухе вентилятора, прежде чем он оставил передние форсунки. Это дало бы большую тягу к взлету и сверхзвуковой производительности в самолете, подобном, но больше, чем Hawker Siddeley Harrier . ^{[ 12 ]}

Нагревание воздуховодов использовалось Pratt & Whitney для их предложения Turboun JTF17 для программы сверхзвуковой транспорта США в 1964 году, и был запущен двигатель демонстратора. ^{[ 13 ]} Обогрев воздуховодов использовал кольцевой сгорание и будет использоваться для взлета, подъема и круиза на Mach 2.7 с различным количеством увеличения в зависимости от веса самолета. ^{[ 14 ]}

Дизайн

Столетный двигатель Afterburner - это расширенная выхлопная секция, содержащая дополнительные топливные форсунки. Поскольку реактивный двигатель вверх по течению (т. Е. До турбины) будет использоваться мало из кислорода IT Ingests, дополнительное топливо может быть сожжено после того, как поток газа покинул турбины. Когда зажигатель включен, топливо впрыскивается, а зажигалки запускаются. Полученный процесс сгорания увеличивает температуру выхода после ухода ( вход в насадку ), что приводит к значительному увеличению тяги двигателя. В дополнение к повышению температуры застоя существует также увеличение массового потока сопла ( т.е. выхода после ухода , нагревание плюс потери трения и турбулентности).

Получаемое увеличение объемного потока выхода после ухода приспосабливается к увеличению площади горла выходящей форсунки. В противном случае, если давление не высвобождается, газ может течь вверх по течению и заново, что, возможно, вызывая компрессор-стойло (или всплеск вентилятора в турбовентом применении). Первые дизайны, например, солнечные ярости, используемые на Cutlass F7U, Starfire F-94 и Scorpion F-89, имели 2-позиционные форсунки для век. ^{[ 15 ]} Современные дизайны включают не только форсунок с переменной геометрией (VG), но и множественные этапы увеличения через отдельные батончики.

В первом порядке коэффициент валовой тяги (послеочетания/сухой) непосредственно пропорционален корню коэффициента температуры застоя через вспомогатель (т.е. выход/вход).

Ограничения

Из-за высокого расхода топлива яросты используются только для краткосрочных и высоких требований. К ним относятся тяжелые или краткосрочные взлеты, помощь в запуске катапульта от авианосцев и во время воздушного боя . Примечательным исключением является двигатель Pratt & Whitney J58, используемый в Blackbird SR-71 , который использовал свой послепончик в течение длительных периодов и заправлялся в полете в рамках каждой миссии разведки.

Afterburner имеет ограниченный срок службы, чтобы соответствовать его прерывистому использованию. J58 был исключением с непрерывным рейтингом. Это было достигнуто с помощью термических барьерных покрытий на лайнере и обладателях пламени ^{[ 16 ]} и охлаждая лайнер и сопло с помощью кровоточащего воздуха компрессора ^{[ 17 ]} Вместо турбинного выхлопного газа.

Эффективность

В тепловых двигателях, таких как реактивные двигатели, эффективность является самой высокой, когда сжигание происходит при максимально возможном давлении и температуре, и расширяется до давления окружающей среды (см. Цикл карно ).

Поскольку выхлопной газ уже имеет уменьшенное содержание кислорода , из -за предыдущего сгорания, и поскольку топливо не горит в колонке с высоким сжатым воздухом, Afterburner, как правило, неэффективен по сравнению с основным процессом сгорания. Эффективность Afterwurner также значительно снижается, если, как обычно, давление входов и хвостовой трубы уменьшается с увеличением высоты. ^{[ Цитация необходима ]}

Это ограничение относится только к турбоятным дженетам. В боевом двигателе военного турбовента в выхлоп добавляется обходной воздух, что повышает эффективность сердечника и послепончика. В турбояжера усиление ограничено 50%, тогда как в турбовентом он зависит от коэффициента обхода и может составлять 70%. ^{[ 18 ]}

Однако, в качестве контрпримерного образца, SR-71 обладал разумной эффективностью на высокой высоте в режиме после обжарения («влажный») благодаря высокой скорости ( MACH 3.2) и соответственно высокое давление из-за потребления ОЗУ .

Влияние на выбор цикла

После выстрела оказывает значительное влияние на выбор цикла двигателя .

вентилятора Снижение соотношения давления уменьшает удельное тягу (как сухость, так и мокрый послеоходе), но приводит к более низкой температуре, входящей в послеподватор. Поскольку температура выхода после переживания эффективно фиксирована, ^{[ почему? ]} Повышение температуры по всему устройству увеличивается, повышая поток топлива после улова. Общий поток топлива, как правило, увеличивается быстрее, чем чистая тяга, что приводит к более высокому удельному потреблению топлива (SFC). Однако соответствующая SFC Dry Power улучшается (то есть более низкая удельная тяга). Высокое температурное соотношение в послеподневателе приводит к хорошему увеличению тяги.

Если самолет сжигает большой процент своего топлива с зажженным всплеском, он платит за выбор цикла двигателя с высокой удельной тягой (то есть высокое соотношение давления вентилятора/ коэффициент обхода ). Результирующий двигатель относительно экономически эффективен с послеоходом (т.е. бои/взлета), но жаждут сухой энергии. Если, однако, послепончика вряд ли будет использоваться, будет предпочтение отдавать низкий специфический цикл тяги (низкий уровень давления вентилятора/высокий коэффициент обхода). У такого двигателя есть хороший сухой SFC, но плохой послеочивание SFC в бою/взлете.

Часто дизайнер двигателя сталкивается с компромиссом между этими двумя крайностями.

История

Caproni Campini CC2 Motorjet , спроектированный итальянским инженером Secondo Campini , был первым самолетом, включившим послеобедать. Первый рейс CC2 с управлением после загущиков состоялся 11 апреля 1941 года. ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}

Ранняя британская Aftureburner («разогрев») включала в себя летные испытания на Rolls-Royce W2/B23 в метеоре Gloster I в конце 1944 года и наземные испытания на двигателе Power Jets W2/700 в середине 1945 года. Этот двигатель был предназначен для проекта сверхзвукового самолета Miles M.52 . ^{[ 21 ]}

Ранние американские исследования по концепции были проведены NACA , в Кливленде, штат Огайо, что привело к публикации статьи «Теоретическое исследование усиления тяги турбоевских двигателей с помощью сжигания хвостовой трубы» в январе 1947 года. ^{[ 22 ]}

Американская работа над последствиями в 1948 году привела к инсталляциям на ранних прямых самолетах, таких как « Пират» , «Звездный огонь» и «Скорпион» . ^{[ 23 ]}

Новый Turbojet Pratt & Whitney J48 , примерно на 8000 фунтов (36 кН) с ярожниками, приведет к тому, что Grumman Swept-Wing Fighter F9F-6 , который собирался выйти в производство. Другие новые боевики военно-морского флота с Afterburners включали в себя шанс Vought F7U-3 Cutlass , работающий на два двигателя Westinghouse J46 6000 фунтов (27 кН) .

В 1950-х годах было разработано несколько крупных двигателей после обгорания, таких как Iroquois Orenda и британские варианты De Havilland Gyron и Rolls-Royce Avon Rb.146. Avon и его варианты оснащены английской электрической молнией , первым сверхзвуковым самолетом в обслуживании RAF. Bristol-Siddeley/ Rolls-Royce Olympus был оснащен яростами для использования с BAC TSR-2 . Эта система была разработана и разработана совместно с Бристоль-Сиддей и Солнечкой Сан-Диего. ^{[ 24 ]} Система Afterburner для Concorde была разработана Snecma .

Поздравления обычно используются только в военных самолетах и считаются стандартным оборудованием на истребителях. Горстка гражданских плоскостей, которые их использовали, включают в себя некоторые НАСА исследования , Tupolev TU-144 , Конкорде и белый рыцарь масштабированных композитов . Конкорд пролетел на большие расстояния на сверхзвуковых скоростях. Устойчивые высокие скорости были бы невозможны с высоким потреблением топлива после грунта, а самолет использовал послеподначивания при взлете и для минимизации времени, проведенного в режиме транссонского полета с высоким содержанием драги. Суперзвуковой полет без язваний называется Supercruise .

Турбового двигателя , оснащенного после грунта, называется «послеочевидным турбоейтом», в то время как турбовентный двигатель, аналогичный оборудование, иногда называется «дополненным турбовентиром». ^{[ Цитация необходима ]}

« Drailing and-Gurn »-это функция Airshow-дисплея, где топливо сброшено, а затем преднамеренно зажгивает с помощью Afterburner. Захватывающее пламя в сочетании с высокой скоростью делает его популярным дисплеем для авиашов или в качестве финала для фейерверков . Сброс топлива используется главным образом для снижения веса самолета, чтобы избежать тяжелой, высокоскоростной посадки. Помимо безопасности или чрезвычайных причинах, сброс топлива не имеет практического использования.

Смотрите также

Ссылки

^ Проектирование газовых турбин, компоненты и интеграция проектирования системы, Мейнхард Т. Шобири, 978 319 58376 1 , с. 12/24
^ Рональд Д. Флэк (2005). Основы реактивного движения с приложениями . Кембридж, Великобритания: издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-81983-0 .
^ Грэм, Ричард Х. (15 июля 2008 г.). Полет SR-71 Blackbird: в кабине на секретной оперативной миссии . MBI Publishing Company. п. 56. ISBN 9781610600705 .
^ Авиационные исследования в Германии: от Lilienthal до сегодняшнего дня . Спрингер. 6 декабря 2012 г. ISBN 978-3-642-18484-0 .
^ «Общее уравнение тяги» . www.grc.nasa.gov . Получено 19 марта 2018 года .
^ Ллойд Дингл; Майкл Х Тули (23 сентября 2013 г.). Принципы самолета . Routledge. С. 189 -. ISBN 978-1-136-07278-9 .
^ Отис Э. Ланкастер (8 декабря 2015 г.). Реактивные двигатели . ПРИЗНАЯ УНИВЕРСИТЕТА ПРИСЕТА. С. 176–. ISBN 978-1-4008-7791-1 .
^ Двигатель авиационной газовой турбины и его эксплуатация, часть № P & W 182408, P & W Инструкция по эксплуатации 200, пересмотрена декабрь 1982 года, United Technologies Pratt & Whitney, Рисунок 6-4
^ Agard-LS-183, Устойчивое и переходное прогноз производительности, май 1982 г., ISBN 92 835 0674 x , раздел 2-3
^ Zellman Warhaft (1997). Введение в тепловой инженер: двигатель и атмосфера . Издательство Кембриджского университета. С. 97–. ISBN 978-0-521-58927-7 .
^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019364.pdf , Рисунок 2 Схема Afterburner
^ «1962 | 2469 | Архив летного» . FlightGlobal.com . Получено 9 ноября 2018 года .
^ Двигатели Пратта и Уитни: техническая история, Джек Коннорс 2009, 978 978 1 60086 711 8 . с.380
^ Пратт и Уитни (10 октября 1972 г.). Pratt & Whitney Aircraft PWA FP 66-100 Отчет D (PDF) (отчет). Тол. 3. Оборонная техническая информационная центр . Архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2020 года.
^ SAE 871354 "Первая разработка после окуневания США"
^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19840004244.pdf , с.5
^ http://roadrunnernersinternationale.com/pw_tales.htm , p.3
^ «Основное исследование послеподначика» Йошиюки Оха, НАСА ТТ F-13,657
^ Баттлер, Тони (19 сентября 2019 г.). Самолетные прототипы Второй мировой войны: Gloster, Heinkel и Caproni Campini's Get программ . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1-4728-3597-0 .
^ Алеги, Грегори (15 января 2014 г.). «Медленная горелка Secondo, Campini Caproni и CC2». Авиационный историк . № 6. Великобритания. п. 76. ISSN 2051-1930 .
^ «Быстрые Джетс-история развития разогрева в Дерби». Кирилл Эллиотт ISBN 1 872922 20 1 P14,16
^ Bohanon, H R. «Теоретическое исследование усиления тяги турбоевских двигателей с помощью сжигания хвостовой трубы» (PDF) . ntrs.nasa.gov .
^ "Afterburing: обзор текущей американской практики" Flight Magazine 21 ноября 1952 г. p648
^ «Бристоль/солнечный перегрев».

Внешние ссылки

Фотография переживания топливных брызг из Бристоль Сиддели Олимп (картинка внизу слева от страницы)
«Перегрев хвостовой трубы», 1949 года. летная статья

[1] Проектирование газовых турбин, компоненты и интеграция проектирования системы, Мейнхард Т. Шобири, 978 319 58376 1 , с. 12/24

[2] Рональд Д. Флэк (2005). Основы реактивного движения с приложениями . Кембридж, Великобритания: издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-81983-0 .

[3] Грэм, Ричард Х. (15 июля 2008 г.). Полет SR-71 Blackbird: в кабине на секретной оперативной миссии . MBI Publishing Company. п. 56. ISBN 9781610600705 .

[4] Авиационные исследования в Германии: от Lilienthal до сегодняшнего дня . Спрингер. 6 декабря 2012 г. ISBN 978-3-642-18484-0 .

[5] «Общее уравнение тяги» . www.grc.nasa.gov . Получено 19 марта 2018 года .

[DingleTooley2013-6] Ллойд Дингл; Майкл Х Тули (23 сентября 2013 г.). Принципы самолета . Routledge. С. 189 -. ISBN 978-1-136-07278-9 .

[Lancaster2015-7] Отис Э. Ланкастер (8 декабря 2015 г.). Реактивные двигатели . ПРИЗНАЯ УНИВЕРСИТЕТА ПРИСЕТА. С. 176–. ISBN 978-1-4008-7791-1 .

[8] Двигатель авиационной газовой турбины и его эксплуатация, часть № P & W 182408, P & W Инструкция по эксплуатации 200, пересмотрена декабрь 1982 года, United Technologies Pratt & Whitney, Рисунок 6-4

[9] Agard-LS-183, Устойчивое и переходное прогноз производительности, май 1982 г., ISBN 92 835 0674 x , раздел 2-3

[Warhaft1997-10] Zellman Warhaft (1997). Введение в тепловой инженер: двигатель и атмосфера . Издательство Кембриджского университета. С. 97–. ISBN 978-0-521-58927-7 .

[11] ttps://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019364.pdf , Рисунок 2 Схема Afterburner

[12] «1962 | 2469 | Архив летного» . FlightGlobal.com . Получено 9 ноября 2018 года .

[13] Двигатели Пратта и Уитни: техническая история, Джек Коннорс 2009, 978 978 1 60086 711 8 . с.380

[14] Пратт и Уитни (10 октября 1972 г.). Pratt & Whitney Aircraft PWA FP 66-100 Отчет D (PDF) (отчет). Тол. 3. Оборонная техническая информационная центр . Архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2020 года.

[15] SAE 871354 "Первая разработка после окуневания США"

[16] ttps://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19840004244.pdf , с.5

[17] ttp://roadrunnernersinternationale.com/pw_tales.htm , p.3

[18] «Основное исследование послеподначика» Йошиюки Оха, НАСА ТТ F-13,657

[:0-19] Баттлер, Тони (19 сентября 2019 г.). Самолетные прототипы Второй мировой войны: Gloster, Heinkel и Caproni Campini's Get программ . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1-4728-3597-0 .

[:1-20] Алеги, Грегори (15 января 2014 г.). «Медленная горелка Secondo, Campini Caproni и CC2». Авиационный историк . № 6. Великобритания. п. 76. ISSN 2051-1930 .

[21] «Быстрые Джетс-история развития разогрева в Дерби». Кирилл Эллиотт ISBN 1 872922 20 1 P14,16

[22] Bohanon, H R. «Теоретическое исследование усиления тяги турбоевских двигателей с помощью сжигания хвостовой трубы» (PDF) . ntrs.nasa.gov .

[23] "Afterburing: обзор текущей американской практики" Flight Magazine 21 ноября 1952 г. p648

[24] «Бристоль/солнечный перегрев».

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]