Авиационные газотурбинные двигатели

    Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

    Авиационные ГТД можно можно разделить на:

    • турбореактивные двигатели (ТРД)
    • двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)
    • Турбовинтовые двигатели (ТВД)
    • Турбовальные двигатели (ТВаД)

    Притом, ТРД и ТРДД могут содержать в себе форсажную камеру, в таком случае они будут ТРДФ и ТРДДФ соответственно. В этой статье мы их рассматривать не будем.

    Начнём с турбореактивных двигателей.

    Турбореактивные двигатели


    Такой тип двигателей был создан в первой половине 20-го века и начал находить себе массовое применение к концу Второй мировой войны. Первым в мире серийным турбореактивным самолетом был немецкий Me.262. ТРД были популярны вплоть до 60-ых годов, после чего их стали вытеснять ТРДД.

    image
    Современная фотография Me-262, сделанная в 2016 году

    Самый простой турбореактивный двигатель включает в себя следующие элементы:

    • Входное устройство
    • Компрессор
    • Камеру сгорания
    • Турбину
    • Реактивное сопло (далее просто сопло)

    Можно сказать, что это минимальный набор для нормальной работы двигателя.

    А теперь рассмотрим что для чего нужно и зачем.

    Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие. В нём кинетическая энергия входящего воздуха частично преобразуется в давление.

    *здесь и дальше мы будем говорить про дозвуковые скорости. На сверхзвуковой скорости физика меняется, и там все совсем не так.

    Компрессор — это устройство, в котором происходит повышение давление воздуха. Компрессор можно характеризовать такой величиной, как степень повышения давления. В современных двигателях оно уже начинает переступать за 40 единиц. Кроме того, в нем увеличивается температура (может быть, где-то до 400 градусов Цельсия).

    Камера сгорания — устройство, в котором к сжатому воздуху (после компрессора) подводится тепло из-за горения топлива. Температура в камере сгорания очень высокая, может достигать 2000 градусов Цельсия. Вам может показаться, что давление газа в камере тоже сильно увеличивается, но это не так. Теоретически принято считать, что подвод тепла осуществляется при постоянном давлении. В реальности оно немного падает из-за потерь (проблема несовершенства конструкции).

    Турбина — устройство, превращающее часть энергии газа после камеры сгорания в энергию привода компрессора. Так как турбины используются не только в авиации, можно дать более общее определение: это устройство, преобразующее внутреннюю энергию рабочего тела (в нашем случае рабочее тело — это газ) в механическую работу на валу. Как вы могли понять, турбина и компрессор находятся на одном валу и жестко связаны между собой. Если в компрессоре происходит повышение давления газа, то в турбине, наоборот, понижение, то есть газ расширяется.

    Сопло — суживающийся канал, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую (оставшийся запас энергии газа после турбины). Как и в турбине, в сопле происходит расширение газа. Образуется струя, которая, вытекая из сопла, движет самолёт.

    С основными элементами разобрались. Но все равно не очень понятно как оно работает? Тогда давайте ещё раз и коротко.

    Воздух из атмосферы попадает во входное устройство, где немного сжимается и поступает в компрессор. В компрессоре давление воздуха растёт ещё сильнее, растёт и температура. После компрессора воздух поступает в камеру сгорания и, смешиваясь там с топливом, воспламеняется, что приводит к сильному возрастанию температуры, при, можно сказать, постоянном давлении. После камеры сгорания горячий сжатый газ попадает в турбину. Часть энергии газа расходуется на вращение компрессора турбиной (чтобы он мог выполнять свою функцию, описанную выше), другая часть энергии расходуется на, нужное нам, движение самолёта, из-за того, что газ, пройдя турбину, превращается в реактивную струю в сопле и вырывается из него (сопла) в атмосферу. На этом цикл завершается. Конечно, в реальности все процессы цикла проходят непрерывно.

    Такой цикл называется циклом Брайтона, или термодинамическим циклом с непрерывным характером рабочего процесса и подводом тепла при постоянном давлении. По такому циклу работают все ГТД.

    image
    Цикл Брайтона в P-V координатах

    Н-В — процесс сжатия во входном устройстве
    В-К — процесс сжатия в компрессоре
    К-Г — изобарический подвод тепла
    Г-Т — процесс расширения газа в турбине
    Г-С — процесс расширения газа в сопле
    С-Н — изобарический отвод тепла в атмосферу

    image
    Схематичная конструкция турбореактивного двигателя, где 0-0 — ось двигателя

    ТРД может иметь и два вала. В таком случае компрессор состоит из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), а подвод работы будут осуществлять турбина низкого давления (ТНД) и турбина высокого давления (ТВД) соответственно. Такая схема более выгодная газодинамически.

    image
    Реальный двигатель такого вида в разрезе

    Мы рассмотрели принцип работы самой простой схемы авиационного газотурбинного двигателя. Естественно, на современных «Эйрбасах и Боингах» устанавливаются ТРДД, конструкция которых заметно сложнее, но работает все по таким же законам. Давайте рассмотрим их.

    Двухконтурный турбореактивный двигатель


    ТРДД, прежде всего, отличается от ТРД тем, что имеет два контура: внешний и внутренний. Внутренний контур содержит в себе то же самое, что и ТРД: компрессор (разделенный на КНД и КВД), камеру сгорания, турбину (разделенную на ТВД и ТНД) и сопло. Внешний контур представляет собой канал, с соплом в конце. В нем нет ни камеры сгорания, ни турбины. Перед обоими контурами (сразу после входного устройства двигателя) стоит ступень компрессора, работающая на оба контура.

    Не очень понятная картина выходит, да? Давайте разберемся как оно работает.

    image
    Схематичная конструкция двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя

    Воздух, попадающий в двигатель, пройдя через первую ступень компрессора низкого давления, разбивается на два потока. Одна часть воздуха идет по внутреннему контуру, где происходят те же процессы, которые были описаны, когда мы разбирали ТРД. Вторая часть воздуха попадает во внешний контур, получив энергию от первой ступени КНД (та, которая работает на два контура). Во внешнем контуре энергия воздуха тратится только на преодоление гидравлических потерь (за счёт трения). В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу. Тяга, созданная внешним контуром, может составлять 80% тяги всего двигателя.

    Одной из важнейших характеристик ТРДД является степень двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внешнем контуре, к расходу воздуха во внутреннем контуре. Это число может быть как больше, так и меньше единицы. На современных двигателях это число переступает за значение в 12 единиц.
    Двигатели, степень двухконтурности которых больше двух, принято называть турбовентиляторными, а первую ступень компрессора (ту, что работает на оба контура) вентилятором.

    image
    ТРДД самолета Boeing 757-200. На переднем плане видно входное устройство и вентилятор

    На некоторых двигателях вентилятор приводится в движение отдельной турбиной, которая ставится ближе всего к соплу внутреннего контура. Тогда двигатель получается трехвальным. Например, по такой схеме выполнены двигатели Rolls Royce RB211 (устанавливались на L1011, B747, B757, B767), Д-18Т (Ан-124), Д-36 (Як-42)

    image
    Д-18Т в разрезе изнутри

    Главное достоинство ТРДД заключается в возможности создания большой тяги и хорошей экономичности, по сравнению с ТРД.

    На этом я хотел бы закончить про ТРДД и перейти к следующему виду двигателей — ТВД.

    Турбовинтовые двигатели


    Турбовинтовой двигатель, как и турбореактивный, относится к газотурбинным двигателям. И работает он почти как турбореактивный. Элементарный турбовинтовой двигатель состоит из уже знакомых нам элементов: компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. К ним добавляются редуктор и винт.

    image

    Принцип работы работы такой же, как у турбореактивного, с разницей в том, что практически вся энергия газа расходуется на турбине на вращение компрессора и на вращение винта через редуктор (здесь винт и редуктор находятся на одном валу с компрессором). Винт создаёт основную долю тяги. Оставшаяся, после турбины, часть энергии направляется в сопло, образуя реактивную тягу, но она мала, может составлять десятую часть от общей. Редуктор в этой схеме нужен для того, чтобы понизить обороты и передать момент, так как турбина может вращаться с очень высокой частотой, например, 10000 оборотов в минуту, а винту нужно только 1500. И винт достаточно тяжелый.

    image
    Схематичная конструкция ТВД

    Но бывает и другая схема турбовинтовых двигателей: со свободной турбиной.
    Её суть в том, что за обычной турбиной компрессора ставится отдельная турбина, которая механически не связана с турбиной компрессора. Такая турбина называется свободной. Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение.

    image
    Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной

    Хочу отметить, что не нужно смотреть на турбовинтовые двигатели как на малоэффективный пережиток прошлого. Я несколько раз слышал такие высказывания, но они неверны.
    Турбовинтовой двигатель в некоторых случаях обладает наивысшим КПД, как правило, на самолетах с не очень большими скоростями (например, на 500 км/ч), притом, самолет может быть внушительных размеров. В таком случае, турбовинтовой двигатель может быть в разы выгоднее, рассмотренного ранее, турбореактивного двигателя.

    На этом про турбовинтовые двигатели можно заканчивать. Мы потихоньку подошли к понятию турбовального двигателя.

    Турбовальный двигатель


    Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.

    Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
    А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.

    image
    Схематичная конструкция турбовального двигателя

    image
    Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал

    Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.

    Спасибо за внимание.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 237

      +2
      Стало немного ясней, спасибо. А топливная эффективность этих типов и среднего поршневого двигателя сильно отличаются?
      Реактивные, если я правильно понял, имеют на порядок выше удельную (отнесённую к массе) мощность?
        +4
        Прилично отличается. Во-первых поршневые двигатели весьма тяжелые и достаточно много потребляют топлива, по сравнению с газотурбинными. Во-вторых мне сложно представить такой авиационный поршневой двигатель, который сможет создать тягу, скажем, в 30 тонн.
          0
          Мне и ТРДД с тягой в 30 тонн сложно представить :)
            0
            НК-32 — тяга на форсаже 25 тонн. Используется на ТУ-160.
              +1
              Ну вот и я про тоже, посмотрите на эту «дуру»
              image
              Номинальная тяга: 14 тс
                0
                Двигатель GE90 (в варианте для Boeing 777/X) выдаёт до 470 kN (и планируется 480kN для бОльших версий 777X) — т.е. класс 50 тонн.

                Да, его диаметр (в кожухе) больше диаметра фюзеляжа Boeing 737 — который намного проще представить (всё-таки близко на ВПП к 777му не пускают, чтобы это ощутить)

              +3
              Rolls-Royce Trent XWB более 40 тонн, и без форсажной камеры, но тоже не маленький.
              General Electric GE90 около 50 тонн.
              +6

              Термодинамический КПД двигателей:


              • бензиновых — до 35%
              • дизельных — до 55%
              • газотурбинных — до 46%, (до 61% в комбинированном цикле электростанций)
                Для летательных аппаратов есть ещё propulsive efficiency,
                есть thrust-specific fuel consumption (tsfc)
                Можно рассматривать и расход на 100 км на пассажира, но это как сф конь в вакууме — прикольно для общего кругозора, повосхищаться как много и далеко поезд может отвезти на тонне топлива

              Но уж раз про самолёты, то тут столько драматических сюжетов…
              Кампании вкладывают миллиарды в программы, которые иногда прогорают -> потеря рынка, кризис, увольнения. Идут на рисковое но продуманое вложение в новую технологию (миллиард-два) в которую совсем не верит гегемон -> несколько лет и СМИ пишут не больше не меньше: "революция!", у гегемона отобрали пол-рынка, он пытается навёрстывать, но через стену патентов пробиться ой не легко.
              У гегемона свои козыри: на керметах выжимает высокое термальное КПД. Но сколько циклов это будет стоить? Финансовая модель ведь уже не та, что 15 лет назад: заработок на запчастях-расходниках типа лопаток турбин. Нынче оплата идёт за время на крыле. И если лопатки горят — то на этом не зарабатываешь, а конкретно теряешь.
              В это время у "революционера" свои проблемы, свои детские болезни, которые могут серьёзно все свести на нет, если не решать быстро и правильно.
              Вообщем, в этой весьма консервативной области идут такие замесы! Медленные и огромные как тектонические плиты.
              Во, меня понесло !


              Интересно ещё узнать от автора сравнение того же пд14 и pw1400g для мс21. И нк-93 конечно же!
              Вообще сравнить бы с большой тройкой, с их козырями и слабыми местами.


              Статья основательная, почти как глава из учебника по теплотехнике.
              Но имхо, больше описательная, чем "объяснятельная". Поэтому, вот мой список вопросов автору, может ответы помогут другим лучше понять зачем город городили:


              1. Воздухозаборник. Зачем он? Давление повышать? Акустическую глушилку ставить? На пропеллерных ведь его нет и летают же. Лишний вес, сопротивление, одна морока.


              2. Компрессор. Если за ним давление в 40'раз больше, то почему воздух туда вообще идёт, а не вырывается обратно? Что такое помпаж, и как с ним бороться ?


              3. Почему давление в камере сгорании не повышается? Специально так медленно подводят тепло, что оно не повышается?


              4. Сопло. Зачем оставлять энергию для сопла, а не всю передавать турбине ?


              5. Почему два вала более выгодны газодинамически? А 3 вала на ройсе ещё лучше ?


              6. Выше двухконтурность — лучше? Почему?
                Почему останавливаются на 12?
                Поправка. При двухконтурности в упомянутые 12 тяга внешнего контура много больше 80%
                Как называют двухконтурные со степ. 2хконтурности <2? Они не вентиляторные?


              7. Почему трдд имеют большую экономичность чем трд?


              8. Расскажите про свою работу?



              Спасибо за статью!

                +3
                MOAR!
                  0
                  Mother Of All Rockets?
                  0
                  Не автор но отвечу на некоторые вопросы
                  1. У боевых для снижения скорости сверхзвукового потока, у гражданских для небольшого повышения давления и ламинарзации потока, т.к. Второй контур всё равно есть, плюс 50 см воздухозаборника погоды не сделают.
                  2. по первой части вопроса ниже уже комментариев 5, по второй это когда давление в камере/ на последних ступенях существенно выше чем на предыдущих, по сути поток либо запирается либо он идёт в обратную сторону, борются поворотными лопатка и и сбросом излишков давления во второй контур. У соевого компрессора вообще узкие режимы устойчивой работы (один из его основных минусов срыв либо в помпа либо в зуд), поэтому и используют поворотные лопатки в компрессоре.
                  3.Подводят тепло максимально как могут, уже приближаются к стехиометрии, но давление в турбина ниже, потому избытке сбрасывается туда
                  4. Переданная турбине энергия-потерянная, идеально вообще без турбины.
                  5.с точки зрения КПД и газодинамики три ещё лучше, с точки зрения эксплуатации и цены нет. Два вала, две скорости, для вентилятора нужны существенно меньшие обороты (привет редуктор).
                  6.выше двухконтурность больше масса выбрасываемого воздуха, больше тяга mv формула, можете за счёт массы поднять тягу можете за счёт скорости (но тогда шум). 12, можно и выше, проблемы скорости крайних точек лопатки (поэтому используют редуктор, тогда можно и поднять), вторая проблема вибрации лопаток. Меньше двух обычные двухконтурность турбореактивные, хотя кнд синоним вентилятор, так что в принципе тоже вентиляторы, если формально.
                  7. более оптимальные режимы работы, возможность регулировать и создания большей тяги за счёт второго контура, через один контур много воздуха не пропустить.
                    0
                    Спасибо.
                    Кое с чем не согласен.

                    1. Поток в полёте и так очень даже ламинарный.
                    В этой индустрии каждый сантиметр заборника — битва и инвестиции порядка в миллион у.е.
                    Второй контур всё равно есть
                    .
                    Вы имеете ввиду ещё полтора-два метра «бочки»? Она-то зачем? Просто реверс прятать да глушителем шума быть?
                    Вобщем, не убедили, что ради небольшого повышения давления стоит таскать центнеры массы и страшно представить сколько сопротивления.

                    3. я имхую, что просто туда, где давление выше — воздух не потечет. И будет отказываться течь, пока как вода дамбу не превысит давление которое его не пускает (если компрессор качает).
                    Я не совсем в теме, потому спрашиваю: стехиометрия ведь не о кинетике? И нет ли проблемы с NOX-ами если быстро жечь?

                    4. Как это «идеально вообще без турбины»? Разве не затем турбина, что бы кроме компрессора еще и вентилятор/пропеллер/вал крутить?

                    5. Вот и статья вроде говорит, что лучше. Что для кпд лучше — это понятно. Непонятно — почему? Вот возьмем ройсовский трёхвальный как на картинке в статье и заменм два внутренних вала на один. Почему (а не для чего) так будет хуже?
                    6. Шум это, конечно, плохо. Но все ради propulsive efficiency. тяга — mv, энергия — mv^2. Уменьшая скорость и повышая массовый расход воздуха, можно при той же тяге расходовать меньше энергии.
                    Да, всё хорошее где-то кончается: в т.ч. упираются в массу мотогондолы, места может не хватать.
                    А что за проблема вибрации?
                    7. да. Опять тот же mv против mv^2, даже если достаточно воздуха проходит через первый контур.
                      0
                      1.
                      ещё полтора-два метра «бочки»? Она-то зачем? Просто реверс прятать да глушителем шума быть?

                      Нет, имею ввиду перед лопатками, плюс к этому форму делают так чтоб как можно меньше с аэродрома подсасывать мусора (посмотрите в профиле как выглядит входное устройство). Длинный второй контур для формирования потока и повышения скорости истечения, можно его и убрать, тогда будет турбовинтовой, такие тоже есть.
                      3.В целом да, где давление выше туда не течёт. С NOx проблемы есть, в целом две проблемы, низкая температура горения — выбросы CO и сажа (можете посмотреть как дымят РД-33 на МИГ-29), высокая — NOx, но для боевых NOx фиолетово там стремятся к стехиометрии, для гражданских всякие извращения придумывают, двухзонные камеры, форсунки с аэрацией, обеднение смеси и т.п. Потому стехиометрия в горении больше для военных, в гражданчских цель удержать тмпературу ядра на всех режимах в заданном диапазоне. Вот тут кое что о снижении эмиссии engine.aviaport.ru/issues/108/pics/pg10.pdf
                      4. Да для этого, потому это отбирает энергию от самой тяги на вращение вентилятора. При этом цель всей этой вращающейся лабуды просто создать давление перед камерой сгорания. Поэтому есть СПВРД и ГПВРД, где давление создаётся за счёт скачков уплотнения, соответственно работают только на сверх/гипер звуке и представляют собой по сути трубу с форсунками.
                      5.Хуже потому что вентилятор будет крутиться слишком быстро, следовательно большой диаметр лопаток не сделать, ибо их концы на сверхзвук перейдут и запрут поток плюс повысят шум, при этом расход сильно не поднять. Поэтому три контура делают с целью снижения частоты вращения роторов и повышения степени двухконтурности (второй путь редукторные двигатели, цели те же самые, методы другие)
                      6.Большие лопатки и тонкие — низкая частота собственных колебаний — резонанс на рабочих режимах(плюс слишком тонкие лопатки — большая разница в перемещениях при работе и на земле, что так же нужно учитывать), посмотрите на вентиляторы двигателей 4 поколения, до появления современных методов расчёта, у всех примерно на 2/3 длины стоят антивибрационные полки, создающие контур жёсткости и повышающие частоту собственных колебаний, и так же посмотрите на лопатки последних двигателей, их форма сильно поменялась, в сторону усложнения.
                        0
                        я опять поимхую, а вы уж поправьте.
                        1. я понял, что вы именно про заборник говорили. Я про остальную «бочку» — что она не оправдание заборнику.
                        Вот как раз и к тому и вел свой вопрос: зачем эти заборник и сопло. Есть же турбовинтовые: легче, проще, дешевле!

                        Необходимость в этом возникает как раз, когда хотим летать быстрее. Летать на М=0,8 — лопасти пропеллера будут на сверхзвуке — много потерь. Поэтому как и у вас военных заборник — что бы притормозить поток, где его на гораздо более низкой скорости сожмет вентилятор и сопло выплюнет.
                        А медленно летать это все не надо — сжимать в заборнике, направлять в сопле. Можно, но пропеллер проще.

                        Там профиль не для/от мусора, а просто, что б поток не отрывался на всех режимах полета.
                        3. спасибо за ссылку.
                        4. Я согласен, что на гиперзвуке с пропеллером не полетаешь. Зато теперь понял, что имеется ввиду под вашим «идеально». Для вас, военных, чем быстрей, тем идеальней ))))
                        Я то спрашивал, раз уж турбина крутит вентилятор, то зачем оставлять энергию и не отдавать её максимально турбине?
                        Новый вопрос: В более старых двигателях давление в сопле второго контура далеко за критическое (по гражданским меркам. хахаха). Почему там сопла были только сужающиеся, без расширения?
                        5. с этим я согласен. Но я о другом. Посмотрите на схему «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной». Там три турбины. Почему если объединить валы высокого давления и низкого давления в один, будет хуже? Так же останется заленая свободная турбина, с редуктором с любым понижающим числом…

                        Спасибо за подробные ответы!

                        А вот вас про вашу работу не спрашиваю )))

                          0
                          1. Профиль в том числе и от мусора, немало публикаций на эту тему в последнее время (в основном расчётных). В целом для для бо'льших скоростей турбовентиляторные с воздухозаборником, для малых более эффективны турбовинтовые. Кстати сжимает на гражданских воздухозаборник совсем мизер.
                          4.
                          раз уж турбина крутит вентилятор, то зачем оставлять энергию и не отдавать её максимально турбине?
                          А зачем? и первый и второй контур создают тягу, турбине отдаётся мощность чтоб раскрутить до оптимальных оборотов вентилятор, можно и больше, но тогда выше скорость вращения — меньше диаметр — меньше степень двухконтурности либо редуктор. Смысла скидывать больше мощности на турбину в ТРДД нет никакого смысла
                          Про сопла, они и сейчас в гражданских сужающиеся (дифузорные), а в военных регулируемые, на одних режимах сужающиеся, на других расширяющиеся (посмотрите сопла АЛ-31, РД-33 и пр. и сравните с гражданскими). Профиль сопла зависит от скорости истекающих газов, если скорость меньше 1 маха — сужающиеся, если больше — как сопло лаваля сужение со скоростью мах в критике потом расширение.
                          5.Там две турбины (жёлтая и зелёная) и, соответственно два вала, как и во всех турбовалках, турбина газогенератора и свободная (силовая) турбина, что с чем объединить нужно?
                            0
                            1. Спасибо. Вот потому я тут вам и автору голову морочу, что не для сжатия заборник. А с ламенаризацией на старте из-за него одни проблемы.
                            Про мусор, если видели ссылки, поделитесь пожалуйста. Потому как не представляю, как профиль может влиять. И еще больше сомневаюсь, что производители под мусор оптимизируют.

                            4. так ведь даже на последних гражданских с огромной двухконтурностью лямбда в сопле выше 1,9. А уж про старые и говорить нечего. Почему на старых не было расширения?

                            5. на картинке «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной» три вала. Так же три вала и на «Схематичная конструкция турбовального двигателя».
                            Зачем три, а не два?
                            Хорошо объяснили, почему отдельная медленная турбина для винта\пропеллера, но вот зачем оставили два вала внутри, а не один? отдельный вал для компрессора низкого давления и отдельный для высокого давления?

                            Спасибо
                              0
                              1.https://www.researchgate.net/publication/241204100_Flow_Control_Techniques_for_Transport_Aircraft
                              www.researchgate.net/publication/268561944_Engine_Ground_Vortex_Control
                              verizonaonlinepublishing.com/ROBOTICSPDF/JournalofRoboticsandMechanicalEngineeringResearch15.pdf
                              engine.aviaport.ru/issues/63/page04.html
                              Ну и т.д., большинство из статей правда комплексные, но попадание пыли/мусора так же рассматриваются (где то была большая работа численно-экспериментальная из воронежа, с визуализацией дымом, но с ходу я её не нашёл).
                              4.Это откуда вы такие данные по лямбда взяли? 0,4-0,8 если 1,9, это существенно выше скорости звука, вы б тогда бочки маха видели за соплом (как при форсаже или в ЖРД), в гражданских такого нет, скорость на всём протяжении меньше скорости звука.
                              5.Эм, то ли лыжи не едут, то ли… где там 3 вала? Я только два вижу в обоих случаях, для примера «Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной» один вал — фиолетовый, второй — зелёный, где там 3 вал? какого он цвета на рисунке? В двигателях со свободной турбиной нет компрессора низкого давления, надо сначала разобраться где вы там третий вал увидели, иначе всё впустую.
                                0
                                1. Спасибо за ссылки. Но 1 — пытаются сдуть вихрь. Такое есть и на практике. 2я — просто обзор, cfd в конце — ниочём. 3я, расчётная, вихрь предлагает сдувать. Влияние профиля на засасывание мусора или на вихрь я не нашёл.
                                  Я думаю мы и не найдём. Всё же все три статьи интересные.


                                2. Может я неправильной буквой обозначил отношение полного давления в сопле к атмосферному… именно его имел ввиду. При махе 0.8 по изоэнтропической формуле отношение будет 1.5 с копейками. Добавьте хотя бы 1.5 которые накидывает вентилятор и будет выше 2.25. Критическое давление при 1.9.


                                3. На предыдущей картинке автор нарисовал два вала, а потом на той, что я ссылался их три. Картинка неочевидная, да и автор может ошибаться. Но мы-то знаем, что трёхвальные двигатели есть? На третьем, самом медленном висит вентилятор или, может, пропеллер. А вот, что с двумя остальными валами? Почему их два?


                                  0
                                  1.О том и речь сдувают вихрь в том числе чтоб не поднять песок с полосы и не кинуть её на вентилятор, там целый абзац этому посвящён.
                                  kb.osu.edu/bitstream/handle/1811/54411/Ryan_Winfree_UGR_Thesis.pdf — прямо с экспериментом (хотя без пыли
                                  www.researchgate.net/publication/267502309_Particle_Transport_Analysis_of_Sand_Ingestion_in_Gas_Turbine_Engines)
                                  web.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-042513-153837/unrestricted/Horvath_Thesis_Report.pdf — большая статья по вихрям.
                                  Хотя да, целенаправленно против пыли не проектируют, видимо спутал с вихрями когда читал в своё время, почему то именно песок/пыль отложились в памяти.
                                  2.Как то вы лихо давления прибавляете, стандартно считают по маху либо лямбде, давление за турбиной где-то около 1,2-1,4.
                                  Давлене в сопле не может быть выше чем за вентилятором, иначе воздух не пойдёт в сопло а пойдёт обратно, соответственно ваши расчёты неверны, даже по вашим прикидкам перепад не более 1,5, по факту и того меньше, учтите потери в тракте. Если принять 2,25 то воздух пойдёт обратно через вентилятор, даже с учетом что это давление полное а не статика.
                                  3.Эм, какого цвета третий вал на картинке, напишите первый вал- одного, второй — второго, третий — третьего, просто я третьего вала вообще не вижу. В турбовальных 2 вала, свободной турбины и газогенератора, трёхвальные есть, но это ТРДД, не ТВаД.
                                    0
                                    1. Спасибо за ссылки


                                    2. То, что при М=0,8 перед вентилятором Ptotal в 1.5 раза больше, чем за Pamb за бортом вы согласны? Дальше вентилятор производит работу, повышая Ptotal. Обычно задается В виде Fan pressure ratio (fpr). При fpr=1.5, portal/pamb за вентилятором будет 1.5*1.5 = 2.25. Вполне закритическое давление.
                                      Напишите, если с чем не согласны.
                                      А как стандартно по лямбде и маху считают??


                                    3. Забьем на все что рисовал автор и сконцентрируемся на сути вопроса:


                                      • трехвальные двигатели есть?
                                        -есть
                                      • кроме вала завязанного на вентилятор (или что там хотим крутить) сколькоьсвободных валов ?
                                      • 3-1=2
                                        Вот и главный вопрос: почему задают аж два свободных вала?

                                      0
                                      2.
                                      -то при М=0,8 перед вентилятором Ptotal в 1.5 раза больше, чем за Pamb за бортом вы согласны?
                                      это если б летела плоская доска и вся скорость о неё гасилась (давление торможения), но это не так, воздух идёт дальше, он тормозится не в 0 и повышение давления воздухозаборника не 1,5, соответственно остальные выкладки не верны.
                                      А как стандартно по лямбде и маху считают??


                                      www.twirpx.com/file/933374 например, там вообще много книг по ВРД, кроме того есть куча программ, от студенческих на маткаде, до профессиональных, типа ГРАД, TurboGTE и пр. МОжно посмотреть в Siemens Amesim, там в туториале уже есть готовая схема, где можно варьировать параметры.
                                      3.
                                      трехвальные двигатели есть?
                                      -есть
                                      кроме вала завязанного на вентилятор (или что там хотим крутить) сколько свободных валов?
                                      — один
                                      3-1=2 Вот и главный вопрос: почему задают аж два свободных вала?
                                      — Вы путаете типы двигателей, есть ТРД/ТРДД/ТРДДФ, а есть ТвлД, их цели различны, как различны и конструктивные решения, у первых цель — создание реактивной тяги, потому и используются двух/трёхвалки и два контура, у вторых цель — съём мощности, поэтому используется один контур и два вала, один из них на нагрузку (редуктор, генератор, винт и т.п.). Это разные двигатели, не путайте их!!!
                                      avia-simply.ru/o-vhodnih-ustrojstvah-gtd вот вообще неплохой сайт о конструкции двигателей и их узлов
                                        0
                                        2. Течение в сопле определяется Nozzle Pressure Ratio: NPR=Ptotal/Pambient.
                                        www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/nozzleh.html
                                        Да, перед доской Pstatic = Ptotal. Но поскольку не Pstatic/Pamb определяет течение, а именно Ptot/Pamb — нам не надо ни диффузировать до нереально низкой скорости, ни доски в двигатель совать: притормозили поток для удобства лопаток, добавили вентилятором и выдули в сопло.
                                        Вентилятор, совершая работу повышает Ptotal в FPR (Fan Pressure Ratio) раз. Поэтому я умножаю Ptot перед вентилятором, (который в ~1.5 раза выше Pamb при Мamb=0.8 ) на прикидочный FPR и получаю NPR>1.893 при котором достигатся М=1 в критике.
                                        Это все из одномерной изоэнтропической формулы: Ptot/Pstat = (1+0.4/2 M²)^(1.4/0.4). Хоть бы и 10% потерь для этого вопроса можно пренебречь.

                                        3. Что-то мы не так считаем, независимо от типа/назначения двигателя.
                                        Трехвальный двигатель — 3 вала, и лишь на 1 из них сидит внешняя нагрузка (вентилятор). Значит именно два вала свободно и независимо вращаются внутри. То, что 3-1=2 мне понятно, а вот почему делают два свободных вала — нет.

                                        Спасибо за ссылку на книгу.
                                        Да, на avia-simply собрано много хороших иллюстраций.
                                          0
                                          2. Ознакомьтесь (типа курсовой) studopedia.net/3_51731_proektniy-raschet-trdd-s-razdelnim-istecheniem.html, формулы и значения
                                          Pamb это что? Обычно есть P total — полное давление и P static — статическое
                                          3.Вы путаете определения свободная турбина потому и свободная что вал от неё уходит наружу и не принимает участие в термогазодинамическом цикле, т.е. он не может вращать вентилятор, иначе это был бы вал вентилятора. Свободная турбина соединена с внешней нагрузкой, редуктор (вертолёт), компрессор (газоперекачка), генератор (энергетическая установка). Соответственно свободный вал только 1, который идёт наружу двигателя.
                                            0
                                            2. Pambient, Pamb — статическое давление за бортом.
                                            По ссылке — накидали цифр в таблицу, типа это что-то объясняет.
                                            Вы можете прикинуть мах в критике сопла при полете на М=0.8 и FPR = 1.5-2? Формулу, что я выше написал, вы лучше меня знаете.

                                            3. Спасибо за уточнение в терминологии. Тем не менее надеюсь основной вопрос понятен: в чем смысл трехвальных двигателей с двумя валами на которых сидит лишь компрессор и турбина?
                                              0
                                              2. Ок www.bibliofond.ru/view.aspx?id=529518 вот пример с формулами, кроме того Вентилятор, совершая работу повышает Ptotal в FPR (Fan Pressure Ratio) раз — не верно, см. poznayka.org/s108494t1.html, гуглить Высотно-скоростные характеристики, они же ВСХ и дросселирование.
                                              3.Можете схему привести, чтоб понятно было о чём речь? А то трёхвальный двигатель с двумя валами это вроде как двухвальный, нужна схема чтоб предметно говорить
                                                0
                                                2. FPR — всё верно я указал.
                                                вот, сайт НАСА для школьников: www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/compth.html
                                                вот вики:
                                                en.wikipedia.org/wiki/Compressor_map
                                                чем лезть в дебри чужих диломов, можете просто оценить мах в критике сопла в простейшем изоэнтропическом приближении? С формулой, что я привел выше вы согласны?
                                                Кстати, в разделе fan map упоминают, что только для ультра-больших байпасов течение в сопле дозвуковое.

                                                3. Если мы до трёх посчитать не можем, то схема ещё больше вопросов вызовет: то цвет, то обозначения )).
                                                давйте, все-таки попробуем посчитать:
                                                трех-вальный двигатель — 3 вала.
                                                на одном — вентилятор.
                                                остальные два (как вы их назовёте ?) — только турбина и компрессор на каждом. В чем преимущество делать два таких вала?
                                                По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
                                        0
                                        эти 2 вала — не свободные, а приводят в движение компрессоры высокого и низкого давления от соответствующих турбин.
                                          0
                                          хорошо, пусть «несвободные».
                                          не зная как их назвать, я их так обозвал
                                          обозвал так лишь потому, что с них не снимается никакая работа — они свободно вращаются внутри не будучи жёстко механически привязаны к пропеллеру/винту/генератору.

                                          Вопрос не в том как их называть — а в том, почему их два?
                                          По сути вопрос о преимуществе трёх-вальных двигателей перед двух-вальными.
                                            0
                                            потому, что с них не снимается никакая работа
                                            Их работа — подача окислителя в камеру сгорания. Может быть, в полезности топливных насосов вы тоже сомневаетесь?
                                            Два вала потому, что есть две ступени компрессора. В общих словах, это оптимизирует работу компрессора, а значит — повышает КПД и экономичность.
                                              0
                                              топливный насос на них точно не сидит ))
                                              «подача окислителя» )) Помните, в школе рисовали схематические диаграммы термодинамических циклов? Тепло подводят, тепло выводят, разность — полезная работа. Я надеюсь вам понятно, что с них эта работа не снимается? Вот этим понятием обычно и оперируют.
                                              А общие разговоры о «полезности» можно вести бесконечно — там каждая гайка полезная.


                                              Последние два предложения — по сути. Спасибо. Только ступенями компрессора/турбины называют каждый ряд лопаток. Так в в ПД14 их без вентилятора 4 на КНД, и 8 на КВД. Я так понимаю, вы имели ввиду, что вместо одного компрессора, у нас их два — КВД и КНД.
                                              Почему их два вы, увы, не объяснили:
                                              «оптимизирует», «повышает КПД и экономичность» — ниочём, так можно сказать почти о любом инженерном решении ))))
                                                0
                                                топливный насос на них точно не сидит ))
                                                Как раз таки привод топливных насосов, гидронасосов, генератора реализован зачастую от вала второй ступени компрессора.
                                                  0
                                                  Точно. Не знал. Спасибо.
                                                  Тем не менее это не обуславливает решение делать два механически независимых компрессора.
                                                    0
                                                    Как я понимаю это делают для обеспечения разной скорости вращения валов, чтобы увеличивать расход воздуха без увеличения краевой скорости лопатки (или как там эта скорость правильно называется?). Но это как я понял.
                        0
                        Я конечно дико извиняюсь, но не с турбины ли вырабатывается электричество, которое потребляет самолёт? Почему это переданная турбине энергия — так сразу «потерянная»? Большой самолет, который летит без двигателей (например по причине отсутствия топлива для их работы), выпустит запасную мини-турбину (RAT) как раз для электрогенерации.
                          0
                          Это да, но с точки зрения термогазодинамического цикла и создания тяги энергия в турбине потерянная. Так то понятно что на турбине и генератор весит и коробка двигателях агрегатов с насосами всякими, но это всё снижает кпд
                            0
                            с точки зрения термогазодинамического цикла и создания тяги энергия в турбине потерянная.
                            Не совсем потерянная. Потраченная на собственные нужды двигателя.
                              0
                              с точки зрения термогазодинамического цикла… энергия в турбине потерянная

                              у вас и цикла-то не будет, если на гиперзвуке не лететь.

                              с точки зрения… создания тяги энергия в турбине потерянная

                              А пропеллер чем крутить? Или ТРД на пассажирские ставить? я вроде выше объяснил почему ТРДД предпочитают ТРД сопоставив mv и mv². Так, что для тяги в турбина тоже очень даже кстати.
                                +1
                                у вас и цикла-то не будет, если на гиперзвуке не лететь.

                                У вас превратное понятие термогазодинамических циклов
                                А пропеллер чем крутить? Или ТРД на пассажирские ставить? я вроде выше объяснил почему ТРДД предпочитают ТРД сопоставив mv и mv². Так, что для тяги в турбина тоже очень даже кстати.

                                Ещё раз, с точки зрения термогазодинамического цикла энергия затраченная на работу в турбине потерянная энергия. Ознакомьтесь с циклом Брайтона, примерно по нему работают реактивные двигатели. Вот тут например library.voenmeh.ru/cnau/sD3x38p3Mujp8My.pdf
                                  0
                                  У вас превратное понятие термогазодинамических циклов

                                  толсто ))))

                                  Там по ссылке где-то сказано, что работа на турбине — «потерянная энергия»? Вообще, можете сослаться на подобное утверждение? Не просто целую книжку или чей-то реферат, а конкретную страницу.
                                  А то в моём привратном понятии потерянная энергия — энергия диссипативных потерь. Ну или может эксергетические потери можно рассматривать как таковые. Но так, что бы вся работа на турбине «потерянная энергия» и термодинамически и для тяги — весьма нестандартное мышление.

                                  Но оставим софистику, давайте я лучше вам помогу изоэнтропическое течение оценить. А то я вижу вы ещё не согласны, что у нас в критике ТВДД М=1.
                                  С преимуществами трёхвальных двигателей тоже так и не разобрались.
                              0
                              Не напрямую с турбины. На турбине есть коробка приводов, которая снимает вращение с вала и раздаёт на вспомогательные системы, типа маслонасосов.
                            0
                            бензиновых — до 35%
                            дизельных — до 55%
                            газотурбинных — до 46%, (до 61% в комбинированном цикле электростанций)

                            Не спору ради, интереса для: источник эти значений? Просто в сети я постоянно встречаюсь с значениями почти на десяток процентов ниже.
                              0
                              КПД бензиновых двигателей в современной F-1 приближается к 50%.

                              Разумеется, что такие двигатели предназначены лишь на 7 гонок (т.е. порядка 20 часов работы), турбирован, имеет MGU-H(ещё и MGU-К, но он не считается тут), и стоят номинально несколько миллионов $ за экземпляр, и их создали лучшие умы на этой планете за последние несколько лет, но тем не менее они есть;)
                                0
                                Хм, спасибо, не знал, что двигатели F-1 настолько эффективны.
                                0
                                я просто выдрал из вики:
                                en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency#Internal_combustion_engines
                                Извините, не сослался.
                                  0
                                  Благодарю.
                                0
                                А 3 вала на ройсе ещё лучше ?

                                Потому что получаем более оптимальные обороты вентилятора. Более того, на упомянутом чуть выше pw1400g вообще для этой цели вентилятор вращается через редуктор, о чем усиленно намекает буква G — Geared TurboFan же!
                                  0
                                  Что такое помпаж, и как с ним бороться ?
                                  В идеале — сбросить двигатель с крыла к чОртовой бабушке, и побыстрее.
                                  Сопло. Зачем оставлять энергию для сопла, а не всю передавать турбине ?
                                  Турбина преобразует кинетическую энергию истекающих газов. Использовать её всю означает, что скорость газа на выходе будет равна нулю, т.е. газ не двигается. Не покидает турбину :)
                                  +1
                                  Bandicoot757
                                  поршневые двигатели весьма тяжелые и достаточно много потребляют топлива, по сравнению с газотурбинными.
                                  а роторно-поршневой двигатель Ванкеля?
                                    0
                                    Я тут чисто гипотетически прикинул, что будет, если взять параметры современного (с 2014го) двигателя из Formula 1 (V6, 1.6L turbo) при ~20 часах ресурса и порядка 800 л.с. — т.е. 500л.с. с литра и спроецировать на Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major (71.5литра) — то получим порядка 35 750 л.с. — а это уже 15-20 тонн тяги ;)

                                    При использовании же реактивных патрубков, MGU-H из того же современного движка F-1(+ электро на валу) можно и ещё процентов 10-15% получить сверх.

                                    Т.е. стендовый\испытательный двигатель вполне реально построить технически, и он будет не так и плох для тестов и близок по размеру с R-4360 Wasp Major. Но для получения соизмеримой с ГТД надёжности, стоимости (двигатель из F-1 стоит несколько миллионов $) возможности охлаждения его придётся сильно дефорсировать и он перестанет быть интересным с точки зрения производства.
                                      0
                                      Больше десяти лет назад специально в ленинке изучал каталог советских авиадвигателей — мало где для ГТД приводилась мощность. А где была приведена — расход керосина был вдвое больше, чем бензина у поршневика.
                                        0
                                        Те у реактивного тяга больше тяга и при этом меньше расход? Что-то не верится.
                                      +4
                                      Диапазон оптимальных скоростей у реактивных правее, чем у ДВС с пропеллерами. А точнее — пропеллеры на тех скоростях просто не работают, имеют КПД=0.
                                      С другой стороны, реактивные не эффективны на медленных, там, где ДВС хорошо топит.
                                      Что касается расхода топлива на 100км, то у турбодвигателей он, безусловно, выше ДВС.
                                      Впрочем, это видно в любом справочнике.
                                        +3
                                        «В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу.»

                                        вот здесь непонятно — за счёт чего?
                                          +3
                                          За счёт того, что вентилятор повышает давление воздуха, то есть подводится энергия. Эта энергия до сопла больше не расходуется, если не учитывать небольшие гидравлические потери, в отличии от внутреннего контура, где энергия сжатого воздуха расходуется на турбине (для привода всех компрессоров, вентилятора). Кроме того, расход воздуха во внешнем контуре может быть во много раз больше, чем во внутреннем (а может быть и меньше, смотря для каких целей создавался двигатель). И получается, что эта огромная масса сжатого воздуха после вентилятора, с минимальными потерями, поступает сразу в сопло, где потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, которая и толкает самолет.

                                          Кстати, масса компрессора весьма высока. Она может составлять половину массы всего двигателя.
                                            +1
                                            а расход энергии на «вентиляторную» часть компрессора тоже в разы больше? Т.е. энергия топлива идёт на раскрутку вентилятора в основном и немного на поддержание работы турбины?
                                              +1
                                              Тут как сказать. Надо понимать, что вентилятор это только одна ступень. Если двигатель двухвальный вместе с ним будут приходить в движении ещё несколько ступеней компрессора низкого давления, например четыре. И их привод будет осуществляться турбиной низкого давления, притом ступеней турбин всегда меньше ступеней компрессора. И внутренний контур создан не только для поддержания работы турбины. У него тоже есть сопло
                                                +2
                                                Получается, что «вентилятор» — это по сути тот же винт, только, во-первых, в другом конструктиве, а во-вторых, работающий также как ступень компрессора. Но во втором контуре он «тянет» как винт. Так?
                                                  +3
                                                  По большому счету да, но для винта и вентилятора используются разные формулы, которые лучше подходят для их условий обтекания. Винт имеет лопасти с практически крыльевым профилем, поэтому используются самолетные формулы (но с особенностями, вроде учёта закрутки потока). А вентилятор/винтовой компрессор может иметь почти плоские лопатки, да и число их обычно больше. И расчеты были ближе в терминах создаваемого давления этими лопатками. Хотя сейчас, с развитием CFD, обтекание профиля лопаток тоже обязательно учитывается. Этим скорее всего и объясняется разное название. Из-за разных методик расчета, которые сложились исторически. Хотя физически все они загребает внешний воздух своими лопастями, и с ускорением отбрасывают его.

                                                  Создавая тем самым тягу по ньютоновской формуле F = m*a. Здесь важно понимать, что под массой воздуха в этой формуле понимается не только тот воздух, которые отталкивают сами лопатки, но и весь задействованный вокруг воздух, который эти струйки втягивают за собой за счёт вязкости воздуха.

                                                  Аэродинамический профиль лопастей винта для того и нужен, чтобы за счёт обтекания профиля захватить больше окружающего воздуха. Все это повышает прокачиваемую массу воздуха, и тем самым повышает КПД. У открытых винтов эффективный диаметр, с которого затягивается воздух, примерно на 20% больше физического диаметра винта. Именно поэтому не рекомендуется ставить два винта рядом ближе 50% диаметра. Иначе они воруют друг у друга воздух и общая тяга снижается (суммарная тяга будет где-то на 20-25% меньше, чем тяга у двух винтов по отдельности).

                                                  У импеллеров (вентилятор в кожухе) это уже не так важно, там лопатки чисто механически толкают воздух. Хотя от размера тоже зависит, у крупных импеллеров лопатки тоже должны иметь сложный аэродинамический профиль.

                                                  Если уж на то пошло, то эжекторы (специальное внешнее пасивное аэродинамическое кольцо), повышающее тягу на 5-15% делает ничто иное, как просто затягивает за счёт своего профиля больше внешнего воздуха. Это увеличивает прокачиваемую массу m, что позволяет уменьшить скорость отбрасывания воздуха v для создания той же тяги, и тем самым повысить КПД за счёт экономии на кинетической энергии струи. Но все это работает ровно до той скорости полета, на которой лобовое сопротивление этого эжектора не начинает перевешивать пользу от этой экономии (лобовое сопротивление растет квадратично от скорости полета, поэтому этот момент рано или поздно наступает, дальше эжектор только вредит).
                                                    0
                                                    Очень подробно и очень понятно объяснено. Спасибо!
                                                      +2

                                                      Тут, наверное, нужно добавить еще про пропфэны — винтовентиляторы.
                                                      Многолопастные винты саблевидного профиля.
                                                      … И будет щастье :-)

                                                        0
                                                        И еще про соосные винты типа как у Ту-95 для совсем полного счастья.
                                                          0
                                                          Ну, саблевидные лопасти обычно используют только для снижения шума. Так-то они хуже классических прямых. Точнее, не прямых — а эллипсовидных, у которых минимальное индуктивное сопротивление. Аэродинамика длинной лопасти очень близка к аэродинамике самолетного крыла, поэтому и зависимости похожие.

                                                          Хотя что-то там вроде мутят с саблевидными на около и сверхзвуковых скоростях (не полета, а скорости потока у кончика винта), но я в этом не разбираюсь. Там совсем другая история и другая физика. Из-за того, что фронт давления движется со скоростью звука, поэтому на сверхзвуковых скоростях давление не успевает улететь и воздух в буквальном смысле сжимается. Возникают скачки уплотнения, нагрев и прочие нюансы термодинамики.
                                                          0
                                                          image
                                                            0
                                                              0
                                                              Капец мясорубка стрёмная!
                                                              0
                                                              Скажите, плиз, какие более эффективны, импеллеры или открытый винт и в каких случаях? И как влияет количество лопастей на тягу?
                                                                +3
                                                                Это зависит от:
                                                                1. диаметра
                                                                2. подводимой мощности
                                                                3. скорости полета
                                                                4. плотности воздуха (на разной высоте разная), требуемой расчетной тяги (кот. зависит от массы ЛА и его аэродин.качества на этой скорости полета), массы конструкции и еще пары десятков требований

                                                                При разных условиях результат может быть полностью противоположным. В целом, можно смотреть на существующие конструкции — они и есть оптимальные, так как все это было изучено еще чуть ли не в 30-х годах прошлого века.

                                                                Несколько примеров:
                                                                1. на мощностях менее 10-20 л.с. и диаметрах более метра всегда выгоднее открытый винт
                                                                2. на мощностях выше 20 л.с. и диаметрах менее метра выгоднее аэродинамический туннель (длинное глубокое кольцо), выигрыш до 20-30%
                                                                3. на мощностях в сотни и тысячи л.с. на скоростях более 400-600 км/час, выгоднее вентиляторные и ТРД разной степени двухконтурности (чем выше скорость, тем меньше нужна двухконтурность), в нижнем диапазоне выгоднее винтиляторные ТРД. По кпд они примерно равны винту+двс, но конструкция ТРД легче по массе
                                                                4. на скоростях менее 400 км/час выгоднее турбовинтовые, причем разница в расходе топлива по сравнению с обычным ТРД может быть в разы
                                                                5. на скоростях под 200 км/час всегда выгоднее ДВС с винтом, но иногда благодаря малой массе конструкции, могут применяться и разные виды ТРД, а при конструктивном ограничении диаметра, и разные виды винта в кольце (импеллеры и пр.)

                                                                Разница в эффективности между разными вариантами может быть единицы/десятки процентов, а может и в разы. Очень сильная зависимость от факторов выше.

                                                                И как влияет количество лопастей на тягу?

                                                                Самый лучший винт — однолопастный. С максимальным КПД.

                                                                Но:

                                                                1. на кончике винта скорость потока должна быть дозвуковой, иначе сопротивление резко растет, приводящее к разрушению большинства конструкций обычных винтов, поэтому диаметр приходится ограничивать
                                                                2. при этом для создания нужной тяги, приходится увеличивать угол атаки лопасти к потоку (шаг винта)
                                                                3. оба эти фактора приводят к тому, что на лопасти начинается срыв потока. Поэтому приходится делать две, три, четыре или более лопастей, чтобы их суммарный шаг оставался как был. Но на каждой лопасти угол атаки/шаг пропорционально уменьшается и лопасти продолжают работать на своих оптимальных углах атаки. Впрочем, даже если условия позволяют использовать однолопастный винт, винты делают двухлопастными из-за простоты балансировки, разница в кпд там исчезающе мала.
                                                                4. когда из-за всех этих факторов, диаметр винта получается слишком маленький или когда вынуждены искусственно ограничивать диаметр меньше оптимального, чтобы вписать в конструкцию самолета. Что-то вроде меньше метра при мощностях выше 20 л.с., то из-за того, что удлинение каждой лопасти получается относительно малым, сильно возрастает индуктивное сопротивление, т.к. оно зависит от удлинения. Одной из формой проявления индуктивного сопротивления (но не главной!) является перетекание воздуха через концы лопастей.

                                                                Вот тогда появляется смысл заключить винт в кольцо. Причем достаточно широкое, иначе воздух будет продолжать перетекать через все кольцо снаружи. А если сделать это кольцо глубоким как 2-3 диаметра, превратив его в аэродинамический туннель, и (опционально) добавив в него спрямляющие лопатки, и придав передней внутренней части аэродинамический профиль, то можно в сумме еще повысить кпд на десяток процентов.

                                                                Если при этом из-за всех этих условий число лопастей получилось больше 4-6, то исторически это называют вентилятором. Когда-то для вентиляторов использовались немного другие методики расчета, чем для винтов, но сейчас с CFD без разницы что считать — один алгоритм одинаково хорошо рассчитывает что открытые винты, что винты в кольце, что вентиляторы со сложными формами лопаток.

                                                                И последнее, насчет соосных винтов: они позволяют поднять кпд до 10-15% за счет устранения закрутки струи, а также благодаря тому что второй винт работает в ускоренном потоке (и поэтому должен иметь немного больший шаг), а также потому что первый сужает струю, а второй захватывает около 10% свежего воздуха в виде кольца сверх струи от первого, см. рисунок ниже. Больше ничего (кроме разве что устранения вращающего момента, иногда это важно) соосные винты не дают и равносильны одинарному винту. В кольце их использовать большого смысла нет, лучше поставить спрямляющие неподвижные лопатки.

                                                                image
                                                                  0
                                                                  Не хватает кармы для лайка, потому вербальное спасибо :)
                                                              0
                                                              Практически так. Только винт всё же открытый, а вентилятор работает внутри трубки (кольца); соответственно аэродинамика во внешнем контуре у вентилятора получается не та, что у винта.
                                                            0
                                                            а расход энергии на «вентиляторную» часть компрессора тоже в разы больше?
                                                            Тоже заинтересовал этот вопрос. Дело в том, что мне довелось где-то прочитать оценку этого соотношения для ГТД-350 от Ми-2. Там было написано, что этот мотор имеет «на выход» (т.е. от свободной турбины) мощность 350 л.с., но на внутреннем контуре (т.е. от основной турбины на компрессор) передаются мощности порядка 1000 л.с. и более. Уж не знаю, как это было замерено (ведь не зря для ТРД оперируют понятием не мощности, а тяги). Но поражает такое огромное соотношение, причём сильно обратное тому, которое привёл автор статьи. И кроме того, если там реально такие мощности, то тягой от их выхлопа никак нельзя пренебрегать, хотя автор пишет, что у турбовальных она не в счёт.
                                                              0
                                                              Надо полагать, вопрос в назначении двигателя. У вертолётов и соответственно у вертолётных движков много своих особенностей.
                                                                0
                                                                На ютуб канал Agent JayZ автор рассказывает, что да, мощности компрессора (потребляемая) и мощность турбины (первого контура, которая питает компрессор) больше, чем мощность отдаваемая наружу. Но ты пишешь, чтобы эти 1000лс использовать с пользой — но эта мощность внутри, вырабатывает турбиной и тут же потребляется компрессором, в выхлоп из этой мощности поступают незначительная доля, которую сложно задействовать.
                                                                  0
                                                                  Эта мощность в принципе не может быть в выхлопе. Мощность — это энергия за время. В данном случае — энергия, уходящая на вращение компрессора и сжатие воздуха. Если эта энергия начнет каким-то образом вылетать сзади или сбоку, то компрессор просто встанет.
                                                                    0
                                                                    Я это понимаю несколько иначе. Подойдём к вопросу со стороны КПД и допустим нереальное значение 100%, тогда всё выработанное идёт в компрессор, и нет энергии даже на удаление выхлопных газов. В реальности выхлоп улетает,, и чтобы потери на выхлоп были действительно незначительными, уходить от 100 нельзя слишком далеко.
                                                                    В реальности КПД болтается где-то возле 50...60%. Это значит, что остаток величиной 40...50% уносится ненужным в турбовальном моторе выхлопом. Ну как же можно пренебречь такой энергией? Пусть бы она толкала вертолёт по горизонтали. Это полезная опция, будет меньше потребный угол отклонения несущего винта и его лобовое сопротивление.
                                                                      0
                                                                      Был эпический проект вертодирижабля, там дирижабль в форме бублика нагревался теплом выхлопа движков размещённого в центре бублика вертолёта.
                                                            +1
                                                            За счет компрессора. Внутренний контур нужен только для того, чтобы обеспечить сгорание топлива, и вращение турбины, а турбина крутит вентилятор — вввууууу, полетели!
                                                              +2
                                                              Ну не только для турбины. Сопло у внутреннего контура тоже есть, тягу создает
                                                              0
                                                              На сколько я понял, за счёт того же что создаёт тягу на винтах, в винтовом исполнении двигателя.

                                                              Просто тут компрессор выполняет роль винта.
                                                                +1
                                                                Это не совсем так. Компрессор — это все таки устройство для повышения давления газа, а не напрямую для создания тяги
                                                                  0
                                                                  Безусловно, компрессор, это не вентилятор.
                                                                  Но так или иначе, тяга в внешнем контуре создаётся воздухом прокачиваемым через него (контур) компрессором, так?
                                                                  Т.е. фактически компрессор создаёт тягу? Или я не очень правильно понял физику процесса?
                                                                    0
                                                                    В том то и дело, что вентилятор — это по сути и есть компрессор, или в частности его ступень, работающая на оба контура. Грубо говоря, можно сказать, что вентилятор во внешнем контуре создает условия, чтобы эта тяга была. Тут большую роль сопло играет, там реактивная струя образуется, из-за которой возникает тяга
                                                                      0
                                                                      Спасибо за разъяснения :)
                                                              0
                                                              «Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие.»
                                                              т.е. сжатие происходит за счет набегающего воздуха и сопротивления диска компрессора — да?
                                                              и почему (зачем) канал расширяющийся?

                                                              насчёт внешнего контура создающего огромную тягу — действительно непонятно. т.е. оно так, но почему так много получается?
                                                                +1
                                                                С диском компрессора воздух на входе не сталкивается. Во-первых там обтекаемый кок стоит, во-вторых не все компрессоры дисковые. Давление перед компрессором увеличивается за счёт того, что поток в расширяющемся канале входного устройства тормозится, а значит растет давление по закону Бернулли.

                                                                По поводу внешнего контура я ответил под другим комментарием
                                                                0
                                                                а на танках тоже турбовальные двигатели ставили?

                                                                как скорость \ тяга регулируется в таких двигателях? только кол-вом топлива в камере сгорания?
                                                                  +2
                                                                  На танках… Знаю, что на некоторых стоят газотурбинные, я даже видел один, коробок такой квадратный. Наверное, да, турбовальный. Если говорить про танк, то думаю, только топливом. В вертолете не все упирается в двигатель, там ещё шагом лопастей управляют
                                                                    0
                                                                    При обычных условиях в полёте на вертолёте автоматика старается поддержать стабильные обороты несущего винта. И когда вы меняете его шаг, автоматика вынуждена менять расход топлива.
                                                                    0
                                                                    Там стоит «свободная» турбина. За счет регулировок соплового аппарата, повышается — понижается мощность. По сути там 2 кольца изменяющих поворот лопаток.
                                                                    Впрочем остается главная проблема, прожорливость и высокие требования к качеству воздуха.
                                                                    В общем не взлетело. На вооружении состоит только у США и Украины.

                                                                    Все остальные предпочитают дизель.

                                                                    Автору топика. А как борются с пылью/птицами? Особенно на машинах с двигателями под крылом?
                                                                      0
                                                                      Точнее, на вооружении у США и России. Харьков производил Т-80УД с дизельным двигателем, не ГТД, и «Оплот» — продолжение именно этой линейки. Причём, дизель двухтактный (!)
                                                                        0
                                                                        Дизель да своеобразный.
                                                                          0
                                                                          Причём, дизель двухтактный

                                                                          А что вас удивляет? Двухтактники мощнее и экономичнее четырёхтактников того же объёма (на низких оборотах), высокие обороты танку особо не нужны, а на экологические нормы плевать. По моему выбор очевиден
                                                                            0

                                                                            Ну, там проблема не в том, что он двухтактный, а в самом конкретном исполнении. Просто двигатель очень неудачный по конструкции, по надёжности, по ремонтопригодности. Его двухтактность в данном случае сугубо факт биографии.

                                                                            0
                                                                            Точнее, на вооружении у США и России.

                                                                            Для сибирских морозов плюсы турбины перевешивают её минусы, так как дизель в такой мороз заводится с диким геморроем.
                                                                            0
                                                                            Видел в док. фильм про советское танкостроение, и там был момент про Т-80, в котором говорили, что дивигатель прокачивет через себя много пыли и часть ее оседала внутри. Они придумали механизм «встряски» чтобы сбрасывать эту пыль с поверхностей, а потоком воздуха она вудывалась. После чего двигатель стал работать устойчиво. Далее они занялись уменьшением прожорливости, и деталей уже не помню. А не взлетело из-за проблем с мат.частью, Харьковский или Уральский завод не мог делать такие двигатели, поэтому потом перешли на дизель. Похожая (тут не уверен) ситуция была и с «всеядным» дизелем, у которого поршни друг к другу идут (двухтактный), был заменен на обычный V12
                                                                              0
                                                                              Всё взлетело, и летает до сих пор. В СССР с турбинами всё было в порядке. Он осуществлял их полный цикл изготовления без малейших зависимости от импортных материалов или технологий. ПМСМ, смотреть РФ-фильмы про СССР — значит спрашивать у мошенника его мнение о честном человеке)
                                                                              0
                                                                              Взлетело. Но оказалось в 3,5 раза дороже и сильно прожорливо. Зато по зиме лучше дизеля безмерно.
                                                                              Про 6ТД и В-92 же — это разные школы конструирования и разные традиции. Харьков любит двухтактники, Челябинск — V12.
                                                                                0
                                                                                Спасибо за правки.
                                                                          0
                                                                          Отличная статья, спасибо.
                                                                          А можно чуть подробнее про критерии при которых применяются турбовинтовые двигатели?
                                                                            0
                                                                            В первую очередь использование ТВД ограничено скоростями. Если проектируется самолет, предназначенный на скорости близкие к 1000 км/ч, то твд, можно сказать, не годится, так как винт будет просто «запираться». Есть, конечно, исключения, типа Ту-95. А вообще в реальных условиях при проектировании, наверное, много что учитывают. Это может быть и аэродинамическая компоновка самолета, предназначение и т.д. Плюс винтовые самолеты достаточно шумные. Но если все сделать правильно, то ТВД это очень эффективная вещь. Я сам никогда такими проектированиями не занимался, мне сложно ответить на этот вопрос конкретнее.
                                                                              0
                                                                              А что значит «запирается»?
                                                                              Хотел спросить чем приципиально винт и вентилятор отличаются, но уже вижу ответ ниже.
                                                                                0
                                                                                «Запирается» — значит тяга винта становится равной его аэродинамическому сопротивлению.
                                                                                  0
                                                                                  Я никак не пойму почему аэродинамическое сопротивление винта от скорости растет а вентилятора нет.
                                                                                    0
                                                                                    Сопротивление растёт в четвёртой степени от скорости и квадратично от площади. Омахиваемая площадь винта в разы больше, чем площадь вентилятора (не очень большой винт на C172 — это четырёхместный мелкий дохлый самолёт, практически «скутер» — имеет диаметр чуть больше двух метров, на ТВД такие размеры вроде только на B767 и тому подобных). Мелкий вентилятор имеет меньшее сопротивление и, к тому же, за счёт заметно больших оборотов и скорости потока испытывает меньшее сопротивление
                                                                                      0
                                                                                      А почему речь о омахиваемой площади винта?
                                                                                      При скорости 1500 оборотов сопротивлением будет весь круг? И не важно число лопастей, важен только диаметр?
                                                                                        0
                                                                                        Сопротивление растёт в четвёртой степени от скорости

                                                                                        Квадратично. Плюс там есть прямая зависимость от плотности воздуха. И в случае самолетов у подъемной силы крыла есть ровно та же зависимость у подъемной силы. При равной массе чтобы лететь быстрее самолет просто забирается выше, где воздух более разреженный, это позволяет лететь быстрее не проигрывая при этом в сопротивлении

                                                                                        Мелкий вентилятор имеет меньшее сопротивление

                                                                                        Не-а. Не в этом дело. Любой ТРД — это Реактивный двигатель (Р в названии), он создает тягу за счет того что приводит в движение некоторую массу воздуха. Т.е. он эту массу должен взять из набегающего со скоростью самолета потока и отбросить назад со скоростью большей скорости самолета. Как уже написали в комментариях, у винта с отбрасыванием воздуха на сверзвуке есть проблемы а у ТРД эта проблема обходится торможением воздуха внутри двигателя до дозвуковых скоростей, конвертацией скорости в давление и последующим разгоном этим давлением воздуха до сверхзвуковой скорости в сопле уже без винта.
                                                                                +1
                                                                                У ТВД есть один четкий критерий применимости — лопасть винта должна обтекаться строго дозвуковым потоком. Т.е. сумма (векторная) поступательной скорости самолета и окружной скорости лопасти должна быть меньше звуковой.

                                                                                Сверхзвуковые винты исследовались и даже испытывались, но были признаны непригодными к эксплуатации.
                                                                                image

                                                                                Для ТРД(Д) в целом критерий тот-же, но там есть нюанс: на сверхзвуковых самолетах применяется длинный сложный воздухозаборник, который тормозит воздух до скоростей, приемлимых для работы двигателя.
                                                                                  +1
                                                                                  Был еще Republic XF-84H
                                                                                    0
                                                                                    У ТВД есть один четкий критерий применимости — лопасть винта должна обтекаться строго дозвуковым потоком. Т.е. сумма (векторная) поступательной скорости самолета и окружной скорости лопасти должна быть меньше звуковой.

                                                                                    Насколько я понимаю, с ростом скорости полета угол атаки лопасти на набегающий поток растет, рано или поздно происходит банальный срыв потока == падение тяги. Поэтому там речь идет только о скорости, но и об угле атаки.
                                                                                      0
                                                                                      Эта проблема отлично решается при помощи винта изменяемого шага, которые научились делать лет этак 80 назад. Поэтому сейчас единственное ограничение — появление на лопастях зон обтекания с М=1.
                                                                                  +2
                                                                                  Классная статья!
                                                                                  Немного не понял по схемам: почему на всех ваших схемах компрессор сужается, а турбина расширяется?
                                                                                    +1
                                                                                    Поскольку компрессор сжимает воздух (повышение давления), а за камерой сгорания рабочее тело расширяется (снижение давления).
                                                                                      +1
                                                                                      Нужно рассмотреть уравнение неразрывности, которое гласит, что в любой момент времени в любом сечении массовый расход воздуха остается постоянным:
                                                                                      G=P1C1aF1a=P2C2aF2a, где
                                                                                      P — плотность газа
                                                                                      Ca — осевая составляющая абсолютной скорости газа
                                                                                      Fa — площадь сечения
                                                                                      Индексы означают номер сечения (допусти, 1 — вход в компрессор, 2- выход)

                                                                                      Рассмотрим компрессор.
                                                                                      Осевую составляющую скорости принимаем постоянной (хоть я и не писал об этом в статье, примем, что это так)
                                                                                      Плотность воздуха от входа к выходу возрастает.
                                                                                      Тогда, чтобы наше уравнение выполнялось нужно, чтобы площадь от входа к выходу уменьшалась. По этой причине компрессор сужается.

                                                                                      В турбине все аналогично, только наоборот
                                                                                      0
                                                                                      объясните пожалуйста, за счет чего возникает существенная разница по кпд между турбовинтовыми и турбовентилляторными двигателями. вроде бы согласно схеме разница только в том, что в одном случае спереди идет винт, а в другом — вентиллятор и все в кожух обернуто. если в турбовинтовом двигателе заменить винт на вентиллятор — ему станет лучше или хуже в плане кпд?
                                                                                        0
                                                                                        В общем случае, вентилятор в кожухе лучше открытого винта, так как даёт бесплатную прибавку к тяге до 20-30%. Но это сильно зависит от мощности, диаметра винта и скорости полета. При маленькой мощности вроде парамоторных винтов и их типичных диаметров, разницы между пропеллером в кожухе и открытым винтом практически нет. Кожух не даёт струе за винтом сужаться, это увеличивает КПД. В нем обычно ставят выпрямляющие лопатки, это ещё устраняет 2-3% потерь, которые есть у открытого винта на закрутку потока. И аэродинамический профиль кожуха тоже немного улучшает КПД (струя воздуха вдоль профиля создаёт подъемную силу немного вбок, что можно рассматривать как добавку к тяге. а остальная часть пытается сломать этот кожух, смяв его внутрь). Но с другой стороны, сам кожух на скорости полета создаёт дополнительное лобовое сопротивление. И кожух имеет большую массу, которую надо с собой везти. Что победит из этого — то и будет означать, выгодно использовать вентилятор в кожухе вместо открытого винта, или от него в сумме в этих конкретно условиях получается больше вреда, чем пользы.

                                                                                        В остальном см. объяснение ниже. Если скорость полета большая, то даже через маленький диаметр проходит ежесекундно достаточно воздуха, чтобы создавать тягу с близким к 100% КПД (на практике, около 90%). Поэтому ставить винты большего диаметра просто нет смысла. Но конкретные размеры зависят от скорости полета и требуемой для полета мощности (которая напрямую связана с массой самолёта и аэродинамическим качеством его крыльев на этой скорости).
                                                                                          0

                                                                                          Вентилятор в кожухе лучше обычного винта в НЕКОТОРЫХ РЕЖИМАХ.
                                                                                          Т.к. сам кожух также создает аэродинамическое сопротивление.
                                                                                          Причем — как лобовое, так и внутреннее, двигающему внутри кожуха потоку.


                                                                                          А так да, всё верно

                                                                                            +1
                                                                                            Кожух не даёт струе за винтом сужаться, это увеличивает КПД

                                                                                            Неа, он позволяет законцовке лопаток (лопастей) нормально работать, а не то что вы написали.
                                                                                              0
                                                                                              Да, и это тоже. Причем чем меньше диаметр и выше мощность, тем важнее устранить кожухом перетекание через кончики винта, о чем вы говорите. И для этого достаточно кольца относительно небольшой ширины (глубины). Но если это что-то вроде кольца на аэросанях, то там короткое кольцо в этом плане вообще не помогает — открытый винт такого же диаметра, как диаметр этого кожуха, будет даже эффективнее. Потому что лопасти и так длинные и у них и так минимальное индуктивное сопротивление. Но если сделать кожух длинным, что-то вроде 2-3-х диаметров, то вот это устранение сужения потока за винтом даст заметную, а скорее всего и основную прибавку в кпд (а значит и в тяге), что-то под 8-10%. Больше, чем от выпрямляющих лопаток внутри корпуса.

                                                                                              В общем, в аэродинамике все сплошные компромиссы. И все зависит от условий работы. Надо считать для конкретного случая. Один и тот же конструктивный элемент, такой как аэродинамический кожух или винглеты, в одним условиях может приносить пользу, а в других вред.
                                                                                                0

                                                                                                Интересно, а если у лопастей винта законцовки делать всякие-хитрые, типа винглетов?

                                                                                                  0
                                                                                                  Там центробежная сила большая. Но вообще, эффект от всех этих винглетов равен тому же, что сделать крыло длиннее на длину винглета. И в любом случае, речь идёт о единицах процентов выигрыша, до 10% в самых лучших случаях. Но чем меньше удлинение, тем винглет выгоднее. Просто эти винглеты не особо уменьшают перетекание потока через концы крыльев и не особо снижают индуктивное сопротивление, так как индуктивное сопротивление связано с удлинением крыла и скоростью полета, и является неотъемлемой частью процесса создания подъемной силы. Примерно та же ерунда, что линейная зависимость от скорости струи у тяги (полезная работа) и квадратичной зависимости у кинетической энергии струи (т.е. общих затрат энергии двигателя на создание этой струи). Только у крыльев вместо тяги фигурирует подъемная сила, но принцип тот же.
                                                                                              0

                                                                                              А можете пояснить для чайника, что там со струёй за винтом?


                                                                                              Мы же летим, грубо говоря, отталкиваясь винтом от воздуха. Наша задача — бросить некоторый объём воздуха назад, и что там дальше с ним происходить будет — не наша забота.
                                                                                              То, что винт, помимо поступательного движения воздуха, придаёт ему ещё и всякое турбулентное, — это очевидные потери. Поэтому выпрямляющие лопатки — понятно, как положительный вклад дают.
                                                                                              Кольцо непосредственно вокруг винта убирает индуктивное сопротивление, это тоже понятно.
                                                                                              А струя за винтом?

                                                                                                0
                                                                                                Помимо закручивания и турбулентности в потоке, обычный винт ещё и сужает струю за собой. Это тоже потери, так как тогда увеличивается скорость струи и ее кинетическая энергия mv^2, а тягу-то эта суженная струя даёт лишь mv. Длинное аэродинамическое кольцо служит в том числе для того, чтобы не позволить струе за винтом/вентилятором сузиться. Это сильно повышает КПД, если не ошибаюсь, один из главных факторов. Могущий поспорить разве что с ограничением перетекания через концы лопастей. Последнее больше всего актуально при маленьком диаметре и больших мощностях, как в двухконтурных и вентиляторных ТРД. А первое для обычных больших винтов в кольце.
                                                                                                0

                                                                                                Кстати о парамоторах и выпрямляющих лопатках. Просто занимательный факт.


                                                                                                Парамотор создаёт значительный вращающий момент.
                                                                                                Один из способов борьбы с ним — установка неподвижных лопастей. Причём, даже с фиксированным шагом, — поскольку момент и напор воздуха (на тех высотах, где летают парапланы) согласованы.

                                                                                              0
                                                                                              Чем принципиально отличаются турбовинтовой и турбовентиляторный двигатели? По сути в обоих случаях турбина крутит пропеллер, только в одном случае он в кожухе, в другом нет (и в теории без кожуха, т.е. винтовой, КПД должен быть выше, т.к. нет сопротивления кожуха).

                                                                                              И еще, почему нагретый воздух выходит через турбину в сопло, а не в сторону компрессора? За счет того, что там больше объем? Ведь по сути в камере сгорания горит топливо и нагревает воздух, который расширяется и выходит куда-то. Выходов у него два — в компрессор и сопло и он почему-то идет в сопло. Причем вал крутится именно потому, что газ идет в турбину, а не в компрессор (иначе вращение было бы в другую сторону). Насколько я понимаю, в газотурбинном двигателе нет такого, как в реактивном, когда у горячего газа есть только один выход и в результате газ в одну сторону, ракета в другую. Тут выхода два: вперед и назад и газ в камере сгорания давит во все стороны одинаково.
                                                                                                0
                                                                                                По второму вопросу попробую чуть объяснить, похоже, вы немного не поняли. Если где ошибся, надеюсь, меня поправят, поскольку от авиации далёк.
                                                                                                Воздух сжимается в компрессоре и попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. Проще говоря, в камеру сгорания под давлением поступает как топливо, так и воздух. Газовоздушная смесь воспламеняется и рабочее тело ищет, куда бы ему уйти. И уходит в сопло, потому что там никто не давит, хоть и на пути мешается турбина (из-за чего вращается), которая в свою очередь связана с компрессором (сидят на одном валу).
                                                                                                  0
                                                                                                  И еще, почему нагретый воздух выходит через турбину в сопло, а не в сторону компрессора? За счет того, что там больше объем? Ведь по сути в камере сгорания горит топливо и нагревает воздух, который расширяется и выходит куда-то.


                                                                                                  Воздух разогревается и расширяется. При этом давление у него остается тем же, что было на выходе из компрессора — это изобарический процесс. Чтобы воздух выходил в компрессор — давление в камере сгорания должно быть больше давления в компрессоре.

                                                                                                  В сопле давление меньше, чем в камере сгорания, и расширяющийся воздух уходит в него. Турбина по дороге не слишком эту разницу давлений компенсирует — она раскручивается за счет огромного объема выходящего воздуха, а не за счет большого перепада давления.

                                                                                                  +1
                                                                                                  Подскажите по стартовому модулю в авиации, который вращает компрессор до воспламенения в камере сгорания, — электрический или гидравлический, откуда берётся энергия.
                                                                                                  За статью спасибо.
                                                                                                    +2
                                                                                                    Используются электрические и воздушные, зависит от воздушного судна.
                                                                                                    Электрические питаются от бортовых систем питания.
                                                                                                    Воздушные стартеры используют сжатый воздух, который отбирается от вспомогательной силовой установки (ВСУ). Это такие маленькие газотурбинные двигатели, созданные специально для питания бортовых систем (обеспечивает самолет электроэнергией и сжатым воздухом). Сами ВСУ запускаются электростартерами.
                                                                                                      0
                                                                                                      И воздушные в состоянии раскрутить компрессор? Интересно! Каким давлением оперируют?
                                                                                                        +2
                                                                                                        Более чем. Разные бывают. У Як-42, например, мощность стартера 51,5 кВт
                                                                                                          0
                                                                                                          www.youtube.com/watch?v=g4pqEzfKXcA
                                                                                                          Рекомендую этот канал, если интересует тема ГТД.
                                                                                                            0
                                                                                                            Давление на завпске обычно 32psi, это примерно 2,2 бара.
                                                                                                              0
                                                                                                              Собственно все современные Боинги, Эйрбасы и прочие Эмбраеры запускаются от давления воздуха, создаваемого ВСУ. Ещё могут от внешнего модуля высокого давления. Также можно запустить один двигатель от другого, опять-таки тоже давлением. Для этого на работающем двигателе придётся добавлять обороты.
                                                                                                                0
                                                                                                                Кроме 787, который More Electric Aircraft.
                                                                                                                У него вообще нет bleed air, только стартер-генераторы.
                                                                                                                  0
                                                                                                                  Любопытная статья, спасибо. Про 787 я пока мало чего знаю, в x-plane пока нет нормальной реализации этого крафта. Однако есть шанс, что в скором времени мне придётся реализовывать VSD для такой модели.
                                                                                                                0
                                                                                                                Главное не давление, а время.
                                                                                                                Двигатель 737MAX раскручивается примерно две минуты (Ctrl-F Запуск).
                                                                                                                  0
                                                                                                                  Судя по сиреневой ссылке, там пост Денокана. Если мне не изменяет склероз, то он раскручивается долго из-за чего-то связанного с выравниванием вала.
                                                                                                              0
                                                                                                              есть еще турбостартеры (со своим собственным электростартером). На РД-33 в частности. www.klimov.ru/production/aircraft/apu
                                                                                                                0
                                                                                                                А ещё бывают пиротехнические стартеры — выглядит довольно необычно.
                                                                                                                Как пример — запуск двигателя F-22
                                                                                                                0
                                                                                                                Всем интересующимся подробностями рекомендую книгу Иноземцева.
                                                                                                                  0
                                                                                                                  «Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение» — непонятно, почему обычный ТВД нельзя использовать, как ВСУ, ведь в обоих случаях при работе двигателя вращение турбины передается на редуктор. Следовательно, редуктор отвечает за то, что винт не вращается. Но ведь редуктор может выполнять эту роль в двигателях обоих типов. Я наверняка многого не учел, просто хотелось бы узнать подробнее.
                                                                                                                  И интересно, какие преимущества предоставляет свободный вал. Позволяет снизить требования к редуктору, потому что за счет другой конфигурации лопаток вращается медленнее основного вала?
                                                                                                                    +1
                                                                                                                    Редуктор не отвечает за то, вращается винт или нет. Редуктор в нашем случае это просто набор зубчатых колес и всевозможных связующих элементов, жестко связанных. Он просто понижает обороты и передает момент. Теоретически, конечно и обычный ТВД можно как всу использовать, но тогда винт будет приводиться в движение. А это несколько нецелесообразно. Остановить винт не получится, так как он находится на одном валу с турбиной и компрессором (тогда просто весь двигатель встанет). Суть ТВД со свободной турбиной в том, что винт можно остановить, так как его вал не связан механически с турбиной и компрессором.
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Спасибо за разъяснения. Я просто поначалу подумал, что тормозить винт будет слишком тяжело, но теперь до меня дошло, что в режиме ВСУ двигатель будет работать на малом проценте мощности, и поэтому его момент вращения и давление реактивной струи на его вал не будут настолько большими, чтобы было очень уж сложно винт остановить.
                                                                                                                      Кстати, зачем третий вал на трехвальных двухконтурных ТРД, которые мимоходом упоминались? Он вращает второй вентилятор?
                                                                                                                    +1

                                                                                                                    Всегда интересовал такой нубский вопрос. Вот у нас есть камера сгорания, в ней резко повышается давление, струя газов выходит назад, создавая тягу вперёд. А почему, собственно, газы выходят только назад? У камеры сгорания две дырки — что мешает струе газа так же идти вперёд, разрушая весь принцип? Мюнгхаузен же, вон, сколько ни дул в парус — толку не было. В чём магия?

                                                                                                                      +5
                                                                                                                      Нет магии, есть компрессор который накачивает спереди воздух так, что получается «воздушная пробка», которую газам пробить куда труднее чем выскочить через сопло.

                                                                                                                      Впрочем при определенных условиях такое случается — ну там особо крупная птичка в компрессор залетела, неосторожный техник перед работающим движком пробежать попытался, или — на первых ТРД было актуально — из-за стрельбы и попадания пороховых газов в заборник или даже особо неудачного резкого маневра компрессор поперхнулся и не заглотил достаточно воздуха чтобы обеспечить эту самую «пробку».

                                                                                                                      И вот тогда ТРД буквально блюет раскаленными газами через компрессор и воздухозаборник, это называется «помпаж», это очень плохо, и после него движок идет как минимум на осмотр, а может и вовсе на ремонт.
                                                                                                                        0

                                                                                                                        Так компрессор-то свою энергию от тех же газов (через турбину сзади) получает. Выходящие спереди должны так же на его лопатки действовать (окей, может быть посредством "воздушной пробки", но тем не менее) и турбину останавливать.


                                                                                                                        Про помпаж спасибо, ага. Пошёл видео искать.

                                                                                                                          +1
                                                                                                                          А вот тут уже начинается технология, малоотличимая от магии — так рассчитать канал движка, воздухозаборник, и режим работы компрессора и турбины чтобы оно работало… ;)

                                                                                                                          ps Более того, в мире есть еще более магические вещи — поискав по словам Valveless Pulse Jet можно найти движок, который представляет из себя просто открытую с двух сторон трубу, которая, тем не менее вполне себе создает тягу:
                                                                                                                            0
                                                                                                                            Это вот оно, да?
                                                                                                                              0
                                                                                                                              Это там же, но ниже — «Бесклапанные ПуВРД». Обычно они U-образной формы, но щас вот делают и прямоточные.
                                                                                                                              0

                                                                                                                              Да

                                                                                                                              0
                                                                                                                              Никакой магии. Там газы туда сюда ходят, но в одну сторону ходят быстрее. Потому в эту сторону они и улетают в результате, создавая разрежение и засасывая чистый воздух.
                                                                                                                              Подача топлива циклическая.
                                                                                                                                0
                                                                                                                                Это не тот же принцип работы, что в сверхзвуковом прямотоке?
                                                                                                                                0
                                                                                                                                Неспроста в тексте много раз встречается слово «изобарический», это и есть магия. Если рассмотреть камеру сгорания, то с одной стороны перед входом мы имеем давление компрессора, внутри камеры это давление практически сохраняется неизменным (изобара), а сразу после окончания камеры сгорания следует специального профиля сопло, в котором давление снижается в обмен на скорость потока. В этом случае совершенно очевидно, куда легче бежать газу — сторону меньшего давления.
                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  Просто это не очевидно, с чего бы это процессу быть изобарическим? Смесь горит, нагретый воздух расширяется, почему давление остаётся постоянным? Я это понимаю так, что фронт давления распространяется со скоростью звука, поэтому этот расширяющийся воздух успевает вылететь через выходное сопло (турбинка на выходе создаёт лишь незначительное сопротивление). А со стороны входа есть подпор от компрессора, поэтому туда не летит. Вот и получается, что в камере сгорания нет избыточного давления, как в цилиндре ДВС. Все избыточное сразу вылетает в выходную открытую трубу.

                                                                                                                                  Те же причины, по которым под крылом самолёта нет сжатого воздуха — он успевает «разжаться» со скоростью звука. И поэтому в дозвуковой аэродинамике воздух считается несжимаемой жидкостью.
                                                                                                                                    0

                                                                                                                                    Возможно ещё камера сгорания расширяющейся формы, хотя на схеме и разрезе это не особенно видно. Тогда при определенной скорости потока получится изобарический процесс

                                                                                                                                      0
                                                                                                                                      Устройство горелки в двигателях как я понимаю довольно интересная штука. Основная идея там в том что фронт пламени распространяется сравнительно медленно. Набегающий поток воздуха попросту движется быстрее чем пламя может двигаться навстречу ему. Остается только поместить в поток элементы непрерывно инициирующее возгорание (чтобы пламя не «выдуло») и получится стационарный процесс где топливо стабильно горит в одном и том же месте за горелкой. Если в этом же месте дать потоку воздуха расшириться то рост давления от горения будет компенсироваться падением давления от расширения потока.
                                                                                                                                        0
                                                                                                                                        Насколько я знаю, поджигательные элементы выключают после запуска двигателей.
                                                                                                                                          0
                                                                                                                                          Там специальные штуки ставят которые «удерживают» пламя, к примеру, локально тормозя поток.
                                                                                                                                          en.wikipedia.org/wiki/Flame_holder
                                                                                                                                            0
                                                                                                                                            Это только в форкамере, в ОКС нет, там скорость держится за счёт вихря, образованного завихрителем около форсунки и первым рядом отверстий жаровой трубы
                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Завихритель и есть flame holder. Просто у форсунок ТРД это конструктивно один блок с распылителем топлива, а там где скорость потока побольше он может стоять как отдельная деталь.
                                                                                                                                                0
                                                                                                                                                Судя по Википедии вроде как нет, flame holder конструктивный элемент, тогда как в камере это набор элементов, состоящих из завихрителя или фронтового устройства без завихрителя и отверстий первой зоны камеры сгорания, причём именно отверстия в жаровой играют основную роль.
                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  или — на первых ТРД было актуально — из-за стрельбы и попадания пороховых газов в заборник или даже особо неудачного резкого маневра компрессор поперхнулся и не заглотил достаточно воздуха чтобы обеспечить эту самую «пробку».

                                                                                                                                  Почему только на первых? Просто сейчас с этим научились как-то бороться ародинамикой. Специальные подвижные хреновины на том же F-15 ровно этой цели служат.


                                                                                                                                  К слову, в брошюрке Минобороны СССР с данными по F-5, которую видел один мой знакомый, есть список недопустимых для него маневров, включая вызывающие compressor stall.

                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  Дело в том, что компрессор создает давление, а работу турбины осуществляет расширение газов за счет горения.
                                                                                                                                  То есть спереди давление больше, а назад оно всегда утекает.
                                                                                                                                  Сгорание в общем случае не увеличивает давление, а увеличивает объем газа.
                                                                                                                                  Увеличивающийся объем утекая крутит турбину.
                                                                                                                                    0

                                                                                                                                    Спереди тоже дырка. Почему туда не утекает? Те самые расширяющиеся газы (с растущим объёмом, ага). Им ничего не мешает выходить вперёд, останавливать компрессор, создавать повышенное давление сзади перед лопатками остановившейся турбины и т.п.

                                                                                                                                      +1
                                                                                                                                      Мешает отсутствие разницы давлений. Газ не «идет» просто так, потому что ему захотелось. Чтобы газ «вышел вперед» — давление в камере сгорания должно стать больше, чем в компрессоре. Чтобы давление в камере сгорания стало больше, чем в компрессоре — что-то должно помешать воздуху в ней расширятся при нагревании. А ему ничего не мешает, там сзади большая дырка в сопло с парой лопаток турбины по дороге. И все, что нарасширялось, свищет через эту дырку наружу. Свищет с огромной скоростью что позволяет раскрутить турбину.
                                                                                                                                        +2
                                                                                                                                        Потому что давление в камере сгорания не растет, только температура. В статье об этом, кстати, написано.
                                                                                                                                          +1
                                                                                                                                          Можно подробней, как это достигается? Если мы подводим температуру к газу, то он должен расширяться, или расти давление. Сечение камеры сгорания более-менее постоянное. Поэтому он расширятся должен вдоль двигателя, т.е. ускорятся в сторону турбины, так? Или как на самом деле?
                                                                                                                                            0
                                                                                                                                            Да, он ускоряется, что уменьшает его давление. Повышение температуры удерживает давление на постоянном уровне в камере сгорания.
                                                                                                                                            youtu.be/JmqEU2C0Vu4?t=73
                                                                                                                                          0

                                                                                                                                          Паяльную лампу видели?

                                                                                                                                        +2
                                                                                                                                        Настоящая магия — это на сверхзвуке. Сверхзвуковой двигатель в самом простом варианте — это вообще симметричная труба. Куда впрыскивается топливо и в результате вся эта конструкция куда-то летит.

                                                                                                                                        Вот это я понимаю — магия.
                                                                                                                                          +4
                                                                                                                                          Настоящая магия — на ГИПЕРзвуке.
                                                                                                                                          Там двигатель может представлять из себя вообще ОДНУ стенку.
                                                                                                                                          А вторую — будет формировать стоячая ударная волна в набегающем потоке.
                                                                                                                                          … не взлетает, пока, правда…
                                                                                                                                          :-)))
                                                                                                                                            +2
                                                                                                                                            Это вы про реактивный двигатель внешнего сгорания?
                                                                                                                                            image
                                                                                                                                            image
                                                                                                                                            image
                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              То, что у вас изображено на картинках клиновоздушный ракетный двигатель

                                                                                                                                              Вот неплохой обзорный ролик, объясняющий суть процессов: www.youtube.com/watch?v=2Sz1A0mzS5o
                                                                                                                                                +2
                                                                                                                                                На третьей картинке изображен гиперзвуковой РД с клиновидным соплом. Вот действительно магия — обтекаемая болванка, которая распыляет топливо вокруг себя и летит вперёд.
                                                                                                                                            +2

                                                                                                                                            Настоящая магия — это поддержка всего диапазона M0-M3.5. Как на SR-71.

                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Из летающих. А из проектов в разработке — наверно лучшим примером будет SABRE от английской Reaction Engines. Должен работать до M5 (после чего вообще переходить из турбореактивный режима в чисто ракетный). Добавляется специальный контур охлаждения воздуха перед компрессором.
                                                                                                                                          +10
                                                                                                                                          Надо понимать, что не смотря на слово «реактивный» в названии, что у многих ассоциируется с реактивными ракетными двигателями, на самом деле ТРД и все его модификации не сильно отличаются от простого пропеллера. Потому что соотношение топлива к воздуху при горении примерно 1:15, а значит ТРД это по сути простой насос, перекачивающий _внешний_ атмосферный воздух. Точно так же, как это делает пропеллер на винтовых самолётах. Просто здесь энергия для этого берется не из внешнего ДВС для вращения винта, а сразу из горения топлива. И экономичность процесса, точно так же как в ДВС, определяется степенью сжатия воздуха перед поджиганием топлива. У современных ТРДхх степень сжатия сравнима с ДВС, и расход топлива тоже сравним, около 200 г/кВт*ч.

                                                                                                                                          А вот тяга зависит не от того, с какой эффективностью мы переводим топливо в механическую энергию в кВт, а какую массу воздуха и с какой скоростью мы отбрасываем: F = m*v, где m — масса кг отброшенного воздуха за время t=1 сек (массой топлива можно пренебречь из-за соотношения 1:15), а v — скорость его отбрасывания, м/сек. Или, что тоже самое, по закону Ньютона: F = m*a, т.к. ускорение в м/сек^2 сокращается с кг/сек в секундной массе m в формуле тяги.

                                                                                                                                          Но что ещё важнее, создаваемая тяга зависит от скорости отбрасываемого воздуха линейно: F = m*v (здесь m в кг/сек, т.е. отбрасываемая масса воздуха каждую секунду), а вот затраты энергии двигателя на создание этой струи равны кинетической энергии струи E =m*v^2/2, которая от скорости струи зависит квадратично! Ведь двигатель физически тратит свою энергию на придание кинетической энергии струе, а вовсе не на создание тяги напрямую. Поэтому чтобы создавать тягу наиболее экономичным способом, с максимальным КПД (который равен отношению полезной энергии тяги к полной затраченной энергии двигателя на создание этой тяги), надо брать побольше внешнего воздуха — побольше массы m, и отбрасывать ее с как можно меньшей скоростью v, чтобы эта квадратичность кинетической энергии струи от ее скорости не портила нам КПД.

                                                                                                                                          Именно поэтому двухконтурный ТРД имеет лучше КПД по созданию тяги. Лучшую общую экономичность как движитель. О чем тут в комментариях спрашивали, почему этот второй контур даёт огромную тягу. Двухконтурный ТРД тупо захватывает своим вентилятором больше внешнего воздуха и гонит его по внешнему контуру как обычный винт (а сам вентилятор вращается от турбинки в выхлопных газах, разумеется, вместо от ДВС в обычных винтах). И поэтому же турбовентиляторный двигатель, у которого вся энергия турбинки идёт на вращение винта (вместо ДВС), обладает ещё большим КПД! Так как винт большой и захватывает ещё больше m массы внешнего воздуха каждую секунду. Поэтому ее можно отбросить с меньшей скоростью v для создания нужной нам тяги.

                                                                                                                                          Последнее о чем надо знать, почему все просто не используют пропеллеры или турбовентиляторные двигатели (что по сути одно и то же), раз они такие замечательные и обладают максимальным КПД? Дело в том, что благодаря большой скорости полета, больше 400 км/час, поступающего ежесекундного воздуха на диаметр сопла ТРД вполне достаточно, чтобы эффективно создавать тягу, необходимую для полета самолёта такой-то массы. Там просто нет смысла ставить какие-нибудь винты огромного диаметра, КПД по созданию тяги от этого уже не увеличится. Он как будет от винта диаметром 6 м 90%, так и от ТРД диаметром 1 м тоже будет 90%. Только ТРД намного легче по массе, а у винтов куча своих проблем на больших скоростях.

                                                                                                                                          Именно поэтому говорят, что ТРД становится выгоднее винтовых самолётов на больших скоростях (где-то выше 400 км/час). Когда масса набегающего в секунду воздуха через входное отверстие ТРД становится достаточной, чтобы КПД по созданию тяги с помощью ТРД становился и так максимально возможным в этих условиях, где-то под 80-90%, и дальше повышать его с помощью увеличенного расхода воздуха пропеллером становится бессмысленно. И при этом остальные параметры вроде массы самого двигателя, удельного расхода топлива на каждый киловатт выходной мощности, тоже вносят свою лепту в общий КПД.
                                                                                                                                            0
                                                                                                                                            Что-то я в трех соснах заблудился… Это же реактивный двигатель, т.е. он создает тягу вперед, отбрасывая воздух и продукты сгорания назад. Но в этой схеме двигателя дорога для газов в сторону компрессора тоже открыта — так почему они двигаются к соплу?

                                                                                                                                            Для простоты, если самолет стоит на земле и нет давления набегающего потока: теоретически расширяющиеся газы должны давить как на турбину, так и на лопатки компрессора, создавая два противоположных момента на вал.

                                                                                                                                            И еще: как все-таки так получается, что при неизменном объеме (условно) температура газа поднимается от 400 до 2000 градусов, а давление не растет? И кроме того, в той же камере сгорания превращается в газ жидкое топливо…
                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Дорога для газов в сторону компрессора открыта — но там давление то же, что в камере сгорания.

                                                                                                                                              Объем не неизменный, он то как раз увеличивается, просто расширяющийся газ успевает улетать в сопло. Хорошо видно на фото из статьи — там в камере сгорания сзади огромная дыра наружу, по сути. Турбина ему почти не мешает — там одиночная крыльчатка, которая раскручивается только за счет того, что через нее пролетает огромный объем воздуха. Поэтому давление не растет.
                                                                                                                                                0
                                                                                                                                                Дорога для газов в сторону компрессора открыта — но там давление то же, что в камере сгорания.


                                                                                                                                                Со стороны компрессора высокое давление только потому, что крутятся крыльчатки компрессора, — а они там приводятся от турбины напрямую, от струи газа к соплу. Т.е. получается, расширяющийся газ сам себе блокирует выход в компрессор — ну так он так же мог бы блокировать сам себе выход и к соплу… Это как-то немного «сам себя за волосы из болота», казалось бы…
                                                                                                                                                  +6
                                                                                                                                                  Не газ сам себе блокирует, а разница давлений блокирует.

                                                                                                                                                  Ок, простая аналогия: Пивная банка над огнем. С большой дыркой. Вы ее греете, воздух внутри расширяется, выходя при этом из банки.

                                                                                                                                                  Вначале в банке было было пол литра холодного воздуха. Воздух расширился в два раза. Пол литра горячего воздуха вышло из банки, пол литра горячего осталось внутри. Из банки при выходе воздуха немного дуло — без всякого компрессора спереди. При этом все время давление в банке было равно атмосферному — т.к. дырка сзади большая.

                                                                                                                                                  Делаем в другом конце банки небольшое отверстие и начинаем загонять туда холодный воздух компрессором. Внутри банки все обычное атмосферное давление, дырка большая, накачиваемый воздух не задерживается и не «скапливается в банке». Просто вылетает наружу через дырку.

                                                                                                                                                  Давление на выходе из компрессора 5 атмосфер, одна атмосфера внутри банки никак не мешает компрессору дуть. Для него это как просто вхолостую дуть, без всякой банки на выходе. Очевидно, что назад в компресор воздух при этом течь не пытается.

                                                                                                                                                  При этом воздух успевает прогреться, расшириться, и на каждый забранный снаружи литр воздуха из дырки в банке вылетает два литра горячего. Соответственно, скорость воздуха на выходе из банки в два раза выше, чем на входе в компрессор. Причем это тот же самый воздух, с той же массой — просто он разгоняется за счет нагрева и вызванного им расширения.

                                                                                                                                                  Ок, теперь постепенно заужаем отверстие на выходе. Давление в банке начинает чуть-чуть расти (т.к. воздух не выходит совсем уж свободно), скорость выхода тоже растет (отверстие меньше, объем выходит тот же).

                                                                                                                                                  Постепенно догоняем давление почти до такого же, как выдает компрессор, (чуть ниже, чтобы воздух не пытался обратно в компрессор лезть). Из банки дует совсем уже сильно (чем меньше отверстие и чем горячее внутри банки — тем быстрее дует). Ставим на выходе в потоке воздуха турбину, запитываем компрессор от нее. Все, получили двигатель.
                                                                                                                                                    +2
                                                                                                                                                    Респект за наглядный пример! Хотелось бы добавить, что если оставить отверстие в банке полностью открытым, то КПД такого двигателя (точнее, движителя, т.к. он создаёт тягу для движения) будет максимальным. Но выход банки приходится заужать, чтобы увеличить выходную скорость потока. Потому что тяга зависит от скорости выходной струи: F = m*v. А нам необходимо получить определенную силу тяги, пусть и с меньшим КПД.
                                                                                                                                                      0

                                                                                                                                                      То есть дело так или иначе в дырках разного размера?