1. Główne zespoły TSO i ich przeznaczenie:

• Wlot powietrza- doprowadza strumień powietrza do sprężarki z możliwie min. stratami energii kinetycznej, przy odpowiednio dużej prędkości lotu spręża go dynamicznie. W zależności od usytuowania silnika, wlot może mieć różne rozmiary i kształty, często związany jest konstrukcyjnie z płatowcem s-tu, chociaż pracuje na korzyść silnika.

• Sprężarka- spręża przepływający strumień powietrza i kieruje go do komory spalania (ks). W zależności od typu zastosowanej sprężarki, zakresu pracy silnika i warunków lotu, ciśnienie za sprężarką jest od kilku do kilkudziesięciu razy większe niż przed sprężarką. Odpowiedni wzrost ciśnienia warunkuje poprawną i efektywną pracę KS. Wraz ze wzrostem prędkości lotu maleje udział sprężarki w procesie sprężania strumienia powietrza w kanale przepływowym TSO, a zwiększa- wlotu powietrza.

• Komora spalania- jest zasadniczym zespołem silnika (TSO- silnik cieplny). W KS zachodzą wszystkie procesy związane z przekształceniem energii chemicznej, zawartej w doprowadzonym do KS paliwie, w energię cieplną, która przejmowana jest przez przepływający przez nią strumień powietrza w celu zwiększenia jego energii (spaliny).

• Turbina- służy do napędu sprężarki. W turbinowych silnikach śmigłowych lub śmigłowcowych (TSŚ)- także do napędu śmigła lub wirnika nośnego i śmigła ogonowego. We wszystkich silnikach turbinowych niewielka część mocy (1÷2 %) przeznaczona jest do napędu agregatów zabezpieczających pracę silnika i systemów płatowcowych (pompy paliwowe, olejowe, hydrauliczne, prądnice etc.). Turbina przekształca część energii strumienia spalin w pracę mechaniczną przekazywaną za pośrednictwem wału na napęd sprężarki (śmigła, wirnika) i agregatów. W TSO sprężarka i turbina wraz z łączącym je wałem tworzą wirnik silnika.

• Układ wylotowy- szczególną rolę odgrywa w silnikach odrzutowych. Dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu kanału przepływowego, zamienia entalpię statyczną strumienia spalin (energię wewnętrzną i potencjalną) w energię kinetyczną, w celu uzyskania jak największej prędkości wypływu strumienia z silnika. Zasadniczym elementem układu wylotowego jest dysza wylotowa. W zależności od przeznaczenia silnika w skład układu wylotowego mogą wchodzić inne element (dopalacz, odwracacz ciągu, tłumik hałasu). W TSŚ rola układu wylotowego ogranicza się w zasadzie do odprowadzenia strumienia spalin poza silnik.

1. Ciąg i parametry jednostkowe

• Siła ciągu powstaje w wyniku wzajemnego oddziaływania ścian kanału przepływowego silnika i strumienia gazu przepływającego przez ten kanał oraz powietrza opływającego silnik z zewnątrz. Ciąg silnika odrzutowego (K) jest to składowa osiowa wypadkowej układu sił działających na ścianki kanału przepływowego silnika i siły oporu powstającej w wyniku opływ zewnętrznego. W celu wyznaczenia K rozpatruje się przyrost ilości ruchu masy strumienia, przy założeniu, że opór zewnętrzny nie istnieje:

$$K = \dot{m'}c_{5} - \dot{m}V + A_{5}(p_{5} - p_{H})$$

Gdzie:

$\dot{m}'$- masowe natężenie przepływu (strumienia masy) spalin;

c₅- prędkość wypływu strumienia z dyszy wylotowej;

V- prędkość lotu;

$\dot{m}$- masowe natężenie przepływu powietrza;

A₅- pole przekroju na wylocie z dyszy silnika;

p₅- ciśnienie strumienia w przekroju wylotowym dyszy;

p_H- ciśnienie otoczenia.

$$K = \dot{m(}c_{5} - c_{H}) + A_{5}(p_{5} - p_{H})$$

Ponieważ $\dot{m'} \approx \dot{m}$ i V = c_H.

Jeśli p₅ = p_H, co oznacza zupełne rozprężanie strumienia w dyszy do ciśnienia atmosferycznego, to

$$K = \dot{m(}c_{5} - c_{H})$$

Przy pracy silnika w warunkach statycznych (V = c_H = 0) i przy zupełnym rozprężaniu strumienia do ciśnienia atm. ciąg można wyrazić wzorem:

$$K = \dot{m}c_{5}$$

• Parametry jednostkowe- podstawowym parametrem charakteryzującym SO jest siła ciągu, a SŚ- moc lub moment przekazywany na wał.

  • Ciąg jednostkowy- określa przyrost prędkości strumienia w silniku. Jest to stosunek ciągu (K) silnika do masowego natężenia przepływu: $k_{j} = \frac{K}{\dot{m}}\ \left\lbrack \frac{\text{daN}}{\frac{\text{kg}}{s}} \right\rbrack$

Jeśli p₅ = p_H k_j = c₅ − c_H

$k_{j} = 60 \div 100\frac{\text{daN}}{\frac{\text{kg}}{s}}$ dla silników jednoprzepływowych;

$k_{j} = 30 \div 50\frac{\text{daN}}{\frac{\text{kg}}{s}}$ - dla silników dwuprzepływowych.

• Jednostkowe zużycie paliwa określa ekonomiczność silnika i jest podstawą obliczeń długotrwałości i zasięgu lotu. Jest to stosunek godzinowego zużycia paliwa (C) do ciągu silnika (K).

$$c_{j} = \frac{C}{K}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{daN \bullet h} \right\rbrack$$

Dla silników odrzutowych: $q_{0}\dot{m} = C_{s}W_{u}$ oraz C = 3600C_s

Gdzie:

q₀- teoretyczna ilość ciepła doprowadzona w komorze spalania do 1kg;

$\dot{m}$- masowe natężenie przepływu;

C_s- sekundowe zużycie paliwa;

W_u- wartość opałowa paliwa.

Stąd:

$$c_{j} = \frac{3600 \bullet q_{0}}{W_{u} \bullet k_{j}}$$

$c_{j} = 0,75 \div 0,9\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{daNh}} \right\rbrack$ dla silników jednoprzepływowych;

$c_{j} = 0,3 \div 0,6\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{daNh}} \right\rbrack$ - dla silników dwuprzepływowych.

• Masa jednostkowa- jest to stosunek masy silnika (m_s) do jego ciągu (K):

$$m_{j} = \frac{m_{s}}{K}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{daN}} \right\rbrack$$

$m_{j} = 0,2 \div 0,3\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{daN}} \right\rbrack$ dla silników jednoprzepływowych;

$m_{j} = 0,15 \div 0,2\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{daN}} \right\rbrack$ dla silników dwuprzepływowych.

1. Obieg porównawczy i rzeczywisty TSO

Rysunek 1 Obieg Braytona (linia przerywana), Obieg rzeczywisty (linia ciągła)- obiegi otwarte

1. Praca wewnętrzna i praca użyteczna obiegu TSO.

Praca wewnętrzna- różnica pracy wykonanej przez strumień w procesie rozprężania l_pr i pracy doprowadzonej do strumienia w procesie sprężania l_ps.

l_i = l_pr − l_ps

$$l_{s} + \frac{{c_{H}}^{2} - {c_{5}}^{2}}{2} = l_{\text{ps}} + l_{\text{rs}}$$

$$l_{\text{pr}} = l_{T} + l_{\text{rr}} + \frac{{c_{5}}^{2} - {c_{2}}^{2}}{2}$$

$$l_{i} = \frac{{c_{5}}^{2} - {c_{H}}^{2}}{2} + l_{\text{rs}} + l_{\text{rr}}$$

Praca użyteczna- część pracy wewnętrznej obiegu zużytkowana jedynie na przyrost energii kinetycznej:

$$l_{\text{ob}} = \frac{{c_{5}}^{2} - {c_{H}}^{2}}{2}$$

l_i = l_ob + l_rs + l_rr

l_ob = (l_pr−l_rr) − (l_ps + l_rs)

1. Poddźwiękowe i naddźwiękowe wloty powietrza – zakresy stosowania.

Klasyfikacja wlotów.

Wloty silników turbinowych stanowią czołową część kanału przepływowego. Mogą one być integralną częścią konstrukcji silnika lub stanowić część płatowca.

Zadaniem wlotu jest:

• wprowadzenie powietrza do kanału przepływowego silnika z możliwie małymi stratami;

• zapewnienie możliwie jednorodnego pola parametrów strumienia na wlocie do sprężarki (w silnikach strumieniowych – do komory spalania z zachowaniem warunków pełnej stateczności procesu spalania);

• wstępne podwyższenie ciśnienia powietrza w wyniku wykorzystania spiętrzenia strumienia przed wlotem.

Podstawowy podział uwzględnia zakres prędkości lotu. Rozróżniamy:

• wloty poddźwiękowe – wykorzystywane przy prędkościach lotu do 1,5 Ma;

• wloty naddźwiękowe – stosowane w samolotach o prędkościach wyższych.

Wloty poddźwiękowe są nieregulowane. We wlotach naddźwiękowych wymagane jest usytuowanie fali uderzeniowej w celu zmniejszenia strat przepływu. Usytuowanie to realizowane może być prze wykorzystaniu elementu stałego lub regulowanego.

Ze względu na usytuowanie wlotu w samolocie wloty dzielimy na:

• czołowe ( z ciałem centralnym lub bez);

• boczne (półkołowe, klinowe, płaskie z klinem poziomym lub pionowym);

• podkadłubowe (nadkadłubowe).