2208634596

11. PROCESY TERMODYNAMICZNE W SILNIKACH DWUPRZEPŁYWOWYCH

Podstawowe schematy silników dwupr/epływowych

W latach sześćdziesiątych ubiegłego stulecia zaczęto stosować do napędu samolotów dwuprzepływowe turbinowe silniki odrzutowe (DTSO). Bardzo szybko zdominowały one lotnictwo pasażerskie, transportowe, a następnie - w miarę udoskonalania ich konstrukcji - również lotnictwo wojskowe.

Swoją błyskotliwą karierę silniki te zawdzięczają korzystniejszym charakterystykom ekonomicznym i eksploatacyjnym w zakresie dużych, poddźwiękowych prędkości lotu (750-KL000 km/h) w porównaniu z turbinowymi silnikami śmigłowymi oraz turbinowymi silnikami odrzutowymi jednoprzepływowymi. Prędkości lotu z podanego zakresu są zbyt duże dla silnika śmigłowego -gwałtownie maleje sprawność śmigła, i jednocześnie zbyt małe dla turbinowego silnika jednoprzepływowego - nie może on osiągnąć optymalnych warunków pracy.

Pod względem konstrukcyjnym dwuprzepływowe turbinowe silniki odrzutowe (DTSO) stanowią rozwiązanie pośrednie między jednoprzepływowymi turbinowymi silnikami odrzutowymi (JTSO) a turbinowymi silnikami śmigłowymi (TSS). Można uważać je albo za ulepszone silniki odrzutowe z dodanym specjalnym kanałem zewnętrznym, przez który przepływa dodatkowy strumień powietrza, albo za ulepszone silniki śmigłowe, w których zastąpiono śmigło wentylatorem umieszczonym wewnątrz silnika, stanowiącym małe wielołopatkcrwe śmigło obracające się w pierścieniowej obudowie i przetłaczające powietrze w kanale zewnętrznym Z teorii wiadomo, że takie wentylatorowe śmigła charakteryzują się wysoką sprawnością przy dużych prędkościach lotu, przy których sprawność śmigieł klasycznych jest już bardzo niska

Dodanie zewnętrznego kanału przepływowego i przetłaczanie przez niego dodatkowej ilości powietrza - często znacznie większej niż przez kanał wewnętrzny - powoduje wzrost ogólnego strumienia masy powietrza przepływającego przez silnik, a jednocześnie zmniejszenie prędkości jego wypływu z silnika. Wynika to z tego, że duża część energii potencjalnej gazów spalinowych wytworzonych w komorze spalania kanału wewnętrznego jest zamieniana na pracę mechaniczną w turbinie, która napędza nie tylko sprężarkę - znajdującą się w kanale wewnętrznym, ale także wentylator, który sprężając powietrze kieruje je również do kanału zewnętrznego. W ten sposób część energii strumienia z kanału wewnętrznego jest przekazywana do kanału zewnętrznego. Rozprężony w znacznym stopniu w turbinie strumień spalin nie może uzyskać dużych prędkości wypływu z dyszy kanału wewnętrznego. Mała jest również prędkość wypływu powietrza z kanału zewnętrznego, w którym występuje jedynie niewielkie sprężanie w wentylatorze i rozprężanie w dyszy wylotowej (brak jest w tym kanale komory spalania a zatem i doprowadzania ciepła). Jak wiadomo, wielkość siły ciągu turbinowego silnika odrzutowego jest wprost proporcjonalna do wartości strumienia masy f&oraz przyrostu prędkości strumienia w kanale przepływowym silnika;

K = rfĄ c₅ — c_H)

DTSO uzyskują wymaganą wielkość siły ciągu K dzięki dużym wartościom rfr przy stosunkowo niewielkich wartościach Cs - cy. Taki sposób pracy silnika zapewnia jego dużą sprawność napędową i cieplną, mniejsze są straty energii kinetycznej i cieplnej unoszonej wraz z wypływającym z silnika strumieniem powietrza i spalin

W zależności od przeznaczenia DTSO budowane są wg dwóch zasadniczych schematów;

1.    DTSO wentylatorowe — kanały przepływowe posiadają oddzielne dysze wylotowe

2.    DTSO z mieszalnikiem - kanały łączą się ze sobą za turbiną, silnik posiada jedną dyszę wylotową. Tego typu silniki mogą być wyposażone w dopalacz, przy czym przyrosty ciągu są większe niż w JTSO i sięgają wartości rzędu 100% ciągu znamionowego.

DTSO budowane są w układzie dwu lub trójwirnikowym, często wyposaża się je w odwracacz ciągu. Przykładowe schematy konstrukcyjne DTSO przedstawia rysunek 11.1.

1