Конструкция, принцип работы и особенности производства СПВРД и ТРД. Изучение принципа работы турбореактивного двигателя (ТРД), страница 3

5. Конструктивные и технологические особенности ТРД

Рассмотрим типичный ТРД с осевым компрессором. Именно такие двигатели применяются на самолетах.

После предварительного сжатия во входном диффузоре воздух поступает в многоступенчатый осевой компрессор. Он получил такое название потому, что воздух в нем движется вдоль оси. Вращающаяся часть компрессора – ротор состоит из дисков с закрепленными в них лопатками. Диски жестко связанны между собой и образуют единый узел – ротор. Неподвижная часть компрессора – статор состоит из нескольких рядов закрепленных на корпусе неподвижных (направляющих) лопаток. Сочетание одного ряда лопаток ротора со следующим за ним рядом неподвижных лопаток статора образует ступень компрессора. Лопатки и диски изготавливаются из алюминиевых или титановых сплавов штамповкой с последующей механической обработкой. Наиболее часто встречающееся крепление лопаток к диску называется «ласточкин хвост» с соответствующей формой нижней (замковой) части лопатки и ответного паза в диске (рис.3).

Лопатки на диске расположены так, что между каждой парой соседних лопаток образуются каналы, расширяющиеся по направлению движения воздуха. В таких каналах (диффузорах), как

Рис. 3. Схема крепления лопаток компрессора к диску.

упоминалось выше, происходит торможение дозвукового потока.

Воздух, проходя через такие каналы, уменьшает скорость, а его давление и температура возрастают. За лопатками ротора помещен ряд неподвижных лопаток статора. Каналы между ними также расширяются в направлении потока, то есть тоже образуют диффузоры. При этом за счет изогнутой формы лопаток меняется и направление воздушного потока так, чтобы он входил в каналы лопаток ротора следующей ступени под нужным углом. Повышение давления в одной ступени компрессора составляет 30 – 40 % от начального давления. Для обеспечения нужной степени сжатия компрессор имеет от 6 до 17 ступеней. Схема ступени осевого компрессора показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема ступени осевого компрессора.

Ступень турбины (рис. 4) состоит из ряда неподвижных лопаток, закрепленных на ее корпусе и называемых сопловым аппаратом (статор) рабочего колеса – диска, с закрепленными на нем рабочими лопатками (ротор). Таким образом, построение турбинной ступени обратно по отношению к компрессорной; сначала строят статорные лопатки, потом роторные. В сопловом аппарате, представляющем собой ряд сужающихся каналов между лопатками – сопел (см. в разделе о ПВРД), скорость газов, а следовательно, и их кинетическая энергия, увеличивается за счет падения давления и температуры. Разогнанные газы поступают на лопатки рабочего колеса, которые также образуют сужающиеся каналы – сопла, где значительная часть кинетической энергии газов, приобретенной в сопловом аппарате, передается рабочему колесу и превращается в механическую энергию его вращения. Эта энергия через вал передается ротору компрессора.

Рис. 6. Схема крепления лопаток турбины к диску.

Крепление рабочих лопаток турбины к диску осуществляется с помощью так называемого «елочного замка» (рис. 6). Лопатки и диски газовой турбины выполняются из жаропрочных сплавов. Обрабатываются давлением и механически.

Дальнейшее преобразование тепловой энергии в кинетическую энергию в возникновение тяги происходит в реактивном сопле за турбиной. Процесс этот описан выше, в разделе о ПВРД. Детали сопел выполняются из жаропрочных сплавов. Обычно ротор ТРД, объединяющий роторы компрессора и турбины имеет три опоры – подшипника (см. схему ТРД). На две из них опирается ротор компрессора, третий расположен на роторе турбины. Все три опоры воспринимают радиальные  нагрузки от веса ротора, а средняя опора – еще и осевую нагрузку, возникающую от разности давлений на рабочих лопатках компрессора и турбины, а также от теплового расширения ротора при его нагреве.

ТРД – наиболее освоенный двигатель в авиации. Он применяется на многих типах гражданских и военных самолетов, крылатых ракетах летающих на невысоких сверхзвуковых скоростях («земля – земля», «воздух – земля»).