Принцип работы ТРВД: к чему приложены силы, толкающие двигатель вперед

[whuser400]

Принцип работы ТРВД: к чему приложены силы, толкающие двигатель вперед?

Возникли следующие вопросы по поводу работы ТРВД:

1. Спереди идет компрессор. Его назначение создавать давление окислителя
(воздуха) на вход камер сгорания. После камер сгорания, на одном валу
с компрессором идет турбина. Ее назначение - раскручивать компрессор.

Вопрос такой: а к чему приложены силы, толкающие двигатель вперед?
По идее, компрессор, толкая воздух назад, сам толкается вперед.
Но продукты сгорания, раскручивая турбину, толкают ее назад.
Где тогда получаются нескомпенсированные силы?

Также, если на выходе сопла выходит реактивная струя, то как она
толкает сам двигатель вперед? Или, если силы действовали на двигатель
в момент образования реактивной струи, то в в какой момент и на
какие части двигателя?

2. Наличие форсажной камеры увеличивает тягу двигателя. Но
форсажная камера стоит уже после лопаток турбины. К чему
приложено давление газа, создаваемое при сжигании топлива
в форсажной камере?

[Han]

Помоему, где-то на нашем форуме принцип работы ТРД обсуждался уже...

А шо есть ТРВД?

[An.Petrovich]

Основную составляющую силы тяги ТРД создаёт, как ни странно, профилированный воздухозаборник (если он имеет место быть), и компрессор.

[whuser400]

Компрессор, ясное дело, толкает воздух назад, а сам получает импульс вперед. Но ведь сзади,
с точностью до наоборот стоит турбина....
А форсажная камера тогда как работает?

[whuser400]

По поводу ТРВД ошибся - имер в виду ТРД /ТВД.

[Han]

2 An.Petrovich:
Вопрос стоит конкретно:
Нужно точно указать, где возникает разница сил давления воздуха на элементы двигателя, являющаяся, фактически, силой тяги.
В ВЗ разница может быть, насколько я понимаю, когда клин выдвинут и есть разница давлений на его передней и задней поверхностях. А на дозвуке?
Компрессор - здесь тоже понятно, давление перед лопаткой компрессора ниже чем за лопаткой, ведь компрессор потому так и называется, что сжимает воздух.

Однако же. Вопрос про ФОРСАЖ крайне интересен. Ведь при включении форсажа режим работы ВЗ и компрессора не меняется (на стенде к примеру, что бы забыть про увеличение скорости). Расход воздуха - тот же. Однако же тяга растет. Где возникла дополнительная разница сил? На стабилизаторе горения? На задней стенке форсажной камеры? Но это же турбина. Т.е. на задней поверхности лопаток турбины? Странно звучит. Вот интересно было бы узнать.

[An.Petrovich]

Хм... вопрос действительно интересный...
Сдаётся мне, что форсажная составляющая силы тяги приложена к той части сопла, которая расположена за критическим сечением (т.е. расширяющаяся часть).

[Han]

ниразу...
Сопло Лаваля ведь на то и есть, что бы перевести давление в скорость, т.е. давление ЗА критическим сечением ниже, чем перед. Причем, в идеальном сопле Лаваля давление на срезе сопла равно атмосферному.

[An.Petrovich]

Ну ведь не на переднюю же стенку КС форсажи давят? Дожиг то идёт уже ЗА турбиной... во блин... а твоя версия?

[Han]

Знаю точно, что в ракетном двигателеле сила тяги давит в переднюю стенку камеры сгорания.
Может все таки в заднюю поверхность лопаток турбины?

[An.Petrovich]

Ну или на форсажный контур... хм...

[Han]

Форсажный контур? Шо цэ? Стабилизатор горения что-ли (круговая трубчатая решетка с перфорацией-форсунками за турбиной)? Дык какое давление на решетку то...

[Han]

Вот собсно смотрим (АЛ-21)
http://www.airliners.net/open.file/1030611/L/
На стабилизатор давить некуда, дырчатый больно...

[Moroz]

Однако же. Вопрос про ФОРСАЖ крайне интересен. Ведь при включении форсажа режим работы ВЗ и компрессора не меняется (на стенде к примеру, что бы забыть про увеличение скорости). Расход воздуха - тот же. Однако же тяга растет. Где возникла дополнительная разница сил? На стабилизаторе горения? На задней стенке форсажной камеры? Но это же турбина. Т.е. на задней поверхности лопаток турбины? Странно звучит. Вот интересно было бы узнать.

Принцип работы ТРД: http://kursy.rsuh.ru/aero/html/kurs_82_0.html
Про форсаж: http://kursy.rsuh.ru/aero/html/kurs_84_0.html

[Han]

Ну и где же там ответы на поставленные вопросы??

[whuser400]

Нет, господа в указанных вами ссылках http://kursy.rsuh.ru/aero/html/kurs_82_0.html и http://kursy.rsuh.ru/aero/html/kurs_84_0.html
нет ни одного слова, объясняющего принцип работы двигателя.

Ни к камере сгорания, ни к форсажным трубочкам впрыска горючего никаких существенных сил приложено быть не может, т.к. многотонных усилий эти тонкостенные конструкции просто не выдержат.

Силы могут быть приложены к сужениям двигателя и к лопаткам турбин. Только они могут вынести многотонные усилия.
Лопатки компрессора толкают воздух назад и, соответственно, получают импульс вперед. Но лопатки турбины раскручиваются набегающим потоком и получают импульс назад. ГДЕ РАЗНИЦА СИЛ? Ну можно конечно расположить лопатки турбины под другим углом к потоку...

Сами по себе продукты сгорания, когда вырываются из сопла ничего уже не толкают. Рассуждения теплотехников, что де раз из сопла вырывается ускоренный поток, то двигатель получает импульс вперед есть чистая математика, которой физическая конкретика и суть явления просто не важны. Но при таком описательно-математическом подходе полностью теряется понимание сути физического процесса и границы применимости математических формул. Выходя за границы применимости мы либо будем получать "необъяснимые" (в рамках такого описательного подхода) погрешности, либо проскочим возможность резко улучшить КПД, работая в резонансе.

Кстати, сам подход гидро/аэродинамики к описанию среды как непрерывной и с распределенными параметрами уже делает невозможным резонансные схемы и приводит к нерешаемым аналитически уравнениям. Тут нужно от непрерывной среды переходить к частицам с массой, размерами, скоростями, длинной пробега и вандерваальсовым взаимодействием между ними.
Только тут получаем объяснение уравнению Бернулли (увеличение скорости и уменьшение давления потока, проходящего сквозь сужение) и, как следствие, объяснения подъемной силы крыла. Сейчас уравнение Бернулли доказывается исключительно с помощью законов сохранения энергии и неразрывности потока, а объяснение подъемной силы крыла есть не что иное, как ссылка на 100 летнюю модель Жуковского, позволяющую рассчитывать подъемную силу, но не вскрывающую суть явления.

Также, то что в аэродинамике называется хаотичным потоком, т.е. вихри - на самом деле поток очень структурированный, т.к. распределение скоростей частиц любого потока имеет сильно выраженный тренд в сторону его движения ==> падает давление на его границах ну и т.д....

[An.Petrovich]

Сильно.

Я вот вчера тоже копался в одной умной книжке - "Двухконтурные Авиационные Двигатели", но так нихрена и не понял, "куда" же форсаж приложен.

Понял лишь одно: что при включении форсажа приращение силы тяги обусловлено увеличением скорости истечения (т.е. кинетической энергией) реактивной струи, т.к. остальные параметры работы контуров ТРД при включении форсажа практически не изменяются. А т.к. увеличение скорости реактивной струи происходит непосредственно в ФК, т.е. за КС, за турбиной, и даже за стабилизаторами, то я всё-таки склоняюсь к мнению о том, что приращение силы тяги приложено к элементам сопла.

[Han]

Обсчался с нашим Димой ...
Он тут как раз моделями ТРД, ТВД и т.п.Д занимается (в свете Ка-50 в т.ч.)
Так вот:
конечно, с т.з. раслада сил силу тяги никто не считает и такая информация есть только у прочнистов, расчитывающих конструкцию двигателя.
Но у нас есть расклад по давлениям, скоростям и температурам.
Итак, при включении форсажа в ФК не повышается скорость. Растет температура. Изменение давления до форсунок нет, т.к. за форсунками местные сверхзвуковые течения, отседова имеем, что давление воспринимается соплом за критическим сечением (т.к. за критическим сечением давление еще не выровнено, плюс газ рагоняется именно соплом лаваля, отталкиваясь от его стенок).
Т.е. форсажная составляющая тяги воспринимается соплом,
бесфорсажная - компрессором.

Резюме (собсно надо было с самого начала думать ширше): форсажная камера - полный аналог ракетного двигателя, в котором тяга создается соплом, т.к. выходя из критическо сечения давит на стенки сопла лаваля, при этом он как пружина отталкивается от стенок сопла и ускоряется.

[An.Petrovich]

Ну вот, блин...
А я те чё с самого начала говорил?

[Han]

Ну убей меня! Только не больно...

[whuser400]

Не совсем понял, а каков тогда профиль (в сечении) форсажной камеры и сопла?
Если до сопла Лаваля поток имеет дозвуковые скорости, то ускоряясь в сопле он давит на сужающиеся
стенки сопла и толкает двигатель назад. Либо у ФК+Сопло более сложный профиль?

[whuser400]

Опять же при безфорсажной схеме, чем отличается компрессор от турбины чтобы была разница сил?
Может наклоном лопаток и количеством ступеней?

[whuser400]

Вот сечение двигателей с форсажной камерой. Но она вроде прямая, без скосов...

[whuser400]

Кстати, а вот форсажная камера

[Moroz]

Ну и где же там ответы на поставленные вопросы??

Ну, переумничал я...

Я вот вчера тоже копался в одной умной книжке - "Двухконтурные Авиационные Двигатели", но так нихрена и не понял, "куда" же форсаж приложен.

Неиначе - либо магия, либо шарлатанство.

[whuser400]

Народ - смотрите форум http://forums.airbase.ru/viewtopic.php?id=57551

[EdDeath]

Так пришли к какому-то заключению или нет? По моему ответ очевиден, и прекрасно показан на рисунке сверху (разрез двигателя) оранжевым цветом.
Вентилятор, компрессор, турбина, конечно же испытывают определенные нагрузки, но они предназначены лишь для того, чтобы доставить воздух в камеру сгорания.А вот здесь, в камерах сгорания все и происходит.Будет проще если КС, ФК и сопло представить как емкость в которой создали огромное давление, оно не давит на что-то одно, оно давит на стенки этой емкости и единственное место куда это давление может уйти - это сопло.
Я думаю ответ: Камеры сгорания и сопло!