Какие двигатели не работают за счет энергии воздуха или газа

Обновлено: 04.07.2024

Постепенное сокращение запасов природных ресурсов и сложности с их добычей заставляют искать альтернативные источники энергии, одновременно недорогие и эффективные. Так, попытки заменить бензин или природный газ натолкнули на идею использовать уголь и натуральную древесину. Высушенные дрова дают значительное количество энергии и вполне подходят для использования в двс — двигателях внутреннего сгорания — при условии некоторой доработки их конструкции.

Первые эксперименты по созданию и испытанию двигателя на дровах в середине прошлого столетия завершились успешно. Поэтому ряд производственных мощностей в разных странах мира был переведен в режим серийного выпуска газогенераторных автомобилей на дровах, которые нашли широкое применение в военные годы. Позже от их использования отказались, но идея применения угля и дров в качестве источника энергии сохранила свою актуальность.

Сегодня создать в домашних условиях двигатель внутреннего сгорания на дровах не составит особого труда. А взамен можно получить работающий газогенератор для автомобиля или для отопительного оборудования, не требующий запасов дорогостоящего топлива.

Принцип работы газогенераторного двигателя на дровах

В основу работы газогенераторной установки положен процесс пиролиза — получение горючей газовой смеси из древесины. В ее составе значительную часть занимает угарный газ, или окись углерода, также присутствуют свободный водород, метан и некоторые углеводородные соединения. Незначительный процент в смеси составляют балластные газы — азот, водяной пар и углекислый газ. Пиролиз происходит в газогенераторе. Конструкция устройства представляет собой закрытую емкость с колосниками, в которую через верхний бункер поступает твердое топливо. В качестве дымохода используется патрубок для выхода полученной газовой смеси. Последовательность пиролиза выглядит следующим образом:

В нижней части газогенератора под колосниками сгорают дрова. В процессе их горения в камеру нагнетается воздух в объеме около 35% от необходимого количества для переработки всех дров.
Большое количество тепловой энергии от сгорания дров запускает реакцию кислорода воздуха и углерода, в результате чего образуется углекислота.
В зоне газификации газогенератора углекислый газ дополнительно получает углерод из древесины, превращаясь в угарный газ. Одновременно в результате разложения водяного пара образуется свободный водород.
Проходя через сухую древесину, раскаленные газы способствуют ее подсушиванию и превращению в полукокс, что способствует выделению еще большего объема углерода. Процесс носит название сухой перегонки и сегодня находит свое применение в ряде отраслей топливной промышленности.
Образовавшаяся газовая смесь выходит из газогенератора через патрубок и поступает на очистку от посторонних примесей и взвесей для дальнейшей подачи в двигатель внутреннего сгорания.

Очистка получившейся газовой смеси — обязательный процесс переработки дров. Отказ от нее вызывает быстрое загрязнение и порчу двигателя, чувствительного к качеству и химическому составу газового топлива. Специально для его очистки была сконструирована фильтрующая система, состоящая из трех частей:

Циклон, или фильтр грубой очистки. Представляет собой вертикальный цилиндр конусообразной формы. Газовая смесь циркулирует вдоль стенок на высокой скорости, в результате чего под воздействием центробежной силы крупные частицы выделяются из общей массы и падают на дно устройства. Затем они выводятся из фильтра, чтобы не загрязнять новую порцию смеси.
Радиатор — охладитель газовой смеси. Здесь очищенная смесь охлаждается до температуры, при которой она легко воспламеняется. Подача газа в радиатор осуществляется методом нагнетания.
Фильтр тонкой очистки. Здесь происходит удаление из газовой смеси мелкой взвеси сажи и золы, которую не удалось извлечь в циклоне.

Очищенная и охлажденная газовая смесь подается в двигатель внутреннего сгорания автомобиля или отопительного котла. Ее горение дает необходимое количество энергии для движения транспортного средства или для обогрева здания.

Газогенераторная установка своими руками: профессиональные рекомендации по сборке

Задавшись целью сделать двс на генераторном газе для автомобиля или отопительной системы, стоит обратить внимание на следующие моменты:

Перевести на газ можно только автомобиль с карбюратором. Для современных транспортных средств требуется менять прошивку контроллера, иначе новое топливо не запустит его движение.
Чем выше мощность двигателя, тем производительнее должен быть газогенератор.
Установка газовой системы в багажник потребует дополнительного места. Рекомендуется вырезать часть днища или установить конструкцию на прицеп.
Для изготовления камеры газификации потребуется термостойкий стальной сплав, например, низкоуглеродистая сталь толщиной не менее 4 мм.

Обратите внимание: попытка увеличить диаметр камеры для повышения объемов выработки топлива нецелесообразна. Производительность устройства увеличится незначительно, тогда как качество переработки древесного сырья станет значительно хуже.

Для сборки работающего газогенераторного двигателя на дровах потребуются:

старый газовый баллон;
ресивер от грузовика или толстостенная труба;
графитно-асбестовый шнур для уплотнения крышки;
несколько стальных труб или радиаторов для системы фильтрации;
небольшой вентилятор для розжига;
листовой металл толщиной 1,5 мм.

Последовательность действий выглядит следующим образом:

Запустить процесс розжига поможет вентилятор, полностью состоящий из металлических элементов. Это требование обусловлено безопасной работой устройства: только металл способен выдержать контакт с раскаленной газовой смесью. Топливная магистраль, ведущая от генератора к карбюратору, изготавливается из стальной трубы и монтируется под днищем машины.

Оптимизировать работу газогенератора удастся благодаря следующим рекомендациям:

Размер дровяных чурок не должен быть более 6 см;
Древесина должна быть полностью высушенной, чтобы часть энергии не тратилась на подсушивание дров;
Розжиг топлива осуществляется при включенном вентиляторе не позднее чем за 20 минут до начала движения.

Обратите внимание: автомобиль на газогенераторном двигателе теряет до 50% мощности. Поэтому ждать от машины высокой скорости и быстрого старта после непродолжительной остановки не приходится.

Одной из самых значительных проблем современности является проблема загрязнения окружающей среды. Каждый день человечество выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа. Каждая машина, работающая на двигателе внутреннего сгорания, вредит нашей планете и делает экологическую ситуацию еще хуже. К сожалению это не все. Энергетическая проблема стоит не менее остро, ведь запасы нефти не бесконечны, цены на бензин все растут, и нет причин для их уменьшения. В поисках альтернативных источников топливо было изобретено множество проектов, но все они либо слишком дорогостоящи, либо малоэффективны. Хотя один из них выглядит весьма обещающим. Судя по нему, возможно, новым топливом будущего станет… воздух!

Звучит фантастично, не правда ли? Разве это возможно, чтобы автомобиль ездил на воздухе? Конечно, это возможно. Но это воздух не в таком виде, в котором мы им дышим сейчас — чтобы двигать автомобиль, нужен сжатый воздух. Сжатый, и находящийся под высоким давлением, воздух двигает поршни двигателя, и автомобиль движется! После того как он отработал в двигателе, воздух возвращается в атмосферу абсолютно чистым. Бака достаточно на 200 километров пути, и скорость тоже весьма впечатляет — до 110 километров в час!

Этот автомобиль не только полностью экологичен, он также существенно сэкономит деньги своему владельцу! Одна полная заправка сжатым воздухом обойдется в полтора евро, и за считанные минуты автомобиль будет снова готов к путешествиям. Полтора евро практически равны по цене двум литрам бензина. Посчитайте, сколько проедет ваша машина на двух литрах — наверняка цифра будет куда меньше чем 200 километров. Ведь после небольших и несложных подсчетов, ежедневная заправка автомобиля сжатым воздухом обойдется как минимум в 10 раз дешевле!

Начал Ги Нэгр с оригинальной концепции гибридного автомобиля, который на малых оборотах двигался бы за счет воздуха, а на больших — запускал обычный двигатель внутреннего сгорания. Этот автомобиль был разработан в середине 90-х, однако изобретатель решил пойти еще дальше. Результатом 10 лет напряженной работы стало несколько моделей, ездящих исключительно на сжатом воздухе.

В основе “воздушного автомобиля” Ги Нэгра лежит мотор, по конструкции весьма похожий на стандартный ДВС. В двигателе два рабочих и два вспомогательных цилиндра. Теплый воздух засасывается прямо из атмосферы и дополнительно подогревается. Затем он попадает в камеру, где смешивается с охлажденным до -100 градусов Цельсия сжатым воздухом. Воздух быстро разогревается, резко увеличивается в объеме и толкает поршень главного цилиндра, который приводит в движение коленчатый вал.

Первые прототипы чисто воздушного автомобиля, созданного французами из фирмы Ги Нэгра Motor Development International (MDI), были продемонстрированы в начале 2000-х, а сейчас, наконец, дело дошло до масштабного внедрения этой замечательной разработки. Компания Tata Motors, крупнейший производитель автомобилей в Индии, договорилась с MDI о запуске лицензионного производства небольшого трехместного экомобиля, работающего на сжатом воздухе.

Несмотря на то, что электричество производится в основном за счет сжигания ископаемого сырья, воздушный экомобиль оказывается гораздо эффективнее автомобилей с ДВС. По КПД он превосходит обычные автомобили в 2 раза, а электромобили — в 1,5. Кроме того, его отличает полное отсутствие вредных выхлопов, а также крайняя неприхотливость в обслуживании: благодаря отсутствию камеры сгорания масло в двигателе можно менять не чаще, чем через каждые 50 тыс. км пробега.

Экомобиль MiniC.A.T будет выпускаться в четырех модификациях. Они включают в себя трехместную легковую модель, пятиместное такси, мини-вэн и легкий грузовой пикап. Автомобили будут продаваться по цене около 5 500 фунтов (примерно 11000 долларов) , что весьма доступно.. В планах компании Tata — ежегодное производство не менее 3 тысяч “воздушных автомобилей”.

Продавать их планируют в Европе и Индии, но если проект обретет популярность, возможно и по всему миру.

Почин индийцев поддержала американская компания Zero Pollution Motors, которая объявила о скором выводе на американский рынок автомобилей, работающих на сжатом воздухе и построенных по технологии Гая Негре.

Zero Pollution Motors планирует производить автомобили CityCAT с вариантом двигателя (6-цилиндровый, 75-сильный Dual-Energy), позволяющего работать в двух режимах: просто на сжатом воздухе, либо с потреблением небольшого количества топлива для повышения температуры воздуха в баллонах и соответственно мощности. В таком режиме автомобиль потребляет около 2.2 литров бензина на 100 километров вне города.

CityCAT – шестиместный автомобиль с вместительным багажником. Кузов состоит из стеклопластиковых панелей, крепящихся к алюминиевому каркасу. Автомобиль сможет проезжать в городе 60 километров на одном запасе воздуха, а за городом при небольшом расходе бензина – 1360 километров. Скорость авто при работе только на сжатом воздухе – 56 км/ч, при использовании бензина – 155 км/ч.

Ориентировочная стоимость авто – 17.8 тысяч долларов. Первая партия должна поступить на рынок в 2010 году.

В 2000 году многочисленные СМИ, в том числе ВВС, пророчили, что в начале 2002 года начнётся массовое производство автомобилей, использующих воздух вместо топлива.

Поводом для такого смелого заявления послужила презентация автомобиля под названием e.Volution на выставке Auto Africa Expo2000, которая состоялась в Йоханнесбурге.

Изумлённой общественности сообщили, что e.Volution может без дозаправки проехать около 200 километров, развивая при этом скорость до 130 км/час. Или же в течение 10 часов со средней скоростью 80 км/час. Было заявлено, что стоимость такой поездки обойдётся владельцу e.Volution в 30 центов. При этом весит машина всего 700 кг, а двигатель — 35 кг.

Революционную новинку представила французская фирма MDI (Motor Development International), которая тут же объявила о намерении начать серийный выпуск автомобилей, оборудованных двигателем на сжатом воздухе.

Негр заявил, что ему удалось создать двигатель, работающий исключительно на сжатом воздухе без каких бы то ни было примесей традиционного топлива. Своё детище француз назвал Zero Pollution, что означает нулевой выброс вредных веществ в атмосферу.

Принцип работы двигателя, по словам изобретателя, таков: «Воздух засасывается в малый цилиндр и сжимается поршнем до уровня давления в 20 бар. При этом воздух разогревается до 400 градусов. Затем горячий воздух выталкивается в сферическую камеру.

В „камеру сгорания“, хотя в ней уже ничего не сгорает, под давлением подаётся и холодный сжатый воздух из баллонов, он сразу же нагревается, расширяется, давление резко возрастает, поршень большого цилиндра возвращается и передаёт рабочее усилие на коленчатый вал.

Было заявлено, что выбросы автомобиля не опаснее углекислого газа, выделяемого при дыхании человека, двигатель можно смазывать растительным маслом, а электрическая система состоит всего лишь из двух проводов.

Эту версию отчасти подтверждает Deutsche Welle: «Авторемонтные предприятия и нефтяные концерны единодушно считают автомобиль с воздушным двигателем „недоработанным“. Впрочем, это можно списать на их предвзятость.

Почти такого же мнения придерживаются и защитники окружающей среды: «Потребуется очень много времени, чтобы убедить автомобильных производителей начать выпуск „воздушных“ двигателей.

Но Deutsche Welle обращает внимание на то, что в различных публикациях «описание двигателя и принципиальная схема его работы грешат неточностями и ошибками, а, кроме того, версии на разных языках не только изрядно различаются, но порой и прямо противоречат друг другу.

Чуть ли не в каждом издании приводятся свои, отличные от прочих, технические параметры. Разброс цифр столь велик, что невольно задаёшься вопросом: неужели они относятся к одному и тому же автомобилю?

Ещё одна странная закономерность состоит в том, что с каждой следующей публикацией параметры автомобиля улучшаются: то мощность подрастёт, то цена упадёт, то масса уменьшится, то ёмкость баллонов увеличится. Так что, сомнения тут вполне уместны и оправданы.

Любопытно, что на состоявшейся в феврале 2001 года в Нюрнберге международной ярмарке игрушек канадская фирма Spin Master предложила покупателям модель самолета, оснащённой двигателем, работающим на сжатом воздухе. Мини-резервуар можно надувать любым насосом, и пропеллеры уносят оригинальную игрушку в небеса.

Встретилось и предложение В. А. Конощенко, который сообщает об изобретённом им автомобиле, работающем на сжатом воздухе, прилагая описание устройства.

Есть данные о том, что спроектированная самоучкой И. Ф. Александровским 33-метровая подводная лодка с двигателем, работающим на сжатом воздухе, летом 1865 года была спущена на воду, успешно прошла ряд испытаний и только после этого затонула.

Известных на Земле запасов нефти хватит не более чем на 50 лет. Чем только не пытаются заменить бензин, который, ко всему прочему, является главным источником загрязнения воздуха в больших городах. И сжиженным природным газом, и всякого рода синтезированными газами и жидкостями, и даже спиртом. Долго надежды возлагались на электромобиль, но его технические характеристики невысоки, а утилизация источника энергии оказалась проблемой для экологии. И вот новая, ошарашивающая идея — автомобиль на сжатом воздухе.

Публикаций на эту тему много, но характеристики скачут, будто речь не о технике, а об арабском жеребце. Если усреднить все протоколы, то выйдет такой портрет: e . Volution весит 700 кг, мотор Zero Pollution — 35 кг. Автомобиль может проехать без дозаправки 200 км. Максимальная скорость — 130 км/ч. На скорости 80 км/ч он может двигаться 10 часов. Ориентировочная цена — 10 тысяч долларов.

— Мы рассчитали рабочий цикл этого двигателя, — сказал заведующий отделом газобалонного оборудования НАМИ Владислав Лукшо. — Это очередная попытка обмануть основополагающие законы природы, проскочить мимо правил термодинамики. Можно эту идею развить: заставить водителя качать ногами воздух. Идея двигателя на сжатом воздухе несуразна, потому что его КПД очень мал. Полученная от механического сжатия энергия на килограмм веса в 20-30 раз уступает химической энергии углеводородного топлива. У бензина конкурентов не видно. Выше показатели только у атомной энергии. Этот e . Volution сможет ездить только на небольшие расстояния, как летают игрушки с пневмодвигателями.

Скептическое отношение к двигателю на сжатом воздухе вовсе не означает, в этом уверены специалисты НАМИ, что попытки найти альтернативу бензиновому двигателю обречены. Уже удалось добиться сносных характеристик у газовых двигателей на пропан-бутане, которые уступают по теплоотдаче топлива бензиновому двигателю только в 1,5 раза. Предпринимаются в продолжение заветов чонкинского приятеля Гладышева усилия, дабы освоить двигатель на биогазе, который получают из всяческих отбросов.

Поиск перспективных энергосберегающих технологий, в частности использующих альтернативные и возобновляемые виды топлива – одно из основных направлений научно-технического прогресса XXI века. Однако в поисках нового не стоит забывать прежние выдающиеся достижения инженерной мысли, обретающие в нашу цифровую эпоху второе дыхание. Яркое тому подтверждение двигатель Стирлинга.

Дитя эпохи пара

Роберт Стирлинг и его двигатель

Были очевидны и недостатки – низкий КПД (не более 10%) и наличие громоздкого кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Нередко паровые котлы взрывались, не выдерживая чрезмерного давления пара, что приводило к разрушениям и человеческим жертвам.

Паровоз на базе двигателя Стирлинга

Как работает двигатель Стирлинга

Первое, что бросается в глаза – простота конструкции. В состав двигателя Стирлинга (β-типа) входят два поршня – вытеснительный и рабочий, маховик, рубашка (ребра) охлаждения и теплообменный цилиндр. Чтобы ДС работал, необходим источник тепла.

Рабочий цикл протекает в четыре этапа

Первый этап. Происходит нагрев воздуха (или другого газа) в основании цилиндра. Разогретый внутри его воздух создает давление, которое заставляет рабочий поршень двигаться вверх. Вытеснительный поршень имеет одну важную особенность – неплотное прилегание к стенкам цилиндра.

Третий этап. В камере воздух остывает и сжимается, давая возможность рабочему поршню опуститься вниз.

Четвертый этап. Вытеснительный поршень движется вверх, одновременно вытесняя охлажденный воздух в основание цилиндра, после чего цикл возобновляется.

Плюсы и минусы

Первые промышленные ДС использовались в качестве водяных насосов и машин, обеспечивающих литейное производство. К началу ХХ века на предприятиях Европы работало уже более 250 тыс. вентиляторов, приводимых в действие ДС. Их КПД достигал 18%, что почти на 10 % выше КПД паровых двигателей.

Конструкция ДС чрезвычайно проста. Ей не требуются дополнительных систем и не нужен стартер, поскольку двигатель запускается самостоятельно. Как следствие этого – значительный рабочий ресурс, измеряемый иногда сотнями тысяч часов непрерывной работы.

Двигатели Стирлинга очень экономичны и малошумны, что в последствии было использовано при создании двигателей для подводных лодок.

Определенные сложности возникают при регулировке оборотов. В частности, чтобы регулировать частоту вращения коленчатого вала, потребуется изменять показатели температуры.

Виды двигателей

Семейство двигателей Стирлинга представлено четырьмя видами – Альфа, Бета (принцип его работы описан выше), Гамма и роторным. У каждого из них свои конструкционные особенности.

У Альфа два цилиндра, один из которых оснащен охлаждающим радиатором, а в нижней его части осуществляется нагрев. В рабочих камерах обоих цилиндров установлены поршни. Усилия от поршневой группы передаются на коленчатый вал, соединенный шарниром с поршнем и вытеснителем.

У роторного ДС отсутствует КШМ, что уменьшает габариты силового агрегата. Благодаря такой конструкции значительно улучшается герметичность рабочей камеры.

Современные области применения двигателей Стирлинга

В наши дни ДС переживают второе рождение во много благодаря их уникальным экологическим характеристикам. Напомним, концентрация вредных веществ в продуктах сгорания ДС на несколько порядков ниже, чем у поршневых и газотурбинных двигателей и, что не менее важно, минимальные шумы у них не превышают 60-65 дБ. Они незаменимы там, где необходимо преобразовывать тепловую энергию в механическую.

Одно из перспективных направлений современной энергетики – децентрализация энергоснабжения, которое реализуется путем строительства когенерационных установок, производящих из первичного источника топлива два или несколько видов полезной энергии.

Когенерационная установка

Использование ДС в когенерационных установках позволяет одновременно обеспечивать электроэнергией и теплом небольшие районы. КПД некоторых современных стирлинг-генераторов доходит до 95 %.

Тепловые насосы на базе ДС работают подобно кондиционерам. Правда, они используются не для охлаждения помещений или воды, а для нагрева.

Тепловой насос на базе ТС

ДС могут работать, как холодильные установки. Некоторые компании-производители холодильников уже готовы устанавливать на свои изделия ДС, что сделает их более экономичными, а рабочим телом станет обычный воздух.

Подводная лодка класса Никкен

Солнечная электростанция с ДС

Вы можете войти или зарегистрироваться, чтобы добавить ответ и получить бонус.

Кем работают евреи?

Евреи, это очень хитрая и расчетливая нация, поэтому они стараются выбирать те профессии, которые позволяют им делать зависимыми от нее других людей, либо ту сферу деятельности, где не требуется физического труда. Как правило много евреев задействовано в таких сферах . Читать далее

Какие приборы используют для определения влажности воздуха?

Для определения влажности в помещение сейчас актуально использовать гигрометры. Они показывают влажность дома, температуру, у них есть часы и будильник. Очень удобно использовать тем, кто страдает постоянной заложенностью носа из-за влажности в помещении. Контролировать влажность удобнее, когда . Читать далее

В данном материале мы не будем обсуждать трехэтажные формулы, учить фамилии конструкторов и первооткрывателей. Особенностью рубрики является попытка простого объяснения работы сложных технических устройств в области транспорта. Также поговорим о видах и принципах работы турбореактивных двигателей. Но начнем мы с обратного: как же ТРД удается перемещать летательные аппараты и экранопланы, что дало толчок к развитию ТРД?

Как турбореактивные двигатели перемещают летательные аппараты и экранопланы

Представьте себе ситуацию, будто вы сидите посреди большой пустой комнаты на стуле с колесиками, но дотянуться ногами до пола не можете, и предметов вокруг, от которых можно оттолкнуться тоже нет, а вам нужно как-то переместиться в сторону выхода. Задача эта совершенно не решаема, если у вас нет при себе никаких предметов, включая одежду. Но если при вас есть хоть что-то, обладающее массой, вы можете со всей силы отбросить это в сторону, противоположную выходу. Удивительным образом стул двинется в сторону выхода, и если вдруг в кармане вы обнаружите пару гантелей или гирю, особых проблем с путешествием не будет.

Главный принцип здесь заключается в следующем: если мы бросаем какой-либо предмет в сторону, на нас действует точно такая же сила, как и на предмет, только противоположно направленная. Если мы хотим кинуть волейбольный мяч, придав ему ускорение рукой, то наша рука почувствует удар — это и есть та сила, действующая в противоположном полету мяча направлении. Поскольку мяч гораздо легче, чем человек, он вынужден отлететь на большое расстояние, при приложенной силе. Но если с той же силой удара, что приложена к мячу, долбануть по гире, которая всего в четыре раза легче человека, то сила удара уже заставит кости сломаться.

Когда человечество получило доступ к поршневым двигателям высокой на тот момент мощности, пришла идея создания летательных аппаратов, известных ныне как самолеты. На валу поршневого движка внутреннего сгорания устанавливался винт с лопастями, отбрасывающий большой объем воздуха, в противоположном полету направлении. Однако скорость полетов на ДВС с воздушным винтом была весьма ограничена, а растущей индустриализации требовались все большие скорости, и тогда вспомнили про газовую турбину.

Движение летательного аппарата с турбореактивными двигателями происходит за счет отбрасывания двигателем газовой смеси с высокой скоростью и в большом объеме, в противоположную движению самолета сторону. Все довольно просто. Воздух — это газовая смесь, и каждый газ, входящий в данную смесь, обладает массой, плотностью, объемом и температурой. Реактивная сила, создаваемая двигателем, зависит от скорости истекания газовой струи и ее массе (или объема при заданной плотности). Чем выше любой из множителей, тем выше сила отталкивания самолета в противоположном направлении.

Принцип действия турбореактивного двигателя

Академическое понятие ТРД выглядит так:
Турбореактивный двигатель — газотурбинный двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию струй газов, вытекающих из реактивного сопла.

Поясним некоторые моменты: газотурбинный двигатель — это основа любого ТРД, рассматривая далее виды турбореактивных двигателей, данный факт будет хорошо прослеживаться. Под химической энергией имеется в виду высвобождение большого количества теплоты за счет сгорания топлива в присутствии кислорода. Что же касается сопла, то струя газа не всегда имеет максимальную кинетическую энергию при выходе из него, почему — рассмотрим далее.

Основной принцип работы любого газотурбинного двигателя — тепловое расширение воздуха за счет сгорания топлива, и как следствие образование реактивной струи — быстродвижущегося потока газов.

Как это работает

Турбина — это колесо с лопатками (своего рода лопастями), направленных к потоку газов под некоторым углом. Соответственно чем быстрее движется этот поток, тем большее усилие воздействует на лопатки, заставляя их поворачивать турбинное колесо. Надо сказать, что справедливо и обратное утверждение: если турбинное колесо вращается не за счет реактивной струи, то лопатки начинают увлекать за особой воздушный поток, словно вентилятор. Кстати лопасти винта самолета, мельницы или ветрогенератора используют похожий принцип, что и турбинное колесо, только в последнем случае давление, температура и скорость потока куда выше.

Виды турбореактивных двигателей в авиации

Турбовинтовой двигатель

Начнем с двигателей с самым большим показателем степени двухконтурности (это условное выражение, так как подобные двигатели не принято называть двухконтурными) — Турбовинтовых ТРД.

Во главе угла газовая турбина, есть и компрессор низкого и высокого давления, и воздухозаборник, правда не прямоточный, а также камера сгорания и турбина отбора мощности, так сказать, да, чуть не забыл про сопло. Хотя от него в данном двигателе толку никакого нет. Струя газа после камеры сгорания тратит 5% своей энергии на вращение компрессоров, и 90% на вращение турбинного колеса, установленного на валу воздушного винта, через планетарный редуктор для увеличения мощности, за счет снижения оборотов. Таким образом реактивная струя вращает массивный винт, который действительно очень большой. Самолеты на поршневых двигателях не могли о таких винтах даже мечтать.

Сейчас большая авиация уже отказалась от таких двигателей в пользу турбовентиляторных ТРД, однако на малой авиации турбовиновые машины не теряют популярность. Даже на небольшие самолеты есть возможность установки турбовинтовых моторов, так как они гораздо надежней поршневых двигателей внутреннего сгорания, однако производство ТРД всегда обходится дороже, так как там важна точность обработки материалов и их качество, ведь работать предстоит при высоких давлениях, скоростях и температурах.

Турбовентиляторный двигатель

Вот здесь можно разгуляться по степеням двухконтурности, каких соотношений только в мире не найти. В свое время инженеры заметили, что вентилятор, состоящий из большого количества лопастей (как большой компрессор ТРД), способен создавать более быстрый и стабильный поток воздуха, нежели винт, но и это не все прелести. Многие из нас, кто родом из СССР, наверняка помнят, что было, когда где-то в небе пролетал самолет. Неважно какая у него была высота, хоть все 11 км, всегда у земли был слышен грохот реактивных машин или винтов. Жизнь возле аэропортов вообще представляла из себя сущий кошмар, с трясущимися стенами. Но вот сейчас все это в прошлом. Разве что военные учения с их турбовинтовыми бомбардировщиками, напомнят о прошлых временах в авиации.

Так вот турбовентиляторный ТРД подарил нам тишину. Их гигантский размер и высокая мощность не требуют высоких оборотов, а значит не производят сильный шум.

Как можно видеть из схемы, основное отличие от турбовинтового двигателя заключается в том, что отбор реактивной мощности идет на вращение вентилятора, а не винта. Турбовентиляторный двигатель создает движущую реактивную струю на 70% за счет вентилятора, 30% выходящих из сопла газов.

Турбовентиляторный двигатель

Турбовальные и иные виды ТРД

Я думаю мне удалось продемонстрировать связь всех видов ТРД друг с другом, и огромное множество применений этого революционного изобретения рассматривать не имеет смысла. Скажем лишь, что не только самолеты используют реактивную мощность, но и вертолеты.

На вертолетах ТРД установлен таким образом, чтобы струи газа, выходящие из сопла, были направлены назад. Это помогает уменьшить расход топлива и скорость при движении вперед. А вот основной потребитель мощности, через вал и редуктор реактивной турбины, установлен перпендикулярно турбодвигателю — на крыше. В принципе через редуктор можно передать вращательное движение от вала куда угодно и как угодно. Такие ТРД называют турбовальными.

Двигатель для турбовинтовых самолетов также вариация турбовального двигателя

Читайте также: