Авиадвигатели... что это за звери?

[Экзот]

реактивная струя у дозвуковых самолетов имеет скорость до- или таки сверхзвуковую?

Дозвуковую.

 

[timsz]

Даже на круглом ВЗ

Можно получить косой скачок внутри ВЗ??

 

[vm]

timsz, см ВЗ F-16

 

[Сеня]

что для того, чтобы самолет летел, допустим, 0.8-0.9М, скорость струи относительно сопла должна быть сильно выше. А как на самом деле?

На самом деле скорость относительно сопла и есть примерно 0,8-0,9 М. Дело в том, что скорость звука для самолёта и для сопла сильно отличаются, для условий сопла (температура и плотность) эта скорость значительно выше. Соответственно при значительно различных абсолютных скоростях относительные скорости, выраженные числом М будут очень близки. Даже для сверхзвукового полёта скорость истечения газов может запросто быть дозвуковой (для физических условий газов). Это вкратце но надеюсь понятно.

 

[zloy]

Ребята, в нете есть полно литературы времен, когда новоиспеченным инженерам-конструкторам не запудривали мозги различными теоретическими выкладками будущего (я смотрю об успешном использовании нет-литературы в общеобразовательных целях). Обращайтесь к "Марксу", учите матчасть и хотя бы для личного интереса перечитайте не свои конспекты, а теорию авиационного двигадетеля (это для общих знаний). А для более углубленных - конструкцию авиадвигателя.
По поводу скачков - уважаемые отрицатели - есть косые, есть прямые. И те и другие используются для сжатия газа, но в различных условиях (самое важжное - скорость потока). Спорить не собираюсь (разговор безпредметен, пока отрицатели не начнут приводить четкие выкладки, формулы, рисунки и ссылки на литературу).
С уважением - дилетант без образования, но с налетом в 14000 часов, с практикой работы начальником группы СиД, не получивший никакого образования в военном училище и в военной академии.

 

[timsz]

vm,
насколько я понимаю, в F-16 как раз прямой скачок. Там пожертвовали аэродинамикой ради уменьшения массы и стоимости. В результате максимальная скорость понизилась, а тяговооруженность возросла.

В общем-то конечно можно настроить воздухозаборник строго на определенную скорость и без клиньев, но при отклонении от нее можно получить провал серьезный, и при наличии угла атаки неприятности могут возникнуть.

 

[MikVolg]

Даже для сверхзвукового полёта скорость истечения газов может запросто быть дозвуковой

Вот именно это непонятно. Скорость относительно чего? Если относительно сопла, то получается скорость относительно среды отрицательная? Поясните пожалуйста.

 

[Пан Атаман]

MikVolg, можно я расскажу, как сам понял, а гуру пусть поправят, если что не так? Скорость звука зависит от ряда параметров, в частности, от плотности среды. В сжатой струе газа в двигателе абсолютная скорость потока может быть больше 340 м/с, но при этом давлении (и плотности) 1М получается еще больше. После "вылета" струи из двигателя плотность ее падает, но падает и ее скорость относительно окружающей среды, потому опять таки не превосходит 1М. Кроме того, скорость истечения реактивной струи в атмосферу равна ее скорости относительно сопла минус скорость полета. То есть даже на срезе сопла скорость реактивной струи относительно окружающего воздуха интуитивно меньше 1М.
Однако, мысль: это когда самолет летит. А вот когда он стоит на исполнительном (ну или начинает разбег), а двигатели на взлетном режиме? Получается, что на срезе сопла реактивная струя относительно окружающего воздуха имеет все же сверхзвуковую скорость. Уж не отсюда ли характерный звук как бы разрываемого воздуха, который я регулярно слышу дома ввиду жития в 2 с небольшим километрах от торца 10L?

 

[Сеня]

MikVolg, Конечно же относительно сопла. Согласно заона сохранения импульса скорость относительно "среды" вообще пофигу. Важно взаимодействие двигатель-газы, потому как сколько и с какой скоростью вылетает газов "назад" определят силу, толкающую двигатель (самолёт, ракету, катер, автомобиль ......)"вперед". Вообще тяга это расход воздуха (кг\сек) помноженный на его скорость (м\сек). И эти параметры потока берутся на срезе сопла, что там происходит дальше уже не интересно.
Для примера:
- скорость звука для среды "атмосфера", обтекающей самолёт - 330 м\сек.
- скорость звука для среды "газы", обтекающей сопло - 660 м\сек
- в обоих случаях скорость обтекания 0,8М
Как видим абсолютная скорость газов 528 м\сек значительно выше скорости самолёта 264 м\сек и так же выше скорости звука для среды "атмосфера". Но скорость газов в атмосфере уже совсем не интересна (за срезом сопла), там уже нечего обтекать. Я не зря делаю упор на обтекании тела потоком. Когда говорят про "сверхзвук" на самом деле подразумевается "сверхзвуковое обтекание", т.е. наличие тела в среде и их скорости относительно друг-дружки равной или выше скорости распространения звука в этой среде. А если нет обтекания (газы за срезом сопла) то нет и понятия "сверхзвук".
Надеюсь что не запутал ещё больше

 

[Сеня]

Пан Атаман, тот шум возникает уже за срезом сопла и никакого отношения к "сверхзвуку" не имеет, там начинают действовать другие законы из других областей типа акустики. Но тут я не спец и просветить ничем не могу.

 

[Пан Атаман]

Сеня, я тоже ни разу не акустик. Призываю на помощь логику и фантазию. Пример: самолет летит со сверхзвуковой скоростью, образуя т.н. ударную волну. Находящийся на земле наблюдатель при прохождении волны через точку его нахождения слышит "удар". А теперь представим, что наблюдатель движется со скоростью самолета где-то во фронте ударной волны. Что он будет при этом слышать?
Это я вспомнил, как смотрел полеты на МАКСе. Звук пролетающего мимо СУ-30 и его же, зависшего на струе хвостом вниз - колоссальная разница.

 

[vm]

насколько я понимаю, в F-16 как раз прямой скачок. Там пожертвовали аэродинамикой ради уменьшения массы и стоимости. В результате максимальная скорость понизилась, а тяговооруженность возросла.

Неа, там все гораздо хитрее - диапазон более-менее оптиальной работы его ВЗ довольно широкий, на удивление.

В общем-то конечно можно настроить воздухозаборник строго на определенную скорость и без клиньев,

Я именно про это. И для единственной скорости - уже пофик, а таки е ЛА и боеприпасы бывают. В воздухе не только самолеты вертятся.

но при отклонении от нее можно получить провал серьезный, и при наличии угла атаки неприятности могут возникнуть.

Будете удивлены навреное. но тот же Ф-16 имеет ограничения по УА меньшие чем воспетый прессой МиГ-29. И ниче - работате его ВЗ.

 

[timsz]

Будете удивлены навреное. но тот же Ф-16 имеет ограничения по УА меньшие чем воспетый прессой МиГ-29. И ниче - работате его ВЗ.

Ничуть не удивлен) ВЗ правильно стоит, поэтому угол атаки для самого ВЗ получается небольшой.

А вот если сам ВЗ F-16 будет работать на больших углах атаки, чем ВЗ МиГ-29 - удивлюсь.

 

[timsz]

А теперь представим, что наблюдатель движется со скоростью самолета где-то во фронте ударной волны. Что он будет при этом слышать?

Ничего слышать не будет. Слышится перепад давления. А если давление постоянное, то и слышать нечего.

 

[carapka]

Экзот, я примерно так и думал, а вот почему реактивный двигатель небоиться когда в него попадает вода? вода должна ведь потушить там всё внутри..

 

[Экзот]

почему реактивный двигатель небоиться когда в него попадает вода?

Смотря сколько.

вода должна ведь потушить там всё внутри..

Совсем не обязательно. До камеры сгорания температура воздуха повышается до 300+ °Ц, а, чем выше температура, тем больше влаги может поглотить воздух. Воздух, попавший в КС, совершенно сух. Но, конечно, если умудриться обеспечить объёмное соотношение "воздух/вода", скажем, 1/1, то, да... Факел сорвёт. Но не из-за воды, как таковой, а из-за недостатка кислорода. Точно так же "задушил" бы двигатель переизбыток, например, углекислого газа или азота. Ну, и наконец, бОльшая часть воздуха, попадающая в воздухозаборник современного турбовентиляторного двигателя, идёт отнюдь не в камеру сгорания, а почти сразу выкидывается наружу вторым контуром двигателя.

 

[carapka]

а почти сразу выкидывается наружу вторым контуром двигателя.

тоесть идёт на охлаждение?
А какая чатота оборотов например на взлётном режиме?
Почему двигатели например ТУ-154 потребляют в 2 раза больше топлива чем современные. У них низкий КПД, и топливо просто згорает, тогда получается если двигатель потребляет больше топлива - значит сильнее греется?

 

[Экзот]

тоесть идёт на охлаждение?

Да нет. Вторым контуром в наше время создаётся бОльшая часть тяги двигателя.

какая чатота оборотов например на взлётном режиме?

Ну, например, у Д-30КУ/Д-30КП (стоят на Ил-62м и Ил-76 соответственно) обороты ротора низкого давления 4000+ об/мин, высокого — 10'000+ об/мин.

Почему двигатели например ТУ-154 потребляют в 2 раза больше топлива чем современные.

Воот! Мы подходим к роли второго (внешнего) контура; по английски называемого "bypass". Дело в том, что создавать тягу так, как было во времена Ту-104 и "Comet" (отбрасывание малого кол-ва газа с высокой скоростью), энергетически невыгодно. Выгодней отбрасывать большое кол-во с малой (нет затрат на сжатие, трение, етц). Ф-ла реактивного движения, панимашь : mv=MV.
Первые газотурбинные двигатели в разрезе выглядели так (на рисунке двигаетль с осевым компрессором, были ещё с центробежным, но для первой иллюстрации сойдёт и это):

Как видите, весь воздух, попавший в двигатель, проходит через всю его длину, чтобы выйти в сопло. В процессе прохода через тракт воздух принимает участие во всех процессах "жизнедеятельности" двигателя: сжимается в компрессоре, превращается в газ при подводе к нему тепла в КС; расширяется в турбине, вращая компрессор; расширяется и разгоняется в сопле, создавая тягу. Но, повторюсь, на разгон и сжатие воздуха тратится слишком много энергии (чем газ горячее, тем его труднее сжимать).
И в начале 1950-ых г.г. нескольким умным головам пришла в эти головы простая, на первый взгляд, мысль — "а, собственно, если от бОльшей части воздуха, входящего в двигатель, требуется только создание тяги, то зачем заставлять эту часть работать ещё и в процессе горения?" Стали разделять воздух ещё до компрессора.
И двигатели нового поколения стали иметь в разрезе примерно такой вид:

На рисунке более поздняя схема с тремя роторами (поначалу был один ротор, потом два), но, опять таки, для начала подойдёт. Такие двигатели стали называть "турбореактивными двухконтруными двигателями" (ТРДД, ДТРД). Позднее, когда вентиляторы росли в диаметре, появился русскоязычный полутермин "турбовентиляторный двигатель" (хотя, официально это всё равно ТРДД, только, иногда добавляют "С высокой степенью двухконтурности").
Как видите, после вентилятора воздух разделяется на два потока: первого (внутреннего) контура и второго (внешнего).
Первый контур теперь работает исключительно на внутренние потребности двигателя и самолёта — вырабатывает энергию в разных видах: тепловую, переходящую в механическую — для вращения роторов компрессоров и вентилятора и вращения агрегатов двигателя (в т.ч., самолётных генераторов и двигательных топливных насосов); сжатого воздуха — для с-мы кондиционирования самолёта.
Вентилятор же работает только над созданием тяги. Он практически не сжимает воздух (степень повышение давления не превышает 1,5; на Д-36 — вообще 1,38), а только отбрасывает воздух через второй контур (это я и имел в виду, когда писал про "выбрасывается .наружу"). И, чем больше весовое соотношение воздуха, прошедшего через второй контур, к воздуху, прошедшему через первый, (называется "степенью двухконтурности"), тем экономичнее, при прочих равных, двигатель. И тише — на старых моторах до 75% шума создавалось именно слишком быстрой реактивной струёй.
Это, так сказать, качественная сторона дела. Есть ещё и количественная — всякая "косметика" в виде жаростойких материалов, из которых изготовляется т.н. "горячая часть" двигателя — камера сгорания+турбина. Ведь, чем выше температура в ней, тем выше КПД двигателя. Вот в этой области нынче и ведётся основная работа по повышению хар-ик двигателей.
Так вот, степень двухконтурности на Д-30КУ/КП (на Ту-154м стоит Д-30-КУ-154 с пониженной тягой) составляет 2,5 — через внешний контур идёт всего в 2,5раза больше воздуха, чем через внутренний. Хотя нормальным нынче считается 5...7. А на некоторых современных двигателях этот показатель вплотную подошёл к 10. У перспективных — ещё больше.
Как то так. Объяснил, как смог.

 

[Topper]

Серёг, да ты объяснил так, что даже я понял )))))))))))))))))

 

[MikVolg]

Экзот,
Сергей, а вот теперь вопрос в развитие твоих пояснений.
Что там за валы, разгоняющиеся до слишком больших оборотов, как это было на А-380? За счёт чего это происходит?