Форсаж
Форсажная камера (или повторный нагрев в британском английском) — это дополнительный компонент сгорания, используемый в некоторых реактивных двигателях , в основном в военных сверхзвуковых самолетах . Его целью является увеличение тяги , как правило, для сверхзвукового полета , взлета и боя . В процессе дожигания дополнительное топливо впрыскивается в камеру сгорания в реактивной трубе за ( т . Е. «После») турбины ., "подогрев" выхлопных газов. Дожигание значительно увеличивает тягу в качестве альтернативы использованию более крупного двигателя с сопутствующим снижением веса, но за счет повышенного расхода топлива (снижения эффективности использования топлива ), что ограничивает его использование короткими периодами. Это применение повторного нагрева в самолетах контрастирует со значением и реализацией повторного нагрева , применимого к газовым турбинам, приводящим в действие электрические генераторы, и который снижает расход топлива. [1]
Реактивные двигатели называются работающими во влажном состоянии , когда используется дожигание, и сухими , когда нет. [2] Двигатель, развивающий максимальную тягу на холостом ходу, работает на максимальной мощности, а двигатель, развивающий максимальную тягу на холостом ходу, имеет военную мощность . [3]
Тяга реактивного двигателя - это применение принципа реакции Ньютона, в котором двигатель создает тягу, потому что он увеличивает импульс воздуха, проходящего через него. [4] Тяга зависит от двух вещей: скорости выхлопного газа и массы газа, выходящего из сопла. Реактивный двигатель может создавать большую тягу либо за счет ускорения газа до более высокой скорости, либо за счет выброса большей массы газа из двигателя. [5] Проектирование базового турбореактивного двигателя на основе второго принципа приводит к созданию турбовентиляторного двигателя.двигатель, который создает более медленный газ, но больше его. Турбовентиляторные двигатели обладают высокой топливной экономичностью и могут обеспечивать высокую тягу в течение длительных периодов времени, но компромисс конструкции заключается в большом размере по сравнению с выходной мощностью. Создание повышенной мощности с более компактным двигателем в течение коротких периодов времени может быть достигнуто с помощью форсажной камеры. Форсажная камера увеличивает тягу в первую очередь за счет ускорения выхлопных газов до более высокой скорости. [6]
Следующие значения и параметры относятся к раннему реактивному двигателю Pratt & Whitney J57 , стационарному на взлетно-посадочной полосе [7] , и иллюстрируют высокие значения расхода топлива на форсажной камере, температуры газа и тяги по сравнению с двигателями, работающими в пределах температуры ограничения для его турбины.
Самая высокая температура в двигателе (около 3700 °F (2040 °C) [8] ) возникает в камере сгорания, где топливо сгорает с приблизительной скоростью (8520 фунтов/ч (3860 кг/ч)) при относительно небольшая часть воздуха, поступающего в двигатель. Продукты сгорания должны быть разбавлены воздухом из компрессора, чтобы снизить температуру газа до определенного значения, известного как температура на входе в турбину (TET) (1570 ° F (850 ° C)), что обеспечивает приемлемый срок службы турбины. . [9] Необходимость значительного снижения температуры продуктов сгорания является одним из основных ограничений на генерируемую тягу (10 200 фунтов силы ).(45 000 Н)). Сжигание всего кислорода, подаваемого ступенями компрессора, приведет к созданию достаточно высоких температур (3700 ° F (2040 ° C)), чтобы значительно ослабить внутреннюю структуру двигателя, но за счет смешивания продуктов сгорания с несгоревшим воздухом из компрессора при 600 ° F. (316 ° C) значительное количество кислорода (соотношение топливо / воздух 0,014 по сравнению со значением остатка кислорода 0,0687) все еще доступно для сжигания большого количества топлива (25 000 фунтов / ч (11 000 кг / ч)) в форсаж. Температура газа снижается при прохождении через турбину до 1013 ° F (545 ° C). Камера сгорания дожигателя повторно нагревает газ, но до гораздо более высокой температуры (2540 ° F (1390 ° C)), чем TET (1570 ° F (850 ° C)). В результате повышения температуры в камере дожигания газ ускоряется, во-первых, за счет подвода тепла, известного какПоток Рэлея , затем через сопло до более высокой скорости на выходе, чем без форсажной камеры. Массовый расход также немного увеличивается за счет добавления топлива для форсажной камеры. Тяга на форсаже составляет 16 000 фунтов силы (71 000 Н).
