· Wlot powietrza- doprowadza strumień powietrza do sprężarki z możliwie min. stratami energii kinetycznej, przy odpowiednio dużej prędkości lotu spręża go dynamicznie. W zależności od usytuowania silnika, wlot może mieć różne rozmiary i kształty, często związany jest konstrukcyjnie z płatowcem s-tu, chociaż pracuje na korzyść silnika.
· Sprężarka- spręża przepływający strumień powietrza i kieruje go do komory spalania (ks). W zależności od typu zastosowanej sprężarki, zakresu pracy silnika i warunków lotu, ciśnienie za sprężarką jest od kilku do kilkudziesięciu razy większe niż przed sprężarką. Odpowiedni wzrost ciśnienia warunkuje poprawną i efektywną pracę KS. Wraz ze wzrostem prędkości lotu maleje udział sprężarki w procesie sprężania strumienia powietrza w kanale przepływowym TSO, a zwiększa- wlotu powietrza.
· Komora spalania- jest zasadniczym zespołem silnika (TSO- silnik cieplny). W KS zachodzą wszystkie procesy związane z przekształceniem energii chemicznej, zawartej w doprowadzonym do KS paliwie, w energię cieplną, która przejmowana jest przez przepływający przez nią strumień powietrza w celu zwiększenia jego energii (spaliny).
· Turbina- służy do napędu sprężarki. W turbinowych silnikach śmigłowych lub śmigłowcowych (TSŚ)- także do napędu śmigła lub wirnika nośnego i śmigła ogonowego. We wszystkich silnikach turbinowych niewielka część mocy (1÷2 %) przeznaczona jest do napędu agregatów zabezpieczających pracę silnika i systemów płatowcowych (pompy paliwowe, olejowe, hydrauliczne, prądnice etc.). Turbina przekształca część energii strumienia spalin w pracę mechaniczną przekazywaną za pośrednictwem wału na napęd sprężarki (śmigła, wirnika) i agregatów. W TSO sprężarka i turbina wraz z łączącym je wałem tworzą wirnik silnika.
· Układ wylotowy- szczególną rolę odgrywa w silnikach odrzutowych. Dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu kanału przepływowego, zamienia entalpię statyczną strumienia spalin (energię wewnętrzną i potencjalną) w energię kinetyczną, w celu uzyskania jak największej prędkości wypływu strumienia z silnika. Zasadniczym elementem układu wylotowego jest dysza wylotowa. W zależności od przeznaczenia silnika w skład układu wylotowego mogą wchodzić inne element (dopalacz, odwracacz ciągu, tłumik hałasu). W TSŚ rola układu wylotowego ogranicza się w zasadzie do odprowadzenia strumienia spalin poza silnik.
o Siła ciągu powstaje w wyniku wzajemnego oddziaływania ścian kanału przepływowego silnika i strumienia gazu przepływającego przez ten kanał oraz powietrza opływającego silnik z zewnątrz. Ciąg silnika odrzutowego (K) jest to składowa osiowa wypadkowej układu sił działających na ścianki kanału przepływowego silnika i siły oporu powstającej w wyniku opływ zewnętrznego. W celu wyznaczenia K rozpatruje się przyrost ilości ruchu masy strumienia, przy założeniu, że opór zewnętrzny nie istnieje:
K=m'c5-mV+A5(p5-pH)
Gdzie:
m'- masowe natężenie przepływu (strumienia masy) spalin;
c5- prędkość wypływu strumienia z dyszy wylotowej;
V- prędkość lotu;
m- masowe natężenie przepływu powietrza;
A5- pole przekroju na wylocie z dyszy silnika;
p5- ciśnienie strumienia w przekroju wylotowym dyszy;
pH- ciśnienie otoczenia.
K=m(c5-cH)+A5(p5-pH)
Ponieważ m'≈m i V=cH.
Jeśli p5=pH, co oznacza zupełne rozprężanie strumienia w dyszy do ciśnienia atmosferycznego, to
K=m(c5-cH)
Przy pracy silnika w warunkach statycznych (V=cH=0) i przy zupełnym rozprężaniu strumienia do ciśnienia atm. ciąg można wyrazić wzorem:
K=mc5
o Parametry jednostkowe- podstawowym parametrem charakteryzującym SO jest siła ciągu, a SŚ- moc lub moment przekazywany na wał.
o Ciąg jednostkowy- określa przyrost prędkości strumienia w silniku. Jest to stosunek ciągu (K) silnika do masowego natężenia przepływu: kj=Km daNkgs
Jeśli p5=pH kj=c5-cH
kj=60÷100daNkgs dla silników jednoprzepływowych;
kj=30÷50daNkgs - dla silników dwuprzepływowych.
o Jednostkowe zużycie paliwa określa ekonomiczność silnika i jest podstawą obliczeń długotrwałości i zasięgu lotu. Jest to stosunek godzinowego zużycia paliwa (C) do ciągu silnika (K).
cj=CK kgdaN∙h
Dla silników odrzutowych: q0m=CsWu oraz C=3600Cs
q0- teoretyczna ilość ciepła doprowadzona w komorze spalania do 1kg;
m- masowe natężenie przepływu;
Cs- sekundowe zużycie paliwa;
Wu- wartość opałowa paliwa.
Stąd:
cj=3600∙q0Wu∙kj
cj=0,75÷0,9kgdaNh dla silników jednoprzepływowych;
cj=0,3÷0,6kgdaNh - dla silników dwuprzepływowych.
o Masa jednostkowa- jest to stosunek masy silnika (ms) do jego ciągu (K):
mj=msK kgdaN
mj=0,2÷0,3 kgdaN dla silników jednoprzepływowych;
mj=0,15÷0,2 kgdaN dla silników dwuprzepływowych.
3. Obieg porównawczy i rzeczywisty TSO
Rysunek 1 Obieg Braytona (linia przerywana), Obieg rzeczywisty (linia ciągła)- obiegi otwarte
4. Praca wewnętrzna i praca użyteczna obiegu TSO.
Praca wewnętrzna- różnica pracy wykonanej przez strumień w procesie rozprężania lpr i pracy doprowadzonej do strumienia w procesie sprężania lps.
li=lpr-lps
ls+cH2-c522=lps+lrs
lpr=lT+lrr+c52-c222
li=c52-cH22+lrs+lrr
Praca użyteczna- część pracy wewnętrznej obiegu zużytkowana jedynie na przyrost energii kinetycznej:
lob=c52-cH22
li=lob+lrs+lrr
lob=lpr-lrr-(lps+lrs)
5. Poddźwiękowe i naddźwiękowe wloty powietrza – zakresy stosowania.
Klasyfikacja wlotów.
Wloty silników turbinowych stanowią czołową część kanału przepływowego. Mogą one być integralną częścią konstrukcji silnika lub stanowić część płatowca.
Zadaniem wlotu jest:
- wprowadzenie powietrza do kanału przepływowego silnika z możliwie małymi stratami;
- zapewnienie możliwie jednorodnego pola parametrów strumienia na wlocie do sprężarki (w silnikach strumieniowych – do komory spalania z zachowaniem warunków pełnej stateczności procesu spalania);
- wstępne podwyższenie ciśnienia powietrza w wyniku wykorzystania spiętrzenia strumienia przed wlotem.
Podstawowy podział uwzględnia zakres prędkości lotu. Rozróżniamy:
¨ wloty poddźwiękowe – wykorzystywane przy prędkościach lotu do 1,5 Ma;
¨ wloty naddźwiękowe – stosowane w samolotach o prędkościach wyższych.
Wloty poddźwiękowe są nieregulowane. We wlotach naddźwiękowych wymagane jest usytuowanie fali uderzeniowej w celu zmniejszenia strat przepływu. Usytuowanie to realizowane może być prze wykorzystaniu elementu stałego lub regulowanego.
Ze względu na usytuowanie wlotu w samolocie wloty dzielimy na:
§ czołowe ( z ciałem centralnym lub bez);
§ boczne (półkołowe, klinowe, płaskie z klinem poziomym lub pionowym);
§ podkadłubowe (nadkadłubowe).
chsda