АВИАЦИОННЫЙ СЛОВАРЬ

Степень повышения давления в двигателе

Что означает «Степень повышения давления в двигателе»

Отношение давления воздуха на выходе компрессора к давлению на входе в двигатель, главный показатель его термодинамического совершенства.

Чтение: около 2 мин
Обозначение
OPR или πк
CFM56
около 30–33
GE90-115B
около 42
Первые ТРД 1940-х
3–5

Что показывает величина

Двигатель извлекает работу из разницы между давлением до и после нагрева воздуха. Чем сильнее воздух сжат до камеры сгорания, тем больше работы можно получить при расширении газов в турбине и тем меньше топлива на единицу тяги требуется. Поэтому степень повышения давления — один из двух главных параметров цикла, наряду с температурой газа перед турбиной. Её определяют как отношение полного давления за последней ступенью компрессора к полному давлению на входе в двигатель.

πк = pк / pвх
pк
полное давление на выходе из компрессора
pвх
полное давление на входе в двигатель

В расчётах используют давления торможения, а не статические.

Как росла величина

Первые реактивные двигатели 1940-х годов сжимали воздух в 3–5 раз. К двигателям эпохи первых лайнеров, например JT3D, относится значение порядка 13–17. Современные двухконтурные двигатели большой тяги работают при 40 и более, а самые новые, такие как Rolls-Royce Trent XWB, приближаются к 50. Рост стал возможен благодаря многоступенчатым компрессорам, переменным направляющим аппаратам, новым лопаткам с трёхмерным профилем и жаропрочным материалам.

Ориентировочные значения
ДвигательЭпохаПорядок величины
Ранний ТРД1940-е3–5
JT3D1960-еоколо 13–17
CFM561980–90-еоколо 30
GE90-115B2000-еоколо 42
Современные двигатели2010–20-едо 50 и выше

Почему нельзя повышать бесконечно

С ростом степени сжатия воздух нагревается: на выходе компрессора температура превышает 600–700 °C, и последние ступени работают в тяжёлых условиях. Лопатки становятся короче и тоньше, растут утечки через зазоры, снижается КПД. Повышаются также выбросы оксидов азота, поскольку горячий воздух на входе в камеру сгорания ускоряет их образование. Конструкторам приходится искать баланс между экономичностью, массой, ресурсом и экологическими нормами.

  • Растёт температура воздуха в конце сжатия.
  • Укорачиваются и утоньшаются лопатки последних ступеней.
  • Усложняется охлаждение дисков и корпусов.
  • Увеличиваются выбросы оксидов азота.

Связь с высотой и скоростью

Давление на входе в двигатель зависит от скорости полёта: на высокой скорости скоростной напор повышает давление ещё до компрессора. У сверхзвуковых самолётов часть сжатия происходит в воздухозаборнике, и при скорости около трёх махов в двигатель попадает уже сильно сжатый воздух. Поэтому для таких машин общий уровень сжатия определяют с учётом воздухозаборника.

Примечание

Не путайте степень повышения давления в компрессоре со степенью двухконтурности: первая описывает сжатие воздуха в газогенераторе, вторая — соотношение расхода воздуха через внешний и внутренний контуры.

Источники