Что означает «Степень повышения давления в двигателе»
Отношение давления воздуха на выходе компрессора к давлению на входе в двигатель, главный показатель его термодинамического совершенства.
- 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.
- 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.
| Двигатель | Эпоха | Порядок величины |
|---|---|---|
| Ранний ТРД | 1940-е | 3–5 |
| JT3D | 1960-е | около 13–17 |
| CFM56 | 1980–90-е | около 30 |
| GE90-115B | 2000-е | около 42 |
| Современные двигатели | 2010–20-е | до 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.
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.