АВИАЦИОННЫЙ СЛОВАРЬ

Температура газа перед турбиной

Что означает «Температура газа перед турбиной»

Температура газа, выходящего из камеры сгорания и поступающего на первую ступень турбины, один из главных ограничителей мощности двигателя.

Чтение: около 2 мин
Обозначение
TIT, Tг*
Современные двигатели
около 1600–1800 K и выше
Предел сплавов
около 1300–1400 K без охлаждения
Решение
охлаждаемые монокристаллические лопатки

Почему температура так важна

Чем горячее газ перед турбиной, тем больше энергии он отдаёт при расширении, и тем большую тягу даёт двигатель того же размера. Для военных двигателей высокая температура означает компактность и тягу, для гражданских — экономичность при высокой степени сжатия. Однако рабочая температура ограничена прочностью материалов: лопатки первой ступени турбины вращаются с огромной частотой, испытывая и высокие нагрузки, и жар, превышающий температуру плавления материала, из которого они сделаны.

Парадокс разрешается охлаждением. Внутри лопатки выполняют сложную сеть каналов, куда подают воздух, отобранный от компрессора, и он выходит через мельчайшие отверстия, образуя на поверхности защитную плёнку. Благодаря этому металл остаётся значительно холоднее окружающего газа.

Три направления прогресса

Рост температуры за 80 лет шёл сразу по трём линиям, и каждая давала примерно равный вклад. Первая — совершенствование сплавов на никелевой основе, вторая — технологии литья, третья — охлаждение. Современные лопатки отливают как единый монокристалл, в котором нет границ зёрен, по которым металл деформируется при ползучести. Сверху наносят керамическое теплозащитное покрытие толщиной в десятые доли миллиметра.

  1. Деформируемые сплавы 1940-х: допускали температуры порядка 1000 K.
  2. Литые сплавы с направленной кристаллизацией.
  3. Монокристаллические лопатки без границ зёрен.
  4. Внутреннее конвективное и плёночное охлаждение.
  5. Керамические теплозащитные покрытия.

Как температуру измеряют и ограничивают

Прямой замер на входе в турбину затруднён, поэтому на практике измеряют температуру газа за турбиной (EGT) термопарами и по ней судят о тепловом состоянии двигателя. Превышение предела вызывает ускоренный износ, а длительное — разрушение лопаток. На взлёте температура максимальна, поэтому её контролируют и ограничивают по времени, обычно пятью минутами. Система FADEC следит за этим автоматически.

Типичные уровни
ЭпохаТемпература перед турбинойСпособ
1940-еоколо 1000 Kмассивные лопатки без охлаждения
1960-еоколо 1300 Kначало охлаждения
1990-еоколо 1600 Kмонокристаллы, плёночное охлаждение
2010–20-е1700–1900 Kпокрытия, продвинутое охлаждение

Цена горячего газа

Чем выше температура, тем больше расходы на обслуживание: горячая секция двигателя — самая дорогая и изнашиваемая часть. Эксплуатанты в жарком климате и на высокогорных аэродромах чаще сталкиваются с исчерпанием запаса по температуре, и двигатели приходится снимать для ремонта раньше. Это одна из причин, почему на взлёте нередко используют сниженную тягу.

Важно

Горячий пуск — ситуация, когда температура при запуске быстро растёт выше допустимой. Экипаж прекращает запуск по процедуре, а двигатель подлежит осмотру.

Источники