Двухконтурный (вентиляторный) воздушно-реактивный двигатель.

 

Схема двухконтурного двигателя показана на рис. 6.14. Набегающий поток атмосферного воздуха подхватывается уже не винтом, а вентилятором 1, установленным в специальном заборном устройстве в виде кожуха с цилиндрической внешней стенкой. Сформированный таким образом поток воздуха направляется во внутреннюю проточную часть двигателя (внутренний или первый контур), подхватываемый компрессором низкого давления 2. Другая, меньшая часть потока воздуха направляется за счёт работы вентилятора во внешний (второй) контур 3. При выходе из второго контура поток воздуха создаёт реактивную тягу.

В первом контуре протекают те же процессы, что и в турбовинтовом двигателе, только турбина вращает не воздушный винт, а вентилятор 1 наружного контура, компрессор низкого давления 2 и компрессор высокого давления 4. Сжатый воздух первого контура подаётся в камеру сгорания 5, из которой рабочие газы поступают в турбину 6, разделённую на три секции. Основная часть энергии газа, запасённая в камере сгорания, преобразуется в объёме сопла 7 в кинетическую энергию струи. Тяга двигателя создаётся истечением газов из первого контура и струи ускоренного вентилятором воздуха из второго контура. Схема такого двигателя была предложена в 1937 г. советским конструктором А.М. Люлькой.

Общий вид вентиляторного ТВРД показан на рис. 6.15. Спереди двигателя расположен воздухозаборник с вентилятором, за ним видна турбокомпрессорная группа с камерой сгорания первого контура с коротким сужающимся (дозвуковым) соплом.

На рис. 6.16 показана схема двухконтурного ТВРД, на которой, в отличие от схемы рис. 6.14 поток воздуха второго контура, движимый вентилятором, подаётся не в атмосферу, а прокачивается по периферийному каналу в предсопловой объём, где и смешивается с газом первого контура. Двигаясь по контуру, воздух омывает стенки камеры сгорания, делая её работу в более благоприятных условиях. Тем самым осуществляется регенеративный принцип охлаждения теплонагруженных агрегатов, при котором теплота, отводимая от стенок при их охлаждении, возвращается в производственный цикл двигателя.

Для повышения тяги ТВРД, особенно двухконтурной схемы, между турбиной и соплом устанавливают дополнительную, так называемую форсажную камеру сгорания (рис. 6.17). Температура в основной, первой камере сгорания ТВРД ограничена термостойкостью лопаток турбины, установленной непосредственно за ней. Поэтому на выходе из камеры температура газов не превышает 1100..1200.К, эта величина регулируется избыточным расходом воздуха и в камере образуется обеднённая смесь с большим избытком неиспользованного кислорода воздуха.

Избытка кислорода воздуха в потоке газов после турбины вполне достаточно для сгорания дополнительного топлива, подаваемого в форсажную камеру. В итоге температура газов на выходе из форсажной камеры может достигать 2.103 К, т.е. намного превосходит температуру, которую способны выдержать лопатки турбины. Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТВРДФ) по сравнению с обычным ТВРД характеризуется более высокими тягами, но меньшей экономичностью.

Двухконтурный двигатель по своим характеристикам занимает промежуточное положение между ТВРД и ТВД. Основным его достоинством является то, что вентилятор второго контура сохраняет высокий кпд при больших скоростях полёта, при которых кпд винта ТВД снижается. Кроме того, тяга двухконтурного двигателя при необходимости может быть значительно увеличена за счёт использования дополнительной, форсажной камеры, установленной за турбиной.