Открыть главное меню

Степень двухконтурности

Схема турбовентиляторного двигателя

Сте́пень двухко́нтурности — параметр турбореактивного двигателя, показывающий отношение расхода воздуха через внешний контур двигателя к расходу воздуха через внутренний контур. Чем больше величина этого параметра, тем больший КПД двигателя удаётся получить.

КПД двигателя самолета сильно зависит от эффективности превращения кинетической энергии отбрасываемых за единицу времени двигателем газов в мощность силы тяги . Чем больше отношение (так называемый полётный КПД), тем более эффективно механическая энергия выходящих из двигателя газов преобразуется в работу силы тяги.

Мощность силы тяги

,

где  — скорость движения самолета относительно воздуха, а сила тяги[1] (в пренебрежении массовой долей расходуемого топлива)

,

где  — скорость реактивной струи относительно самолета,  — масса газа, выбрасываемая из двигателя в единицу времени.

Механическая работа двигателя по разгону реактивной струи расходуется на приращение её кинетической энергии, и в единицу времени

.

Очевидно, что полётный КПД

.

Следовательно, полётный КПД можно увеличить, уменьшая скорость реактивной струи. Однако при этом линейно снижается сила тяги, что требует увеличения массы пропускаемого через двигатель воздуха.

Такая прямолинейная тактика увеличения КПД полета противоречит тепловому КПД, так как эффективность сжигания топлива улучшается с увеличением давления и температуры в камере сгорания. Прокачка через камеру сгорания избыточных объёмов воздуха требует дополнительной энергии для его нагрева и дополнительной мощности компрессора высокого давления. Поэтому основная идея турбовентиляторного двигателя состоит в пропускании ненужных для сгорания топлива (но необходимых для тяги) объёмов воздуха через внешний контур, где он не встречает ни компрессоров, ни турбин. Фактически вентилятор в данном случае выполняет функцию винта, создавая до 70—80 % всей тяги двигателя.

Термин «степень двухконтурности» относится к области реактивных двигателей, широко используемых в авиации. Он определяется как отношение между массовым расходом воздуха, проходящим через внешний контур двигателя, к массовому расходу воздуха через внутренний контур двигателя.

Турбореактивные двигатели (ТРД) обычно делятся на две категории: с высокой степенью двухконтурности (или турбовентиляторные) и ТРД с низкой степенью двухконтурности.

Меньшая степень двухконтурности обеспечивает большую скорость реактивной струи, которая необходима для достижения высоких, обычно сверхзвуковых, скоростей полёта. Она увеличивает удельный расход топлива.

Бóльшая степень двухконтурности обеспечивает меньшую скорость реактивной струи, истекающей из сопла. Это уменьшает удельный расход топлива, но также уменьшает максимальную скорость и увеличивает вес двигателя.

Ещё одно преимущество турбовентиляторного двигателя перед реактивными двигателями с малой степенью двухконтурности заключается в том, что холодный воздух из внешнего контура, смешиваясь с горячими газами из турбины, снижает давление на выходе из сопла. Это способствует снижению шумности двигателя[2].

ОписаниеПравить

Степени двухконтурности некоторых двигателейПравить

Современные двигатели всегда имеют некоторую степень двухконтурности. Она, главным образом, зависит от класса самолёта. На перехватчиках она мала в силу необходимости достижения высоких скоростей. На пассажирских самолётах она высока и напрямую сказывается на экономической эффективности.

Двигатель Самолёт Степень двухконтурности
en:Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 Конкорд 0
en:Snecma M88 Дассо Рафаль 0,30
Pratt & Whitney F100 F-16, F-15 0,34
General Electric F404 F/A-18, KAI T-50 Golden Eagle, F-117, X-29, X-31 0,34
en:Eurojet EJ200 Eurofighter Typhoon 0,4
РД-33 МиГ-29, Ил-102 0,49
АЛ-31Ф Су-27, Су-30, Chengdu J-10 0,59
Pratt & Whitney JT8D DC-9, MD-80, Boeing 727, Boeing 737 0,96
НК-32 Ту-160 1,4
en:Rolls-Royce Tay Gulfstream IV, Fokker 70, Fokker 100 3,1
SaM146 Суперджет-100 4,43
ПС90-А2 ТУ-204СМ 4,5
Д-436 Як-42М, Бе-200, Ан-148 4,91
CF34-8/CF34-10 Embraer E-170, Embraer E-175 / Embraer E-190, Embraer E-195 5
CFM56 Boeing 737, Airbus A320, Airbus A340-200 и −300 5,5-6,6
Д-18Т Ан-124, Ан-225 5,6
en:Pratt & Whitney PW2000 Boeing 757, C-17 Globemaster III 5,9
ПД-14 МС-21-300 8,5
en:General Electric GEnx Boeing 787 8,5
en:Rolls-Royce Trent 900 Airbus A380 8,7
CFM LEAP-1B Boeing 737 MAX 9
General Electric GE90 Boeing 777 9
en:Rolls-Royce Trent XWB A350 9,3
АИ-436Т12 MC-21 10,35
CFM LEAP-1A/1C Airbus A320neo, COMAC C919 11
en:Rolls-Royce Trent 1000 Boeing 787 11
PW1100G Airbus A320neo, МС-21 12
en:Rolls-Royce RB3025 Boeing 777x 12

ПримечанияПравить

  1. Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей. Учебник для вузов. Авторы: В. М. Акимов, В. И. Бакулев, Р. И. Курзинер, В. В. Поляков, В. А. Сосунов, С. М. Шляхтенко. Под редакцией С. М. Шляхтенко. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1987
  2. Тише или дешевле?: Как сделать самолеты еще менее прожорливыми?. Дата обращения 10 февраля 2011. Архивировано 28 февраля 2012 года.