О.М Трюхан. Авіаційні двигуни

1.

ЛЕКЦІЯ № 3.
Тема: АВІАЦІЙНІ ДВИГУНИ
План лекції
Питання 1. Призначення авіаційних двигунів.
Питання 2. Види авіаційних двигунів.
Питання 3. Принцип роботи турбореактивних двигунів, основні
конструктивні елементи, їх призначення.
Питання 4. Турбореактивні двоконтурні авіаційні двигуни.
Питання 5. Турбогвинтові двигуни.
Питання 6. Приладове обладнання літака, його призначення.
Зчитування показань.
Література
1. Повітряний кодекс України: Закон України від 19 травня 2011року № 3393VI.URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/3393-17. 10.
2. Правила використання повітряного простору України: Наказ Державної авіаційної
служби України від 11 травня 2018року №430/210. Вилучено з ttps://zakon.
rada.gov.ua/laws/show/z1056.
3. Загальні правила польотів у повітряному просторі України: Наказ Державної
авіаційної служби України від 06.02.2017 № 66/73. Зареєстровано в Міністерстві
юстиції України 23 травня 2017 р. за № 654/30522. Про затвердження Авіаційних
правил України.
4. Технічні вимоги та адміністративні процедури для льотних екіпажів цивільної
авіації: Наказ Державної авіаційної служби України від 20.07.2017 № 565.
5. Прийнятні методи відповідності (АМС) та інструктивний матеріал (GM), що
роз’яснюють положення Авіаційних правил України
«Технічні вимоги та
адміністративні процедури для льотних екіпажів цивільної авіації»: Наказ
Державіаслужби від 12 березня 2018 року № 220.
6. Повідомлення щодо обслуговування повітряного руху - Авіаційні правила України,
частина 85, затверджені наказом Міністерства транспорту України від 25.03.2002 N
199 ( z0354-02 ) та зареєстровані в Мін'юсті України 10.04.2002 за N 354/6642, а
також зміни та доповнення до цього наказу (наказ Мінтрансу України від 17.06.2002
N 395 ( z0525-02 ), зареєстровано Мін'юстом України 21.06.2002 за N 525/6813);
7. Виконання польотів повітряних суден. - Канада, Монреаль, ICAO, DOC 8168. 2006
г., -385 с.
8. Правила ведення радіотелефонного зв'язку та фразеологія радіообміну в
повітряному просторі України. Наказ Міністерства транспорту України 10.06.2004 N
486
9. Додаток 3 до Конвенції про міжнародну цивільну авіацію "Метеорологічне
забезпечення міжнародної аеронавігації"( 995_655 );
10. Закон України «Про Державну програму авіаційної безпеки цивільної авіації»
ВВР 2020 № 28.
11. Doc 9859 IKAO. Керівництво по управлінню безпекою польотів.
12. Керівництво з навчання членів кабінного екіпажу з урахуванням аспектів
забезпечення безпеки.- Канада, Монреаль, ICAO, Doc 10002, 2014

2.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ
Питання 1. ПРИЗНАЧЕННЯ АВІАЦІЙНИХ ДВИГУНІВ.
Двигун необхідний літаку для створення сили тяги Р (кг, т). Тяга необхідна
для забезпечення швидкості польоту V (м/сек, км/год). Завдяки наявності
швидкості польоту утворюються аеродинамічні сили – підйомна Y (кг, т), сила
лобового опору Х(кг, т), бічна сила Z(кг, т) та аеродинамічні моменти – крену Мх
(кг • м, т•м) , рискання Му (кг • м, т•м) та тангажу Мz(кг • м, т•м) .
Авіаційний двигун є однією з основних складових силової установки літака, в
яку, крім нього, входять:
паливна система (забезпечує подачу палива);
масло система (забезпечує змащування елементів, що труться),
система паливної автоматики та регулювання роботи двигуна (забезпечує
узгодження всіх параметрів роботи силової установки на всіх режимах, а також
прийомистість роботи силової установки при переході з одного режиму роботи на
інший).
Робота силової установки характеризується:
тягою двигуна Р на різних режимах роботи,
кілометровою витратою палива q (кількість палива, що витрачається силовою
установкою літака на 1 км шляху),
годинною витратою палива Q (кількість палива, що витрачається силовою
установкою літака за 1 годину польоту) ,
запасом палива mт (визначається місткістю паливних баків, щільністю палива, що
знаходиться в них, а також максимальною злітною вагою даного літака) та іншими.
Двигун має кілька режимів роботи, наприклад:
малий газ,
максимальний,
злітний режим,
крейсерський режим та ін.
Питання 2. ВИДИ АВІАЦІЙНИХ ДВИГУНІВ.
Найбільш розповсюджені авіаційні двигуни, які застосовуються на сучасних
пасажирських та транспортних літаках:
Турбореактивні;
Турбореактивні двоконтурні;
Турбогвинтові двигуни.

3.

Питання 3. ПРИНЦИП РОБОТИ ТУРБОРЕАКТИВНИХ ДВИГУНІВ,
ОСНОВНІ КОНСТРУКТИВНІ ЕЛЕМЕНТИ, ЇХ ПРИЗНАЧЕННЯ.
ВХІДНИЙ ПРИСТРІЙ призначений для попереднього стиснення повітря та часткового
перетворення кінетичної енергії рухомого повітряного потоку в потенційну енергію
тиску.
КОМПРЕСОР призначений для подальшого стиснення повітря та перетворення
придбаної в ступенях компресора кінетичної енергії потоку на потенційну енергію
тиску. Ступінь підвищення тиску в компресорі є одним із найважливіших параметрів
ТРД, оскільки від нього залежить ефективний ККД двигуна. Якщо для перших зразків
ТРД цей показник становив 3, то в сучасних ступінь підвищення тиску досягає 40.
У КАМЕРІ ЗГОРЯННЯ відбувається утворення паливо-повітряної суміші шляхом
розпилювання палива через ФОРСУНКИ та змішування його з первинним повітрям
(проходить через жарові труби, де відбувається основний процес згоряння), горіння
суміші та змішування продуктів згоряння з вторинним повітрям (обтікає зовнішні
порожнини камери згоряння, охолоджуючи останню).
Газовий потік, що утворився в камері згоряння, що володіє високою температурою і
тиском, спрямовується на ТУРБІНУ через звужувальний сопловий апарат. У каналах
соплового апарату швидкість газу різко зростає до 450-500 м/сек і відбувається
часткове перетворення теплової (потенційної) енергії в кінетичну. Гази із соплового
апарату потрапляють на лопатки турбіни, де кінетична енергія газу перетворюється на
механічну роботу обертання турбіни.
ЛОПАТКИ ТУРБІНИ, обертаючись разом з дисками, обертають ВАЛ ДВИГУНА та
КОЛЕСА КОМПРЕСОРА, які закріплені на валу. Остаточне розширення газу
відбувається у вихідному пристрої двигуна (реактивному соплі). Тут тиск газового
потоку зменшується, а швидкість зростає (до 660-650 м/сек у земних умовах).
Таким
чином,
ПОТЕНЦІЙНА ЕНЕРГІЯ продуктів
згоряння в двигуні
ПЕРЕТВОРЮЄТЬСЯ НА КІНЕТИЧНУ ЕНЕРГІЮ в процесі розширення (в турбіні та
вихідному соплі). Частина кінетичної енергії при цьому йде на обертання турбіни, яка
обертає компресор, інша частина ─ на прискорення газового потоку (на створення
реактивної тяги).

4. Питання 4. ТУРБОРЕАКТИВНІ ДВОКОНТУРНІ АВІАЦІЙНІ ДВИГУНИ

Прагнення підвищити тяговий коефіцієнт корисної дії ТРД на великих
дозвукових швидкостях польоту призвело до створення двоконтурних
турбореактивних двигунів (ТРДД). В літературі їх часто називають
турбовентиляторними.
На відміну від ТРД звичайної схеми в ТРДД газова турбіна обертає (крім
компресора і ряду допоміжних агрегатів) низьконапірний компресор, званий
інакше вентилятором другого контуру. Привід вентилятора другого контуру ТРДД
може здійснюватися і від окремої турбіни, розташованої за турбіною компресора.
Перший (внутрішній) контур ТРД є схемою звичайного ТРД.
Другим (зовнішнім) контуром є кільцевий канал із розташованим у ньому
вентилятором. Тому двоконтурні турбореактивні двигуни називають іноді
турбовентиляторними.
Робота ТРДД відбувається в такий спосіб. Повітряний потік, що набігає на
двигун, надходить у повітрозабірник і далі одна частина повітря проходить через
компресор високого тиску першого контуру, інша - через лопатки вентилятора
(компресора низького тиску) другого контуру.
Так як схема першого контуру є звичайною схемою ТРД, то і робочий процес
в цьому контурі аналогічний робочому процесу у ТРД.
із дозвуковими швидкостями.
Дія вентилятора другого контуру
подібна до дії багатолопатевого
повітряного гвинта, що обертається в
кільцевому каналі. Завдяки наявності
другого контуру в ТРДД маса
повітря, що виходить з нього з малою
швидкістю, змішується з газовим
потоком, що виходить з першого
контуру, і тим самим загальна
швидкість газоповітряного потоку
знижується,
наближаючись
до
швидкості польоту літака.
Таким чином, чим більший ступінь двоконтурності ТРДД, тим менша швидкість
витікання газу з вихідного пристрою і тим вище тяговий коефіцієнт корисної дії.
Це дуже важлива перевага ТРДД перед ТРД, які застосовуються на літаках,
призначених для польотів із дозвуковими швидкостями.

5. Питання 5. ТУРБОГВИНТОВІ ДВИГУНИ

1 – повітряний гвинт; 2 – редуктор; 3 – компресор; 4 – камера згоряння; 5 –
турбіна; 6 - вихідний пристрій
Для сучасних літаків, що мають велику вантажопідйомність і дальність польоту,
потрібні двигуни, які могли б розвинути необхідні тяги при мінімальній питомій вазі.
Цим вимогам задовольняють турбореактивні двигуни.
Однак вони неекономічні порівняно з гвинтомоторними установками на
невеликих швидкостях польоту. У зв'язку з цим деякі типи літаків, призначені для
польотів з відносно невисокими швидкостями і з великою дальністю, вимагають
постановки двигунів, які поєднували б переваги ТРД з перевагами гвинтомоторної
установки на малих швидкостях польоту. До таких двигунів відносяться
турбогвинтові двигуни (ТВД).
Турбогвинтовим двигуном називається газотурбінний авіаційний двигун, в
якому турбіна розвиває потужність, велику для обертання компресора, і цей
надлишок потужності використовується для обертання повітряного гвинта.
Турбогвинтовий двигун складається з тих же вузлів та агрегатів, що й
турбореактивний. Однак на відміну від ТРД на турбогвинтовому двигуні додатково
змонтовано повітряний гвинт та редуктор.
Для отримання максимальної потужності двигуна турбіна повинна розвивати
великі оберти (до 20 000 об/хв). Якщо з цією ж швидкістю обертатиметься
повітряний гвинт, то ККД останнього буде вкрай низьким, оскільки найбільшого
значення ККД гвинта на розрахункових режимах польоту досягає при 750-1500
об/хв.
Для зменшення оборотів повітряного гвинта в порівнянні з оборотами
газової турбіни в двигуні турбогвинти встановлюється редуктор. На двигунах
великої потужності іноді використовують два гвинти, що обертаються на протилежні
сторони, причому роботу обох повітряних гвинтів забезпечує один редуктор.
У деяких турбогвинтових двигунах компресор обертається однією турбіною, а
повітряний гвинт - іншою. Це створює сприятливі умови регулювання двигуна.
Тяга у ТВД створюється головним чином повітряним гвинтом (до 90%) і лише
трохи за рахунок реакції газового струменя. У турбогвинтових двигунах
застосовуються багатоступінчасті турбіни (кількість ступенів від 2 до 6), що
диктується необхідністю спрацьовувати на турбіні ТВД більші теплоперепади, ніж
на турбіні ТРД. Крім того, застосування багатоступінчастої турбіни дозволяє знизити
її оберти і, отже, габарити та вагу редуктора.

6. Призначення основних елементів ТВД нічим не відрізняється від призначення тих же елементів ТРД. Робочий процес ТВД також

аналогічний робочому процесу ТРД.
Так само, як і в ТРД, повітряний потік, попередньо стиснутий у вхідному пристрої,
піддається основному стиску в компресорі, і далі надходить в камеру згоряння, яку
одночасно через форсунки впорскується паливо.
Гази, що утворилися в результаті згоряння паливо повітряної суміші, мають високу
потенційну енергію. Вони прямують у газову турбіну, де, майже повністю розширюючись,
виконують роботу, яка потім передається компресору, повітряному гвинту та приводам
агрегатів. За турбіною тиск газу практично дорівнює атмосферному.
У сучасних турбогвинтових двигунах сила тяги, одержувана тільки за рахунок
реакції газового струменя, що витікає з двигуна, становить 10…20% сумарної сили тяги.
Турбовентиляторним двигуном в популярній літературі зазвичай
називають турбореактивний двоконтурний двигун (ТРДД) з високим (вище
2) ступенем двоконтурності.
Двигун Boeing 737-800 витрачає 2500 л палива на годину, що приблизно на
20% менше, ніж MD-80, але при цьому перевозить більше пасажирів. За
даними авіаційного журналу Airline Monitor, 737-800 витрачає 18,5 л палива
на пасажира за годину.
Середнє споживання на всіх рейсах авіакомпанії склало 4,73 літри на
одного пасажира на 100 км. Цей показник майже на 25% вищий, ніж у 2019
році, коли показник становив 3,8 літри на перевезення пасажира на 100 км.
Пов'язано це з тим, що через карантинні обмеження завантаження літаків
впало.
Середнє годинникове спалювання 800XP становить 291 галон на годину.

7. Питання 5. ПРИЛАДОВЕ ОБЛАДНАННЯ ЛІТАКА, ЙОГО ПРИЗНАЧЕННЯ. ЗЧИТУВАННЯ ПОКАЗАНЬ.

Для виконання контролю параметрів польоту, витримування маршруту, контролю
роботи літакових систем на літаку встановлено ряд приладів, більша частина яких
розташована на дошці приладів (або приладової панелі) пілотської кабіни. Якщо в
екіпажі командир екіпажу і другий пілот, то є панель приладів першого і другого пілота.
Свої приладові дошки мають штурман, бортрадист (за наявності їх у складі екіпажу).
Основними приладами, які встановлюються на приладовій панелі є:
покажчик висоти,
покажчик швидкості (повітряної та приладової),
авіагоризонт (вказує кут тангажу та крену літака),
покажчик ковзання ("кулька"),
покажчик кутів атаки,
покажчик нормального перевантаження,
покажчик швидкості підйому і зниження,
покажчик числа Маха,
паливомір (покажчик палива),
покажчик оборотів двигуна (двигунів),
покажчик температури газів за турбіною,
покажчик тиску масла в маслосистемі двигуна,
автоматичний радіокомпас (покажчик курсу), гірокомпас,
покажчик тиску в гідросистемах літака,
покажчик тиску повітря в повітряній системі літака,
покажчик положення основних та передньої стійок шасі (випущені або прибрані),
авіаційний годинник-хронометр,
покажчик напруги та сили струму системи електроживлення,
покажчик положення закрилків,
бортовий відповідач державної приналежності………
Прилад, який реєструє параметри польоту, роботу всіх систем протягом польоту
розташовується в кілі.