Me gustaría preguntar para qué sirve el cono detrás del motor del avión.
Un motor turborreactor es un tipo de motor de turbina. Su característica es que depende completamente del flujo de aire para generar empuje. A menudo se utiliza para propulsar aviones de alta velocidad. El consumo de combustible es mayor que el de los motores turbofan. Hay dos tipos de motores turborreactores: centrífugos y axiales. El motor centrífugo fue patentado por el inglés Sir Frank Whittle en 1930, pero no fue hasta 1941 que un avión equipado con dicho motor surcó los cielos por primera vez. No participó en la Segunda Guerra Mundial. El Eje nació en Alemania y participó en 1945 como el primer avión de combate práctico Me-262. En comparación con los motores turborreactores centrífugos, el flujo axial tiene las ventajas de una sección transversal pequeña y una relación de compresión alta. Los motores turborreactores actuales son todos de flujo axial.
La estructura principal del motor turborreactor de flujo axial de admisión se muestra en la figura. El aire ingresa primero a la entrada, porque el estado de vuelo de la aeronave cambia, y la entrada debe garantizar que el aire pueda eventualmente ingresar a la siguiente estructura sin problemas: el compresor. La función principal de la entrada de aire es ajustar el aire a un estado en el que el motor pueda funcionar normalmente antes de ingresar al compresor. Al volar a velocidades supersónicas, se generarán ondas de choque en la nariz y la entrada. Después de la onda de choque, la presión del aire aumentará, por lo que la entrada puede desempeñar un cierto papel de precompresión, pero la posición incorrecta de la onda de choque provocará. presión local desigual e incluso El compresor puede dañarse. Por lo tanto, la entrada de aire de un avión supersónico tiene un cono de ajuste de la onda de choque para ajustar la posición de la onda de choque según la velocidad del aire. Las aeronaves con tomas de aire laterales o tomas de aire del vientre se verán afectadas por la capa límite del fuselaje (o capa límite) porque la entrada de aire está cerca del fuselaje y se instalará un dispositivo de ajuste de la capa límite. La llamada capa límite se refiere a una capa de aire que fluye cerca de la superficie del fuselaje. Su velocidad es mucho menor que la del aire circundante, pero su presión estática es mayor que la del aire circundante, formando un gradiente de presión. Debido a que la energía es baja, no es adecuada para ingresar al motor y debe eliminarse. Cuando la aeronave tiene un cierto ángulo de ataque (AOA), debido al cambio en el gradiente de presión, la separación de la capa límite se producirá en la parte donde aumenta el gradiente de presión (como el lado de sotavento), es decir, la capa límite que estaba Originalmente cerca del fuselaje se separará repentinamente en un punto determinado, formando turbulencias. El flujo turbulento es relativo al flujo laminar, que es simplemente un fluido que se mueve de manera irregular. En rigor, todos los flujos son turbulentos. Los mecanismos y procesos de las turbulencias aún no están claros. Pero eso no significa que la turbulencia sea mala. En muchos lugares del motor, como en el proceso de combustión, se deben aprovechar al máximo las turbulencias. Compresor El compresor consta de palas de estator y palas de rotor. El par de palas del estator y las palas del rotor se denomina primera etapa. El estator está fijado al bastidor del motor y el rotor está conectado a la turbina a través del eje del rotor. Los motores turborreactores actuales suelen tener entre 8 y 12 compresores. Cuantas más etapas haya, mayor será la presión. Cuando un avión de combate realiza repentinamente una maniobra de alta G, la presión del aire que fluye hacia la etapa delantera del compresor caerá bruscamente y la presión en la etapa trasera será muy alta. En este momento, el aire a alta presión en la etapa trasera se expandirá en sentido inverso, lo que hará que el motor sea extremadamente inestable, lo que en ingeniería se denomina "oleaje". Este es el accidente más mortal para un motor, con un alto potencial de parada e incluso daños estructurales. Hay varias formas de prevenir el "aumento repentino". La experiencia muestra que el aumento repentino ocurre principalmente entre la quinta y sexta etapa del compresor. Instale un anillo de purga en el segundo intervalo para aliviar la presión a tiempo cuando la presión sea anormal para evitar el aumento repentino. O el eje del rotor se puede convertir en dos cilindros huecos concéntricos, que conectan respectivamente el compresor de baja presión de la etapa delantera y la turbina, y el compresor de alta presión de la etapa trasera y otra turbina. Los dos grupos de rotores son independientes entre sí y pueden ajustar automáticamente la velocidad cuando la presión es anormal y evitar picos. El aire en la cámara de combustión y la turbina es comprimido por el compresor y luego ingresa a la cámara de combustión para mezclarse y quemarse con queroseno, se expande y realiza trabajo luego fluye a través de la turbina para empujarla a girar a alta velocidad; Debido a que los rotores de la turbina y del compresor están conectados al mismo eje, las velocidades de rotación del compresor y de la turbina son las mismas. Finalmente, el gas a alta temperatura y alta velocidad se expulsa a través de la boquilla, proporcionando energía a través de la reacción. Originalmente, la cámara de combustión constaba de varias cámaras de combustión cilíndricas pequeñas, yuxtapuestas en forma anular alrededor del eje del rotor. Cada cilindro no está sellado, sino que tiene un orificio en el lugar adecuado para que quede conectada toda la cámara de combustión. Más tarde, se desarrolló hasta convertirse en una cámara de combustión anular compacta, pero el entorno general de fluidos no era tan bueno como el de una cámara de combustión cilíndrica. Surgió una cámara de combustión combinada que combinaba las ventajas de ambas. Las turbinas de vapor siempre funcionan en condiciones extremas y tienen requisitos extremadamente estrictos en cuanto a sus materiales y tecnología de fabricación. En la actualidad, las hojas huecas de pulvimetalurgia se funden en su mayoría en su conjunto, es decir, todas las hojas y discos se funden a la vez. En comparación con los primeros días, cada hoja y disco se fundieron por separado y luego se conectaron con espigas, lo que ahorró mucha masa de conexión. Los materiales de fabricación son en su mayoría materiales de aleación resistentes a altas temperaturas y las palas huecas se pueden enfriar con aire frío. El nuevo motor desarrollado para el avión de combate de cuarta generación estará equipado con palas de metalurgia de polvos cerámicos con un rendimiento más sobresaliente a altas temperaturas. Estas medidas tienen como objetivo mejorar uno de los parámetros más importantes de un turborreactor: la temperatura delante de la turbina. Una temperatura previa al remolino significa alta eficiencia y alta potencia. La forma y estructura de la boquilla y la boquilla (o boquilla) del postquemador determinan el estado en el que finalmente se elimina el flujo de aire. Los primeros motores de baja velocidad utilizaban boquillas convergentes simples para lograr una mayor velocidad. Según la tercera ley de Newton, cuanto mayor sea la velocidad de expulsión del gas, mayor será la fuerza de reacción que recibirá el avión. Pero la tasa de crecimiento de esta manera es limitada, porque eventualmente la velocidad del flujo de aire alcanzará la velocidad del sonido y luego aparecerá una onda de choque para evitar el aumento de la velocidad del gas. Los chorros supersónicos se pueden obtener utilizando una boquilla desincrustante (también conocida como boquilla Laval). La maniobrabilidad de un avión proviene principalmente de la fuerza aerodinámica proporcionada por la superficie del ala. Cuando la maniobrabilidad es alta, el empuje del avión se puede aprovechar directamente.
Históricamente, ha habido dos soluciones, a saber, instalar una superficie de control de gas en la boquilla o usar directamente una boquilla desviable (también llamada boquilla de vector de empuje o boquilla de empuje vectorial, esta última ha entrado en la etapa de aplicación práctica). La magnífica maniobrabilidad de los famosos aviones de combate rusos Su-30 y Su-37 se beneficia del motor vectorial de empuje AL-31 de Rurica Design Bureau. El representante del timón aéreo es el demostrador tecnológico estadounidense X-31. Después de que el gas a alta temperatura pasa a través de la turbina, todavía contiene algo de oxígeno que no se ha consumido a tiempo. Si se inyecta queroseno continuamente en este gas, aún puede arder y producir un empuje adicional. Por lo tanto, algunos motores de combate de alto rendimiento tienen un postquemador (o posquemador) agregado detrás de la turbina para aumentar significativamente el empuje del motor en un corto período de tiempo. En términos generales, el postquemador puede aumentar el empuje máximo en un 50% en un corto período de tiempo, pero consume mucho combustible. Generalmente solo se usa para despegar o responder a feroces batallas aéreas, y no se puede usar para operaciones supersónicas a largo plazo. crucero. Los motores turborreactores son adecuados para una amplia gama de navegación, desde velocidades subsónicas a baja altitud hasta aviones supersónicos a gran altitud. El legendario caza MiG-25 (Flying Fox) de la antigua Unión Soviética utilizó como potencia el motor turborreactor de la Oficina de Diseño Rurika. Una vez estableció un récord de velocidad de caza de Mach 3,3 y un récord de techo de 37.250 metros (este récord no fue muy). popular durante un período de tiempo). En comparación con los motores turbofan, los motores turborreactores tienen una economía de combustible pobre, pero su rendimiento a alta velocidad es mejor que el de los motores turbofan, especialmente a grandes altitudes y altas velocidades.