Jet Engine, How it works ? (Mayo 2024)
Ang jet engine, ang alinman sa isang klase ng mga panloob na pagkasunog ng engine na humuhugot ng sasakyang panghimpapawid sa pamamagitan ng likuran na paglabas ng isang jet ng likido, kadalasang mainit na maubos na gas na nabuo sa pamamagitan ng pagsusunog ng gasolina na may air na iginuhit mula sa kapaligiran.
Pangkalahatang katangian
Ang pangunahin na mover ng halos lahat ng mga jet engine ay isang gas turbine. Iba't ibang tinawag na core, gas prodyuser, gasifier, o gas generator, ang gas turbine ay nagko-convert ng enerhiya na nagmula sa pagkasunog ng isang likidong hydrocarbon fuel sa mekanikal na enerhiya sa anyo ng isang high-pressure, high-temperatura na airstream. Ang enerhiya na ito ay pagkatapos ay gagamitin ng tinatawag na propulsor (hal., Tagapayo ng eroplano at helicopter rotor) upang makabuo ng isang thrust na kung saan ay mapipilit ang sasakyang panghimpapawid.
Mga prinsipyo ng pagpapatakbo
Ang punong tagalikod
Ang gas turbine ay nagpapatakbo sa siklo ng Brayton kung saan ang gumaganang likido ay isang tuluy-tuloy na daloy ng hangin na pinapasok sa makina ng engine. Ang hangin ay unang na-compress ng isang turbocompressor sa isang ratio ng presyon ng karaniwang 10 hanggang 40 beses na ang presyon ng daloy ng agos ng tubig (tulad ng ipinapakita sa Larawan 1). Pagkatapos ay dumadaloy ito sa isang silid ng pagkasunog, kung saan ang isang matatag na stream ng hydrocarbon fuel, sa anyo ng mga likidong spray droplet at singaw o pareho, ay ipinakilala at sinusunog ng humigit-kumulang na presyon. Nagbibigay ito ng isang tuluy-tuloy na stream ng mga produktong pagkasunog ng high-pressure na ang average na temperatura ay karaniwang mula 980 hanggang 1,540 ° C o mas mataas. Ang stream ng mga gas na ito ay dumadaloy sa pamamagitan ng isang turbine, na naka-link sa pamamagitan ng isang metalikang kuwintas sa tagapiga at kung saan kinuha ang enerhiya mula sa stream ng gas upang himukin ang tagapiga. Dahil ang init ay naidagdag sa gumaganang likido sa mataas na presyon, ang agos ng gas na lumalabas mula sa generator ng gas matapos na mapalawak sa pamamagitan ng turbine ay naglalaman ng isang malaking halaga ng labis na enerhiya-ibig sabihin, gas horsepower - sa pamamagitan ng mataas na presyon nito, mataas temperatura, at mataas na tulin, na maaaring magamit para sa mga layunin ng propulsyon.
Ang init na inilabas sa pamamagitan ng pagsunog ng isang karaniwang jet fuel sa hangin ay humigit-kumulang na 43,370 kilojoules bawat kilo (18,650 British thermal unit per pounds) ng gasolina. Kung ang prosesong ito ay 100 porsyento na mabisa, pagkatapos ay makagawa ito ng lakas ng gas para sa bawat yunit ng daloy ng gasolina na 7.45 horsepower / (pounds per hour), o 12 kilowatt / (kg bawat oras). Sa aktwal na katotohanan, ang ilang mga praktikal na limitasyon ng thermodynamic, na kung saan ay isang function ng temperatura ng peak gas na nakamit sa pag-ikot, paghihigpitan ang kahusayan ng proseso sa halos 40 porsyento ng perpektong halaga na ito. Ang peak pressure na nakamit sa ikot ay nakakaapekto rin sa kahusayan ng henerasyon ng enerhiya. Ipinapahiwatig nito na ang mas mababang limitasyon ng tiyak na pagkonsumo ng gasolina (SFC) para sa isang makina na gumagawa ng lakas ng gas ay 0.336 (libra bawat oras) / lakas-kabayo, o 0.207 (kg bawat oras) / kilowatt. Sa aktwal na kasanayan, ang SFC ay mas mataas kaysa sa mas mababang limitasyong ito dahil sa hindi kahusayan, pagkalugi, at mga leakage sa mga indibidwal na sangkap ng prime mover.
Sapagkat ang timbang at dami ay nasa isang premium sa pangkalahatang disenyo ng isang sasakyang panghimpapawid at dahil ang planta ng kuryente ay kumakatawan sa isang malaking bahagi ng kabuuang timbang at dami ng sasakyang panghimpapawid, ang mga parameter na ito ay dapat na mabawasan sa disenyo ng engine. Ang daloy ng hangin na dumadaan sa isang makina ay isang kinatawan na panukala ng cross-sectional area ng engine at samakatuwid ang timbang at dami nito. Samakatuwid, ang isang mahalagang pigura ng karapat-dapat para sa kalakasan ng mover ay ang tiyak na kapangyarihan nito - ang dami ng kapangyarihan na nabubuo nito sa bawat yunit ng daloy ng hangin. Ang dami na ito ay isang napakalakas na pag-andar ng temperatura ng rurok na gas sa core sa paglabas ng silid ng pagkasunog. Ang mga makabagong makina ay bumubuo mula sa 150 hanggang 250 lakas-kabayo / (libra bawat segundo), o 247 hanggang 411 kilowatt / (kg bawat segundo).
Ang propulsor
Ang lakas ng gas na nabuo ng prime mover sa anyo ng mainit, high-pressure gas ay ginagamit upang himukin ang propulsor, na nagbibigay-daan upang makabuo ng thrust para sa propelling o pag-angat ng sasakyang panghimpapawid. Ang prinsipyo kung saan ginawa ang naturang thrust ay batay sa pangalawang batas ng paggalaw ni Newton. Ang batas na ito ay nagbubuklod sa obserbasyon na ang puwersa (F) na kinakailangan upang mapabilis ang isang discrete mass (m) ay proporsyonal sa produkto ng masa at ang pagpabilis (a). May bisa,
kung saan ang masa ay kinuha bilang bigat (w) ng bagay na hinati ng pabilis dahil sa gravity (g) sa lugar kung saan ang bagay ay timbang. Sa kaso ng isang jet engine, ang isa ay karaniwang nakikipag-ugnay sa pagpabilis ng isang matatag na stream ng hangin sa halip na sa isang discrete mass. Dito, ang katumbas na pahayag ng pangalawang batas ng paggalaw ay ang puwersa (F) na kinakailangan upang madagdagan ang bilis ng isang stream ng likido ay proporsyonal sa produkto ng rate ng daloy ng masa (M) ng stream at ang pagbabago sa bilis ng stream, kung saan ang bilis ng inlet (V 0) na kamag-anak sa engine ay kinuha upang maging tulin ng paglipad at ang paglabas ng tulin (V j) ay ang tambutso o bilis ng jet na nauugnay sa makina. Ang W ay ang rate ng daloy ng timbang ng gumaganang likido (ibig sabihin, hangin o mga produkto ng pagkasunog) na hinati sa pamamagitan ng pagbilis ng gravity sa lugar kung saan sinusukat ang daloy ng timbang. Ang medyo maliit na epekto ng daloy ng bigat ng gasolina sa paglikha ng isang pagkakaiba sa pagitan ng daloy ng bigat ng inlet at tambutso na daloy ay sinasadyang hindi papansinin.
Ang isa sa gayon ay nagpapatunay na ang mga sangkap ng isang propulsor ay dapat na makapagsagawa ng puwersa F sa stream ng hangin na dumadaloy sa pamamagitan ng propulsor kung pabilis ng aparatong ito ang daloy ng tubig mula sa tulin ng paglipad V 0 sa paglabas ng tulin V j. Ang reaksyon sa lakas na F ay sa wakas ay ipinadala ng mga mounts ng propulsor sa sasakyang panghimpapawid bilang propulsive thrust.
Mayroong dalawang pangkalahatang diskarte sa pag-convert ng gas horsepower upang mapilit ang tulak. Sa isa, ang isang pangalawang turbina (ibig sabihin, isang mababang presyon, o kapangyarihan, turbine) ay maaaring ipakilala sa landas ng daloy ng engine upang kunin ang karagdagang lakas ng makina mula sa magagamit na lakas ng gas. Ang kapangyarihang mekanikal na ito ay maaaring magamit upang magmaneho ng isang panlabas na propulsor, tulad ng isang tagabenta ng eroplano o helicopter rotor. Sa kasong ito, ang thrust ay binuo sa propulsor dahil pinapalakas at pinapabilis ang daloy ng hangin sa pamamagitan ng propulsor — ibig sabihin, isang airstream na hiwalay mula sa pag-agos sa pamamagitan ng punong tagalikod.
Sa pangalawang diskarte, ang mataas na enerhiya na stream na naihatid ng punong tagalikod ay maaaring pakain nang diretso sa isang jet nozzle, na pinapabilis ang agos ng gas sa isang napakataas na tulin ng pag-iiwan nito sa makina, tulad ng naihahalintulad ng turbojet. Sa kasong ito, ang thrust ay binuo sa mga sangkap ng prime mover habang pinapalakas nila ang stream ng gas.
Sa iba pang mga uri ng mga makina, tulad ng turbofan, thrust ay nabuo ng parehong mga diskarte: Ang isang pangunahing bahagi ng thrust ay nagmula sa tagahanga, na pinapagana ng isang mababang presyon ng turbine at kung saan pinapalakas at pinabilis ang bypass stream (tingnan sa ibaba). Ang natitirang bahagi ng kabuuang thrust ay nagmula sa pangunahing stream, na naubos sa pamamagitan ng isang jet nozzle.
Tulad ng kalakasan ng mover ay isang di-sakdal na aparato para sa pag-convert ng init ng pagkasunog ng gasolina sa lakas ng gas, kaya ang propulsor ay isang hindi sakdal na aparato para sa pag-convert ng lakas ng tunog sa gas upang maging propulsive thrust. Sa pangkalahatan ay may isang napakaraming lakas na naiwan sa mataas na temperatura, mataas na tulin ng jet stream na lumabas mula sa propulsor na hindi ganap na sinasamantala para sa propulsyon. Ang kahusayan ng isang propulsor, propulsive efficiency η p, ay ang bahagi ng magagamit na enerhiya na ginagamit na ginagamit sa propelling ng sasakyang panghimpapawid kumpara sa kabuuang enerhiya ng jet stream. Para sa simple ngunit kinatawan kaso ng paglabas ng daloy ng hangin na katumbas ng daloy ng inlet gas, natagpuan iyon
Kahit na ang mga jet bilis V j ay dapat na mas malaki kaysa sa sasakyang panghimpapawid bilis V 0 upang makabuo ng kapaki-pakinabang na thrust, ang isang malaking jet bilis na lumampas sa bilis ng paglipad sa pamamagitan ng isang malaking margin ay maaaring maging lubhang nakapipinsala sa nakakapagpaandar kahusayan. Ang maximum na propulsive na kahusayan ay nilapitan kapag ang bilis ng jet ay halos katumbas ng (ngunit, ng pangangailangan, bahagyang mas mataas kaysa sa) ang bilis ng paglipad. Ang pangunahing katotohanang ito ay nagbigay ng pagtaas ng maraming iba't ibang mga jet engine, ang bawat isa ay dinisenyo upang makabuo ng isang tiyak na hanay ng mga tulin ng jet na tumutugma sa hanay ng mga bilis ng paglipad ng sasakyang panghimpapawid na ito ay dapat na kapangyarihan.
Ang net pagtatasa ng kahusayan ng isang jet engine ay ang pagsukat ng rate ng pagkonsumo ng gasolina sa bawat yunit ng thrust na nabuo (halimbawa, sa mga tuntunin ng pounds, o kilograms, bawat oras ng fuel na natupok bawat pounds, o kilograms, ng thrust na nabuo). Walang simpleng pag-uugnay sa halaga ng tiyak na pagkonsumo ng gasolina ng isang thrust engine. Ito ay hindi lamang isang malakas na pag-andar ng kahusayan ng prime mover (at samakatuwid ay ang ratio ng presyon at temperatura ng peak-cycle) kundi pati na rin ng propulsive na kahusayan ng propulsor (at sa gayon ng uri ng engine). Ito rin ay isang malakas na pag-andar ng bilis ng paglipad ng sasakyang panghimpapawid at ang nakapaligid na temperatura (na kung saan ay isang malakas na pag-andar ng altitude, panahon, at latitude).
