Cách chế tạo máy bay phản lực

Động cơ tuốc bin phản lực luồng (tiếng Anh – Turbojet engine, viết tắt – TurboJet; tiếng Nga – Турбореактивный двигатель, viết tắt – ТРД) hay còn gọi là máy đẩy luồng là kiểu cổ nhất của động cơ phản lực không khí nói chung và đến ngày nay vẫn tiếp tục sử dụng, phát triển. Hai kỹ sư, Frank Whittle ở Anh Quốc và Hans von Ohain ở Đức, đã độc lập phát triển khái niệm về loại động cơ này từ cuối thập kỷ 1930. Máy bay chiến đấu, được trang bị động cơ phản lực, lần đầu tiên được đưa vào sử dụng năm 1944, giai đoạn cuối Chiến tranh thế giới thứ hai.

Nội dung chính

• Mục lục
• Cửa hút gióSửa đổi
• Máy nénSửa đổi
• Buồng đốtSửa đổi
• TurbinSửa đổi
• Ống thoát khíSửa đổi
• Lực đẩy thựcSửa đổi
• Tỷ lệ lực đẩy trên năng lượngSửa đổi
• Những cải tiến chu trình hoạt độngSửa đổi
• NguồnSửa đổi
• Xem thêmSửa đổi
• Tham khảoSửa đổi

Một động cơ turbin phản lực thường được dùng làm động cơ đẩy cho máy bay. Không khí được đưa vào bên trong những máy nén quay trải qua cửa hút khí và được nén tới áp suất cao trước khi đi vào buồng đốt. Ở đây không khí trộn với nguyên vật liệu và được đốt cháy. Quá trình cháy này khiến nhiệt độ khí tăng lên rất nhiều. Các mẫu sản phẩm cháy nhiệt độ cao thoát ra khỏi buồng đốt và chạy qua turbin để làm quay máy nén. Dù quy trình này làm giảm nhiệt độ và áp suất khí thoát ra khỏi turbin, thì những tham số của chúng vẫn vượt cao hơn so với điều kiện kèm theo bên ngoài. Luồng khí bên trong turbin thoát ra ngoài trải qua ống thoát khí, tạo ra một lực đẩy phản lực ngược chiều. Nếu vận tốc phản lực vượt quá vận tốc bay, máy bay sẽ có được lực đẩy tiến về phía trước. Tốc độ luồng khí phụt nói chung phụ thuộc vào vào vận tốc bay, đây cũng là nguyên do các máy bay muốn có vận tốc vượt âm, lúc bấy giờ phải sử dụng loại động cơ này .

Các động cơ tuabin phản lực tạo được vòng quay lớn, nhiệt độ làm việc cao nên đòi hỏi công nghệ chế tạo đặc biệt.

Mục lục

• 1 Cửa hút gió
• 2 Máy nén
• 3 Buồng đốt
• 4 Turbin
• 5 Ống thoát khí
• 6 Lực đẩy thực
• 7 Tỷ lệ lực đẩy trên năng lượng
• 8 Những cải tiến chu trình hoạt động
• 9 Nguồn
• 10 Xem thêm
• 11 Tham khảo

Cửa hút gióSửa đổi

Một hình ảnh động của một máy nén hướng trục. Các lưỡi màu đậm hơn là các stator ( sta-to )Biểu đồ biểu lộ hoạt động giải trí luồng li tâm của một động cơ turbin phản lực. Máy nén hoạt động giải trí nhờ quá trình turbin và đẩy khí đi nhanh hơn, buộc nó phải chạy song song với trục đẩy .Biểu đồ bộc lộ hoạt động giải trí của dòng khí quanh trục trong động cơ turbin phản lực. Ở đây, máy nén cũng hoạt động giải trí nhờ turbin, nhưng dòng khí vẫn song song với trục đẩy .Phía trước máy nén là cửa hút gió ( hay cửa vào ), nó được phong cách thiết kế để hút được càng nhiều không khí càng tốt. Sau khi qua cửa hút gió, không khí đi vào mạng lưới hệ thống nén .

Máy nénSửa đổi

Máy nén quay ở vận tốc rất cao, làm tăng nguồn năng lượng cho dòng khí, cùng lúc nén khí lại khiến nó tăng áp suất và nhiệt độ .Đối với hầu hết các máy bay dùng động cơ phản lực turbin, không khí nén được lấy từ máy nén trong nhiều quá trình để Giao hàng các mục tiêu khác như điều hòa không khí / điều hòa áp suất, chống ngừng hoạt động cửa hút khí, và nhiều việc khác .Có nhiều kiểu máy nén được dùng cho máy bay động cơ phản lực turbin và turbin khí nói chung : trục, ly tâm, trục-ly tâm, ly tâm đôi, vân vân .Các máy nén tiến trình đầu có tỷ suất nén tổng thể và toàn diện ở mức thấp 5 : 1 ( tương tự như mức của đa phần các động cơ phụ và máy bay động cơ turbin phản lực loại nhỏ thời nay ). Những nâng cấp cải tiến khí độc lực sau này được cho phép các máy bay dùng động cơ turbin phản lực thời nay đạt tỷ suất nén tổng thể và toàn diện ở mức 15 : 1 hay cao hơn. So sánh với các động cơ phản lực cánh quạt đẩy ) gia dụng lúc bấy giờ có tỷ suất nén tổng thể và toàn diện lên tới 44 : 1 hay cao hơn .Sau khi đi ra khỏi bộ phận nén, không khí nén vào trong buồng đốt .

Buồng đốtSửa đổi

Quá trình đốt bên trong buồng đốt khác rất nhiều so với quy trình đốt trong động cơ piston. Trong một động cơ piston khí cháy bị hạn chế ở khối lượng nhỏ, khi nguyên vật liệu cháy, áp suất tăng lên bất ngờ đột ngột. Trong một động cơ turbin phản lực, hỗn hợp không khí và nguyên vật liệu, không hạn chế, đi qua buồng đốt. Khi hỗn hợp cháy, nhiệt độ của nó tăng bất ngờ đột ngột, áp lực đè nén trên trong thực tiễn giảm đi vài Phần Trăm .Nói chi tiết cụ thể, hỗn hợp không khí-nhiên liệu phải được ngăn lại ở mức phần nhiều dừng hẳn để bảo vệ sống sót một ngọn lửa cháy không thay đổi, quy trình này diễn ra ngay đầu buồng đốt. Và chưa tới 25 % không khí tham gia vào quy trình cháy, ở 1 số ít loại động cơ tỷ suất này chỉ đạt mức 12 % phần còn lại đóng vai trò dự trữ để hấp thu nhiệt tỏa ra từ quy trình đốt nguyên vật liệu. Một độc lạ nữa giữa động cơ piston và động cơ phản lực là nhiệt độ đỉnh điểm trong động cơ piston chỉ diễn ra trong khoảnh khắc, trong một phần nhỏ của hàng loạt quy trình. Buồng đốt trong một động cơ phản lực luôn đạt mức nhiệt độ đỉnh và hoàn toàn có thể làm chảy lớp vỏ ngoài. Vì thế chỉ một lõi ở giữa của dòng khí được trộn với đủ nguyên vật liệu bảo vệ cháy thực sự. Vỏ ngoài được phong cách thiết kế với hình dạng sao cho luôn có một lớp không khí sạch không cháy nằm giữa mặt phẳng sắt kẽm kim loại và nhân giữa. Lớp không khí không cháy này được trộn với các khí cháy làm nhiệt độ giảm xuống ở mức turbin hoàn toàn có thể chịu đựng được. Một điểm quan trọng khác là ở động cơ turbine, quy trình đánh lửa của bugi chỉ xảy ra trong quy trình khởi động, và ngọn lửa được duy trì bởi chính nó trong suốt quy trình hoạt động giải trí .

TurbinSửa đổi

Bài cụ thể : TurbineCánh turbine trong một động cơ mởKhí nóng ra khỏi buồng đốt được hướng chạy qua các lá turbine làm quay turbine. Về mặt khí động các lá turbine có cấu trúc gần giống như các lá máy nén nhưng chỉ có hai hoặc ba tầng và thực chất trọn vẹn ngược với máy nén. Khí nóng qua turbine co và giãn sinh công làm quay các tầng turbine. Turbine quay sẽ kéo quay máy nén. Một phần nguồn năng lượng quay của turbine được tách ra để phân phối cho các phụ kiện như bơm nguyên vật liệu, dầu, thủy lực …

Ống thoát khíSửa đổi

Sau turbin, khí cháy thoát ra ngoài qua ống thoát khí tạo ra một vận tốc phản lực lớn. Ở ống thoát khí quy tụ, các ống dẫn hẹp dần dẫn tới miệng thoát. Tỷ lệ áp lực đè nén ống thoát khí của một động cơ phản lực thường đủ lớn để khiến khí đạt vận tốc Mach 1.0 .

Tuy nhiên, nếu có lắp một ống thoát khí kiểu hội tụ-phân kì ” de Laval “, vùng phân rã được cho phép khí nóng đạt tới vận tốc trên âm ngay bên trong chính ống thoát khí. Cách này có hiệu suất lực đẩy hơi lớn hơn sử dụng ống thoát khí quy tụ. Tuy nhiên, nó lại làm tăng khối lượng và độ phức tạp của động cơ .

Lực đẩy thựcSửa đổi

Dưới đây là một phương trình gần đúng để đo lường và thống kê lực đẩy thực của một động cơ phản lực :F n = m ( V j f e V a ) { \ displaystyle F_ { n } = m \ cdot ( V_ { jfe } – V_ { a } ) }khi :m = { \ displaystyle m = \, }lưu lượng khối lượng dòng khí vàoV j f e = { \ displaystyle V_ { jfe } = \, }tốc độ của dòng khí sau động cơ ( tốc độ dòng khí được phun ra ) ( in the exhaust plume )V a = { \ displaystyle V_ { a } = \, }tốc độ của dòng khí vào động cơ, bằng với vận tốc bay của máy bayTrong khi m. V j f e { \ displaystyle m. V_ { jfe } \, }biểu lộ tổng lực đẩy của ống thoát khí, m. V a { \ displaystyle m. V_ { a } \, }biểu lộ the ram drag của cửa hút gió. Rõ ràng vận tốc phản lực phải vượt quá vận tốc bay nếu có một lực đẩy thực vào thân máy bay .

Tỷ lệ lực đẩy trên năng lượngSửa đổi

Một động cơ turbin phản lực đơn thuần tạo ra lực đẩy gần : 2.5 pounds lực trên sức ngựa ( 15 mN / W ). Trong khi biểu lộ tổng lực đẩy của ống thoát khí, bộc lộ the ram drag của cửa hút gió. Rõ ràng vận tốc phản lực phải vượt quá vận tốc bay mới có một lực đẩy thực vào thân máy bay

Những cải tiến chu trình hoạt độngSửa đổi

Việc tăng tỉ số nén chung của hệ thống nén làm tăng nhiệt độ đầu vào buồng đốt. Vì vậy, với một lưu lượng khí và nhiên liệu cố định, cũng làm tăng nhiệt độ đầu vào tua-bin. Tuy nhiệt độ tăng lên cao hơn qua máy nén, nhưng dẫn đến việc rơi nhiệt độ lớn hơn trên hệ thống tua-bin, nhiệt độ vòi phun không bị ảnh hưởng bởi vì lượng nhiệt như nhau được thêm vào hệ thống. Tuy nhiên việc đó làm tăng áp suất vòi phun, bởi vì tỉ số áp suất chung tăng nhanh hơn tỉ số giãn nở của tua-bin. Kết quả là tăng lực đẩy trong khi thiêu hao nhiên liệu (nhiên liệu/lực đẩy) giảm.

Do động cơ phản lực tăng áp ( turbojets ) hoàn toàn có thể chế tạo để sử dụng nguyên vật liệu hiệu suất cao hơn bằng cách tăng tương ứng cả tỉ số áp suất chung và nhiệt độ đầu vào tua-bin. Tuy vậy, vật tư tua bin phải tốt hơn và / hoặc phải cải tổ làm mát cánh quạt / cánh lòng máng tua bin để tương thích với việc tăng cả nhiệt độ đầu vào tua bin và nhiệt độ khí nén đầu ra của máy nén. Cuối cùng việc tăng áp yên cầu vật tư chế tạo máy nén phải tốt hơn .Các động cơ khởi đầu của người Đức gặp các yếu tố nghiêm trọng về tinh chỉnh và điều khiển nhiệt độ đầu vào tua-bin. Các động cơ bắt đầu của họ trung bình chỉ hoạt động giải trí khoảng chừng 10 giờ là hỏng ; Thường là các cánh lòng máng bằng sắt kẽm kim loại bay ra phía sau động cơ khi tua-bin bị quá nhiệt. Các động cơ của Anh chịu đựng tốt hơn do tại vật tư tốt hơn. Người Mỹ có vật tư tốt hơn chính bới họ có độ đáng tin cậy vào bộ tăng áp siêu nạp dùng cho động cơ máy bay ném bom ở độ to lớn trong Thế chiến hai. Thời gian đầu, một số ít động cơ phản lực của Mỹ đã phối hợp năng lực phun nước vào động cơ để làm lạnh luồng khí nén trước khi đốt, thường là khi cất cánh. Nước làm cho việc đốt cháy không được trọn vẹn và hiệu quả là động cơ lại hoạt động giải trí làm mát lần nữa, nhưng máy bay cất cánh sẽ để lại một luồng khói lớn .Ngày nay, các yếu tố như vậy được trấn áp tốt hơn, nhưng nhiệt độ vẫn số lượng giới hạn vận tốc không khí trong các máy bay vượt tiếng động ( máy bay siêu thanh ). Tại vận tốc rất cao, việc nén không khí nguồn vào làm tăng nhiệt độ đến mức mà các cánh nén hoàn toàn có thể bị nung chảy. Tại vận tốc thấp hơn, vật tư tốt nhất được tăng tới nhiệt độ tới hạn, và việc trấn áp kiểm soát và điều chỉnh nguyên vật liệu tự động hóa làm cho việc động cơ bị quá nhiệt gần như là được loại trừ [ cần dẫn nguồn ] .

NguồnSửa đổi

• Constructing A Turbocharger Turbojet Engine., Edwin H. Springer., Turbojet Technologies 2001.

Xem thêmSửa đổi

• Động cơ phản lực (reaction engine)
• Động cơ phản lực không khí (jet engine)
• Động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt (turbofan engine)
• Động cơ tuốc bin cánh quạt (turboprop engine)
• Động cơ tuốc bin khí (gas turbine engine)
• Động cơ tuốc bin trục (turboshaft engine)
• Máy bay phản lực (jet aircraft)Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Động cơ tuốc bin phản lực luồng.

Tham khảoSửa đổi