Нет ничего проще... турбореактивного двигателя.
Давайте, господа и дамы, будем сами перед собой честны - ведь многим из вас современный турбовентиляторный двигатель представляется неким волшебством. Ведь так? Так, так... Я по своей супруге знаю. И друзьям. И на многие вопросы, которые вы про наши двигатели задаете, я даже не знаю как отвечать...
- Капитан, а что такое "помпаж"?
- Эээ... Это нарушение газодинамической устойчивости...
- Аааа, ну точно... Мы что-то такое и предполагали, конечно... [Что он сейчас сказал, блэт? Какой устойчивости?]
Но на самом-то деле устроены эти двигатели очень просто - поймут даже дети! Вот давайте я им и объясню, а уже они вам все растолкуют...
Так вот, детишечки (и их родители тоже) давайте для начала представьте-ка вы себе вентилятор. Да-да, самый обыкновенный, как у вашей бабушки. Так вот. Мы его включаем в розетку, нажимаем кнопку и он начинает что? Правильно, он начинает крутиться и гнать струю воздуха нам в лицо. Вот так:
Ну извините, художник я так себе...
А теперь представьте себе... Ветрогенератор. Ага, примерно такой, как ваш старший брат мастерил прошлым летом. Вот мы на него дуем (струя воздуха), он крутится и выдает электрический ток на лампочку, лампочка светится!
А теперь... Вместо своего лица подставляем вентилятору ветрогенератор. Вентилятор крутится, гонит воздух на ветрогенератор, ветрогенератор крутится и выдает электрический ток, лампочка горит. А теперь... Убираем лампочку и соединяем генератор и вентилятор напрямую! Ветрогенератор выдает ток, этим током питается вентилятор, вертится, гонит воздух на ветрогенератор, тот выдает ток, вентилятор вертится...
Да? Нет! Нифига это работать не будет. Я проверял. Потому что КПД (Коэффициент Полезного Действия. Это очень просто. Если он равен 100%, то это значит, что как только вы скажете: "Мама, дай конфет!", то мама тут же вам их даст. Но мы-то знаем, что это не так, очень долго ее упрашивать приходится. Это потому, что КПД мамы сильно меньше чем 100%) у каждого элемента этой системы меньше 100%. Значит надо что? Значит надо повышать КПД! Но мы с вами, дорогие детишечки (и их родители тоже) сами этого делать не будем. Не умеем. Лучше пусть этим займутся специально обученные дяденьки инженеры...
И вот они посмотрели на нашу конструкцию и... Первым делом решили поместить наши вентилятор и генератор внутрь железной трубы, чтобы вентилятор не разбрасывал воздух в разные стороны, а гнал его только на генератор. Стало лучше? Да, но ненамного...
- Что же тут еще можно сделать? - спросим мы их. - Неужели ничего нельзя придумать?
- А давайте уберем электродвигатель у вентилятора и электрогенератор. - придумали они. - И соединим два пропеллера напрямую, железным валом. У этой передачи КПД, как-никак, КПД практически 100%. И еще. Давайте будем называть наш вентилятор компрессором, а ветряк генератора - турбиной! Чтобы все видели, что мы умные!
Что же получилось? Теперь, если раскрутить компрессор, весь поток воздуха попадет точно на нашу турбину. А она будет крутить компрессор. Но... Все равно не работает. Все равно и у компрессора и у турбины КПД меньше 100%. И получается, что для того, чтобы этот аппарат (это пока еще не двигатель) мог хотя бы поддерживать вращение, нужно, чтобы воздушный поток на турбине был мощнее, чем тот, который выдает компрессор. Но как же этого добиться? Нужно между ними поместить какое-то волшебство! Но вот какое?
- Аааа, но это как раз несложно! - смеются инженеры. - Всем известно, что при нагревании газы расширяются! И если компрессор закачает внутрь трубы 1 кубометр воздуха, а мы внутри его нагреем, он расширится и на турбину попадет, к примеру, 2 кубометра, то как раз и получится то, что нам и надо.
- Да нет ничего проще! Нужно впрыснуть внутрь трубы керосин и поджечь его! Кстати, заодно мы получим и продукты горения керосина. А их с одного литра топлива примерно 12 000 000 литров. Вот так получится:
И что вы думаете, дорогие детишечки (и родители тоже)? У них все заработало! Смотрите как все ловко вышло - компрессор закачивает в трубу воздух, в этот воздух впрыскивается керосин, поджигается, раскаленные газы раскручивают турбину, она раскручивает компрессор, тот подает в трубу еще больше воздуха, в него впрыскивают еще больше керосина... Ну, вы поняли. Регулируя количество керосина, можно регулировать обороты турбины и компрессора. Да мы же с вами получили самый обыкновенный турбореактивный двигатель!
- Погоди, погоди! - смеются инженеры. - Ерунда это, а не двигатель. Модель просто. Вот давай-ка...
И инженеры вместо одного вентилятора (колеса компрессора) насаживают на вал сразу несколько. Чтобы они последовательно сжимали воздух - так получается намного эффективнее! А для пущей эффективности они еще и сделали каждое следующее колесо меньшего размера. Теперь воздух проходя через эти колеса (ступени компрессора) последовательно сжимается. Также они поработали и с турбиной - сделали ее многоступенчатой и спрофилировали так, чтобы газы расширялись, проходя через ее ступени. Ну и облагородили камеру сгорания. Точнее камеры - их несколько штук по окружности двигателя. А позади турбины поставили сужающееся сопло - для разгона газов. И вот теперь это - самый настоящий турбореактивный двигатель.
Создающий тягу за счет вырывающихся из сопла с огромной скоростью раскаленных газов. И в этом он похож на ракетный двигатель. А отличается от ракетного двигателя он тем, что ему нужен для работы кислород из воздуха.
- Однако... - инженерам вдруг пришла в головы интересная мысль. - Всем прекрасно известно, что для того чтобы сжечь 1 килограмм керосина, нам нужно, чтобы компрессор загнал в двигатель 14,9 килограмм воздуха. Но ведь на максимальных оборотах он загоняет его намного больше. А давайте-ка мы изобретем форсаж...
И инженеры поставили позади турбины еще несколько керосиновых форсунок. Теперь, если на максимальных оборотах турбины (когда есть избыток кислорода) начать подавать в них топливо, то поток газов возрастает кратно, а соответственно увеличивается и тяга. Вот только... Расход керосина космический. МиГ-31, например, жрет на форсаже больше ведра (10,6 литра) керосина В СЕКУНДУ! Военных это еще как-то устраивает, но для гражданской эксплуатации, хотелось бы чего-то поэкономичнее...
Продолжение завтра. Не успел я картинок наштамповать!