Động cơ tuabin phản lực

Động cơ turbin phản lực là kiểu đơn giản nhất và cổ nhất của động cơ phản lực nói chung. 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. Một động cơ turbin phản lực thường được dùng làm động cơ đẩy cho máy bay. Không khí được...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động cơ tuabin phản lực Động cơ turbin phản lựcĐộng cơ turbin phản lực là kiểu đơn giản nhất và cổ nhất của động cơ phảnlực nói chung. Hai kỹ sư, Frank Whittle ở Anh Quốc và Hans von Ohain ởĐức, đã độc lập phát triển khái niệm về loại động cơ này từ cuối thập kỷ1930. Máy bay chiến đấu, được trang bị động cơ phản lực, lần đầu tiên đượcđưa vào sử dụng năm 1944, giai đoạn cuối Chiến tranh thế giới thứ hai.Một động cơ turbin phản lực thường được dùng làm động cơ đẩy cho máybay. Không khí được đưa vào bên trong những máy nén quay thông qua cửahút khí và được nén tới áp suất cao trước khi đi vào buồng đốt. Ở đây khôngkhí trộn với nhiên liệu và được đốt cháy. Quá trình cháy này khiến nhiệt độkhí tăng lên rất nhiều. Các sản phẩm cháy nhiệt độ cao thoát ra khỏi buồngđốt và chạy qua turbin để làm quay máy nén. Dù quá trình này làm giảmnhiệt độ và áp suất khí thoát ra khỏi turbin, thì những tham số của chúng vẫnvượt cao hơn so với điều kiện bên ngoài. Luồng khí bên trong turbin thoát rangoài thông qua ống thoát khí, tạo ra một lực đẩy phản lực ngược chiều. Nếutốc độ phản lực vượt quá tốc độ bay, máy bay sẽ có được lực đẩy tiến vềphía trước.Dù các động cơ phản lực nói chung có thiết kế đơn giản (hầu như không cóbộ phận chuyển động) nhưng chúng không thể hoạt động ở tốc độ bay thấp.Cửa hút gióAn animation of an axial compressor. The darker colored blades are thestators.Biểu đồ thể hiện hoạt động luồng li tâm của một động cơ turbin phản lực.Máy nén hoạt động nhờ giai đoạn turbin và đẩy khí đi nhanh hơn, buộc nóphải chạy song song với trục đẩy.Biểu đồ thể hiện hoạt động của dòng khí quanh trục trong động cơ turbinphản lực. Ở đây, máy nén cũng hoạt động nhờ turbin, nhưng dòng khí vẫnsong song với trục đẩy.Phía trước máy nén là cửa hút gió (hay cửa vào), nó được thiết kế để hútđược càng nhiều không khí càng tốt. Sau khi qua cửa hút gió, không khí đivào hệ thống nén.Máy nénMáy nén quay ở tốc độ rất cao, làm tăng năng lượng cho dòng khí, cùng lúcnén 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 nénđược lấy từ máy nén trong nhiều giai đoạn để phục vụ các mục đích khácnhư điều hòa không khí/điều hòa áp suất, chống đóng băng cửa hút khí, vànhiều việc khác.Có nhiều kiểu máy nén được dùng cho máy bay động cơ phản lực turbin vàturbin khí nói chung: trục, ly tâm, trục-ly tâm, ly tâm đôi, vân vân.Các máy nén giai đoạn đầu có tỷ lệ nén tổng thể ở mức thấp 5:1 (tương tựmức của đa số các động cơ phụ và máy bay động cơ turbin phản lực loại nhỏngày nay). Những cải tiến khí độc lực sau này cho phép các máy bay dùngđộng cơ turbin phản lực ngày nay đạt tỷ lệ nén tổng thể ở mức 15:1 hay caohơn. So sánh với các động cơ phản lực cánh quạt đẩy) dân dụng hiện nay cótỷ lệ nén tổng thể lên tới 44:1 hay cao hơn.Sau khi đi ra khỏi bộ phận nén, không khí nén vào trong buồng đốt.[Buồng đốtQuá trình đốt bên trong buồng đốt khác rất nhiều so với quá trình đốt trongđộng cơ piston. Trong một động cơ piston khí cháy bị hạn chế ở khối lượngnhỏ, khi nhiên liệu cháy, áp suất tăng lên đột ngột. Trong một động cơ turbinphản lực, hỗn hợp không khí và nhiên liệu, không hạn chế, đi qua buồng đốt.Khi hỗn hợp cháy, nhiệt độ của nó tăng đột ngột, áp lực trên thực tế giảm đivài phần trăm.Nói chi tiết, hỗn hợp không khí-nhiên liệu phải được ngăn lại ở mức hầu nhưdừng hẳn để đảm bảo tồn tại một ngọn lửa cháy ổn định, quá trình này diễnra ngay đầu buồng đốt. Và chưa tới 25% không khí tham gia vào quá trìnhcháy, ỏ một số loại động cơ tỷ lệ này chỉ đạt mức 12% phần còn lại đóng vaitrò dự trữ để hấp thu nhiệt tỏa ra từ quá trình đốt nhiên liệu. Một khác biệtnữa giữa động cơ piston và động cơ phản lực là nhiệt độ đỉnh điểm trongđộng cơ piston chỉ diễn ra trong khoảnh khắc, trong một phần nhỏ của toànbộ quá trình. Buồng đốt trong một động cơ phản lực luôn đạt mức nhiệt độđỉnh và có thể làm chảy lớp vỏ ngoài. Vì thế chỉ một lõi ở giữa của dòng khíđược trộn với đủ nhiên liệu đảm bảo cháy thực sự. Vỏ ngoài được thiết kếvới hình dạng sao cho luôn có một lớp không khí sạch không cháy nằm giữabề mặt kim loại và nhân giữa. Lớp không khí không cháy này được trộn vớicác khí cháy làm nhiệt độ giảm xuống ở mức turbin có thể chịu đựng được.Một điểm quan trọng khác là ở động cơ turbine, quá trính đánh lửa của bugichỉ xảy ra trong quá trình khởi động, và ngọn lửa được duy trì bởi chính nótrong suốt quá trình hoạt động.TurbinCánh turbine trong một động cơ mởKhí nóng ra khỏi buồng đốt được hướng chạy qua các lá turbine làm quayturbine. Về mặt khí động các lá turbine có có cấu tạo gần giống như các lámáy nén nhưng chỉ có hai hoặc ba tầng và bản chất hoàn toàn ngược vớimáy nén. Khí nóng qua turbine giản nở sinh công làm quay các tầng turbine.Turbine quay sẽ kéo quay máy nén. Một phần năng lượng quay của turbineđược tách ra để cung cấp cho các phụ kiện như bơm nhiên liệu, dầu, thủyl ...