Как работает форсаж в реактивном двигателе
Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).
Привет, друзья!
Старт F-18A с палубы авианосца. Форсаж включен.
Вспомним значение этого слова с точки зрения русского языка. К нам оно попало из французского ( forsage – принуждать) и означает усиленный режим работы какого-либо механизма или устройства с целью получения от него наибольшей мощности. Обычно этот режим подразумевает кратковременность работы, так как нагрузки при этом сильно увеличены и механизм быстро изнашивается.
Такое определение вполне подходит и для авиационных двигателей. Однако здесь, на мой взгляд, существует некоторое различие в понятиях. Например, для поршневых двигателей форсаж означает увеличение мощности за счет увеличения оборотов, наддува, дополнительного впрыска топлива либо специальных компонентов (метанол, вода). Для простого турбореактивного двигателя – это чаще всего дополнительная подача топлива в камеру сгорания. При этом растет температура и далее, как следствие, скорость истечения газов из сопла и увеличение мощности ТРД.
Во всех этих случаях такие режимы работы обычно бывают высоконагруженными и применяются в особых обстоятельствах и кратковременно. На многих самолетах они так и называются (назывались :-)) – чрезвычайный режим (ЧР). Условия и время работы на этом режиме всегда строго определены.
Однако есть класс авиационных двигателей, конструкция которых (как впрочем и теория :-)) предопределяет возможность работы на специальном форсажном режиме. Это турбореактивные двигатели с форсажем (или форсажом :-)), или ТРДФ.
Для чего вообще нужен форсаж современному самолету? Думаю, понятно, что для резкого и ощутимого увеличения тяги двигателя и, соответственно, быстрого роста скорости летательного аппарата. Бывает так, что обычный ТРД даже на максимальном режиме работы не может выполнить такую задачу. В этом случае как раз и используется форсаж.
Фронтовой бомбардировщик СУ-24М с ТРДФ АЛ-21Ф3 (2 шт.).
СУ-17М4 с двигателем АЛ-21Ф3
Схема форсажной камеры ТРД.
Форсажные камеры и сопла двигателей АЛ-21Ф3 на самолете СУ-24М.
Взлет СУ-17М4 на форсаже.
Перевозка двигателя АЛ-21Ф3. Впереди двигатель, сзади форсажная камера с реактивным соплом.
Взлет МИГ-25РБ. Форсаж двигателей включен.
Разведчик Lockheed A12.
Разведчик Lockheed SR-71.
Форсаж двигателя J58 (на стенде). Видны кольца скачков уплотнения.
Сфера применения ТРДФ такова, что используется он в основном (а в настоящее время и полностью :-)) только на военных самолетах. Цель в этом случае — выполнение экстренных маневров с набором скорости. Это может быть атака воздушной цели, преодоление ПВО, перехват, занятие выгодной позиции, ну и, конечно, взлет и набор высоты.
На гражданских самолетах ТРДФ применялись только в двух случаях, на самолетах ТУ-144 и « Конкорд ». На первом двигатели были рассчитаны на длительную работу, а на втором включались кратковременно для взлета и преодоления звукового барьера с достижением определенной скорости. В этом случае большой расход топлива компенсировался возросшими скоростью и, соответственно, дальностью полета.
Сверхзвуковой пассажирский лайнер ТУ-144.
Сверхзвуковой пассажирский лайнер «Конкорд».
Ну, вот пожалуй и все. Для принципиального ознакомления с форсажем для ТРД вполне достаточно :-). Хочу только обратить ваше внимание на эффектность зрелища работающего форсажа. Особенно здорово это выглядит, когда самолет взлетает вечером или ночью. Многие это наверняка видели. Если не вживую, так в кино или по телевизору. Но лучше, конечно, смотреть вживую :-).
МИг-31. Взлет. Полный форсаж.
Старт истребителя FA-18A с авианосца.
Все тот же F-18. Ну разве не красиво? 🙂
Но это тот случай, когда после увиденного суть явления отступает на второй план. Уж больно это красиво выглядит. Особенно, если смотришь на все это вблизи. Впрочем, как и все в авиации :-)…
Напоследок предлагаю вам посмотреть два ролика. Один, короткий, показывает включение форсажа на стендовом двигателе. Во втором вы сможете увидеть пилотаж СУ-27 с длительным включением форсажа.
35 Комментариев: Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).
Форсаж 51 секунда высота 600 скорость 600 400 литров в минуту Так обходится красота
Здравствуйте! Ваши статьи очень интересны. Хотелось бы поподробнее узнатььпро двигатель Р 15 б 300. Историю разработки, особенности и т. д. В интернете не много информации.Вообще с интересом читаю ваши статьи, увлекся авиационными двигателями. Жаль, что вы сейчас очень редко пишете.
Читать было приятно и интересно. Спасибо!
(за исключением натыкания на места со смайликами — аж передергивало. Это же не переписка смс’ками а статья — отучайтесь от этой друной привычки)
У нас с приятелем возник спор по поводу «форсажа». Он утверждает будто форсаж применялся на винтовой авиации, в частности на Мессершмитт BF109. Так вот, мне интересно само происхождение(годы и страна) слова «Форсаж». С годами теряется первоначальный смысл и лет через 10 слово могут применить куда угодно.
К сожалению, не знаю точного происхождения этого слова. Однако подозреваю, что произошло оно от слова «сила» (force), во французском оно же означает «интенсивность». И само слово «форсаж» означает для техники ускорение темпа и увеличение мощности. Оно не является принадлежностью именно реактивного двигателя. Форсируют в том числе и поршневые двигатели автомобилей. У Bf109 была система форсирования двигателя, заключавшаяся во впрыскивании в цилиндре смеси воды с метанолом, повышающая мощность двигателя на 10-15%. Это был кратковременный режим. Слово форсаж означает также и работу с перегрузкой (что соответствует режиму форсажа на ТРДФ) и применяется даже в медицине для описания определенных процессов. Интересно, что только в русском языке форсажный режим работы ТРДФ обозначается этим словом (форсаж). В других языках используется слово, аналогичное английскому afterburner (afterburning) — т.е. «после основной камеры сгорания — burner»….
Здравствуйте. Я не пойму такую вещь. Если на форсажном режиме после турбины начинает сгорать топливо, значит давление за турбиной возрастает. Если это так, то степень понижения давления уменьшается? И мощность уменьшается. Или это не так?
Все так :-)… Однако двигатель проектируется с учетом такого режима. Сопло перед включением форсажа открывается, кроме того автоматика работает на сохранение заданной частоты вращения (обычно увеличением подачи топлива), а значит и сохранения мощности. При включении форсажа конечно возможны колебания оборотов и температуры (забросы, падения), так называемые провалы тяги, но автоматика все стабилизирует…
когда служил в ЦГВ не раз видел полёты МИГ-27 И часто по ночам летали… заметил,что форсаж чаще включали на взлёте.Красота! фиолетово-голубые кольца пламени!
У самолетов семейства МиГ-23 (в т.ч. Миг-27) форсажное пламя действительно очень красиво… сам факел длинный и изумительные кольца… Еще вариации цвета бывают разные. Кстати, касаясь теории, чем пламя больше в красные оттенки, тем качество сгорания топлива хуже. Чем ближе в фиолетовые, тем лучше. И чем длиннее факел после двигателя, тем хуже КПД двигателя. Но это конечно на красоту не влияет :-)… А использование форсажа в наземных условиях только при взлете… Еще может при наземном опробовании после выполнения специальных работ….
просто и доходчиво!так держать!
Спасибо за статью!
А можете рассказать от чего зависит изменение размера сопла форсажной камеры?
Перед включением форсажа сопло раскрывается. Величина и момент раскрытия определяется автоматикой и происходит по специальному закону, в этой автоматике заложенному. Диаметр сопла рассчитывается из соображения обеспечения максимальной тяги при сохранении устойчивости работы двигателя без забросов или провалов (или с минимальными) температуры и оборотов, а также из соображений прочности элементов сопла, турбины и камеры сгорания. примерно так :-)…
Я бы ответил несколько по-другому. Для дожигания остаточного кислорода, а в ТРДДФ к газам из-за турбины добавляется воздух второго контура, добавляется такое количество топлива, которое близко к стехиометрическому соотношению (полное сгорание — голубое пламя). Площадь сопла регулирует параметры турбины ротора низкого давления таким образом, чтобы изменение форсажного режима не сказывалось на режиме работы двигателя, так как при форсаже частота вращения роторов максимальные. А есть ещё «глубокое дросселирование форсажа» (ГДФ), когда при работающей форсажной камере можно снижать частоту вращения газогенератора. Это другая история…
Еще в конце 80-х гг. я слышал, что у МиГ-25 форсажный режим не просто длительного использования, он у него основной и даже крейсерский (при крейсерской сверхзвуковой скорости). И фактически он работает почти как прямоточный, а ГТД-часть дает существенный вклад в основном на малых скоростях и на земле. Интересно, насколько это соответствует действительности? И насколько в этом смысле отличается его потомок — МиГ-31?
К сожалению, в последнее время не успеваю отвечать вовремя, прошу прощения за это…
Двигатель, стоявший на МИГ-25 (Р-15Б-300), — один из немногих ТРДФ, время работы которого на форсажном режиме в полете неограничено. Уникальный движок, первоначально созданный для установки на стратегической крылатой ракете, он гораздо лучше чувствовал себя на больших скоростях. В теории авиационных реактивных двигателей есть такое понятие, как «вырождение компрессора». То есть с ростом скорости полета поступающий воздух получает достаточное сжатие во входном устройстве и необходимость в компрессоре как бы отпадает. А если нет компрессора, значит двигатель прямоточный. На ТРД (ТРДФ), предназначенных для полета на больших сверхзвуковых скоростях (как основной режим) обычно короткий, то есть «малоступенчатый» компрессор, нужный в большей степени для того, чтобы приемлемо обеспечить работу на малых скоростях-высотах, а далее ему помогает скорость. Например, ТРДФ АЛ-21Ф-3 (СУ-24) имеет 14-ступенчатый компрессор, а Р-15Б-300 — 5-ступенчатый, поэтому у них и предназначение разное. Движки самолета SR-71 имеют вообще 4 ступени компрессора. Так что, в общем, все верно :-)…
Что касается МИГ-31, то на нем стоят двухконтурные двигатели с форсажем (ТРДДФ) Д-30Ф6 (в компрессоре 5 ступеней КНД и 10 — КВД), являющиеся глубокой переработкой движков Д-30, установленных на ТУ-134 (Д-30КУ — ТУ-154, Д-30-КП — ИЛ-76). Они вполне справляются со своей задачей, хотя форсажный режим — это уже не есть их основная стихия. Однако ведь здесь и концепция изменилась. МИГ-31 — это барражирующий перехватчик (это ему позволяют экономичные двухконтурные двигатели). Скорость его и разгонные характеристики, скажем так :-), на уровне МИГ-25 (или чуть меньше), конструкторы постарались :-), а дальность (или длительность нахождения в воздухе) позволяет ему конкретно «давить» на нарушителей. Не секрет, что благодаря МИГ-31 прекратились полеты SR-71 к нашим границам. МИГ-25, к сожалению, при всех его отличных качествах не хватало дальности для того, чтобы их отвадить. Кроме того МИГ-31 — очень «умная» машина. РЛС и все такое — как говорится, очень-очень :-). По крайней мере так было… Вот как-то так…
Правда, еще хочу заметить, что Р-15Б-300 — истинно скоростной движок. И достижение еще больших скоростей ограничивалось только прочностью планера и особенностями аэродинамики самолета МИГ-25. После М=2,83 возможно было лавинообразное увеличение скорости, и летчику предписывалось принимать меры к недопущению этого…
Классный самолет был :-)… И очень красивый. Здорово, что мне довелось с ним пообщаться «вживую».
Форсаж — знатное зрелище! и для меня это в первую очередь авиационный термин, а не для гонок уличных, как в этих фильмах, которые смотрел краем глаза и ничего интересного не нашел.
Больше всего с детства меня впечатляли скоростные перехватчики МиГ-25 и МиГ-31, форсаж — это их стихия!
Насчет амер.разведчиков знаю о SR-71, а вот про А-12 не слыхал — это его предшественник?? Очень похож! Скорость тоже небось 3М развивал??
Наш МиГ-25 «форсажнее» все равно! ))
Совершенно с вами согласен! Отличные слова «Гимн мощности»… Кто, как говорится, в теме, тот именно так все это воспринимает. Только восхищение….
Спасибо за статью! Я сама работаю на предприятии производящем эти двигатели. Очень интересно и доступно написано, кое-что узнала нового. С удовольствием посмотрела фото и видео….
Не за что :-)… Заходите еще, буду рад. Судя по Вашему адресу Вы работаете на Омском моторостроительном. Я на этом заводе весной 1985-го месяц переучивался на изд.89 (двигатель АЛ-21Ф3). Неужели его там еще делают? Или только ремонтируют?… Вобщем впечатления и воспоминания самые хорошие и о заводе и об Омске. Отличное было время :-)…
Да, действительно я там и работаю. И мы только ремонтируем «89» изделие, новых не производим. Я как раз в сборочном цехе работаю технологом. Очень интересная, творческая работа, каждый день разные вопросы по «лечению» изделий.
Да, работа действительно интересная. Я в армии работал в группе диагностики и ремонта двигателей (в том числе и 89), а потом после армии на ремонтном предприятии по ремонту этих же 89, в Риге, испытателем на стенде. Очень нравилась такая работа. Так что мы с Вами коллеги в определенном смысле :-)…
Статья просто супер.Мощная техника. Красивая. Большое спасибо. Удачи и процветания.