विमान गैस टर्बाइन इंजन

सभी को नमस्कार! इस लेख में मैं बात करना चाहता हूं कि विमान गैस टरबाइन इंजन (GTE) कैसे काम करते हैं। मैं इसे सबसे सरल और समझने योग्य भाषा बनाने की कोशिश करूंगा।

विमानन GTE में विभाजित किया जा सकता है:

• टर्बोजेट इंजन (टर्बोजेट इंजन)
• डबल-सर्किट टर्बोजेट इंजन (टर्बोजेट इंजन)
• टर्बोप्रॉप इंजन
• टर्बोजेट इंजन (TVAD)

इसके अलावा, टर्बोफैन इंजन और टर्बोफैन इंजन में एक आफ्टरबर्नर हो सकता है, इस स्थिति में वे क्रमशः टर्बोफैन इंजन और टर्बोफैन इंजन होंगे। इस लेख में हम उन पर विचार नहीं करेंगे।

चलो टर्बोजेट इंजन के साथ शुरू करते हैं।

टर्बोजेट इंजन

इस प्रकार का इंजन 20 वीं शताब्दी के पूर्वार्ध में बनाया गया था और द्वितीय विश्व युद्ध के अंत तक व्यापक उपयोग खोजने लगा। दुनिया का पहला उत्पादन टर्बोजेट विमान जर्मन Me.262 था। टर्बोजेट इंजन 60 के दशक तक लोकप्रिय थे, जिसके बाद उन्हें टर्बोजेट इंजनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाने लगा।


2016 में ली गई मॉडर्न Me-262 फोटो

सरलतम टर्बोजेट इंजन में निम्नलिखित तत्व शामिल हैं:

• इनपुट डिवाइस
• कंप्रेसर
• दहन कक्ष
• टरबाइन
• जेट नोजल (इसके बाद बस नोजल)

हम कह सकते हैं कि यह सामान्य इंजन ऑपरेशन के लिए न्यूनतम सेट है।

अब विचार करें कि आपको क्या और क्यों चाहिए।

इनपुट डिवाइस एक विस्तार * चैनल है जिसमें हवा कंप्रेसर को आपूर्ति की जाती है और पूर्व-संपीड़ित होती है। इसमें, आने वाली हवा की गतिज ऊर्जा को आंशिक रूप से दबाव में परिवर्तित किया जाता है।

* इसके बाद हम सबसोनिक गति के बारे में बात करेंगे। सुपरसोनिक गति से, भौतिकी बदल रही है, और वहां सब कुछ पूरी तरह से अलग है।

एक कंप्रेसर एक उपकरण है जिसमें हवा का दबाव बढ़ जाता है। कंप्रेसर को इस तरह के मूल्य द्वारा दबाव बढ़ाने की डिग्री के रूप में चित्रित किया जा सकता है। आधुनिक इंजनों में, यह पहले से ही 40 इकाइयों से आगे बढ़ना शुरू कर रहा है। इसके अलावा, इसमें तापमान बढ़ता है (शायद कहीं-कहीं 400 डिग्री सेल्सियस तक)।

दहन कक्ष - एक उपकरण जिसमें ईंधन दहन के कारण संपीड़ित हवा (कंप्रेसर के बाद) को गर्मी की आपूर्ति की जाती है। दहन कक्ष में तापमान बहुत अधिक है, 2000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है। यह आपको लग सकता है कि कक्ष में गैस का दबाव भी बहुत बढ़ जाता है, लेकिन ऐसा नहीं है। यह सैद्धांतिक रूप से माना जाता है कि निरंतर दबाव में गर्मी की आपूर्ति की जाती है। हकीकत में, यह नुकसान (अपूर्ण निर्माण की समस्या) के कारण थोड़ा गिरता है।

एक टरबाइन एक उपकरण है जो दहन कक्ष के बाद गैस की ऊर्जा के भाग को कंप्रेसर ड्राइव की ऊर्जा में परिवर्तित करता है। चूंकि टर्बाइन का उपयोग न केवल विमानन में किया जाता है, इसलिए एक अधिक सामान्य परिभाषा दी जा सकती है: यह एक उपकरण है जो शाफ्ट पर यांत्रिक कार्यों में काम कर रहे तरल पदार्थ (हमारे मामले में, काम कर रहे द्रव गैस है) की आंतरिक ऊर्जा को परिवर्तित करता है। जैसा कि आप समझ सकते हैं, टरबाइन और कंप्रेसर एक ही शाफ्ट पर हैं और कठोर रूप से परस्पर जुड़े हुए हैं। यदि कंप्रेसर में गैस के दबाव में वृद्धि होती है, तो टरबाइन में, इसके विपरीत, एक कमी, यानी गैस का विस्तार होता है।

एक नोजल एक संकरा चैनल है जिसमें गैस की संभावित ऊर्जा को गतिज (टरबाइन के बाद गैस की शेष ऊर्जा आरक्षित) में परिवर्तित किया जाता है। एक टरबाइन में, गैस का विस्तार नोजल में होता है। एक जेट रूप, जो नोजल से उभरता है, विमान को स्थानांतरित करता है।

मूल तत्वों के साथ हल किया। लेकिन फिर भी यह बहुत स्पष्ट नहीं है कि यह कैसे काम करता है? फिर से, संक्षेप में।

वायुमंडल से वायु इनलेट में प्रवेश करती है, जहां यह थोड़ा संकुचित होता है और कंप्रेसर में प्रवेश करता है। कंप्रेसर में, हवा का दबाव और भी मजबूत हो जाता है, और तापमान बढ़ जाता है। कंप्रेसर के बाद, हवा दहन कक्ष में प्रवेश करती है और, वहाँ ईंधन के साथ मिलाया जाता है, प्रज्वलित होता है, जिससे तापमान में मजबूत वृद्धि होती है, आप कह सकते हैं, निरंतर दबाव। दहन कक्ष के बाद, गर्म संपीड़ित गैस टरबाइन में प्रवेश करती है। गैस की ऊर्जा का एक हिस्सा टरबाइन द्वारा कंप्रेसर के घूमने पर खर्च किया जाता है (ताकि यह ऊपर वर्णित अपने कार्य को कर सके), ऊर्जा का एक और हिस्सा हम जिस विमान की जरूरत है, उस गति पर खर्च किया जाता है, इस तथ्य के कारण कि टरबाइन से गुजरने वाली गैस नोजल में एक जेट स्ट्रीम में बदल जाती है और वातावरण में इससे (नोजल) बच जाता है। यह चक्र पूरा करता है। बेशक, वास्तव में, चक्र की सभी प्रक्रियाएं निरंतर हैं।

इस तरह के एक चक्र को ब्राइटन चक्र, या काम की प्रक्रिया की निरंतर प्रकृति और निरंतर दबाव में गर्मी की आपूर्ति के साथ एक थर्मोडायनामिक चक्र कहा जाता है। इस चक्र में, सभी गैस टरबाइन इंजन काम करते हैं।


पीवी में ब्राइटन चक्र समन्वय करता है

एचबी - इनपुट डिवाइस में संपीड़न प्रक्रिया
वीके - कंप्रेसर में संपीड़न प्रक्रिया
KG - आइसोबैरिक हीट इनपुट
जीटी - एक टरबाइन में गैस विस्तार की प्रक्रिया
जीएस - नोजल में गैस विस्तार की प्रक्रिया
CH - वायुमंडलीय ऊष्मा का वायुमंडल से निष्कासन


टर्बोजेट इंजन का योजनाबद्ध डिज़ाइन, जहाँ 0-0 इंजन की धुरी है

टर्बोजेट इंजन में दो शाफ्ट हो सकते हैं। इस मामले में, कंप्रेसर में एक कम दबाव कंप्रेसर (LPC) और एक उच्च दबाव कंप्रेसर (HPC) होते हैं, और निम्न दबाव टरबाइन (HPH) और उच्च दबाव टरबाइन (HPD) क्रमशः काम की आपूर्ति करेंगे। इस तरह की योजना अधिक लाभकारी है।


इस तरह का एक अनुभागीय वास्तविक इंजन

हमने एक विमान गैस टरबाइन इंजन की सबसे सरल योजना के संचालन के सिद्धांत की जांच की। स्वाभाविक रूप से, आधुनिक एयरबस और बोइंग इंजनों पर टर्बोफैन इंजन स्थापित किए जाते हैं, जिनमें से डिजाइन बहुत अधिक जटिल है, लेकिन यह समान कानूनों के अनुसार काम करता है। आइए उन पर नजर डालते हैं।

बाईपास टर्बोजेट इंजन

टर्बोफैन इंजन, सबसे पहले, टर्बोफैन इंजन से भिन्न होता है कि इसमें दो सर्किट होते हैं: बाहरी और आंतरिक। आंतरिक सर्किट में टर्बोजेट इंजन के समान होता है: कंप्रेसर (कम दबाव और उच्च दबाव पंपों में विभाजित), दहन कक्ष, टरबाइन (उच्च दबाव और उच्च दबाव पंपों में विभाजित) और नोजल। बाहरी सर्किट एक चैनल है, जिसके अंत में एक नोजल है। इसमें न तो एक दहन कक्ष है और न ही एक टरबाइन। दोनों सर्किट के सामने (इंजन के इनपुट डिवाइस के तुरंत बाद) एक कंप्रेसर स्टेज है जो दोनों सर्किट पर काम कर रही है।

एक बहुत स्पष्ट तस्वीर नहीं निकलती है, है ना? आइए देखें कि यह कैसे काम करता है।


ट्विन-शाफ्ट ट्विन-सर्किट टर्बोजेट इंजन का योजनाबद्ध डिज़ाइन

इंजन में प्रवेश करने वाली हवा, कम दबाव वाले कंप्रेसर के पहले चरण से गुजर रही है, दो प्रवाह में विभाजित है। हवा का एक हिस्सा आंतरिक सर्किट के साथ जाता है, जहां वही प्रक्रियाएं होती हैं जो तब वर्णित की गई थीं जब हमने टर्बोजेट इंजन को डिसाइड किया था। हवा का दूसरा हिस्सा बाहरी सर्किट में प्रवेश करता है, कम दबाव स्विच के पहले चरण से ऊर्जा प्राप्त करता है (वह जो दो सर्किट पर काम करता है)। बाहरी सर्किट में, हाइड्रोलिक ऊर्जा (घर्षण के कारण) पर काबू पाने पर ही ऊर्जा खर्च की जाती है। अंत में, यह हवा बाहरी सर्किट के नोजल में प्रवेश करती है, जिससे जबरदस्त कर्षण होता है। बाहरी सर्किट द्वारा निर्मित जोर पूरे इंजन के जोर का 80% हिस्सा हो सकता है।

टर्बोफैन इंजन की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक बाईपास अनुपात है। बाईपास अनुपात आंतरिक सर्किट में बाहरी सर्किट में वायु प्रवाह के वायु प्रवाह का अनुपात है। यह संख्या एक से अधिक या कम हो सकती है। आधुनिक इंजनों पर, यह संख्या 12 इकाइयों के मूल्य से आगे निकल जाती है।
इंजन, जिसका बाईपास अनुपात दो से अधिक है, आमतौर पर टर्बोफैन कहा जाता है, और कंप्रेसर का पहला चरण (जो दोनों सर्किट पर काम करता है) एक प्रशंसक है।


टर्बोजेट विमान बोइंग 757-200। अग्रभूमि में आप इनपुट डिवाइस और पंखे देख सकते हैं

कुछ इंजनों पर, प्रशंसक एक अलग टरबाइन द्वारा संचालित होता है, जिसे आंतरिक सर्किट के नोजल के सबसे करीब रखा जाता है। फिर इंजन तीन-शाफ्ट निकला। उदाहरण के लिए, रोल्स रॉयस RB211 इंजन (L1011, B747, B757, B767 पर स्थापित), D-18T (An-124), D-36 (याक -42) इस तरह की योजना के अनुसार बनाए गए हैं।


अंदर के संदर्भ में डी -18 टी

टर्बोफैन इंजन का मुख्य लाभ एक टर्बोफैन इंजन की तुलना में महान कर्षण और अच्छी दक्षता बनाने की क्षमता है।

इस पर, मैं टर्बोफैन इंजन के बारे में खत्म करना चाहता हूं और अगले प्रकार के इंजन - टर्बोजेट इंजन पर आगे बढ़ना चाहता हूं।

टर्बोप्रॉप इंजन

एक टर्बोप्रॉप इंजन, एक टर्बोजेट की तरह, गैस टर्बाइन इंजन के अंतर्गत आता है। और यह लगभग टर्बोजेट की तरह काम करता है। एक प्राथमिक टर्बोप्रॉप इंजन में पहले से ही परिचित तत्व होते हैं: एक कंप्रेसर, एक दहन कक्ष, एक टरबाइन और एक नोजल। उनके लिए एक गियरबॉक्स और एक स्क्रू जोड़ा जाता है।



ऑपरेशन का सिद्धांत एक टर्बोजेट के समान है, इस अंतर के साथ कि कंप्रेसर को घुमाने और गियरबॉक्स के माध्यम से पेंच को घुमाने के लिए टरबाइन पर लगभग सभी गैस ऊर्जा खर्च की जाती है (यहां पेंच और गियरबॉक्स कंप्रेसर के समान शाफ्ट पर हैं)। पेंच जोर के थोक बनाता है। टरबाइन के बाद शेष, ऊर्जा का एक हिस्सा नोजल में निर्देशित होता है, एक जेट जोर बनाता है, लेकिन यह छोटा है, यह कुल का दसवां हिस्सा हो सकता है। इस सर्किट में गियरबॉक्स को क्रांतियों को कम करने और क्षण को संचारित करने के लिए आवश्यक है, क्योंकि टरबाइन बहुत उच्च आवृत्ति पर घूम सकता है, उदाहरण के लिए, प्रति मिनट 10,000 क्रांतियां, और पेंच केवल 1,500 की जरूरत है। और पेंच काफी भारी है।


थियेटर का योजनाबद्ध डिजाइन

लेकिन टर्बोप्रॉप इंजन की एक और योजना है: एक मुफ्त टरबाइन के साथ।
इसका सार यह है कि एक अलग टरबाइन को पारंपरिक कंप्रेसर टरबाइन के पीछे रखा जाता है, जो यंत्रवत् रूप से कंप्रेसर टरबाइन से जुड़ा नहीं है। ऐसे टरबाइन को फ्री कहा जाता है। कंप्रेसर टरबाइन और मुक्त टरबाइन के बीच संबंध केवल गैस-गतिशील है। एक अलग शाफ्ट एक मुक्त टरबाइन से जाता है, जिस पर एक पेंच के साथ गियरबॉक्स लगाया जाता है। बाकी सब कुछ उसी तरह काम करता है जैसे पहले मामले में। अधिकांश आधुनिक इंजन बिल्कुल इसी तरह से प्रदर्शन करते हैं। ऐसी योजना के फायदों में से एक प्रोपेलर को स्थानांतरित किए बिना इंजन को सहायक बिजली इकाई (एपीयू) के रूप में जमीन पर उपयोग करने की क्षमता है।


एक मुक्त टरबाइन के साथ टरबाइन इंजन का योजनाबद्ध डिजाइन

मैं यह नोट करना चाहता हूं कि टर्बोप्रॉप इंजन को अतीत के अप्रभावी अवशेष के रूप में देखना आवश्यक नहीं है। मैंने कई बार ऐसे बयान सुने हैं, लेकिन वे गलत हैं।
कुछ मामलों में एक टर्बोप्रॉप इंजन में सबसे अधिक दक्षता होती है, एक नियम के रूप में, हवाई जहाज पर बहुत अधिक गति नहीं होती है (उदाहरण के लिए, 500 किमी / घंटा), इसके अलावा, विमान प्रभावशाली आकार का हो सकता है। इस मामले में, टर्बोप्रॉप इंजन पहले से माने जाने वाले टर्बोजेट इंजन की तुलना में कई गुना अधिक लाभदायक हो सकता है।

टर्बोप्रॉप इंजन के बारे में आप इसे खत्म कर सकते हैं। हमने धीरे-धीरे टर्बोशाफ्ट इंजन की अवधारणा से संपर्क किया।

टर्बो इंजन

यहाँ अधिकांश पाठकों को पहले ऐसा नाम सुनना चाहिए। इस तरह का इंजन हेलीकॉप्टरों पर लगाया जाता है।

टर्बोशाफ्ट इंजन एक टर्बो-प्रो इंजन के समान है जो एक मुफ्त टरबाइन के साथ है। इसमें एक कंप्रेसर, एक दहन कक्ष, एक कंप्रेसर टरबाइन भी शामिल है, फिर एक मुफ्त टरबाइन आता है, जो पिछले सभी गैसिडायनामिक रूप से जुड़ा हुआ है। लेकिन ऐसा इंजन जेट थ्रस्ट नहीं बनाता है, इसमें जेट नोजल नहीं होता है, केवल निकास होता है। एक मुफ्त टरबाइन का अपना शाफ्ट होता है, जो हेलीकॉप्टर (रोटर) के मुख्य गियरबॉक्स से जुड़ा होता है। हां, मुझे पता है कि सभी हेलीकाप्टरों में ऐसे गियरबॉक्स हैं, और, एक नियम के रूप में, यह प्रभावशाली आकार का है। तथ्य यह है कि हेलीकॉप्टर की रोटर की गति बहुत कम है। यदि एक हवाई जहाज में, जैसा कि मैंने ऊपर लिखा था, वे 1,500 आरपीएम तक पहुंच सकते हैं, फिर एक हेलीकाप्टर में, उदाहरण के लिए, एमआई -8 में, केवल 193 आरपीएम।
एक हेलीकाप्टर इंजन की गति अक्सर बहुत अधिक होती है (छोटे आकार के कारण), और उन्हें सौ या अधिक बार कम करना पड़ता है। ऐसा होता है कि गियरबॉक्स इंजन पर और हेलीकाप्टर पर ही होता है, उदाहरण के लिए, एमआई -2 और इसका इंजन GTD-350।


एक टर्बोशाफ्ट इंजन का योजनाबद्ध डिजाइन


Mi 8 हेलीकॉप्टर से TV3-117 इंजन। निकास पाइप और ड्राइव शाफ्ट दाईं ओर दिखाई दे रहे हैं।

इसलिए, हमने चार प्रकार के गैस टरबाइन इंजनों की जांच की। मुझे आशा है कि मेरा पाठ आपके लिए स्पष्ट और उपयोगी था। सभी प्रश्न और टिप्पणियाँ टिप्पणियों में लिखी जा सकती हैं।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद।