Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Привет, друзья!

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Старт F-18A с палубы авианосца. Форсаж включен.

Сегодняшний разговор начинаем со всем и каждому известного слова «форсаж«. Однако, сегодня наиболее частая ассоциация в этом случае проводится с серией известных фильмов «Форсаж». Я смотрел только первых три, далее счет уже потерял, стало скучно . Поэтому говорить мы о них сегодня не будем :-). Поговорим о форсаже применительно к авиации.

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.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Взлет МИГ-29. Форсаж во всей красе 🙂 ...

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.

Дело в том, что в турбореактивном двигателе газовый поток, проходящий турбину, еще обладает достаточным количеством кислорода. Этот кислород вполне можно, как говорят, «дожечь». Для этого в затурбинное пространство подается дополнительное топливо, поджигается и сгорает. Тем самым , повышается температура газового потока, то есть его энергия. Соответственно увеличивается скорость истечения газа из сопла и, как следствие, растет тяга двигателя.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

ТРДФ АЛ-21Ф3.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Фронтовой бомбардировщик СУ-24М с ТРДФ АЛ-21Ф3 (2 шт.).

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

СУ-17М4 с двигателем АЛ-21Ф3

Растет она очень даже ощутимо. Обычно этот рост составляет от 30% до 50%, а во многих случаях и более. Например максимальная тяга на ТРДФ АЛ-21Ф3 (стоит на моем любимом 🙂 СУ-24, а также семействе самолетов типа СУ-17М) составляет 7650 кгс, а максимальная форсажная 11050 кгс (данные для СУ-24, для СУ-17 эти цифры больше на 200 кгс). Разница – сами видите 🙂 …

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Схема форсажной камеры ТРД.

Организуется «дожигание» в специальном узле двигателя, именуемом форсажная камера. Это своего рода труба (со средним диаметром двигателя), расположенная между турбиной и соплом. Для правильной организации потока в ней выполнены специальные завихрители (3), между которыми укреплены топливные форсунки (2). Там же расположены воспламенители (6) и специальные пристенные экраны (4). Под цифрой 5 на рисунке – стенки форсажной камеры, под цифрой 1 – затурбинное пространство.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Форсажные камеры и сопла двигателей АЛ-21Ф3 на самолете СУ-24М.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Взлет СУ-17М4 на форсаже.

Надо, однако, сказать, что ТРДФ при использовании форсажа становится очень неэкономичным. Расход топлива возрастает от 60% до 130%. Кроме того на этом режиме двигатель испытывает значительные температурные и механические нагрузки. Если тяга 11 тонн, то представьте какое давление на стенки и узлы камеры и створки сопла :-).

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Перевозка двигателя АЛ-21Ф3. Впереди двигатель, сзади форсажная камера с реактивным соплом.

По этим причинам время работы на форсаже для большинства двигателей (и самолетов, соответственно) ограничено. Обычно это время бывает до нескольких минут. Но существуют, однако, и специально разработанные двигатели для высотных и скоростных самолетов, которые могут работать на форсаже длительное время. Это, например, двигатель Р15Б-300 для самолета МИГ-25 и американский Pratt & Whitney J58-P4, который применялся на разведчиках Lockheed A-12 и Lockheed SR-71. Здесь длительное включение форсажа оправдывается еще и тем, что с ростом скорости экономичность ТРДФ возрастает и на сверзвуке можно повысить тягу двигателя с меньшими затратами топлива.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

ТРДФ Р-15Б-300.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Взлет МИГ-25РБ. Форсаж двигателей включен.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Разведчик Lockheed A12.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Разведчик Lockheed SR-71.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

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.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Сверхзвуковой пассажирский лайнер ТУ-144.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Сверхзвуковой пассажирский лайнер "Конкорд".

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Форсажная камера двигателя самолета ТУ-144 - НК-144А.

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 :-).

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

МИг-31. Взлет. Полный форсаж.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Старт истребителя FA-18A с авианосца.

Узкий конус пламени красновато-желтоватого или даже фиолетового цвета… Да еще бывает в конусе присутствуют световые кольца, следующие друг за другом. Для ТРДФ цвет форсажного пламени зависит от полноты сгорания топлива (чем больше кислорода, тем пламя светлее), а кольца – это так называемые скачки уплотнения, образующиеся из-за периодической перемены скорости в струе газов при взаимодействии с атмосферным воздухом.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Все тот же F-18. Ну разве не красиво? 🙂

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

Взлет стратегического бомбардировщика ТУ-22М3. Цвет форсажного пламени - фиолетовый.

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 :-)…

P.S. Интересно, что по правилам русского языка нужно говорить «двигатель с форсажем» (ударение на букве а). Но в авиации утвердилось произношение «с форсажом» (ударение на о). Так же как и шасси с ударением на а, хотя правильно на и, так же, как и морской компас с ударением на а. Вот такие интересные особенности 🙂 …

P.S.S. Хочу сделать еще одно замечание. Строго говоря на самолетах МИГ-29, МИГ-31, ТУ22М3, F-18, фотографии которых использованы в статье, стоят не ТРД с форсажем, а двухконтурные ТРД с форсажем или ТРДДФ. Об этих двигателях мы еще будем говорить в последующих статьях. Но касательно работы форсажной камеры отличий между ними практически нет. Зато как пример они достаточно эффектны, тем более, что настоящих ТРДФ со временем становится все меньше. Они потихоньку сдают позиции двухконтурным двигателям с форсажной камерой…

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.

До новых встреч.

Фотографии кликабельны.

{lang: 'ru'}

Related posts:

  1. Турбореактивный двигатель. Элементы конструкции.
  2. Турбореактивный двигатель, как тепловая машина. Принцип работы. Просто.
This entry was posted in АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ and tagged . Bookmark the permalink.

33 Комментариев: Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ).

  1. mark говорит:

    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)

    • Юрий говорит:

      Да, вы правы конечно насчет смайликов… Это был еще ранний опыт, теперь уже отучился ..

  2. Lerych говорит:

    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.

    • Юрий говорит:

      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»….

  3. Андрей говорит:

    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?

    • Юрий говорит:

      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…

  4. Михаил говорит:

    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!

    • Юрий говорит:

      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….

  5. зуфар говорит:

    просто и доходчиво!так держать!

  6. Олег говорит:

    Спасибо за статью!
    А можете рассказать от чего зависит изменение размера сопла форсажной камеры?

    • Юрий говорит:

      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 :-)…

      • Сергей говорит:

        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…

  7. Владимир говорит:

    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?

    • admin говорит:

      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».

  8. Костя говорит:

    Статья отличная!

    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! ))

    • admin говорит:

      Все правильно подмечено! Форсаж смотрится очень здорово. И описать это сложно, нужно просто видеть. И днем, и ночью, и летом , и зимой. И у каждого самолета по-своему здорово…. Мощно и удивительно красиво.
      Lockheed A-12 — действительно предшественник SR-71. Предельная его скорость 2,6М.
      И наши все равно «форсажнее», совершенно с Вами согласен :-)…

  9. сергей говорит:

    обслуживал 10 лет ТУ-22М3 , форсаж- это песня ,Гимн мощности этой машины.зрелище и звук просто потрясающее.

    • admin говорит:

      Совершенно с вами согласен! Отличные слова «Гимн мощности»… Кто, как говорится, в теме, тот именно так все это воспринимает. Только восхищение….

  10. Елена говорит:

    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….

    • admin говорит:

      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 :-)…

      • Елена говорит:

        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.

        • admin говорит:

          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 :-)…

  11. Александр говорит:

    Статья просто супер.Мощная техника. Красивая. Большое спасибо. Удачи и процветания.

  12. Владимир говорит:

    Интересно. Кое что подчерпнул. Спасибо!!!

  13. Андрей говорит:

    Зашел, посмотрел, показал жене — теперь мы Ваши поклонники.
    Спасибо за нужную информацию.

  14. Екатерина говорит:

    Очень всё грамотно изложено, но конечно форсажные турбодвигатели от меня далеко очень-очень.

    • admin говорит:

      Да, наши с Вами сайты, конечно, по тематике совсем не рядом стоят :-)… Но это ничего. Не зря в комментарии перед Вами Михаил назвал меня эстетом :-). Это я к тому, что на сайт, сделанный с любовью всегда приятно зайти, полистать и обязательно найдешь что-то для себя любопытное, хотя бы даже картинки или фото. Я вот на Ваш сегодня зашел, и хоть я не женщина :-), и ребенок мой уже скоро сам будет с детьми, нашел для себя кое-что интересное и отзыв оставил. Спасибо!

  15. Виталий говорит:

    Отличная статья, желаю удачи!!!

  16. Михаил говорит:

    Автор, да Вы эстет!)))))
    А походу я к Вам присоединяюсь. Действительно очень интересно смотрятся эти разноцветные огнедышащие языки. Просто представил несколько таких разных самолетов одновременно в ночное время. Это же ни дать ни взять целый фейерверк получится. Эдакая «авиа-дискотека»!

    • admin говорит:

      :-)… Вобщем-то Вы недалеки от истины. В полку в Польше у нас было два типа самолетов МИГ-25 и СУ-24, двигатели разные, форсаж разный. И вот представьте себе ночные полеты. Теплая летняя ночь, на небе только звезды, сидишь на траве, взлетная полоса — вот она, рядом… Взлетают один за другим… Аэронавигационные огни разноцветные горят… У всех разное пламя… Цвет, длинна… И даже грохот двигателей почти как музыка 🙂

  17. Alex_V говорит:

    Спасибо, очень и очень интересно. Ждем-с следующих статей.

  18. Марина говорит:

    Статья понравилась. Вполне понятно, тем более хорошими фото и роликами подкреплена. Удачи.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *