Помпаж в авиадвигателях

[vorvalm]

aircraft+ в сообщении #1036601 писал(а):

3. Воздух после каждой ступени компрессора ускоряется и вследствие уравнения Бернулли и уравнения неразрывности давление после каждой ступени должно падать. Однако проточная часть компрессора сконфигурирована так, что давление там не падает, а скорее наоборот, увеличивается за счёт сужения проточной части.
Однако это справедливо только для номинальной скорости вращения. Для других скоростей давление на последних ступенях компрессора может как повышаться выше номинального, так и понижаться, создавая разрежение, которое и является третьим фактором, всасывающим воздух в компрессор из атмосферы.

На двигателе АЛ-7Ф девять ступеней компрессора, степень сжатия около 10.
Следовательно каждая ступень повышает степень сжатия более чем на 1.
Говорить о разряжении просто неуместно.

[aircraft+]

vorvalm в сообщении #1036622 писал(а):

Говорить о разряжении просто неуместно.

Это на номинальных оборотах в нормальном режиме. Но мы рассматриваем не нормальный режим.

[aircraft+]

vorvalm в сообщении #1036622 писал(а):

На двигателе АЛ-7Ф девять ступеней компрессора, степень сжатия около 10.
Следовательно каждая ступень повышает степень сжатия более чем на 1.

Что значит "каждая ступень повышает степень сжатия более чем на 1" ? То есть, нет сжатия ?
Если предположить, что сжатие в десять раз распределено между ступенями равномерно, то степень сжатия одной ступени не более 1.3. То есть, давление перед ступенью и за ней при номинальной частоте отличаются не более, чем на 30%. Это не так много. Поэтому изменение частоты вращения может легко привести к тому, что за одной ступенью компрессора может возникнуть понижение давления относительно входа.

[dvb]

Xey в сообщении #1034226 писал(а):

Да, компрессор сжимает небольшой объём воздуха до давления немного выше чем в камере сгорания. А турбину крутит большой объём продуктов сгорания.

Ну, что Вы, право... Авиационный двигатель - это не ракетный двигатель. Принцип реактивного движения - выбрасывание за борт некоторой массы с большой относительной скоростью. Масса эта называется рабочим телом. В ТРД это, в основном, воздух (да и в других авиационных двигателях-тоже). Воздух - это азот и кислород. Кислород, естественно, окисляет керосин, но дела это не меняет. Если Вы думаете, что рабочее тело керосин - то глубоко заблуждаетесь. Напомню, что керосин, сгорая, дает воду H2O и углекислый газ CO2. Атомный вес углерода 12, кислорода 16, азота 14. Азота в воздухе 80% - он не горит, кислорода - 20%. Именно ускоренный воздух и есть это самое рабочее тело. И сколько его влетит в воздухозаборник, столько же и вылетит. А керосин нужен, чтобы этот воздух нагреть, тогда он, расширяясь в сопле вылетит с большей скоростью, чем влетел. Компрессор же нужен, чтобы воздуха набрать побольше. И, поскольку объем двигателя ограничен, приходится его сжимать.

[Xey]

Компрессор сжимает небольшой объём воздуха. В камере сгорания воздух нагревается и его объём увеличивается, но давление не превышаеат давления, создаваемого компрессором. Большой объём воздуха (а не маса) крутит турбину.
Что не так?

[dvb]

Xey в сообщении #1037103 писал(а):

Компрессор сжимает небольшой объём воздуха. В камере сгорания воздух нагревается и его объём увеличивается, но давление не превышаеат давления, создаваемого компрессором. Большой объём воздуха (а не маса) крутит турбину.
Что не так?

Да как-то все не в струю... Компрессор в единицу времени пропускает через себя некоторое количество (а количество в физике - масса) воздуха. Это количество он сжимает и оно подается в камеру сгорания где, опять таки, в единицу времени с его помощью сжигают некоторое количество керосена, и температура образовавшегося газа увеличивается. Как именно достигается тот результат, что этот горячий газ не прет обратно в комрессор, а расширяясь и ускоряясь устремляется на лопатки турбины, я не знаю, но другого способа, кроме как устроить хитрый профиль камеры сгорания, не вижу. А дальше этот газ, имея определенную скорость, то есть кинетическую энергию, передает ее небольшую часть (какую - не знаю) лопаткам турбины, за которой продолжает расширяться и ускоряться. На выходе этот газ, в сопутствующей системе самолета, имеет определенный удельный импульс, ну и по закону сохранения импульса...
Судя по картинке на первой странице, профиль давлений по сечениям двигателя весьма непростой. Принципиально важным с точки знения возникновения помпажа является то, что в сечении, где воздух из полости копрессора попадает в камеру сгорания, градиент давления отрицательный, то есть сжатый воздух таки идет из компрессора в камеру сгорания, а не наоборот. Автоматика двигателя должна так дозировать подачу топлива, чтобы этот градиент, во всяком случае, был всегда отрицательным, иначе двигатель просто заглохнет.
Предположим, в какой-то момент что-то воспрепятствовало попаданию в воздухозаборник нужного количества воздуха (например, резко изменился угол атаки по отношению к набегающему потоку), давление за компрессором начинает падать, подача воздуха в камеру сгорания падает, керосин не сгорает, обороты падают, давление за компессором падает, усугубляя ситуацию. Вот и положительная обратная связь.
Вероятно, есть и другие механизмы. Было бы неплохо разобраться, как работает компрессор, а это, судя по рисунку, штука непростая...
Мне не нравятся раззговоры о том, что давление за каждой ступенью равномерно повышается. Компрессор занимается тем, что на выходе задает воздушному потоку тангенциальную скорость, а давление создается тем, что где-то этот поток во что-то упирается. Скорость падает, а давление в этом месте растет. Вот тут-то оно и работает, противодействуя давлению нагреваемого газа при сжигании керосина.

[vorvalm]

dvb в сообщении #1037269 писал(а):

Компрессор в единицу времени пропускает через себя некоторое количество (а количество в физике - масса) воздуха.

АЛ-7ф пропускает 115 кг воздуха в секунду.

[Xey]

Камера сгорания у паровоза или у ракеты нужна для увеличения объёма рабочего тела (путём увеличения его температуры) . В область нагрева насосом закачивается холодный газ, вода или компоненты горючего. Увеличившиеся в объёме рабочее тело толкает поршень, крутит турбину или создаёт силу реакции.
Если в котле паровоза 100 атмосфер, то и воду в него заканчивают под таким же давлением. На закачку воды тратят энергию, но пар из этой воды производит больше энергии, чем затратили.

[vorvalm]

vorvalm в сообщении #1037286 писал(а):

АЛ-7ф пропускает 115 кг воздуха в секунду.

Для полного сжигания 1 кг керосина необходимо 15 кг воздуха.
При таком расходе воздуха сколько же надо керосина?

[Xey]

Хорошо бы уточнить какого типа этот двигатель, пропускающий 115 кг воздуха.
Турбореактивный
Турбовентиляторный
Турбовинтовой

[vorvalm]

Xey в сообщении #1038305 писал(а):

Турбореактивный

[dvb]

vorvalm в сообщении #1037286 писал(а):

АЛ-7ф пропускает 115 кг воздуха в секунду.

С ума сойти! При нормальном давлении 1 кг воздуха - примерно кубометр. То есть, двигатель прогоняет через себя 115 кубометров в секунду.

vorvalm в сообщении #1038266 писал(а):

Для полного сжигания 1 кг керосина необходимо 15 кг воздуха.
При таком расходе воздуха сколько же надо керосина?

Значительная часть (какая - не знаю) воздуха проходит мимо камеры сгорания, охлаждая ее снаружи. В конструкции масса дырок, через которые циркулирует сжатый воздух. Военные керосин не экономят, а граданские двигатели довольно экономичны.
Нас, однако, интересует механизм помпажа. Он связан с режимом работы компрессора. Думаю, в деле участвуют три параметра: скорость набегающего потока, обороты компрессора и давление в камере сгорания.
Вот что пишут в Википедии "Помпаж (авиация)"

Цитата:

Возникающие при срыве потока со спинок лопаток вихри неустойчивы и имеют тенденцию к самовозрастанию. Образующаяся вихревая пелена, распространяясь в межлопаточном канале, уменьшает эффективное сечение потока, в результате чего расход воздуха значительно уменьшается. Наступает момент, когда вихри полностью заполняют межлопаточные каналы, подача воздуха компрессором при этом прекращается. В последующее мгновение происходит смывание вихревой пелены, при этом возможен выброс воздуха на вход в компрессор. Повторное и многократное поджатие одной и той же порции воздуха в компрессоре при помпаже приводит к повышению температуры воздуха на входе в компрессор (в результате многократного подвода энергии к одной и той же массе воздуха).

Физики тут не густо, чего стоит, например, термин "вихревая пелена", которая и есть турбулентный поток, но, к слову сказать, содержательное физическое описание турбулентного состяния мне не попадалось - там голая эмпирика. Известно только, что давление в таком потоке скачет от точки к точке, а в среднем оно ниже окружающего ламинарного потока, поскольку локальные скорости среды большие.

[Chifu]

Вы рассматриваете компрессор - лопаточную машину, поэтому кроме осевой скорости потока и окружной скорости ротора, важным параметром является скорость потока относительно лопаток (геометрическая разность осевой скорости и окружной скорости), а именно угол атаки потока. Уменьшается расход воздуха - увеличивается угол атаки, увеличивается окружная скорость - увеличивается угол атаки. Угол атаки выше критического - начинаются срывы потока на спинках лопаток.