Часто можно услышать, как даже технически подкованные люди говорят о «турбине самолета». Это распространенная ошибка, и давайте сразу внесем ясность: у самолета как целого объекта турбины нет. То, что мы видим под крылом или на фюзеляже, — это не турбина.
Внимание, тест! Если вы видите здесь турбину, значит, девушки у вас пока что на первом месте. Если вы понимаете, о чем я. (Boeing 737-800, изображение с официального сайта Boeing)
- Видишь турбину?
- Нет...
- И я не вижу. А она есть.
Что же мы видим на самом деле?
Мы видим гондолу — аэродинамический обтекатель. Внутри нее находится турбореактивный двигатель. И вот внутри этого двигателя, как его ключевая часть, действительно есть турбина! Так что хорошая новость в том, что турбина в авиации существует, но она скрыта от глаз.
Турбина внутри, а снаружи — гондола.
Турбины вокруг нас
Турбины — не эксклюзив авиации. Они широко применяются и в автомобилестроении. Двигатели с ними называют турбированными, что вполне логично. Однако распространено заблуждение, что «турбина включается после 3000 об/мин». На самом деле она работает постоянно, когда двигатель запущен, а ее эффективность зависит от потока выхлопных газов.
Турбомашины: компрессор и турбина
Слово «Turbo» происходит от латинского «вращение». Турбомашины — обширный раздел машиностроения, где турбины являются лишь одной из составляющих. Не менее, а часто и более важную роль играют компрессоры. Именно они отвечают за нагнетание воздуха.
Компрессор — это устройство, которое сжимает и нагревает поток газа или жидкости, повышая его давление.
Воздух через воздухозаборник попадает в тракт компрессора. Там он проходит через чередующиеся вращающиеся (на схеме — красные) и неподвижные (серые) лопатки. Вращающиеся лопатки (ротор) перемещают воздух, а неподвижные (статор) задают ему правильное направление. Пара «ротор + статор» называется ступенью. На изображении показан 9-ступенчатый компрессор.
Принцип работы реактивного двигателя
Сжатый и нагретый воздух из компрессора поступает в камеру сгорания. Туда же впрыскивается топливо, смесь воспламеняется. Раскаленные газы с огромной энергией вырываются из камеры сгорания и попадают на лопатки турбины.
По своей сути, турбина — устройство, обратное компрессору. Если в компрессоре газ сжимается, то в турбине он расширяется. Проходя через нее, газы теряют давление и температуру, но зато раскручивают лопатки турбины. Изображение с сайта hsto.org.
Для чего же нужна турбина?
Главная задача турбины в таком двигателе — быть приводом для компрессора. Газы раскручивают турбину, которая находится на одном валу с компрессором. Вся эта связка — компрессор, камера сгорания и турбина — называется турбокомпрессором или газотурбинным двигателем.
Получается замкнутый цикл: компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания, газы из нее раскручивают турбину, а турбина, в свою очередь, вращает компрессор. Сам по себе этот цикл был бы бессмысленным, если бы не было выхода для энергии. Этим выходом является сопло, через которое газы истекают наружу, создавая реактивную тягу, но это уже тема для отдельного разговора.
Итог и аналогия с компьютером
Подведем итоги: называть весь авиационный двигатель «турбиной» — технически некорректно. Турбина — это лишь его внутренняя часть. Чтобы закрепить понимание, приведем аналогию из мира технологий.
Все мы знаем, что системный блок компьютера — это не процессор. Процессор — это важнейшая, но скрытая внутри деталь. Точно так же и с самолетом: то, что вы видите снаружи (гондола) — это «системный блок», а турбина внутри — это «процессор» двигателя.
Это процессор (внутри компьютера).
Это процессор (внутри двигателя).
Надеюсь, теперь вы никогда не перепутаете эти понятия и будете точно знать, что у самолета есть не турбина, а турбореактивный двигатель, внутри которого и работает эта замечательная деталь.