Тепловые двигатели и история создания ГТУ

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Один из самых распространенных двигателей – двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Двигатели внутреннего сгорания устанавливаются на автомобилях, самолетах, танках, тракторах, моторных лодках. ДВС могут работать на жидком топливе (бензин, керосин и т.д.) или на горючем газе.

ДВС обладает рядом преимуществ (компактность, малая масса и др.), и получил широкое распространение. Недостатками ДВС являются:

– жидкое топливо должно быть высокого качества;

– невозможность получить малую частоту вращения (на малых оборотах не работает карбюратор).

В конце XVIII века были созданы паровые поршневые двигатели (паровые машины). Через 100 лет появились паровые турбины. Для работы парового двигателя требуется ряд машин и устройств, что создает ряд проблем.

Газотурбинная установка – это тепловая лопаточная машина, преобразующая химическую энергию топлива, сжигаемого в потоке сжатого воздуха, в механическую работу на валу турбины. ГТУ могут работать как на жидком топливе (керосин, спирт), так и на газе, перекачиваемом ими.

Попытки создания газотурбинной установки прослеживаются из глубокой древности.

Первым применил лопаточные машины известный изобретатель античности Архимед Сиракузский. Его водоподъемный «архимедов винт» - шнек, используемый в разных приложениях уже третье тысячелетие, не что иное, как лопаточная машина.

Первой лопаткой в истории было обыкновенное весло. Более совершенный привод (и также для передвижения по воде) парус – та же лопатка, находящаяся в воздушном потоке. Весло можно считать прототипом нагнетающей (компрессорной) лопатки, а парус – пример предка турбинной (приводной) лопатки.

Основы теории лопаточных машин как самостоятельной дисциплины заложены российским академиком Леонардом Эйлером, впервые описавшим основную схему их работы. В работах Леонардо да Винчи, Бернулли, Ньютона, Лейбница и многих других ученых были достаточно хорошо разработаны основы гидростатики и подготовлен математический аппарат.

Первый газотурбинный двигатель был построен в России в 1897-1900 гг. инженером флота П.Д. Кузьминским. Газотурбинная установка Кузьминского состояла из поршневого компрессора, камеры сгорания и реактивной газовой турбины.

В 1900-1904 в Германии была испытана газотурбинная установка инженера Штольце.

Ряд других инженеров из разных стран усовершенствовали ГТУ. Большое значение имели результаты венгерского инженера Ендрассика в 1937-1939гг. При испытании ГТУ мощностью 100 л. с. КПД установки составлял 21,2%. Эти данные позволили рассматривать этот вид двигателя как перспективный.

В 1941 г. первый полет совершил самолет с газотурбинным (турбореактивным) двигателем в СССР.

В последние годы имеются значительные достижения, как в области аэродинамики турбомашин, так и в разработке жаропрочных сталей и сплавов. Успех аэродинамики и металлургии позволили поднять тепловую экономичность ГТУ до необходимого уровня, и создать предпосылки для внедрения ГТУ в различных областях народного хозяйства