Большая Советская Энциклопедия (ТУ)

Большая Советская Энциклопедия

Турборакетный двигатель

Турбораке'тный дви'гатель (ТуРкД), комбинированный двигатель, в котором рабочее тело для привода турбины турбореактивного двигателя с форсажной камерой вырабатывается жидкостным ракетным двигателем. Перспективно применение ТуРкД на воздушно-космических самолётах и первых ступенях ракет-носителей.

Турбореактивный двигатель

Турбореакти'вный дви'гатель (ТРД), авиационный газотурбинный двигатель, в котором тяга создаётся струей газов, вытекающих из реактивного сопла. ТРД применяются на сверхзвуковых самолётах как маршевые двигатели либо как подъёмные двигатели на самолётах вертикального взлёта и посадки. Атмосферный воздух, поступающий в ТРД при полёте, сжимается в воздухозаборнике и далее в турбокомпрессоре. Сжатый воздух подаётся в камеру сгорания,

в которую впрыскивается жидкое химическое топливо (обычно авиационный керосин). Образовавшиеся при сгорании газы частично расширяются в турбине, вращающей компрессор; окончательное расширение газов происходит в реактивном сопле. Тяга ТРД может быть значительно увеличена (примерно на 30—40%) путём дополнительного сжигания топлива в форсажной камере, расположенной между турбиной и реактивным соплом. Для увеличения диапазона устойчивой работы компрессора ТРД и ТРД с форсажной камерой могут выполняться по двухвальной (двухкаскадной) схеме, при которой турбокомпрессор составляется из двух механически не связанных последовательных каскадов. Перспективно использование ТРД на первых ступенях воздушно-космических самолётов. См. также Авиационный двигатель.

В. И. Бакулев.

Принципиальная схема двухвального турбореактивного двигателя с форсажной камерой для сверхзвуковых самолетов: 1 — воздухозаборник; 2 — осевой компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — турбина; 5 — форсажная камера; 6 — реактивное сопло.

Турбостроение

Турбострое'ние, см. в ст. Энергетическое машиностроение.

Турбоход

Турбохо'д, судно, приводимое в движение паровой или газовой турбиной. Первый паротурбоход — английский «Турбиния» с тремя паровыми турбинами общей мощностью 1,47 Мвт (2000 л. с.), водоизмещением 44 т, развивавшая скорость около 34 уз (62 км/ч) — построен в 1894. Практическое применение паровые турбины нашли почти одновременно на военных кораблях (с 1899) и пассажирских судах (с 1901). Паротурбинные установки — самые мощные из судовых главных двигателей (1976) — устанавливаются на крупнейших морских танкерах, навалочниках, лихтеровозах, быстроходных контейнеровозах, пассажирских судах, военных кораблях. К 1976 почти треть (по валовой вместимости) находящихся в эксплуатации морских транспортных судов была оборудована паровыми турбинами с наибольшей единичной мощностью свыше 40 Мвт; проектируются грузовые суда с паротурбинными установками мощностью 88—110 Мвт.

 Энергетическая установка паротурбохода состоит из главной паровой турбины с зубчатой передачей на гребной винт, 1—2 паровых котлов; некоторые паротурбоходы имеют 2 винта и более. В качестве топлива обычно используется мазут.

Газотурбоходы появились в военно-морском флоте в 1943—48, использование газовых турбин на транспортных морских судах началось с 1951 (английский танкер «Аурис»). Газовые турбины применяют обычно на судах с повышенной мощностью главных двигателей. В советском транспортном флоте с 1968 эксплуатируются сухогрузное универсальное судно — Т. «Парижская Коммуна» с газовой турбиной мощностью 9,5 Мвт, с 1960 — лесовозы типа «Павлин Виноградов» с турбиной мощностью 2,94 Мвт. В 1977 будет построено судно с горизонтальным способом грузовых операций «Атлантика» с 2 турбинами мощностью по 18,4 Мвт. Лёгкие авиационные и судовые газовые турбины получили распространение на судах на подводных крыльях и судах на воздушной подушке. Энергетическая установка газотурбохода состоит из генератора газа (камера сгорания или свободнопоршневой генератор газа) и газовой турбины с зубчатой передачей на гребной вал. Работают турбины на газотурбинном топливе.

Лит. см. при ст. Судно.

Э. Г. Логвинович.

Турбулентное течение

Турбуле'нтное тече'ние (от лат. turbulentus — бурный, беспорядочный), форма течения жидкости или газа, при которой их элементы совершают неупорядоченные, неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями движущихся жидкости или газа (см. Турбулентность). Наиболее детально изучены Т. т. в трубах, каналах, пограничных слоях около обтекаемых жидкостью или газом твёрдых тел, а также так называемых свободные Т. т. — струи,

следы за движущимися относительно жидкости или газа твёрдыми телами и зоны перемешивания между потоками разной скорости, не разделёнными какими-либо твёрдыми стенками. Т. т. отличаются от соответствующих ламинарных течений как своей сложной внутренней структурой (рис. 1), так и распределением осреднённой скорости по сечению потока и интегральными характеристиками — зависимостью средней по сечению или максимальной скорости, расхода, а также коэффициента сопротивления от Рейнольдса числа Re. Профиль осреднённой скорости Т. т. в трубах или каналах отличается от параболического профиля соответствующего ламинарного течения более быстрым возрастанием скорости у стенок и меньшей кривизной в центральной части течения (рис. 2). За исключением тонкого слоя около стенки профиль скорости описывается логарифмическим законом (то есть скорость линейно зависит от логарифма расстояния до стенки). Коэффициент сопротивления l= 8t_w /rv²_cp (где t_w — напряжение трения на стенке, r — плотность жидкости, v_cp — её скорость, средняя по сечению потока) связан с Re соотношением

l^–1/2=(1/ x"O8 ) In (l^1/2 Re) + B,

 где x и В — числовые постоянные.

В отличие от ламинарных пограничных слоев, турбулентный пограничный слой обычно имеет отчётливую границу, беспорядочно колеблющуюся со временем (в пределах 0,4 d — 1,2 d, где d — расстояние от стенки, на котором осреднённая скорость равна 0,99 v, a v — скорость вне пограничного слоя). Профиль осреднённой скорости в пристенной части турбулентного пограничного слоя описывается логарифмическим законом, а во внешней части скорость растет с удалением от стенки быстрее, чем по логарифмическому закону. Зависимость l от Re здесь имеет вид, аналогичный указанному выше.

Струи, следы и зоны перемешивания обладают приблизительно автомодельностью: в каждом сечении х = const любого из этих Т. т. на не слишком малых расстояниях х от начального сечения можно ввести такие масштабы длины и скорости L (x) и v (x), что безразмерные статистические характеристики гидродинамических полей (в частности, профили осреднённой скорости), полученные при применении этих масштабов, будут одинаковыми во всех сечениях.

В случае свободных Т. т. область пространства, занятая завихренным Т. т., в каждый момент времени имеет чёткую, но очень неправильную форму границ, вне которых течение потенциально. Зона перемежающейся турбулентности оказывается здесь значительно более широкой, чем в пограничных слоях.

Лит. см. при ст. Турбулентность.

А. С. Монин.

Рис. 1. Турбулентное течение.

Рис. 2. Профиль осреднённой скорости: а — при ламинарном, б — при турбулентном течении.

Турбулентность

Турбуле'нтность, явление, наблюдаемое во многих течениях жидкостей и газов и заключающееся в том, что в этих течениях образуются многочисленные вихри различных размеров, вследствие чего их гидродинамические и термодинамические характеристики (скорость, температура, давление, плотность) испытывают хаотические флуктуации и потому изменяются от точки к точке и во времени нерегулярно. Этим турбулентные течения отличаются от так называемых ламинарных течений. Большинство течений жидкостей и газов в природе (движение воздуха в земной атмосфере, воды в реках и морях, газа в атмосферах Солнца и звёзд и в межзвёздных туманностях и т.п.) и в технических устройствах (в трубах, каналах, струях, в пограничных слоях около движущихся в жидкости или газе твёрдых тел, в следах за такими телами и т.п.) оказываются турбулентными.

Благодаря большой интенсивности турбулентного перемешивания турбулентные течения обладают повышенной способностью к передаче количества движения (и потому к повышенному силовому воздействию на обтекаемые твёрдые тела), передаче тепла, ускоренному распространению химических реакций (в частности, горения), способностью нести и передавать взвешенные частицы, рассеивать звуковые и электромагнитные волны и создавать флуктуации их амплитуд и фаз, а в случае электропроводной жидкости — генерировать флуктуирующее магнитное поле и т.д.