Форсаж

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
F/A-18A
F/A-18

Форса́ж — процесс работы некоторых поршневых и реактивных двигателей, применяемый для временного увеличения тяги в случае необходимости (взлёт, разгон до сверхзвуковой скорости, манёвр воздушного боя). Применяется в основном на боевых самолётах. Единственными гражданскими самолётами, на которых применялся форсаж, были пассажирские Ту-144 и Конкорд.

Форсажный режим работы воздушно-реактивного двигателя реализуется с помощью дополнительной (форсажной) камеры сгорания (далее ФКС), располагающейся за основной камерой сгорания и турбиной. При включении форсажа в ФКС сжигается дополнительное горючее, при этом происходит интенсивный подогрев рабочего тела, что, в свою очередь, приводит к увеличению его скорости истечения из сопла и росту тяги двигателя.

Температура газов за основной камерой сгорания ограничивается в основном жаростойкостью и жаропрочностью лопаток турбины. Установка за турбиной дополнительной камеры сгорания позволяет обойти это ограничение. Основным недостатком такого решения является резкое падение экономичности двигателя, обусловленное низким содержанием свободного кислорода в продуктах сгорания, истекающих из основной камеры сгорания и подающихся сначала на турбину, а затем в форсажную камеру. Работа в таком режиме сопряжена со значительными тепловыми и механическими нагрузками на конструкцию практически всех узлов и агрегатов двигателя, поэтому время работы на форсаже для большинства типов самолётов ограничено минутами. Исключение составляют высотные сверхзвуковые самолёты наподобие истребителей-перехватчиков МиГ-25/МиГ-31 или самолёта-разведчика Lockheed SR-71, двигатели которых специально приспособлены для длительной работы в форсажном режиме.

В силу означенных выше причин переход на форсажный режим работы двигателя производится лишь в случае необходимости энергичного разгона летательного аппарата и/или его полета на высокой скорости (взлёт, набор высоты с целью занятия выгодной позиции для атаки, экстренный выход из боя, преодоление зоны действия ПВО противника и т. д.), а также если дополнительный расход топлива окупается соответствующим приростом дальности полета. Интересно, что на некоторых самолётах после отрыва от ВПП форсажный режим части двигателей выключается для экономии топлива, хотя это и вызывает некоторые проблемы с устойчивостью.

При работе двигателя на форсаже за реактивным соплом возникает видимая струя раскалённых газов, имеющая характерную «полосатую» структуру. Дело в том, что давление на срезе сопла значительно превышает давление окружающей среды, и по мере удаления от сопла давление уменьшается, а скорость истекающих газов возрастает. При этом поперечное сечение струи увеличивается и давление в наибольшем сечении становится меньше атмосферного. После этого струя снова начинает сужаться с увеличением давления. Такая цикличность приводит к тому, что сверхзвуковая струя выходящих газов периодически становится дозвуковой, с возникновением скачков уплотнения — это как раз и есть видимые светлые кольца пламени.

При неполном сгорании керосина (из-за недостатка кислорода) струя будет иметь красный цвет с жёлтыми вертикальными кольцами. Если горение хорошо оптимизировано, то цвет пламени будет синий. Из-за несовершенства топливной аппаратуры некоторых двигателей иногда наблюдается интересный эффект — на одном и том же самолёте у одного двигателя на форсаже выхлоп синий, у второго — красный или жёлтый.

Первым серийным самолётом, двигатель которого планово работал на форсаже в течение всего полёта, был SR-71 Blackbird (а также его несерийный предшественник Lockheed A-12).

Литература[править | править исходный текст]

  • Ronald D. Flack (2005). Fundamentals of jet propulsion with applications. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0-521-81983-0.