4. Турбина

Газовая турбина приводит во вращение компрессор, воздушный винт, агрегаты, обслуживающие двигатель и самолётные системы и т.п. Современные авиационные ГТД в большинстве своём имеют осевые, многоступенчатые, реактивные газовые турбины.

Турбина характеризуется величиной адиабатического к.п.д. , значение которого зависит от степени понижения давления и от величины к.п.д. применяемых ступеней.

В лучших осевых турбинах достигнут высокий уровень аэродинамического совершенства, который, как и в случае компрессора, может быть оценён величиной политропического к.п.д.

.

Использование политропического к.п.д. удобно при определении к.п.д. многоступенчатых турбин, поскольку при равном совершенстве ступеней его величина не зависит от их числа и величины .

Величина к.п.д. ступени зависит от её нагруженности, от схемы охлаждения, от размера радиальных зазоров, тщательности изготовления и т.п. Ниже в таблице 1.4 приведены некоторые значения к.п.д. для различных типов ступеней.

Применение ступеней с высокими к.п.д. , приводящее к некому утяжелению турбины, предпочтительно в том случае, если требуется обеспечение низкого удельного расхода топлива, т.е. если проектируемый ГТД предназначен для самолётов большой дальности.

Сильно нагруженные ступени чаще всего применяются в высокотемпературных турбинах в качестве первых ступеней для того, чтобы значительно снизить температуру газа в последующих ступенях. В некоторых случаях, исходя из требований снижения веса ГТД, уменьшается число ступеней, что приводит к максимальной нагруженности всех ступеней турбины. Это может оказаться целесообразным для скоростных, маневренных и лёгких самолётов.

Таблица 1.4.

Тип ступени	Значения
1	2
Неохлаждаемая ступень при оптимальной нагрузке (Lст=120÷220 кДж/кг)
1	2
Неохлаждаемая сильно нагруженная ступень (Lст=220÷300 кДж/кг)
Охлаждаемая ступень

В приведённой выше таблице 1.4 – коэффициент, учитывающий понижение вследствие её охлаждения. Зависимость от относительного расхода охлаждающего ступень воздуха , где – количество воздуха, отбираемого от компрессора на охлаждение ступени турбины, характеризуется значениями, приведёнными в таблице 1.5.

Таблица 1.5

	0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06
	1,0	0,995	0,99	0,98	0,97	0,96	0,95

Коэффициент полезного действия турбины всегда выше к.п.д. её ступеней и в случае, когда ступени не являются однотипными и имеют различные к.п.д. , величина определяется по формуле

.

Для турбин с однотипными ступенями при одинаковых значениях рекомендуемая зависимость для различных приведена на рисунке 1.3.

Поскольку изменения по высоте и скорости полёта небольшие, величина может быть (в автомодельной по числу Re области) принята независящей от условий полёта.

По рисунку 1.3 можно установить, что значения адиабатического к.п.д. ступени у одноступенчатых осевых турбин ( ) мало отличаются от значений политропического к.п.д. ( примерно на 0,5÷1,0%). В литературных источниках по турбинам в основном даются рекомендации по выбору величины . Рисунок 1.3 позволяет при оценке к.п.д. многоступенчатой турбины пользоваться как величиной , так и , принимая ориентировочно .

Графиками на рисунке 1.3 рекомендуется пользоваться при назначении адиабатического к.п.д. турбины после того, как выбраны величины (или ) и степень двухконтурности ГТД.

Рисунок 1.3. Зависимость