Форсаж — режим работы двигателя¶

Форсаж — режим работы авиационного реактивного (турбореактивного или турбовентиляторного) двигателя, при котором топливо сжигается не только в камере сгорания, но и в дополнительной (форсажной) камере, расположенной за турбиной. Режим обеспечивает рост тяги двигателя на 40—80 % относительно максимального форсажного режима без форсажа, ценой существенного роста расхода топлива. Термин также применяется в автомобильной технике для обозначения кратковременного режима повышенной мощности.

¶Принцип работы

В обычном (нормальном) режиме турбореактивного двигателя воздух, сжатый компрессором, проходит через турбину, где отбирается часть энергии для её вращения, а затем расширяется в сопле, создавая тягу. При этом температура газов перед турбиной ограничена допустимой температурой её лопаток, поэтому тяга имеет потолок.

В форсажном режиме в поток газов, уже прошедших турбину, через форсажную горелку подаётся дополнительное топливо. Оно сжигается в потоке, нагретом до 600—800 °C, что само по себе обеспечивает воспламенение. Образующиеся горячие газы расширяются в сопле, увеличивая истечение и, соответственно, тягу. Температура газов перед соплом при этом может достигать 1700—2000 °C, что ограничивает длительность работы на форсаже.

Ключевое достоинство схемы — турбина не подвергается дополнительной тепловой нагрузке, так как форсажная камера расположена за ней. Недостаток — низкая экономичность: топливо сжигается при пониженном давлении и не участвует в полезной работе компрессора.

¶Устройство форсажной камеры

Форсажная камера состоит из:

• Факельного устройства — форсунок, распыляющих топливо в потоке;
• Стабилизатора пламени — жаровой трубы или кольцевого стабилизатора, создающего зону обратного течения, где пламя удерживается;
• Кольцевого поджигателя — устройства, воспламеняющего топливовоздушную смесь;
• Дожигателя — удлинённой камеры, обеспечивающей полное сгорание.

Для предотвращения перегрева сопла и хвостовой части фюзеляжа применяется охлаждение: в форсажную камеру подаётся воздух из компрессора, а в сопле используется холодный воздух из внешнего контура (в турбовентиляторных двигателях) или вода.

¶Режимы и управление

Различают несколько форсажных режимов:

Управление форсажем осуществляется автоматически или пилотом. В современных двигателях режим контролирует автоматика, ограничивая температуру газов и давление перед турбиной. Кратковременный форсаж допускается при взлёте, наборе высоты, манёврах и воздушном бою; длительная работа ограничена по времени (обычно 0,5—10 минут в зависимости от двигателя).

¶Применение

Форсаж применяется на истребителях, перехватчиках, штурмовиках и других военных самолётах, где требуется кратковременное увеличение тяги. Первые серийные двигатели с форсажем появились в конце 1940-х годов — например, британский Rolls-Royce Avon и советский РД-9Б. Наибольшее распространение форсаж получил в эпоху сверхзвуковых истребителей: на самолётах МиГ-21, МиГ-25, Су-27, F-15, F-16 и других.

В гражданской авиации форсаж практически не используется из-за высокого расхода топлива; исключение составляют сверхзвуковые пассажирские самолёты Ту-144 и Concorde, двигатели которых имели форсажные камеры.

В автомобильной технике термин «форсаж» употребляется для обозначения режима кратковременного увеличения мощности двигателя — например, при использовании системы впрыска закиси азота (Nitrous Oxide System) или турбонаддува с продувкой.

¶Интересные факты

• Пламя в форсажной камере может быть видно снаружи самолёта в тёмное время суток — характерное оранжевое свечение сопла.
• Работа на форсаже сопровождается резким ростом шума и расхода топлива: истребитель на форсаже может сжигать топлива в несколько раз больше, чем в крейсерском режиме.
• В ряде двигателей (например, в семействе АЛ-31Ф) предусмотрены автоматические ограничители, не допускающие перегрева при длительной работе на форсаже.

¶Источники

• Кузнецов В. М. «Ракетные двигатели. Тяга и энергия»
• Матвеев В. М. «Теория авиационных двигателей»
• Справочник «Авиационные двигатели» под редакцией И. И. Кулакова
• Статьи журнала «Авиация и космонавтика»