Газотурбинные двигатели (ГТД) являются чрезвычайно важными и широко используемыми в современных технологиях. Они приводят в действие самые разные машины, от самолетов до электростанций и крупномасштабных промышленных компрессоров.

Принцип работы газотурбинного двигателя основан на термодинамическом цикле Брайтона, который состоит из четырех основных этапов: всасывания и сжатия воздуха, впрыска топлива и его сгорания, расширения газов и выработки работы, а также выброса отработанных газов.

Всасывание и сжатие воздуха: на первом этапе атмосферный воздух попадает в двигатель через воздухозаборник и далее направляется к компрессору. Компрессор может быть осевым или центробежным типа — его задача увеличить давление поступившего воздуха. В процессе сжатия энергия двигателя затрачивается на выполнение работы по уменьшению объема воздуха, что приводит к повышению его давления и температуры.

Впрыск топлива и сгорание: после компрессии повышенное давление и температура способствуют эффективному сгоранию топлива. Топливо (обычно это керосин или природный газ) подается через форсунки непосредственно в камеру сгорания, где оно автоматически возгорается от высокой температуры сжатого воздуха. В результате реакции окисления выделяется большое количество энергии, которая увеличивает скорость и объем образующихся газов.

Расширение газов: образовавшиеся при сгорании газы под высоким давлением направляются на лопатки турбины, передавая полученную при сгорании энергию. Турбина начинает вращаться, приводящая в движение связанный с ней компрессор (они находятся на одном валу), а также выполняющая полезную работу (например, приводящая генератор электрического тока).

Выброс отработанных газов: после выполнения работы по приведению лопастей турбины в движение отработанные газы покидают ГТД через выхлопную систему. В авиационных двигателях этот поток служит также для создания реактивной тяги.

Использование ГТД оправдано благодаря нескольким факторам: они обладают высокой мощностью при относительно небольшом размере; хорошим соотношением мощности к массе; могут работать на различных типах жидкого или газообразного топлива; имеют хороший КПД для больших мощностей.

Существуют определенные недостатки при использовании ГТД: высокий уровень шума; большие затраты на производство из-за сложности конструкции; требуются высокоточные материалы для изготовления компонентов из-за экстремальных условий работы (высокие давление и температура).

Несмотря на свои недостатки, ГТД продолжают оставаться ключевой частью индустриальной инфраструктуры благодаря своей способности вырабатывать большие объемы энергии при относительной экономичности расхода топлива. Области применения ГТД очень разнообразны — от авиации до производства электрической энергии — что делает этот тип двигательной установки одной из самых значимых разработок XX столетия.