Turbovrtuľový motor: zariadenie, schéma, princíp činnosti. Výroba turbovrtuľových motorov v Rusku

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Turbovrtuľový motor je podobný piestovému motoru: oba majú vrtuľu. Ale vo všetkých ostatných smeroch sú odlišné. Zvážte, čo je táto jednotka, ako funguje, aké sú jej výhody a nevýhody.

Všeobecné charakteristiky

Turbovrtuľový motor patrí do triedy motorov s plynovou turbínou, ktoré boli vyvinuté ako univerzálne meniče energie a stali sa široko používanými v letectve. Pozostávajú z tepelného motora, kde expandované plyny otáčajú turbínou a vytvárajú krútiaci moment, a na jeho hriadeli sú pripevnené ďalšie jednotky. Turbovrtuľový motor sa dodáva s vrtuľou.

Je to kríženec medzi piestovými a prúdovými jednotkami. Najprv boli do lietadiel inštalované piestové motory pozostávajúce z valcov v tvare hviezdy s hriadeľom umiestneným vo vnútri. Ale vzhľadom na skutočnosť, že mali príliš veľké rozmery a hmotnosť, ako aj schopnosť nízkej rýchlosti, už sa nepoužívali a uprednostňovali inštalácie prúdových motorov, ktoré sa objavili. Tieto motory však neboli bez nevýhod. Mohlivyvinúť nadzvukovú rýchlosť, ale spotreboval veľa paliva. Preto bola ich prevádzka príliš drahá pre osobnú dopravu.

S takýmto nedostatkom sa musel vyrovnať turbovrtuľový motor. A tento problém bol vyriešený. Konštrukcia a princíp činnosti boli prevzaté z mechanizmu prúdového motora a vrtule z piestového motora. Tak bolo možné spojiť malé rozmery, hospodárnosť a vysokú účinnosť.

Motory boli vynájdené a vyrobené v tridsiatych rokoch minulého storočia za Sovietskeho zväzu a o dve desaťročia neskôr sa začala ich sériová výroba. Výkon sa pohyboval od 1880 do 11000 kW. Dlhé obdobie sa používali vo vojenskom a civilnom letectve. Neboli však vhodné pre nadzvukovú rýchlosť. Preto sa s príchodom takýchto kapacít vo vojenskom letectve od nich upustilo. Ale dodávajú sa s nimi hlavne civilné lietadlá.

Zariadenie turbovrtuľového motora a princíp jeho činnosti

Konštrukcia motora je veľmi jednoduchá. Obsahuje:

• reducer;
• propeller;
• spaľovacia komora;
• kompresor;
• tryska.

Schéma turbovrtuľového motora je nasledovná: po vstreknutí a stlačení kompresorom vzduch vstupuje do spaľovacej komory. Tam sa vstrekuje palivo. Výsledná zmes sa zapáli a vytvára plyny, ktoré pri expanzii vstupujú do turbíny a otáčajú ju a tá zase otáča kompresor a skrutku. Nevyčerpanéenergia vychádza cez dýzu a vytvára prúdový ťah. Keďže jeho hodnota nie je významná (len desať percent), turbovrtuľový motor sa nepovažuje za prúdový motor.

Princíp činnosti a konštrukcia sú mu však podobné, ale energia tu neuniká úplne cez trysku a vytvára prúdový ťah, ale iba čiastočne, keďže užitočná energia otáča aj vrtuľu.

Pracovný hriadeľ

Existujú motory s jedným alebo dvoma hriadeľmi. V jednohriadeľovej verzii sú kompresor, turbína a vrtuľa umiestnené na rovnakom hriadeli. V dvojhriadeľovom je na jednom z nich inštalovaná turbína a kompresor a na druhom vrtuľa cez prevodovku. Ďalej sú tu plynodynamicky spojené dve turbíny. Jeden je pre vrtuľu a druhý pre kompresor. Táto možnosť je najbežnejšia, pretože energiu možno použiť bez naštartovania vrtúľ. A to je obzvlášť výhodné, keď je lietadlo na zemi.

Kompresor

Táto časť pozostáva z dvoch až šiestich etáp, ktoré vám umožňujú vnímať výrazné zmeny teploty a tlaku, ako aj znížiť rýchlosť. Vďaka tejto konštrukcii je možné znížiť hmotnosť a rozmery, čo je pri leteckých motoroch veľmi dôležité. Kompresor obsahuje obežné kolesá a vodiacu lopatku. Ten môže, ale nemusí byť regulovaný.

Propeller

Táto časť generuje ťah, ale rýchlosť je obmedzená. Za najlepší ukazovateľ sa považuje úroveň od 750 do 1500 otáčok za minútu, pretože szvýšenie, účinnosť začne klesať a namiesto zrýchlenia sa vrtuľa zmení na brzdu. Tento jav sa nazýva „efekt uzamknutia“. Spôsobujú to listy vrtule, ktoré pri vysokých rýchlostiach, keď sa otáčajú nad rýchlosť zvuku, začnú nesprávne fungovať. Rovnaký efekt bude pozorovaný pri zväčšení ich priemeru.

Turbína

Turbína je schopná dosiahnuť rýchlosť až dvadsaťtisíc otáčok za minútu, ale skrutka sa jej nebude môcť vyrovnať, takže existuje redukčný prevod, ktorý znižuje rýchlosť a zvyšuje krútiaci moment. Reduktory môžu byť rôzne, ale ich hlavnou úlohou, bez ohľadu na typ, je znížiť rýchlosť a zvýšiť krútiaci moment.

Práve táto vlastnosť obmedzuje použitie turbovrtuľových lietadiel vo vojenských lietadlách. Vývoj na vytvorenie nadzvukového motora sa však nezastaví, hoci zatiaľ nie je úspešný. Na zvýšenie ťahu sa niekedy turbovrtuľový motor dodáva s dvoma vrtuľami. Zároveň implementujú princíp činnosti vďaka otáčaniu v opačných smeroch, ale s pomocou jednej prevodovky.

Ako príklad môžeme uvažovať motor D-27 (turbopropfan), ktorý má dva skrutkové ventilátory pripevnené k voľnej turbíne pomocou prevodovky. Ide o jediný model tejto konštrukcie používaný v civilnom letectve. Ale jeho úspešná aplikácia sa považuje za veľký skok v zlepšení výkonu uvažovanéhomotor.

Výhody a nevýhody

Poďme zdôrazniť plusy a mínusy, ktoré charakterizujú činnosť turbovrtuľového motora. Výhody sú:

• nízka hmotnosť v porovnaní s piestovými jednotkami;
• hospodárnosť v porovnaní s prúdovými motormi (vďaka vrtuli dosahuje účinnosť osemdesiatšesť percent).

Avšak napriek takýmto nepopierateľným výhodám sú prúdové motory v niektorých prípadoch preferovanou možnosťou. Rýchlostný limit turbovrtuľového motora je sedemstopäťdesiat kilometrov za hodinu. To však pre moderné letectvo nestačí. Okrem toho je generovaný hluk veľmi vysoký a prekračuje povolené hodnoty Medzinárodnej organizácie civilného letectva.

Preto je výroba turbovrtuľových motorov v Rusku obmedzená. Inštalujú sa hlavne do lietadiel, ktoré lietajú na veľké vzdialenosti a pri nízkych rýchlostiach. Potom je žiadosť oprávnená.

Vo vojenskom letectve, kde hlavnými charakteristikami, ktoré by lietadlá mali mať, sú vysoká manévrovateľnosť a tichá prevádzka, a nie účinnosť, však tieto motory nespĺňajú potrebné požiadavky a používajú sa tu prúdové agregáty.

Súčasne prebieha vývoj na vytvorenie nadzvukových vrtúľ s cieľom prekonať „efekt uzamknutia“a dosiahnuť novú úroveň. Možno, že keď sa vynález stane skutočnosťou, prúdové motory budú opustené v prospech turbovrtuľových a v armádelietadlá. Ale v súčasnosti ich možno nazvať iba „ťažnými koňmi“, nie najvýkonnejšími, ale stabilne fungujúcimi.