Турбовитлов двигател: устройство, схема, принцип на действие. Производство на турбовитлови двигатели в Русия

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Турбовитловият двигател е подобен на буталния двигател: и двата имат витло. Но във всяко друго отношение те са различни. Помислете какво представлява това устройство, как работи, какви са неговите плюсове и минуси.

Общи характеристики

Турбовитловият двигател принадлежи към класа газотурбинни двигатели, които са разработени като универсални енергийни преобразуватели и са получили широко приложение в авиацията. Те се състоят от топлинен двигател, при който разширените газове въртят турбината и генерират въртящ момент, а други агрегати са прикрепени към нейния вал. Турбовитловият двигател е снабден с витло.

Това е кръстоска между бутални и турбореактивни агрегати. Първоначално в самолети бяха инсталирани бутални двигатели, състоящи се от звездовидни цилиндри с вал, разположен вътре. Но поради факта, че имаха твърде големи размери и тегло, както и възможност за ниска скорост, те вече не се използват, предпочитайки появилите се турбореактивни инсталации. Но тези двигатели не бяха без недостатъци. Те биха моглиразвива свръхзвукова скорост, но изразходва много гориво. Следователно тяхната експлоатация беше твърде скъпа за превоз на пътници.

Турбовитловият двигател трябваше да се справи с такъв недостатък. И този проблем беше решен. Дизайнът и принципът на работа са взети от механизма на турбореактивен двигател, а витлата от бутален двигател. Така стана възможно да се съчетаят малки размери, икономичност и висока ефективност.

Двигателите са изобретени и построени още през тридесетте години на миналия век при Съветския съюз, а две десетилетия по-късно започва тяхното масово производство. Мощността варира от 1880 до 11000 kW. Дълго време те се използват във военната и гражданската авиация. Те обаче не бяха подходящи за свръхзвукова скорост. Ето защо, с появата на такива мощности във военната авиация, те бяха изоставени. Но гражданските самолети се доставят основно с тях.

Устройството на турбовитловия двигател и принципът на неговото действие

Дизайнът на двигателя е много прост. Включва:

• редуктор;
• витло;
• горивна камера;
• компресор;
• дюза.

Схемата на турбовитловия двигател е следната: след като се впръсква и компресира от компресор, въздухът влиза в горивната камера. Там се впръсква горивото. Получената смес се запалва и създава газове, които при разширяване влизат в турбината и я въртят, а тя от своя страна завърта компресора и винта. Неизразходваненергията излиза през дюзата, създавайки реактивна тяга. Тъй като стойността му не е значителна (само десет процента), турбовитловият двигател не се счита за турбореактивен двигател.

Принципът на действие и дизайн обаче са подобни на него, но енергията тук не излиза напълно през дюзата, създавайки реактивна тяга, а само частично, тъй като полезната енергия също върти витлото.

Работен вал

Има двигатели с един или два вала. Във версията с един вал компресорът, турбината и витлото са разположени на един и същ вал. При двувалов на единия от тях са монтирани турбина и компресор, а на другия витло през скоростна кутия. Има и две турбини, свързани една с друга по газодинамичен начин. Единият е за витлото, а другият е за компресора. Тази опция е най-често срещаната, тъй като енергията може да се прилага без стартиране на витлата. И това е особено удобно, когато самолетът е на земята.

Компресор

Тази част се състои от два до шест етапа, което ви позволява да забележите значителни промени в температурата и налягането, както и да намалите скоростта. Благодарение на този дизайн е възможно да се намалят теглото и размерите, което е много важно за двигателите на самолетите. Компресорът включва работни колела и направляваща лопатка. Последното може или не може да бъде регулирано.

Пропелер

Тази част генерира тяга, но скоростта е ограничена. Най-добрият индикатор се счита за ниво от 750 до 1500 оборота в минута, тъй като сувеличаване, ефективността ще започне да пада и вместо ускорение, витлото ще се превърне в спирачка. Явлението се нарича „ефект на заключване“. Причинява се от перките на витлото, които при високи скорости, когато се въртят над скоростта на звука, започват да функционират неправилно. Същият ефект ще се наблюдава при увеличаване на диаметъра им.

Турбина

Турбината е способна да ускорява до двадесет хиляди оборота в минута, но винтът няма да може да я сравни, така че има редуктор, който намалява скоростта и увеличава въртящия момент. Редукторите могат да бъдат различни, но основната им задача, независимо от вида, е да намалят скоростта и да увеличат въртящия момент.

Тази характеристика ограничава използването на турбовитлови двигатели във военните самолети. Въпреки това разработките за създаване на свръхзвуков двигател не спират, въпреки че все още не са успешни. За да се увеличи тягата, понякога турбовитлов двигател се доставя с две витла. В същото време те реализират принципа на действие поради въртене в противоположни посоки, но с помощта на една скоростна кутия.

Като пример можем да разгледаме двигателя D-27 (турбовитлов вентилатор), който има два винтови вентилатора, прикрепени към свободна турбина чрез скоростна кутия. Това е единственият модел от този дизайн, използван в гражданската авиация. Но успешното му прилагане се счита за голям скок в подобряването на производителността на разглежданиямотор.

Предимства и недостатъци

Нека да подчертаем плюсовете и минусите, които характеризират работата на турбовитловия двигател. Предимствата са:

• леко тегло в сравнение с буталните единици;
• икономичност в сравнение с турбореактивните двигатели (благодарение на витлото, ефективността достига осемдесет и шест процента).

Въпреки тези неоспорими предимства обаче, реактивните двигатели в някои случаи са предпочитаната опция. Ограничението на скоростта на турбовитловия двигател е седемстотин и петдесет километра в час. Това обаче не е достатъчно за съвременната авиация. Освен това генерираният шум е много висок, надхвърлящ допустимите стойности на Международната организация за гражданска авиация.

Следователно производството на турбовитлови двигатели в Русия е ограничено. Те се монтират главно в самолети, които летят на дълги разстояния и при ниски скорости. Тогава заявлението е оправдано.

Въпреки това, във военната авиация, където основните характеристики, които самолетът трябва да притежава, са висока маневреност и тиха работа, а не ефективност, тези двигатели не отговарят на необходимите изисквания и тук се използват турбореактивни агрегати..

В същото време се развиват разработки за създаване на свръхзвукови витла, за да се преодолее "ефектът на заключване" и да се достигне ново ниво. Може би, когато изобретението стане реалност, реактивните двигатели ще бъдат изоставени в полза на турбовитлови двигатели и във военнитесамолети. Но в момента те могат да бъдат наречени само "работни коне", не най-мощните, но стабилно функциониращи.