Турбови двигател: устройство, схема, принцип на работа. Производство на турбовитлови двигатели в Русия

Турбовитният двигател прилича на бутален двигател: и двата са с въздушен винт. Но във всички други отношения те са различни. Помислете какво представлява това звено, как работи, какви са неговите предимства и недостатъци.

Общи характеристики

Турбовитният двигател принадлежи към класа на газовите турбини, разработени като универсални преобразуватели на енергия и широко използвани в авиацията. Те се състоят от термична машина, където разширените газове въртят турбината и образуват въртящ момент и други агрегати са закрепени към вала си. Турбовитният двигател е снабден с винт за въздух.

Това е кръстоска между бутални и турбоагрегати. Първо, във въздухоплавателното средство са монтирани бутални двигатели, състоящи се от цилиндри под формата на звезда с вал, разположен вътре. Но поради факта, че те са имали твърде големи размери и тегло, както и способности с ниска скорост, те вече не се използват, като се предпочитат нововъзникващите турбореактивни растения. Но дори тези двигатели не бяха лишени от недостатъци. Те биха могли да развият свръхзвукова скорост, но консумират много гориво. Поради това тяхната работа е твърде скъпа за превоз на пътници.

Турбовитният двигател трябваше да се справи с такъв недостатък. И тази задача беше решена. Дизайнът и принципът на работа бяха взети от механизма на турбореактивния двигател и от буталния двигател - витлата. По този начин стана възможно да се комбинират малки размери, икономичност и високи коефициент на ефективност.

Двигателите бяха измислени и построени през 30-те години на миналия век под Съветския съюз и две десетилетия по-късно започнаха масовото им производство. Мощността варира от 1880 до 11000 kW. За дълъг период от време те са били използвани във военната и гражданската авиация. Те обаче не бяха подходящи за свръхзвукова скорост. Следователно, с появата на такива способности във военната авиация, те бяха отказани. Но граждански самолети се доставят главно от тях.

Дизайн и принцип на работа на турбовитлови двигатели

Дизайнът на мотора е много прост. Той включва:

• редуктор;
• въздушен винт;
• горивна камера;
• компресор;
• дюза.

Схемата турбовитлови двигатели е както следва: след инжектирането и компресирането на компресора въздухът влиза в горивната камера. Горивото също се инжектира там. Получената смес се запалва и създава газове, които, когато се разширят, навлизат в турбината и я въртят, а от своя страна се върти компресора и се завинтва. Неразпределената енергия напуска дюзата, създавайки реактивен тласък. Тъй като неговата величина не е значима (само десет процента), тя не се смята за турбореактивен турбовитлов двигател.

Принципът на действие и дизайн обаче са подобни на него, но енергията тук не излиза напълно през дюзата, създавайки реактивен натиск, но само частично, тъй като полезната енергия също завърта винта.

Работен вал

Има двигатели с един или два вала. В един вал вариант, един компресор, турбина и винт са разположени на една шахта. В двата вала - на единия от тях е монтирана турбина и компресор, а от друга - винт през редуктора. Също така има две турбини, свързани помежду си чрез газо-динамичен метод. Единият от тях е предназначен за винта, а другият е за компресора. Тази опция е най-разпространена, тъй като енергията може да се използва без включване на винтовете. И това е особено удобно, когато самолетът е на земята.

компресор

Тази част се състои от две до шест стъпки, позволяващи ви да забележите значителни промени в температурата и налягането, както и да намалите скоростта. Благодарение на този дизайн е възможно да се намали теглото и размерите, което е много важно за авиационните двигатели. Компресорът включва ротори и насочващо устройство. Последните могат или не могат да предвиждат регулиране.

Въздушен винт

Поради тази част се създава течение, но скоростта е ограничена. Най-добрият индикатор е нивото от 750 до 1500 об / мин, тъй като с увеличаването на ефективността ще започне да пада, а винтът вместо ускорение ще се превърне в спирачка. Феноменът се нарича "заключващ ефект". Това се дължи на лопатките на винта, които при високи скорости при въртене, надвишават скоростта на звука, започват да функционират неправилно. Същият ефект ще се наблюдава при увеличаване на диаметъра им.

Турбината

Турбината може да достигне скорости до двадесет хиляди оборота в минута, но винтът не може да се сравни с нея, така че има редуктор, намалявайки скоростта и увеличавайки въртящия момент. Редукторите могат да бъдат различни, но основната им задача, независимо от типа, е да намалят скоростта и да увеличат въртящия момент.

Тази характеристика ограничава използването на турбовитлови двигатели във военни самолети. Развитието на свръхзвуков двигател обаче не спира, въпреки че все още не е успешно. За да се увеличи сцеплението, турбовитловият двигател понякога се доставя с два винта. Принципът на действие в този случай те се реализират поради ротация в противоположни посоки, но с помощта на един редуктор.

Като пример можем да разгледаме двигателя D-27 (турбо ротор), който има два винтови вентилатора, прикрепени към свободната турбина чрез редуктор. Това е единственият модел на този дизайн, използван в гражданската авиация. Успешното му приложение обаче се смята за голям скок напред в подобряването на ефективността на въпросния двигател.

Предимства и недостатъци

Ще изтъкнем минусите и плюсовете, които характеризират работата на турбовитлови двигатели. Предимствата са:

• ниско тегло в сравнение с буталните единици;
• ефективност в сравнение с турбо двигателите (благодарение на винт за въздух, ефективността достига осемдесет и шест процента).

Въпреки това, въпреки такива неоспорими предимства, реактивните двигатели са в някои случаи по-предпочитан вариант. Ограничението на скоростта на турбовитлата е седемстотин и петдесет километра в час. Въпреки това, за модерна авиация това е много малко. Освен това шумът е много висок, надхвърляйки допустимите стойности на Международната организация за гражданско въздухоплаване.

Ето защо производството на турбовитлови двигатели в Русия е ограничено. Те се инсталират основно в самолети, които летят на големи разстояния и при ниска скорост. Тогава молбата е оправдана.

Въпреки това, във военната авиация, където основните характеристики, които трябва да имат въздухоплавателните средства, са висока маневреност и тиха работа, а не икономия, тези двигатели не отговарят на необходимите изисквания и тук се използват турбоагрегати.

В същото време непрекъснато се развиват свръхзвукови витла, за да се преодолее "заключващия ефект" и да се достигне ново ниво. Може би, когато изобретението стане реалност, реактивните двигатели ще бъдат отхвърлени в полза на турбокомпресори и военни самолети. Но в момента те могат да бъдат наречени "работни коне", а не най-мощните, но стабилно функциониращи.