Silnik turbośmigłowy: urządzenie, schemat, zasada działania. Produkcja silników turbośmigłowych w Rosji

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Silnik turbośmigłowy jest podobny do silnika tłokowego: oba mają śmigło. Ale pod każdym innym względem są różne. Zastanów się, czym jest ta jednostka, jak działa, jakie są jej zalety i wady.

Charakterystyka ogólna

Silnik turbośmigłowy należy do klasy silników turbogazowych, które zostały opracowane jako uniwersalne konwertery energii i znalazły szerokie zastosowanie w lotnictwie. Składają się z silnika cieplnego, w którym rozprężone gazy obracają turbinę i generują moment obrotowy, a do jej wału przymocowane są inne jednostki. Silnik turbośmigłowy jest dostarczany ze śmigłem.

Jest to skrzyżowanie jednostek tłokowych i turboodrzutowych. Początkowo w samolotach montowano silniki tłokowe, składające się z gwiaździstych cylindrów z umieszczonym wewnątrz wałem. Jednak ze względu na to, że miały zbyt duże wymiary i masę, a także niską prędkość, nie były już używane, preferując pojawiające się instalacje turboodrzutowe. Ale te silniki nie były pozbawione wad. Moglibyrozwijają prędkość ponaddźwiękową, ale zużywają dużo paliwa. Dlatego ich eksploatacja była zbyt kosztowna dla transportu pasażerskiego.

Silnik turbośmigłowy musiał poradzić sobie z taką wadą. I ten problem został rozwiązany. Konstrukcję i zasadę działania zaczerpnięto z mechanizmu silnika turboodrzutowego, a śmigła z silnika tłokowego. W ten sposób stało się możliwe połączenie małych wymiarów, oszczędności i wysokiej wydajności.

Silniki zostały wynalezione i zbudowane w latach trzydziestych ubiegłego wieku w Związku Radzieckim, a dwie dekady później rozpoczęto ich masową produkcję. Moc wahała się od 1880 do 11000 kW. Przez długi czas były wykorzystywane w lotnictwie wojskowym i cywilnym. Jednak nie nadawały się do prędkości ponaddźwiękowej. Dlatego wraz z pojawieniem się takich zdolności w lotnictwie wojskowym zostały one porzucone. Ale dostarczane są z nimi głównie samoloty cywilne.

Urządzenie silnika turbośmigłowego i zasada jego działania

Konstrukcja silnika jest bardzo prosta. Zawiera:

• reduktor;
• śmigło;
• komora spalania;
• kompresor;
• dysza.

Schemat silnika turbośmigłowego jest następujący: po wtryśnięciu i sprężeniu przez sprężarkę powietrze dostaje się do komory spalania. Tam wtryskiwane jest paliwo. Powstała mieszanina zapala się i wytwarza gazy, które po rozprężeniu wchodzą do turbiny i ją obracają, a ona z kolei obraca sprężarkę i śrubę. Nie wydanyenergia wychodzi przez dyszę, tworząc ciąg odrzutowy. Ponieważ jego wartość nie jest znacząca (tylko dziesięć procent), silnik turbośmigłowy nie jest uważany za silnik turboodrzutowy.

Zasada działania i konstrukcja są jednak do niej podobne, ale energia tutaj nie ucieka całkowicie przez dyszę, tworząc ciąg odrzutowy, ale tylko częściowo, ponieważ energia użyteczna również obraca śmigło.

Wał roboczy

Istnieją silniki z jednym lub dwoma wałami. W wersji jednowałowej sprężarka, turbina i śmigło znajdują się na tym samym wale. W dwuwałowym na jednym zamontowana jest turbina i sprężarka, a na drugim śmigło przez skrzynię biegów. Istnieją również dwie turbiny połączone ze sobą w sposób gazodynamiczny. Jeden do śmigła, a drugi do sprężarki. Ta opcja jest najbardziej powszechna, ponieważ energia może być dostarczana bez uruchamiania śmigieł. A jest to szczególnie wygodne, gdy samolot jest na ziemi.

Sprężarka

Ta część składa się z dwóch do sześciu etapów, co pozwala dostrzec znaczne zmiany temperatury i ciśnienia, a także zmniejszyć prędkość. Dzięki takiej konstrukcji możliwe jest zmniejszenie masy i gabarytów, co jest bardzo ważne w przypadku silników lotniczych. Kompresor zawiera wirniki i łopatkę kierującą. Te ostatnie mogą, ale nie muszą być regulowane.

Śmigło

Ta część generuje ciąg, ale prędkość jest ograniczona. Za najlepszy wskaźnik uważa się poziom od 750 do 1500 obr./min, ponieważ zwzrost, sprawność zacznie spadać, a zamiast przyspieszenia śmigło zamieni się w hamulec. Zjawisko to nazywa się „efektem blokowania”. Jest to spowodowane przez łopatki śmigła, które przy dużych prędkościach, obracając się z prędkością przekraczającą prędkość dźwięku, zaczynają działać nieprawidłowo. Ten sam efekt zaobserwujemy zwiększając ich średnicę.

Turbina

Turbina może osiągnąć prędkość do dwudziestu tysięcy obrotów na minutę, ale śruba nie będzie w stanie jej dorównać, dlatego istnieje przekładnia redukcyjna, która zmniejsza prędkość i zwiększa moment obrotowy. Reduktory mogą być różne, ale ich głównym zadaniem, niezależnie od rodzaju, jest zmniejszenie prędkości i zwiększenie momentu obrotowego.

To właśnie ta cecha ogranicza użycie turbośmigłowych samolotów wojskowych. Jednak prace nad stworzeniem silnika naddźwiękowego nie kończą się, chociaż nie są jeszcze udane. Aby zwiększyć ciąg, czasami silnik turbośmigłowy jest wyposażony w dwa śmigła. Jednocześnie realizują zasadę działania dzięki obrotom w przeciwnych kierunkach, ale za pomocą jednej skrzyni biegów.

Jako przykład możemy rozważyć silnik D-27 (turbopropfan), który ma dwa wentylatory śrubowe przymocowane do wolnej turbiny za pomocą skrzyni biegów. Jest to jedyny model tej konstrukcji stosowany w lotnictwie cywilnym. Ale jego pomyślne zastosowanie jest uważane za duży krok w poprawie wydajności rozważanychsilnik.

Zalety i wady

Podkreślmy plusy i minusy charakteryzujące pracę silnika turbośmigłowego. Korzyści to:

• lekka waga w porównaniu z jednostkami tłokowymi;
• Oszczędność w porównaniu z silnikami turboodrzutowymi (dzięki śmigle sprawność sięga osiemdziesięciu sześciu procent).

Jednak pomimo tak niezaprzeczalnych zalet silniki odrzutowe są w niektórych przypadkach preferowaną opcją. Ograniczenie prędkości silnika turbośmigłowego wynosi siedemset pięćdziesiąt kilometrów na godzinę. Współczesnemu lotnictwu to jednak za mało. Ponadto generowany hałas jest bardzo wysoki, przekraczając dopuszczalne wartości Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego.

Dlatego produkcja silników turbośmigłowych w Rosji jest ograniczona. Instalowane są głównie w samolotach, które latają na duże odległości i przy niskich prędkościach. Wtedy wniosek jest uzasadniony.

Jednak w lotnictwie wojskowym, gdzie głównymi cechami, jakie powinien posiadać samolot, jest wysoka zwrotność i cicha praca, a nie wydajność, silniki te nie spełniają niezbędnych wymagań i są tu stosowane jednostki turboodrzutowe.

W tym samym czasie trwają prace nad stworzeniem naddźwiękowych śmigieł, aby przezwyciężyć „efekt blokowania” i osiągnąć nowy poziom. Być może, gdy wynalazek stanie się rzeczywistością, silniki odrzutowe zostaną porzucone na rzecz turbośmigłowych i wojskowychsamoloty. Ale obecnie można je nazwać tylko „kołami roboczymi”, nie najpotężniejszymi, ale stabilnie działającymi.