Turbopropmotor: enhed, skema, funktionsprincip. Produktion af turbopropmotorer i Rusland

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

En turbopropmotor ligner en stempelmotor: begge har en propel. Men på alle andre måder er de forskellige. Overvej, hvad denne enhed er, hvordan den fungerer, hvad er dens fordele og ulemper.

Generelle karakteristika

Turbopropmotoren tilhører klassen af gasturbinemotorer, som blev udviklet som universelle energiomformere og blev meget brugt i luftfarten. De består af en varmemotor, hvor de udvidede gasser roterer turbinen og genererer drejningsmoment, og andre enheder er fastgjort til dens aksel. Turbopropmotoren er forsynet med en propel.

Det er en krydsning mellem stempel- og turbojet-enheder. Først blev stempelmotorer installeret i fly, bestående af stjerneformede cylindre med en aksel placeret indeni. Men på grund af det faktum, at de havde for store dimensioner og vægt, samt en lav hastighedsevne, blev de ikke længere brugt, og foretrak de turbojet-installationer, der dukkede op. Men disse motorer var ikke uden ulemper. De kunneudvikle supersonisk hastighed, men forbrugte meget brændstof. Derfor var deres drift for dyr til passagertransport.

Turbopropmotoren måtte klare en sådan mangel. Og dette problem blev løst. Designet og driftsprincippet blev taget fra mekanismen af en turbojetmotor og propeller fra en stempelmotor. Dermed blev det muligt at kombinere små dimensioner, økonomi og høj effektivitet.

Motorer blev opfundet og bygget tilbage i trediverne af forrige århundrede under Sovjetunionen, og to årtier senere begyndte deres masseproduktion. Effekten varierede fra 1880 til 11000 kW. I en lang periode blev de brugt i militær og civil luftfart. De var dog ikke egnede til supersonisk hastighed. Derfor, med fremkomsten af sådanne kapaciteter i militær luftfart, blev de forladt. Men civile fly er hovedsagelig forsynet med dem.

Enheden af en turbopropmotor og princippet om dens funktion

Designet af motoren er meget enkelt. Inkluderer:

• reducer;
• propel;
• forbrændingskammer;
• kompressor;
• dyse.

Skemaet for en turbopropmotor er som følger: efter at være blevet indsprøjtet og komprimeret af en kompressor, kommer luften ind i forbrændingskammeret. Det er der, brændstoffet indsprøjtes. Den resulterende blanding antændes og skaber gasser, der, når de udvides, kommer ind i turbinen og roterer den, og den roterer igen kompressoren og skruen. Ubrugtenergi kommer ud gennem dysen, hvilket skaber stråletryk. Da dens værdi ikke er signifikant (kun ti procent), betragtes en turbopropmotor ikke som en turbojetmotor.

Princippet for drift og design ligner det dog, men energien her slipper ikke helt ud gennem dysen, hvilket skaber jettryk, men kun delvist, da den nyttige energi også roterer propellen.

Arbejdsaksel

Der er motorer med en eller to aksler. I en-akslet version er kompressoren, turbinen og propellen placeret på samme aksel. I en to-akslet er en turbine og en kompressor installeret på den ene af dem, og en propel gennem en gearkasse på den anden. Der er også to turbiner forbundet med hinanden på en gasdynamisk måde. Den ene er til propellen og den anden er til kompressoren. Denne mulighed er den mest almindelige, da energi kan tilføres uden at starte propellerne. Og det er især praktisk, når flyet er på jorden.

Kompressor

Denne del består af to til seks trin, så du kan opfatte betydelige ændringer i temperatur og tryk samt reducere hastigheden. Takket være dette design er det muligt at reducere vægt og dimensioner, hvilket er meget vigtigt for flymotorer. Kompressoren inkluderer pumpehjul og en ledevinge. Sidstnævnte er muligvis reguleret eller ikke.

Propeller

Denne del genererer fremdrift, men hastigheden er begrænset. Den bedste indikator anses for at være et niveau fra 750 til 1500 rpm, da medstigning, vil effektiviteten begynde at falde, og i stedet for acceleration vil propellen blive til en bremse. Fænomenet kaldes "låseeffekten". Det er forårsaget af propelbladene, som ved høje hastigheder, når de roterer over lydens hastighed, begynder at fungere forkert. Den samme effekt vil blive observeret ved at øge deres diameter.

Turbine

Turbinen er i stand til at køre op til tyve tusinde omdrejninger i minuttet, men skruen vil ikke kunne matche den, så der er et reduktionsgear, der reducerer hastigheden og øger drejningsmomentet. Reducere kan være forskellige, men deres hovedopgave, uanset type, er at reducere hastigheden og øge drejningsmomentet.

Det er denne egenskab, der begrænser brugen af turboprops i militærfly. Udviklingen for at skabe en supersonisk motor stopper dog ikke, selvom de endnu ikke er succesfulde. For at øge fremdriften leveres nogle gange en turbopropmotor med to propeller. Samtidig implementerer de princippet om drift på grund af rotation i modsatte retninger, men ved hjælp af én gearkasse.

Som et eksempel kan vi betragte D-27-motoren (turbopropfan), som har to skrueventilatorer fastgjort til en fri turbine med en gearkasse. Dette er den eneste model af dette design, der bruges i civil luftfart. Men dens vellykkede anvendelse anses for at være et stort spring i at forbedre ydeevnen af den overvejedemotor.

Fordele og ulemper

Lad os fremhæve de plusser og minusser, der karakteriserer driften af en turbopropmotor. Fordelene er:

• let vægt sammenlignet med stempelenheder;
• økonomi sammenlignet med turbojetmotorer (takket være propellen når effektiviteten seksogfirs procent).

På trods af sådanne ubestridelige fordele er jetmotorer i nogle tilfælde den foretrukne løsning. Hastighedsgrænsen for en turbopropmotor er syv hundrede og halvtreds kilometer i timen. Dette er dog ikke nok for moderne luftfart. Derudover er den genererede støj meget høj og overstiger de tilladte værdier for International Civil Aviation Organisation.

Derfor er produktionen af turbopropmotorer i Rusland begrænset. De er hovedsageligt installeret i fly, der flyver lange afstande og ved lave hastigheder. Så er ansøgningen begrundet.

Men i militær luftfart, hvor de vigtigste egenskaber, som fly skal have, er høj manøvredygtighed og støjsvag drift, og ikke effektivitet, opfylder disse motorer ikke de nødvendige krav, og her bruges turbojet-enheder.

Samtidig er udviklingen i gang for at skabe supersoniske propeller for at overvinde "låseeffekten" og nå et nyt niveau. Måske, når opfindelsen bliver en realitet, vil jetmotorer blive opgivet til fordel for turboprops og i militæretflyvemaskiner. Men på nuværende tidspunkt kan de kun kaldes "arbejdsheste", ikke den mest kraftfulde, men stabile funktion.