Турбовитлов двигател, АВИАЦИЯ РАЗБИРАЕМА ЗА ВСЕКИ
Транспортен самолет АН-8 с двигатели АИ-20.
Днес продължаваме да говорим по-подробно за видовете авиационни двигатели. На дневен ред е следният тип -турбовитлов (TVD). Тези, които четат статията ми тук, разбира се, знаят, че турбовитловият двигател е вид газотурбинен двигател.
Газотурбинният двигател е топлинен двигател и като всеки топлинен двигател има разширително устройство, което е турбина. Е, турбината е необходима на първо място за въртене на компресора и второ, за задвижване на различни допълнителни агрегати, тоест полезния товар. Това може да бъде например електрически генератор, витло в корабна инсталация, а по отношение на авиацията - въздушно витло или спомагателен енергиен агрегат (APU).
Оказва се, че турбината условно може да се раздели на две части - компресорна турбина и турбина за полезен товар. Последната се нарича още свободна турбина. Често на практика те се изпълняват под формата на две единици. Ако свободната турбина бъде премахната, тогава ще остане неизползвана част от енергията на газовия поток (така наречената свободна енергия), която след това може да се преобразува в кинетична енергия в реактивната дюза на двигателя и ще получим тягата на двигателя поради реакцията на струята. Сигурно вече разбрахте :-), че в случая ще имаме турбореактивен двигател.
Възможен е обаче и междинен вариант. Тоест част от свободната енергия (голяма) може да се използва за полезен товар, а останалата част (по-малка) за работа в дюзата, тоест за получаване на реактивна тяга. Именно на този принцип е устроентурбовитлов двигател. Полезният товар за него е гореспоменатото витло. Честно казано си струвада кажа, че реактивната тяга играе малка роля за театъра. Делът му обикновено е не повече от 15% (в съвременните театри дори по-малко).
Основен дизайн на турбовитлов двигател.
Така че класическият театър е много подобен по дизайн на конвенционален турбореактивен двигател. Има компресор, горивна камера, турбина и дюза. Но е добавена друга важна единица. Факт е, че скоростта на ротора на всеки газотурбинен двигател е много висока (до 30 000 об / мин), а витлото не може да работи при такива скорости. Следователно между ротора на двигателя и винта е монтирана скоростна кутия, намаляваща скоростта. Редукторите се предлагат в различни дизайни, но имат еднакви функции.
Анимация, показваща принципа на работа на театъра.
Като всичко на този свят 🙂Турбовитлов двигател има предимства и недостатъци. Това е следствие от факта, че той съчетава качествата на бутален и турбореактивен двигател. Той, като газотурбинен двигател (роднина на реактивен двигател :-)) е представител на същото семейство двигатели, които по едно време загубиха почвата си пред буталния двигател (повече за това тук). Следователно TVD е много по-лек от буталния при същата мощност. Това е много добре, защото масата е най-важният показател за авиацията. Всичко тежко, както знаете, лети без особено желание :-).
В същото време, в сравнение с турбореактивен двигател, турбовитловият двигател е много по-икономичен. Факт е, че той взе витло от бутален театър. Това устройство, особено в съвременните разработки, има доста висока ефективност, до 86%, което определя ефективността на целия двигател.
Високите скорости обаче не са достъпни за перката. „Ефектът на заключване“ не позволява на самолети с витло да летят със скорости над 750 км/ч(единственият самолет нашия бомбардировач ТУ-95 достига скорост от 920 км/ч). Освен това съвременните витла са доста шумни, което не е одобрено от стандартите на Международната организация за гражданска авиация (ICAO). Така се оказва, четурбовитлов двигател се използва главно там, където не са необходими високи скорости или ефективността е важна. Най-често това е гражданската авиация на къси и средни разстояния, както и транспортната авиация. Но, честно казано, оттам TVD често се заменя с модерни икономични байпасни турбореактивни двигатели.
Турбовитлов двигател AI-20.
Турбовитловият вече е служил на хората достатъчно и винаги се е отличавал с висока ефективност и голяма надеждност. Добре известен например е ветеранът двигател AI-20 (и неговите модификации, началото на производството през 1957 г.)). Инсталиран е на заслужилия пътнически самолет Ил-18, както и на транспортни самолети като АН-8, АН-12, АН-32, на военноморски BE-12 и военноморски IL-38. Този двигател все още работи на места и е много надежден. Вероятно нито един двигател няма такъв ресурс като AI-20 (40 000 часа полет!)
Противолодъчен самолет BE-12 с двигатели AI-20.
Пътнически ветеран Ил-18 с двигатели АИ-20.
И, разбира се, все още е твърде рано да се отпишетурбовитлови. Дизайнерите, изкушени от високата му ефективност, непрекъснато работят за подобряване на съществуващите дизайни и създаване на нови. Разработват се нови видове витла, по-специално свръхзвукови (с променлив успех обаче :-)).
Турбовитлов двигател D-27.
Пример е сравнително скорошнотодвигател D-27, разработен в Запорожското машиностроително конструкторско бюро "Прогрес" на името на академик А. Г. Ивченко. На същото място, където някога е създаден AI-20. D-27 много прилича натурбовитлов, но всъщност е качествен скок напред. Той дори има променено име: турбовитлов вентилаторен двигател. Проектиран за пътнически и транспортни самолети, където скоростта е толкова важна, колкото и икономията. Като например новия транспортьор AN-70. На оста на свободната турбина D-27 (разбираемо през скоростната кутия :-)) са монтирани два витлови вентилатора, въртящи се в различни посоки. Този двигател няма аналози и в момента е единственият работещ двигател от този тип в света.
Транспортен самолет Ан-70 с двигатели Д-27.
Напредъкът е неудържим :-), така че е вероятно да видим нови типове самолети с ореоли на витла и тихо бръмчене на турбовитлови двигатели.
В заключение ви предлагам да гледате два видеоклипа. Първият кладенец показва принципа на действие на театъра. Обяснителните надписи са на английски, но мисля, че не е трудно за разбиране. За тези, които „изобщо не са английски“ :-), ще обясня, че Gearbox е скоростна кутия, а Nozzle е дюза, Inlet е вход, Combustion Chamber е горивна камера. Второто видео е анимация на друг прогресивен и много интересен турбовитлов двигател Pratt Whitney PT6A. Моля, обърнете внимание, че посоката на движение на газовете по пътя на двигателя е организирана "отзад напред" 🙂