Turbopropmotor: enhet, schema, funktionsprincip. Tillverkning av turbopropmotorer i Ryssland

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

En turbopropmotor liknar en kolvmotor: båda har en propeller. Men på alla andra sätt är de olika. Fundera på vad den här enheten är, hur den fungerar, vilka är dess för- och nackdelar.

Allmänna egenskaper

Turbopropmotorn tillhör klassen av gasturbinmotorer, som utvecklades som universella energiomvandlare och blev allmänt använda inom flyget. De består av en värmemotor, där de expanderade gaserna roterar turbinen och genererar vridmoment, och andra enheter är fästa på dess axel. Turbopropmotorn är försedd med en propeller.

Det är en korsning mellan kolv- och turbojetenheter. Först installerades kolvmotorer i flygplan, bestående av stjärnformade cylindrar med en axel placerad inuti. Men på grund av det faktum att de hade för stora dimensioner och vikt, samt en låghastighetskapacitet, användes de inte längre, och föredrog de turbojetinstallationer som dök upp. Men dessa motorer var inte utan nackdelar. De kundeutveckla överljudshastighet, men förbrukade mycket bränsle. Därför var deras verksamhet för dyr för passagerartransport.

Turbopropmotorn fick klara av en sådan brist. Och detta problem var löst. Konstruktionen och driftprincipen togs från mekanismen för en turbojetmotor och propellrar från en kolvmotor. Därmed blev det möjligt att kombinera små dimensioner, ekonomi och hög effektivitet.

Motorer uppfanns och byggdes på trettiotalet av förra seklet under Sovjetunionen, och två decennier senare började deras massproduktion. Effekten varierade från 1880 till 11000 kW. Under en lång period användes de inom militär och civil luftfart. De var dock inte lämpliga för överljudshastighet. Därför, med tillkomsten av sådana kapaciteter inom militär luftfart, övergavs de. Men civila flygplan levereras huvudsakligen med dem.

Enheten för en turbopropmotor och principen för dess funktion

Motorns design är mycket enkel. Inkluderar:

• reducer;
• propeller;
• förbränningskammare;
• kompressor;
• munstycke.

Schemat för en turbopropmotor är som följer: efter att ha insprutats och komprimerats av en kompressor kommer luften in i förbränningskammaren. Det är där bränslet sprutas in. Den resulterande blandningen antänds och skapar gaser som, när de expanderas, kommer in i turbinen och roterar den, och den roterar i sin tur kompressorn och skruven. Outnyttjadeenergi kommer ut genom munstycket, vilket skapar strålkraft. Eftersom dess värde inte är signifikant (endast tio procent) anses en turbopropmotor inte vara en turbojetmotor.

Principen för drift och design liknar dock den, men energin här försvinner inte helt genom munstycket, vilket skapar jettryck, utan endast delvis, eftersom den användbara energin också roterar propellern.

Arbetsaxel

Det finns motorer med en eller två axlar. I den enaxlade versionen är kompressorn, turbinen och propellern placerade på samma axel. I en tvåaxlad är en turbin och en kompressor installerade på en av dem, och en propeller genom en växellåda på den andra. Det finns också två turbiner kopplade till varandra på ett gasdynamiskt sätt. Den ena är till propellern och den andra är till kompressorn. Detta alternativ är det vanligaste, eftersom energi kan appliceras utan att starta propellrarna. Och detta är särskilt praktiskt när planet är på marken.

Kompressor

Denna del består av två till sex steg, vilket gör att du kan uppfatta betydande förändringar i temperatur och tryck, samt minska hastigheten. Tack vare denna design är det möjligt att minska vikt och dimensioner, vilket är mycket viktigt för flygplansmotorer. Kompressorn inkluderar pumphjul och en ledskovel. Det senare kan eller kanske inte är reglerat.

Propeller

Den här delen genererar dragkraft, men hastigheten är begränsad. Den bästa indikatorn anses vara en nivå från 750 till 1500 rpm, eftersom medöka, effektiviteten börjar sjunka, och istället för acceleration kommer propellern att förvandlas till en broms. Fenomenet kallas för "låsningseffekten". Det orsakas av propellerbladen, som vid höga hastigheter, när de roterar över ljudhastigheten, börjar fungera felaktigt. Samma effekt kommer att observeras genom att öka deras diameter.

Turbine

Turbinen klarar av hastigheter upp till tjugo tusen varv per minut, men skruven kommer inte att kunna matcha den, så det finns en reduktionsväxel som minskar hastigheten och ökar vridmomentet. Reducerare kan vara olika, men deras huvudsakliga uppgift, oavsett typ, är att minska hastigheten och öka vridmomentet.

Det är denna egenskap som begränsar användningen av turboprops i militära flygplan. Utvecklingen för att skapa en överljudsmotor slutar dock inte, även om de ännu inte är framgångsrika. För att öka dragkraften är ibland en turbopropmotor utrustad med två propellrar. Samtidigt implementerar de funktionsprincipen på grund av rotation i motsatta riktningar, men med hjälp av en växellåda.

Som ett exempel kan vi betrakta D-27-motorn (turbopropfan), som har två skruvfläktar fästa på en fri turbin med en växellåda. Detta är den enda modellen av denna design som används inom civil luftfart. Men dess framgångsrika tillämpning anses vara ett stort steg i att förbättra prestandan för den övervägdamotor.

Fördelar och nackdelar

Låt oss lyfta fram plus- och minuserna som kännetecknar driften av en turbopropmotor. Fördelarna är:

• lätt vikt jämfört med kolvenheter;
• ekonomi jämfört med turbojetmotorer (tack vare propellern når verkningsgraden åttiosex procent).

Men trots sådana obestridliga fördelar är jetmotorer i vissa fall det föredragna alternativet. Hastighetsgränsen för en turbopropmotor är sjuhundrafemtio kilometer i timmen. Detta räcker dock inte för modernt flyg. Dessutom är bullret som genereras mycket högt och överskrider de tillåtna värdena för International Civil Aviation Organization.

Därför är produktionen av turbopropmotorer i Ryssland begränsad. De är främst installerade i flygplan som flyger långa sträckor och i låga hastigheter. Då är ansökan motiverad.

Men inom militärflyget, där de huvudsakliga egenskaperna som flygplan bör ha är hög manövrerbarhet och tyst drift, och inte effektivitet, uppfyller dessa motorer inte de nödvändiga kraven och turbojetenheter används här.

Samtidigt pågår utveckling för att skapa överljudspropellrar för att övervinna "låsningseffekten" och nå en ny nivå. Kanske, när uppfinningen blir verklighet, kommer jetmotorer att överges till förmån för turboprops och i militärenflygplan. Men för närvarande kan de bara kallas "arbetshästar", inte de mest kraftfulla, men stabila fungerande.