Turbopropelerski motor: naprava, shema, princip delovanja. Proizvodnja turbopropelerskih motorjev v Rusiji

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Turbopropelerski motor je podoben batnemu motorju: oba imata propeler. Toda v vseh drugih pogledih so različni. Razmislite, kaj je ta enota, kako deluje, kakšne so njene prednosti in slabosti.

Splošne značilnosti

Turbopropelerski motor spada v razred plinskoturbinskih motorjev, ki so bili razviti kot univerzalni pretvorniki energije in so se široko uporabljali v letalstvu. Sestavljeni so iz toplotnega motorja, kjer ekspandirani plini vrtijo turbino in ustvarjajo navor, druge enote pa so pritrjene na njeno gred. Turbopropelerski motor je opremljen s propelerjem.

Je križanec med batnimi in turboreaktivnimi enotami. Sprva so bili v letalih nameščeni batni motorji, sestavljeni iz valjev v obliki zvezde z gredjo v notranjosti. Toda zaradi prevelikih dimenzij in teže ter nizke hitrosti se niso več uporabljali, raje pa so se pojavile turboreaktivne instalacije. Toda ti motorji niso bili brez pomanjkljivosti. Oni bi lahkorazvijajo nadzvočno hitrost, vendar porabijo veliko goriva. Zato je bilo njihovo delovanje predrago za potniški promet.

Turbopropelerski motor se je moral spopasti s takšno pomanjkljivostjo. In ta problem je bil rešen. Zasnova in načelo delovanja sta bila vzeta iz mehanizma turboreaktivnega motorja, propelerji pa iz batnega motorja. Tako je postalo mogoče združiti majhne dimenzije, ekonomičnost in visoko učinkovitost.

Motorji so bili izumljeni in izdelani že v tridesetih letih prejšnjega stoletja pod Sovjetsko zvezo, dve desetletji pozneje pa se je začela njihova množična proizvodnja. Moč se je gibala od 1880 do 11000 kW. Dolgo so jih uporabljali v vojaškem in civilnem letalstvu. Niso pa bili primerni za nadzvočno hitrost. Zato so jih s prihodom takšnih zmogljivosti v vojaškem letalstvu opustili. Toda civilna letala so v glavnem dobavljena z njimi.

Naprava turbopropelerskega motorja in princip njegovega delovanja

Zasnova motorja je zelo preprosta. Vključuje:

• reduktor;
• propeler;
• zgorevalna komora;
• kompresor;
• šoba.

Shema turboprop motorja je naslednja: po vbrizgavanju in stiskanju s kompresorjem zrak vstopi v zgorevalno komoro. Tam se vbrizga gorivo. Nastala zmes se vžge in ustvari pline, ki ob ekspanziji vstopijo v turbino in jo zavrtijo, ta pa vrti kompresor in vijak. Neporabljenoenergija izstopa skozi šobo, kar ustvarja potisk curka. Ker njegova vrednost ni pomembna (le deset odstotkov), se turbopropelerski motor ne šteje za turboreaktivni motor.

Načelo delovanja in zasnova pa sta mu podobna, vendar energija tukaj ne uide v celoti skozi šobo in ustvarja potisk curka, ampak le delno, saj uporabna energija vrti tudi propeler.

Delovni jašek

Obstajajo motorji z eno ali dvema gredema. V različici z eno gredjo so kompresor, turbina in propeler nameščeni na isti gredi. V dvogredni sta na enem nameščena turbina in kompresor, na drugi pa propeler skozi menjalnik. Obstajata tudi dve turbini, ki sta med seboj povezani na plinsko-dinamičen način. Ena je za propeler, druga pa za kompresor. Ta možnost je najpogostejša, saj se lahko energija uporabi brez zagona propelerjev. In to je še posebej priročno, ko je letalo na tleh.

Kompresor

Ta del je sestavljen iz dveh do šestih stopenj, ki vam omogočajo, da zaznate pomembne spremembe temperature in tlaka ter zmanjšate hitrost. Zahvaljujoč tej zasnovi je mogoče zmanjšati težo in dimenzije, kar je zelo pomembno za letalske motorje. Kompresor vključuje rotorje in vodilno lopatico. Slednje je lahko regulirano ali pa tudi ne.

Propeler

Ta del ustvarja potisk, vendar je hitrost omejena. Najboljši indikator se šteje za raven od 750 do 1500 vrt / min, saj spovečati, bo učinkovitost začela padati, namesto pospeševanja pa se bo propeler spremenil v zavoro. Pojav se imenuje "učinek zaklepanja". Povzročajo ga lopatice propelerja, ki pri visokih hitrostih, ko se vrtijo, ki presegajo hitrost zvoka, začnejo delovati nepravilno. Enak učinek bo opazen s povečanjem njihovega premera.

turbina

Turbina je sposobna hitrosti do dvajset tisoč vrtljajev na minuto, vendar ji vijak ne bo mogel ustrezati, zato obstaja reduktor, ki zmanjša hitrost in poveča navor. Reduktorji so lahko različni, vendar je njihova glavna naloga, ne glede na vrsto, zmanjšati hitrost in povečati navor.

Prav ta lastnost omejuje uporabo turbopropelerjev v vojaških letalih. Vendar se razvoj nadzvočnega motorja ne ustavi, čeprav še ni uspešen. Za povečanje potiska je včasih turbopropelerski motor opremljen z dvema propelerjema. Hkrati izvajajo princip delovanja zaradi vrtenja v nasprotnih smereh, vendar s pomočjo enega menjalnika.

Kot primer lahko upoštevamo motor D-27 (turbopropelerski), ki ima dva vijačna ventilatorja, pritrjena na prosto turbino z menjalnikom. To je edini model te zasnove, ki se uporablja v civilnem letalstvu. Toda njegova uspešna uporaba velja za velik preskok pri izboljšanju učinkovitosti obravnavanegamotor.

Prednosti in slabosti

Izpostavimo pluse in minuse, ki so značilni za delovanje turboprop motorja. Prednosti so:

• lahka teža v primerjavi z batnimi enotami;
• varčnost v primerjavi s turboreaktivnimi motorji (zahvaljujoč propelerju izkoristek doseže šestinosemdeset odstotkov).

Vendar so kljub takšnim nespornim prednostim reaktivni motorji v nekaterih primerih najboljša možnost. Omejitev hitrosti turboprop motorja je sedemsto petdeset kilometrov na uro. Vendar to za sodobno letalstvo ni dovolj. Poleg tega je ustvarjen hrup zelo visok in presega dovoljene vrednosti Mednarodne organizacije civilnega letalstva.

Zato je proizvodnja turbopropelerskih motorjev v Rusiji omejena. Vgrajeni so predvsem v letala, ki letijo na dolge razdalje in pri nizkih hitrostih. Potem je prijava upravičena.

Vendar pa v vojaškem letalstvu, kjer so glavne značilnosti, ki bi jih morala imeti letala visoka okretnost in tiho delovanje, ne pa učinkovitost, ti motorji ne izpolnjujejo potrebnih zahtev in tukaj se uporabljajo turboreaktivne enote..

Hkrati poteka razvoj za ustvarjanje nadzvočnih propelerjev, da bi premagali "učinek zaklepanja" in dosegli novo raven. Morda bodo, ko bo izum postal resničnost, reaktivne motorje opustili v korist turbopropelov in v vojskiletala. Toda trenutno jih lahko imenujemo le "delovni konji", ne najmočnejši, ampak stabilno delujoči.