Turbopropelerinis variklis: įrenginys, schema, veikimo principas. Turbosraigtinių variklių gamyba Rusijoje

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Turbosraigtinis variklis panašus į stūmoklinį variklį: abu turi propelerį. Tačiau visais kitais atžvilgiais jie skiriasi. Apsvarstykite, kas yra šis įrenginys, kaip jis veikia, kokie privalumai ir trūkumai.

Bendrosios charakteristikos

Turbosraigtinis variklis priklauso dujų turbininių variklių klasei, kurie buvo sukurti kaip universalūs energijos keitikliai ir plačiai naudojami aviacijoje. Jie susideda iš šilumos variklio, kuriame išsiplėtusios dujos suka turbiną ir generuoja sukimo momentą, o prie jos veleno pritvirtinti kiti mazgai. Turbopropeleris tiekiamas su sraigtu.

Tai stūmoklinių ir turboreaktyvinių agregatų kryžius. Iš pradžių orlaiviuose buvo montuojami stūmokliniai varikliai, sudaryti iš žvaigždės formos cilindrų su viduje esančiu velenu. Tačiau dėl to, kad jie turėjo per didelius matmenis ir svorį, taip pat mažą greitį, jie nebebuvo naudojami, pirmenybę teikiant atsiradusioms turboreaktyvinėms instalijoms. Tačiau šie varikliai nebuvo be trūkumų. Jie galėtųišvysto viršgarsinį greitį, tačiau sunaudojo daug degalų. Todėl jų eksploatavimas buvo per brangus keleiviams vežti.

Turbosraigtinis variklis turėjo susidoroti su tokiu trūkumu. Ir ši problema buvo išspręsta. Konstrukcija ir veikimo principas buvo paimti iš turboreaktyvinio variklio mechanizmo, o sraigtai – iš stūmoklinio variklio. Taigi tapo įmanoma derinti mažus matmenis, ekonomiškumą ir didelį efektyvumą.

Varikliai buvo išrasti ir pagaminti praėjusio amžiaus trečiajame dešimtmetyje Sovietų Sąjungos laikais, o po dviejų dešimtmečių pradėti masinė gamyba. Galia svyravo nuo 1880 iki 11000 kW. Ilgą laiką jie buvo naudojami karinėje ir civilinėje aviacijoje. Tačiau jie nebuvo tinkami viršgarsiniam greičiui. Todėl karinėje aviacijoje atsiradus tokiems pajėgumams, jų buvo atsisakyta. Tačiau su jais daugiausia tiekiami civiliniai orlaiviai.

Turbosraigtinio variklio įtaisas ir jo veikimo principas

Variklio konstrukcija labai paprasta. Apima:

• reduktorius;
• sraigtas;
• degimo kamera;
• kompresorius;
• purkštukas.

Turbosraigtinio variklio schema yra tokia: po kompresoriaus įpurškimo ir suspaudimo oras patenka į degimo kamerą. Ten įpurškiamas kuras. Gautas mišinys užsidega ir sukuria dujas, kurios išsiplėtusios patenka į turbiną ir ją sukasi, o ji savo ruožtu sukasi kompresorių ir varžtą. Neišleistasenergija išeina per purkštuką, sukurdama srovės trauką. Kadangi jo vertė nėra reikšminga (tik dešimt procentų), turboreaktyvinis variklis nelaikomas turboreaktyviniu varikliu.

Veikimo principas ir konstrukcija yra panašūs į jį, tačiau energija čia ne visiškai išbėga per purkštuką, sukurdama reaktyvinio srauto trauką, o tik iš dalies, nes naudinga energija sukasi ir propelerį.

Darbinis velenas

Yra variklių su vienu arba dviem velenais. Vieno veleno versijoje kompresorius, turbina ir sraigtas yra ant to paties veleno. Dviejų velenų viename iš jų sumontuota turbina ir kompresorius, o kitame – sraigtas per pavarų dėžę. Taip pat yra dvi turbinos, sujungtos viena su kita dujų dinamišku būdu. Vienas skirtas propeleriui, o kitas – kompresoriui. Ši parinktis yra labiausiai paplitusi, nes energija gali būti naudojama nepaleidžiant propelerių. Ir tai ypač patogu, kai lėktuvas yra ant žemės.

Kompresorius

Šią dalį sudaro nuo dviejų iki šešių etapų, leidžiančių pastebėti reikšmingus temperatūros ir slėgio pokyčius, taip pat sumažinti greitį. Dėl šios konstrukcijos galima sumažinti svorį ir matmenis, o tai labai svarbu orlaivių varikliams. Kompresorius apima sparnuotės ir kreipiamąją mentę. Pastarasis gali būti reguliuojamas arba nereguliuojamas.

Propeleris

Ši dalis sukuria trauką, tačiau greitis yra ribotas. Geriausiu rodikliu laikomas lygis nuo 750 iki 1500 aps./min., nes supadidės, efektyvumas pradės kristi, o vietoj pagreičio sraigtas pavirs stabdžiu. Šis reiškinys vadinamas „užrakinimo efektu“. Ją sukelia sraigto mentės, kurios, važiuojant dideliu greičiu, sukdamosi viršijant garso greitį, pradeda veikti netinkamai. Tas pats poveikis bus stebimas padidinus jų skersmenį.

Turbina

Turbina gali suktis iki dvidešimties tūkstančių apsisukimų per minutę, tačiau varžtas negalės jam prilygti, todėl yra reduktorius, kuris sumažina greitį ir padidina sukimo momentą. Reduktoriai gali būti skirtingi, tačiau pagrindinė jų užduotis, nepaisant tipo, yra sumažinti greitį ir padidinti sukimo momentą.

Būtent ši savybė riboja turbosraigtinių sraigtų naudojimą kariniuose orlaiviuose. Tačiau viršgarsinio variklio kūrimas nesibaigia, nors kol kas nėra sėkmingas. Norint padidinti trauką, kartais turbosraigtinis variklis tiekiamas su dviem sraigtais. Tuo pačiu jie įgyvendina veikimo principą dėl sukimosi priešingomis kryptimis, bet su vienos pavarų dėžės pagalba.

Kaip pavyzdį galime apsvarstyti D-27 variklį (turbopropenatorinį ventiliatorių), kuris turi du sraigtinius ventiliatorius, pritvirtintus prie laisvos turbinos pavarų dėže. Tai vienintelis tokio dizaino modelis, naudojamas civilinėje aviacijoje. Tačiau sėkmingas jo taikymas laikomas dideliu šuoliu gerinant svarstomo įrenginio veikimąvariklis.

Privalumai ir trūkumai

Išskirkime pliusus ir minusus, kurie apibūdina turbopropelerinio variklio darbą. Privalumai:

• lengvas svoris, palyginti su stūmoklių blokais;
• ekonomiškumas, palyginti su turboreaktyviniais varikliais (sraigto dėka efektyvumas siekia aštuoniasdešimt šešis procentus).

Tačiau, nepaisant tokių neabejotinų pranašumų, reaktyviniai varikliai kai kuriais atvejais yra pirmenybė. Turbosraigtinio variklio greičio apribojimas yra septyni šimtai penkiasdešimt kilometrų per valandą. Tačiau šiuolaikinei aviacijai to neužtenka. Be to, keliamas triukšmas yra labai didelis, viršijantis Tarptautinės civilinės aviacijos organizacijos leistinas vertes.

Todėl turbosraigtinių variklių gamyba Rusijoje yra ribota. Jie daugiausia montuojami orlaiviuose, kurie skrenda didelius atstumus ir mažu greičiu. Tada paraiška yra pagrįsta.

Tačiau karinėje aviacijoje, kur pagrindinės orlaivių savybės yra didelis manevringumas ir tylus veikimas, o ne efektyvumas, šie varikliai neatitinka būtinų reikalavimų ir čia naudojami turboreaktyviniai agregatai.

Tuo pat metu vyksta viršgarsinių sraigtų kūrimas, siekiant įveikti „užrakinimo efektą“ir pasiekti naują lygį. Galbūt, kai išradimas taps realybe, reaktyvinių variklių bus atsisakyta naudoti turbosraigtinius sraigtus ir kariuomenėjelėktuvai. Tačiau šiuo metu juos galima vadinti tik „darbiniais arkliukais“, ne galingiausiais, bet stabiliai veikiančiais.