Μηχανή Turboprop: συσκευή, σχήμα, αρχή λειτουργίας. Παραγωγή κινητήρων στροβιλοκινητήρων στη Ρωσία

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Ένας κινητήρας στροβιλοκινητήρα είναι παρόμοιος με έναν κινητήρα με έμβολο: και οι δύο έχουν έλικα. Αλλά από κάθε άλλη άποψη είναι διαφορετικά. Σκεφτείτε τι είναι αυτή η μονάδα, πώς λειτουργεί, ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της.

Γενικά χαρακτηριστικά

Ο κινητήρας turboprop ανήκει στην κατηγορία των κινητήρων αεριοστροβίλου, οι οποίοι αναπτύχθηκαν ως γενικοί μετατροπείς ενέργειας και χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροπορία. Αποτελούνται από μια θερμική μηχανή, όπου τα διογκωμένα αέρια περιστρέφουν τον στρόβιλο και παράγουν ροπή και άλλες μονάδες συνδέονται στον άξονά του. Ο κινητήρας turboprop παρέχεται με έλικα.

Είναι μια διασταύρωση μεταξύ εμβόλων και μονάδων στροβιλοτζετ. Αρχικά, εγκαταστάθηκαν κινητήρες εμβόλου σε αεροσκάφη, αποτελούμενες από κυλίνδρους σε σχήμα αστεριού με άξονα που βρίσκεται μέσα. Αλλά λόγω του ότι είχαν πολύ μεγάλες διαστάσεις και βάρος, καθώς και δυνατότητα χαμηλής ταχύτητας, δεν χρησιμοποιήθηκαν πλέον, προτιμώντας τις εγκαταστάσεις turbojet που εμφανίστηκαν. Αλλά αυτοί οι κινητήρες δεν ήταν χωρίς μειονεκτήματα. Μπορούσαναναπτύξει υπερηχητική ταχύτητα, αλλά κατανάλωσε πολύ καύσιμο. Ως εκ τούτου, η λειτουργία τους ήταν πολύ ακριβή για τη μεταφορά επιβατών.

Ο κινητήρας turboprop έπρεπε να αντιμετωπίσει μια τέτοια έλλειψη. Και αυτό το πρόβλημα λύθηκε. Ο σχεδιασμός και η αρχή της λειτουργίας ελήφθησαν από τον μηχανισμό ενός κινητήρα στροβιλοκινητήρα και οι έλικες από έναν κινητήρα εμβόλου. Έτσι, κατέστη δυνατός ο συνδυασμός μικρών διαστάσεων, οικονομίας και υψηλής απόδοσης.

Οι κινητήρες εφευρέθηκαν και κατασκευάστηκαν στη δεκαετία του τριάντα του περασμένου αιώνα υπό τη Σοβιετική Ένωση, και δύο δεκαετίες αργότερα ξεκίνησε η μαζική παραγωγή τους. Η ισχύς κυμαινόταν από 1880 έως 11000 kW. Για μεγάλο χρονικό διάστημα χρησιμοποιήθηκαν στη στρατιωτική και πολιτική αεροπορία. Ωστόσο, δεν ήταν κατάλληλα για υπερηχητική ταχύτητα. Ως εκ τούτου, με την εμφάνιση τέτοιων ικανοτήτων στη στρατιωτική αεροπορία, εγκαταλείφθηκαν. Αλλά πολιτικά αεροσκάφη προμηθεύονται κυρίως με αυτά.

Η συσκευή ενός στροβιλοκινητήρα και η αρχή της λειτουργίας του

Η σχεδίαση του κινητήρα είναι πολύ απλή. Περιλαμβάνει:

• reducer;
• έλικα;
• θάλαμος καύσης;
• συμπιεστής;
• στόμιο.

Το σχήμα ενός κινητήρα στροβιλοκινητήρα έχει ως εξής: αφού εγχυθεί και συμπιεστεί από έναν συμπιεστή, ο αέρας εισέρχεται στον θάλαμο καύσης. Εκεί γίνεται η έγχυση του καυσίμου. Το μείγμα που προκύπτει αναφλέγεται και δημιουργεί αέρια που όταν διαστέλλονται εισέρχονται στον στρόβιλο και τον περιστρέφουν και αυτός με τη σειρά του περιστρέφει τον συμπιεστή και τη βίδα. ΑδαπανηταΗ ενέργεια εξέρχεται μέσω του ακροφυσίου, δημιουργώντας ώθηση πίδακα. Δεδομένου ότι η τιμή του δεν είναι σημαντική (μόνο δέκα τοις εκατό), ένας κινητήρας στροβιλοκινητήρα δεν θεωρείται κινητήρας στροβιλοκινητήρα.

Η αρχή της λειτουργίας και ο σχεδιασμός, ωστόσο, είναι παρόμοια με αυτήν, αλλά η ενέργεια εδώ δεν διαφεύγει εντελώς μέσα από το ακροφύσιο, δημιουργώντας ώθηση εκτόξευσης, αλλά μόνο εν μέρει, αφού η χρήσιμη ενέργεια περιστρέφει και την έλικα.

Άξονας εργασίας

Υπάρχουν κινητήρες με έναν ή δύο άξονες. Στην έκδοση με έναν άξονα, ο συμπιεστής, η τουρμπίνα και η έλικα βρίσκονται στον ίδιο άξονα. Σε έναν διάξονα, ένας στρόβιλος και ένας συμπιεστής είναι εγκατεστημένοι σε ένα από αυτά και μια προπέλα μέσω ενός κιβωτίου ταχυτήτων στην άλλη. Υπάρχουν επίσης δύο στρόβιλοι συνδεδεμένοι μεταξύ τους με αεριοδυναμικό τρόπο. Το ένα είναι για την προπέλα και το άλλο για τον συμπιεστή. Αυτή η επιλογή είναι η πιο συνηθισμένη, καθώς μπορεί να εφαρμοστεί ενέργεια χωρίς να εκκινηθούν οι έλικες. Και αυτό είναι ιδιαίτερα βολικό όταν το αεροπλάνο είναι στο έδαφος.

συμπιεστής

Αυτό το τμήμα αποτελείται από δύο έως έξι στάδια, που σας επιτρέπουν να αντιλαμβάνεστε σημαντικές αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση, καθώς και να μειώνετε την ταχύτητα. Χάρη σε αυτόν τον σχεδιασμό, είναι δυνατή η μείωση του βάρους και των διαστάσεων, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για τους κινητήρες των αεροσκαφών. Ο συμπιεστής περιλαμβάνει πτερωτές και οδηγό πτερύγιο. Το τελευταίο μπορεί να ρυθμίζεται ή όχι.

Προπέλα

Αυτό το εξάρτημα δημιουργεί ώθηση, αλλά η ταχύτητα είναι περιορισμένη. Ο καλύτερος δείκτης θεωρείται ένα επίπεδο από 750 έως 1500 σ.α.λ., αφού μεαυξηθεί, η απόδοση θα αρχίσει να πέφτει και αντί για επιτάχυνση, η προπέλα θα μετατραπεί σε φρένο. Το φαινόμενο ονομάζεται «φαινόμενο κλειδώματος». Προκαλείται από τα πτερύγια της προπέλας, τα οποία, σε υψηλές ταχύτητες, όταν περιστρέφονται πάνω από την ταχύτητα του ήχου, αρχίζουν να λειτουργούν εσφαλμένα. Το ίδιο αποτέλεσμα θα παρατηρηθεί αυξάνοντας τη διάμετρό τους.

Στροβίλου

Ο στρόβιλος μπορεί να επιταχύνει έως και είκοσι χιλιάδες στροφές ανά λεπτό, αλλά η βίδα δεν θα μπορεί να ταιριάξει με αυτόν, επομένως υπάρχει μια μειωτική ταχύτητα που μειώνει την ταχύτητα και αυξάνει τη ροπή. Οι μειωτήρες μπορεί να είναι διαφορετικοί, αλλά το κύριο καθήκον τους, ανεξάρτητα από τον τύπο, είναι η μείωση της ταχύτητας και η αύξηση της ροπής.

Αυτό το χαρακτηριστικό είναι που περιορίζει τη χρήση στροβιλοκινητήρων σε στρατιωτικά αεροσκάφη. Ωστόσο, οι εξελίξεις για τη δημιουργία ενός υπερηχητικού κινητήρα δεν σταματούν, αν και δεν είναι ακόμη επιτυχημένες. Για να αυξηθεί η ώση, μερικές φορές ένας κινητήρας turboprop παρέχεται με δύο έλικες. Ταυτόχρονα εφαρμόζουν την αρχή της λειτουργίας λόγω περιστροφής σε αντίθετες κατευθύνσεις, αλλά με τη βοήθεια ενός κιβωτίου ταχυτήτων.

Ως παράδειγμα, μπορούμε να λάβουμε υπόψη τον κινητήρα D-27 (turbopropfan), ο οποίος έχει δύο ανεμιστήρες βιδών που συνδέονται σε έναν ελεύθερο στρόβιλο μέσω ενός κιβωτίου ταχυτήτων. Αυτό είναι το μόνο μοντέλο αυτού του σχεδίου που χρησιμοποιείται στην πολιτική αεροπορία. Όμως η επιτυχής εφαρμογή του θεωρείται μεγάλο άλμα στη βελτίωση της απόδοσης του εξεταζόμενουκινητήρα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Ας επισημάνουμε τα θετικά και τα μειονεκτήματα που χαρακτηρίζουν τη λειτουργία ενός turboprop κινητήρα. Τα οφέλη είναι:

• ελαφρύ βάρος σε σύγκριση με μονάδες εμβόλου;
• οικονομία σε σύγκριση με τους κινητήρες turbojet (χάρη στην προπέλα, η απόδοση φτάνει το ογδόντα έξι τοις εκατό).

Ωστόσο, παρά τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα, οι κινητήρες τζετ είναι σε ορισμένες περιπτώσεις η προτιμώμενη επιλογή. Το όριο ταχύτητας ενός turboprop κινητήρα είναι επτακόσια πενήντα χιλιόμετρα την ώρα. Ωστόσο, αυτό δεν αρκεί για τη σύγχρονη αεροπορία. Επιπλέον, ο θόρυβος που δημιουργείται είναι πολύ υψηλός, υπερβαίνοντας τις επιτρεπόμενες τιμές του Διεθνούς Οργανισμού Πολιτικής Αεροπορίας.

Ως εκ τούτου, η παραγωγή κινητήρων στροβιλοκινητήρων στη Ρωσία είναι περιορισμένη. Εγκαθίστανται κυρίως σε αεροσκάφη που πετούν μεγάλες αποστάσεις και με χαμηλές ταχύτητες. Τότε η αίτηση δικαιολογείται.

Ωστόσο, στη στρατιωτική αεροπορία, όπου τα κύρια χαρακτηριστικά που πρέπει να έχουν τα αεροσκάφη είναι η υψηλή ευελιξία και η αθόρυβη λειτουργία και όχι η αποτελεσματικότητα, αυτοί οι κινητήρες δεν πληρούν τις απαραίτητες απαιτήσεις και χρησιμοποιούνται μονάδες στροβιλοκινητήρων.

Ταυτόχρονα βρίσκονται σε εξέλιξη εξελίξεις για τη δημιουργία υπερηχητικών ελίκων προκειμένου να ξεπεραστεί το «φαινόμενο κλειδώματος» και να φτάσει σε νέο επίπεδο. Ίσως, όταν η εφεύρεση γίνει πραγματικότητα, οι κινητήρες τζετ θα εγκαταλειφθούν υπέρ των στροβιλοκινητήρων και στον στρατόαεροπλάνα. Αλλά προς το παρόν, μπορούν να ονομαστούν μόνο "εργατικά άλογα", όχι τα πιο ισχυρά, αλλά σταθερά λειτουργικά.