0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтово́й дви́гатель — тип газотурбинного двигателя, в котором основная часть энергии горячих газов используется для привода воздушного винта через понижающий частоту вращения редуктор, и лишь небольшая часть энергии составляет выхлоп реактивной тяги [ источник не указан 721 день ] . Наличие понижающего редуктора обусловлено необходимостью уменьшения скоростей обтекания концов лопастей до дозвуковых.

Существуют две основные разновидности турбовинтовых двигателей: двухвальные, или со свободной турбиной (наиболее распространенные в настоящее время), и одновальные. В первом случае между газовой турбиной (называемой в этих двигателях газогенератором) и трансмиссией не существует механической связи, и привод осуществляется газодинамическим способом. Воздушный винт не находится на общем валу с турбиной и компрессором. Турбин в таком двигателе две: одна приводит в движение компрессор, другая (через понижающий редуктор) — винт. Такая конструкция имеет ряд преимуществ, в том числе и возможность работы силового агрегата самолёта на земле без передачи на воздушный винт (в этом случае используется тормоз воздушного винта, а работающий газотурбинный агрегат обеспечивает самолёт электрической мощностью и воздухом высокого давления для бортовых систем). Во втором случае (как видно из названия) турбина с компрессором и винт расположены на одном валу.

НК-12: прорыв в турбовинтовых двигателях

В 1949 году КБ Андрея Николаевича Туполева начало работы по созданию перспективного бомбардировщика, способного перелететь океан и вернуться. Правительство в качестве новой машины видело реактивный самолет. Однако Туполев отстаивал концепцию турбовинтового самолета. Как обоснованно считал конструктор, проект реактивного стратегического бомбардировщика обошелся бы стране гораздо дороже. Во-первых, для такой машины просто не существовало подходящего по экономичности двигателя. Туполев же присмотрелся к опытному ТВ-022, который разрабатывался Николаем Кузнецовым.

Общеизвестен тот факт, что данная силовая установка была создана на основе первого в мире серийного газотурбинного агрегата немецкой компании Junkers Motorenbau. Как и многие другие страны-победительницы, СССР перенимал некоторые достижения немецкой промышленности. Однако отечественные ученые под руководством Кузнецова так переработали этот проект ТВД, что получился, можно сказать, новый двигатель. Он обладал необходимой для стратегической авиации мощностью – 12 тыс. л. с. Таким образом, двигатель получил название ТВ-12, а в серийное производство вышел как НК-12, по инициалам своего легендарного создателя.


Самолет Ту-95 с двигателями НК-12. Фото: Фёдор Леухин / wikimedia.org

Первым этот двигатель получил стратегический бомбардировщик Ту-95 «Медведь». Благодаря НК-12 этот самолет мог без посадки и дозаправки пролетать до 15 тыс. км, и брать на борт до 12 тонн вооружения. «Медведь» на службе с 1955 года и до сих пор сохраняет статус самого скоростного турбовинтового самолета в мире.

На протяжении более полувека Ту-95 несколько раз модернизировался, а вместе с ним совершенствовался и НК-12. Мощность базовой модели непрерывно возрастала – НК-12М уже получил 15 000 л. с., а мощность модификации НК-16 составила 12 500 л. с. В настоящее время компания «Туполев» проводит очередную модернизацию Ту-95.

Помимо Ту-95, двигателем НК-12 в различных вариациях оснащались самолет ДРЛО Ту-126, противолодочный Ту-142, дальнемагистральный пассажирский лайнер Ту-114, тяжелый транспортник Ан-22 «Антей» и экраноплан А-90 «Орленок». НК-12 нашел свое место и на земле – в 1970-е годы на его основе был разработан турбовальный газоперекачивающий агрегат НК-12СТ. До сих пор российские добывающие компании эксплуатируют модификации этого двигателя.

Преимущества и недостатки

Подведя итоги, можно выделить основные преимущества и недостатки ТВД. Преимуществами турбовинтовых двигателей являются:

— небольшой вес в сравнение с поршневыми моторами;

— экономичность и меньший расход топлива в сравнение с турбореактивными двигателями, что объясняется наличием воздушного винта, КПД которого порой достигает 86%.

Но при всех своих достоинствах ТВД не могут полностью заменить собой реактивные двигатели, ведь их конструкция не позволяет развивать большие скорости. Их скоростной предел составляет 750 км/час, тогда как современная авиация требует намного большего. Еще один минус – шум при работе винта, превышающий гранично допустимые значения, определенные Международной организацией гражданской авиации.

Таким образом, несмотря на высокий КПД и экономичность, использование турбовинтовых двигателей ограничено. В основном ими оснащаются самолеты, летающие с небольшой скоростью и на дальние расстояния, что позволяет значительно снизить стоимость пассажирских и грузовых перелетов. В этих случаях их использование полностью оправдано. Но в военной авиации ТВД практически не используются – здесь важны не экономия топлива, а скорость, маневренность и бесшумность, что вполне могут обеспечить турбореактивные двигатели. Вместе с тем в авиационной промышленности постоянно ведутся работы по созданию сверхзвуковых винтов, которые смогли бы преодолевать звуковой барьер без потерь КПД и «эффекта запирания». Возможно, со временем этим двигателям удастся вытеснить своих реактивных собратьев и занять их место в современном авиастроении. Пока же ТВД остаются пусть и не самыми мощными, но выносливыми и надежными «рабочими лошадками».

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

В отличие от других реактивных двигателей в прямоточном воздушно-реактивном двигателе нет турбины и компрессора. Основными частями являются камера сгорания, диффузоры и сопла, с помощью которых создается тяга, как говорилось ранее.
Главной задачей диффузора является торможение встречного воздуха и повышение статического электричества. Кислород, поступающий из него, является основным окислителем для сгорания топлива в камере сгорания.
Помимо диффузора в таком двигателе также есть стабилизатор пламени и форсунки.
Существует также несколько разновидностей такого двигателя (это зависит от требуемой скорости):
— дозвуковые
— сверхзвуковые
— гиперзвуковые

Читать еще:  Honda civic viii какой двигатель

Пламенный мотор

Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, а также сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы.

История

Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.

Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, когда братья Райт запускали свой первый самолет «Флайер-1», российский ученый опубликовал труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором разработал основы теории реактивного движения. Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Циолковскому потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.


Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки

Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.

В СССР разработкой турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался легендарный авиаконструктор Архип Люлька. Еще в апреле 1940 года он запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Архип Люлька не нашел поддержки у руководства страны. С началом войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в срочном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1.

Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А.М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).

Принцип работы

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по принципу обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.

При этом понятно, что работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. Поэтому газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием – охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.

Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.

Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.

Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. Ее раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку-пропеллер. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии.

Читать еще:  Что такое двигатель pde

После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.

Поколения турбореактивных двигателей

Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.

К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15 и на самолеты ИЛ-28, ТУ-14.


Истребитель МИГ-15

ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.

Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.

События, связанные с этим

Объем реализации продукции ОДК вырос за год на 15-17%

«ОДК-Климов» отметил 105-летие

КАТЕГОРИИ

  • Новости Союза
  • Анонсы
  • Работа в регионах
  • Донорство крови
  • Новости предприятий
  • Социальное партнерство
  • Мнения
  • СМИ о нас

ПОПУЛЯРНОЕ

Холдинг «Вертолеты России» Госкорп.

2 сентября в Самаре состоялось мер.

25 августа в рамках деловой програ.

26 августа 2021 года в Кубинке про.

В рамках форума «Армия-2021» состо.

  • бюро
  • Деятельность бюро ЦС
  • Донорство крови
  • Инженеры будущего
  • Комитеты и комиссии
  • Конференции
  • Неделя без турникетов
  • Новости предприятий
  • Работа в регионах
  • социальное партнерство
  • СПК
  • Съезды

Двадцатого октября санкт-петербургскому АО «ОДК-Климов» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех) исполнилось 105 лет.

«ОДК-Климов» – российское предприятие-разработчик газотурбинных двигателей полного цикла: от осевой линии до сертификации. Климовские двигатели в составе силовых установок вертолетов и самолетов эксплуатируются более чем в 80 странах мира. Большинство вертолетов «Ми» и «Ка», реактивные самолеты-истребители МиГ-29 оснащаются двигателями ОДК-Климов. Сегодня ключевыми компетенциями предприятия являются не только разработка и серийное производство авиационных двигателей, но и их сервисное сопровождение на протяжении всего жизненного цикла.

Среди современных разработок конструкторов «ОДК-Климов» – высокоэффективный двигатель ТВ7-117В, который в своей размерности превосходит конкурентов. Эти моторы применяются в составе двухдвигательной силовой установки семейства многоцелевых вертолётов Ми-38.

Еще одна важная разработка предприятия – турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ. Эти двигатели весной 2019 года впервые подняли в небо новый российский военно-транспортный самолет Ил-112В. Двигатель ТВ7-117СТ-01 создается для силовой установки самолета Ил-114-300.

Самый массовый двигатель разработки «ОДК-Климов» – вертолетный турбовальный двигатель ВК-2500 и его модификации. Внедрение цифровой системы автоматического регулирования и контроля двигателя БАРК-78 позволяет повысить точность управления двигателем, усилить контроль работы на всех режимах, а также упрощает его эксплуатацию. ВК-2500 дает российским вертолетам «Ми» и «Ка» принципиально новые возможности при их эксплуатации в высокогорных районах и районах с жарким климатом. В рамках программы импортозамещения предприятием освоено серийное производство данных двигателей из отечественных комплектующих в широкой кооперации с предприятиями ОДК.

Реактивный двигатель РД-33 разработки «ОДК-Климов» – самый массовый в своем классе, он состоит на вооружении множества стран мира в составе истребителей МиГ-29. Для сверхманевренного самолета МиГ-29ОВТ была создана модификация двигателя с отклоняемым вектором тяги (ОВТ). Благодаря этой разработке самолет может совершать самые сложные фигуры высшего пилотажа. Для истребителя морского базирования был разработан реактивный двигатель РД-33МК.

Модернизация и развитие основной линейки двигателей не прекращается. На предприятии создаются новые двигатели мощностью 400-650 л.с. и 1400-1800 л.с. Новые отечественные двигатели разрабатываются с использованием только отечественных комплектующих. Закладываемые характеристики призваны обеспечить высокую конкурентоспособность на рынке существующих моторов.

Предприятие было основано в Санкт-Петербурге в 1914 году как Акционерное общество «Русский Рено». В условиях Первой Мировой войны оно стало выполнять заказы военных ведомств, в частности, выпускать двигатели для четырёхмоторных бомбардировщиков «Илья Муромец».

Во время Великой Отечественной войны предприятие освоило выпуск поршневых двигателей сотой серии. М-105-й называли «Мотором победы». Завод эвакуировали в Уфу, где под руководством главного конструктора Владимира Климова продолжался выпуск и модернизация двигателей серии М-100. В 1946 году в Ленинграде Опытно-конструкторское бюро возглавил Климов. Здесь был сконструирован первый крупносерийный турбореактивный двигатель ВК-1. Он устанавливался на истребителях МиГ-15-бис, МиГ-17 и на других самолетах, ставших главными представителями отечественной военной реактивной авиации первого поколения.

Читать еще:  Быстрый запуск двигателя как пользоваться

С 60-х годов «визитной карточкой» завода стало производство силовых установок для вертолётов. На заводе спроектировали турбовальные двигатели ГТД-350, ТВ2-117 и ТВ3-117, а также главные редукторы для вертолетов Миля и Камова.

В 60-х на заводе разрабатывались жидкостные ракетные двигатели для зенитно-ракетных комплексов С-200 и межконтинентальных ракет УР-100.

В 70-е годы климовцы спроектировали танковый газотурбинный двигатель для танка Т-80. В конце 70-х на предприятии создан легендарный реактивный двигатель РД-33 для истребителя МиГ-29.

Для Олимпиады-80 в рекордно короткие сроки климовцы создали факел.

Почему у самолета крылья снизу?

Начнем с крыльев. Когда у самолета они расположены внизу фюзеляжа, он называется «низкопланом». Абсолютное большинство пассажирских самолетов -низкопланы.

В компании Boeing нам объяснили, что причин этому сразу несколько. «Расположение крыла внизу (схема — низкоплан) позволяет сделать более короткие шасси (снизить вес), расположить двигатели под крылом достаточно близко к земле, более удобно скомпоновать пассажирский салон (центральная часть крыла проходит под полом пассажирской кабины), создает условия для безопасного покидания самолета в случае аварийной посадки на воду», — рассказали в американской компании.

Автор фото, Getty Images

Низкорасположенное крыло более безопасно при аварийных посадках даже при полных топливных баках. В 2009 году А320 компании US Airways приводнился на реку Гудзон сразу после взлета. Все пассажиры и экипаж спаслись

Давайте чуть подробнее поговорим о безопасности. Центральная часть самолета — место, где крылья соединяются с фюзеляжем, — называется центроплан. Это самая прочная и самая тяжелая его часть. В ней же расположены и топливные баки. Если самолету придется совершать аварийную посадку, то, очевидно, лучше сидеть на самой прочной и тяжелой части, а не под ней, не правда ли? А если при этом самолет сядет на воду, то полупустые, или почти пустые топливные баки станут своего рода понтонами, которые будут поддерживать его на плаву.

Среди региональных и ближнемагистральных хватает высокопланов, у которых крылья находятся сверху. Есть совсем немного среднепланов, крылья которых соединяются с фюзеляжем в середине, и даже биплан — Ан-2, но это уже авиационная экзотика, хотя и весьма симпатичная.

Ан-158 проще садиться на плохо подготовленные полосы

Схема «высокоплана» тоже имеет свои преимущества. Самолетам с пропеллерами удобней располагать их выше от земли, а реактивные высокопланы, такие как украинский Ан-158, могут приземляться на аэродромах с не очень хорошо подготовленной полосой, где есть опасность того, что пыль или мелкие камни могут попасть в двигатели.

Наконец, высокопланы чрезвычайно удобны для посадки и высадки — фюзеляж находится близко к земле, можно сойти на нее даже без трапа (особенно актуально как раз для плохо оборудованных аэродромов). Конструкторы транспортных самолетов от этой схемы в полном восторге — загружать такой самолет намного проще.

«Русский самолёт» L-410

Ещё в 2008 году начался приход русских на чешский завод, точнее, после приобретения 51% акций, а в 2015 году УЗГА построил новые цеха и начал производство L-410 в ходе процесса постепенно заменяя все узлы и детали на отечественные комплектующее. Сам чехи уже называют L-410 «русским самолётом» и в действительности он станет полностью отечественным, как только уральский завод наладит серийный выпуск российских турбовинтовых двигателей ВК-800С.

Уральские специалисты наладили выпуск L-410 в 2016 году и готовят эти машины к суровым русским условиям. Самолёт оснащают нескольким видам шасси – лыжное предназначено для посадки на снежную поверхность, а поплавковое – на воду также готовится вариант для посадки на мягкий грунт и неподготовленные площадки. Словом, машину адаптируют полностью к эксплуатации в любых климатических условиях России, в том числе и на Крайнем Севере.

Лыжное шасси для L-410 найдёт применение на аэродромах Крайнего Севера и неподготовленных площадках Арктики.

Выпускаемый на уральском заводе L-410 получил современную авионику, связь и оборудование, изготовленные исключительно из отечественных комплектующих. Очевидно, что и двигатели у этой машины скоро будут российского производства.

Многоцелевой 19-местный самолёт L-410 востребован в различных вариантах как для гражданской авиации, так и для военной. Для обоих ведомств эта машина превосходно подходит как учебно-тренировочная для подготовки и обучения курсантов. На данный момент — это единственный самолёт обучения будущих пилотов военно-транспортной авиации. Простая и лёгкая в управлении машина способна прощать ошибки в пилотировании, особенно на посадке и лучших самолётов этого класса для подготовки курсантов пока не предвидится.

Пассажирский салон L-410 весьма комфортный и удобный.

Для гражданской авиации машина найдёт применение в грузопассажирском варианте, а её санитарная версия будет востребована в труднодоступной местности и при проведении поисково-спасательных работ. В военном ведомстве найдут применение разведывательные, санитарные и десантные варианты L-410.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector