Двигатель турбовинтовой: устройство, схема, принцип работы. Производство турбовинтовых двигателей в России

Двигатель турбовинтовой: устройство, схема, принцип работы. Производство турбовинтовых двигателей в России

Двигатель турбовинтовой похож на поршневый: и тот, и другой имеют воздушный винт. Но во всем остальном они разные. Рассмотрим, что собой представляет этот агрегат, как работает, каковы его плюсы и минусы.

Общая характеристика

Двигатель турбовинтовой принадлежит к классу газотурбинных, которые разрабатывались как универсальные преобразователи энергии и стали широко использоваться в авиации. Они состоят из тепловой машины, где расширенные газы вращают турбину и образуют крутящий момент, а к ее валу прикрепляют другие агрегаты. Двигатель турбовинтовой снабжается воздушным винтом.

двигатель турбовинтовой

Он представляет собой нечто среднее между поршневыми и турбореактивными агрегатами. Сначала в самолеты устанавливали поршневые двигатели, состоящие из цилиндров в форме звезды с расположенным внутри валом. Но из-за того, что они имели слишком большие габариты и вес, а также низкую возможность скорости, их перестали использовать, отдав предпочтение появившимся турбореактивным установкам. Но и эти двигатели не были лишены недостатков. Они могли развивать сверхзвуковую скорость, но потребляли очень много топлива. Поэтому их эксплуатация обходилась слишком дорого для пассажирских перевозок.


Двигатель турбовинтовой должен был справиться с подобным недостатком. И эта задача была решена. Конструкция и принцип работы были взяты из механизма турбореактивного мотора, а от поршневого — воздушные винты. Таким образом, стало возможным совмещение небольших габаритов, экономичности и высокого коэффициента полезного действия.

Двигатели были изобретены и сооружены еще в тридцатых годах прошлого века при Советском Союзе, а два десятилетия спустя начали их массовый выпуск. Мощность варьировалась от 1880 до 11000 кВт. Длительный период их применяли в военной и гражданской авиации. Однако для сверхзвуковой скорости они годными не были. Поэтому с появлением таких мощностей в военной авиации от них отказались. Зато гражданские самолеты в основном снабжаются именно ими.


Устройство турбовинтового двигателя и принцип его работы

турбовинтовой двигатель принцип работы

Конструкция мотора очень проста. В него входят:

  • редуктор;
  • воздушный винт;
  • камера сгорания;
  • компрессор;
  • сопло.

Схема турбовинтового двигателя выглядит следующим образом: после нагнетания и сжатия компрессором воздух попадает в камеру сгорания. Туда же впрыскивается топливо. Полученная смесь воспламеняется и создает газы, которые при расширении поступают в турбину и вращают ее, а она, в свою очередь, вращает компрессор и винт. Нерастраченная энергия выходит через сопло, создавая реактивную тягу. Так как величина ее не является существенной (всего десять процентов), не считается турбореактивным турбовинтовой двигатель.

Принцип работы и конструкция, впрочем, схожи с ним, но энергия здесь не полностью выходит через сопло, создавая реактивную тягу, а лишь частично, так как полезная энергия еще и вращает винт.

Рабочий вал

Бывают двигатели с одним или двумя валами. В одновальном варианте на одном валу находятся и компрессор, и турбина, и винт. В двухвальном — на одном из них установлены турбина и компрессор, а на другом — винт через редуктор. Здесь же имеются две турбины, связанные друг с другом газодинамическим способом. Одна из них предназначена для винта, а другая — для компрессора. Такой вариант наиболее распространен, так как энергия может применяться без запуска винтов. А это особенно удобно, когда самолет находится на земле.


устройство турбовинтового двигателя

Компрессор

Эта деталь состоит из двух-шести ступеней, позволяющих воспринимать существенные перепады температуры и давления, а также снижать обороты. Благодаря такой конструкции получается понизить вес и габариты, что является очень важным для авиационных двигателей. В компрессор входят рабочие колеса и направляющий аппарат. На последнем может быть предусмотрена или не предусмотрена регуляция.

Воздушный винт

Благодаря этой детали образуется тяга, но скорость является ограниченной. Лучшим показателем считается уровень от 750 до 1500 оборотов в минуту, так как при увеличении коэффициент полезного действия начнет падать, и винт вместо разгона будет превращаться в тормоз. Явление называется «эффектом запирания». Оно вызвано лопастями винта, которые на высоких оборотах при вращении, превышающей скорость звука, начинают функционировать некорректно. Тот же самый эффект будет наблюдаться при увеличении их диаметра.

Турбина

схема турбовинтового двигателя

Турбина способна развить скорость до двадцати тысяч оборотов в минуту, но винт не сможет ей соответствовать, поэтому здесь имеется понижающий редуктор, сокращающий скорость и увеличивающий крутящий момент. Редукторы могут быть разными, но главная их задача вне зависимости от вида — снижать скорость и повышать момент.

Именно эта характеристика ограничивает использование турбовинтового двигателя в военных самолетах. Однако разработки по созданию сверхзвукового двигателя не прекращаются, хоть пока и не являются успешными. Для повышения тяги иногда двумя винтами снабжается турбовинтовой двигатель. Принцип работы при этом у них реализуется за счет вращения в противоположные стороны, но при помощи одного редуктора.

производство турбовинтовых двигателей в россии

В качестве примера можно рассмотреть двигатель Д-27 (турбовинтовентиляторный), имеющий два винтовых вентилятора, прикрепленных на свободной турбине редуктором. Это единственная модель данной конструкции, используемая в гражданской авиации. Но его успешное применение считают большим скачком по улучшению эксплуатационных качеств рассматриваемого мотора.

Преимущества и недостатки

Выделим минусы и плюсы, которыми характеризуется работа турбовинтового двигателя. Преимуществами являются:

  • малый вес по сравнению с поршневыми агрегатами;
  • экономичность по сравнению с турбореактивными моторами (благодаря воздушному винту коэффициент полезного действия достигает восьмидесяти шести процентов).

Однако, несмотря на такие неоспоримые достоинства, реактивные двигатели в ряде случаев являются более предпочтительным вариантом. Скоростной предел турбовинтового мотора составляет семьсот пятьдесят километров в час. Однако для современной авиации этого очень мало. Кроме того, шум образуется очень высокий, превышающий допустимые значения Международной организации гражданской авиации.

работа турбовинтового двигателя

Поэтому производство турбовинтовых двигателей в России ограниченно. В основном их устанавливают в самолеты, которые летают на большие расстояния и с небольшой скоростью. Тогда применение оправданно.

Однако в военной авиации, где главными характеристиками, которыми должны обладать самолеты, являются высокая маневренность и бесшумная работа, а не экономичность, эти двигатели не отвечают необходимым требованиям и здесь используются турбореактивные агрегаты.

В то же время постоянно ведутся разработки по созданию сверхзвуковых винтов, чтобы преодолеть «эффект запирания» и выйти на новый уровень. Возможно, когда изобретение станет реальностью, от реактивных двигателей откажутся в пользу турбовинтовых и в военных самолетах. Но в настоящее время их можно назвать лишь «рабочими лошадками», не самыми мощными, зато стабильно функционирующими.

Стратегический бомбардировщик ТУ-95: характеристики и фото
Самолет ТУ-95 – дальний бомбардировщик, находящийся на вооружении Российской Федерации. Представляет собой стратегический ракетоносец на турбовинтовой тяге. На сегодняшний день является одним их самых быстрых бомбардировщиков в мире. В американской ...
далее
Двигатель турбо: краткое описание, характеристики, принцип работы и ...
Каждый автомобилист знает, что двигатели внутреннего сгорания по своему устройству и принципу действия разделяются на атмосферные и турбированные. Но не все понимают, в чем разница между этими силовыми агрегатами. Давайте рассмотрим, чем отличается ...
далее
Турбовентиляторный двигатель ПД-14: характеристики, сравнение, ...
В настоящее время отечественная авиастроительная промышленность находится в как бы «подвешенном» состоянии: с одной стороны, она есть, а с другой – ни одного современного самолета чисто отечественной разработки за последние годы мы так и не увидели. ...
далее
Танк Т-80У с газотурбинным двигателем: вид топлива и технические ...
Так уж сложилось, что почти все ОБТ (основные боевые танки) мира имеют дизельный двигатель. Есть только два исключения: Т-80У и «Абрамс».
далее
Двигатели судовые: типы, характеристики, описание. Схема судового ...
Судовые двигатели по параметрам довольно сильно отличаются. Для того чтобы разобраться в данном вопросе, необходимо рассмотреть характеристики некоторых модификаций. Также следует ознакомиться со схемой судового двигателя.
далее
Турбореактивный двигатель: использование и устройство
Турбореактивный двигатель, используемый в беспилотной и высокоскоростной авиации, обеспечивает существенное увеличение тяги на форсажных режимах, а, следовательно, и тяговой мощности при достижении сверхзвуковой скорости. Широта применения турбореактивных двигателей обусловлена относительной простотой их устройства и малым удельным весом. Агрегат состоит из камеры сгорания, турбины, компрессора и выхлопного сопла, представляющего сужающую трубу, которая располагается внутри выпускного коллектора
далее
Турбореактивный двигатель: использование и устройство
Помпаж двигателя самолета – что это? Причины, возможные последствия, способы устранения
В ходе эксплуатации авиационной техники могут возникать различные проблемы с работой двигателей. Одним из самых распространенных явлений является его помпаж. Давайте разберемся в сути данной проблемы.
далее
Помпаж двигателя самолета – что это? Причины, возможные последствия, способы устранения
Стратегический самолет-ракетоносец Ту-95МС «Медведь»
Ту-95МС «Медведь» - прямой потомок «самолета-95-1», впервые поднявшегося в воздух осенью 1952 года. Эксплуатация в летных частях началась в 1956-м, примерно тогда же, когда в Америке появился знаменитый Б-52, несущий службу и сегодня.
далее
Стратегический самолет-ракетоносец Ту-95МС «Медведь»
Самолет АТ-45. Сочетание комфорта и надежности
Названия некоторых самолетов и аэропортов довольно сложны. На озвучивание полных наименований в эфире ушло бы немало времени. А при пересечении международных воздушных границ возникают еще и трудности перевода. В нештатных ситуациях это неумолимо приведет к краху, а следовательно, и жертвам. Для всеобщего удобства были введены специальные международные коды.
далее
Самолет АТ-45. Сочетание комфорта и надежности
Какой лучше двигатель - атмосферный или турбированный? Описание, особенности, все преимущества и недостатки
Сегодня существует масса типов и модификаций двигателей. и в последнее время наблюдается тенденция к увеличению мощности. Причем производители стараются сделать это без увеличения рабочего объема двигателя. с данной целью устанавливают турбину. Но стоит ли приобретать подобные автомобили, либо лучше купить старый, проверенный «атмосферник»? Это весьма спорный вопрос. Чем отличается атмосферный двигатель от турбированного, рассмотрим в нашей сегодняшней статье.
далее
Какой лучше двигатель - атмосферный или турбированный? Описание, особенности, все преимущества и недостатки