Турбовинтовые двигатели какое топливо

Турбовинтовой двигатель.

Привет!

Транспортный самолет АН-8 с двигателями АИ-20.

Сегодня продолжаем более подробно говорить о типах авиационных двигателей. На повестке дня следующий тип – турбовинтовой двигатель ( ТВД ).
Кто читал мои статью здесь, тот конечно, знает, что турбовинтовой двигатель – это разновидность газотурбинного.

Газотурбинный двигатель – это тепловая машина и, как в любой тепловой машине, в нем есть устройство расширения, которым является турбина. Ну, а турбина нужна в первую очередь, чтобы вращать компрессор, а во вторую, для привода различных дополнительных агрегатов, то есть полезной нагрузки. Это может быть, например, электрогенератор, винт в судовой установке, а применительно к авиации – винт воздушный или же вспомогательная силовая установка (ВСУ).

Получается, что турбину можно как бы условно разделить на две части – турбину компрессора и турбину полезной нагрузки. Последнюю еще называют свободной турбиной . Часто на практике их так и делают в виде двух агрегатов. Если свободную турбину убрать, то останется неиспользованная часть энергии газового потока ( так называемая свободная энергия ), которая потом в реактивном сопле двигателя может быть преобразована в кинетическую энергию, и мы получим тягу двигателя за счет реакции струи. Вы уже наверное поняли :-), что в этом случае мы будем иметь турбореактивный двигатель.

Однако возможен и промежуточный вариант. То есть часть свободной энергии (большую) можно использовать для полезной нагрузки, а оставшуюся часть (меньшую) для работы в сопле, то есть для получения реактивной тяги. Вот именно по такому принципу и устроен турбовинтовой двигатель. Полезная нагрузка для него – это вышеупомянутый воздушный винт. Справедливости ради стоит сказать, что реактивная тяга играет для ТВД небольшую роль. Доля ее обычно не более 15% (на современных ТВД и того меньше).

Принципиальное устройство турбовинтового двигателя.

Итак классический ТВД по конструкции очень похож на обычный турбореактивный двигатель. У него есть компрессор , камера сгорания , турбина и сопло . Но добавлен еще один важный агрегат. Дело в том, что частота вращения ротора любого газотурбинного двигателя очень высока (до 30000 об/мин), а воздушный винт при таких оборотах работать не может. Поэтому между ротором двигателя и винтом устанавливается редуктор , понижающий обороты. Редукторы бывают разных конструкций, но функции у них одинаковы.

Анимация, показывающая принцип работы ТВД.

Как и все в этом мире 🙂 турбовинтовой двигатель имеет преимущества и недостатки. Это следствие того, что он соединил в себе качества поршневого и ТРД. Он, как газотурбинный двигатель ( родственник реактивного :-)) является представителем того самого семейства двигателей, которому в свое время сдал свои позиции поршневой движок (об этом здесь). Поэтому ТВД значительно легче поршневого при той же мощности. Это очень хорошо, ведь масса – важнейший показатель для авиации. Все тяжелое, как известно, летает без особой охоты :-).

Одновременно по сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой значительно экономичнее. Дело в том, что от поршневого ТВД взял себе воздушный винт. Этот агрегат, особенно в современных разработках имеет довольно высокий коэффициент полезного действия, до 86%, что и обуславливает экономичность всего двигателя.

Однако винту недоступны большие скорости. «Эффект запирания» не дает возможности винтовым самолетам летать со скоростями выше 750 км/ч (единственный самолет наш бомбардировщик ТУ-95 достигает скорости 920 км/ч). Кроме того современные воздушные винты достаточно шумны, что не одобряют нормы Международной организации гражданской авиации ( ICAO ).
Вот и получается, что турбовинтовой двигатель применяется в основном там, где не нужны большие скорости или же важна экономичность. Чаще всего – это ближне- и среднемагистральная гражданская авиация, а также транспортная авиация. Но, честно говоря, и оттуда ТВД частенько вытесняется современными экономичными двухконтурными турбореактивными двигателями .

Читайте также:  Нагрузочные характеристики дизельных двигателей

Турбовинтовой двигатель АИ-20.

Турбовинтовой двигатель уже достаточно послужил людям и всегда отличался высокой экономичностью и большой надежностью. Хорошо известен, например, двигатель-ветеран АИ-20 (и его модификации, начало выпуска 1957 год)) . Он устанавливался на заслуженный пассажирский самолет ИЛ-18 , а также на транспортные самолеты тип АН-8 , АН-12 , АН-32 , на морские БЕ-12 и военно-морские ИЛ-38 . Этот двигатель в некоторых местах эксплуатируется до сих пор и отличается очень высокой надежностью. Такого ресурса, как у АИ-20 (40 000 часов летной эксплуатации!) нет наверное ни у одного двигателя.

Противолодочный самолет БЕ-12 с двигателями АИ-20.

Пассажирский ветеран ИЛ-18 с двигателями АИ-20.

И, конечно, списывать со счетов турбовинтовой двигатель еще рано. Конструкторы, соблазненные его высокой экономичностью постоянно ведут работу по улучшению существующих образцов и созданию новых. Разрабатываются новые типы винтов, в частности сверхзвуковых ( с переменным, правда, успехом :-)).

Турбовинтовентиляторный двигатель Д-27.

Примером служит сравнительно недавно появившийся двигатель Д-27 , разработанный в Запорожском машиностроительном конструкторском бюро „Прогресс“ имени академика А. Г. Ивченко. В том самом, где создавался когда-то АИ-20. Д-27 внешне очень похож на турбовинтовой двигатель, но на самом деле это качественный скачок вперед. Он даже название имеет измененное: турбовинтовентиляторный двигатель . Предназначен для пассажирских и транспортных самолетов, для которых скорость также важна, как и экономичность. Таких, например, как новый транспортник АН-70 . На оси свободной турбины Д-27 (понятно через редуктор :-)) установлено два винто-вентилятора , вращающихся в разные стороны. Этот двигатель не имеет аналогов и на данный момент является единственным рабочим двигателем такого типа в мире.

Транспортный самолет АН-70 с двигателями Д-27.

Прогресс не остановить :-), так что нам вполне вероятно еще предстоит увидеть новые типы самолетов с «нимбами» винтов и мягким гулом турбовинтовых двигателей.

В заключении предлагаю вам посмотреть два ролика. Первый хорошо показывает принцип работы ТВД. Пояснительные надписи на английском, но, я думаю, понять не сложно. Для тех, кто «совсем не англичанин» :-), поясню, что Gearbox — это редуктор, а Nozzle -это сопло, Inlet — это вход, Combustion Chamber — камера сгорания. Второй ролик — это анимация работы еще одного прогрессивного и очень интересного турбовинтового двигателя Pratt Whitney PT6A . Обратите внимание, что направление движения газов по тракту двигателя организовано «задом наперед» 🙂

Источник

Почему турбовинтовые двигатели не сдаются?

Реактивные самолеты бороздят небо уже более полувека. Все мы давно привыкли к белоснежным реактивным лайнерам, способным доставить нас за день на другую сторону земного шара.

Между тем, старые самолеты, перемещающиеся при помощи пропеллера, постепенно исчезают, уступая место своим реактивным собратьям. Сейчас уже не увидишь в современных аэропортах Ан-24, Ил-18, Ту-114…

Казалось бы, реактивная авиация полностью вытеснила винтовую… Но вдруг канадская машиностроительная корпорация Bombardier разрабатывает и выпускает современный двухмоторный турбовинтовой самолет DHC-8. То же самое делает и компания ATR. И многие авиакомпании с удовольствием эти самолеты покупают. В России также летает Ил-114.

Читайте также:  Какие свечи лучше для газ 31105 406 двигатель

В чем же дело? Почему самолеты с турбовинтовыми двигателями не сдаются и продолжают пользоваться пусть небольшим, но постоянным спросом при большей шумности?

Всё дело в чистой экономике. Сегодня любая авиакомпания борется за сокращение расходов. А турбовинтовые двигатели при относительно малых скоростях полета имеют очень высокую экономичность относительно турбореактивных двигателей, что приводит к существенной экономии топлива.

Если сравнивать тот же Bombardier серии DHC-8 с таким же по вместительности турбореактивным самолетом (примерно на 50-70 мест), то первый по обслуживанию и затратам на топливо окажется экономичнее примерно на 30-40%. А это гигантская цифра, учитывая, что при больших объемах пассажирских перевозок компании бьются за каждый процент.

Поэтому в секторе региональных перевозок сегодняшний тренд очевиден – переход на современные турбовинтовые самолеты. Именно при региональных перевозках, на расстояния до 700-800 километров, авиабизнес предъявляет очень жесткие требования к расходам, и высокие цены на топливо могут сделать небольшие турбореактивные самолеты вовсе непривлекательными для региональных авиакомпаний.

Турбовинтовые самолеты — защита от высоких цен на топливо.

/ Президент Bombardier Стивен Рудольфи /

Что касается региональных грузовых перевозок, то тут дело обстоит еще проще. Шумность не имеет никакого значения ввиду отсутствия пассажиров, а заказчику абсолютно без разницы, долетит ли его груз за три часа или за пять: в логистических цепочках собственно авиаперелет занимает ничтожный процент от общего времени доставки.

Следует четко понимать, где турбовинтовые двигатели имеют преимущество перед турбореактивными. При увеличении скоростей ТВД начинают резко снижать свою эффективность, а сверхзвуковых скоростей они вообще не могут достигнуть. Поэтому удел самолетов с ТВД – именно местные перевозки со скоростями около 500 км/ч.

Источник

Так почему же экономичные винтовентиляторные двигатели НК-93 невозможно установить на гражданские версии самолетов

Турбовинтовые двигатели самолетов, при очень хороших показателях топливной эффективности, имеют несколько серьезных недостатков. Пожалуй самый главный — это ограниченный скоростной барьер.

Самые быстрые турбовинтовые самолеты развивают крейсерскую скорость не более 750 км/ч, остальные и вовсе намного медленнее. Летать быстрее мешает, так называемый эффект запирания. Это когда на некоторых участках винта возникают около или сверхзвуковые потоки воздуха, из-за чего его эффективность резко снижается.

Другой существенный недостаток — это шум, производимый воздушным винтом, хотя на самых свежих образцах двигателя с ним довольно-таки не так уж и плохо, так как на сегодняшний день, более или менее, научились справляться с этой проблемой.

И ещё один недостаток, это невозможность создания турбовинтовых двигателей, обладающих большой тягой. К примеру, воздушный винт самого мощного в мире турбовинтового двигателя НК-12, который стоит на бомбардировщике Ту-95 «Белый медведь», способен создать максимальную тягу не более 11 тонн, и это при его огромном диаметре винта в 5,6 метра.

Конечно же турбовентиляторные силовые установки, это основа современной авиации. Они применялись практически на всех типах самолетов.

Но ведущие производители авиадвигателей, на протяжении многих лет, не оставляли попыток заставить турбовинтовые установки работать на тех же скоростях, что и турбовентиляторные, сохранив присущую им топливную эффективность. Так накопленный инженерами опыт, в итоге привел к созданию нового вида двигателей, которые стали известны как винтовентиляторный.

Читайте также:  Схемы ионного двигателя своими руками

Первые летные испытания винтовентиляторных установок начались в соединённых штатах. Еще в 1986 году компанией General Electric совместно с французской Snecma были разработаны низкооборотистые турбины, которые вращала винтовентилятор на оптимальных скоростях.

Для достижения высоких скоростей инженеры обоих компаний использовали двухрядный винтоветилятор, ступени которого вращались в противоположных направлениях, а количество композитных лопастей, по сравнению с обычным турбовинтовым двигателем, существенно увеличилось.

Инженеры рассчитывали на то, что их винтовентиляторные двигатели будут эффективно работать на крейсерских скоростях до 830 км/ч, что являлось стандартом для магистральных лайнеров, и в принципе им это удалось.

Испытания обоих двигателей завершились в 1988 году. Их результаты были впечатляющими и одновременно разочаровывающие. Так, например оказалось, что винтовентиляторные двигатели употребляли в 3 раза меньше топлива, чем штатные турбовентиляторный, при тех же характеристиках, что и турборективные двигатели.

Но программу по дальнейшей разработке винтовентиляторных двигателей свернули, так как повышенный шум и вибрации не позволяли пройти сертификацию, и как следствие, он стал не интересен в коммерческом плане для авиастроительных корпораций.

Советский же винтовентиляторный капотированный реактивный двигатель НК-93, так же оказался бесперспективным, и в первую очередь из-за своих размеров.

А после выпуска 10-ти экземпляров и ряда испытаний, проект было решено свернуть. В перспективе двигатели НК-93 планировали устанавливать на Ил-106, который разрабатывался для военно-транспортной авиации, как замену военно-транспортного Ил-76.

Самолет был разработан, и производство первого летного экземпляра уже было намечено на 1995-й год, но из-за сложной экономической ситуации в стране, финансирование проекта было приостановлено.

В сети ходит много споров и мнений, что раз уж винтовентиляторный НК-93 раз уж не пригодился для Ил-106, то почему бы не поставить его на Ил-76, Ил-96 и даже на пассажирский Ту-204. Но такое решение не имеет под собой никаких оснований.

Так почему же экономичные винтовентиляторные двигатели НК-93 невозможно установить на гражданские версии самолетов. Оказывается не все так просто, и что бы воплотить данную идею в жизнь, потребуется решение очень многих проблем, связанных с конструктивной особенностью двигателя НК-93.

Этот двигатель обладает очень внушительный максимальной тягой в 18 тонн, но для его установки на уже существующие самолеты, необходимо решить целый ряд задач. И пожалуй первостепенная и пока не решаемая задача, это уменьшение издаваемого шума.

Ещё она и очень важная проблема, это размер самого капотированного двигателя НК-93, размер которого составляет более 3-х метров, так как его просто невозможно будет использовать ни на одном отечественном гражданском самолете, из-за того, что он просто не поместится под крылом существующих самолетов.

Конечно можно было бы уменьшить размер лопастей, а как следствие и самого двигателя. Но такое решение проблемы так же было бы бесперспективной затеей, так как с уменьшением вентиляторов, соответственно уменьшилась бы и его тяга, что в данном случае неприемлемо.

Так что очень экономичный двигатель НК-93, в коммерческом плане, становится уже не интересен для авиастроителей. Да и их несоответствие заявленным характеристикам, сделали бы невозможным их международную сертификацию.

Не забывайте ставить палец вверх, подписываться на мой канал и обязательно оставлять комментарии.

Впоследствии всё вышеизложенные действия очень помогут мне в продвижении моего канала. ЖМИ ПОДПИСАТЬСЯ

Источник

Оцените статью