Turbovrtulový motor: zařízení, schéma, princip činnosti. Výroba turbovrtulových motorů v Rusku

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Turbovrtulový motor je podobný pístovému motoru: oba mají vrtuli. Ale ve všech ostatních ohledech jsou jiné. Zvažte, co je tato jednotka zač, jak funguje, jaké jsou její výhody a nevýhody.

Obecné vlastnosti

Turbovrtulový motor patří do třídy motorů s plynovou turbínou, které byly vyvinuty jako univerzální měniče energie a staly se široce používanými v letectví. Skládají se z tepelného motoru, kde expandované plyny roztáčí turbínu a generují točivý moment, a na jeho hřídeli jsou připevněny další jednotky. Turbovrtulový motor je dodáván s vrtulí.

Je to kříženec mezi pístovými a proudovými jednotkami. Nejprve byly do letadel instalovány pístové motory, sestávající z válců ve tvaru hvězdy s hřídelí umístěnou uvnitř. Ale vzhledem k tomu, že měly příliš velké rozměry a hmotnost, stejně jako schopnost nízké rychlosti, nebyly již používány, preferovaly proudové instalace, které se objevily. Tyto motory však nebyly bez nevýhod. Oni mohlivyvinul nadzvukovou rychlost, ale spotřeboval hodně paliva. Jejich provoz byl proto pro přepravu cestujících příliš drahý.

Turbovrtulový motor se s takovým nedostatkem musel vyrovnat. A tento problém byl vyřešen. Konstrukce a princip činnosti byly převzaty z mechanismu proudového motoru a vrtule z pístového motoru. Tak bylo možné kombinovat malé rozměry, hospodárnost a vysokou účinnost.

Motory byly vynalezeny a vyrobeny ve třicátých letech minulého století za Sovětského svazu a o dvě desetiletí později začala jejich sériová výroba. Výkon se pohyboval od 1880 do 11000 kW. Po dlouhou dobu byly používány ve vojenském a civilním letectví. Nebyly však vhodné pro nadzvukovou rychlost. Proto se s příchodem takových kapacit ve vojenském letectví od nich upustilo. Dodávají se s nimi ale hlavně civilní letadla.

Zařízení turbovrtulového motoru a princip jeho činnosti

Konstrukce motoru je velmi jednoduchá. Obsahuje:

• reducer;
• propeller;
• spalovací komora;
• kompresor;
• tryska.

Schéma turbovrtulového motoru je následující: po vstříknutí a stlačení kompresorem vzduch vstupuje do spalovací komory. Tam se vstřikuje palivo. Výsledná směs se zapálí a vytvoří plyny, které při expanzi vstoupí do turbíny a roztáčí ji a ta zase roztáčí kompresor a šroub. Neutracenoenergie vystupuje tryskou a vytváří proudový tah. Protože jeho hodnota není významná (pouze deset procent), není turbovrtulový motor považován za proudový motor.

Princip činnosti a konstrukce jsou mu však podobné, ale energie zde neuniká úplně tryskou a vytváří proudový tah, ale pouze částečně, protože užitečná energie také otáčí vrtulí.

Pracovní hřídel

Existují motory s jedním nebo dvěma hřídeli. U jednohřídelové verze jsou kompresor, turbína a vrtule umístěny na stejné hřídeli. U dvouhřídelového je na jednom z nich instalována turbína a kompresor a na druhém vrtule přes převodovku. Dále jsou zde plynodynamicky propojené dvě turbíny. Jeden je pro vrtuli a druhý pro kompresor. Tato možnost je nejběžnější, protože energii lze použít bez spuštění vrtulí. A to je zvláště výhodné, když je letadlo na zemi.

Kompresor

Tato část se skládá ze dvou až šesti stupňů, které vám umožňují vnímat významné změny teploty a tlaku a také snížit rychlost. Díky této konstrukci je možné snížit hmotnost a rozměry, což je u leteckých motorů velmi důležité. Součástí kompresoru jsou oběžná kola a vodicí lopatka. Ten může, ale nemusí být regulován.

Vrtule

Tato část generuje tah, ale rychlost je omezená. Za nejlepší ukazatel se považuje úroveň od 750 do 1500 otáček za minutu, protože szvýšení, účinnost začne klesat a místo zrychlení se vrtule změní v brzdu. Tento jev se nazývá „uzamykací efekt“. Je to způsobeno lopatkami vrtule, které při vysokých rychlostech při rotaci přesahující rychlost zvuku začnou fungovat nesprávně. Stejný efekt bude pozorován při zvětšení jejich průměru.

Turbína

Turbína je schopná vyvinout rychlost až dvacet tisíc otáček za minutu, ale šroub se s tím nevyrovná, proto je zde redukční převod, který snižuje otáčky a zvyšuje krouticí moment. Reduktory mohou být různé, ale jejich hlavním úkolem, bez ohledu na typ, je snížit rychlost a zvýšit točivý moment.

Právě tato vlastnost omezuje použití turbovrtulových pohonů ve vojenských letadlech. Vývoj směřující k vytvoření nadzvukového motoru se však nezastavuje, i když zatím není úspěšný. Pro zvýšení tahu se někdy dodává turbovrtulový motor se dvěma vrtulemi. Zároveň implementují princip činnosti díky otáčení v opačných směrech, ale s pomocí jedné převodovky.

Jako příklad můžeme uvažovat motor D-27 (turbopropfan), který má dva šroubové ventilátory připojené k volné turbíně převodovkou. Jedná se o jediný model této konstrukce používaný v civilním letectví. Ale jeho úspěšná aplikace je považována za velký skok ve zlepšení výkonu uvažovanéhomotor.

Výhody a nevýhody

Zdůrazněme klady a zápory, které charakterizují provoz turbovrtulového motoru. Výhody jsou:

• nízká hmotnost ve srovnání s pístovými jednotkami;
• hospodárnost ve srovnání s proudovými motory (díky vrtuli dosahuje účinnost 86 procent).

Navzdory těmto nepopiratelným výhodám jsou však v některých případech preferovanou možností proudové motory. Rychlostní limit turbovrtulového motoru je sedm set padesát kilometrů za hodinu. To však modernímu letectví nestačí. Kromě toho je generovaný hluk velmi vysoký a překračuje povolené hodnoty Mezinárodní organizace pro civilní letectví.

Proto je výroba turbovrtulových motorů v Rusku omezená. Instalují se především do letadel, která létají na dlouhé vzdálenosti a při nízkých rychlostech. Potom je žádost oprávněná.

Ve vojenském letectví, kde by hlavními vlastnostmi, které by letadla měla mít, jsou vysoká manévrovatelnost a tichý provoz, a nikoli účinnost, tyto motory nesplňují potřebné požadavky a používají se zde proudové jednotky.

Současně probíhá vývoj směřující k vytvoření nadzvukových vrtulí za účelem překonání „uzamykacího efektu“a dosažení nové úrovně. Možná, že až se vynález stane skutečností, budou proudové motory opuštěny ve prospěch turbovrtulových a v armáděletadla. Ale v současné době je lze nazvat pouze „pracovními koňmi“, nikoli nejvýkonnějšími, ale stabilně fungujícími.