Эта небольшая статья посвящена характерным особенностям турбовинтовентиляторного двигателя (ТВВД), как типа. Термин « ТВВД» уже появлялся ранее на сайте. Однако, периодически возникающие вопросы читателей требуют, похоже, отдельного упоминания, некоторого уточнения и возможного упорядочения общих принципов концепции такого двигателя.
Двигатели Д-27 на самолете Ан-70.
Эта интересная разновидность ГТД сейчас достаточно хорошо известна. Точнее говоря, ее название на слуху. Двигатель считается очень перспективным, но при этом в действительной эксплуатации в мире находится только один его тип — Д-27, установленный на единственный (опять же) тип самолета – транспортный Ан-70, который, в свою очередь, в плане якобы серийного производства имеется всего в двух экземплярах.
Видимо столь малая распространенность этого двигателя стала причиной того, что довольно часто возникают вопросы о том, чем же он, собственно, отличается от ТВД и ТРДД.
Для чего он понадобился?…
В стремлении повысить тяговую эффективность авиационных двигателей в послевоенное время началось применение ГТД. Тогда первыми на арену массового использования вышли ТРД, а чуть позже появились ТВД.
Однако, у этих двигателей оказались довольно разные области применения. ТРД, как известно, не отличается экономичностью и тяга его растет с ростом скорости полета. У ТВД же экономичность значительно выше, но тяговая эффективность с ростом скорости падает и при числе М полета выше 0,7 просто обваливается.
Причиной тому является движитель, унаследованный от поршневого двигателя, то есть воздушный винт, который по большей части и определяет тяговый (полетный) КПД для ТВД и который как раз и теряет эффективность на больших скоростях полета (а значит и больших относительных скоростях для лопастей, когда возникают условия около- или сверхзвукового обтекания).
В эпоху применения поршневых двигателей в истребительной авиации, в частности в период 2-й мировой войны, с этим до некоторой степени пытались бороться путем увеличения количества лопастей винта. Такой способ позволял реализовать ту же мощность при меньших скоростях вращения ротора винта и, соответственно, позволяет развить большую скорость.
Но эта же мера влечет за собой рост лобового сопротивления, усложнения балансировки и обслуживания винта. А главное, несмотря на некоторое временное улучшение, все равно достаточно быстро наступают проявления волнового кризиса, выражающиеся в росте волнового сопротивления и потери эффективности винта.
Поэтому скорости применения ТВД из соображений лучшей экономичности – это относительно небольшие дозвуковые – около 600-700 км/ч. А главная область применения – пассажирские и транспортные самолеты, как в коммерческой, так и в военной авиации.
Типичный турбовинтовой двигатель II поколения.
Схема типичного ТРДД (ПС-90А).
Для таких самолетов экономичность – один из главных критериев при выборе силовой установки. Однако, возможно большая скорость полета при этом не менее важна. Но ни ТРД, ни ТВД, каждый по отдельности, не могли обеспечить и то, и другое сразу. И тогда появился двухконтурный двигатель, ТРДД.
Он значительно сократил разрыв в параметрах между турбовинтовым и турбореактивным двигателями. ТРДД с большой степенью двухконтурности, иначе турбовентиляторные двигатели (ТВРД), обладая достаточно высокой тягой при значительно лучшей, чем у ТРД топливной эффективности, позволили совершать экономичные крейсерские полеты на больших дозвуковых скоростях 750-900 км/ч.
Тем не менее по своему расходу топлива они все же не могли конкурировать с ТВД в области скоростей их применения (как впрочем и по тяговому КПД в этой области). Поэтому уже достаточно давно существовал некий соблазн для инженеров, заключавшийся в том, чтобы «научить» турбовинтовой двигатель летать быстрее и к его топливной эффективности прибавить скоростную, то есть максимально (и эффективно) приблизить его к ТРДД.
Таким образом, вновь сформировавшуюся концепцию ТВВД можно считать дальнейшим развитием этих двух вариантов газотурбинного двигателя. От ТВД новый тип получил движитель – воздушный винт, а от турбовентиляторного двигателя улучшенный генератор мощности (или газогенератор).
Концепцию – в разработку….
При этом полученное «наследство» имеет свои характерные особенности. Воздушный винт в винтовентиляторном двигателе в соответствии со скоростным предназначением стал многолопастным с широкохордными лопастями особого профиля, изменяемого шага. Газогенератор же, в соответствии с последними разработками для ГТД получил более высокие параметры рабочего процесса.
Кроме того оптимальное распределение работы цикла ( речь о рабочем цикле газотурбинной установки ) между винтом и реактивной струей, выходящей из сопла (выходного устройства) для ТВВД меняется. Это происходит потому, что для винтовых ГТД расчетная скорость струи (оптимальная, т.е. когда реактивная тяга максимальна) прямо пропорциональна скорости полета и обратно пропорциональна КПД винта.
Математически это выражается формулой из «Теории двигателей»: Ссопт = V/ηвηред (здесь Ссопт — скорость на срезе сопла оптимальная, ηв – КПД винта, ηред – КПД редуктора винта, V – скорость полета). То есть, если ТВВД рассчитывается для полетов на больших скоростях, чем ТВД, то и процент реактивной тяги у него может увеличиться (в зависимости от степени совершенства винта).
При разработке ТВВД конструкторам приходится решать следующие основные проблемы:
1. Создание высокоэффективного многолопастного винта изменяемого шага.
Такой тип винта носит название винтовентилятор (ВВ). Этот агрегат отличается от обычного винта ТВД тем, что должен эффективно работать с достаточно высоким КПД (не менее 0,8) до числа М полета не менее 0,8-0,85.
Это достигается двумя путями. Во-первых, снижается окружная скорость, что благотворно влияет на обтекание законцовок лопастей. Во-вторых, меняются аэродинамические характеристики лопастей в целом в плане улучшения их обтекания при относительно высоких числах М полета (имеется в виду относительная скорость для лопастей).
Окружная скорость… снижается с помощью упомянутого выше способа – увеличения количества лопастей. Их может быть 8-12 штук и даже более (против 3-5 у обычного ТВД). Этот же способ позволяет значительно уменьшить диаметр винта, а значит и его массу – на величину до 40-50%.
При этом удельная мощность, снимаемая с 1 м2 площади, ометаемой винтом, может быть увеличена в 2,5-3 раза по сравнению с ординарным винтом ТВД, то есть винтовентилятор превращается в тяжелонагруженный эффективный агрегат.
Аэродинамические характеристики… Для их улучшения в плане эффективной работы на больших скоростях для лопастей используются тонкие (относительная толщина около 0,02) сверхкритические (о них я упоминал здесь) или специально разработанные профили. Это позволяет затянуть волновой кризис на большие числа М потока.
Кроме того в соответствии с изменением окружной скорости участков лопасти по ее размаху (возле оси вращения она меньше, ближе к концам – больше), а значит и относительной скорости обтекания, сама лопасть выполняется саблевидной (по принципу ятагана), то есть с переменной по размаху стреловидностью.
Это обеспечивает наличие необходимого угла стреловидности (обычно до 30°) в каждом сечении, что тоже увеличивает критические числа М потока, обтекающего лопасти. Для интересующихся: о роли стреловидности в затягивании волнового кризиса я упоминал здесь.
В результате такого рода мероприятий получается винт-вентилятор с КПД до 0,83-0,86 при скорости полета около 0,8М. А по некоторым (рекламным) данным эта величина может доходить до 0,9 и даже выше.
Для примера двигатели ТВД, ТРДД и ТВВД можно сравнить по их тяговому КПД, то есть как движители. Напомню, что тяговый КПД – это отношение полезной тяговой мощности, затрачиваемой непосредственно на движение, к располагаемой мощности двигателя (то есть всей той, которую он создает). У винтовых двигателей, как уже говорилось, он напрямую зависит от КПД винта (или винтовентилятора).
Вероятные области применения двигателей в зависимости от тягового КПД.
Видно, что у ТВД высокие значения тягового КПД достигаются при малых числах М полета, а при М>0,65 величина их резко падает. У ТРДД тяговый КПД возрастает с ростом числа М, но его максимальное значение остается примерно на 15% ниже, чем у ТВД. У ТВВД же при М=0,8 можно получить такой же КПД, как и у ТВД при М=0,6 и обеспечить при М=0,8 КПД на 15% выше, чем у ТРДД (при одинаковой эффективности использования ими тепловой энергии, то есть одинаковом внутренним КПД).
2. Применение газогенератора с высокими параметрами рабочего процесса.
ТВВД не просто как концепция, а как реальный двигатель начал воплощаться в жизнь, когда уже был накоплен достаточный инженерно-конструкторский опыт в разработке газотурбинных двигателей. Поэтому естественно, что его можно отнести к двигателям пятого поколения, которые имеют наиболее совершенные газогенераторы.
Основная масса разработанных ранее ТВД относятся к двигателям второго и третьего поколений (такие, например, как советские двигатели АИ-20, АИ-24, НК-12). Степень сжатия воздуха в компрессоре у них составляла порядка 8-10 единиц, а температура газа перед турбиной не более 1200-1250 К.
Схемы ТВД и ТВВД в сравнении.
Современные газогенераторы, которые могут быть использованы для ТВВД имеют степень сжатия не менее 20-40, а температуру газа – 1650-1750К. Кроме того они обладают улучшенной конструкцией и аэродинамикой всего газового тракта. Все это позволяет улучшить продуктивность газогенератора и поднять внутренний КПД (характеризующий эффективность использования тепла в реальном двигателе) двигателя на 7-10%.
В итоге для основной планируемой области применения (число М = 0,7-0,85) двигатель за счет совершенного винтовентилятора имеет хорошие тяговые, скоростные характеристики и хорошую экономичность ( т.е. высокий тяговый КПД), а за счет внутреннего совершенства (внутренний КПД) — улучшенные параметры (в т.ч. также повышающие экономичность).
ТВВД более экономичен, в особенности по сравнению с ТРДД, используемых при тех же скоростях полета. По некоторым (рекламным) данным двигатель Д-27 при равных условиях эксплуатации с ТРДД способен обеспечить уменьшение расхода топлива до 30%.
Области применения по числам М полета различных типов двигателей в соответствии с их экономичностью (с учетом внутреннего и тягового кпд) показаны на рисунке. Здесь экономичность ТРДД с m= 6 принята за единицу (m – степень двухконтурности).
Экономичность двигателей различных типов.
3. Еще одной серьезной задачей при создании ТВВД становится разработка мотогондолы с малым внешним сопротивлением,
что важно в связи с увеличением скорости полета по сравнению с ТВД. Это становится еще более сложным из-за необходимости «упрятать» в нее редуктор винтовентилятора.
Редуктор и сам по себе должен быть совершенным агрегатом. Одно из требований к нему – малые габариты и масса, несмотря на высокие передаваемые мощности от турбины и наличие большого количества обслуживающих механизмов (для поворота лопастей ВВ, например) внутри него и, конечно, в связи с этим, высокий уровень надежности.
Схема возможного обтекания крыла с ТВВД.
Кроме того, при решении вопросов компоновочного характера, возможно использование явления положительной интерференции (взаимовлияния) мотогондолы, крыла и винтовентилятора. Интенсивный обдув поверхности крыла (особенно верхней) высоконапорным винтовентилятором увеличивает скорость потока вокруг профиля и улучшает возможности бессрывного обтекания на больших углах атаки, тем самым влияя на рост коэффициента подъемной силы (СУ). Особенно этот рост проявляется при выпущенных закрылках.
Кроме того, здесь достигается и некоторый поворот вектора тяги, за счет отклонения вниз потока от винтовентилятора крылом и выпущенными закрылками. Эффект положительной интерференции реализован на самолете Ан-70, обладающем за счет этого (в том числе) хорошими взлетно-посадочными характеристиками.
Взлет Ан-70. Двигатели и механизация хорошо видны.
Двигатели Д-27 и механизация крыла Ан-70 в посадочном положении.
На взлетно-посадочных режимах с отклоненными закрылками (посадочное положение — 60°) скорость обтекания крыла получается больше скорости набегающего потока и большая часть подъемной силы образуется именно за счет обдува крыла винтовентилятором. В результате самолет может использовать для взлета и посадки укороченные полосы – до 1000 и даже до 600м (в зависимости от величины загрузки).
4. Четвертая проблема, без решения которой не обойтись при создании любого современного авиационного ГТД – это обеспечение приемлемого уровня шумности и вредных выбросов с выходящей газовой струей.
Главный источник шума – лопасти, и винтовые самолеты с ТВД, оборудованными традиционными винтами достаточно шумны. Известно, например, что турбовинтовой Ту-95 считается одним из самых шумных самолетов в мире. Поэтому борьба с шумом – это большое поле для деятельности и одна из приоритетных задач разработчиков новых типов воздушных винтов, в том числе и винтовентиляторов.
Что касается двигателя Д-27, то, согласно расчетам и опытным испытаниям, он полностью соответствует международным нормам (ICAO) по шуму и российским нормам АП-36. А по уровню вредных выбросов этот двигатель опережает существующие международные нормы.
Возможные конструктивные особенности…
Работы, приближающие создание ТВВД и отдельных его узлов как путем доработки ТВД, так и изменения ТВРД начались в различных конструкторских организациях еще в конце 60-х начале 70-х годов. Примером может служить французский опытный турбовентиляторный двигатель Turbomeca Astafan, созданный в 1969 году. Это был одновальный ТВРД с лопатками вентилятора изменяемого шага.
Двигатель Turbomeca Astafan.
Экспериментальный двигатель Turbomeca Astafan на самолете Rockwell 690A/TU Commander.
Одни из наиболее серьезных разработок в области воздушных винтов проводились в американской компании Hamilton Standard (ныне составляющая корпорации UTC Aerospace Systems). Там же в 1979 году была запатентована концепция открытого винтовентилятора.
Схема у ТВВД обычно двухвальная или трехвальная, как у турбовентиляторного двигателя, при том, что основная масса турбовинтовых двигателей, особенно более ранних поколений, – одновальные.
Газогенератор обычно имеет свойства и характеристики, аналогичные другим типам двигателей. Привод винта осуществляется от вала турбины низкого давления (совместно с КНД) или же от свободной турбины. В обоих случаях используется редуктор.
Сам винт, как движитель, может быть однорядным (один винтовентилятор) или же двухрядным, то есть соосной схемы с двумя винтовентиляторами, расположенными на одной оси и имеющими противоположные направления вращения.
Главное преимущество двухрядного винта с противоположным вращением – это возможность избавиться от потерь энергии на закрутку потока (как это происходит в обычных однорядных винтах), а также возможность использования всей мощности двигателя без увеличения размеров винта.
Двигатель Д27 с винтовентилятором СВ-27.
При этом винтовентилятор может быть как открытым, так и закапотированным, то есть закрытым кольцевым обтекателем. Обтекатель способствует увеличению эффективной площади диска ВВ за счет уменьшения вихреобразования на концах лопастей, но увеличивает массу, усложняет конструкцию и ставит под вопрос возможности положительной интерференции двигателя и крыла. Открытые винтовентиляторы могут иметь степень двухконтурности до 90 единиц, закрытые примерно до 40.
Схемы с открытым (а) и закрытым (б) винтовентилятором. 1 - ВВ, 2 - редуктор, 3 - газогенератор.
Схема ТВВД НК-93.
Представителем первого типа служит уже неоднократно здесь упоминавшийся двигатель Д-27 (украинский, ранее советский), второго – российский (ранее советский) НК-93, так и не продвинувшийся пока, к сожалению, дальше опытных образцов, но успевший все же полетать на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Дальнейшая судьба НК-93 непонятна.
Двигатель НК-93 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ.
Более того сам винтовентилятор может располагаться как перед газогенератором – тянущий винт (все те же Д-27 и НК-93), так и после него – винт толкающего типа. Опытные образцы таких двигателей с двухрядным винтовентилятором именно второго типа испытывались ведущими авиастроительными корпорациями Запада ( GE, SNECMA, Rolls-Roys) во второй половине 80-х годов.
В качестве примера можно привести известный двигатель GE-36, так называемый unducted fan или propfan (то есть бесканальный вентиляторный или винтовентиляторный). Такой тип двигателя показал характеристики, близкие к Д-27: снижение расхода топлива по отношению к ТРДД на 30% и увеличение скорости полета до 800-850 км/ч.
Двигатель GE-36 установленный на самолете MD-81.
У этого двигателя винтовентилятор приводится непосредственно от свободной турбины (по некоторым источникам специальной низкооборотистой, в сочетании с необходимой трансмиссией (редуктор)), у которой рабочие колеса имеют противоположные направления вращения. О таком двигателе также упоминается здесь.
Схема ТВВД с задним расположением винтовентилятора (unducted fan).
Работы над двигателям такого типа несмотря на хорошие характеристики в 80-х годах были прекращены. Это произошло отчасти из-за не до конца решенной проблемы шумности, но главным образом из-за тогдашних низких цен на авиационное топливо. Заказчики просто не хотели тратить деньги на дальнейшие исследования.
Вышеупомянутая компания Hamilton Standard совместно с NASA в конце 80-х осуществила экспериментальную программу летных испытаний (Propfan Test Assessment (PTA)) однорядного тянущего винтовентилятора диаметром 2,8 метра с наименованием SR-7.
Винтовентилятор смонтировали на опытный турбовинтовой двигатель Allison 570, который был установлен на левой консоли самолета Grumman Gulfstream II. Достаточно интенсивные испытания были признаны успешными и полезными, однако программа продолжена не была.
С начала 2000-х ситуация на рынке (речь об углеводородах) стала меняться, и уже с 2008 года работы над двигателями типа unducted fan возобновились и сейчас ведутся более или менее активно.
И все же…..
Несмотря на ведущуюся исследовательскую деятельность, рабочий ТВВД , готовый к крупносерийному производству сейчас в мире один. Это двигатель Д-27. Имея достаточно большой возраст (в плане создания), это, тем не менее, современный двигатель пятого поколения с высокими техническими параметрами.
Создавался на Запорожском МКБ «Прогресс» с середины 80-х годов. При разработке газогенератора за основу взят турбовентиляторный двигатель Д-36 (самолеты Як-42, Ан-72, Ан-74). Д-27 имеет трехвальную конструкцию.
Двигатель Д-27.
Первый вал – узел низкого давления включает в себя пять осевых ступеней компрессора и одну ступень турбины, второй вал – узел высокого давления – две осевых и одна центробежная ступени компрессора и одна ступень турбины. Третий вал – узел винтовентилятора, приводится во вращение (через дифференциальный редуктор) четырьмя ступенями свободной турбины.
Входящий воздух, динамически сжатый винтовентилятором, попадает в двигатель через кольцевое входное устройство и далее через входной управляемый направляющий аппарат подводится (с некоторым повышением статического давления) к первой ступени компрессора.
Схема двигателя Д-27.
Двигатель управляется цифровой системой управления типа FADEC (двухканальная) с автоматическим самоконтролем исправности. Степень повышения давления в компрессоре – до 30 единиц, температура газа – до 1665 К. Мощность на взлетном режиме 14000 л.с., удельный расход топлива 0,170 кг/л.с.ч. (макс.) Лопатки турбин высокого и низкого давления монокристаллические.
Винтовентилятор СВ-27 на двигателе Д-27.
Винтовентилятор СВ-27 разработки российского НПП «Аэросила», соосный, двухрядный, гидромеханический, флюгерно-реверсивный. Лопасти широкохордные, скоростной конфигурации, изготовлены из композитных материалов (что способствует значительному снижению массы). Диаметр – 4,5 м, крейсерский КПД –до 0,9. Количестово лопастей в 1-ом ряду -8, во втором – 6.
Но из-за его «одиночества»…
Лично у меня понемногу складывается впечатление, что в последнее время намечается тенденция сближения двух типов двигателей, ТВД и ТВВД с открытым ВВ переднего расположения.
Винтовентиляторный двигатель , на начальном этапе своего создания ощутимо отличавшийся от своего предшественника классического турбовинтового двигателя (особенно ранних поколений), не успев достигнуть каких-то значительных высот в серийном производстве и массовой эксплуатации, начинает, я бы сказал, «размываться», как тип.
Разница между ТВВД и вновь создаваемыми и модернизируемыми ТВД, а главное их системами винтов потихоньку стирается. Примером тому, на мой взгляд, может служить турбовинтовой двигатель Europrop International TP400-D6 для самолета Airbus A400M. Его газогенератор обладает довольно высокими характеристиками, и оборудован он многолопастным винтом улучшенной конфигурации.
ТВД Europrop International TP400-D6 на самолете А400М.
Турбовинтовой двигатель PW127G с улучшенным винтом Hamilton Standard самолета CASA C-295.
Двигатель RR AE 2100 на самолете Alenia C-27J Spartan.
Еще один пример – оборудование постоянно улучшаемого двигателя Pratt & Whitney Canada PW127(E,F,G), устанавливаемого, в частности, на самолетах ATR-72-500, CASA C-295 винтом с шестью саблевидными лопастями (разработка фирмы Hamilton Standard). Или же двигатель Rolls-Royce AE 2100 (самолеты Lockheed Martin C-130J Hercules, Alenia C-27J Spartan) с винтом британской фирмы Dowty Rotol. Есть и другие примеры изменений ТВД в этом направлении.
Самолеты с такими улучшенными ТВД успешно разрабатываются, производятся и летают, тогда как единственный в мире рабочий ТВВД, двигатель пятого поколения, обладающий очень хорошими эксплуатационными показателями стоит всего на двух однотипных малолетающих серийных бортах. И самолет (Ан-70) и двигатель (Д-27) показали свои высокие возможности, и оба готовы к массовому производству, но когда оно будет и будет ли вообще – вопрос похоже непростой.
Это всего лишь мое мнение. и время, конечно, покажет, как все сложится, но нынешнее положение дел пока способствует появлению вопросов типа: «А что это за двигатель такой, ТВВД?» :-)…
До новых встреч… В завершение некоторые фото по теме и видео самолета Ан-70.
Турбовинтовые двигатели Rolls-Royce AE 2100 на самолете Lockheed Martin C-130J Hercules.
Самолет А400М.
Самолет CASA C-295 мексиканских ВМС.
Двигатель Pratt & Whitney Canada PW127 самолета ATR-72-500.
Самолет Ан-70 с выпущенной механизацией.
Турбовинтовые двигатели Europrop International TP400-D6 самолета А400М.
Related posts:
avia-simply.ru
Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.
.
турбовинтовентиляторный двигатель — Компоновка силовой установки с турбовинтовентиляторным двигателем. турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. рис.; см. также… … Энциклопедия «Авиация»
турбовинтовентиляторный двигатель — Компоновка силовой установки с турбовинтовентиляторным двигателем. турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. рис.; см. также… … Энциклопедия «Авиация»
Газотурбинный двигатель — с одноступенчатым радиальным компрессором, турбиной, рекуператором, и воздушными подшипниками Газотурбинный двигатель (ГТД) тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого… … Википедия
Двухконтурный турбореактивный двигатель — Газотурбинный двигатель (ГТД, ТРД) тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы… … Википедия
ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТВД) авиац. газотурбинный двигатель, у к рого тяга в основном создаётся воз д. винтом и частично (до 8 12%) реакцией потока газов, вытекающих из реактивного сопла (см. рис.). Энергетич. хар кой ТВД является эквивалентная мощность, равная сумме… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ТВВД — авиац. турбовинтовентиляторный двигатель … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого
ТВВД — турбовинтовентиляторный двигатель Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с … Словарь сокращений и аббревиатур
Д-27 — Двигатель Д 27 на транспортном самолёте Ан 70 Тип: турбовинтовентиляторный Страна … Википедия
dic.academic.ru
Компоновка силовой установки с турбовинтовентиляторным двигателем.
турбовинтовентиля́торный дви́гатель (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. рис.; см. также статью Воздушный винт и рис. 3 к этой статье). На одном валу может быть несколько винтовентиляторов, расположенных друг за другом и вращающихся в одну сторону или в противоположные. Винтовентилятор имеет высокий кпд (ηв≥0,8) в области высоких дозвуковых скоростей полёта (Маха число полёта М∞ до 0,9). Он соединён с валом турбины двигателя через редуктор. Применение ТВВД в гражданской авиации в связи с высоким значением его полётного кпд позволяет при больших дозвуковых скоростях полёта (М∞ = 0,8, высота H = 11 км) снизить удельный расход топлива на 1520% по сравнению с ТРДД, имеющим одинаковый с ТВВД уровень технического совершенства. Применение винтовентилятора вместо винта позволяет снизить уровни шума и вибраций в салоне самолёта. В 80-х гг. работы по созданию ТВВД достигли стадии лётных испытаний; и были начаты разработки пассажирских самолётов с ТВВД.
Энциклопедия «Авиация». - М.: Большая Российская Энциклопедия. Свищёв Г. Г.. 1998.
Турбовинтовентиляторный двигатель — (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. также ст. Воздушный винт). На одном валу может быть несколько винтовентиляторов, расположенных друг за другом и вращающихся в… … Энциклопедия техники
турбовинтовентиляторный двигатель — Компоновка силовой установки с турбовинтовентиляторным двигателем. турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. рис.; см. также… … Энциклопедия «Авиация»
Газотурбинный двигатель — с одноступенчатым радиальным компрессором, турбиной, рекуператором, и воздушными подшипниками Газотурбинный двигатель (ГТД) тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого… … Википедия
Двухконтурный турбореактивный двигатель — Газотурбинный двигатель (ГТД, ТРД) тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы… … Википедия
ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТВД) авиац. газотурбинный двигатель, у к рого тяга в основном создаётся воз д. винтом и частично (до 8 12%) реакцией потока газов, вытекающих из реактивного сопла (см. рис.). Энергетич. хар кой ТВД является эквивалентная мощность, равная сумме… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ТВВД — авиац. турбовинтовентиляторный двигатель … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого
ТВВД — турбовинтовентиляторный двигатель Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с … Словарь сокращений и аббревиатур
Д-27 — Двигатель Д 27 на транспортном самолёте Ан 70 Тип: турбовинтовентиляторный Страна … Википедия
avia.academic.ru
Турбовинтовентиляторный двигатель содержит два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины, расположенных вдоль общего потока воздуха и сопла. Турбовинтовентиляторный двигатель также содержит общую для газогенераторов гондолу, общую двухкаскадную свободную турбину, расположенную между газогенераторами, вращающуюся в противоположные стороны и передающую крутящие моменты с помощью двух одноступенчатых редукторов и двух валов, расположенных параллельно друг другу между редукторами, винтовентилятору, имеющему гондолу. Изобретение направлено на повышение надежности и экономичности двигателя. 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано как авиационный турбовинтовентиляторный двигатель, так и как газотурбинная наземная установка.
Известен турбовинтовой двигатель (см. Двухконтурные турбореактивные, турбовентиляторные и турбовинтовые двигатели. А.Л.Клячкин. Рижский институт инженеров гражданского воздушного флота имени Ленинского комсомола. Рига, 1963, стр.298, Фиг-IV г2 и стр.295), основными узлами которого являются:
1. Входное устройство.
2. Компрессор.
3. Камера сгорания.
4. Турбина.
5. Выхлопное (реактивное) сопло.
6. Воздушный винт.
7. Дифференциальный планетарный редуктор.
Недостатком этого двигателя является наличие вала, проходящего сквозь весь двигатель, что значительно усложняет его конструкцию: увеличивает размеры ступиц дисков компрессора и турбины, усложняет конструкцию опор. Наружный диаметр вала при этом ограничен конструктивно, что приводит к высоким оборотам для передачи необходимой мощности, при сохранении допустимых напряжений у вала. Длинные валы не жесткие, поэтому их практически невозможно точно отбалансировать. Поэтому очень трудно избавиться от вибраций и дефекта касания валов при эволюциях самолета (удар при приземлении, например).
Для одновальной турбины оптимальным является дифференциальный планетарный редуктор (см. Новости зарубежной науки и техники №11, 1988, стр.19, раздел «редуктор»).
Дифференциальные планетарные редуктора работают надежно только до тяги в 18 тонн. Это связано с тем, что сателлитные шестерни создают большие центробежные силы и изнашивают подшипники, на которых вращаются. К недостаткам данного редуктора можно отнести также большой расход масла, самый низкий к.п.д. среди шестеренчатых редукторов (к.п.д. низкий из-за того, что сателлитные шестерни вместе с корпусом, на котором они расположены, вращаются в воздушно-масляной среде). Дифференциальные планетарные редукторы чувствительны к качеству, температуре и давлению масла, смазывающего зубья и подшипники шестерен. В случае незначительного повышения температуры и падения давления масла редуктор разрушится немедленно. Из-за наличия венцовой шестерни с внутренними зубьями невозможно применение косозубых, шевронных и др. шестерен, что не позволяет уменьшить размеры редуктора. Известен патент Англии GB 594207, 05.11.1947, в котором описан турбовинтовой двигатель с двумя соосными винтами, в котором газогенератор, дезаксиально расположенный относительно них, служит в качестве привода вращения свободной биротативной турбины. Недостатком этого технического решения является невозможность промышленного применения. Двигатель GB 594207 имеет огромную площадь поперечного сечения, что создает большое сопротивление набегающему потоку воздуха. В связи с тем, что газовод расположен не по потоку воздуха, а поперек него, увеличиваются газодинамические потери. Невозможно также встроить газовод в самолет без аэродинамических потерь.
Наиболее близким к предлагаемому двигателю является реактивная силовая установка для самолетов (см. патент Англии №1020145, кл. F01G от 7 дек. 1964), содержащая по крайней мере два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины, расположенных вдоль общего потока воздуха, общего компрессора, подающего сжатый воздух индивидуальным компрессорам, общую турбину, вращаемую от выхлопных газов газогенераторов, которая вращает общий компрессор и сопло.
Недостатком такого двигателя является сложность конструкции.
Данный двигатель по конструкции можно сравнить с двухвальным газотурбинным двигателем такого же габарита, тяги и удельного расхода топлива.
Наличие у реактивного двигателя большого количества каскадов компрессора само по себе не дает существенных различий между ними по массе или характеристикам (см. Новости зарубежной науки и техники №11, 1988, стр.19, левый столбец, 20-23 строки сверху).
Так как газогенераторы находятся внутри воздушного потока, то они должны быть обтекаемыми, чтобы не создавать сопротивление воздушному потоку. Каждый газогенератор должен управляться агрегатами управления, которые негде расположить, разве что снаружи всего двигателя, что значительно увеличит поперечную площадь двигателя, что создаст большое сопротивление воздушному потоку при полете.
К недостаткам этого двигателя можно отнести также и необходимость точной синхронизации прохождения воздуха через газогенераторы.
В случае если один из газогенераторов синхронно не выйдет на заданный режим, то очень высока вероятность помпажа компрессора (т.е. срыв потока воздуха и поломки компрессора).
От помпажа компрессора в обычных газотурбинных двигателях с одним газогенератором очень трудно отстроиться, а с несколькими газогенераторами, связанными между собой единым воздушным потоком, это будет сделать на порядок сложнее, если вообще возможно (см. Справочник авиационного техника. Изд. третье, перераб. и доп., П.С.Шевелько, Воениздат, 1974. Стр.250, Нерасчетные режимы работы компрессора). Поломка или простая разрегулировка одного из газогенераторов приведет к немедленной поломке всего двигателя.
Задачей предлагаемого изобретения является возможность создания высокоэкономичного, надежного с любой максимально возможной тягой двигателя.
Задача достигается тем, что двигатель содержит общую для газогенераторов гондолу, общую двухкаскадную свободную турбину, расположенную между газогенераторами, вращающуюся в противоположные стороны и передающую крутящие моменты с помощью двух одноступенчатых редукторов и двух валов, расположенных параллельно друг другу между редукторами, винтовентилятору, имеющему гондолу.
На Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 схематично изображен турбовинтовентиляторный двигатель: фронтальный вид, сечение сверху, вид со входа и поперечное сечение соответственно.
Двигатель содержит два газогенератора 1, общую двухкаскадную турбину 2, вращающуюся в противоположные стороны, валы 3, одноступенчатые редукторы 4 и 5, винтовентилятор 6, сопло 8, гондолу винтовентилятора 7, гондолу газогенераторов 9.
При работе двигателя воздух поступает в газогенераторы 1, где превращается в газ с высоким давлением и высокой температурой, через общую двухкаскадную турбину 2, вращающуюся в разные стороны, газ поступает в сопло 8. Турбина 2 передает крутящие моменты одноступенчатому редуктору 5, от него через два разнесенных вала 3 одноступенчатому редуктору 4, а от него винтовентилятору 6, имеющему гондолу 10, который создает тягу, отбрасывая воздух назад.
Преимущества предложенной схемы турбовинтовентиляторного двигателя.
Использование в двигателе винтовентилятора с гондолой позволяет получить удельный расход топлива до 0,6 кг/кгс час при скорости М=0,8 (см. Новости зарубежной науки и техники №11, 1988, стр.15, Рис.1).
Применение двухкаскадой турбины, вращающейся в разные стороны, позволяет использовать простые одноступенчатые редукторы с цилиндрическими шестернями при любой передаваемой мощности.
Редукторы 4 и 5 состоят из двух независимых друг от друга редукторов.
В случае применения в переднем редукторе 4 паразитной шестерни можно просто добиться синхронизации вращения винтовентилятора 6.
В связи с тем, что валы 3 разнесены друг от друга и находятся выше и ниже горизонтальной оси двигателя, можно практически до соприкосновения сдвинуть газогенераторы, что позволит уменьшить площадь поперечного сечения двигателя и в связи с этим снизить сопротивление набегающему потоку воздуха. Также значительно упрощается конструкция опор валов 3. Падение давления масла, смазывающего редуктор, не приведет к поломке редукторов. Редукторы будут работать еще довольно долго без поломки, как обычная коробка передач у автомобильного двигателя. Зубья у шестерен редукторов могут быть любого профиля и конструкции (шевронные, косозубые и т.д.), что позволит уменьшить размеры (а значит и вес) шестерен и повысить их надежность (так как контакт зубьев шестерен можно сделать безударным) по сравнению с планетарным редуктором. Расход масла у редуктора в предложенной мной схеме на порядок ниже, чем у планетарного редуктора. А меньше масла - меньше вес. В связи с тем, что в предложенном редукторе отсутствуют сателлитные шестерни, упрощается регулировка через него положения лопастей у винтовентилятора. За счет возможности установки лопастей под оптимальным углом на разных режимах работы двигателя достигается высокий полетный к.п.д. самолета. Кроме того, простым поворотом лопастей можно получить реверс тяги.
Валы 3 находятся между газогенераторами и не ограничены в размере наружного диаметра, что позволяет изготавливать их жесткими и легкими. Если валы будут жесткими, то их можно будет очень точно отбалансировать, что позволит избежать вибраций. Газогенераторы не связаны между собой газовоздушным потоком, что позволяет отлаживать работу газогенераторов независимо друг от друга.
Остановка одного газогенератора не приведет к остановке всего двигателя. Двигатель потеряет только 30% тяги за счет форсирования другого газогенератора. Газогенераторы не имеют сложной системы отвода мощности для вращения генератора тока. Отвод мощности можно производить от редукторов. Агрегаты регулирования газогенераторов могут быть в одном экземпляре сразу на два газогенератора и располагаться в проеме между газогенераторами, защищенные гондолой газогенераторов. Гондола газогенераторов имеет створки, что позволяет легко и быстро добраться к агрегатам регулирования и газогенераторам для регламентного обслуживания двигателя. В связи с тем, что газогенераторы не имеют механической связи через валы друг с другом и с двигателем, их можно легко заменить прямо под крылом самолета, не снимая всего двигателя.
Конструкция предложенного мной двигателя состоит из легкозаменяемых модулей: газогенераторы, винтовентилятор с гондолой винтовентилятора, редукторы, свободная турбина, валы, сопла.
Изготовление перечисленных модулей двигателя освоено авиационной промышленностью. Технологических трудностей при изготовлении двигателя нет. Более того, изготовление станет проще.
Разделение двигателя на модули упрощает сборку двигателя, делает его ремонтопригодным.
Немаловажным фактором достоинства предлагаемого двигателя является дешевая доводка двигателя. Достаточно довести один газогенератор, на что уйдет в два раза меньше топлива. Возможно использование уже имеющихся газогенераторов от уже доведенных, хорошо зарекомендовавших себя двигателей. Скажем, для создания двигателя с тягой в 40 тонн уже есть прекрасные газогенераторы тягой 20 тонн. Для создания сверхмощных двигателей не потребуется специальное новое оборудование. Шум у предложенного двигателя будет значительно меньше, чем у аналогичного по мощности газотурбинного двигателя. Кроме того, невозможно, в принципе, изготовить турбовинтовентиляторный двигатель тягой в 40 тонн другой конструкции.
Если турбовинтовентиляторный двигатель будет трехвальным, то два вала должны принадлежать газогенератору. Двухвальные газогенераторы являются оптимальными и имеют самые лучшие характеристики. Третий вал служит для передачи крутящего момента от газогенератора через редуктор винтовентилятору. Редуктор должен быть дифференциальным планетарным. А планетарные редукторы пока не могут быть с тягой более 18 т.
Четырехвальные двигатели не удалось сделать еще никому.
Турбовинтовентиляторный двигатель, содержащий два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины, расположенных вдоль общего потока воздуха и сопла, отличающийся тем, что содержит общую для газогенераторов гондолу, общую двухкаскадную свободную турбину, расположенную между газогенераторами, вращающуюся в противоположные стороны и передающую крутящие моменты с помощью двух одноступенчатых редукторов и двух валов, расположенных параллельно друг другу между редукторами, винтовентилятору, имеющему гондолу.
www.findpatent.ru
Турбовинтовентиляторный двигатель содержит два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины, расположенных вдоль общего потока воздуха и сопла. Турбовинтовентиляторный двигатель также содержит общую для газогенераторов гондолу, общую двухкаскадную свободную турбину, расположенную между газогенераторами, вращающуюся в противоположные стороны и передающую крутящие моменты с помощью двух одноступенчатых редукторов и двух валов, расположенных параллельно друг другу между редукторами, винтовентилятору, имеющему гондолу. Изобретение направлено на повышение надежности и экономичности двигателя. 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано как авиационный турбовинтовентиляторный двигатель, так и как газотурбинная наземная установка.
Известен турбовинтовой двигатель (см. Двухконтурные турбореактивные, турбовентиляторные и турбовинтовые двигатели. А.Л.Клячкин. Рижский институт инженеров гражданского воздушного флота имени Ленинского комсомола. Рига, 1963, стр.298, Фиг-IV г2 и стр.295), основными узлами которого являются:
1. Входное устройство.
2. Компрессор.
3. Камера сгорания.
4. Турбина.
5. Выхлопное (реактивное) сопло.
6. Воздушный винт.
7. Дифференциальный планетарный редуктор.
Недостатком этого двигателя является наличие вала, проходящего сквозь весь двигатель, что значительно усложняет его конструкцию: увеличивает размеры ступиц дисков компрессора и турбины, усложняет конструкцию опор. Наружный диаметр вала при этом ограничен конструктивно, что приводит к высоким оборотам для передачи необходимой мощности, при сохранении допустимых напряжений у вала. Длинные валы не жесткие, поэтому их практически невозможно точно отбалансировать. Поэтому очень трудно избавиться от вибраций и дефекта касания валов при эволюциях самолета (удар при приземлении, например).
Для одновальной турбины оптимальным является дифференциальный планетарный редуктор (см. Новости зарубежной науки и техники № 11, 1988, стр.19, раздел «редуктор»).
Дифференциальные планетарные редуктора работают надежно только до тяги в 18 тонн. Это связано с тем, что сателлитные шестерни создают большие центробежные силы и изнашивают подшипники, на которых вращаются. К недостаткам данного редуктора можно отнести также большой расход масла, самый низкий к.п.д. среди шестеренчатых редукторов (к.п.д. низкий из-за того, что сателлитные шестерни вместе с корпусом, на котором они расположены, вращаются в воздушно-масляной среде). Дифференциальные планетарные редукторы чувствительны к качеству, температуре и давлению масла, смазывающего зубья и подшипники шестерен. В случае незначительного повышения температуры и падения давления масла редуктор разрушится немедленно. Из-за наличия венцовой шестерни с внутренними зубьями невозможно применение косозубых, шевронных и др. шестерен, что не позволяет уменьшить размеры редуктора. Известен патент Англии GB 594207, 05.11.1947, в котором описан турбовинтовой двигатель с двумя соосными винтами, в котором газогенератор, дезаксиально расположенный относительно них, служит в качестве привода вращения свободной биротативной турбины. Недостатком этого технического решения является невозможность промышленного применения. Двигатель GB 594207 имеет огромную площадь поперечного сечения, что создает большое сопротивление набегающему потоку воздуха. В связи с тем, что газовод расположен не по потоку воздуха, а поперек него, увеличиваются газодинамические потери. Невозможно также встроить газовод в самолет без аэродинамических потерь.
Наиболее близким к предлагаемому двигателю является реактивная силовая установка для самолетов (см. патент Англии № 1020145, кл. F01G от 7 дек. 1964), содержащая по крайней мере два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины, расположенных вдоль общего потока воздуха, общего компрессора, подающего сжатый воздух индивидуальным компрессорам, общую турбину, вращаемую от выхлопных газов газогенераторов, которая вращает общий компрессор и сопло.
Недостатком такого двигателя является сложность конструкции.
Данный двигатель по конструкции можно сравнить с двухвальным газотурбинным двигателем такого же габарита, тяги и удельного расхода топлива.
Наличие у реактивного двигателя большого количества каскадов компрессора само по себе не дает существенных различий между ними по массе или характеристикам (см. Новости зарубежной науки и техники № 11, 1988, стр.19, левый столбец, 20-23 строки сверху).
Так как газогенераторы находятся внутри воздушного потока, то они должны быть обтекаемыми, чтобы не создавать сопротивление воздушному потоку. Каждый газогенератор должен управляться агрегатами управления, которые негде расположить, разве что снаружи всего двигателя, что значительно увеличит поперечную площадь двигателя, что создаст большое сопротивление воздушному потоку при полете.
К недостаткам этого двигателя можно отнести также и необходимость точной синхронизации прохождения воздуха через газогенераторы.
В случае если один из газогенераторов синхронно не выйдет на заданный режим, то очень высока вероятность помпажа компрессора (т.е. срыв потока воздуха и поломки компрессора).
От помпажа компрессора в обычных газотурбинных двигателях с одним газогенератором очень трудно отстроиться, а с несколькими газогенераторами, связанными между собой единым воздушным потоком, это будет сделать на порядок сложнее, если вообще возможно (см. Справочник авиационного техника. Изд. третье, перераб. и доп., П.С.Шевелько, Воениздат, 1974. Стр.250, Нерасчетные режимы работы компрессора). Поломка или простая разрегулировка одного из газогенераторов приведет к немедленной поломке всего двигателя.
Задачей предлагаемого изобретения является возможность создания высокоэкономичного, надежного с любой максимально возможной тягой двигателя.
Задача достигается тем, что двигатель содержит общую для газогенераторов гондолу, общую двухкаскадную свободную турбину, расположенную между газогенераторами, вращающуюся в противоположные стороны и передающую крутящие моменты с помощью двух одноступенчатых редукторов и двух валов, расположенных параллельно друг другу между редукторами, винтовентилятору, имеющему гондолу.
На Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 схематично изображен турбовинтовентиляторный двигатель: фронтальный вид, сечение сверху, вид со входа и поперечное сечение соответственно.
Двигатель содержит два газогенератора 1, общую двухкаскадную турбину 2, вращающуюся в противоположные стороны, валы 3, одноступенчатые редукторы 4 и 5, винтовентилятор 6, сопло 8, гондолу винтовентилятора 7, гондолу газогенераторов 9.
При работе двигателя воздух поступает в газогенераторы 1, где превращается в газ с высоким давлением и высокой температурой, через общую двухкаскадную турбину 2, вращающуюся в разные стороны, газ поступает в сопло 8. Турбина 2 передает крутящие моменты одноступенчатому редуктору 5, от него через два разнесенных вала 3 одноступенчатому редуктору 4, а от него винтовентилятору 6, имеющему гондолу 10, который создает тягу, отбрасывая воздух назад.
Преимущества предложенной схемы турбовинтовентиляторного двигателя.
Использование в двигателе винтовентилятора с гондолой позволяет получить удельный расход топлива до 0,6 кг/кгс час при скорости М=0,8 (см. Новости зарубежной науки и техники № 11, 1988, стр.15, Рис.1).
Применение двухкаскадой турбины, вращающейся в разные стороны, позволяет использовать простые одноступенчатые редукторы с цилиндрическими шестернями при любой передаваемой мощности.
Редукторы 4 и 5 состоят из двух независимых друг от друга редукторов.
В случае применения в переднем редукторе 4 паразитной шестерни можно просто добиться синхронизации вращения винтовентилятора 6.
В связи с тем, что валы 3 разнесены друг от друга и находятся выше и ниже горизонтальной оси двигателя, можно практически до соприкосновения сдвинуть газогенераторы, что позволит уменьшить площадь поперечного сечения двигателя и в связи с этим снизить сопротивление набегающему потоку воздуха. Также значительно упрощается конструкция опор валов 3. Падение давления масла, смазывающего редуктор, не приведет к поломке редукторов. Редукторы будут работать еще довольно долго без поломки, как обычная коробка передач у автомобильного двигателя. Зубья у шестерен редукторов могут быть любого профиля и конструкции (шевронные, косозубые и т.д.), что позволит уменьшить размеры (а значит и вес) шестерен и повысить их надежность (так как контакт зубьев шестерен можно сделать безударным) по сравнению с планетарным редуктором. Расход масла у редуктора в предложенной мной схеме на порядок ниже, чем у планетарного редуктора. А меньше масла - меньше вес. В связи с тем, что в предложенном редукторе отсутствуют сателлитные шестерни, упрощается регулировка через него положения лопастей у винтовентилятора. За счет возможности установки лопастей под оптимальным углом на разных режимах работы двигателя достигается высокий полетный к.п.д. самолета. Кроме того, простым поворотом лопастей можно получить реверс тяги.
Валы 3 находятся между газогенераторами и не ограничены в размере наружного диаметра, что позволяет изготавливать их жесткими и легкими. Если валы будут жесткими, то их можно будет очень точно отбалансировать, что позволит избежать вибраций. Газогенераторы не связаны между собой газовоздушным потоком, что позволяет отлаживать работу газогенераторов независимо друг от друга.
Остановка одного газогенератора не приведет к остановке всего двигателя. Двигатель потеряет только 30% тяги за счет форсирования другого газогенератора. Газогенераторы не имеют сложной системы отвода мощности для вращения генератора тока. Отвод мощности можно производить от редукторов. Агрегаты регулирования газогенераторов могут быть в одном экземпляре сразу на два газогенератора и располагаться в проеме между газогенераторами, защищенные гондолой газогенераторов. Гондола газогенераторов имеет створки, что позволяет легко и быстро добраться к агрегатам регулирования и газогенераторам для регламентного обслуживания двигателя. В связи с тем, что газогенераторы не имеют механической связи через валы друг с другом и с двигателем, их можно легко заменить прямо под крылом самолета, не снимая всего двигателя.
Конструкция предложенного мной двигателя состоит из легкозаменяемых модулей: газогенераторы, винтовентилятор с гондолой винтовентилятора, редукторы, свободная турбина, валы, сопла.
Изготовление перечисленных модулей двигателя освоено авиационной промышленностью. Технологических трудностей при изготовлении двигателя нет. Более того, изготовление станет проще.
Разделение двигателя на модули упрощает сборку двигателя, делает его ремонтопригодным.
Немаловажным фактором достоинства предлагаемого двигателя является дешевая доводка двигателя. Достаточно довести один газогенератор, на что уйдет в два раза меньше топлива. Возможно использование уже имеющихся газогенераторов от уже доведенных, хорошо зарекомендовавших себя двигателей. Скажем, для создания двигателя с тягой в 40 тонн уже есть прекрасные газогенераторы тягой 20 тонн. Для создания сверхмощных двигателей не потребуется специальное новое оборудование. Шум у предложенного двигателя будет значительно меньше, чем у аналогичного по мощности газотурбинного двигателя. Кроме того, невозможно, в принципе, изготовить турбовинтовентиляторный двигатель тягой в 40 тонн другой конструкции.
Если турбовинтовентиляторный двигатель будет трехвальным, то два вала должны принадлежать газогенератору. Двухвальные газогенераторы являются оптимальными и имеют самые лучшие характеристики. Третий вал служит для передачи крутящего момента от газогенератора через редуктор винтовентилятору. Редуктор должен быть дифференциальным планетарным. А планетарные редукторы пока не могут быть с тягой более 18 т.
Четырехвальные двигатели не удалось сделать еще никому.
Турбовинтовентиляторный двигатель, содержащий два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины, расположенных вдоль общего потока воздуха и сопла, отличающийся тем, что содержит общую для газогенераторов гондолу, общую двухкаскадную свободную турбину, расположенную между газогенераторами, вращающуюся в противоположные стороны и передающую крутящие моменты с помощью двух одноступенчатых редукторов и двух валов, расположенных параллельно друг другу между редукторами, винтовентилятору, имеющему гондолу.
www.freepatent.ru
Турбовинтовентиляторный двигатель — (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. также ст. Воздушный винт). На одном валу может быть несколько винтовентиляторов, расположенных друг за другом и вращающихся в… … Энциклопедия техники
турбовинтовентиляторный двигатель — Компоновка силовой установки с турбовинтовентиляторным двигателем. турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. рис.; см. также… … Энциклопедия «Авиация»
турбовинтовентиляторный двигатель — Компоновка силовой установки с турбовинтовентиляторным двигателем. турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД) разновидность турбовинтового двигателя, в котором вместо обычного воздушного винта применён винтовентилятор (см. рис.; см. также… … Энциклопедия «Авиация»
Газотурбинный двигатель — с одноступенчатым радиальным компрессором, турбиной, рекуператором, и воздушными подшипниками Газотурбинный двигатель (ГТД) тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого… … Википедия
Двухконтурный турбореактивный двигатель — Газотурбинный двигатель (ГТД, ТРД) тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы… … Википедия
ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТВД) авиац. газотурбинный двигатель, у к рого тяга в основном создаётся воз д. винтом и частично (до 8 12%) реакцией потока газов, вытекающих из реактивного сопла (см. рис.). Энергетич. хар кой ТВД является эквивалентная мощность, равная сумме… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ТВВД — авиац. турбовинтовентиляторный двигатель … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого
ТВВД — турбовинтовентиляторный двигатель Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с … Словарь сокращений и аббревиатур
Д-27 — Двигатель Д 27 на транспортном самолёте Ан 70 Тип: турбовинтовентиляторный Страна … Википедия
translate.academic.ru
Схема турбовинтового двигателя: 1 — воздушный винт; 2 — редуктор; 3 — турбокомпрессор. 
Цветная схема турбовинтового двигателя 
Турбовинтовой двигатель самолёта ATR 72 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. Наличие понижающего редуктора обусловлено необходимостью преобразования мощности: турбина — высокооборотный агрегат с малым крутящим моментом, в то время как для вала воздушного винта требуются относительно малые обороты, но большой крутящий момент.
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 премуществ, 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).
В связи с уменьшением эффективности воздушного винта при увеличении скорости полёта, турбовинтовые двигатели в основном распространены на относительно малоскоростных летательных аппаратах, таких как самолёты местных авиалиний и транспортные самолёты. Исключение составляет стратегический бомбардировщик Ту-95 и самолеты, созданные на его базе (Ту-114, Ту-126, Ту-142), летающие со скоростью порядка 800 км/ч. Вместе с тем, турбовинтовые двигатели на малых скоростях полёта гораздо экономичнее, чем турбореактивные двигатели.
Если учесть, что турбовинтовой двигатель работает только на дозвуковых скоростях, а турбореактивные двигатели лучше использовать для получения очень больших скоростей полёта, то можно сделать вывод, что в некотором диапазоне скоростей комбинирование этих двух двигателей является оптимальным решением (турбовентиляторный двигатель).
Ввиду того, что как лопасти вентилятора, так и лопасти винта для эффективного функционирования должны работать на дозвуковых скоростях, вентилятор в кольцевом обтекателе (который понижает скорость набегающего потока) является более эффективным на больших скоростях.
Первый в практическом смысле работающий ТВД был создан венгерским инженером Дьёрдем Ендрашиком (György Jendrassik). После ряда лет работы над ТВД (и получения патента на его конструкцию в 1929 г.) он построил прототип двигателя мощностью 100 л. с.; первый в мире полномасштабный турбовинтовой двигатель, Jendrassik Cs-1 мощностью около 400 л. с. был построен и испытывался на предприятии Ganz Works в Будапеште между 1939 и 1942 г. Двигатель не был запущен в производство.
Первый немецкий турбовинтовой двигатель в середине 30-х годов разработал (будучи профессором Технического университета в Берлине) будущий глава отдела планёров самолетов на «Junkers Flugzeugwerke» Герберт Вагнер. Он надеялся, что тот может дать боевому самолету высочайшие ЛТХ.
Работы по ТВД ускорились в послевоенные годы. На 18-м образце реактивного истребителя Gloster Meteor (позднее получил обозначение Trent-Meteor) вместо штатных турбореактивных были установлены турбовинтовые двигатели Rolls-Royce RB.50 «Trent», и он стал первым в мире турбовинтовым самолётом (взлетел 20 сентября 1945 года). Эта машина не строилась серийно и осталась прототипом.
На основе двигателей модели Trent компания Rolls-Royce разработала модель Dart. Этот двигатель устанавливался на первый в мире серийный турбовинтовой самолёт Vickers Viscount (первый полёт в 1948). Конструкция ТВД Rolls-Royce Dart оказалась весьма успешной: с учётом модификаций и усовершенствований, он выпускался порядка 40 лет (до 1987 г) и устанавливался на многие модели самолётов.
Самым мощным из когда-либо созданных ТВД был строившийся в СССР двигатель НК-12.
Одним из самых массовых и широко применяющихся ТВД в настоящее время является семейство ТВД Pratt & Whitney Canada PT6 (англ.)русск.. Серийный выпуск был начат в 1963 г. и продолжается на настоящее время (2012). Двигатель выпускается в ряде модификаций (различной мощности, для самолётов и вертолётов) и устанавливается на более чем 100 типах самолётов различных производителей.
www-wikipediya.ru
