Турбовинтовые двигатели (ТВД)стали применяться раньше, чем двухконтурные двигатели, и примерно одновременно с ТРД. Они обеспечили лучшую по сравнению с ТРД экономичность силовой установки при небольших дозвуковых скоростях полета (V < 600…700 км/ч). На них была использована отработанная и проверенная многолетним опытом эксплуатации поршневых двигателей относительно простая система регулирования винта путем изменения угла установки его лопастей.
В результате этого ТВД получили в 1960…1970-е годы широкое применение на отечественных дозвуковых пассажирских (Ил‑18, Ту-114, Ан‑24Т, Ан-10 и др.) и военных (Ан-8, Ан-12, Ан‑22, Ту‑95) самолетах, а также на многих зарубежных самолетах аналогичного назначения. ТВД сочетали в себе преимущества создания тяги воздушным винтом на взлете и при малых скоростях полета с весовыми преимуществами газотурбинного двигателя по сравнению с поршневым.
Но дальнейшее увеличение скоростей полета самолетов с ТВД оказалось невыгодным. С ростом скорости полета на концах лопастей винтов относительная скорость становится сверхзвуковой, что приводит к возрастанию волновых потерь и снижению КПД винта. На скоростях полета, соответствующих 850…950 км/ч, более экономичными оказались двухконтурные двигатели, вентилятор которых, благодаря предварительному торможению воздушного потока в воздухозаборнике, работает при меньших относительных скоростях, чем воздушный винт, а следовательно, с более высоким КПД. Поэтому уже на самолетах третьего поколения (Ил-76, Ил-86, Ту-154, Як-40 и др.) ТРДД практически полностью вытеснили ТВД из авиации.
К числу недостатков ТВД, помимо ухудшения их экономичности при увеличении скорости полета, следует отнести высокий уровень шума, повышенные вибрации от винта, имеющего значительный диаметр и большую массу, а также наличие редуктора с высокими передаточными отношениями, а поэтому тяжелого, требующего высокой точности изготовления и работающего в очень напряженных условиях.
| а) | б) |
| Рис. 5.15. Принципиальные схемы ТВД и ТВВД | |
Только в последние годы, благодаря появлению усовершенствованных газогенераторов и созданию воздушных винтов нового типа, получивших название винтовентиляторов, стали появляться турбовинтовентиляторные двигатели (ТВВД), которые по существу являются дальнейшим развитием ТВД. Принципиальные схемы ТВД и ТВВД представлены на рис. 5.15.
Большинство серийных ТВД, находящихся в эксплуатации, которые по существу уже являются морально устаревшими, выполнено по одновальной схеме (рис. 5.15 а). Для них характерно соосное расположение двигателя и редуктора, причем редуктор выполняется в единой конструктивной компоновке с двигателем. Примерами двигателей такой схемы являются ТВД НК-12, АИ-20, АИ-24.
ТВД нового поколения выполняются, как правило, двух- или трехвальными с автономными ГГ (одно- или двухвальными) и свободной турбиной. По двухвальной схеме с одновальным ГГ выполнен двигатель ТВ7-117С, а с двухвальным ГГ – английский ТВД «Тайн».
Турбовинтовые двигатели по рабочему процессу имеют много общего с турбовальными двигателями. У них также практически вся развиваемая мощность через редуктор передается на воздушный винт. Но они применяются на более скоростных летательных аппаратах, чем турбовальные ГТД, и поэтому приращение кинетической энергии выхлопных газов у них используется для получения сравнительно небольшой по величине реактивной тяги.
Рассмотрим основные параметры, характеризующие эффективность работы ТВД и ТВВД.
Мощность на валу винтаопределяется по формуле
Nв =GвLв =GвLеред, (5.6)
а создаваемая реактивная тяга равна:
Рр =GвРуд =Gв(сс–V), (5.7)
где Lв =Lеред– работа на валу винта;ред– КПД редуктора.
Поэтому тяговая мощность, развиваемая двигателем в полете, определяется соотношением
Nтяг =Nвв +РрV.(5.8)
Здесь Nвв и РрV – тяговые (полезные) мощности винта и реактивной струи, в – КПД винта.
В соответствии с (5.8) удельная тяговая работа ТВД и ТВВД равна
Lтяг =Nтяг/Gв =Lередв + (сс–V)V.(5.9)
Реактивная мощность у ТВД мала, и чтобы ее не оценивать самостоятельно, вводят в рассмотрение так называемую эквивалентную мощность
Nэкв ==Nв +. (5.10)
Как следует из формулы (5.10), Nэкв – это такая мощность, которую надо было бы иметь на валу винта, чтобы лишь за счет винта двигатель развивал такую же тяговую мощность, которая реально получается за счет винта и реакции.
Удельная эквивалентная мощность равна:
Nэкв.уд =Lэкв =. (5.11)
Удельный эквивалентный расход топлива определяют по отношению часового расхода топлива к эквивалентной мощности Nэкв, т.е.
Сэкв =. (5.12)
Зависимости Nэкв.удиСэквоти(или оти) качественно не отличаются от аналогичных зависимостей дляNе удиCе, приведенных на рис. 5.10. У современных ТВД обычноNэквв расчетных условиях полета на 8…10% больше, чемNв. У ТВВД доля мощности от реакции газовой струи выше, чем у ТВД. Это отличиеNэквотNвопределяется условиями распределения работы цикла между винтом и реакцией.
studfiles.net
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.
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.
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.
Конструкция мотора очень проста. В него входят:
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.
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.
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.
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 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.
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.
Выделим минусы и плюсы, которыми характеризуется работа турбовинтового двигателя. Преимуществами являются:
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.
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.
загрузка...
aikido-mariel.ru
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.
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.
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.
Конструкция мотора очень проста. В него входят:
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.
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.
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.
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 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.
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.
Выделим минусы и плюсы, которыми характеризуется работа турбовинтового двигателя. Преимуществами являются:
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.
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.
загрузка...
utyugok.ru
Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.
Турбовинтовой двигатель (ТВД) — авиационный газотурбинный двигатель, в котором тяга в основном создаётся воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной, а частично (до 8—12%) — реакцией вытекающих из сопла двигателя газов. Основными элементами ТВД являются входное устройство, компрессор, камера сгорания, газовая турбина, реактивное сопло, винт и редуктор. Атмосферный воздух, поступающий во входное устройство ТВД при полёте, сжимается в воздухозаборнике и далее в компрессоре, а затем поступает в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Образовавшиеся газы расширяются в газовой турбине, полезная работа которой затрачивается на привод компрессора и винта. Окончательное расширение газов происходит в реактивном сопле. Известны различные конструктивные схемы ТВД: одновальный; с однокаскадным компрессором и так называемой свободной турбиной, расположенной на отдельном валу и служащей для привода винта; с двухкаскадным компрессором, когда винт и компрессор низкого давления приводятся отдельной турбиной. По схеме со свободной турбиной обычно выполняются ГТД для вертолётов (см. Турбовальный двигатель). В СССР первый экспериментальный ТВД В. В. Уварова был построен и испытан в конце 30-х гг. В 50-е гг. были созданы серийные ТВД под руководством Н. Д. Кузнецова (см. НК) и А. Г. Ивченко (см. АИ) в диапазоне мощностей от 1880 кВт (АИ-24) до 11000 кВт (НК-12). Мощность ТВД увеличивается с ростом скорости и уменьшается с увеличением высоты полёта. Удельный расход топлива, отнесённый к мощности на выходном валу ТВД, уменьшается с ростом как скорости, так и высоты полёта. ТВД получили распространение на дозвуковых самолётах с Маха числом полёта М(∞)Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.
.
ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, авиационный двигатель с пропеллером (воздушным винтом), который приводится в действие газовой ТУРБИНОЙ через передаточный механизм (редуктор). Турбина сжимает воздух, который смешивается с горючим; смесь воспламеняется в… … Научно-технический энциклопедический словарь
ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТВД), авиационный газотурбинный двигатель, в котором тяга в основном создается воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной, и частично (до 8 12%) прямой реакцией газов, истекающих из реактивного сопла. ТВД появились в начале 1950 х … Современная энциклопедия
ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТВД) турбокомпрессорный двигатель, в котором тяга в основном создается воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной, и частично прямой реакцией потока газов, вытекающих из реактивного сопла … Большой Энциклопедический словарь
ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТВД), авиационный газотурбинный двигатель, создающий основную силу тяги воздушным винтом, а дополнительную струёй газов, вытекающих из реактивного сопла. Главными частями ТВД являются: воздушный винт, редуктор, компрессор, камера сгорания … Военная энциклопедия
турбовинтовой двигатель — ТВД Турбовальный двигатель, в котором мощность на выводном валу используется для привода тянущего воздушного винта. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов Синонимы ТВД EN turboprop engine DE Propellerturbine FR turbopropulseur … Справочник технического переводчика
Турбовинтовой двигатель — (ТВД), авиационный газотурбинный двигатель, в котором тяга в основном создается воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной, и частично (до 8 12%) прямой реакцией газов, истекающих из реактивного сопла. ТВД появились в начале 1950 х … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Турбовинтовой двигатель — Схема турбовинтового двигателя: 1 воздушный винт; 2 редуктор; 3 турбокомпрессор … Википедия
турбовинтовой двигатель — (ТВД), турбокомпрессорный двигатель, у которого тяга в основном создаётся воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной, и частично прямой реакцией потока газов, вытекающих из реактивного сопла. * * * ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ… … Энциклопедический словарь
Турбовинтовой двигатель — 18. Турбовинтовой двигатель твд D. Propellerturbine E. Turboprop engine F. Turbopropulseur Турбовальный двигатель, в котором мощность на выводном валу используется для привода тянущего воздушного винта Источник: ГОСТ 23851 79: Двигатели… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
турбовинтовой двигатель — turbosraigtinis variklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. propeller jet; turboprop engine vok. Propellerturbine, f; Turboprop Triebwerk, n rus. турбовинтовой двигатель, m pranc. turbopropulseur, m … Fizikos terminų žodynas
dic.academic.ru
Входное устройство для турбовинтового авиационного двигателя содержит воздушный винт, втулку винта, внешний обтекатель гондолы двигателя и расположенный за воздушным винтом канал подвода воздуха к двигателю. Канал подвода воздуха к двигателю содержит несколько расположенных по периферии обтекателя и выступающих за его пределы патрубков, в которых для выброса посторонних предметов выполнены отверстия, расположенные над поверхностью обтекателя, передний диаметр которого соответствует диаметру втулки винта. Изобретение позволяет создать входное устройство, обеспечивающее самолету наилучшие аэродинамические характеристики и повышенную мощность двигателя за счет повышения давления воздуха в канале подвода воздуха к двигателю и снижения лобового сопротивления устройства. 4 ил.
Изобретение относится к области авиации и может применяться на самолетах, снабженных турбовинтовыми двигателями.
Известны турбовинтовые двигатели с соосным расположением винта и кольцевой формой входного отверстия для воздуха, расположенным непосредственно за винтом. В указанных двигателях используются входные устройства, содержащие внешний обтекатель (передняя часть гондолы), внутренний обтекатель и перегородки между внутренним и внешним обтекателями. Канал подачи воздуха в двигатель образован внутренней поверхностью внешнего обтекателя (гондолы) и внешней поверхностью внутреннего обтекателя и имеет в сечении кольцевую форму. Воздух поступает в канал из пространства, расположенного за винтом. Такая схема подачи воздуха в двигатель является традиционной и раскрыта, например, в патенте США N 4688995, опубликованном 25.08.87. Следует отметить, что мощность авиационного турбовинтового двигателя зависит, в том числе, от величины давления подаваемого в него воздуха. Давление же в зоне за винтом изменяется вдоль его диаметра. Причем у основания винта ввиду возмущений, вносимых корневой кромкой лопастей, давление наименьшее, что является нежелательным. Зону, расположенную за лопастями у их основания, мы в данном описании будем называть мертвой зоной, а находящийся там воздух - паразитным воздухом. Недостатком аналога является то, что воздух подается в канал из зоны, расположенной непосредственно за корневой кромкой лопастей. Низкое давление воздуха в канале подвода воздуха является причиной пониженной мощности двигателя. Для устранения указанного недостатка разработано входное устройство, подающее воздух в двигатель из зоны с оптимальным давлением и отводящее воздух из мертвой зоны за боковую поверхность гондолы (патент США N 4607657, публ. 26.08.1986). Указанное устройство выбрано в качестве прототипа. Входное устройство-прототип содержит внешний обтекатель, внутренний обтекатель, расположенный внутри внешнего обтекателя и соосно ему и перегородки, расположенные между обтекателями. Диаметр внешнего обтекателя превышает диаметр втулки винта. Пространство между внутренней поверхностью внешнего обтекателя и наружной поверхностью внутреннего обтекателя является каналом подвода воздуха к двигателю. Устройство также содержит каналы отвода паразитного воздуха из мертвой зоны. Канал отвода паразитного воздуха начинается кольцевым воздухозаборником. Меньший диаметр воздухозаборника соответствует диаметру втулки винта, а больший диаметр соответствует диаметру мертвой зоны. Кольцевой воздухозаборник соединен с трубками, проходящими внутри перегородок и имеющими выход на внешней поверхности внешнего обтекателя. Таким образом, в прототипе частично решается проблема отвода паразитного воздуха и снижаются гидравлические потери полного давления в канале подвода воздуха к двигателю. Недостатки прототипа 1. Относительно высокое лобовое сопротивление устройства, что отрицательно сказывается на скорости и маневренности самолета. 2. Относительно низкое давление воздуха на входе в двигатель, что снижает его мощность. При разработке настоящего изобретения ставилась задача создать входное устройство, обеспечивающее самолету наилучшие аэродинамические характеристики и повышенную мощность двигателю. Технический результат: - повышение давления воздуха в канале подвода воздуха к двигателю; - снижение лобового сопротивления устройства. Сущность заявляемого входного устройства для турбовинтового двигателя заключается в том, что оно содержит внешний обтекатель (далее "обтекатель") и канал подвода воздуха к двигателю. Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что канал для подвода воздуха к двигателю содержит несколько патрубков. Указанные патрубки расположены по периметру обтекателя и выступают за его пределы. Передний диаметр внешнего обтекателя соответствует диаметру втулки винта. Признаки, характеризующие изобретение в частных случаях: для выброса посторонних частиц в патрубках выполнены отверстия; отверстия выполняются в стенках патрубков в той части, которая выступает за пределы обтекателя. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез входного устройства; на фиг. 2 - продольный разрез входного устройства; на фиг. 3 - вид на входное устройство против полета; на фиг. 4 - продольный разрез патрубка. Пример конкретного выполнения Входное устройство содержит обтекатель 1, являющийся внешней стенкой гондолы двигателя и патрубки 2 с воздухозаборниками 3, выступающими за пределы обтекателя 1. Патрубки 2 составляют канал подвода воздуха к двигателю (позицией не обозначен). На задних их стенках выполнены отверстия 4 для сброса посторонних предметов (фиг. 1, 3, 4). На фиг. 1 и 2 для наглядности изображены также элементы винта, который не является частью заявляемого устройства - втулка 5 и лопасти 6. Буквой Р обозначена зона воздуха, возмущенного корневой кромкой винта, а пунктирной линией указана ее граница. В составе самолета заявляемое устройство работает следующим образом. Часть воздуха, расположенного в пространстве между лопастями 6 и входным устройством, проходит через воздухозаборники 3 в канал подвода воздуха к двигателю. Другая часть воздуха, в том числе воздух, возмущенный корневой кромкой винта, обтекает воздухозаборники 3, течет вдоль обтекателя 1. Посторонние предметы, попавшие вместе с воздухом в воздухозаборники 3, через отверстия 4 выбрасываются центробежными силами в атмосферу. В описанной конструкции исключается возможность попадания возмущенной корневой кромкой винта воздуха в канал подвода воздуха к двигателю. Вследствие этого повышается давление воздуха на входе в двигатель. Лобовое сопротивление устройства уменьшается за счет уменьшения площади обтекателя мотогондолы за винтом.Формула изобретения
Входное устройство для турбовинтового двигателя, содержащее воздушный винт, втулку винта, внешний обтекатель гондолы двигателя и расположенный за воздушным винтом канал подвода воздуха к двигателю, отличающееся тем, что канал подвода воздуха к двигателю содержит несколько расположенных по периферии обтекателя и выступающих за его пределы патрубков, в которых для выброса посторонних предметов выполнены отверстия, расположенные над поверхностью обтекателя, передний диаметр которого соответствует диаметру втулки винта.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4PD4A - Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
(73) Новое наименование патентообладателя:Федеральное государственное унитарное предприятие "Завод имени В.Я. Климова" (RU)
Адрес для переписки:194100, Санкт-Петербург, ул. Кантемировская, д. 11, ОАО "Климов", начальнику патентного отдела Н.М. Ситниковой.
Извещение опубликовано: 27.04.2007 БИ: 12/2007
www.findpatent.ru
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.
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.
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.
Конструкция мотора очень проста. В него входят:
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.
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.
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.
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 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.
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.
Выделим минусы и плюсы, которыми характеризуется работа турбовинтового двигателя. Преимуществами являются:
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.
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.
загрузка...
dayswoman.ru
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.
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.
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.
Конструкция мотора очень проста. В него входят:
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.
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.
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.
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 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.
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.
Выделим минусы и плюсы, которыми характеризуется работа турбовинтового двигателя. Преимуществами являются:
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.
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.
загрузка...
4responsible.ru
