Турбогвинтовий двигун: пристрій, схема, принцип роботи. Виробництво турбогвинтових двигунів у Росії

Турбогвинтовий двигун схожий на поршневий: і той, і інший мають повітряний гвинт. Але в усьому іншому вони різні. Розглянемо, що собою представляє цей агрегат, як працює, які його плюси і мінуси.

Загальна характеристика

Турбогвинтовий двигун належить до класу газотурбінних, які розроблялися як універсальні перетворювачі енергії і стали широко використовуватися в авіації. Вони складаються з теплової машини, де розширені гази обертають турбіну і утворюють крутний момент, а до її валу прикріплюють інші агрегати. Турбогвинтовий двигун забезпечується повітряним гвинтом.


Він являє собою щось середнє між поршневими і турбореактивними агрегатами. Спочатку літаки встановлювали поршневі двигуни, що складаються з циліндрів у формі зірки з розташованим всередині валом. Але з-за того, що вони мали дуже великі габарити і вага, а також низьку можливість швидкості, їх перестали використовувати, віддавши перевагу з'явилися турбореактивным установок. Але і ці двигуни не були позбавлені недоліків. Вони могли розвивати надзвукову швидкість, але споживали дуже багато палива. Тому їх експлуатація обходилася дуже дорого для пасажирських перевезень. Турбогвинтовий двигун мав впоратися з подібним недоліком. І ця задача була вирішена. Конструкція і принцип роботи були взяті з механізму турбореактивного двигуна, а від поршневого — повітряні гвинти. Таким чином, стало можливим поєднання невеликих габаритів, економічності і високого коефіцієнта корисної дії.


Двигуни були винайдені і споруджені ще в тридцятих роках минулого століття при Радянському Союзі, а через два десятиліття почали їх масовий випуск. Потужність варіювалася від 1880 до 11000 кВт. Тривалий період їх застосовували у військовій і цивільній авіації. Однак для надзвукової швидкості вони не були придатними. Тому з появою таких потужностей у військовій авіації від них відмовилися. Зате цивільні літаки в основному забезпечуються саме ними.

Пристрій турбогвинтового двигуна і принцип його роботи

Конструкція мотора дуже проста. У нього входять:

редуктор;

повітряний гвинт;

камера згоряння;

компресор;

сопло.

Схема турбогвинтового двигуна виглядає наступним чином: після нагнітання і стиснення компресором повітря потрапляє в камеру згоряння. Туди ж впорскується паливо. Отримана суміш запалюється і створює гази, які при розширенні надходять в турбіну і обертають її, а вона, в свою чергу, обертає компресор і гвинт. Невитрачена енергія виходить через сопло, створюючи реактивну тягу. Так як величина її не є суттєвою (всього десять відсотків), не вважається турбореактивным турбогвинтовий двигун. Принцип роботи і конструкція, втім, схожі з ним, але енергія тут не повністю виходить через сопло, створюючи реактивну тягу, а лише частково, так як корисна енергія ще й обертає гвинт.

Робочий вал

Бувають двигуни з одним або двома валами. У одновальном варіанті на одному валу знаходяться і компресор і турбіна, і гвинт. В двохвальному — на одному з них встановлено турбіну і компресор, а на іншому — гвинт через редуктор. Тут є дві турбіни, пов'язані один з одним газодинамічним способом. Одна з них призначена для гвинта, а інша — для компресора. Такий варіант найбільш поширений, так як енергія може застосовуватися без запуску гвинтів. А це особливо зручно, коли літак знаходиться на землі.

Компресор

Ця деталь складається з двох-шести ступенів, що дозволяють сприймати істотні перепади температури і тиску, а також знижувати оберти. Завдяки такій конструкції виходить знизити вагу і габарити, що є дуже важливим для авіаційних двигунів. В компресор входять робочі колеса і направляючий апарат. На останньому може бути передбачено або не передбачена регуляція.

Повітряний гвинт

Завдяки цій деталі утворюється тяга, але швидкість є обмеженою. Кращим показником вважається рівень від 750 до 1500 оборотів в хвилину, так як при збільшенні коефіцієнт корисної дії почне падати, і гвинт замість розгону буде перетворюватися на гальма. Явище називається «ефектом замикання». Воно викликане лопатями гвинта, які на високих оборотах при обертанні, що перевищує швидкість звуку, починають функціонувати некоректно. Той же самий ефект буде спостерігатися при збільшенні їх діаметра.

Турбіна

Турбіна здатна розвинути швидкість до двадцяти тисяч обертів у хвилину, але гвинт не зможе їй відповідати, тому тут є понижуючий редуктор, що знижує швидкість і збільшує крутний момент. Редуктори можуть бути різними, але головна їх завдання незалежно від виду — знижувати швидкість і підвищувати момент. Саме ця характеристика обмежує використання турбогвинтового двигуна у військових літаках. Однак розробки по створенню надзвукового двигуна не припиняються, хоч поки і не є успішними. Для підвищення тяги іноді двома гвинтами забезпечується турбогвинтовий двигун. Принцип роботи при цьому у них реалізується за рахунок обертання в протилежні сторони, але за допомогою одного редуктора.
В якості прикладу можна розглянути двигун Д-27 (турбогвинтовентиляторний), що має два гвинтових вентилятора, прикріплених на вільної турбіни редуктором. Це єдина модель даної конструкції, що використовується в цивільній авіації. Але його успішне застосування вважають великим стрибком з поліпшення експлуатаційних якостей розглянутого мотора.

Переваги і недоліки

Виділимо мінуси і плюси, якими характеризується робота турбогвинтового двигуна. Перевагами є:

мала вага в порівнянні з поршневими агрегатами;

економічність порівняно з турбореактивними двигунами (завдяки повітряному гвинта коефіцієнт корисної дії досягає вісімдесяти шести відсотків).

Однак, незважаючи на такі незаперечні достоїнства, реактивні двигуни в ряді випадків є більш кращим варіантом. Швидкісний межа турбогвинтового двигуна становить сімсот п'ятдесят кілометрів на годину. Однак для сучасної авіації цього дуже мало. Крім того, шум утворюється дуже високий, що перевищує допустимі значення Міжнародної організації цивільної авіації. Тому виробництво турбогвинтових двигунів у Росії обмежено. В основному їх встановлюють в літаки, які літають на великі відстані і з невеликою швидкістю. Тоді застосування виправдано. Однак у військовій авіації, де головними характеристиками, якими повинні володіти літаки, є висока маневреність і безшумна робота, а не економічність, ці двигуни не відповідають необхідним вимогам і тут використовуються турбореактивні агрегати. В той же час постійно ведуться розробки по створенню надзвукових гвинтів, щоб подолати «ефект замикання» і вийти на новий рівень. Можливо, коли винахід стане реальністю, від реактивних двигунів відмовляться на користь турбогвинтових і у військових літаках. Але в даний час їх можна назвати лише «робочими конячками», не найпотужнішими, зате стабільно функціонуючими.