מנוע Turboprop: מכשיר, תוכנית, עקרון הפעולה. ייצור מנועי טורבו-פרופ ברוסיה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מנוע טורבופרופ דומה למנוע בוכנה: לשניהם יש מדחף. אבל בכל דרך אחרת הם שונים. שקול מהי היחידה הזו, איך היא פועלת, מה היתרונות והחסרונות שלה.

מאפיינים כלליים

מנוע הטורבו-פרופ שייך לקבוצת מנועי טורבינת הגז, שפותחו כממירי אנרגיה אוניברסליים והפכו לשימוש נרחב בתעופה. הם מורכבים ממנוע חום, שבו הגזים המורחבים מסובבים את הטורבינה ומייצרים מומנט, ויחידות אחרות מחוברות לפיר שלה. מנוע הטורבו-פרופ מסופק עם מדחף.

זהו הכלאה בין יחידות בוכנה וטורבו-סילון. בתחילה הותקנו במטוסים מנועי בוכנה, המורכבים מצילינדרים בצורת כוכב עם פיר הממוקם בתוכם. אבל בשל העובדה שהיו להם ממדים ומשקל גדולים מדי, כמו גם יכולת מהירות נמוכה, הם לא היו בשימוש יותר, והעדיפו את התקנות הטורבו-ג'ט שהופיעו. אבל מנועים אלה לא היו חפים מחסרונות. הם יכלולפתח מהירות על-קולית, אבל צרכו הרבה דלק. לכן, הפעילות שלהם הייתה יקרה מדי להסעת נוסעים.

מנוע הטורבו-פרופ נאלץ להתמודד עם חיסרון כזה. והבעיה הזו נפתרה. התכנון ועקרון הפעולה נלקחו ממנגנון של מנוע טורבו, ומדחפים ממנוע בוכנה. כך, ניתן היה לשלב מידות קטנות, חסכון ויעילות גבוהה.

מנועים הומצאו ונבנו עוד בשנות השלושים של המאה הקודמת תחת ברית המועצות, וכעבור שני עשורים החלו בייצור המוני שלהם. ההספק נע בין 1880 ל-11000 קילוואט. במשך תקופה ארוכה הם שימשו בתעופה צבאית ואזרחית. עם זאת, הם לא התאימו למהירות על-קולית. לכן, עם כניסתן של יכולות כאלה בתעופה צבאית, הן ננטשו. אבל מטוסים אזרחיים מסופקים איתם בעיקר.

התקן של מנוע טורבו-פרופ ועיקרון פעולתו

עיצוב המנוע פשוט מאוד. כולל:

• reducer;
• propeller;
• תא בעירה;
• compressor;
• nozzle.

הסכמה של מנוע טורבו-פרופ היא כדלקמן: לאחר הזרקה ודחיסה על ידי מדחס, האוויר נכנס לתא הבעירה. לשם מוזרק הדלק. התערובת המתקבלת מתלקחת ויוצרת גזים שכאשר מתרחבים, נכנסים לטורבינה ומסובים אותה, והיא, בתורה, מסובבת את המדחס והבורג. לא הוצאהאנרגיה יוצאת דרך הזרבובית, ויוצרת דחף סילון. מכיוון שערכו אינו משמעותי (עשרה אחוזים בלבד), מנוע טורבו-פרופ אינו נחשב למנוע טורבו-סילון.

עקרון הפעולה והעיצוב, לעומת זאת, דומים לו, אבל האנרגיה כאן לא בורחת לחלוטין דרך הזרבובית, ויוצרת דחף סילון, אלא רק באופן חלקי, שכן האנרגיה השימושית מסובבת גם את המדחף.

ציר עבודה

יש מנועים עם פיר אחד או שניים. בגרסת החד-פיר, המדחס, הטורבינה והמדחף ממוקמים על אותו פיר. באחד דו-צירי, מותקנים טורבינה ומדחס על אחד מהם, ומדחף דרך תיבת הילוכים בצד השני. ישנן גם שתי טורבינות המחוברות זו לזו בצורה גז דינמית. האחד הוא עבור המדחף והשני הוא עבור המדחס. אפשרות זו היא הנפוצה ביותר, שכן ניתן להפעיל אנרגיה מבלי להפעיל את המדחפים. וזה נוח במיוחד כאשר המטוס על הקרקע.

Compressor

חלק זה מורכב משניים עד שישה שלבים, המאפשרים לך לתפוס שינויים משמעותיים בטמפרטורה ובלחץ, כמו גם להפחית את המהירות. הודות לעיצוב זה, ניתן להפחית משקל וממדים, דבר שחשוב מאוד למנועי מטוסים. המדחס כולל אימפלרים ושבשבת מובילה. זה האחרון עשוי להיות מוסדר או לא.

פרופלר

חלק זה יוצר דחף, אך המהירות מוגבלת. האינדיקטור הטוב ביותר נחשב לרמה שבין 750 ל-1500 סל"ד, שכן עםלהגדיל, היעילות תתחיל לרדת, ובמקום האצה, המדחף יהפוך לבלם. התופעה נקראת "אפקט הנעילה". זה נגרם על ידי להבי המדחף, אשר במהירויות גבוהות, כאשר מסתובבים מעבר למהירות הקול, מתחילים לתפקד בצורה לא נכונה. אותה השפעה תופיע על ידי הגדלת הקוטר שלהם.

Turbine

הטורבינה מסוגלת למהירויות של עד עשרים אלף סיבובים לדקה, אבל הבורג לא יוכל להתאים לו, אז יש הילוך הפחתה שמפחית מהירות ומגביר מומנט. מפחיתים יכולים להיות שונים, אבל המשימה העיקרית שלהם, ללא קשר לסוג, היא להפחית מהירות ולהגדיל את המומנט.

תכונה זו היא המגבילה את השימוש בטורבו-פרופס במטוסים צבאיים. עם זאת, הפיתוחים ליצירת מנוע על-קולי אינם מפסיקים, למרות שהם עדיין לא מוצלחים. כדי להגביר את הדחף, לפעמים מסופק מנוע טורבו-פרופ עם שני מדחפים. במקביל מיישמים את עקרון הפעולה עקב סיבוב בכיוונים מנוגדים, אך בעזרת תיבת הילוכים אחת.

כדוגמה, נוכל לשקול את מנוע ה-D-27 (טורבו-פרופן), בעל שני מאווררים בורגיים המחוברים לטורבינה חופשית באמצעות תיבת הילוכים. זהו הדגם היחיד של עיצוב זה המשמש בתעופה אזרחית. אבל היישום המוצלח שלו נחשב לקפיצה גדולה בשיפור הביצועים של הנחשבמנוע.

יתרונות וחסרונות

בואו נדגיש את היתרונות והחסרונות המאפיינים את פעולתו של מנוע טורבו-פרופ. ההטבות הן:

• קל משקל בהשוואה ליחידות בוכנה;
• חסכון בהשוואה למנועי טורבו-סילון (בזכות המדחף, היעילות מגיעה לשמונים ושישה אחוז).

עם זאת, למרות יתרונות כאלה שאין להכחישה, מנועי סילון הם במקרים מסוימים האפשרות המועדפת. המהירות המותרת של מנוע טורבו-פרופ היא שבע מאות וחמישים קילומטרים לשעה. עם זאת, זה לא מספיק עבור תעופה מודרנית. בנוסף, הרעש שנוצר גבוה מאוד, חורג מהערכים המותרים של ארגון התעופה האזרחית הבינלאומית.

לכן, הייצור של מנועי טורבו-פרופ ברוסיה מוגבל. הם מותקנים בעיקר במטוסים הטסים למרחקים ארוכים ובמהירויות נמוכות. אז הבקשה מוצדקת.

עם זאת, בתעופה צבאית, שבה המאפיינים העיקריים שצריכים להיות למטוסים הם יכולת תמרון גבוהה ופעולה שקטה, ולא יעילות, מנועים אלו אינם עומדים בדרישות הדרושות וכאן נעשה שימוש ביחידות טורבו.

במקביל, מתבצעים פיתוחים ליצירת מדחפים על-קוליים על מנת להתגבר על "אפקט הנעילה" ולהגיע לרמה חדשה. אולי כשההמצאה תהפוך למציאות, מנועי סילון יינטשו לטובת טורבו-פרופס ובצבאמטוסים. אבל נכון לעכשיו, אפשר לקרוא להם רק "סוסי עבודה", לא התפקוד הכי חזק, אבל יציב.