Турбированный двигатель

Турбированный двигатель — это поршневой двигатель , в котором используется турбина для рекуперации энергии из выхлопных газов. Вместо того, чтобы использовать эту энергию для привода турбонагнетателя, как это происходит во многих мощных авиационных двигателях , энергия направляется на выходной вал для увеличения общей мощности, вырабатываемой двигателем. Турбина обычно механически соединена с коленчатым валом , как на Wright R-3350 Duplex-Cyclone , но также исследовались электрические и гидравлические системы рекуперации энергии.

Поскольку этот процесс восстановления не увеличивает расход топлива , он приводит к снижению удельного расхода топлива , отношения использования топлива к мощности. ^{[ 1 ]} двигателей турбокомпаундирование использовалось для коммерческих авиалайнеров и аналогичных дальнемагистральных и долговечных самолетов До появления турбореактивных . Примеры использования Duplex-Cyclone включают Douglas DC-7B и Lockheed L-1049 Super Constellation , в то время как другие конструкции не использовались в производстве.

Концепция

Большинство поршневых двигателей производят горячие выхлопы, которые все еще содержат значительную неразработанную энергию , которую можно было бы использовать для движения, если бы ее извлекли. Для извлечения энергии из такого потока газов часто используется турбина. Обычная газовая турбина подает воздух под высоким давлением и с высокой скоростью, извлекает из него энергию и уходит в виде более медленно движущегося потока с более низким давлением. Это действие имеет побочный эффект увеличения давления на входе, что делает его нежелательным для использования с поршневым двигателем, поскольку оно увеличивает противодавление в двигателе, что уменьшает продувку выхлопных газов из цилиндров и тем самым снижает эффективность поршневая часть составного двигателя. ^{[ 2 ]}

В конце 1930-х и начале 1940-х годов одним из решений этой проблемы было внедрение выпускных коллекторов «струйной трубы». Это были просто короткие отрезки металлических труб, прикрепленных к выхлопным отверстиям, имеющие такую форму, что они могли взаимодействовать с воздушным потоком, создавая струю воздуха, создававшую тягу вперед. Еще одним нововведением Второй мировой войны стало использование эффекта Мередита для рекуперации тепла из радиаторной системы для обеспечения дополнительной тяги.

К концу войны разработка турбин значительно улучшилась и привела к созданию новой конструкции турбины, известной как «продувочная турбина» или «турбина рекуперации энергии». Эта конструкция извлекает энергию из импульса движущегося выхлопа, но не увеличивает заметно противодавление. Это означает, что он не имеет нежелательных эффектов, присущих традиционным конструкциям при подключении к выхлопу поршневого двигателя, и ряд производителей начали изучать эту конструкцию.

История

Первым авиационным двигателем, прошедшим испытания с турбиной рекуперации мощности, был Rolls-Royce Crecy . Он использовался в основном для привода центробежного нагнетателя с редуктором, хотя он также был соединен с коленчатым валом и давал дополнительную экономию топлива на 15–35 процентов. ^{[ 3 ]}

Продувочные турбины стали относительно обычным явлением в конце и послевоенное время, особенно для двигателей, предназначенных для длительных полетов над водой. технология турбокомпаундирования использовалась в двигателях нескольких самолетов После Второй мировой войны , в том числе в двигателях Napier Nomad. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} и Райт R-3350 . ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Ограничение выхлопа, создаваемое тремя продувочными турбинами, используемыми на Wright R-3350, эквивалентно хорошо спроектированной реактивной системе, используемой в обычном радиальном двигателе , при этом восстанавливается около 550 л.с. (410 кВт) при МЕТО (максимально продолжительная, за исключением режима -выкл.) питание. ^{[ 2 ]} В случае с R-3350 ремонтные бригады иногда называли турбину турбиной восстановления деталей из-за ее негативного влияния на надежность двигателя. Были построены турбокомпаундные версии Napier Deltic , Rolls-Royce Crecy , Rolls-Royce Griffon и Allison V-1710 , но ни одна из них не вышла за рамки стадии прототипа. Было обнаружено, что во многих случаях мощность, вырабатываемая простой турбиной, приближалась к мощности чрезвычайно сложного и трудоемкого поршневого двигателя, к которому она была прикреплена. В результате турбовинтовые авиационные двигатели вскоре были вытеснены турбовинтовыми и турбореактивными двигателями.

Некоторые современные производители дизельных двигателей для тяжелых грузовиков включили в свои конструкции турбокомпаунд. Примеры включают Detroit Diesel DD15. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} и Скания ^{[ 10 ]} в производстве с 1991 года. ^{[ 11 ]}^{[ нужны разъяснения ]}

Начиная с сезона 2014 года, Формула 1 перешла на новый 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом , в котором используется турбокомпаунд. В двигателях используется один турбонагнетатель, соединенный с электродвигателем/генератором MGU-H. MGU-H использует турбину для привода генератора, преобразующего отходящее тепло выхлопных газов в электрическую энергию, которая либо сохраняется в аккумуляторе, либо направляется непосредственно в электродвигатель в трансмиссии автомобиля.

Список типов

Детройт Дизель
- ДД15 ^{[ 12 ]}

Нэпьер
- Напье Кочевник
Райт Аэронавтикал
- Райт R-3350 : Версия с турбонаддувом была единственным авиационным двигателем с турбонаддувом , который производился массово и широко использовался.
Dobrynin
- Dobrynin VD-4K
Zvezda
- Звезда М503 : 42-цилиндровый морской дизельный двигатель советской постройки, используемый в ракетном катере класса «Оса».
Рено
- Renault Energy F1 : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для Формулы 1. В отличие от своих современников, по-прежнему использует перепускную заслонку в качестве экстренной меры для контроля давления наддува в случае выхода из строя турбокомпрессора с MGU-H.
Феррари
- Ferrari 059 : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для Формулы 1 для Ferrari F14 T, а также Sauber C33 .
Mercedes-Benz
- Mercedes PU106 : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для программы Mercedes-Benz Formula 1 .
Хонда
- Honda RA615H : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для Формулы 1 для McLaren MP4-30 .

См. также

Ссылки

^ Стимсон, Томас Э.-младший (февраль 1956 г.). «Гонка авиалайнеров» . Популярная механика : 113–118 . Проверено 19 февраля 2016 г. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б Факты о турбокомпаунде Райта (PDF) . Вуд-Ридж, Нью-Джерси: Корпорация Curtiss-Wright: Авиационное подразделение Райта. Октябрь 1956 года. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2010 года . Проверено 19 февраля 2016 г.
^ «Роллс-Ройс и рукавный клапан» (PDF) . Новозеландский Rolls-Royce & Bentley Club Inc (7–3): 15. 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 6 декабря 2010 г.
^ Ганстон, Билл (30 апреля 1954 г.). «Napier Nomad: двигатель выдающейся эффективности» . Рейс : 543–551. Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2016 года . Проверено 19 февраля 2010 г.
^ Э. Чаттертон (22 апреля 1954 г.). «Napier Diesel: лекция RAeS» (PDF) . Рейс : 552 . Проверено 19 февраля 2010 г.
^ «Десять неудачных идей: двухпоршневой двигатель с турбонаддувом» (PDF) . Полет . 16 декабря 2003 года . Проверено 19 февраля 2010 г.
^ «Супервыживший» (PDF) . Полет . 18 июня 1997 года . Проверено 19 февраля 2010 г. В период своего расцвета Connie часто называли лучшим трехмоторным двигателем в мире.
^ «ДД15» (видео) . Детройт Дизель.
^ «Брошюра DD15» (PDF) . Детройт Дизель.
^ «Скания Турбокомпаунд» . Группа компаний Скания. Архивировано из оригинала 30 января 2010 года.
^ «Scania производит двигатели с 4 точками ECO с октября 2001 года» . Группа компаний Скания. Архивировано из оригинала 7 августа 2011 года. Новая версия 12-литрового двигателя Scania с турбонаддувом мощностью 440 л.с. подходит для альпийской местности, а также для обычных европейских дальнемагистральных и строительных работ.
^ «Усиление турбокомпаундирования» . 2007.

[popmech0256-1] Стимсон, Томас Э.-младший (февраль 1956 г.). «Гонка авиалайнеров» . Популярная механика : 113–118 . Проверено 19 февраля 2016 г. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[EH-2] Jump up to: ^а ^б Факты о турбокомпаунде Райта (PDF) . Вуд-Ридж, Нью-Джерси: Корпорация Curtiss-Wright: Авиационное подразделение Райта. Октябрь 1956 года. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2010 года . Проверено 19 февраля 2016 г.

[nzrrbc-3] «Роллс-Ройс и рукавный клапан» (PDF) . Новозеландский Rolls-Royce & Bentley Club Inc (7–3): 15. 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 6 декабря 2010 г.

[Flight,_30_April_1954,_Napier_Nomad-4] Ганстон, Билл (30 апреля 1954 г.). «Napier Nomad: двигатель выдающейся эффективности» . Рейс : 543–551. Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2016 года . Проверено 19 февраля 2010 г.

[Flight,_30_April_1954,_Napier_diesels-5] Э. Чаттертон (22 апреля 1954 г.). «Napier Diesel: лекция RAeS» (PDF) . Рейс : 552 . Проверено 19 февраля 2010 г.

[Flight,_2003,_Ten_ideas_that_failed-6] «Десять неудачных идей: двухпоршневой двигатель с турбонаддувом» (PDF) . Полет . 16 декабря 2003 года . Проверено 19 февраля 2010 г.

[Flight,_1997,_Super_survivor-7] «Супервыживший» (PDF) . Полет . 18 июня 1997 года . Проверено 19 февраля 2010 г. В период своего расцвета Connie часто называли лучшим трехмоторным двигателем в мире.

[8] «ДД15» (видео) . Детройт Дизель.

[9] «Брошюра DD15» (PDF) . Детройт Дизель.

[10] «Скания Турбокомпаунд» . Группа компаний Скания. Архивировано из оригинала 30 января 2010 года.

[11] «Scania производит двигатели с 4 точками ECO с октября 2001 года» . Группа компаний Скания. Архивировано из оригинала 7 августа 2011 года. Новая версия 12-литрового двигателя Scania с турбонаддувом мощностью 440 л.с. подходит для альпийской местности, а также для обычных европейских дальнемагистральных и строительных работ.

[12] «Усиление турбокомпаундирования» . 2007.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]