Турбовинтовой

Турбовинтовой - это двигатель , который управляет самолетом турбинный . [ 1 ]
Турбовинтовой состоит из впускной , коробки передач компрессора , компрессора , сгорания , турбины и форсунки . [ 2 ] Воздух попадает в потребление и сжимается компрессором. Затем в сжатый воздух добавляется топливо, где сгорание топливного воздуха затем сгорает . Газы горячего сгорания расширяются через стадии турбины, генерируя мощность в точке выхлопных газов. Часть мощности, генерируемой турбиной, используется для управления компрессором и электрическим генератором . Затем газы исчерпаны из турбины. В отличие от турбоятного или турбовина двигателя , выхлопные газы не обеспечивают достаточной мощности для создания значительной тяги, поскольку почти вся мощность двигателя используется для управления пропеллером. [ 3 ]
Технологические аспекты
[ редактировать ]

Выхлопная тяга в турбовинтовое средство приносится в жертву в пользу мощности вала, которая получается путем извлечения дополнительной мощности (помимо того, что необходимо для управления компрессором) от расширения турбины. Из -за дополнительного расширения в турбинной системе остаточная энергия в выхлопной струи низкая. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Следовательно, выхлопная струя производит около 10% от общего объема тяги. [ 7 ] Более высокая доля тяги происходит от пропеллера на низких скоростях и меньше на более высоких скоростях. [ 8 ]
Турбовинтовы имеют обходные отношения 50–100, [ 9 ] [ 10 ] Хотя воздушный поток двигателя менее четко определен для пропеллеров, чем для поклонников. [ 11 ] [ 12 ]
Пропеллер связан с турбиной с помощью редуктора , которая преобразует высокий оборотный /низкий крутящий момент в низкий RPM /высокий крутящий момент. Это может быть двух основных дизайнов, свободного турбина и фиксированного. Свободный турбинный турбоссафт, найденной на Pratt & Whitney Canada Pt6 , где генератор газа не подключен к пропеллеру. Это позволяет нанести удар по винту или аналогичный ущерб, не повреждая генератор газа, и не позволяя удалить и заменять только сечение мощности (турбина и коробка передач), а также позволяет меньше напряжения при запуске во время запуска двигателя. Полем В то время как фиксированный вал имеет подключенную коробку передач и газовой генератор, например, на Honeywell TPE331 .
Сам пропеллер, как правило, является типом пропеллера с постоянной скоростью (переменная шага), аналогичный тем, который используется с более крупными поршневыми двигателями воздушного суда , за исключением того, что требования к контролю пропеллера очень разные. [ 13 ] Из -за медленной реакции турбинного двигателя на входы мощности, особенно на низких скоростях, пропеллер имеет больший диапазон выбранных движений, чтобы внести быстрые изменения тяги, особенно для такси, обратного и других наземных операций. [ 14 ] Пропеллер имеет 2 режима, альфа и бета. Альфа - это режим для всех полетов, включая взлет. Бета, режим, обычно состоящий из нуля до отрицательного тяги, используется для всех наземных операций, помимо взлета. [ 14 ] Бета -режим дополнительно разбивается на 2 дополнительных режима, бета -версию для такси и бета -версии плюс мощность. Бета для такси, как подразумевает название, используется для операций такси и состоит из всех диапазонов высоты высоты от самого низкого дальности альфа-диапазона, вплоть до нуля, производя очень мало до нулевого стрижки и обычно доступ к перемещению мощности на рычаг на рычаг Бета -версия для такси. Beta Plus Power - это обратный диапазон и дает отрицательную тягу, часто используемой для посадки на коротких взлетно -посадочных полосах, где самолет должен быстро замедлиться, а также операции по поддержке и доступ к рычагу мощности ниже бета -версии для диапазона такси. [ 14 ] Из -за того, что пилот, который не смог видеть из задней части самолета для поддержки, и количество разрывов мусора растекает, производители часто ограничивают скорость бета -мощность плюс мощность и ограничивать его использование на нетронутых взлетно -посадочных полосах. [ 14 ] Парание этих пропеллеров выполняется рычагом управления пропеллером. [ 14 ]
Пропеллер с постоянной скоростью отличается от поршневого пропеллера с постоянной скоростью двигателя по системе управления. Система турбовинтовой системы состоит из 3 губернаторов , губернаторов и губернатора с чрезмерным скоростью, и губернатора с топливом. [ 14 ] Губернатор работает во многом так же, как и по возвращению управляющего управляющего винта, хотя губернатор турбовинта может включать бета -управляющий клапан или бета -подъемный стержень для бета -эксплуатации и обычно расположен в 12 -часовой позиции. [ 14 ] Есть также и другие губернаторы, которые включены в дополнение к модели, такие как сверхскоростный губернатор на Pratt & Whitney Canada PT6 , и управляющий недостатком на Honeywell TPE331 . [ 14 ] Турбовинтовой также отличается от других видов турбинного двигателя тем, что блок управления топливом подключен к губернатору, чтобы помочь диктовать мощность.
Чтобы сделать двигатель более компактным, можно использовать обратный воздушный поток. На турбовинтовом двигателе с обратным потоком потребление компрессора находится в кормовой части двигателя, а выхлоп расположен вперед, уменьшая расстояние между турбиной и пропеллером. [ 15 ]
В отличие от вентиляторов с небольшим диаметром, используемыми в турбовентирующих двигателях, пропеллер имеет большой диаметр, который позволяет ему ускорить большой объем воздуха. Это позволяет более низкую скорость воздушного потока для данного количества тяги. Поскольку он более эффективен на низких скоростях, чтобы ускорить большое количество воздуха в небольшую степень, чем небольшое количество воздуха в большей степени, [ 16 ] [ 17 ] Низкая нагрузка на диск самолета (тяга на единицу диска) повышает энергоэффективность , и это уменьшает использование топлива. [ 18 ] [ 19 ]
Пропеллеры работают хорошо до тех пор, пока скорость полета самолета не станет достаточно высокой, чтобы воздушный поток мимо кончиков лезвия достигнет скорости звука. Помимо этой скорости, доля мощности, которая управляет пропеллером, который преобразуется в тягу винта, резко, снижается. По этой причине турбовинтовые двигатели обычно не используются на самолетах [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] которые летают быстрее 0,6–0,7 Маха , [ 7 ] За некоторыми исключениями, такими как Tupolev TU-95 . Тем не менее, двигатели Propfan , которые очень похожи на турбовинтовые двигатели, могут путешествовать на скорости полета, приближающегося к 0,75 Маха. Для поддержания эффективности пропеллера в широком диапазоне воздушной скорости турбовинции используют пропеллеры с постоянной скоростью (переменная). Лезвия пропеллера с постоянной скоростью увеличивает свой шаг по мере увеличения скорости самолета. Еще одним преимуществом этого винта является то, что его также можно использовать для генерации обратной тяги, чтобы уменьшить расстояние остановки на взлетно -посадочной полосе. Кроме того, в случае сбоя двигателя пропеллер может быть перья , что сводит к минимуму сопротивление нефункционального винта. [ 20 ]
В то время как силовая турбина может быть неотъемлемой частью секции генератора газа, многие турбовинтовые компании сегодня имеют бесплатную силовую турбину на отдельном коаксиальном валу. Это позволяет пропеллеру свободно вращаться, независимо от скорости компрессора. [ 21 ]
История
[ редактировать ]
Алан Арнольд Гриффит опубликовал статью о конструкции компрессора в 1926 году. Последующая работа в Королевском самолете исследуется конструкции на основе осевых компрессоров, которые будут управлять пропеллером. С 1929 года Фрэнк Уиттл начал работать над центробежными конструкциями на основе компрессоров, которые будут использовать всю газовую мощность, производимую двигателем для струйной тяги. [ 22 ]
Первый в мире турбовинтовой был спроектирован венгерским инженером -механиком Гирги Джендрасиком . [ 23 ] Jendrassik опубликовал идею турбовинта в 1928 году, а 12 марта 1929 года он запатентовал свое изобретение. В 1938 году он построил небольшую (100 л.с.; 74,6 кВт) экспериментальную газовую турбину. [ 24 ] Более крупный Jendrassik CS-1 с прогнозируемой мощностью 1000 л.с. был произведен и протестирован на Ganz Works в Будапеште между 1937 и 1941 годом. Он имел осевой расчет с 15 компрессором и 7 турбинными этапами, камерой кольцевой камеры гончика. Впервые в 1940 году проблемы сжигания ограничивали ее вывод до 400 л.с. Два Jendrassik CS-1 были двигателями для первого в мире самолета турбовинтового соединения- Varga RMI-1 X/H . Это был венгерский бомбардировщик Второй мировой войны , у которого была завершена одна модель, но перед первым рейсом он был уничтожен во время рейда в бомбардировке. [ 25 ] [ 26 ] В 1941 году двигатель был заброшен из -за войны, а завод превратился в обычное производство двигателя.

Первое упоминание о турбовинтовых двигателях в широкой общественной прессе было в феврале 1944 года в выпуске британского авиационного публикационного полета , который включал в себя подробный вырезка, как может выглядеть возможный будущий турбовинтовой двигатель. Рисунок был очень близок к тому, как будет выглядеть будущий Rolls-Royce Trent. [ 27 ] Первым британским турбовинтовым двигателем был Rolls-Royce RB.50 Trent , преобразованный Derwent II, оснащенный редуктором и ротол 7 футов 11 в (2,41 м) пятизади. Два Трента были приспособлены к Gloster Meteor EE227 -единственному «Трент-Метеор»-который, таким образом, стал первым в мире самолетом с турбовинтовым двигателем, который летал, хотя и в качестве испытательного кровати, не предназначенного для производства. [ 28 ] [ 29 ] Сначала он пролетел 20 сентября 1945 года. Из их опыта работы с Трентом Rolls-Royce разработал Rolls-Royce Clyde , первый турбовинтовый двигатель, получивший сертификат типа для военного и гражданского использования, [ 30 ] и дротик , который стал одним из самых надежных турбовинтовых двигателей, когда -либо построенных. Производство DART продолжалось более пятидесяти лет. с DART Vickers Vickers VICCONT был первым турбовинтовым самолетом любого рода, который входил в производство и продается в большом количестве. [ 31 ] Это был также первый турбовинтовой четырехмоторный двигатель. Его первый рейс был 16 июля 1948 года. Первым в мире синглам -турбовинтовым самолетом был Армстронг Сиддели Мамба, поддерживаемый Боултоном Полом Баллиолом , который впервые пролетел 24 марта 1948 года. [ 32 ]

Советский Союз, построенный на немецкой предварительной дизайнерской работе Turboprop German World Worn World, в то время как BMW, Хейнкель-Хирт и Daimler-Benz также работали над прогнозируемыми дизайнами. [ 33 ] В то время как Советский Союз имел технологию для создания планера для стратегического бомбардировщика с реактивным двигателем, сравнимого Boeing . стратофортрией B 52 со - Вращающиеся пропеллеры (два на гондоль) с сверхзвуковыми скоростями наконечника для достижения максимальной скорости круиза превышают 575 миль в час, быстрее, чем многие из первых реактивных самолетов и сравнимых со скоростями реактивных круизов для большинства миссий. Медведь будет служить их наиболее успешным самолетом боевых действий и наблюдения за большими дальности и символом проекции советской власти до конца 20-го века. США использовали турбовинтовые двигатели с противниками против противополучия, такими как Allison T40 , на некоторых экспериментальных самолетах в 1950-х годах. на T40 Convair R3Y Tradewind В течение короткого времени военно-морской флот Convair R3y, работающий .
Первым американским турбовинтовым двигателем был General Electric XT31 , который впервые использовался в экспериментальной консолидированной Vultee XP-81 . [ 34 ] XP-81 впервые пролетел в декабре 1945 года, первый самолет, который использовал комбинацию мощности турбовинтового и турбоджета . Технология более раннего дизайна T38 Allison превратилась в Allison T56 , используемая для питания авиалайнера Lockheed Electra , его военного морского патруля P-3 Orion и военного транспортного самолета C-130 .
Первым турбинским вертолетом, управляемым валом, был Kaman K-225 , разработка Charles Kaman K-125 синхроптера , в котором использовался двигатель Boeing T50 Turboshaft для его питания 11 декабря 1951 года. [ 35 ]
В декабре 1963 года была первая доставка Pratt & Whitney Canada турбовинтового двигателя Pt6 для тогдашнего Beechcraft 87, который скоро станет Beechcraft King Air . [ 36 ]
В 1964 году первые поставки Garrett Airesearch TPE331 (в настоящее время принадлежащий Honeywell Aerospace ) на Mitsubishi MU-2 , что делает его самым быстрым турбовинтовым самолетом за этот год. [ 37 ]
Использование
[ редактировать ]
В отличие от турбо новостей , турбовинции наиболее эффективны на скоростях полета ниже 725 км/ч (450 миль в час; 390 узлов), потому что струйная скорость пропеллера (и выхлопа) относительно низкая. [ Цитация необходима ] Современные авиалайнеры турбовинтового проживания работают почти с той же скоростью, что и небольшие региональные реактивные авиалайнеры, но сжигают две трети топлива на пассажира. [ 38 ]

По сравнению с поршневыми двигателями их более высокое соотношение мощности к весу (которое позволяет более короткие взлеты), а надежность может компенсировать их более высокую начальную стоимость, техническое обслуживание и расход топлива. Поскольку реактивное топливо может быть легче получить, чем Avgas в удаленных районах, самолеты с турбовинтовым двигателем, такие как Cessna Caravan и Quest Kodiak, используются в качестве самолетов кустарника .
Турбовинтовые двигатели обычно используются на небольших дозвуковых самолетах, но Tupolev TU-114 может достигать 470 кН (870 км/ч; 540 миль в час). Крупные военные самолеты , такие как Tupolev TU-95 , и гражданские самолеты , такие как Lockheed L-188 Electra , также были включены в турбоприз. Airbus A400M оснащен четырьмя двигателями Europrop TP400 , которые являются вторыми по мощным турбовинтовым двигателям, когда-либо создаваемым, после 11 МВт (15 000 л.с.) Kuznetsov NK-12 .
В 2017 году наиболее распространенными авиалайнерами эксплуатации были ATR 42/72 турбопровопов в (950 самолетов), Bombardier Q400 (506), De Havilland Canada Dash 8 -100/200/300 (374), Beachcraft 1900 (328), de Havilland Канада DHC-6 Twin Otter (270), Saab 340 (225). [ 40 ] Менее распространенные и более старые авиалайнеры включают Bae JetStream 31 , Embraer Emb 120 Brasilia , Fairchild Sweedingen Metroliner , Dornier 328 , Saab 2000 , Xian MA60 , MA600 и MA700 , Fokker 27 и 50 .
Turboprop Бизнес-самолет включают Piper Meridian , Socata TBM , Pilatus PC-12 , Piaggio с.180 Avanti , Beechcraft King Air и Super King Air . В апреле 2017 года во всемирном флоте было 14 311 деловых турбовинторов. [ 41 ]
Надежность
[ редактировать ]В период с 2012 по 2016 год ATSB наблюдал 417 событий с самолетами турбопровода, 83 в год, более 1,4 миллиона часов летательного периода: 2,2 на 10 000 часов. Три были «высоким риском», связанным с неисправностью двигателя и незапланированной посадкой в однополосных караванах Cessna 208 , четырех «средних риска» и 96% «низкого риска». Два случая привели к незначительным травмам из -за неисправности двигателя и столкновения местности в сельскохозяйственных самолетах и пяти авариям, связанных с воздушными работами: четыре в сельском хозяйстве и один на воздушной машине скорой помощи . [ 42 ]
Текущие двигатели
[ редактировать ]Джейн - весь мировой самолет . 2005–2006.
Смотрите также
[ редактировать ]- По налоговому импульсу
- Реактивный двигатель
- Jetboat
- Scimitar Propeller
- Нагнетатель
- Тилтротор
- Турбокомпрессор
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Администрация, Федеральная авиация (3 ноября 2009 г.). Руководство пилота по авиационным знаниям . Skyhorse Publishing Inc. ISBN 978-1-60239-780-4 .
- ^ «Авиационный глоссарий - турбовинтовой» . Dictionary.dauntless-soft.com . Получено 7 июля 2019 года .
- ^ Ратор, Махеш. Тепловая инженерия . Tata McGraw-Hill Education. п. 968.
- ^ Jump up to: а беременный Холл, Нэнси (2021). «Турбовинтовой двигатель» . Гленнский исследовательский центр . НАСА . Получено 14 марта 2023 года .
- ^ Jump up to: а беременный Холл, Нэнси (2021). «Турбовинтовое тяга» . Гленнский исследовательский центр . НАСА . Получено 14 марта 2023 года .
- ^ Jump up to: а беременный «Вариации реактивных двигателей» . Smu.edu . Получено 31 августа 2016 года .
- ^ Jump up to: а беременный « Турбовентивный двигатель архивировал 18 апреля 2015 года на машине Wayback », стр. 7. Институт науки и техники SRM , Департамент аэрокосмической техники.
- ^ Дж. Рассел (2 августа 1996 г.). Производительность и стабильность самолетов . Баттерворт-Хейнеманн. п. 16. ISBN 0080538649 .
- ^ Илан Кру и Хуан Алонсо. " Дизайн самолетов: синтез и анализ, движительные системы: основные концепции архивированы 18 апреля 2015 года на машине Wayback " Школа инженерии Стэнфордского университета, Департамент аэронавтики и астронавтики, 23 архивная февраля 2001 года на машине Wayback
- ^ Проф. З.С. Спаковский . « 11,5 Тенденции в термической и движущей эффективности » MIT Turbines , 2002. Термодинамика и движения
- ^ Холл, Нэнси (2021). «Пропеллер толчок» . Гленнский исследовательский центр . НАСА . Получено 14 марта 2023 года .
- ^ Уолш, Филипп; Флетчер, Пол (2008). Производительность газовой турбины . Джон Уайли и сыновья. п. 36. ISBN 9781405151030 .
- ^ Воздушные клетки для турбин, Fairhurst, Flight Magazine, 10 ноября 1949 г., с.609
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час Учебник A & P Powerplant (3 -е изд.). Jeppeson Company. 2011. ISBN 0884873382 .
- ^ Мартин, Суэййн (16 мая 2019 г.). «Как работает двигатель турбовинта» . Жирный жирный матод . Архивировано из оригинала 6 ноября 2021 года . Получено 6 ноября 2021 года .
- ^ Пол Бевилакуа . Система движения вентиляционного вентилятора, управляемого валом для совместного истребителя, архивирована 5 июня 2011 года на машине Wayback Page 3. Представлено 1 мая 1997 года. DITIC.MIL Word Document, 5,5 МБ. Получено 25 февраля 2012 года.
- ^ Бенсен, Игорь Б. "Как они летят" . Архивировано из оригинала 20 апреля 2001 года . Получено 31 мая 2023 года .
{{cite web}}
: Cs1 maint: непредвзятый URL ( ссылка ) - ^ Джонсон, Уэйн (1 января 1994 г.). Теория вертолета . Курьерская корпорация. ISBN 978-0-486-68230-3 .
- ^ Stepniewski, Wieslaw Zenon; Ключи, CN (1 января 1984 г.). Ротари-крыла аэродинамика . Курьерская корпорация. ISBN 978-0-486-64647-3 .
- ^ «Операционные винты во время посадки и чрезвычайных ситуаций» . ExperimentalAircraft.info . Получено 8 июля 2019 года .
- ^ «Двигатель впереди своего времени» . Pt6 Nation . Pratt & Whitney Canada.
- ^ Gunston Jet, p. 120
- ^ Gunston World, p.111
- ^ «Венгерские изобретатели и изобретения - György Jendrassik (1898-1954)» . Stnh . Получено 31 мая 2012 года .
- ^ «Jendrassik CS-1: первый в мире двигатель турбовинтового двигателя» . www.tailsthroughtime.com . Получено 4 сентября 2023 года .
- ^ «RMI / Летающий технический институт Варга RMI-1 / X / H» . Получено 4 сентября 2023 года .
- ^ «Наш вклад - как полет введен и ознакомился с газовыми турбинами и реактивным движением» , 11 мая 1951 г., с. 569.
- ^ Джеймс р. 251-2
- ^ Зеленый с.18-9
- ^ «Rolls-Royce Trent-Armstrong Siddeley-1950–2035 гг.-Архив полета» . Flightglobal . Получено 31 августа 2016 года .
- ^ Зеленый с.82
- ^ Зеленый с.81
- ^ Turbojet История и развитие 1930-1960 гг. Том 1 Великобритания и Германия, Энтони Л. Кей 2007, ISBN 978 1 86126 912 6 , различные страницы
- ^ Зеленый с.57
- ^ «Смитсоновский национальный музей воздуха и космоса-Коллекции-Kaman K-225 (длинное описание) » . Национальный музей воздуха и космоса. Архивировано с оригинала 4 марта 2016 года . Получено 4 апреля 2013 года .
- ^ «Pt6 60 лет - Пратт и Уитни» . www.pwc.ca. Получено 27 июня 2023 года .
- ^ «Эволюция Honeywell TPE331» . Aerospace.honeywell.com . Получено 27 июня 2023 года .
- ^ «Больше турбовинторов, выходящих на рынок - возможно» . Капа - Центр авиации . 9 июля 2010 г.
- ^ «Beechcraft King Air 350i выпускает улучшенную ситуационную осведомленность, навигацию» (пресс -релиз). Textron Aviation. 30 мая 2018 года.
- ^ «787 звезд в ежегодной переписи авиалайнера» . Flightglobal . 14 августа 2017 года.
- ^ «Отчет об обновлении рынка бизнес -авиации» (PDF) . Amstat, Inc. апрель 2017 года.
- ^ Гордон Гилберт (25 июня 2018 г.). «Исследование ATSB обнаруживает, что турбовинтовые двигатели безопасны, надежны» .
- ^ «Двигатель H-серии | двигатели | B & GA | GE Aviation» . www.geaviation.com . Получено 1 июня 2016 года .
- ^ [1] , Praguebest Sro «История | GE Aviation» . www.geaviation.cz . Архивировано с оригинала 29 октября 2017 года . Получено 1 июня 2016 года .
{{cite web}}
: Внешняя ссылка в
( помощь )|last=
Библиография
[ редактировать ]- Грин, В. и Крест, Р. Самолеты мира (1955). Лондон: Макдональд
- Ганстон, Билл (2006). Разработка реактивных и турбинных аэро двигателей, 4 -е издание . Sparkford, Somerset, Англия, Великобритания: Патрик Стивенс, Haynes Publishing. ISBN 0-7509-4477-3 .
- Ганстон, Билл (2006). Всемирная энциклопедия аэро двигателей, 5 -е издание . Феникс Милл, Глостершир, Англия, Великобритания: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-х .
- Джеймс, DN Gloster Aircraft с 1917 года (1971). Лондон: Putnam & Co. ISBN 0-370-00084-6
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Ван Серкл, Нил Д .; и др. (1999). «Турбовинтовые двигатели» . Современное лечение Ван Серкл . McGraw-Hill Professional. п. 205. ISBN 978-0-07-069633-4 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Самолеты реактивных турбин от LTCOL Silsbee USAAF, популярная наука, декабрь 1945 года, первая статья о турбовинтовых печатных техниках
- Викибук: реактивное движение
- «Разработка турбовинтового» - летная статья 1950 года по британским и американским турбовинтовым двигателям