Turboprop-Motor: Gerät, Schema, Funktionsprinzip. Produktion von Turboprop-Triebwerken in Russland

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Ein Turboprop-Motor ist ähnlich wie ein Kolbenmotor: Beide haben einen Propeller. Aber in jeder anderen Hinsicht sind sie anders. Überlegen Sie, was dieses Gerät ist, wie es funktioniert, welche Vor- und Nachteile es hat.

Allgemeine Merkmale

Das Turboprop-Triebwerk gehört zur Klasse der Gasturbinentriebwerke, die als universelle Energiewandler entwickelt wurden und in der Luftfahrt weite Verbreitung fanden. Sie bestehen aus einer Wärmekraftmaschine, bei der die expandierten Gase die Turbine drehen und ein Drehmoment erzeugen, und anderen Einheiten, die an ihrer Welle befestigt sind. Das Turboprop-Triebwerk wird mit Propeller geliefert.

Es ist eine Kreuzung zwischen Kolben- und Turbojet-Einheiten. Zunächst wurden Kolbenmotoren in Flugzeuge eingebaut, die aus sternförmigen Zylindern mit einer innen liegenden Welle bestanden. Aufgrund der Tatsache, dass sie zu große Abmessungen und ein zu großes Gewicht sowie eine geringe Geschwindigkeit aufwiesen, wurden sie nicht mehr verwendet, sondern die auftauchenden Turbojet-Installationen bevorzugt. Aber diese Motoren waren nicht ohne Nachteile. Sie könntenentwickeln Überschallgeschwindigkeit, verbrauchten aber viel Treibstoff. Daher war ihr Betrieb für die Personenbeförderung zu teuer.

Mit einem solchen Manko musste das Turboprop-Triebwerk fertig werden. Und dieses Problem wurde gelöst. Das Design und das Funktionsprinzip wurden dem Mechanismus eines Turbostrahltriebwerks und den Propellern eines Kolbenmotors entnommen. So wurde es möglich, kleine Abmessungen, Wirtschaftlichkeit und hohe Effizienz zu vereinen.

Motoren wurden in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts unter der Sowjetunion erfunden und gebaut, und zwei Jahrzehnte später begann ihre Massenproduktion. Die Leistung variierte von 1880 bis 11000 kW. Lange Zeit wurden sie in der Militär- und Zivilluftfahrt eingesetzt. Sie waren jedoch nicht für Überschallgeschwindigkeit geeignet. Daher wurden sie mit dem Aufkommen solcher Kapazitäten in der Militärluftfahrt aufgegeben. Aber zivile Flugzeuge werden hauptsächlich damit versorgt.

Das Gerät eines Turboprop-Triebwerks und das Funktionsprinzip

Das Design des Motors ist sehr einfach. Beinh altet:

• Reduzierer;
• Propeller;
• Brennkammer;
• Kompressor;
• Düse.

Das Schema eines Turboprop-Triebwerks ist wie folgt: Nachdem die Luft von einem Kompressor eingespritzt und komprimiert wurde, tritt sie in die Brennkammer ein. Dort wird der Kraftstoff eingespritzt. Die resultierende Mischung entzündet sich und erzeugt Gase, die, wenn sie expandiert werden, in die Turbine eintreten und sie drehen, und sie drehen wiederum den Kompressor und die Schraube. Nicht ausgegebenEnergie tritt durch die Düse aus und erzeugt Strahlschub. Da sein Wert nicht signifikant ist (nur zehn Prozent), wird ein Turboprop-Triebwerk nicht als Turbojet-Triebwerk betrachtet.

Das Funktionsprinzip und der Aufbau sind jedoch ähnlich, aber die Energie entweicht hier nicht vollständig durch die Düse, wodurch Strahlschub entsteht, sondern nur teilweise, da die nutzbare Energie auch den Propeller dreht.

Arbeitswelle

Es gibt Motoren mit einer oder zwei Wellen. Bei der Einwellenversion befinden sich Verdichter, Turbine und Propeller auf derselben Welle. Bei einem Zweiwellenmotor sind auf einer davon eine Turbine und ein Kompressor und auf der anderen ein Propeller über ein Getriebe installiert. Außerdem sind zwei Turbinen gasdynamisch miteinander verbunden. Einer ist für den Propeller und der andere für den Kompressor. Diese Option ist am gebräuchlichsten, da Energie aufgebracht werden kann, ohne die Propeller zu starten. Und das ist besonders praktisch, wenn das Flugzeug am Boden steht.

Kompressor

Dieser Teil besteht aus zwei bis sechs Stufen, die es Ihnen ermöglichen, signifikante Temperatur- und Druckänderungen wahrzunehmen und die Geschwindigkeit zu reduzieren. Dank dieser Konstruktion ist es möglich, Gewicht und Abmessungen zu reduzieren, was für Flugzeugtriebwerke sehr wichtig ist. Der Kompressor umfasst Laufräder und eine Leitschaufel. Letzteres kann reguliert sein oder nicht.

Propeller

Dieser Teil erzeugt Schub, aber die Geschwindigkeit ist begrenzt. Der beste Indikator gilt als Niveau von 750 bis 1500 U / min, da mitWenn Sie zunehmen, beginnt der Wirkungsgrad zu sinken, und anstelle einer Beschleunigung wird der Propeller zu einer Bremse. Das Phänomen wird als „Sperreffekt“bezeichnet. Es wird durch die Propellerblätter verursacht, die bei hohen Geschwindigkeiten, wenn sie sich über Schallgeschwindigkeit drehen, anfangen, nicht mehr richtig zu funktionieren. Derselbe Effekt wird beobachtet, wenn ihr Durchmesser vergrößert wird.

Turbine

Die Turbine kann bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute erreichen, aber die Schraube kann nicht mith alten, daher gibt es ein Untersetzungsgetriebe, das die Geschwindigkeit reduziert und das Drehmoment erhöht. Untersetzungsgetriebe können unterschiedlich sein, aber ihre Hauptaufgabe besteht unabhängig vom Typ darin, die Drehzahl zu reduzieren und das Drehmoment zu erhöhen.

Es ist diese Eigenschaft, die den Einsatz von Turboprops in Militärflugzeugen einschränkt. Die Entwicklungen zur Schaffung eines Überschallmotors hören jedoch nicht auf, obwohl sie noch nicht erfolgreich sind. Um den Schub zu erhöhen, wird manchmal ein Turboprop-Motor mit zwei Propellern geliefert. Gleichzeitig realisieren sie das Funktionsprinzip durch Drehung in entgegengesetzte Richtungen, jedoch mit Hilfe eines Getriebes.

Als Beispiel können wir den D-27-Motor (Turbopropfan) betrachten, bei dem zwei Schraubenventilatoren über ein Getriebe an einer freien Turbine befestigt sind. Dies ist das einzige Modell dieses Designs, das in der Zivilluftfahrt verwendet wird. Aber seine erfolgreiche Anwendung wird als großer Sprung zur Verbesserung der Leistung der betrachteten betrachtetmotor.

Vor- und Nachteile

Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile hervorheben, die den Betrieb eines Turboprop-Triebwerks charakterisieren. Die Vorteile sind:

• geringes Gewicht im Vergleich zu Kolbeneinheiten;
• Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu Turbojet-Triebwerken (Dank des Propellers erreicht der Wirkungsgrad sechsundachtzig Prozent).

Aber trotz dieser unbestreitbaren Vorteile sind Strahltriebwerke in manchen Fällen die bevorzugte Option. Die Geschwindigkeitsbegrenzung eines Turboprop-Triebwerks beträgt siebenhundertfünfzig Kilometer pro Stunde. Für die moderne Luftfahrt reicht dies jedoch nicht aus. Darüber hinaus ist der erzeugte Lärm sehr hoch und überschreitet die zulässigen Werte der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation.

Daher ist die Produktion von Turboprop-Triebwerken in Russland begrenzt. Sie werden hauptsächlich in Flugzeugen eingebaut, die lange Strecken und niedrige Geschwindigkeiten fliegen. Dann ist der Antrag berechtigt.

Allerdings in der Militärluftfahrt, wo die Hauptmerkmale, die Flugzeuge haben sollten, hohe Manövrierfähigkeit und leiser Betrieb und nicht Effizienz sind, erfüllen diese Triebwerke nicht die notwendigen Anforderungen und hier werden Turbojet-Einheiten verwendet.

Gleichzeitig wird an der Entwicklung von Überschallpropellern gearbeitet, um den „Sperreffekt“zu überwinden und ein neues Level zu erreichen. Vielleicht werden Düsentriebwerke zugunsten von Turboprops und beim Militär aufgegeben, wenn die Erfindung Wirklichkeit wirdFlugzeuge. Aber derzeit können sie nur als "Arbeitspferde" bezeichnet werden, nicht die leistungsstärksten, aber stabilsten Funktionen.