Turboprop-motor: apparaat, schema, werkingsprincipe. Productie van turbopropmotoren in Rusland

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Een turbopropmotor is vergelijkbaar met een zuigermotor: beide hebben een propeller. Maar in alle andere opzichten zijn ze anders. Overweeg wat dit apparaat is, hoe het werkt, wat de voor- en nadelen zijn.

Algemene kenmerken

De turbopropmotor behoort tot de klasse van gasturbinemotoren, die werden ontwikkeld als universele energieomzetters en op grote schaal werden gebruikt in de luchtvaart. Ze bestaan uit een warmtemotor, waarbij de geëxpandeerde gassen de turbine laten draaien en koppel genereren, en andere eenheden zijn bevestigd aan de as. De turbopropmotor wordt geleverd met een propeller.

Het is een kruising tussen piston- en turbojet-eenheden. Aanvankelijk werden zuigermotoren in vliegtuigen geïnstalleerd, bestaande uit stervormige cilinders met een as erin. Maar vanwege het feit dat ze te grote afmetingen en gewicht hadden, evenals een lage snelheidscapaciteit, werden ze niet meer gebruikt en gaven ze de voorkeur aan de turbojet-installaties die verschenen. Maar deze motoren waren niet zonder nadelen. Ze kondenontwikkelen supersonische snelheid, maar verbruikten veel brandstof. Daarom was hun operatie te duur voor personenvervoer.

De turbopropmotor had te maken met zo'n tekortkoming. En dit probleem was opgelost. Het ontwerp en het werkingsprincipe zijn ontleend aan het mechanisme van een turbojetmotor en propellers aan een zuigermotor. Zo werd het mogelijk om kleine afmetingen, zuinigheid en hoge efficiëntie te combineren.

Motoren werden uitgevonden en gebouwd in de jaren dertig van de vorige eeuw onder de Sovjet-Unie, en twee decennia later begonnen ze met hun massaproductie. Het vermogen varieerde van 1880 tot 11000 kW. Ze werden lange tijd gebruikt in de militaire en burgerluchtvaart. Ze waren echter niet geschikt voor supersonische snelheid. Daarom werden ze met de komst van dergelijke capaciteiten in de militaire luchtvaart verlaten. Maar er worden vooral civiele vliegtuigen mee geleverd.

Het apparaat van een turbopropmotor en het principe van zijn werking

Het ontwerp van de motor is heel eenvoudig. Inclusief:

• reducer;
• propeller;
• verbrandingskamer;
• compressor;
• mondstuk.

Het schema van een turbopropmotor is als volgt: na te zijn geïnjecteerd en gecomprimeerd door een compressor, komt de lucht de verbrandingskamer binnen. Daar wordt de brandstof ingespoten. Het resulterende mengsel ontsteekt en creëert gassen die, wanneer ze worden geëxpandeerd, de turbine binnenkomen en deze laten draaien, en deze op zijn beurt de compressor en de schroef. niet uitgegevenenergie komt naar buiten door het mondstuk, waardoor jetstuwkracht ontstaat. Aangezien de waarde niet significant is (slechts tien procent), wordt een turbopropmotor niet beschouwd als een turbojetmotor.

Het werkings- en ontwerpprincipe is echter vergelijkbaar, maar de energie ontsnapt hier niet volledig door het mondstuk, waardoor jetstuwkracht ontstaat, maar slechts gedeeltelijk, omdat de nuttige energie ook de propeller roteert.

Werkende as

Er zijn motoren met een of twee assen. In de uitvoering met één as bevinden de compressor, de turbine en de propeller zich op dezelfde as. In een met twee assen zijn op de ene een turbine en een compressor geïnstalleerd en op de andere een propeller via een versnellingsbak. Ook zijn er twee turbines gasdynamisch met elkaar verbonden. De ene is voor de propeller en de andere is voor de compressor. Deze optie is de meest voorkomende, omdat energie kan worden toegepast zonder de propellers te starten. En dit is vooral handig als het vliegtuig aan de grond staat.

Compressor

Dit deel bestaat uit twee tot zes fasen, waardoor je significante veranderingen in temperatuur en druk kunt waarnemen, en ook de snelheid kunt verlagen. Dankzij dit ontwerp is het mogelijk om gewicht en afmetingen te verminderen, wat erg belangrijk is voor vliegtuigmotoren. De compressor is voorzien van waaiers en een leischoepen. Dit laatste kan al dan niet gereguleerd zijn.

Propeller

Dit onderdeel genereert stuwkracht, maar de snelheid is beperkt. De beste indicator wordt beschouwd als een niveau van 750 tot 1500 tpm, aangezien mettoenemen, zal de efficiëntie beginnen te dalen en in plaats van versnelling zal de propeller in een rem veranderen. Het fenomeen wordt het "vergrendelingseffect" genoemd. Het wordt veroorzaakt door de propellerbladen, die bij hoge snelheden, wanneer ze boven de geluidssnelheid draaien, niet goed gaan functioneren. Hetzelfde effect zal worden waargenomen door hun diameter te vergroten.

Turbine

De turbine kan snelheden tot twintigduizend omwentelingen per minuut halen, maar de schroef kan het niet evenaren, dus is er een reductietandwiel dat de snelheid verlaagt en het koppel verhoogt. Verloopstukken kunnen verschillend zijn, maar hun belangrijkste taak, ongeacht het type, is het verminderen van de snelheid en het verhogen van het koppel.

Het is deze eigenschap die het gebruik van turboprops in militaire vliegtuigen beperkt. De ontwikkelingen om een supersonische motor te maken stoppen echter niet, hoewel ze nog niet succesvol zijn. Om de stuwkracht te vergroten, wordt soms een turbopropmotor geleverd met twee propellers. Tegelijkertijd implementeren ze het werkingsprincipe door rotatie in tegengestelde richtingen, maar met behulp van één versnellingsbak.

Als voorbeeld kunnen we de D-27-motor (turbopropfan) beschouwen, die twee schroefventilatoren heeft die door een versnellingsbak aan een vrije turbine zijn bevestigd. Dit is het enige model van dit ontwerp dat in de burgerluchtvaart wordt gebruikt. Maar de succesvolle toepassing ervan wordt beschouwd als een grote sprong voorwaarts in het verbeteren van de prestaties van de overwogenmotor.

Voor- en nadelen

Laten we de plussen en minnen benadrukken die kenmerkend zijn voor de werking van een turbopropmotor. De voordelen zijn:

• lichtgewicht vergeleken met piston units;
• economie in vergelijking met turbojetmotoren (dankzij de propeller bereikt het rendement zesentachtig procent).

Ondanks zulke onmiskenbare voordelen hebben straalmotoren in sommige gevallen echter de voorkeur. De maximumsnelheid van een turbopropmotor is zevenhonderdvijftig kilometer per uur. Dit is echter niet genoeg voor de moderne luchtvaart. Bovendien is het gegenereerde geluid erg hoog en overschrijdt het de toegestane waarden van de Internationale Burgerluchtvaartorganisatie.

Daarom is de productie van turbopropmotoren in Rusland beperkt. Ze worden voornamelijk geïnstalleerd in vliegtuigen die lange afstanden en met lage snelheden vliegen. Dan is de aanvraag gerechtvaardigd.

In de militaire luchtvaart, waar de belangrijkste kenmerken die vliegtuigen moeten hebben een hoge wendbaarheid en stille werking zijn, en niet efficiëntie, voldoen deze motoren niet aan de noodzakelijke vereisten en worden hier turbojet-eenheden gebruikt.

Tegelijkertijd zijn er ontwikkelingen gaande om supersonische propellers te maken om het "vergrendelingseffect" te overwinnen en een nieuw niveau te bereiken. Misschien, wanneer de uitvinding werkelijkheid wordt, zullen straalmotoren worden afgeschaft ten gunste van turboprops en in het legervliegtuigen. Maar op dit moment kunnen ze alleen "werkpaarden" worden genoemd, niet de meest krachtige, maar stabiele werking.