Вы знали? Когда мы смотрим на фотографии самолетов, первое, что бросается в глаза, — это окраска или крылья. Однако истинные факторы, определяющие скорость, дальность полета и пассажировместимость самолета, лежат в «сердце», скрытом под крыльями или внутри фюзеляжа: в двигателе.
Турбореактивный двигатель, турбовентиляторный двигатель, турбовинтовой двигатель и турбовальный-эти четыре названия, если перечислить их вместе, могут показаться скороговоркой. Тем не менее, как только вы поймете взаимосвязь между ними, фундаментальная логика конструкции самолета сразу станет ясна. Давайте разберемся сегодня.
[Изображение]
Во-первых, помните об основной концепции: эти четыре типа двигателей принадлежат к одному семейству. Все они работают по принципу газовой турбины. Проще говоря: воздух втягивается → сжимается → топливо впрыскивается и сжигается → газ при высокой-температуре и-давлении приводит турбину во вращение → выхлопные газы выбрасываются для создания тяги. Все четыре используют один и тот же основной процесс.
Разница заключается в том, как они направляют энергию, вырабатываемую после сгорания.
1
Турбореактивный двигатель: оригинальная линия
Полное название — «турбореактивный двигатель», и это был первый тип реактивного двигателя, достигший зрелости. Его принцип работы наиболее прост: весь воздух проходит один путь-сжатия, сгорания и вытеснения. Чем быстрее выбрасываются выхлопные газы, тем больше тяга.
В бою в тот момент, когда пилот включает форсажную камеру, тяга может возрасти от 30% до 100%; однако эту возможность можно использовать лишь кратковременно, поскольку расход топлива астрономически высок.
Самым большим преимуществом турбореактивного двигателя является скорость, что делает его идеальным для полетов на большой-высоте и-скорости. Самый большой его недостаток – высокий расход топлива; эффективность особенно низка при полете на низкой-скорости.
[Изображение: Принципиальная схема конструкции турбореактивного двигателя]
Кто-нибудь когда-нибудь задумывался, можно ли добавить вокруг двигателя дополнительный слой воздуха-, который обходит камеру сгорания и просто выталкивается вентилятором для создания тяги? Разве это не сэкономит топливо?
Так родился турбовентиляторный двигатель.
2
Турбореактивный двигатель: действующий чемпион
Вы можете думать о турбовентиляторном двигателе как о турбореактивном двигателе с «воздушной оболочкой». Перед оригинальным основным двигателем установлен большой вентилятор. Когда воздух попадает, он разделяется на два пути:
Небольшая часть следует по центральному «старому пути» (внутренний воздуховод/ядро): сжатие → сгорание → выхлоп → создание тяги.
Большая часть следует по внешнему «новому пути» (внешний канал/обходной канал): ускоряется только вентилятором → прямой выхлоп → создание тяги (и большая топливная экономичность).
[Изображение]
Принципы работы внутренних и наружных каналов ТРДД (зондовый и байпасный потоки)
Ключ кроется в одной цифре: **коэффициент двухконтурности**. Это основная концепция авиационных-двигателей. Проще говоря, это отношение массы воздуха, проходящего через внешний воздуховод, к массе воздуха, проходящего через внутренний воздуховод.
Степень двухконтурности равна нулю → Турбореактивный двигатель
Низкая степень двухконтурности (например, 0,2–0,3) → Хорошие высокие-скоростные характеристики → Используется на истребителях.
Высокая степень двухконтурности (например, 8–9 или выше) → Высокая топливная-экономичность, низкий уровень шума → Используется на гражданских авиалайнерах.
Сегодня крупнейшие в мире гражданские турбовентиляторные двигатели достигают степени двухконтурности, превышающей 10. Другими словами, тяга воздуха, создаваемая за счет сгорания в активной зоне двигателя, составляет менее одной-десятой части общего объема; Остальные 90% тяги исходят от воздуха, нагнетаемого массивным вентилятором. В этом секрет сочетания мощности и топливной эффективности.
[Изображение]
3
Турбовинтовой двигатель: «Геркулес» воздушного транспорта
Многие люди принимают турбовинтовые двигатели за устаревшие-поршневые двигатели. На самом деле они совершенно разные. По своей сути турбовинтовой двигатель представляет собой реактивный двигатель, но он передает большую часть мощности, вырабатываемой турбиной, на внешний воздушный винт через редуктор.
Тяговая сила (тяга), создаваемая пропеллером, взбалтывающим воздух, является основным источником тяги, тогда как слабый поток выхлопных газов из выхлопной трубы играет лишь вспомогательную роль. По сути, если вы возьмете турбовентиляторный двигатель, выставите его большой вентилятор наружу и уменьшите скорость его вращения, вы, по сути, получите турбовинтовой двигатель.
[Изображение]
Турбовинтовой двигатель
Преимущество турбовинтового двигателя — его чрезвычайно высокий КПД при полете на низкой-скорости-он даже более экономичен-, чем турбовентиляторный двигатель. На скоростях полета ниже 600 км/ч турбовинтовой двигатель имеет подавляющее преимущество.
Его недостатки также очевидны: он не может летать очень быстро и издает значительный шум. Российский бомбардировщик Ту-95, оснащенный турбовинтовыми двигателями, получил прозвище «Медведь». Когда пропеллер вращается на высокой скорости, его кончики преодолевают звуковой барьер, создавая невероятно громкий шум, который, как сообщается, слышен на расстоянии до 20 километров. Высокая скорость в сочетании с оглушительным шумом — это всего лишь одна сторона турбовинтовой медали.
Изображение
Турбовинтовой двигатель АЭП500
Турбовинтовые двигатели особенно хорошо-подходят для низко---средне-транспортных самолетов, патрульных самолетов и региональных авиалайнеров. Они не требуют высоких скоростей, но отдают приоритет топливной экономичности, низким затратам и минимальным требованиям к взлетно-посадочной полосе. Многие турбовинтовые самолеты могут взлетать и приземляться на коротких грунтовых полосах,-что невозможно для стандартных коммерческих авиалайнеров.
4
Турбовальные двигатели: созданы специально для вертолетов.
Рассмотрев турбовинтовые двигатели, разобраться с турбовалами нетрудно. В то время как турбовинтовой двигатель направляет свою мощность на вращение пропеллера, турбовал направляет ее на вращение несущего винта вертолета.
Изображение
Турбовальный двигатель
Турбовальные двигатели обладают несколькими ключевыми характеристиками:
Чрезвычайно высокое соотношение мощности-к-весу-они компактны и легки, но при этом обеспечивают огромную мощность. Это имеет решающее значение для вертолетов; каждый сэкономленный килограмм веса позволяет получить дополнительный килограмм полезной нагрузки.
Компактная конструкция-размещается в узком фюзеляже вертолета.
Регулируемое направление выхлопа-в отличие от других двигателей, у которых выхлоп должен быть направлен назад, путь выхлопа можно адаптировать к конкретной компоновке планера вертолета.
Турбовинтовые двигатели и турбовальные двигатели — это, по сути, два варианта одного и того же двигателя. Производителям просто необходимо изменить механизм конечного вывода; один и тот же основной двигатель может служить турбовинтовым двигателем для самолетов-с крылом или турбовальным двигателем для вертолетов. Авиационная промышленность практиковала модульную конструкцию задолго до того, как эта концепция стала тенденцией.
Наконец, давайте проясним отношения между четырьмя типами:
Турбореактивный двигатель: предок; самая чистая форма. Он обеспечивает самые высокие скорости, но потребляет больше всего топлива.
Турбовентилятор: улучшенная версия. Он оснащен большим вентилятором, позволяющим сбалансировать тягу и топливную экономичность, что делает его текущим отраслевым стандартом.
Турбовинтовой двигатель: версия с-эффективным расходом топлива. Он направляет всю мощность на гребной винт, обеспечивая превосходную экономичность на низких скоростях.
Турбовальный: Специализированная версия. Он преобразует мощность в выходную мощность вала специально для привода несущих винтов вертолета. Ни один из четырех типов двигателей по своей сути не превосходит другие; у каждого своя арена и свой способ процветания.
