Știați? Când ne uităm la fotografii cu avioane, primele lucruri care ne atrag atenția ar putea fi imaginea sau aripile. Cu toate acestea, adevărații determinanți ai vitezei, autonomiei și capacității de pasageri a unei aeronave se află în „inima” ascunsă sub aripi sau în interiorul fuzelajului: motorul.
Turboreactor, turboventilator, turbopropulsor și turboax-aceste patru nume pot suna ca un răsucitor de limbi atunci când sunt enumerate împreună. Cu toate acestea, odată ce înțelegi relațiile dintre ele, logica fundamentală din spatele proiectării aeronavelor devine instantaneu clară. Să o descompunem astăzi.
[Imagine]
În primul rând, ține cont de acest concept de bază: aceste patru tipuri de motoare aparțin aceleiași familii. Toate funcționează pe baza principiului turbinei cu gaz. Mai simplu spus: aerul este aspirat → comprimat → combustibilul este injectat și ars → temperatură înaltă,-gazul cu presiune înaltă determină turbina să se rotească → evacuarea este expulzată pentru a genera forță. Toți patru împărtășesc exact același proces de bază.
Diferența constă în modul în care canalizează puterea generată după ardere.
1
Motor turboreactor: descendența originală
Numele complet este „motor turboreactor” și a fost primul tip de motor cu reacție care a ajuns la maturitate. Principiul său de funcționare este cel mai simplu: tot aerul urmează o singură cale-compresie, ardere și expulzare. Cu cât evacuarea este mai rapidă, cu atât este mai mare forța.
În luptă, în momentul în care un pilot activează post-ardere, forța poate crește cu 30% până la 100%; totuși, această capacitate poate fi utilizată doar pentru scurt timp, deoarece consumul de combustibil este astronomic de mare.
Cel mai mare avantaj al turboreactorului este viteza, ceea ce îl face ideal pentru zboruri la altitudine mare și la viteză mare-. Cel mai mare dezavantaj al său este consumul ridicat de combustibil; eficiența este deosebit de slabă în timpul zborului cu viteză mică-.
[Imagine: Diagrama schematică a structurii motorului cu turboreacție]
S-a întrebat cineva vreodată dacă ar fi posibil să adăugați un strat suplimentar de aer în jurul motorului-aerului care ocolește camera de ardere și este pur și simplu împins afară de un ventilator pentru a genera forță? Nu ar economisi combustibil?
Și așa s-a născut motorul turboventilator.
2
Motor turboventilator: Campionul în vigoare
Vă puteți gândi la un motor cu turboventilator ca la un motor turboreactor care poartă o „caltă de aer”. Un ventilator mare este instalat în fața motorului de bază original. Odată ce aerul intră, se împarte în două căi:
O mică porțiune urmează „calea veche” centrală (conductă/miez interior): compresie → ardere → evacuare → generare de forță.
O mare parte urmează „noua cale” exterioară (conducta exterioară/conducta de ocolire): accelerată numai de ventilator → evacuare directă → generarea de forță (și o eficiență mai mare a combustibilului).
[Imagine]
Principiile de funcționare ale conductelor interioare și exterioare ale motorului turboventilator (debite de miez și bypass)
Cheia constă într-o singură cifră: **raportul de bypass**. Acesta este un concept de bază în motoarele aero-. Mai simplu spus, este raportul dintre masa de aer care curge prin conducta exterioară și masa de aer care curge prin conducta interior.
Raport de bypass de zero → Motor turboreactor
Rata de ocolire scăzută (de exemplu, 0,2–0,3) → Performanță bună la -viteză mare → Folosit la avioanele de luptă
Rata de ocolire ridicată (de ex., 8–9 sau mai mare) → Eficient de combustibil-, zgomot redus → Utilizat pe avioanele civile
Cele mai mari motoare turboventilatoare civile din lume realizează astăzi rapoarte de bypass care depășesc 10. Cu alte cuvinte, forța generată de aer prin ardere în miezul motorului reprezintă mai puțin de o-zecime din total; restul de 90% din împingere provine din aerul împins de ventilatorul masiv. Acesta este secretul din spatele combinației lor de putere și eficiență a combustibilului.
[Imagine]
3
Motor turbopropulsor: „Herculele” transportului aerian
Mulți oameni confundă motoarele cu turbopropulsoare cu motoare-veche cu piston. În realitate, ele sunt complet diferite. În esență, un motor turbopropulsor este în esență un motor cu reacție, dar transmite cea mai mare parte a puterii generate de turbină către o elice externă printr-o cutie de viteze reductoră.
Forța de tracțiune (împingerea) generată de elicea care agita aerul este sursa principală de propulsie, în timp ce fluxul slab de evacuare din țeava de eșapament joacă doar un rol auxiliar. În esență, dacă ai lua un motor cu turboventilator, i-ai expune ventilatorul mare spre exterior și i-ai reduce viteza de rotație, ai avea în esență un motor cu turbopropulsor.
[Imagine]
Motor turbopropulsor
Avantajul turbopropulsoarei este eficiența sa extrem de ridicată în timpul zborului cu viteză redusă-, este chiar mai eficient cu combustibil- decât turboventilatorul. La viteze de zbor sub 600 km/h, motorul turbopropulsor deține un avantaj copleșitor.
Dezavantajele sale sunt, de asemenea, evidente: nu poate zbura foarte repede și generează zgomot semnificativ. Bombardierul rus Tu-95, care folosește motoare turbopropulsoare, este poreclit „Ursul”. Când o elice se învârte cu viteză mare, vârfurile ei sparg bariera sunetului, generând un zgomot incredibil de puternic, care se pare, audibil de la până la 20 de kilometri distanță. Viteza mare combinată cu zgomotul asurzitor este pur și simplu o parte a monedei turbopropulsoare.
Imagine
motor turbopropulsor AEP500
Turbopropulsoarele sunt deosebit de potrivite-pentru avioane de transport cu viteză mică-{-medie-, avioane de patrulare și avioane regionale. Acestea nu necesită viteze mari, dar prioritizează eficiența combustibilului, costurile reduse și cerințele minime ale pistei. Multe avioane cu turbopropulsoare pot decolare și ateriza pe benzi scurte, neasfaltate-o faptă imposibilă pentru avioanele comerciale standard.
4
Motoare cu turboax: Construite special pentru elicoptere
Având turbopropulsoare acoperite, turboaxele sunt ușor de înțeles. În timp ce un turbopropulsor își direcționează puterea pentru a învârti o elice, un turboax îl direcționează să rotească rotorul unui elicopter.
Imagine
Motor cu turboax
Motoarele cu turboax posedă mai multe caracteristici cheie:
Raport putere-{-greutate- extrem de mare, sunt compacte și ușoare, dar oferă o putere imensă. Acest lucru este crucial pentru elicoptere; fiecare kilogram de greutate economisit permite un kilogram suplimentar de sarcină utilă.
Structură compactă-concepută pentru a se potrivi în fuzelajul îngust al unui elicopter.
Direcția de evacuare reglabilă-spre deosebire de alte motoare care trebuie să se epuizeze în spate, traseul de evacuare poate fi adaptat la structura specifică a elicopterului.
Turbopropulsoarele și turboaxele sunt în esență două variante ale aceluiași motor de bază. Producătorii trebuie pur și simplu să modifice mecanismul final de ieșire; același motor central poate servi ca turbopropulsor pentru aeronave cu aripă fixă-sau turboax pentru elicoptere. Industria aviației practica acest tip de design modular cu mult înainte ca conceptul să devină o tendință.
În cele din urmă, să clarificăm relațiile dintre cele patru tipuri:
Turbojet: Strămoșul; cea mai pură formă. Oferă cele mai mari viteze, dar consumă cel mai mult combustibil.
Turbofan: versiunea îmbunătățită. Acesta adaugă un ventilator mare pentru a echilibra tracțiunea și eficiența combustibilului, făcându-l standardul actual al industriei.
Turboprop: versiunea-eficientă de combustibil. Acesta direcționează toată puterea către elice, oferind o economie excelentă la viteze mai mici.
Turboshaft: versiunea specializată. Acesta transformă puterea în ieșirea arborelui special pentru a conduce rotoarele elicopterelor. Niciunul dintre cele patru tipuri de motoare nu este în mod inerent superior celorlalte; fiecare are propria sa arenă și propriul său mod de a prospera.
