موتور توربوپراپ: دستگاه، طرح، اصل کار. تولید موتورهای توربوپراپ در روسیه

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

موتور توربوپراپ شبیه موتور پیستونی است: هر دو دارای ملخ هستند. اما از هر نظر متفاوت هستند. در نظر بگیرید که این واحد چیست، چگونه کار می کند، مزایا و معایب آن چیست.

ویژگی های کلی

موتور توربوپراپ متعلق به کلاس موتورهای توربین گازی است که به عنوان مبدل انرژی جهانی توسعه یافته و به طور گسترده در حمل و نقل هوایی مورد استفاده قرار گرفت. آنها از یک موتور حرارتی تشکیل شده اند که در آن گازهای منبسط شده توربین را می چرخانند و گشتاور تولید می کنند و واحدهای دیگر به محور آن متصل می شوند. موتور توربوپراپ با ملخ عرضه می شود.

این تلاقی بین واحدهای پیستونی و توربوجت است. در ابتدا موتورهای پیستونی در هواپیما نصب شد که از سیلندرهای ستاره ای شکل با شفتی در داخل هواپیما تشکیل شده بود. اما به دلیل داشتن ابعاد و وزن بیش از حد و همچنین قابلیت سرعت پایین، دیگر مورد استفاده قرار نگرفتند و ترجیحاً نصب های توربوجت ظاهر شده را ترجیح دادند. اما این موتورها بدون ایراد نبودند. آنها می توانندسرعت مافوق صوت را توسعه دهید، اما سوخت زیادی مصرف کرد. بنابراین، عملیات آنها برای حمل و نقل مسافر بسیار گران بود.

موتور توربوپراپ باید با چنین نقصی کنار می آمد. و این مشکل حل شد. طراحی و اصل کار از مکانیسم موتور توربوجت و پروانه ها از موتور پیستونی گرفته شده است. بنابراین، ترکیب ابعاد کوچک، صرفه جویی و راندمان بالا امکان پذیر شد.

موتورها در دهه سی قرن گذشته در زمان اتحاد جماهیر شوروی اختراع و ساخته شدند و دو دهه بعد تولید انبوه آنها آغاز شد. قدرت از 1880 تا 11000 کیلو وات متغیر بود. برای مدت طولانی از آنها در هوانوردی نظامی و غیرنظامی استفاده می شد. با این حال، آنها برای سرعت مافوق صوت مناسب نبودند. بنابراین با ظهور چنین ظرفیت هایی در هوانوردی نظامی رها شدند. اما هواپیماهای غیرنظامی عمدتاً با آنها عرضه می شوند.

دستگاه موتور توربوپراپ و اصل کارکرد آن

طراحی موتور بسیار ساده است. شامل:

• کاهنده;
• پروان;
• محفظه احتراق؛
• کمپرسور;
• نازل.

طرح موتورهای توربوپراپ به شرح زیر است: پس از تزریق و فشرده شدن توسط کمپرسور، هوا وارد محفظه احتراق می شود. در آنجا سوخت تزریق می شود. مخلوط حاصل مشتعل شده و گازهایی ایجاد می کند که با انبساط وارد توربین شده و آن را می چرخاند و به نوبه خود کمپرسور و پیچ را می چرخاند. خرج نشدهانرژی از طریق نازل خارج می شود و نیروی رانش جت ایجاد می کند. از آنجایی که مقدار آن قابل توجه نیست (فقط ده درصد)، یک موتور توربوپراپ یک موتور توربوجت محسوب نمی شود.

اصل عملکرد و طراحی، با این حال، مشابه آن است، اما انرژی در اینجا به طور کامل از طریق نازل خارج نمی شود، و نیروی رانش جت ایجاد می کند، اما فقط تا حدی، زیرا انرژی مفید پروانه را نیز می چرخاند.

شفت کار

موتورهایی با یک یا دو شفت وجود دارد. در نسخه تک شفت، کمپرسور، توربین و پروانه روی یک شفت قرار دارند. در یک دو شفت، یک توربین و یک کمپرسور روی یکی از آنها و یک پروانه از طریق جعبه دنده روی دیگری نصب می شود. همچنین دو توربین به صورت دینامیکی گازی به یکدیگر متصل هستند. یکی برای پروانه و دیگری برای کمپرسور. این گزینه رایج ترین است، زیرا انرژی را می توان بدون راه اندازی پروانه ها اعمال کرد. و این به ویژه زمانی که هواپیما روی زمین است راحت است.

کمپرسور

این قسمت از دو تا شش مرحله تشکیل شده است که به شما امکان می دهد تغییرات قابل توجه دما و فشار و همچنین کاهش سرعت را درک کنید. به لطف این طراحی، کاهش وزن و ابعاد امکان پذیر است که برای موتورهای هواپیما بسیار مهم است. کمپرسور شامل پروانه ها و یک پره راهنما می باشد. دومی ممکن است تنظیم شود یا نباشد.

ملخ

این بخش نیروی رانش ایجاد می کند، اما سرعت محدود است. بهترین نشانگر سطحی از 750 تا 1500 دور در دقیقه در نظر گرفته می شود، زیرا باافزایش می یابد، راندمان شروع به کاهش می کند و به جای شتاب، پروانه به ترمز تبدیل می شود. این پدیده "اثر قفل" نامیده می شود. علت آن تیغه های پروانه است که در سرعت های بالا، هنگام چرخش بیش از سرعت صوت، شروع به عملکرد نادرست می کنند. همین اثر با افزایش قطر آنها مشاهده خواهد شد.

توربین

توربین می تواند تا بیست هزار دور در دقیقه سرعت دهد، اما پیچ نمی تواند با آن مطابقت کند، بنابراین یک دنده کاهش وجود دارد که باعث کاهش سرعت و افزایش گشتاور می شود. کاهنده ها می توانند متفاوت باشند، اما وظیفه اصلی آنها، صرف نظر از نوع، کاهش سرعت و افزایش گشتاور است.

این ویژگی است که استفاده از توربوپراپ در هواپیماهای نظامی را محدود می کند. با این حال، پیشرفت ها برای ایجاد یک موتور مافوق صوت متوقف نمی شود، اگرچه هنوز موفقیت آمیز نبوده است. برای افزایش نیروی رانش، گاهی اوقات یک موتور توربوپراپ با دو پروانه عرضه می شود. در عین حال به دلیل چرخش در جهت مخالف، اما با کمک یک گیربکس، اصل کار را اجرا می کنند.

به عنوان مثال می توان موتور D-27 (turbopropfan) را در نظر گرفت که دارای دو فن پیچی است که توسط یک گیربکس به یک توربین آزاد متصل شده است. این تنها مدلی از این طرح است که در هوانوردی غیرنظامی استفاده می شود. اما کاربرد موفقیت آمیز آن جهشی بزرگ در بهبود عملکرد در نظر گرفته شده استموتور.

مزایا و معایب

بیایید نکات مثبت و منفی که عملکرد یک موتور توربوپراپ را مشخص می کند را برجسته کنیم. مزایا عبارتند از:

• وزن سبک در مقایسه با واحدهای پیستونی؛
• اقتصاد در مقایسه با موتورهای توربوجت (به لطف پروانه، راندمان به هشتاد و شش درصد می رسد).

با این حال، با وجود چنین مزایای غیرقابل انکاری، موتورهای جت در برخی موارد گزینه ارجح هستند. محدودیت سرعت یک موتور توربوپراپ هفتصد و پنجاه کیلومتر در ساعت است. با این حال، این برای هوانوردی مدرن کافی نیست. علاوه بر این، سر و صدای تولید شده بسیار زیاد است، بیش از مقادیر مجاز سازمان بین‌المللی هواپیمایی کشوری.

بنابراین، تولید موتورهای توربوپراپ در روسیه محدود است. آنها عمدتاً در هواپیماهایی که مسافت های طولانی و با سرعت کم پرواز می کنند نصب می شوند. سپس درخواست توجیه می شود.

اما در هوانوردی نظامی که ویژگی اصلی هواپیماها مانورپذیری بالا و عملکرد بی صدا و نه کارایی است، این موتورها شرایط لازم را ندارند و در اینجا از واحدهای توربوجت استفاده می شود.

همزمان، پیشرفت هایی برای ایجاد ملخ های مافوق صوت به منظور غلبه بر "اثر قفل" و رسیدن به سطح جدیدی در حال انجام است. شاید وقتی این اختراع به واقعیت تبدیل شود، موتورهای جت به نفع توربوپراپ ها و در ارتش کنار گذاشته شوند.هواپیماها اما در حال حاضر، آنها را فقط می توان "اسب کار" نامید، نه قوی ترین، بلکه پایدارترین کارکرد.