محرك Turboprop: الجهاز ، المخطط ، مبدأ التشغيل. إنتاج المحركات التوربينية في روسيا

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

المحرك التوربيني يشبه محرك المكبس: كلاهما به مروحة. لكنهم مختلفون من جميع النواحي. ضع في اعتبارك ماهية هذه الوحدة ، وكيف تعمل ، وما هي مزاياها وعيوبها.

الخصائص العامة

ينتمي المحرك التوربيني إلى فئة المحركات التوربينية الغازية ، والتي تم تطويرها كمحولات طاقة عالمية وأصبحت تستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران. تتكون من محرك حراري ، حيث تقوم الغازات الممتدة بتدوير التوربين وتوليد عزم الدوران ، ويتم توصيل وحدات أخرى بعمودها. المحرك التوربيني مزود بمروحة

إنه تقاطع بين وحدات المكبس والنفاث النفاث. في البداية ، تم تركيب محركات مكبسية في الطائرات ، تتكون من أسطوانات على شكل نجمة مع عمود موجود بداخلها. ولكن نظرًا لحقيقة أن أبعادها ووزنها كبير جدًا ، فضلاً عن القدرة على السرعة المنخفضة ، لم تعد مستخدمة ، مفضلة التركيبات التوربينية التي ظهرت. لكن هذه المحركات لم تكن خالية من العيوب. يقدرواتطوير سرعة تفوق سرعة الصوت ، لكنها تستهلك الكثير من الوقود. لذلك ، كانت عملياتهم مكلفة للغاية بالنسبة لنقل الركاب.

كان على المحرك التوربيني أن يتعامل مع مثل هذا النقص. وتم حل هذه المشكلة. تم أخذ التصميم ومبدأ التشغيل من آلية المحرك التوربيني ، والمراوح من محرك المكبس. وهكذا أصبح من الممكن الجمع بين الأبعاد الصغيرة والاقتصاد والكفاءة العالية.

تم اختراع المحركات وإعادة بنائها في الثلاثينيات من القرن الماضي في ظل الاتحاد السوفيتي ، وبعد عقدين من الزمان بدأ إنتاجها بكميات كبيرة. تتراوح الطاقة من 1880 إلى 11000 كيلو واط. لفترة طويلة تم استخدامها في الطيران العسكري والمدني. ومع ذلك ، لم تكن مناسبة للسرعة فوق الصوتية. لذلك ، مع ظهور مثل هذه القدرات في الطيران العسكري ، تم التخلي عنها. لكن الطائرات المدنية يتم إمدادها بشكل أساسي بها.

جهاز المحرك التوربيني ومبدأ تشغيله

تصميم المحرك بسيط جدا. يشمل:

• المخفض
• المروحة ؛
• غرفة الاحتراق
• ضاغط ؛
• فوهة.

مخطط المحرك التوربيني هو كما يلي: بعد حقنه وضغطه بواسطة ضاغط ، يدخل الهواء إلى غرفة الاحتراق. هذا هو المكان الذي يتم فيه حقن الوقود. يشتعل الخليط الناتج وينتج غازات تدخل التوربين عند التمدد وتدورها ، وتقوم بدورها بتدوير الضاغط والمسمار. غير منفقيخرج الطاقة من خلال الفوهة ، مما يؤدي إلى الدفع النفاث. نظرًا لأن قيمته ليست كبيرة (عشرة بالمائة فقط) ، لا يعتبر المحرك التوربيني محركًا نفاثًا.

مع ذلك ، فإن مبدأ التشغيل والتصميم مشابه له ، لكن الطاقة هنا لا تتسرب تمامًا من الفوهة ، مما يخلق دفعًا نفاثًا ، ولكن جزئيًا فقط ، لأن الطاقة المفيدة أيضًا تقوم بتدوير المروحة.

عمود العمل

هناك محركات بعمود واحد أو اثنين. في الإصدار أحادي المحور ، يوجد الضاغط والتوربين والمروحة على نفس العمود. في أحد المحورين ، يتم تثبيت توربين وضاغط على أحدهما ، ومروحة من خلال علبة تروس من جهة أخرى. هناك أيضًا توربينان متصلان ببعضهما البعض بطريقة ديناميكية الغاز. أحدهما للمروحة والآخر للضاغط. هذا الخيار هو الأكثر شيوعًا ، حيث يمكن استخدام الطاقة دون بدء تشغيل المراوح. وهذا مناسب بشكل خاص عندما تكون الطائرة على الأرض.

ضاغط

يتكون هذا الجزء من مرحلتين إلى ست مراحل ، مما يسمح لك بإدراك التغيرات الكبيرة في درجة الحرارة والضغط ، فضلاً عن تقليل السرعة. بفضل هذا التصميم ، يمكن تقليل الوزن والأبعاد ، وهو أمر مهم جدًا لمحركات الطائرات. يشتمل الضاغط على دفاعات وريشة توجيه. قد يتم أو لا يتم تنظيم هذا الأخير.

المروحة

يولد هذا الجزء قوة دفع ، لكن السرعة محدودة. يعتبر أفضل مؤشر هو المستوى من 750 إلى 1500 دورة في الدقيقة ، منذ ذلك الحينزيادة ، ستبدأ الكفاءة في الانخفاض ، وبدلاً من التسارع ، ستتحول المروحة إلى فرامل. هذه الظاهرة تسمى "تأثير القفل". إنه ناتج عن شفرات المروحة ، والتي ، عند السرعات العالية ، عند الدوران بأكثر من سرعة الصوت ، تبدأ في العمل بشكل غير صحيح. سيتم ملاحظة نفس التأثير من خلال زيادة قطرها.

توربين

التوربين قادر على سرعات تصل إلى عشرين ألف دورة في الدقيقة ، لكن اللولب لن يكون قادرًا على مطابقته ، لذلك هناك ترس تخفيض يقلل السرعة ويزيد من عزم الدوران. يمكن أن تكون المخفضات مختلفة ، لكن مهمتها الرئيسية ، بغض النظر عن نوعها ، هي تقليل السرعة وزيادة عزم الدوران.

هذه الخاصية هي التي تحد من استخدام المحركات التوربينية في الطائرات العسكرية. ومع ذلك ، لا تتوقف التطورات الخاصة بإنشاء محرك أسرع من الصوت ، على الرغم من أنها لم تنجح بعد. لزيادة الدفع ، يتم في بعض الأحيان تزويد المحرك التوربيني بمروحتين. في الوقت نفسه ، ينفذون مبدأ التشغيل بسبب الدوران في اتجاهين متعاكسين ، ولكن بمساعدة علبة تروس واحدة.

على سبيل المثال ، يمكننا النظر في محرك D-27 (المروحة التوربينية) ، الذي يحتوي على مروحتين لولبيتين متصلتين بالتوربين الحر بواسطة علبة تروس. هذا هو النموذج الوحيد لهذا التصميم المستخدم في الطيران المدني. لكن تطبيقه الناجح يعتبر قفزة كبيرة في تحسين أداء المدروسالمحرك

مزايا وعيوب

دعونا نسلط الضوء على الإيجابيات والسلبيات التي تميز تشغيل المحرك التوربيني. الفوائد هي:

• خفيف الوزن مقارنة بوحدات المكبس ؛
• الاقتصاد مقارنة بالمحركات التوربينية (بفضل المروحة ، تصل الكفاءة إلى ستة وثمانين بالمائة).

ومع ذلك ، على الرغم من هذه المزايا التي لا يمكن إنكارها ، فإن المحركات النفاثة هي الخيار المفضل في بعض الحالات. الحد الأقصى لسرعة المحرك التوربيني هو سبعمائة وخمسون كيلومترًا في الساعة. ومع ذلك ، هذا لا يكفي للطيران الحديث. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الضوضاء الناتجة عالية جدًا ، وتتجاوز القيم المسموح بها من منظمة الطيران المدني الدولي.

لذلك ، فإن إنتاج المحركات التوربينية في روسيا محدود. يتم تثبيتها بشكل أساسي في الطائرات التي تطير لمسافات طويلة وبسرعات منخفضة. ثم التطبيق له ما يبرره

ومع ذلك ، في الطيران العسكري ، حيث الخصائص الرئيسية التي يجب أن تتمتع بها الطائرات هي القدرة العالية على المناورة والتشغيل الهادئ ، وليس الكفاءة ، فهذه المحركات لا تفي بالمتطلبات الضرورية وتستخدم هنا وحدات التوربينات النفاثة.

في الوقت نفسه ، هناك تطورات جارية لإنشاء مراوح أسرع من الصوت للتغلب على "تأثير القفل" والوصول إلى مستوى جديد. ربما ، عندما يصبح الاختراع حقيقة واقعة ، سيتم التخلي عن المحركات النفاثة لصالح المحركات التوربينية وفي الجيشالطائرات. لكن في الوقت الحاضر ، لا يمكن أن يطلق عليهم سوى "أحصنة العمل" ، وليس الأقوى والأداء المستقر.