Motor turbohélice: dispositiu, esquema, principi de funcionament. Producció de motors turbohèlix a Rússia

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Un motor turbohèlix és semblant a un motor de pistó: tots dos tenen una hèlix. Però en tots els altres aspectes són diferents. Penseu en què és aquesta unitat, com funciona, quins són els seus pros i contres.

Característiques generals

El motor turbohélice pertany a la classe de motors de turbina de gas, que es van desenvolupar com a convertidors d'energia universals i es van fer servir àmpliament en l'aviació. Consisteixen en un motor tèrmic, on els gasos expandits fan girar la turbina i generen parell, i altres unitats estan connectades al seu eix. El motor turbohèlix es subministra amb una hèlix.

És un encreuament entre unitats de pistó i turborreactor. Al principi, es van instal·lar motors de pistons a les aeronaus, que constaven de cilindres en forma d'estrella amb un eix situat a l'interior. Però pel fet de tenir unes dimensions i un pes massa grans, així com una capacitat de baixa velocitat, ja no es van utilitzar, preferint les instal·lacions de turborreactor que van aparèixer. Però aquests motors no tenien inconvenients. Podriendesenvolupa una velocitat supersònica, però consumeix molt de combustible. Per tant, el seu funcionament era massa car per al transport de passatgers.

El motor turbohélice va haver de fer front a aquesta deficiència. I aquest problema es va solucionar. El disseny i el principi de funcionament es van extreure del mecanisme d'un motor turborreactor, i les hèlixs d'un motor de pistons. Així, va ser possible combinar dimensions reduïdes, economia i alta eficiència.

Els motors es van inventar i construir als anys trenta del segle passat sota la Unió Soviètica, i dues dècades més tard van començar la seva producció en massa. La potència va variar entre 1880 i 11000 kW. Durant un llarg període es van utilitzar en l'aviació militar i civil. Tanmateix, no eren aptes per a la velocitat supersònica. Per tant, amb l'arribada d'aquestes capacitats a l'aviació militar, es van abandonar. Però els avions civils es subministren principalment amb ells.

El dispositiu d'un motor turbohèlix i el principi del seu funcionament

El disseny del motor és molt senzill. Inclou:

• reductor;
• hèlix;
• cambra de combustió;
• compressor;
• broquet.

L'esquema d'un motor turbohèlice és el següent: després de ser injectat i comprimit per un compressor, l'aire entra a la cambra de combustió. Allà és on s'injecta el combustible. La mescla resultant s'encén i crea gasos que, quan s'expandeixen, entren a la turbina i la fan girar, i aquesta, al seu torn, fa girar el compressor i el cargol. No gastatl'energia surt a través del broquet, creant una empenta de raig. Com que el seu valor no és significatiu (només un deu per cent), un motor turbohélice no es considera un motor turborreactor.

El principi de funcionament i disseny, però, són semblants a aquest, però l'energia aquí no s'escapa completament a través del broquet, creant una empenta de raig, sinó només parcialment, ja que l'energia útil també fa girar l'hèlix.

Eix de treball

Hi ha motors amb un o dos eixos. En la versió d'un sol eix, el compressor, la turbina i l'hèlix es troben al mateix eix. En un de dos eixos, en un d'ells hi ha instal·lat una turbina i un compressor, i a l' altre una hèlix a través d'una caixa de canvis. També hi ha dues turbines connectades entre si de manera gas-dinàmica. Un és per a l'hèlix i l' altre és per al compressor. Aquesta opció és la més habitual, ja que es pot aplicar energia sense posar en marxa les hèlixs. I això és especialment convenient quan l'avió està a terra.

Compressor

Aquesta part consta de dues a sis etapes, que permeten percebre canvis significatius de temperatura i pressió, així com reduir la velocitat. Gràcies a aquest disseny, és possible reduir el pes i les dimensions, la qual cosa és molt important per als motors d'avions. El compressor inclou impulsors i una paleta guia. Aquest últim pot estar regulat o no.

hèlix

Aquesta part genera empenta, però la velocitat és limitada. Es considera que el millor indicador és un nivell de 750 a 1500 rpm, ja que ambaugmenta, l'eficiència començarà a baixar i, en comptes d'acceleració, l'hèlix es convertirà en un fre. El fenomen s'anomena "efecte de bloqueig". És causada per les pales de l'hèlix, que, a altes velocitats, en girar per sobre de la velocitat del so, comencen a funcionar incorrectament. El mateix efecte s'observarà augmentant el seu diàmetre.

Turbina

La turbina és capaç d'aconseguir velocitats de fins a vint mil revolucions per minut, però el cargol no podrà igualar-la, de manera que hi ha un engranatge reductor que redueix la velocitat i augmenta el parell. Els reductors poden ser diferents, però la seva tasca principal, independentment del tipus, és reduir la velocitat i augmentar el parell.

És aquesta característica la que limita l'ús de turbohèlix en avions militars. No obstant això, els desenvolupaments per crear un motor supersònic no s'aturen, tot i que encara no tenen èxit. Per augmentar l'embranzida, de vegades es subministra un motor turbohélice amb dues hèlixs. Al mateix temps, implementen el principi de funcionament a causa de la rotació en direccions oposades, però amb l'ajuda d'una caixa de canvis.

Com a exemple, podem considerar el motor D-27 (turbopropfan), que té dos ventiladors de cargol units a una turbina lliure mitjançant una caixa de canvis. Aquest és l'únic model d'aquest disseny utilitzat a l'aviació civil. Però la seva aplicació amb èxit es considera un gran s alt en la millora del rendiment del consideratmotor.

Avantatges i desavantatges

Destaquem els avantatges i els inconvenients que caracteritzen el funcionament d'un motor turbohélice. Els avantatges són:

• pes lleuger en comparació amb les unitats de pistó;
• econòmic en comparació amb els motors turborreactor (gràcies a l'hèlix, l'eficiència arriba al vuitanta-sis per cent).

No obstant això, malgrat aquests avantatges innegables, els motors a reacció són en alguns casos l'opció preferida. El límit de velocitat d'un motor turbohèlice és de set-cents cinquanta quilòmetres per hora. Tanmateix, això no és suficient per a l'aviació moderna. A més, el soroll generat és molt elevat, superant els valors permesos de l'Organització d'Aviació Civil Internacional.

Per tant, la producció de motors turbohèlix a Rússia és limitada. S'instal·len principalment en avions que volen llargues distàncies i a baixes velocitats. Aleshores, la sol·licitud està justificada.

No obstant això, en l'aviació militar, on les principals característiques que haurien de tenir els avions són una gran maniobrabilitat i un funcionament silenciós, i no una eficiència, aquests motors no compleixen els requisits necessaris i aquí s'utilitzen turborreactors.

Al mateix temps, s'estan desenvolupant desenvolupaments per crear hèlixs supersòniques per tal de superar l'"efecte de bloqueig" i assolir un nou nivell. Potser, quan l'invent es faci realitat, els motors a reacció s'abandonaran en favor dels turbohèlixs i en l'exèrcit.avions. Però en l'actualitat, només es poden anomenar "cavalls de batalla", no els més potents, sinó el funcionament estable.