Турбовальный двигатель принцип работы: АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ • Большая российская энциклопедия

Турбовальный двигатель. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.

Центробежная ступень компрессора ТВаД.

Сегодня продолжаем серию рассказов о типах авиационных двигателей.

Как известно, основной узел любого газотурбинного двигателя ( ГТД) – это турбокомпрессор. В нем компрессор работает в связке с турбиной, которая его вращает. Функции турбины этим могут и ограничиться. Тогда вся оставшаяся полезная энергия газового потока, проходящего через двигатель, срабатывается в выходном устройстве (реактивном сопле). Как говорил мой преподаватель «спускается на ветер» :-). Тем самым создается реактивная тяга и ГТД становится обычным турбореактивным двигателем (ТРД).

Но можно сделать и по-другому. Турбину ведь можно заставить кроме компрессора вращать и другие нужные агрегаты, используя ту самую оставшуюся полезную энергию. Это может быть, например, самолетный воздушный винт. В этом случае ГТД становится уже турбовинтовым двигателем, в котором 10-15% энергии все же расходуется «на воздух» :-), то есть создает реактивную тягу.

Принцип работы турбовального двигателя.

Но если вся полезная энергия в двигателе срабатывается на валу и через него передается для привода агрегатов, то мы уже имеем так называемый турбовальный двигатель (ТваД).

Такой двигатель чаще всего имеет свободную турбину. То есть вся турбина как бы поделена на две части, между собой механически несвязанные. Связь между ними только газодинамическая. Газовый поток, вращая первую турбину, отдает часть своей мощности для вращения компрессора и далее, вращая вторую, тем самым через вал этой (второй) турбины приводит в действие полезные агрегаты. Сопла на таком двигателе нет. То есть выходное устройство для отработанных газов конечно имеется, но соплом оно не является и тяги не создает. Просто труба… Зачастую еще и искривленная :-).

Компоновка двигателя Arriel 1E2.

Турбовальный двигатель ARRIEL 1E2.

Eurocopter BK 117 c 2-мя турбовальными двигателями Arriel 1E2.

Выходной вал ТваД, с которого снимается вся полезная мощность, может быть направлен как назад, через канал выходного устройства, так и вперед, либо через полый вал турбокомпрессора, либо через редуктор вне корпуса двигателя.

Компоновка двигателя Arrius 2B2.

Турбовальный двигатель ARRIUS 2B2.

Eurocopter EC 135 с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2B2.

Надо сказать, что редуктор – непременная принадлежность турбовального двигателя. Ведь скорость вращения как ротора турбокомпрессора, так и ротора свободной турбины велика настолько, что это вращение не может быть напрямую передано на приводимые агрегаты. Они просто не смогут выполнять свои функции и даже могут разрушиться. Поэтому между свободной турбиной и полезным агрегатом обязательно ставится редуктор для снижения частоты вращения приводного вала.

Компоновка двигателя Makila 1A1.

Турбовальный двигатель MAKILA 1A1

Eurocopter AS 332 Super Puma с 2-мя турбовальными двигателями Makila 1A1

Компрессор у ТваД может быть осевым (если двигатель мощный) либо центробежным. Часто компрессор бывает и смешанным по конструкции, то есть в нем есть как осевые, так и центробежные ступени. В остальном принцип работы этого двигателя такой же, как и у ТРД. Примером разнообразия конструкций ТваД могут служить двигатели известной французской двигателестроительной фирмы TURBOMEKA. Здесь я представляю ряд иллюстраций на эту тему (их сегодня вообще много как-то получилось :-)… Ну много — не мало… :-)).

Компоновка двигателя Arrius 2K1

Турбовальный двигатель ARRIUS 2K1.

Вертолет Agusta A-109S с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2K1.

Основное свое применение турбовальный двигатель находит сегодня конечно же в авиации, по большей части на вертолетах. Его часто и называют вертолетный ГТД. Полезная нагрузка в этом случае – несущий винт вертолета. Известным примером ( кроме французов :-))могут служить широко распространенные до сих пор отличные классические вертолеты МИ-8 и МИ-24 с двигателями ТВ2-117 и ТВ3-117.

Вертолет МИ-8Т с 2-мя турбовальными двигателями ТВ2-117.

Турбовальный двигатель ТВ2-117.

Вертолет МИ-24 с 2-мя турбовальными двигателями ТВ3-117.

Турбовальный двигатель ТВ3-117 для вертолета МИ-24.

Кроме того ТваД может применяться в качестве вспомогательной силовой установки (ВСУ, о ней подробнее в следующей статье :-)), а также в виде специальных устройств для запуска двигателей. Такие устройства представляют собой миниатюрный турбовальный двигатель, свободная турбина которого раскручивает ротор основного двигателя при его запуске. Называется такое устройство турбостартер. В качестве примера могу привести турбостартер ТС-21, используемый на двигателе АЛ-21Ф-3, который устанавливается на самолеты СУ-24, в частности на мой родной СУ-24МР :-)…

Двигатель АЛ-21Ф-3 с турбостартером ТС-21.

Турбостартер ТС-21, снятый с двигателя.

Фронтовой бомбардировщик СУ-24М с 2-мя двигателями АЛ-21Ф-3.

Однако, говоря о турбовальных двигателях, нельзя не сказать о совсем неавиационном направлении их использования. Дело в том, что ведь изначально газотурбинный двигатель не был монополией авиации. Главный его рабочий орган, газовая турбина, создавался задолго до появления самолетов. И предназначался ГТД для целей более прозаических, нежели полеты в воздушной стихии :-). Эта самая воздушная стихия его все же завоевала. Однако неавиационное приземленное предназначение существует и серьезности своей не потеряло, скорее наоборот.

На земле, так же как и в воздухе ГТД (турбовальный двигатель) применяется на транспорте.

Первое – это перекачка природного газа по крупным магистралям через газоперекачивающие станции. ГТД используются здесь в качестве мощных насосов.

Второе – это водный транспорт. Суда, использующие турбовальные газотурбинные двигатели называют газотурбоходы. Это чаще всего суда на подводных крыльях, у которых гребной винт приводит в движение турбовальный двигатель механически через редуктор или электрически через генератор, который он вращает. Либо это суда на воздушной подушке, которая создается при помощи ГТД.

Газотурбоход «Циклон-М» с 2-мя газотурбинными двигателями ДО37.

Пасажирских газотурбоходов за российскую историю было всего два. Последнее очень перспективное судно «Циклон-М» появилось в очень неудобное для себя время в 1986 году. Успешно пройдя все испытания, оно «благополучно» перестало существовать для России. Перестройка… Более таких судов не строили. Зато у военных в этом плане дела обстоят несколько лучше. Чего стоит один только десантный корабль «Зубр», самое большое в мире судно на воздушной подушке.

Десантный корабль на воздушной подушке «Зубр» с газотурбинными двигателями.

Третье – это железнодорожный транспорт. Локомотивы на которых стоят турбовальные газотурбинные двигатели, называют газотурбовозы. На них используется так называемая электрическая передача. ГТД вращает электрогенератор, а вырабатываемый им ток, в свою очередь, вращает электродвигатели, приводящие локомотив в движение. В 60-е годы прошлого века в СССР проходили довольно успешную опытную эксплуатацию три газотурбовоза. Два пассажирских и один грузовой. Однако они не выдержали соревновавния с электровозами и в начале 70-х проект был свернут. Но в 2007 году по инициативе ОАО «РЖД» был изготовлен опытный образец газотурбовоза с ГТД, работающем на сжиженном природном газе (опять криогенное топливо :-)). Газотурбовоз успешно прошел испытания, планируется его дальнейшая эксплуатация.

И наконец четвертое, самое, наверное, экзотическое… Танки. Грозные боевые машины. На сегодняшний момент достаточно широко известны два типа ныне использующихся боевых танков с газотурбинными двигателями. Это американский М1 Abrams и российский Т-80.

Танк M1A1 Abrams с газотурбинным двигателем AGT-1500.

Во всех вышеописанных случаях применения ГТД (суть турбовальный двигатель), он обычно заменяет дизельный двигатель. Это происходит потому, что (как я уже описывал здесь) при одинаковых размерах турбовальный двигатель значительно превосходит дизельный по мощности, имеет гораздо меньший вес и шумность.

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем ГТД-1000Т.

Однако у него есть и крупный недостаток.Он обладает сравнительно низким коэффициентом полезного действия, что обуславливает большой расход топлива. Это естественно снижает запас хода любого транспортного средства (и танка в том числе :-)). Кроме того он чувствителен к грязи и посторонним предметам, всасываемым вместе с воздухом. Они могут повредить лопатки компрессора. Поэтому приходится создавать достаточно объемные системы очистки при использовании такого двигателя.

Эти недостатки достаточно серьезны. Именно поэтому турбовальный двигатель получил гораздо большее распространение в авиации, чем в наземном транспорте. Там этот трудяга-движок, ничего не пуская «на ветер» :-), заставляет подниматься в воздух вертолеты. И они в родной для них стихии из несуразных, на первый взгляд, машин превращаются в изумительные по красоте и возможностям творения рук человеческих… Все-таки авиация – это здорово :-)…

P.S. Вы только посмотрите, что они вытворяют!

Все фотографии и схемы кликабельны.

This entry was posted in АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ and tagged авиационный двигатель. Bookmark the permalink.

Турбовальный двигатель | Техника и человек

 

Для тех, кто интересуется моторами в целом и их авиационными моделями в частности, турбовальный двигатель в первую очередь ассоциируется с вертолетами, недаром их называют «вертолетными ГТД». Именно здесь ТВаД нашли наибольшее применение и уже не один десяток лет с успехом используются. Но вертолеты – не предел их возможностей, многие другие отрасли машино- и судостроения взяли на вооружение этот тип двигателей, но обо всем по порядку.

Итак, турбовальный двигатель принадлежит славному семейству газотурбинных двигателей (ГТД) наравне с турбореактивными (ТРД) и турбовинтовыми (ТВД). ГТД представляет собой тепловую машину, в упрощенной схеме состоящую из компрессора и турбины, работающей за счет сжигания топлива в камере сгорания. Наиболее простой его разновидностью является турбореактивный двигатель, в котором энергия от сжигания топлива идет только на вращение компрессора через турбину, а излишек энергии выходит через сопло в виде газов под высоким давлением, образуя реактивную тягу.

Но эта энергия может не только «вылетать в трубу», но и выполнять полезную работу, вращая воздушный винт (турбовинтовой двигатель) или вал (турбовальный двигатель). Это и является принципиальной разницей между всеми вышеотмеченными видами моторов семейства ГТД – способ использования свободной энергии.

Устройство и принцип работы двигателя

Строение турбовального двигателя в общих чертах напоминает строение ТРД. Основными составляющими являются комрессор, турбина, камера сгорания и вал. В отличие от других газотурбинных двигателей ТВаД совсем не имеет реактивной тяги – вся свободная энергия расходуется на вращение вала, поэтому и сопла, как такового, у него нет, а есть только каналы (своеобразные выхлопные трубы), по которым отводятся отработанные газы. Еще одна особенность ТВаД – наличие не одной, а двух турбин, не связанных между собой механически. Одна турбина приводит в движение компрессор, а вторая – рабочий вал. Между собой они связаны газодинамически. Некоторые модели турбовинтовых двигателей также имеют схожую конструкцию, но не обязательно.

В случае с ТВаД турбин всегда две.

Две основные схемы устройства ТВаД с описание расположенных механизмов. Картинки кликабельны.

Принцип работы турбовального двигателя тоже не сильно отличается от ТРД или ТВД. Компрессор, приводимый в движение турбиной, нагнетает воздух в камеру сгорания, где он перемешивается с впрыснутым через форсунки топливом. Топливный заряд воспламеняется и сгорает, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Расширяясь, они вращают турбины, приводя в движение компрессор и вал, а отработанные газы выводятся наружу.

Компрессор турбовального двигателя имеет несколько ступеней и может быть центробежным, осевым или комбинированным. Комбинированные компрессоры сочетают в себе и центробежные, и осевые ступени.

Обязательным конструктивным элементом ТВаД, как, впрочем, и турбовинтового двигателя, является редуктор, установленный между турбиной и валом. Сама турбина вращается с угловой скоростью, достигающей 20 000 об/мин. Понятно, что винт, закрепленный на валу и создающий тягу, не сможет работать при такой скорости и выполнять свои функции, ведь тогда ему придется вращаться со сверхзвуковой скоростью. Редуктор, установленный перед валом, понижает обороты и увеличивает крутящий момент, так что скорость вращения лопастей винта вертолета значительно меньше скорости вращения турбины.

Если турбовинтовые двигатели, которые используются на самолетах, должны иметь компактные размеры, а вал турбины и вал винта у них устанавливаются параллельно в одном корпусе, то к габаритам турбовальных двигателей таких жестких требований нет. Рабочий вал у них может находиться впереди турбины или за ней, в одном корпусе с ней или отдельно. Это объясняется тем, что мотор спрятан в конструкции кабины, где его можно расположить в любом удобном положении. Различают цельные моторы и модульные, состоящие из отдельных модулей, связанных между собой механически. Часто в одном модуле расположены компрессор и турбины, а в другом – рабочий вал, связанный с валом турбины редуктором.

Легкий американский вертолет AH-6j Little Bird

 

Применение

Нашел себе применение турбовальный двигатель и на земле. Правильнее даже говорить, что именно на земле он изначально и использовался, и только после появления авиации, как таковой, «переселился» на небо. Его можно встретить и на транспорте, и на различных магистральных станциях, где он обычно используется, как альтернатива дизельного двигателя. В сравнении с дизелем ТВД более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера.

В промышленности и народном хозяйства

ТВаД успешно используется в качестве нагнетателя природного газа на газоперекачивающих станциях. Его нередко можно увидеть на крупных газовых магистралях. Одна из последних разработок газовая турбина T16, мощностью 16 МВт. Короткое видео с применением турбовального двигателя в электроэнергетики.

Основные показатели:

• 16,5 МВт — мощность на валу.
• 37% — КПД, механический привод.
• 36% — КПД, электрический (простой цикл).
• 80% — КПД, комбинированное производство электроэнергии и тепла
• 200 000 часов — полный жизненный цикл
• выбросы NOx — не более 25 ppm.

Турбовальные двигатели используются в мобильных электростанциях для привода генератора. Электростанции с данным двигателем занимают меньший объем, аналогичной электростанции с традиционными двигателями.

В транспортной сфере

Несмотря на то, что в большинстве случаев турбовальные двигатели описываются, как силовые установки вертолетов, их применение не ограничено только ими. Частенько ТВаД играет роль не основного движителя, а вспомогательной установки. Такими установками обычно оснащаются самолеты, а используются они для питания энергией основных систем судна при его наземном обслуживании. То есть, когда самолет находится на земле, не обязательно запускать его основные моторы для получения электричества или создания давления в гидросистемах, для этого достаточно запуска такой небольшой установки.

Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.

Вид железнодорожного транспорта, на который устанавливается ТВаД, носит название газотурбовоз. Принцип его работы заключается в том, что турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Ток поступает на электромоторы, которые, по сути, и являются основной силовой установкой. История газотурбовозов началась в 60-е годы, когда были сконструированы первые опытные образцы, правда, потом они уступили место более известным сейчас электровозам. Вместе с тем с 2007 года возобновились работы по созданию газотурбовозов, и даже был создан пробный экземпляр, работающий на сжиженном газе. Его испытания прошли успешно, так что в скором будущем, возможно, он будет выпускаться серийно.

Не обошли стороной ТВаД и создатели военной наземной техники. Некоторые танки, в том числе и отечественный Т-80 и американский М1 Abrams, оснащены ТВаД.

Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.

Турбовальные двигатели также используются и на водном транспорте, называемом газотурбоходами. К ним относятся суда на воздушной подушке или на подводных крыльях. Наиболее известным отечественным газотурбоходом является военное судно «Зубр» — наиболее крупный десантный корабль на воздушной подушке. Этот гигант известен далеко за пределами России и является мировым рекордсменом среди суден на воздушной подушке по своим габаритам. А вот с отечественными пассажирскими газотурбоходами как-то не сложилось. Судно «Циклон», сконструированное в 80-хх годах, не пережило перестройки и со временем забылось, а новые пассажирские суда, оснащенные ТВаД пока не появились.

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем

Десантное судно «Зубр»

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом турбовального двигателя является то, что по сравнения с поршневыми двигателями он более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера. Вся суть турбовального двигателя и заключается, чтоб максимально использовать энергию сгорающего топлива, по сравнению с поршневыми двигателями это реализуется лучшим образом. Тем самым в одном килограмме двигателя можно реализовать конструкцию, более мощную своих цилиндрических сородичей, которая с каждого килограмма топлива будет забирать тепловую энергию и преобразовывать ее в механическую.

Есть у турбовального двигателя и недостатки. Первый из них – сравнительно большой расход топлива и, соответственно, низкий КПД, несмотря на высокие показатели мощности. Именно этот недостаток объясняет его ограниченное применение на наземном транспорте, где его можно заменить более эффективными силовыми установками. Второй недостаток – чувствительность к загрязнениям. Компрессор, втягивая воздух в камеру сгорания, заодно всасывает и пыль, и посторонние предметы, что сказывается на качестве работы двигателя и на его исправность в целом. На высоких оборотах даже незначительные твердые частички могут повредить лопасти турбины.

Поэтому ТВаД нуждается в надежной системе тщательной очистки воздуха, а расходы на нее далеко не всегда оправданы – в большинстве случаев намного проще и дешевле использовать традиционный дизель. Это еще одна причина, по которой эти двигатели в основном используются в воздухе: там и грязи меньше, и птицы летают ниже высоты полета, так что нормальной работе компрессора и турбины ничего не мешает. Зато масса ТВаД намного меньше любого поршневого двигателя, а это в авиации немаловажно.

Турбовальные двигатели – это действительно в первую очередь «сердца» вертолетов, а уж потом все остальное. Именно эти стальные «стрекозы» дают возможность оценить основные преимущества ТВаД, ну а недостатки в этом случае совсем незначительны.

Турбовальный двигатель Введение | Турбовальный двигатель

Важный момент

Турбовальный двигатель Введение

Турбовальный двигатель — это двигатель, который вырабатывает мощность на валу для запуска машины, а не создает тягу для полета самолета. Турбовальный двигатель распространен в небольших приложениях, например, в вертолетах и ​​других силовых установках.

Для производства энергии для авиационного двигателя в турбовальном двигателе используется тот же принцип, что и в турбореактивном самолете, и компрессор будет включен.

Главное отличие турбореактивного двигателя от турбовального состоит в том, что он имеет силовую секцию. Кроме того, он состоит из выходного вала и турбины, встроенных в конструкцию.

Читайте также: авиационный двигатель | Типы авиационных двигателей | Самый мощный турбовинтовой двигатель | Новый сдвоенный турбовинтовой самолет

Турбовальный двигатель

Двигатели, подобные турбовальным, аналогичны турбореактивным двигателям, а также похожи на турбовинтовые двигатели, но между ними есть несколько отличий. Тепло получает таблетку от выхлопа и затем передается в вал на выходе.

Было замечено много случаев, когда силовая турбина не была механически связана с генераторным газом. Это «свободная силовая турбина». Разрешить оптимизировать скорость силовой турбины для каждого входа, которая будет включаться без какой-либо помощи редуктора, который находится в двигателе.

• Силовая турбина отбирает большую часть энергии от выхлопа пара и передает ее выходному валу.
• Турбовальный двигатель такой же, как и турбовинтовой, и доступны варианты этих самолетов со многими типами двигателей.
• Из турбины образуется ТРД, который работает на газу, а ТРД работает так же, как и работает.

Воздушные винты не могут приводиться в действие турбовальным двигателем, который используется для обеспечения или выработки мощности ротора, используемого в вертолетах.

• Турбовальный вал двигателя сконструирован таким образом, что скорость вращения ротора изменяется независимо от скорости генераторного газа.
• Поможет вертолету или сделает его способным поддерживать или управлять скоростью вращения ротора постоянно, даже при снижении скорости газогенератора.
• Как правило, в вертолетах большую часть времени используются двигатели, подобные турбовальным. Когда речь идет о разнице между турбореактивным двигателем и турбовальным двигателем, разница заключается в том, что мощность, используемая турбореактивным двигателем, используется для вращения турбины, а не для создания или создания силы.
• И турбовальный двигатель, и турбореактивный двигатель похожи друг на друга, но у турбореактивного двигателя длинный вал, который соединяется с передней и задней/задней сторонами.
• Большинство двигателей, которые используются в вертолетном двигателе, представляют собой турбовальные двигатели, вал которых соединен с трансмиссией лопастей несущего винта вертолета.
• Компоненты или детали, которые используются в двигателе турбовального двигателя, в основном относятся к турбореактивным двигателям или другим двигателям; это похоже на турбореактивные двигатели. На вал устанавливается турбина, которая обеспечивает мощность или энергию для передачи лопасти ротора.
• Трансмиссия лопасти ротора предназначена для передачи вращения вала на лопасть ротора. Поршневые двигатели немного больше, чем эти турбовальные двигатели, но вес турбовального двигателя больше, чем вес поршневого двигателя.
• Система редуктора турбовального двигателя, которая находится на нижней стороне, легко ломается.

Эти турбовальные двигатели используются вертолетами; Разница между турбореактивными и турбовальными двигателями заключается в том, что они (турбовальные) двигатели используют большую часть мощности для вращения турбины двигателя, а не для создания тяги.

Многие задаются вопросом, почему в вертолетах используются турбовальные двигатели. Ответ заключается в том, что легкие двигатели, небольшие двигатели, такие как газовые турбины, генерируют больше энергии, чем двигатели, такие как поршни, и поэтому эти вертолеты способны подниматься.

Также прочтите: Как работают тормоза самолета | Как работают тормоза самолета | Тормозная конструкция | Тормоза самолета

Как работает турбовальный двигатель?

Основной функцией турбовального двигателя является создание мощности на валу. В сложной машине, такой как вертолет, двигатель на валу создает мощность на валу, необходимую для вращения ротора.

Приводной вал, который будет вращать ротор двигателя, будет получать мощность от комплекта турбин. Энергия турбины поглощается горячим газом под высоким давлением, обтекающим лопасти.

• Технология аэродинамического профиля позволяет турбине вращать лопасть.
• Чтобы правильно направлять поток статорных лопаток, они закреплены на
.
• Крышка двигателя. Эти статорные лопатки также подтверждают, поддерживается ли достаточная скорость потока на входе в ряд турбины.
• Многие из вас думают, что этот высокоэнергетический газ генерируется слишком просто: эта высокая энергия генерируется в камере сгорания.
• Образующееся топливо смешивается со среднетемпературным и высокотемпературным воздухом.
• Набор ступеней сжатия производит этот воздух; после этого видно, что компрессор установлен на полом валу, который не соединен с приводным валом.
• Для работы компрессору требуется энергия; необходимая энергия обеспечивается комплектом новых турбин, устанавливаемых на ту же полость вала; Целью установки новой турбины является обеспечение или подача энергии на компрессор, который называется турбиной производителя газа.
• Этот процесс показывает, как газотурбинная установка и силовая турбина вращаются независимо друг от друга с помощью коаксиального вала; поэтому синхронизация компрессора камеры сгорания и турбины обеспечивает необходимую выходную мощность.
• Центробежный компрессор устанавливается в секции компрессора для эффективного сжатия газа.
• Это основные детали и механизмы турбовального двигателя.
• Принцип работы турбовального двигателя
• Реактивные двигатели также известны как газотурбинные двигатели; они работают по тому же принципу, по которому работают турбовальные двигатели.
• Двигатель самолета всасывает окружающий воздух в двигатель спереди с помощью вентилятора. Сгоревший газ расширяется, а затем вырывается через сопло на задней стороне двигателя.
• Когда реактивный двигатель покидает газ в обратном направлении, авиационный двигатель толкает самолет, чтобы лететь вперед.
• Горячий или теплый воздух движется к соплу и выходит из другого набора лопастей, известных как турбины.
• Вал, на котором крепится компрессор, является тем же валом, на котором также крепится турбина; когда турбина крутится, компрессор тоже крутится.

Также прочитайте: Что такое самолет? | Классификация самолетов | Типы самолетов

Как ротор получает мощность от двигателя самолета?

С помощью главного редуктора мощность передается от двигателя к ротору, который изменяет мощность двигателя и передает ее на трансмиссию.

После этого процесса число оборотов в трансмиссии снижается с 1000 ДО 100 об/мин, а крутящий момент увеличивается.

Коробка передач будет управлять ручкой, которая будет придавать вращение непосредственно ротору в двигателе. Снова и снова вал будет выходить из трансмиссии, чтобы двигаться прямо к хвостовой части несущего винта.

Также прочтите: Сколько типов самолетов? | Сертификаты против оценок | Легкие спортивные и экспериментальные самолеты | Типы самолетов

Ступени турбовального двигателя

• Камера сгорания
• Турбина
• Сопло
• Газовый компрессор
• Коробка передач

#1. Камера сгорания

• Внутренняя энергия газа увеличивается из-за процесса сгорания, что затем приводит к увеличению давления, температуры и объема, что зависит от конфигурации.
• Пример: камера сгорания реактивного двигателя.
• Давление контролируется, и оно вызывает возгорание, а объем увеличивается.
• Давление увеличивается, и он будет использовать объем для выполнения работы.
• В случае изменения скорости газа создается тяга.
• Такие, как в сопле авиадвигателя.

#2. Турбина

Говоря простым языком, турбина — это турбомашина с одной рабочей частью. Эта часть известна как ротор, который также известен как вал или барабан с прикрепленными к нему лопастями.

#3. Форсунка

• Форсунка представляет собой тип устройства, которое изготовлено или предназначено для управления или управления направлением/характеристиками потока жидкости, существующего в закрытых камерах или трубах.
Форсунки
• часто используются для контроля расхода, массы, направления, скорости, формы и выходного давления пара.
• Скорость жидкости в сопле увеличивается за счет энергии давления.

#4. Газовый компрессор

Газовый компрессор — это устройство, или можно сказать, что это механическое устройство, которое увеличивает давление газа за счет уменьшения объема

. Компрессорный воздух — это не что иное, как особый тип компрессорного газа.

#5.

Коробка передач

Коробка передач — это тип трансмиссии. Эта трансмиссия представляет собой машину, состоящую из источника энергии и системы передачи мощности в коробке передач.

Обычно термин трансмиссия упоминается как коробка передач.

Коробка передач использовала зубчатые колеса и зубчатую передачу для создания или производства скорости и крутящего момента, которые преобразовывались от вращающегося источника энергии в другое или другое устройство.

Также прочтите: Механизм определения регулятора | Определение Изохронный | Уравнение скорости | Porter Governor Working

Преимущества и недостатки турбовального двигателя

Преимущества турбовального двигателя

• Турбовальный двигатель имеет простую конструкцию, что делает его надежным и простым в обслуживании по сравнению с поршневыми двигателями.
• Турбовальный вал прост в управлении
• Компрессор имеет доступный запас воздуха
• Показатель удельного веса ниже.
• Расход масла в турбовальных двигателях очень низкий.

Недостатки турбовальных двигателей

• Требование большой мощности при запуске.
• Стоимость изготовления турбовального двигателя очень высока.
• Когда турбовальный двигатель работает на низком уровне воздуха, расход топлива высок.
• Поскольку турбовальный двигатель имеет низкий уровень мощности, возникают неэффективные операции.

Также прочтите: Как работает турбовентиляторный двигатель? | Турбовентиляторный двигатель | Турбовентиляторный двигатель на продажу

---

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Турбовальный двигатель

Турбовальный двигатель — это вариант реактивного двигателя, оптимизированный для создания мощности на валу для привода механизмов вместо создания тяги.

Турбовальный двигатель

Турбовальный двигатель представляет собой разновидность газовой турбины, оптимизированной для создания мощности на валу, а не реактивной тяги. Концептуально турбовальные двигатели очень похожи на турбореактивные, с дальнейшим расширением турбины для извлечения тепловой энергии из выхлопных газов и преобразования ее в мощность на валу.

Мини турбовальный двигатель

Малые турбинные двигатели Производственное подразделение PBS AEROSPACE является производителем авиационных турбореактивных двигателей. Эти двигатели используют энергию, вырабатываемую непрерывным сжиганием смеси топлива и сжатого воздуха.

Как работает турбовальный двигатель?

Как вариант газовой турбины, турбовальные двигатели очень похожи на турбореактивные двигатели. Принцип работы идентичен: атмосферные газы всасываются на входе, сжимаются, смешиваются с топливом и сгорают, а затем расширяются через турбину, приводящую в действие компрессор.

---

Как работают вертолетные двигатели? Ваш полный путеводитель — учитель-пилот

Нет сомнений, что вертолеты — это невероятный образец инженерной мысли, но без двигателей они были бы бесполезны. Наличие легкого, мощного, экономичного и надежного двигателя имеет первостепенное значение для его успешной работы на вертолете.

Вертолетные двигатели могут быть как поршневыми, так и газотурбинными турбовальными. Воздух всасывается, сжимается, смешивается с топливом, воспламеняется, затем быстрое расширение газа используется для вращения приводного вала, который подается на главную трансмиссию. Двигатели работают на бензине (Avgas) или керосине (Jet A1).

Размер вертолета определяет тип двигателя и количество используемых двигателей. У каждого типа двигателей есть свои плюсы и минусы, но оба типа тщательно спроектированы и тщательно протестированы, чтобы гарантировать, что они соответствуют самым высоким стандартам качества. Если бы они этого не сделали, я бы ни за что не привязал свою задницу к одному из них!

Давайте посмотрим на эти различные типы силовых установок для вертолетов…

Типы вертолетных двигателей

Как было кратко упомянуто, существует два типа вертолетных двигателей:

1. Поршневой или поршневой двигатель
2. Газотурбинный турбовальный двигатель

В этой статье будет подробно рассказано о каждом типе двигателя, о том, как он работает, о компонентах, обеспечивающих его работу, и о том, как он приводит в движение вертолет.

Поршневые вертолетные двигатели:

Cabri by Guimbal — популярный тренировочный вертолет с поршневым двигателем. 1135 кг). До развития газотурбинных технологий поршневые двигатели использовались в более крупных вертолетах, таких как ранняя модель Westland Whirlwind HAR.5 19-го века.50-е годы.

Современные вертолетные поршневые двигатели обычно имеют 4 или 6 цилиндров, горизонтально-оппозитные конструкции, работающие на авиационном бензине, более известном как Avgas. Они невероятно надежны, но тяжелы по сравнению с мощностью, которую они создают. По этой причине они ограничены вертолетами меньшего размера.

Как работают поршневые вертолетные двигатели?

Поршневой двигатель вертолета очень похож на двигатель вашего автомобиля. Воздух всасывается в двигатель через карбюратор или воздухозаборник для моделей с впрыском топлива. Этот тип двигателя представляет собой 4-тактный двигатель, который имеет 4 ступени работы.

После запуска двигателя:

1. Впускная ступень — Когда каждый поршень в соответствующем цилиндре опускается коленчатым валом, клапан (впускной клапан) в верхней части цилиндра открывается, и воздух всасывается в цилиндр вместе с распыляемым топливом — оба измеряются для обеспечения оптимального соотношения топлива и воздуха.
   
2. Ступень сжатия – Как только поршень достигает дна цилиндра, он начинает подниматься вверх по цилиндру. В этот момент впускной клапан закрывается и герметизирует цилиндр. Это приводит к тому, что топливно-воздушная смесь становится все более сжатой по мере подъема поршня.
   
3. Силовой агрегат — Как только поршень достигает верхней точки своего хода, срабатывает свеча зажигания и поджигает взрывоопасную топливно-воздушную смесь. Это заставляет газ быстро расширяться и резко увеличивать его давление, заставляя поршень возвращаться в цилиндр.
   
4. Ступень выхлопа — Поршень достигает дна, и инерция, а также работа других цилиндров заставляют коленчатый вал продолжать вращаться, и поршень начинает подниматься вверх по цилиндру. В этот момент открывается другой клапан (выпускной клапан), позволяющий отработанному газу выйти из цилиндра. Когда поршень достигает верхней точки своего хода, выпускной клапан закрывается, и цилиндр готов к следующему циклу.

Анимация Автор Zephyris

Анимация, которую вы видите, это всего лишь один из 4 или 6 цилиндров, составляющих типичный вертолетный двигатель. Другое отличие состоит в том, что цилиндры расположены горизонтально, а коленчатый вал проходит через середину блока цилиндров. Это позволяет двигателю быть компактным и легко охлаждаемым, поскольку конструктору вертолета легче поместить верхние части цилиндров в воздушный поток.

Деталь двигателя Robinson R22 – Источник: Hengist

На этом изображении вы можете видеть две правые крышки цилиндров (квадраты бронзового цвета) этого двигателя Lycoming O-360 мощностью 180 л.с., мощность которого снижена до 145 л.с. Чтобы создать достаточный поток охлаждающего воздуха, Фрэнк Робинсон (первоначальный конструктор этого вертолета) создал этот кожух вентилятора, который втягивает воздух из большого круглого воздухозаборника, проходит через вентилятор с короткозамкнутым ротором с приводом от двигателя, а затем дует через цилиндры в Держите их в прохладе, особенно когда вертолет зависает и нет потока воздуха от прямого полета.

Коленчатый вал от четырех поршней затем соединяется с системой привода вертолета.

Как поршневой двигатель вертолета приводит в движение трансмиссию?

После запуска двигателя его карданный вал сразу же начинает вращаться. Основная проблема здесь заключается в том, что заставить систему несущего винта вращаться сразу после запуска двигателя было бы слишком большим сопротивлением двигателю, и он не запустился бы.

Итак, чтобы двигатель мог легко запуститься, главный привод вертолета отключается от двигателя до тех пор, пока пилот не активирует систему привода-включения.

Основным способом соединения поршневого вертолета с системой привода вертолета является ременная передача.

Шкив с желобками соединен с двигателем, а второй шкив с желобками соединен с первичным карданным валом коробки передач. Когда вертолет стартует, клиновые ремни ослаблены, что позволяет шкиву двигателя вращаться, не приводя в движение клиновые ремни.

Трансмиссия и сцепление Robinson R22 — Источник: ATSB

После запуска двигателя пилот активирует систему «Drive-Engagement» с помощью переключателя на приборной панели. На поршневых вертолетах есть несколько различных систем натяжения ремня, но все они выполняют одну и ту же работу.

Затем система начнет натягивать клиновые ремни, либо активируя двигатель и редуктор для отталкивания двух шкивов друг от друга, тем самым натягивая клиновые ремни, либо с помощью электрического линейного привода, который перемещает натяжной шкив и натягивает клиновые ремни.

Натяжение промежуточного шкива на вертолете Schweizer 269

После активации система остается заблокированной, чтобы поддерживать правильное натяжение ремней. Некоторые системы, например, на вертолетах Robinson, контролируют натяжение ремня и автоматически регулируют шкивы в полете для поддержания надлежащего натяжения.

После того, как пилот приземлится в конце полета, он деактивирует систему натяжения с помощью переключателя, и двигатель снимет натяжение с клиновых ремней, что позволит выключить двигатель, в то время как основной ротор все еще раскручивается.

Ваш интерес:

Хотите стать пилотом

Любитель авиации

Компоненты поршневого вертолетного двигателя

Многие поршневые двигатели, используемые в современных вертолетах, очень похожи по конструкции. Они бывают либо карбюраторными, либо топливными, в зависимости от модели вертолета.

Вот основные компоненты типичного поршневого двигателя вертолета:

Блок двигателя

Состоит из 4 или 6 цилиндров, в зависимости от модели, установленных под углом 180° друг к другу, известных как «горизонтально противоположные».

На изображении, которое вы видите, изображен поршневой авиационный двигатель Lycoming O-360. Этот установлен на самолете Piper PA-28, но он такой же, как и на вертолетах серии Robinson R22 Beta II. Это изображение дает отличный вид на его расположение.

Авиационный двигатель Lycoming серии O-360

Коленчатый вал проходит через середину блока цилиндров, так же, как распределительные валы, приводящие в действие впускные и выпускные клапаны. Вместо места соединения винта с валом в вертолетах соединяется клиновидный шкив. Две трубки, идущие к каждому цилиндру, представляют собой толкатели, которые открывают и закрывают впускные и выпускные клапаны, а ребра, которые вы видите на концах цилиндров, предназначены для предоставления каждому цилиндру максимальной площади поверхности для охлаждения.

Стартер

Делает именно то, на что похоже. Когда пилот поворачивает ключ зажигания в положение «Пуск» или нажимает кнопку «Пуск», двигатель стартера выдвигает зубчатую шестерню и начинает ее вращение с очень высоким крутящим моментом.

На изображении выше вы можете видеть зубья, окружающие край большого маховика. Именно с этими зубцами сцепляется стартер, и они проворачивают двигатель. Стартер скрыт от глаз в дальней правой части двигателя.

После запуска двигателя пилот отпускает кнопку или ключ, и стартер отводит свою шестерню от маховика и прекращает вращение. Стартер больше не требуется до конца полета.

Генератор

Генератор приводится в движение небольшим клиновым ремнем от основного коленчатого вала. Генератор можно увидеть слева внизу от пропеллера на фотографии выше. Работа генератора переменного тока заключается в выработке электроэнергии постоянного тока, как только коленчатый вал двигателя начинает вращаться.

Электроэнергия, которую он вырабатывает, используется для питания всех фонарей самолета, радиоприемников, GPS, приборов и любых электрических систем, таких как система включения привода, также называемая «муфтой».

Вторая задача генератора — заряжать аккумулятор. После каждого запуска двигателя напряжение аккумуляторной батареи снижается. Чтобы аккумулятор не разряжался со временем и чтобы вертолет можно было каждый раз запускать, генератор заряжает аккумулятор во время полета.

Магнето

Магнето — это электрическое устройство с приводом от двигателя, используемое для подачи энергии на свечи зажигания, чтобы заставить их искриться. На двигателе вертолета два магнето, и каждое работает независимо от другого.

В каждом цилиндре две свечи зажигания. Одно магнето подает энергию на одну свечу зажигания в каждом цилиндре, а второе магнето подает энергию на другую свечу зажигания в цилиндрах. Думайте об этом как о наборе верхних свечей зажигания и наборе нижних свечей зажигания. Одно магнето питает верхние заглушки, другое — нижние заглушки.

Lycoming 6 Cylinder Aircraft Engine – Оригинальный источник: Triple-Green

Наличие двух независимых систем обеспечивает резервирование. Если одна из них выйдет из строя, другая система сможет поддерживать работу двигателя, хотя и не так эффективно, но достаточно, чтобы вернуть вертолет домой с немного сниженной мощностью.

Преимущество магнето в том, что пока двигатель вращается, они производят энергию искры. Они не требуют какого-либо другого внешнего воздействия, что делает их отличными устройствами, поскольку они все равно будут продолжать работать, даже если в самолете произойдет полный электрический отказ.

Обогрев карбюратора

В безнаддувных вертолетных двигателях используется карбюратор для смешивания топлива и воздуха в правильном соотношении перед тем, как они попадут в цилиндры для сгорания. Когда вертолету требуется больше мощности, дроссельная заслонка карбюратора открывается, и всасывание от такта впуска цилиндров всасывает больше воздуха, таким образом, эффект Вентури на топливопроводе также втягивает больше топлива.

Больше воздуха и топлива = больше взрыва = больше мощности

Когда воздух проходит через карбюратор, он естественным образом охлаждается в рамках процесса Вентури и может охлаждаться на целых 20°C. Проблема с самолетами в том, что когда они набирают высоту, температура окружающего воздуха становится ниже. Как только самолет начинает поглощать холод, в карбюраторе может начать образовываться влажный воздушный лед. Оставленный строиться, лед начнет закрывать щель, используемую для заглатывания воздуха, лишать двигатель воздуха и выключать его — нехорошо!

Деталь нагрева карбюратора Robinson R22 — Оригинальный источник: Hengist

Чтобы преодолеть это, простой совок собирает горячий воздух вокруг выхлопной трубы двигателя и направляет его к воздухозаборнику карбюратора. Это увеличивает температуру воздуха, поступающего в карбюратор, и может либо предотвратить образование льда, либо помочь растопить лед.

Система обогрева карбюратора контролируется пилотом по датчику температуры. Желтая дуга указывает, когда температура оптимальна для обледенения карбюратора.

Система активируется нажатием рычага в кабине, чтобы направить теплый воздух в карбюратор.

Воздушная система обогрева карбюратора используется перед любым изменением мощности, так как более теплый воздух, поступающий в двигатель, снижает мощность, которую он производит.

За 1 минуту – 30 секунд до уменьшения мощности, руководство по летной эксплуатации рекомендует активировать систему, чтобы растопить лед до того, как дроссельная заслонка начнет закрываться, когда пилот уменьшит мощность. При наличии льда зазор между дроссельной заслонкой и стенкой карбюратора может быть полностью перекрыт при закрытии клапана — это приведет к остановке двигателя.

Простая система, которая хорошо работает при правильном использовании пилотом. Многие пилоты погибли из-за обледенения карбюратора, когда они забыли активировать систему перед снижением мощности, и их двигатель заглох из-за недостатка воздуха.

Система впрыска топлива

Для увеличения мощности двигателя многие вертолетные двигатели оснащены системой впрыска топлива, а не карбюраторной системой. Одним из основных преимуществ системы впрыска топлива является то, что она помогает устранить любые проблемы с обледенением карбюратора, потому что карбюратора нет!

Впрыск топлива — это именно то, на что это похоже. Это система, которая впрыскивает топливо непосредственно в каждый цилиндр. Топливо дозируется и впрыскивается в нужное время в 4-тактном цикле через топливную форсунку, которая распыляет топливо по мере его подачи.

Система использует топливный насос для повышения давления топлива, поступающего из бака. Затем он проходит через клапан, который также связан с впускным клапаном, поэтому, когда пилоту требуется больше мощности, он открывает как впускной, так и топливный клапаны, чтобы позволить большему количеству воздуха и топлива пройти в двигатель.

Затем топливо направляется в распределительный блок, который направляет его в нужный цилиндр в нужное время. Воздух по-прежнему поступает в каждый цилиндр через впускной клапан. Вместо того, чтобы смешивать воздух и топливо в карбюраторе, смесь теперь смешивается непосредственно в цилиндре.

Поскольку топливо измеряется и дозируется, повышенная производительность и эффективность могут быть достигнуты с помощью электронных систем для контроля и управления подачей топлива в каждый цилиндр.

---

Газотурбинные вертолетные двигатели

Леонардо AW101 имеет 3 газотурбинных двигателя – Источник: Марк Харкин

Газотурбинный двигатель является двигателем вертолета. Легкая, компактная конструкция и высокая выходная мощность делают их идеальными для установки на вертолете. Но они недешевы! Даже самые маленькие начинаются с той же цены, что и целый вертолет с поршневым двигателем!

Тип газотурбинного двигателя, используемого в вертолетах, называется газотурбинным турбовальным двигателем, и это означает, что он использует мощность двигателя, а затем передает эту мощность на приводной вал, который вертолет затем может использовать для привода системы трансмиссии.

Вертолеты могут иметь 1, 2 или даже 3 газотурбинных двигателя в зависимости от их веса и конструкции. Давайте посмотрим…

Как работают газотурбинные вертолетные двигатели?

В вертолетах используются два типа газотурбинных двигателей.

1. Первая серия — это серия Allison, в которой используется конструкция с реверсивным воздушным потоком:

Воздух втягивается спереди, направляется в заднюю часть двигателя, затем проходит через середину двигателя, а затем выбрасывается из вершина. Этот тип двигателя очень распространен на вертолетах Bell.

Bell 206 Jet Ranger с двигателем с обратным потоком – Источник: James

2. Второй тип газовой турбины представляет собой прямоточный воздушный поток и используется более широко:

Воздух поступает через впускное отверстие и движется непосредственно через двигатель перед выходом сзади.

Leonardo AW189 имеет двигатели сквозного типа – Источник: Адриан Пингстоун

Оба двигателя используют один и тот же принцип работы, но отличаются физическим расположением их компонентов.

Газотурбинные двигатели работают, втягивая воздух в переднюю часть двигателя с помощью компрессора. Большинство турбовальных вертолетных двигателей имеют двухступенчатый компрессор. Это сжимает воздух, нагревает его и увеличивает его скорость.

Затем сжатый воздух направляется в камеру сгорания, где он смешивается с распыленным топливом для реактивных двигателей и воспламеняется. Как только двигатель работает, огненный шар обеспечивает самоподдержание двигателя, обеспечивая поступление топлива.

Газ быстро расширяется и проталкивается через турбину(и) газогенератора. Они вращаются в потоке воздуха и подключаются к компрессору в передней части двигателя. Это заставляет компрессор вращаться, чтобы подавать больше воздуха, чтобы двигатель работал.

После прохождения через турбину газогенератора газы проходят через силовую турбину/турбины. Силовые турбины не связаны ни с чем в двигателе, кроме коробки передач, которая питает приводной вал, который используется для привода трансмиссии вертолета. Вот где запрягается сила.

После прохождения через силовую турбину(ы) газ выходит из выхлопной трубы вертолета.

Турбовальный двигатель Arriel 1D1 от Airbus AS350 Astar

При постоянном добавлении топлива двигатель питается сам и продолжает работать в бесконечном цикле. Если требуется больше мощности, добавляется больше топлива, что приводит к более сильному взрыву, который быстрее вращает турбину газогенератора, которая быстрее вращает компрессор, втягивая больше воздуха для смешивания с увеличенным количеством топлива.

Больше воздуха и топлива = больше взрыва = больше мощности

Как газотурбинный двигатель вертолета приводит в движение трансмиссию?

В зависимости от конструкции двигателя будет зависеть способ использования мощности двигателя. В некоторых турбовальных двигателях силовая турбина соединена с коробкой передач, которая приводит в движение приводной вал, или некоторые могут выводить приводной вал из передней или задней части центральной линии двигателя, который затем можно вставить в коробку передач, установленную на двигатель.

На приведенной ниже схеме силовая турбина соединяется с редуктором сразу за силовой турбиной. Доступ к приводу (оранжевый) возможен как спереди, так и сзади этого двигателя.

На приведенной ниже схеме силовые турбины направляют карданный вал через центр двигателя, а редуктор расположен в передней части двигателя. Доступ к приводу (оранжевый) возможен только со стороны передней части двигателя:

После доступа к приводу двигателя остается только установить приводной вал между двигателем и главной трансмиссией вертолета. Когда используются два двигателя, они устанавливаются рядом, и каждый карданный вал входит в любую сторону главной передачи.

В отличие от вертолетов с поршневым двигателем, вертолеты с газотурбинным двигателем не нуждаются в системе сцепления для отделения двигателя от трансмиссии. Газовые турбины позволяют двигателю запускаться и начинать вращение без вращения системы несущего винта, потому что силовые турбины известны как свободные турбины.

Несмотря на то, что остальные компоненты двигателя вращаются, силовая турбина (турбины) соединена только напрямую с главной трансмиссией и будет вращаться только тогда, когда поток газа через них станет достаточно мощным, чтобы преодолеть сопротивление трансмиссии. При первом запуске двигателя поток газа через силовую турбину (турбины) имеет небольшой объем, воздух просто проходит через лопатки силовой турбины, не воздействуя на них.

По мере увеличения оборотов двигателя во время запуска объем воздуха, проходящего через силовую турбину, увеличивается, и при скорости вращения двигателя около 25% поток газа будет достаточно сильным, чтобы начать вращение силовой турбины, которая затем приводит в движение трансмиссию, который, в свою очередь, приводит в движение основной и хвостовой винты.

Компоненты газотурбинного вертолетного двигателя

Хотя газотурбинные двигатели выглядят сложными, их работа довольно проста. Компоненты, из которых состоит газотурбинный двигатель, спроектированы с очень жесткими допусками, чтобы выдерживать огромные скорости и температуры, при которых работают эти машины.

Для этого объяснения мы рассмотрим двигатель Arriel 1D1, который приводит в действие AS350 B2 Astar. Это тот, на котором я сейчас летаю, и у меня есть много фотографий, которые помогут объяснить. Начнем с передней части двигателя и пройдем дальше:

Компрессоры

Большинство газотурбинных вертолетных двигателей состоят из пары компрессоров в самой передней части двигателя. Первый компрессор осевой компрессор. Работа этого компрессора заключается в том, чтобы всасывать воздух и увеличивать его давление и скорость. Он также сглаживает воздушный поток, готовый к его входу во второй компрессор — центробежный компрессор.

Затем центробежный компрессор снова увеличивает давление воздуха и повышает его температуру, прежде чем он попадет в камеру сгорания.

Оба компрессора смонтированы на одном валу и вращаются вместе как единое целое. Их скорость контролируется турбиной газогенератора (подробнее об этом позже).

Выпускной клапан

Выпускной клапан расположен в верхней части двигателя между осевым и центробежным компрессорами.

Компрессоры двигателя рассчитаны на работу с максимальной эффективностью при высоких оборотах. Во время запуска и настройки низкой мощности воздух, проходящий через компрессоры, очень медленный и может вызвать аэродинамическую остановку лопастей ротора компрессора.

Для предотвращения остановки выпускной клапан удерживается в открытом положении пружиной, чтобы разгрузить компрессор при запуске двигателя, ускорении и режимах малой мощности. Благодаря этому компрессор ощущает меньше ограничений и работает более эффективно. По мере увеличения оборотов двигателя клапан закрывается за счет давления воздуха, создаваемого двигателем. Это полностью автоматическая система, и она работает очень хорошо.

Камера сгорания

После подготовки воздуха компрессорами он поступает в камеру сгорания, где из двух топливных форсунок дозируется распыленное реактивное топливо.

При запуске двигателя топливно-воздушная смесь воспламеняется двумя свечами зажигания. Как только двигатель достигает примерно 45% своих рабочих оборотов в минуту, огненный шар в камере сгорания становится самоподдерживающимся. В этот момент свечи зажигания выключаются до конца полета. При условии, что топливо продолжает поступать в камеру сгорания, огненный шар будет гореть.

При воспламенении топливно-воздушной смеси ее объем быстро увеличивается, и единственный путь для ее выхода — к задней части двигателя.

Блок управления подачей топлива

Блок управления подачей топлива расположен в передней нижней части двигателя и приводится в действие дополнительной коробкой передач двигателей. Топливо поступает в блок управления от подпорных насосов, расположенных в топливном баке вертолета. Блок управления подачей топлива сам по себе является сложным сердцем двигателя, но я постараюсь сделать его простым для понимания!

Блок управления подачей топлива работает по двум требованиям:

1. Рычаг управления подачей топлива (верхняя тяга) – используется для запуска и разгона двигателя до полетных оборотов. При достижении оборотов в минуту рычаг остается в этом положении до конца полета.
2. Коллектив — это то, что пилот использует для подъема и спуска вертолета. По мере увеличения шага лопастей лопасти несущего винта создают большее сопротивление. Чтобы основной ротор вращался с оптимальной скоростью вращения 390 об/мин, требуется больше мощности. Общий рычаг соединен с органами управления полетом и блоком управления подачей топлива (нижняя тяга), чтобы запрашивать больше топлива для большей мощности и меньше топлива для меньшей мощности.

По мере дозирования топливо подается под давлением к двум топливным форсункам, установленным по бокам камеры сгорания.

Газогенератор

Турбина или турбины газогенератора, в зависимости от модели двигателя, устанавливаются непосредственно за камерой сгорания. Когда быстро расширяющийся газ пытается выйти из двигателя, он проходит через лопатки этой турбины.

Когда воздух проходит через турбину, он вращает ее. Работа газогенератора заключается в подаче в двигатель необходимого количества воздуха, чтобы соответствовать количеству топлива, запрошенному и подаваемому блоком управления подачей топлива.

Турбина(ы) газогенератора также установлена ​​на том же валу, что и два компрессора, так что чем больше топлива добавляется и грохот становится больше, тем больше воздуха проходит через газогенератор, вращая его быстрее, тем самым быстрее вращая компрессоры всосать больше воздуха. Это то, что делает двигатель самоподдерживающимся и представляет собой постоянный цикл, а не 4-ступенчатый цикл поршневого двигателя.

Силовая турбина

Здесь мощность двигателя используется для привода главной трансмиссии вертолета.

Силовая турбина не связана с компонентами двигателя перед ней. Это так называемая «свободная турбина». Так же, как принцип работы газогенератора, он использует поток воздуха, пробивающийся через него, чтобы вращать его. Некоторые газотурбинные двигатели могут иметь только одну силовую турбину, в то время как двигатели других конструкций могут иметь несколько турбин.

При низких оборотах двигателя расхода газа недостаточно для вращения силовой турбины. Это позволяет двигателю свободно запускаться без включения главной передачи, соединенной с двигателем. Когда поток воздуха достигает примерно 25% от его рабочих оборотов в минуту, потока воздуха через силовую турбину достаточно, чтобы преодолеть трение и сопротивление лопастей трансмиссии и несущего винта, и он начинает вращаться.

Когда силовая турбина начинает вращаться, она соединяется с валом, который входит в редуктор. Затем газ выходит из двигателя и выбрасывается в атмосферу.

Редуктор

Основная задача редуктора заключена в его названии. Число оборотов силовой турбины составляет около 46 000 об / мин, и его необходимо значительно снизить, чтобы создать 732 л.с., передаваемых на главную трансмиссию.

Поскольку редуктор изменяет частоту вращения выходного вала двигателя, он соединяется с главным выходным валом двигателя при более приличных оборотах 6000!

Главный выходной вал этого двигателя проходит под остальной частью двигателя, где он также проходит через дополнительный редуктор, установленный между двумя компрессорами. Как только он покидает переднюю часть вспомогательного редуктора, он соединяется с главной трансмиссией через гибкий карданный вал, установленный внутри «тормозной трубки», что позволяет двигателю и трансмиссии двигаться и вибрировать как единое целое.

Вспомогательный редуктор

Вспомогательный редуктор приводится от вала между двумя компрессорами. Его работа заключается в том, чтобы запускать все вспомогательное оборудование, необходимое для поддержания работы двигателя. Масляный насос, блок управления подачей топлива и стартер/генератор — это лишь некоторые из типичных устройств, устанавливаемых и приводимых в действие дополнительной коробкой передач.

---

Если вы предпочитаете более наглядное представление о том, как работает этот двигатель, посмотрите видео, которое я создал для вас:

---

Закончить

Независимо от размера, стоимости и сложности вертолетного двигателя, его назначение для обеспечения надежного питания, чтобы вертолет оставался работоспособным и безопасным.

Вертолетные двигатели с поршневым двигателем отлично подходят для небольших вертолетов, а поскольку они дешевле при покупке и эксплуатации, они идеально подходят для учебных вертолетов или частных владельцев.

Как только вертолеты становятся больше, мощность, необходимая для их управления, резко возрастает.