Czy wiedziałeś? Kiedy patrzymy na zdjęcia samolotów, pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy, może być malowanie lub skrzydła. Jednak prawdziwe wyznaczniki prędkości, zasięgu i liczby pasażerów samolotu leżą w „sercu” ukrytym pod skrzydłami lub wewnątrz kadłuba: silniku.
Turboodrzutowy, turbowentylatorowy, turbośmigłowy i turbowałowy-te cztery nazwy mogą wydawać się łamliwe, gdy zostaną wymienione razem. Jednak gdy zrozumiesz zależności między nimi, podstawowa logika stojąca za projektowaniem samolotów staje się natychmiast jasna. Rozbijmy to dzisiaj.
[Obraz]
Po pierwsze, pamiętaj o tej podstawowej koncepcji: te cztery typy silników należą do tej samej rodziny. Wszystkie działają w oparciu o zasadę turbiny gazowej. Mówiąc najprościej: powietrze jest zasysane → sprężone → wtryskiwane jest paliwo i spalane → gaz o-temperaturze i{3}}ciśnieniu pod wysokim ciśnieniem wprawia turbinę w ruch → spaliny są wyrzucane w celu wytworzenia ciągu. Wszystkie cztery mają dokładnie ten sam podstawowy proces.
Różnica polega na tym, w jaki sposób kierują one energię wytworzoną po spalaniu.
1
Silnik turboodrzutowy: oryginalna linia
Pełna nazwa brzmi „silnik turboodrzutowy” i był to pierwszy typ silnika odrzutowego, który osiągnął dojrzałość. Zasada działania jest najprostsza: całe powietrze podąża jedną ścieżką-sprężania, spalania i wydalania. Im szybciej spaliny są wydalane, tym większy ciąg.
W walce, w momencie, gdy pilot włącza dopalacz, ciąg może wzrosnąć od 30% do 100%; jednakże z tej możliwości można korzystać tylko przez krótki czas, ponieważ zużycie paliwa jest astronomicznie wysokie.
Największą zaletą silnika turboodrzutowego jest prędkość, dzięki czemu idealnie nadaje się do lotów na dużych-wysokościach i z dużą-prędkością. Jego największą wadą jest wysokie zużycie paliwa; wydajność jest szczególnie niska podczas lotu-z małą prędkością.
[Zdjęcie: Schemat ideowy konstrukcji silnika turboodrzutowego]
Czy ktoś kiedykolwiek zastanawiał się, czy byłoby możliwe dodanie dodatkowej warstwy powietrza wokół silnika-powietrza, które omija komorę spalania i jest po prostu wypychane przez wentylator w celu wytworzenia ciągu? Czy nie zaoszczędziłoby to paliwa?
I tak narodził się silnik turbowentylatorowy.
2
Silnik Turbofan: panujący mistrz
Silnik turbowentylatorowy można sobie wyobrazić jako silnik turboodrzutowy noszący „płaszcz powietrzny”. Duży wentylator jest zainstalowany przed oryginalnym silnikiem rdzeniowym. Gdy powietrze dostanie się do środka, rozdziela się na dwie ścieżki:
Niewielka część podąża centralną „starą ścieżką” (kanał wewnętrzny/rdzeń): sprężanie → spalanie → wydech → wytwarzanie ciągu.
Duża część podąża zewnętrzną „nową ścieżką” (kanał zewnętrzny/kanał obejściowy): przyspieszana jedynie przez wentylator → bezpośredni wydech → wytwarzanie ciągu (i większa oszczędność paliwa).
[Obraz]
Zasada działania kanałów wewnętrznych i zewnętrznych silnika turbowentylatorowego (przepływy rdzeniowe i obejściowe)
Klucz kryje się w jednej cyfrze: **współczynniku obejścia**. Jest to podstawowa koncepcja silników lotniczych-. W uproszczeniu jest to stosunek masy powietrza przepływającego kanałem zewnętrznym do masy powietrza przepływającego kanałem wewnętrznym.
Współczynnik obejścia zerowy → Silnik turboodrzutowy
Niski współczynnik obejścia (np. 0,2–0,3) → Dobra wydajność przy-prędkościach → Stosowany w myśliwcach
Wysoki współczynnik obejścia (np. 8–9 lub wyższy) → Bardzo-wysokie zużycie paliwa, niski poziom hałasu → Stosowany w cywilnych samolotach pasażerskich
Największe cywilne silniki turbowentylatorowe na świecie osiągają obecnie współczynniki obejściowe przekraczające 10. Innymi słowy, ciąg powietrza wytwarzający ciąg w wyniku spalania w rdzeniu silnika stanowi mniej niż jedną-całość; pozostałe 90% ciągu pochodzi z powietrza wypychanego przez ogromny wentylator. W tym właśnie tkwi sekret połączenia mocy i oszczędności paliwa.
[Obraz]
3
Silnik turbośmigłowy: „Herkules” transportu powietrznego
Wiele osób myli silniki turbośmigłowe ze-staroświeckimi silnikami tłokowymi. W rzeczywistości są zupełnie inni. W swojej istocie silnik turbośmigłowy jest zasadniczo silnikiem odrzutowym, ale przenosi większość mocy generowanej przez turbinę na zewnętrzne śmigło za pośrednictwem przekładni redukcyjnej.
Podstawowym źródłem napędu jest siła uciągu (ciąg), wytwarzana przez śmigło wprawiające powietrze w ruch, natomiast słaby strumień spalin z rury wydechowej pełni jedynie rolę pomocniczą. Krótko mówiąc, jeśli weźmiesz silnik turbowentylatorowy, wystawisz jego duży wentylator na zewnątrz i zmniejszysz jego prędkość obrotową, otrzymasz zasadniczo silnik turbośmigłowy.
[Obraz]
Silnik turbośmigłowy
Zaletą silnika turbośmigłowego jest jego niezwykle wysoka wydajność podczas lotu z małą-prędkością-. Paliwo jest jeszcze-jeszcze mniejsze niż turbowentylator. Przy prędkościach lotu poniżej 600 km/h silnik turbośmigłowy ma zdecydowaną przewagę.
Jego wady są również oczywiste: nie może latać zbyt szybko i generuje znaczny hałas. Rosyjski bombowiec Tu-95 wyposażony w silniki turbośmigłowe jest powszechnie nazywany „Niedźwiedziem”. Kiedy śmigło obraca się z dużą prędkością, jego końcówki przełamują barierę dźwięku, generując niesamowicie głośny dźwięk – podobno słyszalny z odległości nawet 20 kilometrów. Wysoka prędkość w połączeniu z ogłuszającym hałasem to tylko jedna strona medalu turbośmigłowego.
Obraz
Silnik turbośmigłowy AEP500
Samoloty turbośmigłowe szczególnie dobrze-nadają się do stosowania w samolotach transportowych, samolotach patrolowych i samolotach regionalnych o niskiej--średniej-prędkości. Nie wymagają dużych prędkości, ale priorytetowo traktują oszczędność paliwa, niskie koszty i minimalne wymagania dotyczące pasa startowego. Wiele samolotów turbośmigłowych może startować i lądować na krótkich, nieutwardzonych pasach-co jest niemożliwe w przypadku standardowych samolotów pasażerskich.
4
Silniki turbowałowe: zbudowane specjalnie dla helikopterów
Po omówieniu samolotów turbośmigłowych, turbowały są łatwe do zrozumienia. Podczas gdy silnik turbośmigłowy kieruje swoją moc na obrót śmigła, turbował kieruje go na obrót wirnika helikoptera.
Obraz
Silnik turbowałowy
Silniki turbowałowe posiadają kilka kluczowych cech:
Niezwykle wysoki stosunek mocy-do-masy-, są kompaktowe i lekkie, a jednocześnie zapewniają ogromną moc. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku helikopterów; każdy zaoszczędzony kilogram masy pozwala na uzyskanie dodatkowego kilograma ładunku.
Kompaktowa konstrukcja-zaprojektowana tak, aby zmieściła się w wąskim kadłubie helikoptera.
Regulowany kierunek wydechu-w przeciwieństwie do innych silników, które muszą odprowadzać spaliny do tyłu, ścieżkę wydechu można dostosować do konkretnego układu płatowca helikoptera.
Silniki turbośmigłowe i turbowały to zasadniczo dwa warianty tego samego silnika rdzeniowego. Producenci muszą po prostu zmodyfikować ostateczny mechanizm wyjściowy; ten sam silnik podstawowy może służyć jako silnik turbośmigłowy w-stałopłatach lub jako turbował w helikopterach. Przemysł lotniczy stosował tego rodzaju konstrukcje modułowe na długo zanim koncepcja ta stała się trendem.
Na koniec wyjaśnijmy relacje między czterema typami:
Turboodrzutowy: przodek; najczystsza forma. Oferuje najwyższe prędkości, ale zużywa najwięcej paliwa.
Turbofan: ulepszona wersja. Dodaje duży wentylator, aby zrównoważyć ciąg i oszczędność paliwa, co czyni go obecnym standardem branżowym.
Turbośmigłowy: wersja-oszczędna pod względem zużycia paliwa. Kieruje całą moc na śmigło, zapewniając doskonałą ekonomiczność przy niższych prędkościach.
Turbował: Wersja specjalistyczna. Przekształca moc na moc wyjściową wału, specjalnie do napędzania wirników helikopterów. Żaden z czterech typów silników nie jest z natury lepszy od pozostałych; każdy ma swoją własną arenę i swój własny sposób prosperowania.
