Вертолетный двигатель принцип работы: Турбовальный двигатель | Техника и человек

Содержание

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. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.

Привет!

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.

Двигатель вертолета. Фото. Видео. Определение.

 

 

Двигатель вертолета служит для вращения несущего винта. Если на вертолете имеется несколько несущих винтов, то они могут приводиться во вращение от одного общего двигателя или каждый от отдельного двигателя, но так, чтобы вращение винтов было строго синхронизировано.

Назначение двигателя на вертолете отличается от назначения двигателя на самолете, автожире, дирижабле, так как в первом случае он вращает несущий винт, посредством которого создает как тягу, так и подъемную силу, в остальных же случаях он вращает тянущий винт, создавая только тягу «ли силу реакции газовой струи (на реактивном самолете), также дающей только тягу.

Если на вертолете установлен поршневой двигатель, то в его конструкции должен быть учтен ряд особенностей, присущих вертолету.

 

Двигатель вертолета

 

Вертолет может летать при отсутствии поступательной скорости, т. е. висеть неподвижно относительно воздуха. В этом случае отсутствует обдув и охлаждение двигателя, водо-радиатора и маслорадиатора, в результате чего возможен перегрев двигателя и выход его из строя. Поэтому на вертолете целесообразней применять двигатель не водяного, а воздушного охлаждения, так как последний не нуждается в тяжелой и громоздкой системе жидкостного охлаждения, для которой на вертолете потребовались бы очень большие поверхности охлаждения.

Двигатель воздушного охлаждения, обычно устанавливаемый на вертолете в туннеле, должен иметь привод для вентилятора принудительного обдува, который обеспечивает охлаждение двигателя на режиме висения и при горизонтальном полете, когда скорость относительно невелика.

В этом же туннеле устанавливается маслорадиатор. Регулировка температуры двигателя и масла может осуществляться путем изменения величины входного или выходного отверстий туннеля при помощи подвижных заслонок, управляемых из кабины летчика вручную или автоматически.

Авиационный поршневой двигатель обычно имеет номинальное число оборотов порядка 2000 в минуту. Понятно, что полное число оборотов двигателя на винт передавать нельзя, так как при этом концевые скорости лопастей будут настолько велики, что вызовут возникновение скоростного срыва потока. Из этих соображений число М на концах лопастей должно быть не более 0,7—0,8. Кроме того, при больших центробежных силах несущий винт был бы тяжелой конструкции.

Подсчитаем, какова величина максимально допустимых оборотов несущего винта диаметром в 12 м, при которых число М концов лопастей не превышает 0,7 для высоты полета в 5000 м при скорости полета в 180 км/час,

 

Двигатель вертолета

 

Итак, двигатель для вертолета обязательно должен иметь редуктор с высокой степенью редукции.

На самолете двигатель всегда жестко соединен с винтом. Прочный, малого диаметра цельнометаллический винт легко выдерживает рывки, сопровождающие запуск поршневого двигателя, когда он резко набирает несколько сот оборотов. Винт вертолета, имеющий большой диаметр, далеко разнесенные от оси вращения массы п, следовательно, большой момент инерции, не рассчитан на резкие переменные нагрузки в плоскости вращения; при запуске может произойти повреждение лопастей от пусковых рывков.

Поэтому необходимо, чтобы в момент запуска несущий винт вертолета был отсоединен от двигателя, т. е. двигатель должен запускаться вхолостую, без нагрузки. Обычно это осуществляется введением в конструкцию двигателя фрикционной и кулачковой муфт.

Перед запуском двигателя муфты должны быть выключены, при этом вращение вала двигателя на несущий винт не передается.

Однако без нагрузки двигатель может развить очень большие обороты (дать раскрутку), которые вызовут его разрушение. Поэтому при запуске до включения муфт нельзя полностью открывать дроссельную заслонку карбюратора двигателя и превышать установленное число оборотов.

 

Двигатель вертолета

 

Когда двигатель уже запущен, необходимо соединить его с несущим винтом посредством фрикционной муфты.

В качестве фрикционной муфты может служить гидравлическая муфта, состоящая из нескольких металлических дисков, покрытых материалом, обладающим высоким коэффициентом трения. Часть дисков соединена с валом редуктора двигателя, а промежуточные диски соединены с приводом главного вала к несущему винту. До тех пор, пока диски не сжаты, они свободно проворачиваются относительно друг друга. Сжатие дисков осуществляется поршнем. Подача масла с высоким давлением под поршень заставляет поршень передвигаться и постепенно сжимать диски. При этом крутящий момент от двигателя передается на винт постепенно, плавно раскручивая винт.

Счетчики оборотов, установленные в кабине, показывают числа оборотов двигателя и винта. Когда обороты двигателя и винта равны, это означает, что диски гидравлической муфты плотно прижаты друг к другу и можно считать, что муфта соединена по типу жесткого сцепления. В этот момент может быть плавно (без рывков) включена кулачковая муфта.

Наконец, для обеспечения возможности самовращения, несущего винта надо, чтобы винт автоматически отключался от двигателя. До тех пор, пока двигатель работает и вращает винт, кулачковая муфта находится в зацеплении. При отказе же двигателя его обороты быстро уменьшаются, но несущий винт некоторое время по инерции продолжает вращение с тем же числом оборотов; в этот момент кулачковая муфта выходит из зацепления.

Несущий винт, отсоединенный от двигателя, может продолжать затем вращение на режиме самовращения.

Полет на режиме самовращения с учебными целями производится при выключенном двигателе или при работающем двигателе, в последнем случае обороты его уменьшаются настолько, чтобы винт (с учетом редукции) делал большее число оборотов, чем коленчатый вал двигателя.

После посадки вертолета обороты двигателя сначала уменьшаются, выключается муфта сцепления, а затем останавливается двигатель. При стоянке вертолета винт всегда должен быть заторможен, иначе он может начать вращаться от порывов ветра.

 

Двигатель вертолета

 

Мощность двигателя вертолета расходуется на преодоление сопротивления вращения несущего винта, на вращение рулевого винта (6—8%), на вращение вентилятора (4—6%) и на преодоление потерь в трансмиссии (5—7%).

Таким образом, несущий винт использует не всю мощность двигателя, а только часть ее. Использование винтом мощности двигателя учитывается коэффициентом, который показывает, какую часть мощности двигателя использует несущий винт. Чем выше этот коэффициент, тем более совершенна конструкция вертолета. Обычно = 0,8, т. е. винт использует 80 % мощности двигателя:

Мощность поршневого двигателя зависит от весового заряда воздуха, всасываемого в цилиндры, или от плотности окружающего воздуха. В связи с тем, что с поднятием на высоту плотность окружающего воздуха уменьшается, постоянно падает также мощность двигателя. Такой двигатель носит название невысотного. С поднятием на высоту 5000—6000 м мощность такого двигателя уменьшается примерно вдвое.

Для того чтобы до определенной высоты мощность двигателя не только падала, а даже увеличивалась, на магистрали всасывания воздуха в двигатель ставят нагнетатель, повышающий плотность всасываемого воздуха. За счет нагнетателя мощность двигателя до определенной высоты, называемой расчетной, возрастает, а затем падает так же, как у невысотного.

Нагнетатель приводится во вращение от коленчатого зала двигателя. Если в передаче от коленчатого вала к нагнетателю имеются две скорости, причем при включении второй скорости увеличиваются обороты нагнетателя, то с поднятием на высоту можно дважды обеспечивать повышение мощности. Такой двигатель имеет уже две расчетные высоты.

На вертолетах, как правило, устанавливаются двигатели с нагнетателями.

Агрегаты техники

Авиационные газотурбинные двигатели / Хабр

Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

Авиационные ГТД можно можно разделить на:

  • турбореактивные двигатели (ТРД)
  • двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)
  • Турбовинтовые двигатели (ТВД)
  • Турбовальные двигатели (ТВаД)

Притом, ТРД и ТРДД могут содержать в себе форсажную камеру, в таком случае они будут ТРДФ и ТРДДФ соответственно. В этой статье мы их рассматривать не будем.

Начнём с турбореактивных двигателей.

Турбореактивные двигатели


Такой тип двигателей был создан в первой половине 20-го века и начал находить себе массовое применение к концу Второй мировой войны. Первым в мире серийным турбореактивным самолетом был немецкий Me.262. ТРД были популярны вплоть до 60-ых годов, после чего их стали вытеснять ТРДД.


Современная фотография Me-262, сделанная в 2016 году

Самый простой турбореактивный двигатель включает в себя следующие элементы:

  • Входное устройство
  • Компрессор
  • Камеру сгорания
  • Турбину
  • Реактивное сопло (далее просто сопло)

Можно сказать, что это минимальный набор для нормальной работы двигателя.

А теперь рассмотрим что для чего нужно и зачем.

Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие. В нём кинетическая энергия входящего воздуха частично преобразуется в давление.

*здесь и дальше мы будем говорить про дозвуковые скорости. На сверхзвуковой скорости физика меняется, и там все совсем не так.

Компрессор — это устройство, в котором происходит повышение давление воздуха. Компрессор можно характеризовать такой величиной, как степень повышения давления. В современных двигателях оно уже начинает переступать за 40 единиц. Кроме того, в нем увеличивается температура (может быть, где-то до 400 градусов Цельсия).

Камера сгорания — устройство, в котором к сжатому воздуху (после компрессора) подводится тепло из-за горения топлива. Температура в камере сгорания очень высокая, может достигать 2000 градусов Цельсия. Вам может показаться, что давление газа в камере тоже сильно увеличивается, но это не так. Теоретически принято считать, что подвод тепла осуществляется при постоянном давлении. В реальности оно немного падает из-за потерь (проблема несовершенства конструкции).

Турбина — устройство, превращающее часть энергии газа после камеры сгорания в энергию привода компрессора. Так как турбины используются не только в авиации, можно дать более общее определение: это устройство, преобразующее внутреннюю энергию рабочего тела (в нашем случае рабочее тело — это газ) в механическую работу на валу. Как вы могли понять, турбина и компрессор находятся на одном валу и жестко связаны между собой. Если в компрессоре происходит повышение давления газа, то в турбине, наоборот, понижение, то есть газ расширяется.

Сопло — суживающийся канал, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую (оставшийся запас энергии газа после турбины). Как и в турбине, в сопле происходит расширение газа. Образуется струя, которая, вытекая из сопла, движет самолёт.

С основными элементами разобрались. Но все равно не очень понятно как оно работает? Тогда давайте ещё раз и коротко.

Воздух из атмосферы попадает во входное устройство, где немного сжимается и поступает в компрессор. В компрессоре давление воздуха растёт ещё сильнее, растёт и температура. После компрессора воздух поступает в камеру сгорания и, смешиваясь там с топливом, воспламеняется, что приводит к сильному возрастанию температуры, при, можно сказать, постоянном давлении. После камеры сгорания горячий сжатый газ попадает в турбину. Часть энергии газа расходуется на вращение компрессора турбиной (чтобы он мог выполнять свою функцию, описанную выше), другая часть энергии расходуется на, нужное нам, движение самолёта, из-за того, что газ, пройдя турбину, превращается в реактивную струю в сопле и вырывается из него (сопла) в атмосферу. На этом цикл завершается. Конечно, в реальности все процессы цикла проходят непрерывно.

Такой цикл называется циклом Брайтона, или термодинамическим циклом с непрерывным характером рабочего процесса и подводом тепла при постоянном давлении. По такому циклу работают все ГТД.


Цикл Брайтона в P-V координатах

Н-В — процесс сжатия во входном устройстве
В-К — процесс сжатия в компрессоре
К-Г — изобарический подвод тепла
Г-Т — процесс расширения газа в турбине
Г-С — процесс расширения газа в сопле
С-Н — изобарический отвод тепла в атмосферу


Схематичная конструкция турбореактивного двигателя, где 0-0 — ось двигателя

ТРД может иметь и два вала. В таком случае компрессор состоит из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), а подвод работы будут осуществлять турбина низкого давления (ТНД) и турбина высокого давления (ТВД) соответственно. Такая схема более выгодная газодинамически.


Реальный двигатель такого вида в разрезе

Мы рассмотрели принцип работы самой простой схемы авиационного газотурбинного двигателя. Естественно, на современных «Эйрбасах и Боингах» устанавливаются ТРДД, конструкция которых заметно сложнее, но работает все по таким же законам. Давайте рассмотрим их.

Двухконтурный турбореактивный двигатель


ТРДД, прежде всего, отличается от ТРД тем, что имеет два контура: внешний и внутренний. Внутренний контур содержит в себе то же самое, что и ТРД: компрессор (разделенный на КНД и КВД), камеру сгорания, турбину (разделенную на ТВД и ТНД) и сопло. Внешний контур представляет собой канал, с соплом в конце. В нем нет ни камеры сгорания, ни турбины. Перед обоими контурами (сразу после входного устройства двигателя) стоит ступень компрессора, работающая на оба контура.

Не очень понятная картина выходит, да? Давайте разберемся как оно работает.


Схематичная конструкция двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя

Воздух, попадающий в двигатель, пройдя через первую ступень компрессора низкого давления, разбивается на два потока. Одна часть воздуха идет по внутреннему контуру, где происходят те же процессы, которые были описаны, когда мы разбирали ТРД. Вторая часть воздуха попадает во внешний контур, получив энергию от первой ступени КНД (та, которая работает на два контура). Во внешнем контуре энергия воздуха тратится только на преодоление гидравлических потерь (за счёт трения). В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу. Тяга, созданная внешним контуром, может составлять 80% тяги всего двигателя.

Одной из важнейших характеристик ТРДД является степень двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внешнем контуре, к расходу воздуха во внутреннем контуре. Это число может быть как больше, так и меньше единицы. На современных двигателях это число переступает за значение в 12 единиц.
Двигатели, степень двухконтурности которых больше двух, принято называть турбовентиляторными, а первую ступень компрессора (ту, что работает на оба контура) вентилятором.


ТРДД самолета Boeing 757-200. На переднем плане видно входное устройство и вентилятор

На некоторых двигателях вентилятор приводится в движение отдельной турбиной, которая ставится ближе всего к соплу внутреннего контура. Тогда двигатель получается трехвальным. Например, по такой схеме выполнены двигатели Rolls Royce RB211 (устанавливались на L1011, B747, B757, B767), Д-18Т (Ан-124), Д-36 (Як-42)


Д-18Т в разрезе изнутри

Главное достоинство ТРДД заключается в возможности создания большой тяги и хорошей экономичности, по сравнению с ТРД.

На этом я хотел бы закончить про ТРДД и перейти к следующему виду двигателей — ТВД.

Турбовинтовые двигатели


Турбовинтовой двигатель, как и турбореактивный, относится к газотурбинным двигателям. И работает он почти как турбореактивный. Элементарный турбовинтовой двигатель состоит из уже знакомых нам элементов: компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. К ним добавляются редуктор и винт.

Принцип работы работы такой же, как у турбореактивного, с разницей в том, что практически вся энергия газа расходуется на турбине на вращение компрессора и на вращение винта через редуктор (здесь винт и редуктор находятся на одном валу с компрессором). Винт создаёт основную долю тяги. Оставшаяся, после турбины, часть энергии направляется в сопло, образуя реактивную тягу, но она мала, может составлять десятую часть от общей. Редуктор в этой схеме нужен для того, чтобы понизить обороты и передать момент, так как турбина может вращаться с очень высокой частотой, например, 10000 оборотов в минуту, а винту нужно только 1500. И винт достаточно тяжелый.


Схематичная конструкция ТВД

Но бывает и другая схема турбовинтовых двигателей: со свободной турбиной.
Её суть в том, что за обычной турбиной компрессора ставится отдельная турбина, которая механически не связана с турбиной компрессора. Такая турбина называется свободной. Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение.


Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной

Хочу отметить, что не нужно смотреть на турбовинтовые двигатели как на малоэффективный пережиток прошлого. Я несколько раз слышал такие высказывания, но они неверны.
Турбовинтовой двигатель в некоторых случаях обладает наивысшим КПД, как правило, на самолетах с не очень большими скоростями (например, на 500 км/ч), притом, самолет может быть внушительных размеров. В таком случае, турбовинтовой двигатель может быть в разы выгоднее, рассмотренного ранее, турбореактивного двигателя.

На этом про турбовинтовые двигатели можно заканчивать. Мы потихоньку подошли к понятию турбовального двигателя.

Турбовальный двигатель


Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.

Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.


Схематичная конструкция турбовального двигателя


Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал

Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.

Спасибо за внимание.

Вертолётный двигатель — это… Что такое Вертолётный двигатель?

Вертолётный двигатель
         На некоторых вертолётах применяли самолётные турбовинтовые двигатели (См. Турбовинтовой двигатель) одновальной схемы, которые вытесняются, особенно на многодвигательных вертолётах, двухвальными турбовинтовыми двигателями с так называемой свободной турбиной (рис. ). В таких двигателях турбокомпрессор не имеет механической связи с несущим винтом. Применение двухвального двигателя повышает эффективность использования силовой установки вертолёта, которая, независимо от частоты вращения турбокомпрессора, устанавливает наивыгоднейшую для каждого режима полёта частоту вращения несущего винта. Двухвальные двигатели со свободной турбиной обеспечивают более высокую надёжность работы силовой установки.

         Возможен также реактивный привод несущего винта. При этом окружное усилие прикладывается непосредственно к лопастям несущего винта без применения тяжёлой и сложной механической трансмиссии. Окружное усилие создаётся или автономными реактивными двигателями, установленными на лопастях несущего винта, или истечением газа (сжатого воздуха) из сопловых отверстий, расположенных на концах лопастей. Экономичность реактивного привода ниже механического. Из реактивных приводов наиболее экономичным является привод с турбореактивными двигателями на лопастях винта, однако из-за сложности конструкции он не получил практического применения.

         Лит.: Силовые установки вертолетов. Сб. ст., под ред. М. М. Масленникова, М., 1959; Вертолетные газотурбинные двигатели. Сб. ст., под ред. М. М. Масленникова, М., 1966.

         Г. Н. Леонов.

        

        Схема вертолётного турбовинтового двигателя со свободной турбиной: 1 — компрессор; 2 — камера сгорания; 3 — турбина для привода компрессора; 4 — свободная турбина.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Вертолётная площадка
  • Вертолётный спорт

Смотреть что такое «Вертолётный двигатель» в других словарях:

  • вертолётный — см. вертолёт; ая, ое. Вертолётный двигатель. В ая площадка …   Словарь многих выражений

  • вертолётный — ая, ое. прил. к вертолет. Вертолетный двигатель …   Малый академический словарь

  • Вертолёт —         летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальными взлётом и посадкой, подъёмная сила в котором создаётся одним или несколькими (чаще двумя) несущими винтами. Слово «вертолёт» введено вместо иностранного «геликоптер». В. взлетает… …   Большая советская энциклопедия

  • вертолёт — летательный аппарат тяжелее воздуха, у которого подъёмная сила и тяга для горизонтального полёта создаются одним или двумя т. н. несущими винтами. Вертолёт может взлетать вертикально с места без разбега и садиться без пробежки, он может… …   Энциклопедия техники

  • вертолёт — а; м. Летательный аппарат тяжелее воздуха, с вертикальным взлётом и посадкой, подъёмная сила которого создаётся горизонтальными несущими винтами; геликоптер. Грузовой, военный, санитарный в. Одновинтовой в. ◁ Вертолётный, ая, ое. В. двигатель. В… …   Энциклопедический словарь

  • вертолёт — Рис. 1. Основные схемы вертолётов. вертолёт — летательный аппарат, у которого подъёмная сила и пропульсивная сила для горизонтального полёта создаются одним или несколькими несущими винтами (НВ). В. может совершать вертикальные взлет и… …   Энциклопедия «Авиация»

  • вертолёт — Рис.  1. Основные схемы вертолётов. вертолёт — летательный аппарат, у которого подъёмная сила и пропульсивная сила для горизонтального полёта создаются одним или несколькими несущими винтами (НВ). В. может совершать вертикальные взлет и… …   Энциклопедия «Авиация»

  • Специальный лётный отряд «Россия» — ИКАО RSD Позывной State Aero Дата основания 1956 …   Википедия

  • Воздушно-реактивный двигатель — (ВРД)  тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется смесь забираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива кислородом, содержащимся в воздухе. За счёт реакции окисления рабочее тело нагревается… …   Википедия

  • Комбинированный вертолёт — Винтокрыл  аэродинамический летательный аппарат, способный к вертикальному взлёту и посадке, в котором подъёмная сила создаётся комбинированной несущей системой, состоящей из одного или двух несущих винтов и крыла. Представляет собой комбинацию… …   Википедия

Двигатель арктического прогресса – Коммерсантъ Санкт-Петербург

Устойчивое развитие арктической зоны РФ невозможно без надежного перемещения по ее территории людей и грузов. При этом вертолетный транспорт является фактически единственным способом добраться до места назначения из-за практически полного отсутствия транспортной инфраструктуры. На первый план выходит безотказная работа вертолетных двигателей, которые должны обладать уникальными характеристиками для полетов в сложных климатических условиях.

Уникальные характеристики

Вертолетный транспорт в арктической зоне РФ (АЗРФ) удобен тем, что не требует аэродромов и взлетно-посадочных полос, поскольку может садиться и взлетать практически в любом месте. «Без вертолетного транспорта невозможны геологоразведка, добыча углеводородов, проводка судов по Северному морскому пути. Актуальными также остаются оперативная медицинская помощь населению и реагирование на чрезвычайные ситуации, а среди перспективных направлений — арктический туризм»,— говорит Сергей Аплонов, профессор, директор Научно-исследовательского центра Арктики Санкт-Петербургского государственного университета.

Единственным предприятием в России, осуществляющим разработку и производство вертолетных газотурбинных двигателей, является АО «ОДК-Климов» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию госкорпорации «Ростех»). По информации холдинга «Вертолеты России», сейчас на отечественных вертолетах используются следующие типы двигателей разработки АО «ОДК-Климов»: ГТД-350 для Ми-2, ТВ2–117 для Ми-8Т, ТВ3–117 и двигатели семейства ВК-2500 для Ми-8МТВ(АМТ), Ми-171А2, Ми-24 (Ми-35), Ми-28, Ка-52, Ка-27, Ка-32 и их модификаций, ТВ7–117В для вертолета Ми-38 и его модификаций. Всего на предприятии выпускается примерно 300 двигателей в год, наибольшую долю выпуска составляют двигатели семейства ВК-2500. Вертолетные двигатели ВК-2500ПС-03 и ТВ7–117В, изготавливаемые «ОДК Климов» в интересах АЗРФ, обладают уникальными характеристиками для работы в сложных климатических условиях.

«Наиболее положительные отзывы в эксплуатации имеет двигатель ТВ3–117 (и его новая модель — семейство ВК-2500). По данным ФГУП «ГосНИИ ГА», наработка на отказ у ТВ3–117 — наибольшая в мировой практике, что свидетельствует о высоком качестве и надежности данной силовой установки»,— отмечают в «Вертолетах России». Так, за последние десять лет зафиксировано всего около 400 авиационных инцидентов, связанных с двигателями типа ТВ3–117 или ВК-2500 и только в 1–2% случаев причиной стала неисправность двигателя.

«Держава может считать себя по-настоящему авиационной только тогда, когда ее предприятия выпускают авиационные двигатели, которые являются одними из наиболее сложных технических изделий»,— говорит Виталий Петров, ведущий специалист авиакомпании «Конверс Авиа». По его словам, вертолетные двигатели ТВ3–117 «имеют запас прочности и надежности, они прекрасно зарекомендовали себя при экстремальной эксплуатации в пустынях, горах, в Арктике и Антарктике». Заслуженный пилот России Вадим Базыкин отмечает, что, работая в экстремальных условиях, вынужден был «быстро привыкнуть к надежности этих двигателей» (ТВ3–117), которые продолжают «постоянно совершенствовать и доводить до ума».

Конструкция двигателя ВК-2500ПС-03 предусматривает возможность эксплуатации в любом климатическом районе, включая морской, тропический и холодный климаты, при воздействии тумана и морской воды. «Работоспособность двигателя обеспечивается в диапазоне эксплуатационных температур наружного воздуха от –50°С до +60°С. Устойчивая работа двигателей ВК-2500ПС-03 обеспечивается до высоты 6000 м. Такие характеристики двигателя позволяют вертолету выполнять сложнейшие операции в регионах с суровым климатом»,— объясняют в «ОДК-Климов».

В компании «ЮТэйр-Инжиниринг», эксплуатировавшей вертолеты Ми-8АМТ с двигателями ТВ3–117ВМ по обслуживанию дрейфующей станции «Барнео» на Северном полюсе в 2018 году, положительно характеризуют продукцию АО «ОДК-Климов», добавив, что замечаний к их работе не возникало.

Эксплуатация двигателей ТВ7–117В возможна в диапазоне температур наружного воздуха от –60°С до +50°С,также подтверждена работоспособность двигателей в условиях попадания посторонних предметов (птиц, града). В конце 2019 года АО «ОДК-Климов» получило очередное одобрение главного изменения (ОГИ) вертолетного двигателя ТВ7–117В, подтверждающее возможность работы в условиях обледенения, что значительно расширяет возможности эксплуатации вертолетов с установленными на них двигателями ТВ7–117В.

Экстремальные температуры

Эксплуатация авиационной техники в арктической зоне имеет ряд существенных отличий от ее эксплуатации во многих других регионах. Среди них — запуск двигателя при низких температурах, возможность попадания льда, снега и града в двигатель, а также коррозионное воздействие морского климата. «Естественно, что все материалы, которые используются в конструкции вертолета, должны сохранять свои рабочие характеристики в тех условиях, в которых эксплуатируется техника»,— говорит Олег Пантелеев, исполнительный директор отраслевого агентства «АвиаПорт».

Для устранения негативных факторов используется целый ряд способов, позволяющих безопасно эксплуатировать вертолетные двигатели в Арктике. «В частности, производится подогрев двигателя перед запуском от наземной установки, а в случае автономного базирования вертолет оснащается системой подогрева — например, от вспомогательной силовой установки»,— объясняют в «Вертолетах России». Во избежание повреждения лопаток двигателя на них наносится специальное защитное покрытие, а на вход устанавливаются защитные устройства с обеспечением их подогрева в условиях обледенения, добавляют в вертолетостроительном холдинге.

Для выполнения полетов в условиях обледенения обязательным условием с точки зрения авиационных правил является проведение сертификационных испытаний авиационной техники. «Традиционно авиатехника испытывается в Якутии, на «полюсе холода», чтобы подтвердить работоспособность при низких температурах»,— говорит господин Пантелеев. Так, в начале 2019 года двигатели ТВ7–117В помогли новому вертолету Ми-38 успешно пройти испытания в условиях экстремально низких температур на базе аэропорта «Мирный» и площадке «Накын» в Якутии. «На Ми-38 было выполнено 57 полетов и 18 наземных опробований силовой установки, также в ходе испытаний была подтверждена работоспособность всех систем и агрегатов интегрированного бортового комплекса и аварийно-спасательного оборудования после выхолаживания вертолета»,— заявляют в «ОДК-Климов».

Собеседник BG, осуществляющий полеты в Якутии на вертолетах с двигателями ТВ3–117, отметил, что при должном обслуживании «сносу им практически нет». «Когда до ближайших аэродромов не менее 500 км, внизу тайга и приземлиться не представляется возможным, то вопрос надежности двигателей стоит максимально остро»,— говорит он, добавляя, что в зависимости от загрузки на небольшие расстояния можно дотянуть и на одном двигателе, совершив необходимые маневры при выборе места посадки.

Сжатые сроки

На протяжении всего жизненного цикла двигателя он должен регулярно проходить сервисное обслуживание. Предприятие, как разработчик и производитель двигателей, обладает не только уникальными компетенциями, позволяющими проводить максимально качественный ремонт, но и расширяет географию сервисной поддержки эксплуатантов, создавая центры интегрированной логистической поддержки. Оперативность и клиентоориентированность — главные принципы работы подобных центров.

«В 2018 году всего десять дней понадобилось специалистам Центра среднего ремонта двигателей АО «ОДК-Климов» и АО «ЮТэйр-Инжиниринг», чтобы устранить значительные повреждения двух двигателей ТВ3–117ВМ вертолета Ми-8АМТ. Выход из строя двигателей был вызван попаданием посторонних предметов в проточную часть»,— рассказывают в «ЮТэйр-Инжиниринге». Вертолет принадлежит ведущему оператору медицинских вертолетов в России Helimed («Русские вертолетные системы»), базируется в Томской области и обеспечивает оказание своевременной медицинской помощи жителям региона. «Выход из строя силовой установки вертолета мог стать причиной отмены важных и срочных рейсов, поэтому ремонт требовалось провести в максимально сжатые сроки»,— объясняют в «ЮТэйр-Инжиниринге».

По словам Александра Ватагина, исполнительного директора АО «ОДК-Климов», если стратегия развития аэропортовой инфраструктуры и малой авиации в российской части Арктики будет принята и начнет претворяться в жизнь, наши двигатели для самолета местных авиалиний также пригодятся. «Новейший двигатель ТВ7–117СТ-01 для пассажирского самолета Ил-114–300 будет сертифицирован не позже начала 2022 года»,— добавил он.

Мария Кузнецова


Нарушая законы аэродинамики. Какие новые моторы создаются на «ОДК-Климов»

Без элементов фантазии и творчества начертить на бумаге конструкцию будущего мотора нельзя. Необходимо чувствовать тонкую грань между конструкцией и прочностными расчетами. Так считают на старейшем предприятии авиастроительной отрасли «ОДК-Климов», которое было основано в Санкт-Петербурге в 1914 году. Еще в начале прошлого века Владимир Климов, который заложил основы советской конструкторской школы и чье имя сейчас носит крупнейший российский разработчик авиадвигателей, придавал особую роль красоте и видел ее в каждом чертеже. В авиации хорошо известна фраза конструктора Андрея Туполева: «Не красиво — не полетит». Эти традиции создания мощных, надежных, красивых двигателей в «Климове» сохраняются до сих пор.

© Роман Азанов/ТАСС

В составе Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК, входит в госкорпорацию «Ростех») и является ведущим разработчиком газотурбинных двигателей полного цикла — от осевой линии до сертификации.

Авиационная техника с силовыми установками «Климова» эксплуатируется более чем в 80 странах мира. Двигатели установлены на 85% отечественных вертолетов. На моторах летают вертолеты Ми-8, Ми-14, Ми-24, Ми-17, Ми-28, Ми-35, Ка-27, Ка-31, Ка-32, Ка-52, а также истребители МиГ-29/МиГ-35 всех модификаций. В марте 2019 года двигатели петербургского завода подняли в небо новый легкий военно-транспортный самолет Ил-112В, в дальнейшем планируется поставить их модификацию на региональный пассажирский турбовинтовой Ил-114.

В 2014 году состоялось открытие современного комплекса — административных и производственных корпусов с новейшей инженерной инфраструктурой и передовым оборудованием, предприятие из центра города было переведено в Приморский район. Сегодня завод имеет конструкторское бюро, производственную и экспериментальную базы, испытательные стенды и сервисную службу. Штат сотрудников — более 2500 человек.

История «Климова» началась в 1914 году с подписания императором Николаем II Высочайшего разрешения о создании в Санкт-Петербурге завода «Русский Рено». В 1915-м был выполнен первый государственный заказ на изготовление двигателей Renault 12FE, которые устанавливались на военные летательные аппараты французского и отечественного производства, среди которых был знаменитый «Илья Муромец» И.И. Сикорского. Примечательно, что в 60-е годы заводом разрабатывались жидкостно-ракетные двигатели для зенитно-ракетного комплекса С-200 и ракеты УР-100, а в 1976 году был создан первый в мире газотурбинный двигатель ГТД-1000Т для танка Т-80. В 1980-м был разработан факел для Олимпийских игр.

Продолжение

В настоящее время производственная программа предприятия заметно наращивается, а в последние годы — особенно быстрыми темпами. Сегодня серийное производство позволяет предприятию выпускать до 500 двигателей в год.

‘ ТАСС’

«Если говорить о том, чего мы достигли, то прежде всего мы отталкиваемся от тех задач, которые перед нами ставили ОДК, Ростех и государство. Я считаю, что все задачи успешно решены. Сегодня производственные мощности сосредоточены на одной площадке, есть концепция дальнейшего развития, которая поддерживается. Мы с оптимизмом смотрим в будущее! Сегодня молодежь активно идет работать к нам, кадрового голода нет. Желающих много. И люди нужны всегда», — рассказал в интервью ТАСС в преддверии 105-летия предприятия исполнительный директор «ОДК-Климов» Герой Советского Союза Александр Ватагин.

Исполнительный директор «ОДК-Климов» Александр Ватагин

© Петр Ковалев/ТАСС

Школа полностью должна уметь компоновать мотор. Коллективы школ — это самое главное. Только если есть коллектив и он с соответствующей квалификацией, можно создать отличный мотор

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

Это сегодня возможности компьютера шагнули далеко вперед — когда такой техники не было, наличие компетенции разработчика позволило построить до сих пор непревзойденный мотор: реактивный двигатель РД-33 для истребителя МиГ-29. Он создавался на предприятии еще в начале 1970-х. «Это лучший двигатель в своем классе, — говорит Ватагин. — Поэтому очень важно наличие школы разработки, а таких школ в СССР было несколько, и очень важно их сохранять и развивать. Они разные, но все они, находясь в ОДК, очень плотно взаимодействуют. И сейчас мы можем объединиться для решения любой сложной технической задачи».

«Мы абсолютно независимы»

Одна из важнейших задач, которую удалось решить за последние годы «Климову» и целому ряду других предприятий ОДК, — это импортозамещение. Причем были намного улучшены технические характеристики замещаемой продукции.

  • Под единым винтом. Зачем объединяются «Миль» и «Камов»
  • Под маркой «Ми»: самые уникальные вертолеты Миля

«Мы полностью ушли от зависимости от украинского предприятия «Мотор Сич». По всей номенклатуре разработки «Климова» и проектам, над которыми предприятие раньше работало совместно с Украиной, мы абсолютно независимы», — говорит Ватагин. Именно «Мотор Сич» в Советском Союзе и в Европе многие годы являлся флагманом моторостроения. Он создавал больше всех двигателей для военной, транспортной и гражданской авиации. Но с 2014 года (когда произошли известные события в Киеве) объем российских заказов для компании снизился в десять раз. 

На данный момент будущее у «Мотор Сич» мы не видим. Когда-то это был флагман среди моторостроительных предприятий, завод с лучшим оборудованием, на котором размещалось производство самых массовых двигателей. Но время идет. Оно беспощадно. Оборудование и технологии устаревают. Ограниченность рынка и произошедшие политические события однозначно губительно влияют на «Мотор Сич». Сегодня он далеко не флагман и с моторостроительной промышленностью России не сравним

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

© Петр Ковалев/ТАСС

«Но тем не менее мы отношения поддерживаем, потому что эти отношения между предприятиями и людьми, которые там работают, выстраивались десятилетиями, — рассказывает Ватагин. — Мы занимались одним и тем же продуктом, работали на одних и тех же рынках. Мы и сейчас там сталкиваемся, конкурируем. Поэтому мы находимся в тесном контакте. И они производят двигатели, разработанные у нас, мы сопровождаем и поддерживаем документацию в правильном состоянии. То есть мы продолжаем работать, но зависимость от «Мотор Сич» отсутствует».

Ватагин признает, что у украинского предприятия все же есть отдельные компетенции по большим двигателям — Д-18Т, Д-36 и Д-436, но это «не является чем-то уникальным и суперсовременным». «Исторически так сложилось, что все производство было там», — добавляет он.

© Петр Ковалев/ТАСС

«Сейчас перед нами стоит задача закрыть всю линейку по газотурбинным двигателям для вертолетов, за исключением больших моторов для вертолета Ми-26. Потому что размерность, на которую мы ориентированы, не позволяет заниматься таким двигателем, — говорит исполнительный директор «ОДК-Климов». — Мы понимаем принципы, готовы создавать, но у нас есть определенная производственная база, которая рассчитана на определенную размерность. Наша техническая и технологическая база позволяет создавать турбовинтовые и турбовальные двигатели в размерности до 6000 л.с., а в размерности тяги до 11 тонн — турбореактивные моторы».

«Здесь все делает электроника»

После разрыва с Украиной в 2014 году климовцы наладили серийное производство двигателей ВК-2500 из 100% российских комплектующих. И если в начале таких моторов было выпущено около десяти, то в последние годы — до 400 в год.

  • Техника, способная удивлять. Летчик-испытатель о боевом потенциале вертолетов России
  • Как «учат воевать» морские вертолеты. Летчик-испытатель «Камова» о секретах мастерства

ВК-2500 создан на смену вертолетному двигателю ТВ3-117, выполнен в трех модификациях — мощностью 2000, 2200 и 2400 л.с. Он имеет низкую цену, а самое главное — низкую стоимость ремонта, что значительно уменьшает стоимость всего жизненного цикла изделия. В семействе этих моторов используется современная цифровая электронная система управления и контроля (БАРК-78), что позволяет обеспечивать более высокие эксплуатационные характеристики.

Ударный вертолет Ми-28НМ

© Сергей Бобылев/ТАСС

ВК-2500П — последняя разработка, считается лучшим мотором. В нем полностью цифровое управление. С этим мотором будут летать наши новые вертолеты Ми-28НМ, которые в скором времени начнут поступать в российские войска.

На сегодняшний день начаты госиспытания, сертификация для Минобороны ВК-2500П. И одно из основных отличий двигателя — использование электронной системы автоматического управления типа FADEC. Преимущество, которое получает вертолет, — это то, что двигатель ВК-2500П может устанавливаться на все объекты, на которых штатно стоят двигатели ТВ3-117 и ВК-2500. Мы считаем, что очень целесообразно переходить на этот мотор, потому что он имеет совершенно другие ресурсы, облегчает процесс управления машиной. Ни у кого ничего подобного нет

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

Климовцы создали такой мотор, который даже в случае полного выхода из строя электроники не теряет управление над двигателем, и вертолет не падает. «То есть с точки зрения боевой живучести это уникальная вещь, такого еще никто не реализовал», — говорит Ватагин.

Двигатель ВК-2500

© Петр Ковалев/ТАСС

Кроме того, удалось добиться того, что характеристики российского ВК-2500 по сравнению с украинским стали значительно выше. К примеру, в лопатках, которые производятся на «Мотор Сич», применяется совсем другая технология изготовления, что в значительной степени снижает эффективность. Рассказывают на предприятии и еще об одном преимуществе мотора — когда раньше на вертолете требовался дополнительный отбор мощности для тех или иных потребностей, то пилот это сразу ощущал, ему приходилось выполнять определенные манипуляции, чтобы удержать машину и сохранить параметры полета. Здесь все это делает электроника.

Если, к примеру, на Ми-8, где стоял двигатель ТВ3-117, поставить этот новый мотор ВК-2500, мы получим другой вертолет с отличными характеристиками

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

Еще одна модификация — ВК-2500ПС-03 — в серию пошла относительно недавно. В 2018 году эти двигатели в составе силовой установки вертолета Ми-171А2 принимали участие в демотуре по Юго-Восточной Азии. Версия ВК-2500ПС-02 будет ставиться на вертолет Ка-32. Технические решения, примененные в нем, позволяют точно определить реальное состояние двигателя, что в свою очередь исключает влияние человеческого фактора.

Двигатель ВК-2500ПС

© Петр Ковалев/ТАСС

«Сегодня по ключевому нашему продукту — двигателям ВК-2500 и ТВ3-117 — у нас локализация порядка 35%, и мы не намерены ее увеличивать. Потому что есть предприятия, где мы можем получить ту же номенклатуру по меньшей цене. При этом мы однозначно ставим задачу иметь по каждой номенклатуре двух-трех поставщиков, чтобы была конкуренция», — говорит глава предприятия, отмечая, что такая модель работает во всем мире и именно за ней будущее. Такой же концепции придерживается и ОДК.

Однако именно климовцы были первыми в отстаивании такой позиции. Сначала никто не верил в возможности реализации именно этой модели. «Нам потребовалось пять лет, чтобы всех убедить, что необходимо строить предприятие по такой модели, — аутсорсинг, за ним будущее. С 2010 по 2019 год мы реализовали это и будем дальше развивать, сегодня в корпорации это поддерживают», — говорит Ватагин.

«Большая история впереди»

Среди последних разработок предприятия — самолетный двигатель ТВ7-117СТ (мощностью 3100 л.с.) и вертолетный ТВ7-117В. Последний по характеристикам является лучшим в мире в своей размерности. «Мы очень рассчитываем на то, что вертолет Ми-38, который оснащается этим двигателем, станет популярным и массовым. У этого мотора большая история впереди», — говорит исполнительный директор завода.

Самолетный двигатель ТВ7-117СТ

© Петр Ковалев/ТАСС

Конструкция ТВ7-117В предусматривает возможность эксплуатации во всех климатических условиях на высоте до 6500 метров. Работоспособность обеспечивается в диапазоне от –60 ºС до +50 ºС.

Эта разработка никакого отношения к Украине не имеет, это чисто российский мотор. Яркий пример импортозамещения канадско-американского P&W127. «ТВ7-117В уже сертифицирован, и на сегодняшний день проходит испытания самолетная версия двигателя ТВ7-117СТ (для Ил-112В), а также ТВ7-117СТ-01 (для гражданского самолета)», — говорит Ватагин, отмечая, что создание линейки двигателей на базе одного газогенератора — перспективное направление, которое предполагает определенную унификацию и позволяет делать двигатели дешевле, а производство — более мобильным.

© Петр Ковалев/ТАСС

Исторически в СССР было так: если что-то создавалось для Вооруженных сил, то в дальнейшем делалась версия гражданская. Здесь другой порядок: мы сертифицировали версию для народного хозяйства, и теперь стоит вопрос сделать ТВ7-117В в военной версии — на его базе сделать мотор для Минобороны. С самолетной версией мы идем параллельными курсами

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

© Петр Ковалев/ТАСС

Что касается ТВ7-117СТ, то 30 марта этого года он впервые поднял в небо новый отечественный самолет Ил-112В, также модификация этого двигателя будет работать на региональном самолете Ил-114, первый полет которого намечен на осень 2020-го.

Время не стоит на месте

В конце 1970-х на предприятии создали легендарный РД-33. Это самый массовый реактивный двигатель в своем классе, стоит на вооружении 25 стран мира в составе истребителей МиГ-29.

Для сверхманевренного самолета МиГ-29ОВТ была разработана модификация двигателя с отклоняемым вектором тяги (ОВТ). Уникальная конструкция сопла обеспечивает возможность всеракурсного изменения вектора тяги, наибольшую угловую скорость его отклонения и наименьшее увеличение массы двигателя. С двигателями РД-33ОВТ самолет может совершать любые маневры, которые не под силу другим истребителям.

МиГ-29ОВТ

© Роман Азанов/ТАСС

Имеется и еще одна модификация — РД-33МК, которая разработана специально для палубного истребителя МиГ-29К/КУБ, также устанавливается на МиГ-35. Этот мотор с повышенной тягой и ресурсом, которого нет больше ни у одного двигателя.

ОВТ — это опция, которой может быть оборудован двигатель РД-33МК. В этом направлении мы не стоим на месте. Сейчас мы далеко ушли вперед по углу и по скорости перекладки, по ресурсу ОВТ, ведь там колоссальная нагрузка. Всеракурсное сопло уникально, такого нет ни у кого в мире

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

РД-33МК

© Сергей Бобылев/ТАСС

«Интерес со стороны инозаказчиков к этому мотору есть, и сейчас заявки на ОВТ отдельно рассматриваются. Есть определенная процедура. И если будет разрешение, то будем работать», — говорит Ватагин. По его словам, определенный интерес есть и у нашего Минобороны. По сути, самолет МиГ-29ОВТ летал с нарушением законов аэродинамики. «Если есть то, что выходит за пределы законов физики, то это то, к чему и нужно стремиться, — полагает он. — Когда воздушное судно (боевой самолет) нарушает те законы, по которым он создавался и по которым все летают, то это дорогого стоит».

Спецпроект на тему

Что касается РД-33МК, то для него разработаны коробки самолетных агрегатов КСА-33 (обеспечивает работу электрических, топливных и гидравлических систем самолета и является важнейшим элементом силовой установки — прим. ТАСС). «Это крайне сложное изделие. Продукт, который выдерживает самые тяжелые нагрузки. Если тяга двигателя больше 9 тонн, а с ней в паре работает эта коробка КСА, то представьте, какая точность расчетов и прочностей должна быть в ней», — рассказывает Ватагин.

Блок автоматического регулирования и контроля (БАРК-42), разработанный для РД-33МК, тоже уникальное изделие, которое позволяет адаптироваться к условиям работы двигателя. «Конечно, говорить, что это искусственный интеллект, — перебор, но это движение уже в данном направлении», — отмечает глава предприятия.

Истребитель МиГ-29К

© Андрей Лузик/пресс-служба Северного флота/ТАСС

Еще один мотор — РД-93 и коробки самолетных агрегатов КСА-54. «Это суперпродукт, и уже можно говорить, что это массовый двигатель», — говорит Ватагин.

Новые горизонты

Ведутся работы по созданию линейки новых двигателей мощностью 500–650 л.с. и 1400–1800 л.с. В «ОДК-Климов» отмечают, что закладываемые в них характеристики призваны обеспечить высокую конкурентоспособность на рынке существующих моторов. Эти проекты планируется реализовать в сжатые сроки.

© Петр Ковалев/ТАСС

«В этом году мы начали работу над двумя моторами — ВК-1600 (мощностью 1600 л.с., для вертолета Ка-62) и газотурбинным турбовальным двигателем ВК-650В для Ка-226Т, Ка-126 и для всех версий «Ансата». Поэтому мы закроем всю эту линейку», — говорит Ватагин.

Многоцелевой легкий вертолет «Ансат» (вверху) и вертолет Ка-226

© Марина Лысцева/ТАСС

Именно двигатели этой размерности, которых на сегодняшний день в стране нет, будут достаточно востребованы и с большой вероятностью, полагает глава предприятия, могут стать массовыми. «Потому что количество легких летательных аппаратов в нашей стране недостаточно, если сравнивать с авиационными державами мира. И еще целое направление — это беспилотники, где могут применяться эти двигатели. Поэтому задача предприятия и корпорации — иметь в свой продуктовой линейке двигатель такой размерности, — говорит он. — В этом году эскизные проекты по этим двум двигателям мы планируем завершить».

© Петр Ковалев/ТАСС

Еще одно перспективное направление — беспилотники. И к этой работе с учетом достижений предприятия (опыт работы с РСК «МиГ» по проекту «Скат») тоже готовы. «У нас 100-процентная уверенность, что если будет объект, которому наши двигатели будут соответствовать по тяге, то с точки зрения управляемости это будет идеально, — говорит Ватагин. — В БЛА основное — это управление. Главные сложности, которые при создании БЛА требуют решения, — это именно вопросы управления: взлет/посадка, заход на цель и так далее. Все остальные становятся вторичными. И в области системы управления, считаю, наше предприятие продвинулось достаточно далеко, и мы готовы к такой работе».

© Петр Ковалев/ТАСС

Еще одно интересное направление, о котором говорит Ватагин, — возврат к легким однодвигательным истребителям. Стоит только обратить внимание на зарубежную тенденцию: у множества стран есть однодвигательные истребители F-16, на смену которым идут самолеты пятого поколения F-35. Огромный потенциал РД-33 позволяет на его базе создать более современный мотор с тягой до 11 тонн.

На наш взгляд, однозначно нужно создавать однодвигательный истребитель, дешевый. У него есть рынок. Предприятиям Ростеха это под силу. Мы рассчитываем на то, что руководство госкорпорации более внимательно посмотрит на это направление, и надеемся, что такая работа будет открыта

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

Сила будущего

Что касается визионерского взгляда на двигатели будущего, то, как считает исполнительный директор «Климова», в них классическая схема применяться уже не будет. Они должны быть «сухими», чтобы применялись газодинамические подшипники, и электрическими, где исключена полностью гидравлика, — по-другому должен решаться вопрос генерации электричества.

Кроме того, при создании таких двигателей должны использоваться материалы и технологии нового уровня. Также если сейчас двигатель имеет примерно 5 тыс. деталей, то в перспективе он будет иметь в десятки, а то и в сотни раз меньше деталей. И конечно, моторы будущего — это гибридные двигатели. «Еще лучше, если смотреть дальше, — это широкое применение различных видов аддитивных технологий в изготовлении всех ДСЕ (детали и сборочные единицы) моторов с малой долей традиционных покупных комплектующих, таких как подшипники и агрегаты. Когда мы говорим, что можно «печатать» двигатели, возможно, это покажется утопией, но за этим может быть будущее», — заключает Ватагин.

© Роман Азанов/ТАСС

Первым шагом к двигателям будущего может стать перспективный вертолетный двигатель, работы над которым на «Климове» уже ведутся.

Мы не видим будущее нашей страны без вертолетов. Особенно отдаленные районы России, где не развита инфраструктура дорог, нуждаются в транспортировке грузов и людей, особенно во время ЧС. Очень хочется, чтобы это была современная техника. Считаем, что нужно создавать перспективный вертолетный двигатель

Александр Ватагин

исполнительный директор АО «ОДК-Климов»

На предприятии рассчитывают, что с 2020 года эта работа возобновится более энергично и более масштабно.


Роман Азанов

Двигатели

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок ланы | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?


НОВИНКА!
Видео «Как работает реактивный двигатель».

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов отрывается от земли с такой легкостью. Как это бывает? Ответ прост. Это двигатели.

Пусть Тереза ​​Бенио из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит подробнее …

Как показано на НАСА Пункт назначения завтра.


Реактивные двигатели перемещают самолет вперед с большой силой, создаваемой огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называют газовые турбины, работают по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор сделан с множеством лезвий, прикрепленных к валу. Лезвия вращаются на высокой скорости и сжимают или сжимают воздух. Сжатый затем воздух распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. В горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа летят назад, двигатель и летательный аппарат толкаются вперед. Когда горячий воздух попадает в сопло, он проходит через другую группу лопастей. называется турбина. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины вызывает вращение компрессора.

На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторую часть воздуха чтобы было очень жарко, а некоторым было прохладнее. Затем более холодный воздух смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

Это изображение того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга это передовая сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр Исаак Ньютон обнаружил, что «каждому действию соответствует и противоположная реакция. «Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топлива, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. В сила воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, он выталкивается из двигателя назад.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Детали реактивного двигателя

Поклонник — Вентилятор — это первый компонент в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий Вентиляторы изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть продолжается через «ядро» или центр двигателя, где на него действуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» ядро ​​двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро ​​до задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая толкает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор — Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает попадающий в него воздух в постепенно уменьшаются площади, что приводит к увеличению давления воздуха. Этот приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сдавленный воздух попадает в камеру сгорания.

Камера сгорания — В камере сгорания воздух перемешивается топливом, а затем воспламенился. Имеется до 20 форсунок для впрыска топлива. воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Топливо горит вместе с кислородом в сжатом состоянии. воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутри камеры сгорания часто делают из керамических материалов для создания термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

Турбина — Приближается высокоэнергетический воздушный поток из камеры сгорания попадает в турбину, в результате чего лопатки турбины вращаются. Турбины связаны валом для вращения лопаток компрессора и чтобы крутить впускной вентилятор спереди.Это вращение забирает некоторую энергию из поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы вырабатываемые в камере сгорания движутся через турбину и раскручивают ее лопатки. Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах между которыми установлено несколько комплектов шарикоподшипников.

Сопло — Форсунка — вытяжной канал двигатель. Это та часть двигателя, которая на самом деле создает тягу для самолет. Поток воздуха с пониженным энергопотреблением, который проходил через турбину, в дополнение к более холодный воздух, проходящий мимо сердечника двигателя, создает силу при выходе из сопло, которое толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Комбинация горячего и холодного воздуха выбрасывается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из сердечника двигателя, с более низкая температура воздуха, который был обойден вентилятором.Миксер помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель — А Краткая история первых двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был первым предположил, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с огромной скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло назад, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который первым авиадвигателем, паровым двигателем мощностью три лошадиные силы. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Темпл построил моноплан. который пролетел всего лишь короткий прыжок с холма с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести свой трехместный биплан в движение двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетел несколько секунд.

Первые паровые машины приводились в действие нагретым углем и, как правило, слишком тяжелый для полета.

Американец Сэмюэл Лэнгли сделал модель самолета которые приводились в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно пилотировал беспилотный самолет с паровым двигателем, получивший название Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем выдохся. Затем он попытался построить полную размерный самолет Aerodrome A, с газовым двигателем.В 1903 г. разбился сразу после спуска с плавучего дома.

В 1903 году братьев Райт летал, Flyer , с бензиновым двигателем мощностью 12 л.с. двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х гг. газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом был единственное средство, используемое для приведения в движение самолетов.

Это был Фрэнк Уиттл, , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттла впервые успешно полетел в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему внутреннего сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то время как Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над подобным дизайном в Германии. Первый самолет, который успешно использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель. полет.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Опытный самолет XP-59A впервые поднялся в воздух в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель это просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания, чтобы Поднимите температуру жидкой смеси примерно от 1100 ° F до 1300 ° F. Образующийся горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор. Если турбина и компрессор эффективны, давление на выходе из турбины будет почти вдвое выше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы создать высокоскоростной поток газа, который создает тягу. Существенного увеличения тяги можно добиться, если использовать форсаж. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Форсажная камера увеличивает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является повышение примерно на 40 процентов. по тяге на взлете и намного больший процент на высоких скоростях, когда самолет в воздухе.

Турбореактивный двигатель — реактивный двигатель.В реактивном двигателе расширяющиеся газы сильно надавите на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинтовой

А турбовинтовой двигатель это реактивный двигатель, прикрепленный к пропеллеру. Турбина на спина поворачивается горячими газами, и это вращает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.

Турбореактивный двигатель, как и турбореактивный, состоит из компрессора, камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель имеет лучшую тяговую эффективность на скоростях полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены гребными винтами, которые иметь меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособиться к более высоким скоростям полета, лопасти имеют форму ятагана со стреловидными передними кромками на концах лопастей. Двигатели с такими винтами называются пропеллеры пропеллеры .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А турбовентиляторный двигатель спереди есть большой вентилятор, который всасывает воздуха.Большая часть воздуха обтекает двигатель снаружи, что делает его тише. и дает большую тягу на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены двигателями турбовентиляторными двигателями. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий во впускное отверстие, проходит через газогенератор, состоящий из компрессора, камеры сгорания и турбина. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в камера сгорания. Остальное проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора. для получения «горячей» струи.Целью такой системы байпаса является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается за счет увеличения общий массовый расход воздуха и снижение скорости при той же общей подаче энергии.

Изображение турбовентиляторного двигателя

Турбовалы

Это еще один вид газотурбинного двигателя, который работает как турбовинтовой. система.Он не управляет пропеллером. Вместо этого он обеспечивает питание вертолета. ротор. Турбовальный двигатель спроектирован таким образом, чтобы скорость вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это позволяет скорость ротора должна оставаться постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы регулировать количество производимой мощности.

Изображение турбовального двигателя

Рамджетс

г. ПВРД — это Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей. Скорость реактивного «тарана» или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором вращающийся оборудование было опущено. Его применение ограничено тем, что его степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не создает статического электричества. тяга и тяга вообще очень мала ниже скорости звука. Как следствие, ПВРД требует некоторой формы вспомогательного взлета, например другого самолета. Он использовался в основном в системах управляемых ракет.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение ПВРД

К началу

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

Комплектующие для вертолетов

или более горизонтальных гребных винтов с механическим приводом, которые Главный ротор. При вращении несущего винта вертолета он создает подъемный и противодействующий крутящий момент. Вращающий момент имеет тенденцию заставлять вертолет вращаться. На большинстве В вертолетах этот крутящий момент компенсируется небольшим винтом возле хвостового оперения, называемым рулевым винтом. На двухвинтовом вертолете несущие винты вращаются в противоположных направлениях, их реакции нейтрализуют друг друга.
Принцип полета на вертолете
(страница 1)
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Главный ротор
Подъемная сила создается главным ротором.Как они крутятся в воздухе и производят подъем. Каждая лопасть создает равную долю подъемной силы. Вес вертолета равномерно распределяется между лопастями несущего винта. Если вертолет весит 4000 фунтов и у него две лопасти, то каждая лопасть должна выдерживать 2000 фунтов. Помимо статического веса вертолета, каждая лопасть также должна выдерживать динамическую нагрузку.Например, если вертолет поднимается за 1,5 г (в 1,5 раза больше силы тяжести), тогда эффективный вес вертолета будет в 1,5 раза больше статического веса вертолета или 6000 фунтов. из-за гравитационного притяжения.
Хвостовой винт
Хвостовой винт очень важен. Если вращать ротор с двигателем, ротор будет вращаться, но двигатель и корпус вертолета будут стремиться вращаться в направлении, противоположном ротору.Это называется реакцией крутящего момента. Третий закон движения Ньютона гласит: «Каждое действие связано с равная и противоположная реакция ». Хвостовой винт используется для компенсации этого крутящего момента и удержания вертолета прямо. На вертолете с двумя винтами роторы вращаются в противоположных направлениях, поэтому их реакции нейтрализуют друг друга.
Хвостовой винт обычно связан с главным ротором через систему приводных валов и коробок передач, это означает, что если вы поворачиваете главный ротор, рулевой винт тоже поворотный.Большинство вертолетов имеют соотношение от 3: 1 до 6: 1. То есть, если несущий винт повернет один оборот, хвостовой винт сделает 3 оборота (для 3: 1) или 6 оборотов. (для 6: 1). В большинстве вертолетов двигатель вращает вал, который соединен с входным валом коробки передач трансмиссии. мачта несущего винта выходит на верхний и хвостовой винты карданные валы выходят в хвост от коробки передач.
Диссимметрия подъемной силы
Диссимметрия подъема впереди распространяется на все системы ротора.При зависании подъемная сила равна весь диск ротора. По мере того, как вертолет набирает воздушную скорость, движущаяся лопасть развивает большую подъемную силу из-за увеличения воздушной скорости. и отступающая лопасть будет производить меньшую подъемную силу, это приведет к качению вертолета (например: если скорость несущего винта = 400 км / час, вертолет движется вперед = 100 км / час тогда продвигающаяся лопасть будет иметь скорость = 500 км / ч, но отступающая лопасть будет иметь скорость движения только 300 крон / ч).Это нужно как-то компенсировать.
Взмах лопастей
Диссимметрия подъемной силы компенсируется колебаниями лопастей. Из-за увеличенной скорости и подъемной силы на продвигающемся лезвии заставит лезвие взмахнуть и уменьшить угол атаки.Снижение подъемной силы отступающего лезвия приведет к тому, что лезвие отмахнуться вниз и увеличить угол атаки. Сочетание уменьшенного угла атаки наступающего клинка и увеличенного угла атаки наступающего клинка. отступающая лопасть через движение лопасти имеет тенденцию выравнивать подъемную силу над двумя половинами диска ротора.
следующая: основная страница 2

Как летают вертолеты — как работают вертолеты

Представьте, что мы хотели бы создать машину, которая может просто лететь прямо вверх.Давайте пока даже не будем беспокоиться о том, чтобы вернуться назад — все, что имеет значение. Если вы собираетесь создать восходящую силу с помощью крыла, то крыло должно находиться в движении, чтобы создать подъемную силу . Крылья создают подъемную силу, отклоняя воздух вниз и используя равную и противоположную реакцию, которая возникает в результате (подробности см. В статье «Как работают самолеты» — статья содержит полное объяснение того, как крылья создают подъемную силу).

A Вращательное движение — самый простой способ удержать крыло в непрерывном движении.Вы можете установить два или более крыльев на центральный вал и вращать вал, как лопасти потолочного вентилятора. Вращающиеся крылья вертолета функционируют так же, как аэродинамические поверхности крыла самолета, но обычно аэродинамические поверхности вертолетов симметричны, а не асимметричны, как у самолетов с неподвижным крылом. Узел вращающегося крыла вертолета обычно называется несущим винтом . Если дать крыльям несущего винта небольшой угол атаки на вал и вращать вал, крылья начнут развивать подъемную силу.

Чтобы вращать вал с достаточной силой, чтобы поднять человека и транспортное средство, вам нужен двигатель, в наши дни обычно газотурбинный двигатель. Карданный вал двигателя может соединяться через коробку передач с валом несущего винта. Эта схема работает очень хорошо до момента отрыва автомобиля от земли. В этот момент ничто не мешает двигателю (и, следовательно, кузову транспортного средства) вращаться, как главный ротор.При отсутствии чего-либо, что могло бы его остановить, корпус вертолета будет вращаться в направлении, противоположном несущему винту. Чтобы тело не вращалось, нужно приложить к нему силу.

Введите хвостовой винт . Хвостовой винт производит тягу , как винт самолета. Создавая тягу в боковом направлении, эта важная часть противодействует стремлению двигателя вращать корпус. Обычно хвостовой винт приводится в движение длинным приводным валом, который проходит от трансмиссии несущего винта обратно через хвостовую балку к маленькой трансмиссии на хвостовом винте.

Для того, чтобы реально управлять машиной и, скажем, направлять ее в каньон для окончательного спасения, и главный, и хвостовой винты должны быть регулируемыми . В следующих трех разделах объясняется, как пилоты направляют вертолет в режим взлета, зависания или взлета в определенном направлении.

Работа реактивного двигателя

История реактивных двигателей

Со времен мифа об Икаре, в котором герой сделал крылья из птичьих перьев и полетел, люди пытались понять, как определенные виды летят, чтобы воспроизвести их с помощью машин.Леонардо да Винчи разработал первые концепции в 16 веке. Но в то время единственной известной движущей силой были человеческие мускулы. Фундаментальные принципы, которые позже помогут понять, как летают самолеты, появились только в 17 и 18 веках с такими учеными, как Ньютон и Бернулли. В 19 веке промышленная революция позволила развить множество технических достижений. Француз Клеман Адер первым поднял в воздух самолет с паровым двигателем, вдохновленный летучей мышью. Примерно десять лет спустя братья Райт совершили первые в истории управляемые и моторизованные полеты, в 1903 году.

Работа реактивного двигателя

Первый реактивный двигатель или ТРД был разработан немцами в 1939 году; однако это был результат нескольких столетий исследований.

Как это работает?

Принцип прост. Воздух засасывается воздуходувкой; он непрерывно сжимается перед прохождением через камеру сгорания, где он вступает в реакцию с керосином и воспламеняется.Вызванная реакция расширяет газы, которые затем выбрасываются назад соплом, заставляя самолет двигаться вперед. Газы выходят с очень высокой скоростью, потому что они проходят через реактор, форма которого сужается.

Более того, когда газы покидают двигатель, они вращают турбину, расположенную на той же оси, что и компрессор, сразу после камеры сгорания. Таким образом, движение турбины вызывает движение компрессора, что позволяет реакции быть непрерывной.Самолет движется, и воздух, циркулирующий на его крыльях, заставляет его летать.

Авиакомпания

постоянно пытается улучшить характеристики камер сгорания, чтобы снизить выбросы авиалайнеров.

Законы движения Ньютона

В 17 веке Ньютон провозгласил три основных закона, объясняющих движение. Первый — это принцип инерции, второй — принцип динамики. Нас интересует третий закон Ньютона, принцип взаимных действий.

Реактивное движение

действительно основано на принципе действие-реакция , который гласит, что для каждого действия существует равное и противоположное противодействие. Таким образом, воздух, выброшенный назад, оказывает на самолет равную и противоположную силу, выталкивая его вперед. Эта сила называется тягой. Кроме того, чем выше скорость движущихся газов, тем больше тяга.

Закон

Ньютона также объясняет, как летают самолеты; если крыло оказывает на воздух силу (его вес, сила, которая заставляет его опускаться), тогда воздух оказывает на крыло противоположную силу, называемую подъемной силой (направленной вверх).Тот факт, что эти силы компенсируются, удерживает самолет в воздухе.

Первый реактивный двигатель

В 1731 году англичанин Джон Барбер начал регистрировать патенты на газовую турбину внутреннего сгорания, предшественницу турбореактивного двигателя. Его двигатель состоял из компрессора, камеры сгорания и турбины, работавших на горючем веществе. Однако Барбер не смог заставить свое изобретение работать, потому что технологии того времени не давали достаточной мощности.

Разработка газовой турбины была задержана успехом паровой турбины. Наконец, вслед за работами румына Анри Коанды и француза Максима Гийома в 1930-х годах именно британец сэр Фрэнк Уиттл произвел революцию в воздушном транспорте, создав турбореактивный двигатель . Вместо использования поршневого двигателя для сжатия воздуха Уиттл выбрал турбину, расположенную ниже по потоку, которая использовала мощность выхлопных газов для привода компрессора. Этот новый двигатель был более эффективным и мощным, чем поршневой.

Англия и Германия одновременно разработали первые турбореактивные двигатели. Именно немец Ганс фон Охайн разработал первый реактивный двигатель для компании Heinkel в 1939 году. Первым реактивным самолетом тогда был Heinkel He-178, который использовался в боевых условиях. Однако первый полет был прерван из-за того, что в двигатель засосала птица. Во время Второй мировой войны гонка вооружений ускорила рождение современной авиации. Соединенные Штаты и Советский Союз догнали в конце войны, за ними следует Франция, ранее сдерживаемая немецкой оккупацией.Первые гражданские самолеты с реактивными двигателями появились в 1950-х годах.

Heinkel He-178 — Источник: Wikimedia Commons

различные типы реактивных двигателей

Вообще говоря, турбореактивные двигатели позволяют преобразовывать химическую энергию, содержащуюся в топливе, в кинетическую энергию. Разработка турбореактивных двигателей с самого начала была серьезной проблемой, как военной, так и гражданской; Реактивные двигатели, разработанные сегодня, намного сложнее, чем в прошлом.Например, они оснащены реверсорами тяги, которые используются для торможения самолета.

Можно выделить несколько подкатегорий реактивных двигателей:

  • Центробежный компрессор турбореактивных двигателей
  • Турбореактивные двигатели осевые компрессорные
  • Двухпоточные реактивные двигатели
  • РВД
  • Турбовинтовые двигатели
  • Турбовалы со свободной турбиной

Описанные выше двигатели представляют собой турбореактивные двигатели с центробежным компрессором .Они просты в изготовлении и прочные, но недостатком является то, что они требуют двигателя большого диаметра, что снижает конечную скорость устройства. Таким образом были изобретены осевые турбореактивные двигатели . Воздух сжимается через ряд гребных винтов, и производительность лучше, но для этого требуются более современные материалы. В обоих случаях двигатель должен выдерживать температуру до 2000 градусов Цельсия.

В двухпоточном двигателе нагнетатель расположен в передней части компрессора.Он всасывает большее количество воздуха, который затем разделяется на первичный и вторичный потоки. Первичный поток проходит в камеру сгорания, поэтому это поток теплого воздуха. Вторичный поток выбрасывается непосредственно с любой стороны двигателя; это поток холодного воздуха, который обеспечивает 80% тяги. На выходе холодный воздух смешивается с теплым, в результате чего двигатель остывает. Эта система используется на большинстве коммерческих авиалайнеров, поскольку она улучшает тягу и снижает шум двигателя.

Двухпоточный реактивный двигатель — Источник: Википедия

Сегодня ПВРД используются в боевых самолетах и ​​ракетах, поскольку они позволяют достигать очень высоких скоростей.Их тяга выше, потому что топливо повторно впрыскивается в камеру сгорания, что называется дожиганием. Кроме того, они не имеют движущихся частей и поэтому легкие. Недостатки заключаются в том, что они не могут работать ниже определенной скорости и что температура очень высока, что со временем не является устойчивым для многих материалов. Им также нужна начальная скорость для работы. Самолеты с прямоточными воздушно-реактивными двигателями могут развивать сверхзвуковые скорости. Двигатель Concorde представлял собой гибрид турбореактивного и прямоточного двигателей.

Турбореактивные двигатели

увеличивают тягу за счет выброса максимально возможного количества газа. Турбовинтовые двигатели — нет. Они полагаются на мощность вращения винта, прикрепленного к внешней стороне самолета, чтобы обеспечить большую часть тяги. Турбовинтовые самолеты — наиболее экономичное решение для ближнемагистральных рейсов. Они более эффективны и потребляют меньше топлива, но имеют ограничения по высоте и расстоянию. Если вы хотите узнать больше о различных моделях турбовинтовых самолетов, посетите эту страницу.

Источник: Wikimedia Commons

Турбовальные двигатели предназначены для вертолетов. Как и турбореактивные, они оснащены турбиной. Производимые сегодня вертолеты, как и «Дельфины», имеют свободную турбину . Он преобразует кинетическую и тепловую энергию выхлопных газов в механическую. Он также позволяет лопастям вертолета вращаться со скоростью, отличной от скорости компрессора, обеспечивая таким образом устойчивость вертолета.

Как работают вертолетные двигатели? Ваш окончательный гид — учитель пилотов

Нет сомнений в том, что вертолеты — это великолепное инженерное сооружение, но без двигателей они были бы бесполезны. Создание легкого, мощного, экономичного и надежного двигателя имеет первостепенное значение для его успешной работы в вертолете.

Вертолетные двигатели могут быть поршневыми или газотурбинными турбовальными. Воздух втягивается, сжимается, смешивается с топливом, воспламеняется, затем быстрое расширение газа используется для вращения ведущего вала, который подается на главную трансмиссию. В двигателях используется бензин (Avgas) или керосин (Jet A1).

Размер вертолета будет определять тип двигателя и количество используемых двигателей. У каждого типа двигателя есть свои плюсы и минусы, но оба типа тщательно спроектированы и хорошо протестированы, чтобы гарантировать соответствие высочайшим стандартам качества. Если бы они этого не сделали, я бы ни за что не привязал свою задницу к одному!

Давайте посмотрим на эти различные типы вертолетных силовых установок…

Типы вертолетных двигателей

Как кратко сказано, вертолетные двигатели бывают двух типов:

  1. Поршневой или поршневой двигатель
  2. Газотурбинный двигатель с турбонаддувом

В этой статье будут рассмотрены все типы двигателей, принципы их работы, компоненты, которые заставляют их работать, и то, как они приводят в движение вертолет.

Поршневые вертолетные двигатели:

Cabri от Guimbal — популярный учебный вертолет с поршневым двигателем — Источник: Джеймс

Поршневые вертолетные двигатели используются в основном в современных вертолетах меньшего размера, рассчитанных примерно на 5 мест и весом не более 2500 фунтов (1135 кг). До развития газотурбинных технологий поршневые двигатели использовались в более крупных вертолетах, таких как ранняя модель Westland Whirlwind HAR.5 1950-х годов.

Сегодняшние поршневые двигатели вертолетов, как правило, имеют 4 или 6 цилиндров горизонтально-оппозитной конструкции, работающие на авиационном бензине, более известном как Avgas.Они невероятно надежны, но тяжелы по сравнению с той мощностью, которую они создают. По этой причине они ограничиваются 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-х тактный двигатель, имеющий 4 ступени работы.

После запуска двигателя:

  1. Ступень впуска — Поскольку каждый поршень в соответствующем цилиндре опускается коленчатым валом вниз, открывается клапан (впускной клапан) в верхней части цилиндра, и воздух всасывается в цилиндр вместе с распыленным топливом — оба измеряются для обеспечения оптимального соотношения топлива и воздуха.
  2. Стадия сжатия — Как только поршень достигает дна цилиндра, он начинает подниматься обратно вверх по цилиндру. В этот момент впускной клапан закрывается и герметизирует цилиндр. Это вызывает усиление сжатия топливно-воздушной смеси по мере подъема поршня.
  3. Силовой каскад — Как только поршень достигает максимума своего хода, загорается свеча зажигания и воспламеняет взрывоопасную топливно-воздушную смесь. Это заставляет газ быстро расширяться и резко увеличивать его давление, заставляя поршень опускаться обратно в цилиндр.
  4. Выхлопная ступень — Поршень достигает дна, и при срабатывании других цилиндров коленчатый вал продолжает вращаться, и поршень начинает подниматься обратно вверх по цилиндру. В этот момент открывается другой клапан (выпускной клапан), позволяющий отработанному газу выйти из цилиндра. Когда поршень достигает максимума своего хода, выпускной клапан закрывается, и цилиндр готов к следующему циклу.

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

Детали двигателя Robinson R22 — Источник: Hengist

На этом изображении вы можете увидеть 2 крышки правого цилиндра (окрашенные в бронзу квадраты) двигателя Lycoming O-360 мощностью 180 л.с., мощность которого снижена до 145 л.с. Чтобы создать достаточный поток охлаждающего воздуха, Фрэнк Робинсон (оригинальный конструктор этого вертолета) создал кожух вентилятора, который втягивает воздух из большого круглого воздухозаборника, проходит через вентилятор с короткозамкнутым ротором, приводимый в действие двигателем, и затем дует через цилиндры, чтобы держите их в прохладе, особенно когда вертолет парит и при прямом полете нет воздушного потока.

Коленчатый вал четырех поршней затем подключается к системе привода для привода вертолета.

Как поршневой вертолетный двигатель приводит в действие трансмиссию?

После запуска двигателя его карданный вал сразу же начинает вращаться. Основная проблема здесь в том, что заставить вращаться систему несущего винта сразу после запуска двигателя будет слишком большим тормозом для двигателя, и он не запустится.

Итак, чтобы позволить двигателю легко запускаться, система главного привода вертолета отсоединяется от двигателя до тех пор, пока пилот не активирует систему включения привода.

Главный способ, которым поршневой вертолет подключается к системе привода вертолета, — это ременная передача.

Рифленый шкив соединен с двигателем, а второй рифленый шкив соединен с входным приводным валом трансмиссии. Когда вертолет запускается, клиновые ремни ослаблены, позволяя 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 путем активации двигателя и коробки передач, чтобы оттолкнуть два шкива друг от друга, таким образом натягивая клиновые ремни, либо с помощью электрического линейного привода, который перемещает холостой шкив и тянет клиновые ремни натянуты.

Натяжной натяжной ролик на вертолете Schweizer 269

После активации система будет оставаться 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 отключит систему натяжения с помощью переключателя, и двигатель снимет натяжение с клиновых ремней, тем самым позволив двигателю выключиться, пока основной ротор все еще откатывается.

Компоненты поршневого вертолетного двигателя

Многие из поршневых двигателей, используемых в современных вертолетах, очень похожи по конструкции.В зависимости от модели вертолета они бывают либо с карбюратором, либо с бензиновым двигателем.

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, так называемых «горизонтально противоположных».

На изображении вы видите поршневой авиационный двигатель Lycoming O-360. Он установлен на самолет Piper PA-28, но он же установлен на вертолеты серии Robinson R22 Beta II.Это изображение дает прекрасный вид на его расположение.

Авиационный двигатель Lycoming серии O-360

Коленчатый вал проходит через середину блока цилиндров, как и распределительные валы, управляющие впускными и выпускными клапанами. В вертолетах вместо того места, где винт соединяется с валом, подключается клиновидный шкив. Две трубы, идущие к каждому цилиндру, представляют собой толкатели, которые открывают и закрывают впускной и выпускной клапаны, а ребра, которые вы видите возле концов цилиндров, должны обеспечивать каждому цилиндру максимальную площадь поверхности для охлаждения.

Стартер

Делает именно то, что звучит. Когда пилот поворачивает ключ зажигания в положение «Пуск» или нажимает кнопку «Пуск», стартер выдвигает зубчатую передачу и запускает ее вращение с очень высоким крутящим моментом.

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

Как только двигатель запускается, пилот отпускает кнопку или ключ, и стартер снимает шестерню с маховика и перестает вращаться. На оставшуюся часть полета стартер больше не требуется.

Генератор

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

Вырабатываемая им электрическая энергия используется для питания всех огней самолета, радиоприемников, GPS, приборов и любых электрических систем, таких как система включения привода, также называемая «сцеплением».

Вторая задача генератора — зарядить аккумулятор. После каждого запуска двигателя напряжение аккумуляторной батареи снижается. Чтобы аккумулятор не разряжался с течением времени и чтобы вертолет можно было запускать каждый раз, генератор подзаряжает аккумулятор во время полета.

Магнето

Magnetos — это устройство с приводом от двигателя, вырабатывающее электрическую энергию, используемое для подачи энергии на свечи зажигания, чтобы они искрились. На двигателе вертолета есть два магнето, каждый из которых работает независимо от другого.

В каждом цилиндре по две свечи зажигания. Один магнето подает энергию на одну свечу зажигания в каждом цилиндре, а второй магнето передает энергию на другую свечу зажигания в цилиндрах. Думайте об этом как о наборе верхних свечей зажигания и наборе нижних свечей зажигания.Один магнето питает верхние вилки, другой — нижние.

6-цилиндровый авиационный двигатель Lycoming — Первоисточник: Triple-Green

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

Что хорошо в магнето, так это то, что пока двигатель вращается, они будут производить искровую энергию. Они не нуждаются в каком-либо другом внешнем влиянии, что делает их отличными устройствами, поскольку они все равно продолжат работать, если самолет полностью откажется от электросети.

Нагрев карбюратора

В вертолетных двигателях без наддува используется карбюратор для смешивания топлива и воздуха в правильном соотношении, прежде чем он попадет в цилиндры для сгорания. Когда вертолету требуется больше мощности, дроссельная заслонка карбюратора открывается, и всасывание из такта впуска цилиндров втягивает больше воздуха, за счет чего эффект Вентури на топливопровод также втягивает больше топлива.

Больше воздуха и топлива = больший взрыв = больше мощности

Когда воздух проходит через карбюратор, он естественным образом охлаждается как часть процесса Вентури, и он 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 для нарастания, лед начнет закрывать зазор, используемый для поглощения воздуха, лишать двигатель воздуха и останавливать его — нехорошо!

Robinson R22 Carb Heat Detail — Оригинальный источник: Hengist

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

Система обогрева карбюратора контролируется пилотом с помощью датчика температуры. Желтая дуга указывает на оптимальные температуры для карбюраторного обледенения.

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

Система воздушного нагрева карбюратора используется до того, как будет произведено какое-либо снижение мощности, поскольку более теплый воздух, поступающий в двигатель, снижает мощность, которую он производит.

За 1 минуту — 30 секунд до снижения мощности в руководстве по летной эксплуатации рекомендуется активировать систему, чтобы растопить лед, прежде чем дроссельная заслонка начнет закрываться, когда пилот снижает мощность. Если присутствует лед, зазор между дроссельной заслонкой и стенкой карбюратора может быть полностью закрыт 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 остановился из-за воздушного голодания.

Система впрыска топлива

Для повышения производительности двигателя многие вертолетные двигатели оснащены системой впрыска топлива, а не карбюратором. 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 выдачи.

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

Топливо затем отправляется в распределительное устройство, которое направляет его в правый 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 дозируется и распределяется, повышенная производительность и эффективность могут быть достигнуты с помощью электронных систем для мониторинга и управления потоком топлива в каждый цилиндр.


Газотурбинные двигатели для вертолетов

Leonardo AW101 имеет 3 газотурбинных двигателя — Источник: Марк Харкин

Газотурбинный двигатель является силовой установкой вертолета. Легкий, компактный дизайн и высокая выходная мощность делают их идеальными для установки в вертолет — но они недешевы! Даже самые маленькие начинаются по той же цене, что и целый поршневой вертолет!

Тип газотурбинного двигателя, используемого в вертолетах, называется газовой турбиной «турбовальный», и это означает, что он использует мощность двигателя, а затем передает эту мощность на ведущий вал, который затем вертолет может использовать для привода системы трансмиссии.

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

Как работают газотурбинные двигатели для вертолетов?

В вертолетах используются два типа газотурбинных двигателей.

1. Первая — это серия Allison, в которой используется своего рода реверсивный воздушный поток:

Воздух втягивается спереди, направляется к задней части двигателя, затем проходит через середину двигателя, а затем выходит через верх.Этот тип двигателя очень распространен на вертолетах Bell.

Bell 206 Jet Ranger с двигателем обратного потока — Источник: Джеймс

2. Газовая турбина второго типа является более прямоточной и используется более широко:

Воздух поступает через впускное отверстие и проходит прямо через двигатель, прежде чем выйти через заднюю часть.

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

Газотурбинные двигатели работают за счет втягивания воздуха компрессором в переднюю часть двигателя.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. Когда двигатель работает, огненный шар поддерживает автономную работу двигателя, при условии, что топливо продолжает поступать.

Газ быстро расширяется и проталкивается через турбину / с газогенератора. Они включают воздушный поток и соединяются с компрессором в передней части двигателя.Это заставляет компрессор вращаться, чтобы подавать больше воздуха для поддержания работы двигателя.

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

После прохождения через силовую турбину / с газ выходит из выхлопной трубы вертолета.

Турбовальный двигатель Arriel 1D1 от Airbus AS350 Astar

Обеспечивая постоянную добавку топлива, двигатель питается сам и продолжает работать в бесконечном цикле.Если требуется больше мощности, добавляется больше топлива, что дает больший взрыв, который быстрее раскручивает турбину газогенератора, что быстрее вращает компрессор, втягивая больше воздуха для смешивания с увеличившимся количеством топлива.

Больше воздуха и топлива = больший взрыв = больше мощности

Как газотурбинный вертолетный двигатель приводит в движение трансмиссию?

В зависимости от конструкции двигателя будет зависеть от того, как мощность поступает от двигателя. Некоторые турбовальные двигатели имеют силовую турбину, соединенную с коробкой передач, которая приводит в движение приводной вал, или некоторые могут выводить приводной вал спереди или сзади от центральной линии двигателя, который затем может быть вставлен в коробку передач, установленную на двигателе.

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

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

После получения доступа к приводу двигателя остается лишь установить приводной вал между двигателем и главной трансмиссией вертолета.Когда используются два двигателя, они устанавливаются бок о бок, и каждый карданный вал входит в обе стороны главной трансмиссии.

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, не поворачивая систему главного ротора, потому что силовые турбины известны как свободные турбины.

Несмотря на то, что остальные компоненты двигателя вращаются, силовые турбины подключены только непосредственно к главной трансмиссии и будут вращаться только тогда, когда поток газа через них будет достаточно мощным, чтобы преодолеть сопротивление трансмиссии.Когда двигатель запускается впервые, поток газа через силовые турбины малый по объему, воздух просто проходит через лопатки силовой турбины, не передавая на них никакой силы.

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

Детали газотурбинного двигателя вертолета

Несмотря на то, что 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 они работают.

Для этого объяснения мы рассмотрим двигатель Arriel 1D1, который используется в AS350 B2 Astar. Это тот, на котором я сейчас летаю, и у меня есть много фотографий, чтобы помочь объяснить.Давайте начнем с передней части двигателя и проработаем:

Компрессоры

Большинство газотурбинных двигателей для вертолетов состоит из пары компрессоров в передней части двигателя. Первый компрессор — это осевой компрессор. Работа этого компрессора состоит в том, чтобы всасывать воздух и увеличивать его давление и скорость. Он также сглаживает воздушный поток, готовый к его поступлению во второй компрессор — Центробежный компрессор.

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

Оба компрессора установлены на одном валу и вращаются вместе как одно целое. Их скорость контролируется турбиной газового генератора (подробнее об этом позже).

Выпускной клапан

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

Компрессоры двигателя предназначены для работы с максимальной эффективностью при высоких оборотах. Во время запуска и настройки малой мощности воздух, проходящий через компрессоры, очень медленный и может вызвать аэродинамическую остановку лопастей ротора компрессоров.

Чтобы предотвратить остановку, спускной клапан удерживается в открытом положении пружиной, чтобы разгрузить компрессор при запуске двигателя, ускорении и настройках малой мощности. Благодаря этому компрессор чувствует меньше ограничений и работает более эффективно. При увеличении оборотов двигателя клапан закрывается за счет давления воздуха, создаваемого двигателем. Это полностью автоматическая система, работающая очень хорошо.

Камера сгорания

Как только воздух подготовлен компрессорами, он попадает в камеру сгорания, где распыленное реактивное топливо дозируется в камеру из двух топливных форсунок.

При запуске двигателя смесь топлива и воздуха воспламеняется двумя свечами зажигания. Когда двигатель достигает примерно 45% рабочих оборотов в минуту, огненный шар в камере сгорания становится самоподдерживающимся. В этот момент свечи зажигания выключены на оставшуюся часть полета. Если топливо продолжает поступать в камеру сгорания, огненный шар будет гореть.

При воспламенении топливно-воздушной смеси ее объем быстро увеличивается, и единственный выход для нее — это движение к задней части двигателя.

Блок управления топливом

Блок управления подачей топлива расположен в передней, нижней части двигателя и приводится в действие от вспомогательной коробки передач двигателя. В блок управления топливо поступает от подкачивающих насосов, расположенных в топливном баке вертолета. Сам блок управления подачей топлива является сложным сердцем двигателя, но я постараюсь сделать его простым для понимания!

Блок управления топливом обслуживается двумя требованиями:

  1. Рычаг управления подачей топлива (верхняя тяга) — используется для запуска и разгона двигателя до полетных оборотов. После достижения частоты вращения в полете рычаг остается в этом положении до конца полета.
  2. Коллектив — это то, что пилот использует для набора высоты и спуска с вертолета. По мере увеличения шага лопастей на лопастях несущего винта они создают большее сопротивление. Чтобы главный ротор вращался на оптимальных оборотах в 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 под давлением подается к двум топливным форсункам, установленным по бокам камеры сгорания.

Газогенератор

Турбина или турбины газогенератора, в зависимости от модели двигателя, монтируются непосредственно после камеры сгорания. Поскольку быстро расширяющийся газ пытается выйти из двигателя, он проходит через лопасти этой турбины.

Когда воздух проходит через турбину, он вращает ее. Работа газогенератора состоит в том, чтобы подавать в двигатель необходимое количество воздуха, которое соответствует количеству топлива, запрошенному и поданному блоком управления топливом.

Турбина (ы) газогенератора также установлена ​​на том же валу, что и два компрессора, так что по мере добавления топлива и увеличения взрыва больше воздуха проходит через газогенератор, вращая его быстрее, таким образом, компрессоры быстрее всасывают. в большем количестве воздуха. Это то, что поддерживает автономность двигателя и представляет собой постоянный цикл, а не четырехступенчатый цикл поршневого двигателя.

Силовая турбина

Здесь мощность двигателя используется для привода главной передачи вертолета.

Силовая турбина до нее не подключена к компонентам двигателя. Это так называемая «свободная турбина». Так же, как принцип работы газогенератора, он использует воздушный поток, проталкиваясь через него, чтобы вращать его. Некоторые газотурбинные двигатели могут иметь только одну силовую турбину, в то время как другие конструкции двигателей могут иметь несколько турбин.

При низких оборотах двигателя потока газа недостаточно для вращения силовой турбины. Это позволяет двигателю запускаться свободно, не приводя в действие главную трансмиссию, соединенную с двигателем.Когда воздушный поток достигает примерно 25% от его рабочих оборотов в минуту, воздушного потока через силовую турбину достаточно, чтобы преодолеть трение и сопротивление трансмиссии и лопастей 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 сбрасывается в атмосферу.

Редуктор

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

Поскольку редуктор изменяет частоту вращения выходного вала двигателя, он соединяется с главным выходным карданным валом двигателя на более приемлемых оборотах 6000!

Главный выходной вал этого двигателя проходит под остальной частью двигателя, где он также проходит через вспомогательную коробку передач, установленную между двумя компрессорами. Как только он покидает переднюю часть вспомогательной коробки передач, он соединяется с главной трансмиссией через гибкий приводной вал, установленный внутри «торсионной трубки», чтобы двигатель и трансмиссия могли двигаться и вибрировать как одно целое.

Принадлежность коробки передач

Дополнительный редуктор приводится в движение валом между двумя компрессорами. Его задача — 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:


до конца

Независимо от размера, стоимости и сложности вертолетного двигателя его цель — обеспечить надежную мощность, чтобы вертолет оставался работоспособным и безопасным.

Вертолетные двигатели

с поршневым двигателем отлично подходят для небольших вертолетов, а их дешевле покупать и эксплуатировать, они идеально подходят для учебных вертолетов или частных владельцев.

Когда вертолеты начинают расти, мощность, необходимая для их управления, резко возрастает. Это когда газотурбинный двигатель имеет высокое соотношение мощности и веса, но за свою цену.

Побывав на обоих типах двигателей, я могу сказать вам, что когда двигатель выдает много дополнительной мощности, то все, что вы можете делать, а также высота и скорость, которых вы можете достичь на вертолете, действительно делают полеты невероятными.

Поршень или турбина, выбор действительно зависит от вертолета, в который он собирается.

Дополнительная литература

Если вы нашли эту статью интересной и хотели бы продолжить чтение, я настоятельно рекомендую следующие статьи из моего блога:

Рик Джеймс

Я авиационный орех! Я пилот вертолета с рейтингом ATP и бывший летный инструктор с более чем 3000 часов в 3 странах и множеством различных летных работ. Я люблю авиацию и все, что с ней связано. Я использую эти статьи, чтобы поделиться интересными фактами и информацией, независимо от того, являетесь ли вы пилотом или просто любите авиацию! Если вы хотите узнать обо мне больше, просто нажмите на мою фотографию!

Недавние сообщения

ссылка на Сколько времени нужно, чтобы стать пилотом вертолета? — Ваш гид ссылка на Почему вертолеты взлетают и приземляются на взлетно-посадочных полосах?

Почему вертолеты взлетают и приземляются на взлетно-посадочных полосах?

Все мы знаем, что вертолеты могут подниматься и взлетать, так почему же мы иногда видим, как вертолеты взлетают и приземляются на взлетно-посадочной полосе? Взлетно-посадочные полосы используют только самолеты…

Как работают вертолеты? | Вондрополис

«Сегодняшнее чудо дня» было вдохновлено Касеном. Kasen Wonders , « как работает вертолет » Спасибо за ЧУДО вместе с нами, Касен!

Что касается самолетов, то изящные линии и молниеносная скорость самолетов могут легко поразить людей. Громоздкие вертолеты странной формы редко вызывают подобные чувства. Однако, как только вы узнаете, на что способны вертолеты, вы можете дважды подумать, когда в следующий раз увидите его!

В отличие от самолетов, у вертолетов наверху есть вращающиеся крылья, называемые лопастями или несущими винтами. Когда лопасти вертолета вращаются, они создают силу, называемую подъемной силой, которая позволяет вертолету подниматься в воздух. Винты вертолета выполняют ту же функцию, что и крылья самолета.

Помимо ротора сверху, у вертолетов есть ротор сзади.Задний ротор может быть обращен в разные стороны, что позволяет вертолету двигаться вперед, назад и в стороны.

Вертолеты могут делать многое, чего не могут делать самолеты. Например, вертолеты могут двигаться прямо вверх или вниз и зависать в воздухе без движения. Они также могут летать назад и в стороны. Они могут даже взлетать или приземляться без взлетно-посадочной полосы!

Эти возможности делают вертолеты идеальными для решения многих задач. В течение многих лет они использовались военными для переброски войск, доставки припасов и в качестве летающих машин скорой помощи.Их мобильность позволяет вертолетам добираться до людей в труднодоступных местах, например, в горах и океанах.

Вертолеты также часто используются средствами массовой информации для освещения последних новостей и дорожного движения. Благодаря своей способности парить и приземляться без взлетно-посадочной полосы, вертолеты идеально подходят для перемещения крупных объектов. Их также можно использовать для переноски большого количества воды для тушения лесных пожаров.

Отец современного вертолета — Игорь Сикорский, российский авиационный инженер, позже приехавший в США.Впервые он подал патент на конструкцию вертолета в 1931 году. Однако первый рабочий прототип его конструкции полетел только восемь лет спустя.

Думаете, вы когда-нибудь захотите полетать на вертолете? Мы думаем, вы справитесь! Однако для этого потребуется немало тренировок. Управлять вертолетами намного сложнее, чем самолетами. Вы понимали, что для успешного управления вертолетом вам нужны обе руки и обе ноги?

Стандарты: CCRA.W.2, CCRA.SL.1, CCRA.L.1, RST.6-8.2, RST.6-8.9

5 основных типов реактивных двигателей самолетов

Существует 5 основных типов авиационных реактивных двигателей. У каждого есть свои преимущества, недостатки и лучшие варианты использования. Узнайте больше о различных типах газотурбинных двигателей в этой статье.

Концепция газовых двигателей самолетов значительно улучшилась с 1903 года. Газовая турбина могла производить достаточно мощности, чтобы поддерживать самолет в рабочем состоянии.

Газовые авиационные двигатели были впервые разработаны Эгидиусом Эллингом, известным норвежским изобретателем. В то время эти двигатели с 11 лошадиными силами были настоящим подвигом.

Газовые авиационные двигатели с тех пор прошли долгий путь, и теперь они бывают всех размеров и форм. Некоторые двигатели могут производить намного больше мощности, чем двигатели 1903 года. Вот общие типы авиационных двигателей, включая плюсы и минусы каждого двигателя.

1. Турбовинтовой двигатель

Редакция: Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель — это турбореактивный двигатель, в котором используется система зубчатых передач для соединения с воздушным винтом.Коробка передач самолета оснащена турбореактивным двигателем, который вращает прикрепленный к нему вал. Коробка передач замедляет вращающиеся валы, чтобы шестерня могла соединиться с гребным винтом. Как и в случае с Cessna 172, пропеллер вращается в воздухе, создавая тягу.

Турбовинтовые авиационные двигатели

экономичны и вращаются на средней скорости, которая может составлять от 250 до 400 узлов. Турбовинтовые двигатели эффективны на средних высотах, но их система передач может быстро выйти из строя из-за их веса. Их скорость полета также ограничена.

Турбовинтовой двигатель содержит камеру сгорания, в которой находятся сжатый воздух и газ, турбину и компрессор, который вместе запускает турбину.

Редакция: Турбовинтовой двигатель Rolls-Royce Tyne

Давление газа и воздуха создает силу, приводящую в действие компрессор. Тяговая эффективность турбовинтовых авиационных двигателей превышает эффективность турбореактивного двигателя при скорости полета менее 500 узлов. Хотя диаметр гребных винтов современных турбовинтовых двигателей невелик, эти двигатели оснащены множеством лопастей, что делает самолет устойчивым на большой высоте.

Эти лопасти имеют форму ятагана, а края их кончиков загнуты назад для повышения эффективности при высоких скоростях полета. Авиационные двигатели с такими воздушными винтами именуются винтами. Подобно турбовентиляторному авиационному двигателю, турбовинтовой двигатель преобразует энергию газового потока в механическую энергию для создания своей тяги. Он производит достаточную мощность для привода гребного винта, вспомогательного оборудования и компрессора. Эти типы двигателей в самолетах поставляются с валом, прикрепленным к турбине, которая приводит в движение воздушный винт через систему редуктора.

Первый турбовинтовой двигатель был разработан в Будапеште в 1938 году. Он был испытан в августе 1940 года, но позже был заброшен, когда разразилась мировая война. Макс Мюллер инициировал разработку и запуск первого в мире турбовинтового авиационного двигателя, который начал работать в 1942 году.

2. Турбореактивный двигатель

Концепция турбореактивного авиационного двигателя проста. Это влечет за собой забор воздуха с задней стороны двигателя и его сжатие в компрессоре. Но топливо необходимо добавить в камеру сгорания и сжечь, чтобы поднять температуру жидкой смеси примерно до 1000 градусов.

Вырабатываемый горячий воздух проходит через турбину, которая вращает компрессор. Давление на выходе из турбины должно быть вдвое больше атмосферного. Однако это зависит от уровня эффективности авиационного двигателя. Затем избыточное давление перемещается к соплу, которое затем генерирует потоки газа, которые создают тягу.

Для значительного увеличения тяги можно использовать форсажную камеру. Форсажная камера может относиться ко второй камере сгорания, которая находится между соплом и турбиной.Его роль заключается в нагревании газа до того, как он попадет в сопло. Повышение температуры приводит к увеличению тяги примерно на 40%, когда самолет взлетает, и толчок может увеличиваться на высокой скорости, когда самолет поднимается в воздух.

Это реактивные авиационные двигатели, которые расширяют газы, позволяя самолету продвигаться вперед против атмосферного давления. Он всасывает воздух, а затем сжимает или сжимает его, чтобы самолет мог взлететь. Турбины начинают вращаться, когда эти газы проходят через двигатель.Затем газы отскакивают обратно к турбине и выстреливают из передней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед. Турбореактивный двигатель работает, пропуская воздух через воздухозаборник, компрессор, турбину, камеру сгорания и выхлоп.

Детали турбореактивного двигателя

Воздухозаборник

Трубка, прикрепленная к передней части турбореактивного двигателя. Хотя это может показаться простым, он во многом повышает эффективность авиационного двигателя. Его роль заключается в том, чтобы направлять воздух в лопасти компрессора, и он может помочь минимизировать потери воздуха в двигатель на низких оборотах.Забор воздуха может помочь замедлить поток воздуха, когда самолет летит на высокой скорости. Независимо от того, насколько быстро движется самолет, воздух, поступающий в двигатель, должен быть дозвуковым.

Камера сгорания

Магия начинается в камере сгорания. Камера сочетает высокое давление для воспламенения смеси. Горение продолжается, пока смесь или топливо продолжает течь через двигатель к компрессору и турбине. Турбореактивные авиационные двигатели работают на обедненной смеси, потому что двигателю требуется дополнительный поток воздуха, чтобы он оставался холодным.

Компрессор

Роль турбины в задней части авиационного двигателя — привод компрессора. Он сжимает поступающий воздух для повышения атмосферного давления. Компрессор состоит из серии вентиляторов, каждая из которых имеет небольшие лопатки. Роль компрессора заключается в том, чтобы сжимать воздух, когда он проходит каждую стадию сжатия.

Выхлоп

Воздушная смесь и сгоревшее топливо вылетает из двигателя через выхлопное сопло.Двигатель создает тягу, когда сжатый воздух выходит из передней части компрессора, который затем толкает самолет вперед.

Турбины

Это серия вентиляторов, которые работают так же, как ветряная мельница. Их роль заключается в поглощении энергии при прохождении высокоскоростного воздуха через компрессор. У турбин есть лопасти, которые прикреплены к валу, чтобы они могли его вращать. Турбореактивные авиационные двигатели имеют отличную конструкцию.

3. Турбовальный двигатель

Редакция: Турбовальный двигатель

Турбовальный двигатель представляет собой разновидность газовой турбины, которая работает так же, как турбовинтовой двигатель. Но в отличие от турбовинтового двигателя, турбовальные двигатели не приводят в движение воздушный винт. Вместо этого он используется в вертолетах для обеспечения мощности несущего винта.

Турбовальные двигатели

сконструированы таким образом, что скорость вращения винта вертолета не зависит от скорости газогенератора. Это позволяет скорости несущего винта вертолета оставаться постоянной даже при снижении скорости газогенератора. Он также регулирует мощность, производимую вертолетом.

Турбовальные авиационные двигатели обычно используются на вертолетах.Единственное различие между турбореактивными двигателями и турбовальными двигателями заключается в том, что последний использует большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги. Турбовальный двигатель похож на турбореактивный, но имеет большой вал, соединяющий переднюю часть с задней. Поскольку большинство турбовальных двигателей используются на вертолетах, вал соединяется с трансмиссией лопасти несущего винта.

Большинство частей этого двигателя работают так же, как и турбореактивный двигатель. Его турбины снабжены валом для привода лопаточной передачи ротора.Роль трансмиссии лопасти ротора заключается в передаче вращения от вала лопасти ротора. Турбовальные двигатели немного меньше поршневых и имеют более высокую удельную массу по сравнению с поршневыми двигателями. Единственным недостатком этих двигателей является то, что их системы передач сложны и легко ломаются.

Двигатели с турбонаддувом

получают свою тягу за счет преобразования высокоскоростных газов в механическую энергию для работы вспомогательного оборудования, такого как турбина и компрессор. Как и в турбовинтовом двигателе, вал, прикрепленный к турбовальному двигателю, приводит в действие винт самолета и трансмиссию лопастей винта вертолета.Он использует редуктор, чтобы продвигать самолет вперед.

4. Турбореактивный двухконтурный двигатель

Редакция: Турбореактивные двухконтурные двигатели ВВС США

Турбореактивные двухконтурные двигатели оснащены массивным вентилятором спереди для всасывания воздуха. В турбовентиляторных реактивных двигателях большая часть воздуха обтекает внешнюю часть авиационного двигателя, чтобы дать самолету большую тягу даже на низких скоростях и сделать его бесшумным.

Турбореактивные двухконтурные двигатели установлены на большинстве современных авиалайнеров. Весь воздух, поступающий во впускной патрубок турбовентиляторного реактивного двигателя, проходит через генератор, производящий горячий воздух.Этот генератор состоит из турбины, камеры сгорания и компрессора. Лишь небольшой процент воздуха, проходящего через турбовентиляторный двигатель, достигает камеры сгорания.

Остальной воздух проходит через компрессор низкого давления или вентилятор, после чего смешивается с добываемым газом или выбрасывается напрямую. Задача этой системы — помочь достичь более высокой тяги при сохранении того же уровня потребления. Турбореактивный реактивный двигатель снижает скорость при том же уровне мощности и увеличивает расход всей воздушной массы для достижения этого.

Турбореактивный авиадвигатель представляет собой модернизированный вариант турбовинтовых и турбореактивных двигателей. Он работает так же, как и турбореактивный двигатель, но у него впереди установлен вентилятор. Вентилятор охлаждает двигатель, создает дополнительную тягу и снижает шум авиационного двигателя.

Входящий в турбовентиляторные двигатели воздух разделяется на два потока. Один поток проходит через сердцевину двигателя, а другой, обходя воздух, обтекает двигатель. Обходящий воздух проходит через двигатель, где воздуховодный вентилятор ускоряет его, создавая дополнительную тягу.Канальный вентилятор продолжает проталкивать воздух через двигатель, который затем продолжает увеличивать тягу.

Редакция: Турбореактивные двухконтурные двигатели

Турбореактивные авиационные двигатели тише, чем турбореактивные, и экономичны. Их дизайн тоже выглядит невероятно. Однако эти двигатели неэффективны на больших высотах, а их лобовая площадь больше, чем у турбореактивных двигателей, что делает их немного тяжелыми.

Авиационные двигатели с турбонаддувом

оснащены воздуховодом в задней части двигателя. Независимая турбина, прикрепленная к передней части компрессора, обычно приводит в движение турбину с той же скоростью, что и компрессор.Воздух от вентилятора не смешивается с воздухом двигателя, но его можно отводить назад для смешивания с воздухом в передней части двигателя. Выхлопной газ производит менее 25% общей тяги, а 75% поступает от подключенных вентиляторов.

5. ПВРД

Это самые легкие типы двигателей в самолетах, не имеющие движущихся компонентов. Скорость самолета отвечает за нагнетание воздуха в двигатель. Ramjet работает так же, как турбореактивный двигатель, за исключением того, что вращающиеся части отсутствуют.Однако тот факт, что степень сжатия зависит от скорости самолета, ограничивает применение ПВРД.

В отличие от других двигателей ПВРД не развивает статической тяги; вместо этого он создает небольшую тягу ниже скорости звука. Это означает, что самолету с прямоточным воздушно-реактивным двигателем при взлете требуется помощь, которая может быть в виде другого самолета.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *