0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовые двигатели на первый взгляд внешне напоминают поршневые моторы по общей черте и тех и других — воздушному винту. Но на этом сходство прекращается, далее наступает путь конструктивно совершенно иной машины, с иным принципом работы, с иными характеристиками и режимами работы, с иными возможностями.

Турбовинтовые двигатели (ТВД) – это разновидность газотурбинных двигателей, которые нашли широкое применение в авиации. Сами по себе газотурбинные двигатели (ГТД) были разработаны в качестве универсального преобразователя энергии, которые в итоге стали использовать в авиастроении. Газотурбинный двигатель представляет собой тепловую машину, в которой при сгорании топлива расширенные газы вращают турбину, создавая крутящий момент, а к валу турбины можно подключать необходимые агрегаты. В случае с ТВД к валу подключается воздушный винт.

Турбовинтовые двигатели – это своеобразная «помесь» поршневых моторов с турбореактивными. Поршневые двигатели были первыми силовыми установками, которыми снабжались самолеты. Они представляли собой цилиндры, расположенные в виде звезды, в центре которой располагался вал, вращающий воздушный винт. Но из-за своего большого веса и ограничений по скорости от них со временем отказались, отдав предпочтение турбореактивным двигателям. Правда, ТРД тоже оказались далеко не идеальными. При возможности развивать сверхзвуковую скорость они довольно «прожорливые», что повышает затраты на топливо при их эксплуатации, а их использование на пассажирских и грузовых самолетах делает перелеты слишком дорогими. Именно этот недостаток реактивных двигателей и было возложено устранить их турбовинтовым сородичам, которые на сегодняшний день успешно используются в авиации. Взяв за основу строение и принцип работы ТРД и умело совместив его с работой воздушного винта от поршневых моторов, они смогли соединить в себе небольшие габариты и малый вес, экономный расход топлива и высокий КПД.

Hawker Beechcraft King Air 350

Впервые в Советском Союзе ТВД сконструировали и испытали еще в 30-х годах, а в 50-е началось их серийное производство. Диапазон их мощностей был в пределах 1880-11000 кВт. Турбовинтовые двигатели долгое время успешно использовались в гражданской и военной авиации, отличаясь надежностью и долговечностью. Примером может служить заслуженный «ветеран» отечественного авиастроения АИ-20, которым оснащались ИЛ-18, АН-8, АН-32, АН-12, БЕ-12, ИЛ-38. Но со временем стало понятно, что увеличивать их мощность можно только до определенного предела, а использовать их на сверхзвуковых скоростях не получится, так что сфера их использования резко сократилась. Сейчас ТВД в основном используются в гражданской авиации на самолетах с низкой скоростью, тогда как сверхзвуковые самолеты оснащены турбореактивными двигателями. ТВД устанавливаются на АН-24, АН-32, ИЛ-18, ТУ-114.

В связи с уменьшением эффективности воздушного винта при увеличении скорости полёта, турбовинтовые двигатели в основном распространены на относительно малоскоростных летательных аппаратах, таких как самолёты местных авиалиний и транспортные самолёты. Исключение составляет стратегический бомбардировщик Ту-95 и самолеты, созданные на его базе (Ту-114, Ту-126, Ту-142), летающие со скоростью порядка 800 км/ч.

Если учесть, что турбовинтовой двигатель работает только на дозвуковых скоростях, а турбореактивные двигатели лучше использовать для получения очень больших скоростей полёта, то можно сделать вывод, что в некотором диапазоне скоростей комбинирование этих двух двигателей является оптимальным решением (турбовентиляторный двигатель).

Ввиду того, что как лопасти вентилятора, так и лопасти винта для эффективного функционирования должны работать на дозвуковых скоростях, вентилятор в кольцевом обтекателе (который понижает скорость набегающего потока) является более эффективным на больших скоростях.

Экономическая целесообразность [ править | править код ]

Поскольку турбовинтовые двигатели на малых скоростях полёта гораздо экономичнее, чем турбореактивные двигатели, то турбовинтовые самолёты имеют преимущество перед реактивными, прежде всего, из-за низкого расхода топлива. Поэтому в период высоких цен на нефть объём продаж турбовинтовых лайнеров растёт. Так, в 2011 году, когда стоимость нефти была в районе 100 долларов за баррель, в консалтинговом агентстве Ascend Flightglobal Consultancy просчитали, что перевозчикам необходимо задуматься о переходе на турбовинтовые самолёты, поскольку высокая стоимость авиабилетов, связанная с эксплуатацией реактивных лайнеров, отпугивает потенциальных пассажиров.

При этом преимущество турбовинтовых самолётов по сравнению с реактивными на региональных перевозках очевидно. По словам руководства компании Bombardier, лайнеры Q400 (как и соответствующий ему российский Ил-114-300), в сравнении с 70-местным реактивным самолётом эффективнее на 30 % [1] в плане экономии топлива и затрат на эксплуатацию. Соответственно, турбовинтовые самолёты являются идеальной заменой 50-местных реактивных лайнеров. В этом случае авиакомпании смогут увеличить вместимость своих воздушных судов, сохранив затраты на прежнем уровне.

«Русский самолёт» L-410

Ещё в 2008 году начался приход русских на чешский завод, точнее, после приобретения 51% акций, а в 2015 году УЗГА построил новые цеха и начал производство L-410 в ходе процесса постепенно заменяя все узлы и детали на отечественные комплектующее. Сам чехи уже называют L-410 «русским самолётом» и в действительности он станет полностью отечественным, как только уральский завод наладит серийный выпуск российских турбовинтовых двигателей ВК-800С.

Уральские специалисты наладили выпуск L-410 в 2016 году и готовят эти машины к суровым русским условиям. Самолёт оснащают нескольким видам шасси – лыжное предназначено для посадки на снежную поверхность, а поплавковое – на воду также готовится вариант для посадки на мягкий грунт и неподготовленные площадки. Словом, машину адаптируют полностью к эксплуатации в любых климатических условиях России, в том числе и на Крайнем Севере.

Лыжное шасси для L-410 найдёт применение на аэродромах Крайнего Севера и неподготовленных площадках Арктики.

Выпускаемый на уральском заводе L-410 получил современную авионику, связь и оборудование, изготовленные исключительно из отечественных комплектующих. Очевидно, что и двигатели у этой машины скоро будут российского производства.

Читать еще:  В чем уступает инжекторный двигатель карбюраторному двигателю

Многоцелевой 19-местный самолёт L-410 востребован в различных вариантах как для гражданской авиации, так и для военной. Для обоих ведомств эта машина превосходно подходит как учебно-тренировочная для подготовки и обучения курсантов. На данный момент — это единственный самолёт обучения будущих пилотов военно-транспортной авиации. Простая и лёгкая в управлении машина способна прощать ошибки в пилотировании, особенно на посадке и лучших самолётов этого класса для подготовки курсантов пока не предвидится.

Пассажирский салон L-410 весьма комфортный и удобный.

Для гражданской авиации машина найдёт применение в грузопассажирском варианте, а её санитарная версия будет востребована в труднодоступной местности и при проведении поисково-спасательных работ. В военном ведомстве найдут применение разведывательные, санитарные и десантные варианты L-410.

Использование

По сравнению с ТРДД турбовинтовые двигатели наиболее эффективны при скорости полета ниже 725 км / ч (450 миль / ч; 390 узлов), потому что реактивная скорость пропеллера (и выхлопа) относительно мала. Современные турбовинтовые авиалайнеры движутся почти с той же скоростью, что и небольшие региональные реактивные авиалайнеры, но сжигают две трети топлива на одного пассажира. Однако по сравнению с турбореактивным двигателем (который может летать на большой высоте с повышенной скоростью и топливной экономичностью ) винтовой самолет имеет более низкий потолок.

По сравнению с поршневыми двигателями их более высокое отношение мощности к массе (что позволяет сократить время взлета) и надежность могут компенсировать более высокие начальные затраты, техническое обслуживание и расход топлива. Поскольку реактивное топливо может быть легче получить, чем avgas в отдаленных районах, турбовинтовые самолеты, такие как Cessna Caravan и Quest Kodiak , являются используются как втулочные самолеты .

Турбовинтовые двигатели обычно используются на небольших дозвуковых самолетах, но Туполев Ту-114 может развивать скорость 470 узлов (870 км / ч, 541 миль / ч). ). Большой военный самолет , такой как Туполев Ту-95 , и гражданский самолет , такой как Lockheed L-188 Electra , также были турбовинтовой. Airbus A400M оснащен четырьмя двигателями Europrop TP400 , которые являются вторыми по мощности турбовинтовыми двигателями из когда-либо производившихся после 11 МВт (15 000 л.с.) Кузнецова НК-12 .

В 2017 г. наиболее распространенными турбовинтовыми авиалайнерами на вооружении были ATR 42 /72(950 самолетов), Bombardier Q400 (506), De Havilland. Canada Dash 8 -100/200/300 (374), Beechcraft 1900 (328), de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter (270), Saab 340 (225). Менее распространенные и старые авиалайнеры включают BAe Jetstream 31 , Embraer EMB 120 Brasilia , Fairchild Swearingen Metroliner , Dornier 328 , Saab 2000 , Xian MA60 , MA600 и MA700 , Fokker 27 и 50.

Turboprop служебный самолет включают Piper Meridian , Socata TBM , Pilatus PC-12 , Piaggio P.180 Avanti , Beechcraft King Air и Super King Air . В апреле 2017 года во всем мире насчитывалось 14 311 турбовинтовых самолетов бизнес-класса.

Надежность

В период с 2012 по 2016 год ATSB зафиксировала 417 событий с турбовинтовыми самолетами, 83 в год. , более 1,4 млн. летных часов: 2,2 на 10 000 часов. Три из них были «высоким риском», включая неисправность двигателя и незапланированную посадку в одномоторном Cessna 208 Caravans , четыре «среднего риска» и 96% «низкого риска». Два происшествия привели к легким травмам из-за неисправности двигателя и столкновения с землей на сельскохозяйственном самолете , и пять несчастных случаев были связаны с авиационными работами: четыре в сельском хозяйстве и один в санитарной авиации .

Pratt & Whitney Canada разрабатывает новый турбовинтовой двигатель

Крупнейший в мире производитель турбовинтовых двигателей для гражданской авиации — американо-канадская компания Pratt & Whitney Canada (PWC) — заявила о твёрдом намерении довести до реализации раскрытые ранее планы по созданию совершенно новой силовой установки.

Но вероятный запуск в серию уже отодвинут: с предполагавшихся недавно 2020… 2023 годов на 2022… 2026 годы.

Высокая планка

Первая проблема в разработке «с чистого листа» турбовинтового двигателя нового поколения (Next Generation Regional Turboprop, NGRT) — совершенство сегодняшних образцов.

Для текущего технологического уровня создать более эффективный механизм очень сложно.

Дополнительным тормозом является практическое отсутствие у PWC серьёзных конкурентов. PW127 и PW150, устанавливаемые на основные массово выпускаемые в настоящее время турбовинтовые самолёты для коммерческих авиалиний — Bombardier Q400, ATR 42/72 и Xian MA600, — отличаются высокой надёжностью и самыми привлекательными эксплуатационными показателями в истории.

Соответственно, задача для NRGT — быть не только на 15… 20% экономичнее, но и не уступать предшественнику в надёжности.

Двигатели Pratt & Whitney Canada PW127E мощностью 1 765 кВт каждый установлены на ATR 42-500 Два Pratt & Whitney Canada PW150A по 3 782 кВт приводят в движение Bombardier Q400

Есть ли рынок

Но ещё больший вопрос заключается в том, существует ли рынок для нового турбовинтового двигателя.

Абсолютную новинку логично предлагать для совершенно новой модели самолёта, так как повторная сертификация старой — неэффективный процесс, окупить который будет трудно.

Улучшенные характеристики подразумевают увеличение размера авиалайнера: именно в таком случае экономия будет наиболее ощутимой, и покупатель согласится на старте заплатить больше — в обмен меньшие расходы потом.

Менеджмент ATR в этом году заявлял об интересе к созданию модели вместимостью 90 и более кресел — но Airbus, владеющий 50% производителя, против: он не готов рисковать на фоне собственных проблем с обновлением модельного ряда.

У Bombardier продажи турбовинтовых Q400 и региональных реактивных CRJ идут настолько плохо, что вложения во вторую новинку — параллельно приносящей пока только убытки CSeries — способны обанкротить канадского авиапроизводителя.

Читать еще:  Что такое распределительный вал двигателя

От нуля до тысячи

Консенсус-прогнозом на ближайшие 20 лет можно считать объём рынка в 2 000… 2 400 турбовинтовых самолётов вместимостью от 60 до 90 кресел. Основные игроки, ATR и Bombardier, не сегментируют его, и интерес перевозчиков к 60-местным и 90-местным самолётам по отдельности ими не оценивался.

Японская авиастроительная корпорация (Japan Aircraft Development Corp., JADC) в своём последнем 20-летнем прогнозе предсказывает нулевой спрос. Ещё год назад её оценкой были 250 единиц, однако теперь она считает, что потенциальный покупатель 90-местной машины выберет реактивный самолёт, за турбовинтовыми моделями — только нижний, 60-местный, сегмент.

Возможно, такая коррекция обусловлена снижением нефтяных цен: чем дешевле топливо, тем устойчивее конкурентные преимущества реактивных двигателей.

А возможно, причиной является то, JADC участвует в проекте Mitsubishi MRJ90, и с приближением даты сертификации модели она просто подогревает рынок.

Фредерик Лефебр (Frederic Lefebvre), вице-президент по маркетингу на рынке региональных авиакомпаний Pratt & Whitney Canada, оценивает потенциал больших турбовинтовых самолётов в 1 000 единиц за 20 лет.

Надежда на развивающиеся рынки

Наиболее спорные оценки получают развивающиеся рынки Китая, Индии и Юго-Восточной Азии: все производители приписывают их потенциал себе.

Главные особенности этих регионов — нехватка слотов (временных промежутков для взлёта) в ключевых аэропортах, дефицит квалифицированных кадров, относительно короткие расстояния и (кроме Китая) слабое развитие конкурирующих видов транспорта: автомобильного или железнодорожного.

Однако на какие именно самолёты сделают ставку местные перевозчики, пока вопрос.

ATR считает, что это должны быть большие турбовинтовые машины, обладающие самой низкой операционной стоимостью (то есть, модель ATR 72-600).

Embraer рассчитывает продать 100-местные реактивные самолёты, способные к самой быстрой оборачиваемости, — свои модели E-Jet второго поколения, E190-E2 и E195-E2.

Bombardier убеждает рынок в том, что всем нужны универсальные авиалайнеры на 130… 150 мест, которые можно поставить как на короткий региональный маршрут, так и на более длинный магистральный, и выиграть на унификации.

Airbus и Boeing убеждены, что с ростом трафика аэропорты будут перегружены, цены на обслуживание возрастут, а пассажиры будут хотеть платить за билеты всё меньше, и единственный выход — нарастить вместимость каждого самолёта, в котором должно помещаться более 180 человек. Менее востребованные направления не выгодны уже просто потому, что зарплата пилотов и сборы аэропортов поглотят всю возможную выручку от продажи билетов.

Выходя в нишу региональных самолётов на 90 пассажирских кресел, PWC начинает конкурировать с реактивными моделями.
Например, японским Mitsubishi MRJ90, на который ставятся производимые головной американской компанией Pratt & Whitney турбовентиляторные PW1200G Ещё более сильный конкурент — Embraer E190-E2, второе поколение бразильского бестселлера.
И на нём тоже стоят двигатели Pratt & Whitney — аналогичные, но более мощные PW1900G

Свет в конце туннеля

12 и 13 сентября в европейской штаб-квартире Embraer, расположенной в пригороде Амстердама, прошли встречи авиационных менеджеров континента, в которых участвовали представители более двадцати национальных перевозчиков.

Обсуждались достоинства и недостатки ATR 72 и Bombardier Q400: бразильский производитель собрался выйти на покинутый им в самом начале 2000-х годов рынок турбовинтовых машин и предложить покупателям совершенно новую, разработанную с чистого листа модель.

Это означает ясную перспективу для Pratt & Whitney Canada: остаётся лишь не упустить потенциального партнёра и синхронизировать разработки.

Когда клюет петух?

Интерес к энергосберегающим технологиям в авиадвигателестроении проснулся не случайно. В 1970-х мировую экономику лихорадило из-за энергетических кризисов, вызванных событиями на Ближнем Востоке, которые привели к заметному росту цен на нефть, съедавшему прибыли авиакомпаний. Инициатором разработки экономичных двигателей выступило агентство NASA, которое предложило свою конструкцию винтовентиляторного двигателя, а также сподвигло на свершения уже упомянутую General Electric и ее конкурента Pratt&Whitney. P&W в сотрудничестве с компанией Allison Engines предложила силовую установку под названием Pratt & Whitney/Allison 578-DX. В ней также использовался толкающий винт с саблевидными лопастями, однако механизм привода пропеллера более напоминал традиционные турбовинтовые двигатели (вращение передавалось с вала компрессора низкого давления через редуктор, а у GE винты были связаны непосредственно с валом компрессора низкого давления и с вращающимся в противоположном направлении статором того же компрессора). В 1986—1987 годах двигатель GE был протестирован на летающих лабораториях MD-81 и Boeing 727. P&W обкатывал свою конструкцию на том же MD-81.

Однако летные испытания винтовентиляторных двигателей совпали по времени с серьезным падением цен на топливо, и соображения экономичности отошли на второй план. А на первый вышла проблема акустического загрязнения. Никому не хотелось без особого резона возвращаться в эру винтовой авиации с ее ужасным шумом. И агентство NASA завершило программу жирной точкой.

Петух клюнул два десятилетия спустя, когда в последний докризисный год цены на нефть добрались до $180 за баррель, и примерно тогда же гранды мирового двигателестроения заговорили о винтовентиляторах вновь.

– Ну да, про то то мы и говорим, – сказал первый чиновник.
– А что это значит: у меня болел глаз, а теперь смотрю в оба? – сказал Пьер.
– У графа был ячмень, – сказал адъютант, улыбаясь, – и он очень беспокоился, когда я ему сказал, что приходил народ спрашивать, что с ним. А что, граф, – сказал вдруг адъютант, с улыбкой обращаясь к Пьеру, – мы слышали, что у вас семейные тревоги? Что будто графиня, ваша супруга…
– Я ничего не слыхал, – равнодушно сказал Пьер. – А что вы слышали?
– Нет, знаете, ведь часто выдумывают. Я говорю, что слышал.
– Что же вы слышали?
– Да говорят, – опять с той же улыбкой сказал адъютант, – что графиня, ваша жена, собирается за границу. Вероятно, вздор…
– Может быть, – сказал Пьер, рассеянно оглядываясь вокруг себя. – А это кто? – спросил он, указывая на невысокого старого человека в чистой синей чуйке, с белою как снег большою бородой, такими же бровями и румяным лицом.
– Это? Это купец один, то есть он трактирщик, Верещагин. Вы слышали, может быть, эту историю о прокламации?
– Ах, так это Верещагин! – сказал Пьер, вглядываясь в твердое и спокойное лицо старого купца и отыскивая в нем выражение изменничества.
– Это не он самый. Это отец того, который написал прокламацию, – сказал адъютант. – Тот молодой, сидит в яме, и ему, кажется, плохо будет.
Один старичок, в звезде, и другой – чиновник немец, с крестом на шее, подошли к разговаривающим.
– Видите ли, – рассказывал адъютант, – это запутанная история. Явилась тогда, месяца два тому назад, эта прокламация. Графу донесли. Он приказал расследовать. Вот Гаврило Иваныч разыскивал, прокламация эта побывала ровно в шестидесяти трех руках. Приедет к одному: вы от кого имеете? – От того то. Он едет к тому: вы от кого? и т. д. добрались до Верещагина… недоученный купчик, знаете, купчик голубчик, – улыбаясь, сказал адъютант. – Спрашивают у него: ты от кого имеешь? И главное, что мы знаем, от кого он имеет. Ему больше не от кого иметь, как от почт директора. Но уж, видно, там между ними стачка была. Говорит: ни от кого, я сам сочинил. И грозили и просили, стал на том: сам сочинил. Так и доложили графу. Граф велел призвать его. «От кого у тебя прокламация?» – «Сам сочинил». Ну, вы знаете графа! – с гордой и веселой улыбкой сказал адъютант. – Он ужасно вспылил, да и подумайте: этакая наглость, ложь и упорство.
– А! Графу нужно было, чтобы он указал на Ключарева, понимаю! – сказал Пьер.
– Совсем не нужно», – испуганно сказал адъютант. – За Ключаревым и без этого были грешки, за что он и сослан. Но дело в том, что граф очень был возмущен. «Как же ты мог сочинить? – говорит граф. Взял со стола эту „Гамбургскую газету“. – Вот она. Ты не сочинил, а перевел, и перевел то скверно, потому что ты и по французски, дурак, не знаешь». Что же вы думаете? «Нет, говорит, я никаких газет не читал, я сочинил». – «А коли так, то ты изменник, и я тебя предам суду, и тебя повесят. Говори, от кого получил?» – «Я никаких газет не видал, а сочинил». Так и осталось. Граф и отца призывал: стоит на своем. И отдали под суд, и приговорили, кажется, к каторжной работе. Теперь отец пришел просить за него. Но дрянной мальчишка! Знаете, эдакой купеческий сынишка, франтик, соблазнитель, слушал где то лекции и уж думает, что ему черт не брат. Ведь это какой молодчик! У отца его трактир тут у Каменного моста, так в трактире, знаете, большой образ бога вседержителя и представлен в одной руке скипетр, в другой держава; так он взял этот образ домой на несколько дней и что же сделал! Нашел мерзавца живописца…

Читать еще:  Шум в коробке передач на холодном двигателе

В середине этого нового рассказа Пьера позвали к главнокомандующему.
Пьер вошел в кабинет графа Растопчина. Растопчин, сморщившись, потирал лоб и глаза рукой, в то время как вошел Пьер. Невысокий человек говорил что то и, как только вошел Пьер, замолчал и вышел.
– А! здравствуйте, воин великий, – сказал Растопчин, как только вышел этот человек. – Слышали про ваши prouesses [достославные подвиги]! Но не в том дело. Mon cher, entre nous, [Между нами, мой милый,] вы масон? – сказал граф Растопчин строгим тоном, как будто было что то дурное в этом, но что он намерен был простить. Пьер молчал. – Mon cher, je suis bien informe, [Мне, любезнейший, все хорошо известно,] но я знаю, что есть масоны и масоны, и надеюсь, что вы не принадлежите к тем, которые под видом спасенья рода человеческого хотят погубить Россию.
– Да, я масон, – отвечал Пьер.
– Ну вот видите ли, мой милый. Вам, я думаю, не безызвестно, что господа Сперанский и Магницкий отправлены куда следует; то же сделано с господином Ключаревым, то же и с другими, которые под видом сооружения храма Соломона старались разрушить храм своего отечества. Вы можете понимать, что на это есть причины и что я не мог бы сослать здешнего почт директора, ежели бы он не был вредный человек. Теперь мне известно, что вы послали ему свой. экипаж для подъема из города и даже что вы приняли от него бумаги для хранения. Я вас люблю и не желаю вам зла, и как вы в два раза моложе меня, то я, как отец, советую вам прекратить всякое сношение с такого рода людьми и самому уезжать отсюда как можно скорее.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector