Принцип работы авиационного двигателя

Существует четыре типа реактивных, или газотурбинных двигателей:

• » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
• E-mail

Дата Категория: Транспорт

Вращающийся воздушный винт тянет самолет вперед. Но реактивный двигатель с большой скоростью выбрасывает горячие отработавшие газы назад и тем самым создает реактивную силу тяги, направленную вперед.

Типы реактивных двигателей

Существует четыре типа реактивных, или газотурбинных двигателей:

Турбореактивные;

Турбовентиляторные — такие, как используемые на пассажирских лайнерах Боинг-747;

Турбовинтовые, где используют воздушные винты, приводимые в действие турбинами;

и Турбовальные, которые ставят на вертолеты.

Турбовентиляторный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины, дающей энергию. Сначала воздух поступает в двигатель и сжимается при помощи вентилятора. Затем, в камере сгорания, сжатый воздух смешивается с горючим и сгорает, образуя газ при высокой температуре и высоком давлении. Этот газ проходит через турбину, заставляя ее вращаться с огромной скоростью, и выбрасывается назад, создавая таким образом реактивную силу тяги, направленную вперед.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Турбореактивный двигатель

В турбореактивном двигателе воздух забирается спереди, сжимается и сгорает вместе с топливом. Образующиеся в результате сгорания выхлопные газы создают реактивную силу тяги.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовые двигатели соединяют реактивную тягу выхлопных газов с передней тягой, создаваемой при вращении воздушного винта.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, а также сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы.

История

Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.

Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки

Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.

Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А.М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).

Принцип работы

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по принципу обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.

Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.

Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.

Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.

После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.

Поколения турбореактивных двигателей

Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.

К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15 и на самолеты ИЛ-28, ТУ-14.

Истребитель МИГ-15

ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.

Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.

События, связанные с этим

Объем реализации продукции ОДК вырос за год на 15-17%

Компрессор сжимает воздух до необходимых величин, после чего воздух поступает в камеру сгорания, где подогревается до необходимой температуры за счет сгорания топлива и далее уже получившийся газ поступает на турбину, где отдает часть энергии вращая ее (а она, в свою очередь компрессор), а другая часть при дальнейшем разгоне газа в реактивном сопле превращается в импульс тяги, которая и толкает самолет вперед. Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.

В этой статье вернемся к моим любимым двигателям. Я уже ранее говорил о том, что турбореактивный двигатель в современной авиации – основной. И упоминать его в той или иной теме мы еще будем часто. Поэтому пришла пора окончательно определиться с его конструкцией. Конечно же не углубляясь во всевозможные дебри и тонкости :-). Итак авиационный турбореактивный двигатель. Каковы основные части его конструкции, и как они взаимодействуют между собой.

1.Компрессор 2.Камера сгорания 3.Турбина 4. Выходное устройство или реактивное сопло.

Компрессор сжимает воздух до необходимых величин, после чего воздух поступает в камеру сгорания, где подогревается до необходимой температуры за счет сгорания топлива и далее уже получившийся газ поступает на турбину, где отдает часть энергии вращая ее (а она, в свою очередь компрессор), а другая часть при дальнейшем разгоне газа в реактивном сопле превращается в импульс тяги, которая и толкает самолет вперед. Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором.

Этот компрессор достаточно прост и надежен, но для создания достаточной степени сжатия нужен большой диаметр крыльчатки, что не могут себе позволить самолеты, особенно небольших размеров. Турбореактивный двигатель просто не влезет в фюзеляж. Поэтому применяется он мало. Но в свое время он был применен на двигателе ВК-1 (РД-45), который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.

Крылчатка центробежного компрессора на одном валу с турбиной.

Крыльчатки центробежного компрессора.

Двигатель ВК-1. В разрезе хорошо видна крыльчатка центробежного компрессора и далее две жаровые трубы камеры сгорания.

Примерно так работает осевой компрессор.

Осевой компрессор достаточно эффективен. Но и очень сложен как теоретически, так и конструктивно. И еще у него есть существенный недостаток: его сравнительно легко повредить. Все посторонние предметы с бетонки и птиц вокруг аэродрома он как говорится принимает на себя и не всегда это обходится без последствий.

Камера сгорания . Она опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб (они называются жаровые трубы). Для организации процесса горения в комплексе с воздушным охлаждением она вся «дырчатая». Отверстий много, они разного диаметра и формы. В жаровые трубы подается через специальные форсунки топливо (авиационный керосин), где и сгорает, попадая в область высоких температур.

Турбореактивный двигатель (разрез). Хорошо видны 8-ми ступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания, 2-ухступенчатая турбина и выходное устройство.

После турбины – реактивное сопло . В нем, собственно, и возникает тяга турбореактивного двигателя. Сопла бывают просто сужающиеся, а бывают сужающе-расширяющиеся. Кроме того бывают неуправляемые (такое сопло на рисунке), а бывают управляемые, когда их диаметр меняется в зависимости от режима работы. Более того сейчас уже есть сопла, которые меняют направление вектора тяги, то есть попросту поворачиваются в разные стороны.

Турбореактивный двигатель – очень сложная система. Летчик управляет им из кабины всего лишь одним рычагом – ручкой управления двигателем (РУД). Но на самом деле этим он лишь задает нужный ему режим. А все остальное берет на себя автоматика двигателя. Это тоже большой и сложный комплекс и еще скажу очень хитроумный. Когда еще будучи курсантом изучал автоматику, всегда удивлялся, как конструкторы и инженеры все это понапридумывали:-), а рабочие-мастера изготовили. Сложно… Но зато интересно …

Вот и все пока. Вкратце опять не получилось :-). Но я все же надеюсь, что вам было интересно. До следующей встречи.

P.S. А вот вам напоследок атракцион, о котором я выше писал. Я на нем в детстве-то не катался, а сейчас их просто нет у нас. Так что знаю только в теории :-).

Вот такой он был, может и сейчас где-то работает.

Разобравшись с реактивной силой, можно понять принцип работы реактивного двигателя. Рассмотрим классический вариант — жидкостный реактивный двигатель, или ЖРД, не претерпевший принципиальных изменений со времени его разработки Циолковским. Для создания толкающей струи или, как принято говорить, рабочего тела, в них применяют смесь топлива с окислителем.

Принцип действия реактивной силы

Если вам доводилось стрелять из огнестрельного оружия, или хотя бы наблюдать процесс со стороны, вы уже сталкивались с реактивной силой. Именно струя раскаленных газов, образовавшихся при сгорании пороха, отталкивает ствол назад. Чем больше количество заряда, тем круче отдача. А теперь представьте, что процесс воспламенения смеси постепенен и непрерывен. Получаем ракету с твердотопливным РД. Это самый простой вид двигателя, хорошо знакомый ракетомоделистам.

Твердотопливные двигатели относительно простые в конструкции, имеют нетоксичное топливо, надежные и пожаробезопасные, могут долго храниться, представляя собой стратегический арсенал. Однако удельный импульс у них небольшой, ими трудно управлять (включая не только направление тяги, но и запуск, а также остановку двигателя), а потому для космических полетов более предпочтительны ракетные двигатели на куда более эффективном жидком топливе.

У инженеров Объединённой двигателестроительной корпорации — громадный багаж знаний, колоссальный опыт практических достижений и наукоемких инновационных исследований. Теперь с ними может познакомиться каждый: #ОДК запускает цикл лекций о современном двигателестроении на интернет-платформе «Курилка Гутенберга».

Двигатели — это интересно!

Двигатели — это интересно!

У инженеров Объединённой двигателестроительной корпорации — громадный багаж знаний, колоссальный опыт практических достижений и наукоемких инновационных исследований. Теперь с ними может познакомиться каждый: #ОДК запускает цикл лекций о современном двигателестроении на интернет-платформе «Курилка Гутенберга».

Материал подготовлен конструкторской командой корпорации, а первую лекцию провел увлеченный молодой инженер ОДК, кандидат технических наук Кирилл Виноградов.

Он доступно и в подробностях рассказал о принципах работы газотурбинного двигателя, математических моделях, высокопроизводительных вычислениях и цифровых двойниках.

«Курилка Гутенберга» — это мультиформатный просветительский проект, который популяризирует науку и культуру. Заходите в «Курилку» в YouTube, смотрите видео, пишите комментарии, ставьте лайки и помните, что курение вредит вашему здоровью, а знания — нет!

5. Меньшие габариты при той же мощности в сравнении с АД.

Введение

Синхронный Реактивный Электродвигатель – синхронная машина, вращающий момент которой обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения или постоянных магнитов – такое определение дает ГОСТ 27471-87.

Принцип работы синхронного реактивного двигателя

В рассмотренном исполнении ротора разницы между магнитными сопротивлениями осей добиваются за счет увеличения воздушного зазора по оси q. Амплитуда момента прямо пропорциональна разнице между продольной L_d и поперечной L_q индуктивностями. Следовательно, чем больше разница, тем больше создаваемый момент. Математически это можно выразить с некоторыми допущениями, рассмотрев формулу электромагнитного момента для синхронной явнополюсной машины без возбуждения на роторе:

М_р = [mU 2 /(2ω₁ )] (1/Х_q — 1/Х_d ) sin 2θ,

где m=3 для трехфазного исполнения статора, ω1- угловая скорость ротора, Xq -индуктивное сопротивление по оси q ротора, Xd — индуктивное сопротивление по оси d ротора, θ-угол между полем ротора и полем статора, характеризующий степень растянутости «магнитной пружины».

Наибольший интерес у разработчиков систем электропривода вызвала конструкция СРД. Статор реактивного двигателя бывает с распределенной и сосредоточенной обмоткой. То есть, статор двигателя идентичен статору широко используемого асинхронного двигателя.

Особенно интересен ротор, который представляет собой вал с болванкой из шихтованной стали. На роторе отсутствуют обмотки, а также постоянные магниты.
Выделяют три основных типа ротора реактивного двигателя: ротор с явно выраженными полюсами, аксиально-расслоенный ротор и поперечно-расслоенный ротор.

а) Ротор с явно выраженными полюсами

б) Аксиально-расслоенный ротор

в) Поперечно-расслоенный ротор

Отличительная особенность синхронных реактивных двигате­лей (СРД) — отсутствие в них возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этом двигателе создается исключительно за счет вращающейся МДС обмотки статора.

Так как, СРД – синхронная машина, то его механическая характеристика в разомкнутой системе будет абсолютно жесткой.

Достоинства и недостатки синхронного реактивного двигателя:

Преимущества СРД:

1. Простота и надежность ротора, состоящего из тонколистовой электротехнической стали, без магнитов и короткозамкнутой обмотки;

2. Низкий нагрев. Так как в роторе нет обмоток, поэтому через него не протекает активный ток с выделением тепла. Это положительно сказывается на сроке жизни подшипников, а также на коэффициенте полезного действия системы. Так как снижаются потери на нагрев, то номинальный ток двигателя может быть завышен, что позволяет получить (при аналогичной мощности) более высокий момент (на 20-40%), чем у асинхронного двигателя.

3. Отсутствие магнитов. Из-за этого снижается конечная цена двигателя, так как при производстве не используются редкоземельные элементы.

4. Низкий момент инерции ротора. Так как ротор представляет собой болванку без магнитов и обмоток, которые увеличивают этот показатель в асинхронных двигателях и двигателях с постоянными магнитами. Соответственно, уменьшается типоразмер двигателей. Из чего вытекает следующее преимущество.

5. Меньшие габариты при той же мощности в сравнении с АД.

7. Абсолютно жесткая механическая характеристика в разомкнутой системе. Это говорит о том, что двигатель способен поддерживать скорость на заданном уровне с большой точностью, до тех пор, пока момент не превысит максимальное значение.

Недостатки СРД:

1. Пуск и работа СРД возможны только от преобразователя частоты. Бездатчиковая система управления отслеживания положения ротора является необходимым условием работы синхронного реактивного двигателя. Преобразователь в каждый момент времени отслеживает потребляемый ток двигателя, так как при повороте вала изменяется магнитное сопротивление в зазоре, и формирует магнитное поле в соответствии с этим изменением, добиваясь высокой производительности.

2. Низкий коэффициент мощности при работе с ослаблением поля. СРД демонстрируют лучшие энергетические показатели при работе в зоне насыщения. При выходе на повышенную скорость, необходимо уменьшить ток намагничивания машины id, в результате чего, заметно упадет момент двигателя, а коэффициент мощности резко снизится в следствие потребления большего реактивного тока. Поэтому для применений в которых осуществляется работа на повышенных скоростях такие двигатели лучше не использовать.

Заключение:

Модуль 1. Что такое качество и как им управлять?Введение в курс. Всеобщее управление качеством (TQM). Система стандартов управления качеством.

Модуль 1. Что такое качество и как им управлять?Введение в курс. Всеобщее управление качеством (TQM). Система стандартов управления качеством.

Модуль 2. Как планер самолёта обеспечивает комфорт и
безопасность пассажира.Самолёты, салоны и кресла. Аэропорт. Техническое обслуживание и ремонт. Управление воздушным движением. Окружающая среда. Этапы жизненного цикла самолёта.

Модуль 3. Как двигатель самолёта влияет на безопасность и комфорт пассажира?Как работает воздушно-реактивный двигатель? Какие бывают воздушно-реактивные двигатели? Жизнь двигателя: от инженера до пассажираи немного шире. Как выбираются параметры двигателя? Как инженеры-двигателисты делают ваш полёт комфортным и безопасным?

Модуль 4. Ситуационное задание на построение элементов «Дома Качества» самолёта.Постановка задачи слушателям – ознакомление их с агрегированными группами показателей качества воздушной перевозки.

Модуль 5. Методы управления качеством.Классификация методов управления качеством. Оценка качества транспортного обслуживания. Структурирование функции качества (QFD). Продуктовое задание по формированию перечня показателей качества: «Голос пассажира» — определение локальных показателей качества воздушной перевозки.

Модуль 6. Внешний облик самолёта.Удельная нагрузка на крыло. Тяговооружённость. Масса самолёта. Размеры планера. Центровка. Аэродинамика.

Модуль 7. Жизненный цикл двигателя.Выбор параметров двигателя. Проектирование узлов: от газовой динамики до прочности. Изготовление двигателей: современные технологии. Испытания.

Модуль 8. Качество услуги воздушной перевозки.Системный подход к обеспечению качества воздушной перевозки. Критерии качества обслуживания воздушных перевозок. Стандарты качества перевозок и обслуживания пассажиров воздушным транспортом.

Модуль 9. Конструкция планера.Требования. Материалы. Конструктивно-силовая схема. Узлы. Детали. Документация.

Модуль 10. Конструкция авиационных двигателей.Принципиальные схемы авиационных двигателей. Входные устройства: классификация, конструкция и принцип работы. Компрессоры: классификация, конструкция и принцип
работы. Камеры сгорания: классификация, конструкция и принцип работы. Турбины: классификация, конструкция и принцип работы. Выходные устройства: классификация, конструкция и принцип работы.

Модуль 11. Итоговое тестирование.

Планомерно продолжаются работы по повышению надежности и безотказности авиационного двигателя, которые дали заметные результаты.

Турбореактивный двигатель ПС-90А (ПС – Павел Соловьев) относится к классу турбовентиляторных двигателей. Является одним из важных достижений российской авиационной промышленности девяностых годов ХХ века. Позволил почти вдвое повысить экономичность самолетов нового поколения и обеспечил их соответствие мировым нормам по экологии.

Конструктивно: турбовентиляторный, двухконтурный, двухвальный, со смешением потоков наружного и внутреннего контуров, с реверсом в наружном контуре и системой шумоглушения.

Сертифицирован в 1992 году.

В 1997 году на двигатель получено дополнение к Сертификату типа о переходе на эксплуатацию двигателя по состоянию без фиксированных межремонтных ресурсов.

• самолет Ил-96-300ПУ;
• дальнемагистральный самолет для пассажирских перевозок Ил-96-300;
• среднемагистральные самолеты для пассажирских и грузовых перевозок Ту-204, Ту-214 и их модификации.

На начало 2010 года в эксплуатации находились 200 двигателей ПС-90А и его модификаций в 24 авиакомпаниях, включая «Cubana de Aviacion S. A.», «Silk Way Airlines», «Air Koryo» .

Общая наработка всех двигателей на пассажирских и грузовых перевозках с начала серийной эксплуатации по состоянию на 01.08.2010 г. достигла 2 430 809 часов.
Наработка лидерного двигателя — 34 013 часов.

Планомерно продолжаются работы по повышению надежности и безотказности авиационного двигателя, которые дали заметные результаты.

ПС-90А стал первым российским авиадвигателем, отработавшим более девяти тысяч часов без съема с крыла. На орту Ил-96-300 авиакомпании «Аэрофлот» двигатель наработал 9 936 часов.

Завершен комплекс работ по внедрению звукопоглощающих конструкций второго поколения (ЗПК-2) на серийных двигателях ПС-90А, что обеспечило самолетам Ту-204, Ту-214 и Ил-96-300 соответствие требованиям Главы 4 норм ИКАО по шуму.

В конце 2006 года для самолета Ил-96-300 с двигателем ПС-90А получен сертификат № СШ167-Ил-96-300-04 от 27.12.2006 на соответствие Главе 4 норм ИКАО по шуму.

В 2008 году для самолёта Ту-204 с двигателями ПС-90А получен аналогичный сертификат типа по шуму на местности №СШ170-Ту-207/Д01 от 18.07.2008 на соответствие Главы 4 норм ИКАО по шуму.

В 2007 году получено Дополнение к сертификату типа №16Д/Д25 о соответствии авиационного двигателя ПС-90А требованиям по выбросу (эмиссии) нормам 2008 года.

Технические характеристики

Высокая надежность и ресурс двигателя обеспечиваются:
-применением новых методов проектирования деталей и узлов на заданный ресурс;
-всесторонней доводкой основных элементов на специальных стендах на полный ресурс;
-эффективной диагностикой состояния двигателя в эксплуатации.

Авиационный двухконтурный двигатель ПС-90А имеет модульную конструкцию. Число модулей — 11. Отдельные модули могут быть заменены в эксплуатации.

Авиадвигатель оборудован двухканальной электронной системой управления и контроля параметров, обеспечивающей своевременное выявление неисправностей и эксплуатацию по состоянию.

• АО «ОДК-ПМ»
• Экзаменационный центр
• Пресс-центр
• Исполнительный орган общества АО «ОДК»
• Продукция
  • Гражданские двигатели
    • Турбореактивный двухконтурный авиационный двигатель ПС-90А
    • Турбореактивный двухконтурный авиадвигатель ПС-90А1
    • Турбореактивный двухконтурный авиадвигатель ПС-90А-76
    • Турбореактивный двухконтурный авиадвигатель Д-30
  • ГТУ для энергетики
  • ГТУ для трубопроводного транспорта
  • Реконструкция ГПА и ГТЭС
• Обслуживание
• Для поставщиков
• Обратная связь
• Контакты
• Правовая информация
• Противодействие коррупции

Copyright © 2020 АО «ОДК-Пермские моторы», Защита информации, Правила

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.

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.

Схематичная конструкция ТВД

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.

Потери энергии в роторе отсутствуют, а ведь обычно процентов 30 потерь приходится именно на ротор. Так повышается и срок службы электродвигателя — снижается вредный нагрев. Масса синхронного реактивного электродвигателя и его габариты на 20% меньше чем у асинхронного той же мощности.

Принцип работы синхронного реактивного двигателя

В синхронных реактивных электродвигателях принцип создания момента вращения ротора несколько отличается от асинхронных и традиционных синхронных двигателей. Здесь решающая роль отводится самому сердечнику ротора.

Ротор реактивного синхронного двигателя не имеет обмоток, даже короткозамкнутой обмотки на нем нет. Вместо этого сердечник ротора сделан сильно неоднородным по магнитной проводимости: магнитная проводимость вдоль ротора отличается от магнитной проводимости поперек. Благодаря такому необычному подходу отпадает необходимость как в обмотках ротора, так и в постоянных магнитах на нем.

Что касается статора, то обмотка статора реактивного синхронного двигателя может быть сосредоточенной либо распределенной, при этом сердечник статора и корпус остаются обычными. Вся особенность — в сильно неоднородном сердечнике ротора.

Для реактивных синхронных двигателей характерны три основных типа роторов: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор.

Физика процесса следующая. Переменный ток подается на обмотки статора, и создает вокруг ротора вращающееся магнитное поле, которое максимально в воздушном зазоре между статором и ротором. Момент вращения получается благодаря тому, что ротор все время пытается повернуться так, чтобы магнитное сопротивление для формируемого статором магнитного потока оказалось бы минимальным.

Максимальный момент вращения оказывается прямо пропорциональным разнице между продольной и поперечной индуктивностями, и чем больше эта разница, тем большим получается вращающий момент ротора.

Синусоидальное магнитное поле, создаваемое в синхронном реактивном двигателе обмоткой статора, вращается с определенной синхронной угловой частотой, и следовательно всегда будет иметь место момент вращения, стремящийся вернуть систему в состояние с наименьшим значением полной потенциальной энергии.

То есть момент вращения будет все время стремиться уменьшить искажение магнитного поля статора в направлении оси a, путем уменьшения угла между линиями индукции B и осью b. Так, если управление двигателем направлено на сохранение постоянства этого угла, то и механическая энергия постоянно будет получаться из электромагнитной.

Таким образом, ток обмотки статора обеспечивает намагничивание с существованием вращающего момента, направленного на устранение искаженности поля, и управляя фазой тока в соответствии с положением ротора во вращающейся системе координат (в соответствии со значением угла искажений), получается управление моментом синхронного реактивного электродвигателя.

Синхронные реактивные электродвигатели сегодня

Ведущие мировые производители электродвигателей на сегодняшний день проявляют особый интерес к синхронным реактивным электродвигателям, хотя запатентованы первые версии были еще в конце 19 века. Дело в том, что КПД синхронных реактивных электродвигателей принципиально значительно превышает КПД популярных асинхронных электродвигателей, не говоря уже об удельной мощности.

Потери энергии в роторе отсутствуют, а ведь обычно процентов 30 потерь приходится именно на ротор. Так повышается и срок службы электродвигателя — снижается вредный нагрев. Масса синхронного реактивного электродвигателя и его габариты на 20% меньше чем у асинхронного той же мощности.

Возобновленный интерес к синхронным реактивным электродвигателям в наши дни связан прежде всего с широкими возможностями современного компьютерного моделирования, позволяющими находить наиболее эффективные версии конструкций роторов и статоров — научные исследования получаются более продуктивными, и КПД современных версий синхронных реактивных двигателей уже достигает 98%, в то время как для асинхронных версий КПД традиционно не превышает 90%.

Синхронные реактивные двигатели изготавливают сегодня на базе асинхронных, и при тех же габаритах и установочно-присоединительных размерах получается более высокий КПД, достигается более высокая удельная мощность.

Преимущества и недостатки

Набранный из тонколистовой электротехнической стали, ротор реактивного синхронного двигателя имеет простую и надежную конструкцию без короткозамкнутой обмотки и без магнитов, поэтому в роторе исключены токи вызывающие вредный нагрев, — срок службы повышается, а отсутствие магнитов удешевляет себестоимость продукта, включая до минимума сниженные затраты на техобслуживание.

Благодаря сравнительной легкости ротора, его собственный момент инерции низок, поэтому двигатель быстрее разгоняется до номинальных оборотов, что приводит к экономии электроэнергии.

Частотный преобразователь в качестве регулятора скорости делает управление двигателем очень гибким в широком диапазоне рабочих скоростей. Что касается недостатков, то он всего один: потребность в преобразователе частоты.

Применение преобразователя частоты с активной коррекцией коэффициента мощности позволяет добиться максимального коэффициента мощности системы, что очень важно на любом современном производстве.

Ранее ЭлектроВести писали, что к алифорнийская компания HyPoint утверждает, что ее новая конструкция топливного элемента с турбонаддувом позволяет в три раза увеличить мощность и в четыре раза срок службы обычного топливного элемента, открывая возможность создания высокоскоростных дальнемагистральных электрических самолетов VTOL с водородным двигателем. Плотность энергии новой системы в 3 раза выше, чем у литий-ионных аккумуляторов.

Паровые авиа двигатели практически не нашли своего практического применения в авиации из-за низкого КПД своей работы. Главным принципом работы парового авиационного двигателя является преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение винтов за счёт энергии пара.

Турбовентиляторные авиа двигатели

Принцип работы турбовентиляторных авиационных двигателей сводится к тому, что подаваемый за счёт вентилятора воздух. Обеспечивает полное сгорание топлива за счёт избытка кислорода, что делает такие авиа двигатели и более эффективными и в тоже время наиболее экологически чистыми. Применяются подобные турбовентиляторные авиа двигатели как правило на крупных авиалайнерах, так как практически всегда у них имеется большая конструкция за счёт необходимости нагнетания дополнительного объёма воздуха.