Турбовентиляторный двигатель и турбовинтовой в чем отличие

Разница между турбовентилятором и турбовинтовым двигателем

Турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель Чтобы преодолеть недостатки в работе турбореактивных двигателей на дозвуковых скоростях, такие как эффективность и шум, были построены усовершен

Содержание:

Турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель

Чтобы преодолеть недостатки в работе турбореактивных двигателей на дозвуковых скоростях, такие как эффективность и шум, были построены усовершенствованные варианты на основе турбореактивных двигателей. Турбореактивные двухконтурные двигатели были разработаны еще в 1940-х годах, но не использовались из-за меньшей эффективности до 1960-х годов, когда Rolls-Royce RB.80 Conway стал первым серийным турбовентиляторным двигателем.

Подробнее о турбовентиляторном двигателе

Двигатель с высоким байпасом

Коэффициент байпасирования воздуха определяется как отношение между массовым расходом воздуха, проходящего через диск вентилятора, который обходит сердечник двигателя, не подвергаясь сгоранию, к массовому расходу, проходящему через сердечник двигателя, который участвует в сгорании, для получения механического энергия для вращения вентилятора и создания тяги.

Подробнее о турбовинтовом двигателе

Винты в турбовинтовых двигателях обычно имеют постоянную скорость (изменяемый шаг), похожие на пропеллеры, используемые в более крупных поршневых авиационных двигателях. В то время как в большинстве современных турбореактивных и турбовентиляторных двигателей используются осевые компрессоры, турбовинтовые двигатели обычно содержат по крайней мере одну ступень центробежного сжатия.

Пропеллеры теряют эффективность при увеличении скорости самолета, но очень эффективны при скорости полета ниже 725 км / ч. Следовательно, турбовинтовые самолеты обычно не используются на высокоскоростных самолетах и ​​используются для питания небольших дозвуковых самолетов. Существуют некоторые исключения, такие как Airbus A400M и Lockheed Martin C130, которые являются крупными военными грузовыми самолетами, и турбовинтовые самолеты используются для высокопроизводительных коротких взлетов и посадок этих самолетов.

В чем разница между турбовентиляторным и турбовинтовым двигателем?

• В турбовентиляторных двигателях газотурбинный двигатель используется для приведения в действие вентилятора для создания тяги, в то время как в турбовинтовых двигателях он используется для привода воздушного винта.

• В турбовентиляторном двигателе создаваемая тяга представляет собой комбинацию байпасного потока и выхлопа газовой турбины, тогда как турбовинтовые двигатели создают тягу почти полностью за счет гребных винтов.

• Турбовинтовые двигатели работают с хорошей эффективностью как в сверхзвуковом, так и в околозвуковом полете, но турбовинтовой двигатель можно использовать только в дозвуковом полете.

Источник

Авиация России

Гражданская авиация, пассажирские и боевые самолеты и вертолеты России, новости и история российской и советской авиации.

Юлий Грингуз, основатель авиакомпании Novans Jets: три основных отличия турбовинтового и турбовентиляторного двигателей

Когда речь заходит о выборе аренды частного самолета, одним из главных споров является выбор турбовинтового двигателя или турбовентиляторного двигателя. Многие люди предполагают, что они более или менее взаимозаменяемы. На самом деле, эти типы двигателей хоть и имеют несколько основных качеств, но при этом совершенно разные.

Как узнать, какой вариант лучше для вас? Давайте рассмотрим три основных преимущества и недостатки турбовинтовых/турбовентиляторных самолетов, а затем поговорим о том, для каких рейсов оптимизирован каждый тип самолета.

Преимущества турбовинтового двигателя:

1. Более эффективный и более экономичный на близкие расстояния.
Турбовинтовой двигатель более легкий, чем реактивный, что повышает его производительность при взлете. Он работает более эффективно, обеспечивая более высокую выходную мощность на единицу веса, топливная эффективность оптимальна при полете на малых высотах.

2. Менее требователен к качеству и длине взлетно-посадочной полосы.
Турбовинтовые самолеты могут приземляться на грунтовых, травяных и менее длинных взлетно-посадочных полосах. С турбовинтовым двигателем вы сможете приземлиться в некоторые из самых труднодоступных аэропортов.

3. Более низкие расходы на эксплуатацию воздушного судна, страхование, обслуживание.
Меньшее количество движущихся частей в турбовинтовом двигателе делает его более надежным и с меньшей вероятностью потребует обширного технического обслуживания. Поскольку турбовинтовые двигатели сжигают меньше топлива в час, стоимость их почасовой эксплуатации также ниже.

Турбовинтовой самолет, минусы:

1. Скорость
Поскольку у турбовинтовых самолетов максимальная эффективная крейсерская скорость ниже чем у турбовентиляторного двигателя, общее время полета будет больше, чем на самолете. Даже не смотря на то, что почасовая стоимость турбовинтового двигателя ниже, чем у реактивного, более медленная скорость увеличивает время полета, и в какой-то момент при более длинном полете экономия будет потеряна.

2. Высота
Турбовинтовые самолеты обычно имеют высотный потолок. Если вы столкнетесь с турбулентностью или неблагоприятными погодными условиями на этой высоте, турбовинтовой двигатель не сможет их избежать, поднявшись на более высокую высоту, как реактивный самолет. Это может сделать полет менее комфортным.

3. Дальность полета
Меньшая крейсерская скорость турбовинтового двигателя и меньшая крейсерская высота равняются более короткой дальности полета даже с учетом повышения эффективности. Это означает, что хотя турбовинтовые самолеты отлично подходят для полетов на короткие и средние расстояния, они не предназначены для дальних путешествий.

Преимущества турбовентиляторного самолета.

1. Высота
Ваш полет будет менее омрачен зонами турбулентности

2. Быстрее и тише
Ожидайте прибытия в пункт назначения быстрее в самолете, чем в турбовинтовом самолете. Конструкция реактивного двигателя также обеспечивает более тихую кабину, чем турбовинтовой.

3. Дальние расстояния
Благодаря их более высокой крейсерской скорости и способности летать на больших высотах, где повышается их эффективность, реактивные самолеты способны развивать дальность полета. Что делает их самолетом выбора для полетов средней и большой дальности.

Салон самолета Гольфстрим G650ER, арендовать который можно через Novans Jets

Минусы турбовентиляторного двигателя:

1. Менее эффективен и менее рентабелен на короткие расстояния
Самолеты с турбовентиляторным двигателем наиболее эффективны при работе на более высоких скоростях и больших высотах. А турбовинтовые двигатели более эффективны во время взлета, на более низких скоростях и на малых высотах.

2. Больше требований к взлетно-посадочным полосам
Самолеты могут хорошо приземляться только в стандартные аэропорты.

3. Выше рента, страхование и эксплуатация.

Вооружившись знаниями о плюсах и минусах как турбовинтовых самолетов, так и турбовентиляторных самолетов, мы можем понять, как опытные пилоты видят цель для каждого типа самолета.

Для каких типов полетов лучше использовать турбовинтовой?

Для какого типа полетов лучше всего использовать самолет?

Юлий Грингуз (July Gringuz), владелец компании Novans Jets, подчеркивает, что компания может дать рекомендации на основе расстояния, которое вы хотите проехать, количества времени, которое вы должны достичь, и о количестве гостей, которое будет включено в поездку. Задайте вопросы об эффективности использования топлива и о том, какие меры предосторожности существуют, чтобы сделать мероприятие максимально комфортным. С помощью небольшого совета специалиста Вам не составит труда определить, какой тип самолета подходит именно Вам и вашему маршруту, выбрать самолет и спланировать путешествие.

Что общего в турбовинтовом и турбовентиляторном двигателе

«Турбо» в названии каждого типа двигателя указывает, насколько похожи обе конструкции. По сути, оба используют турбину, которая создает энергию, необходимую для полета. В обеих конструкциях воздух сжимается до такой степени, что при добавлении топлива происходит воспламенение, необходимое для вращения турбины. После того, как зажигание произойдет, компрессор сможет выдержать тягу, необходимую для того, чтобы подняться в воздух и отправиться в любой пункт назначения, который вы назначите.

Понимание турбовентиляторного двигателя

В турбовентиляторном двигателе турбина, которая используется для создания зажигания, приводит к вращению вентилятора на передней стороне двигателя. Многие конструкции включают в себя два вала, которые позволяют контролировать колебания вентилятора и балансировать его с движущимися частями самого двигателя. Обтекатель обычно является частью конструкции и помогает направлять воздушный поток к вентилятору и от него. Часть воздуха поступает в турбину, а остальная часть циркулирует вокруг двигателя.

Итог: что лучше?

Есть много типов полетов, где турбовинтовые самолеты идеальны, такие как короткие и региональные полеты. Кроме того, они более экономичны и, следовательно, более экономичны, чем частные реактивные самолеты. Кроме того, они также могут быть очень высокотехнологичными и быстрыми.

Самолет Beechcraft King Air. Beechcraft – авиационная корпорация, с которой также сотрудничает Novans Jets под руководством Юрия Грингуза

Источник

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

На сколько я выяснил причина собственно одна.

Турбовинтовые двигатели используются в тех случаях, когда скорости полета самолета относительно невелики. На большом количестве современных транспортных самолетов применяются именно ТВД. Их преимущество прежде всего в экономичности. Двигатель снабжен воздушным винтом, который устанавливается впереди компрессора.

Воздушный винт с валом связан редуктором, так как его скорость вращения значительно меньше скорости вращения компрессора-турбины. Для турбовинтовых двигателей сила тяги состоит из тяги воздушного винта и силы тяги, возникающей при истечении газа из сопла. В зависимости от скорости полета самолета изменяются доли двух составляющих тяги. При малых скоростях (крейсерских для транспортных самолетов) доля тяги от воздушных винтов значительно превышает вторую составляющую. В ТВД часто используется комбинация компрессоров.

Стандартом современной гражданской авиации являются турбовентиляторные двигатели. По сути это разновидность двухконтурного турбореактивного двигателя, общий принцип работы которого достаточно прост. При полете самолета набегающий воздух всасывается внутрь двигателя компрессором низкого давления (имеющего привод от вала турбины). Далее часть воздуха направляется внутрь двигателя и участвует как окислитель в сжигании топлива, а другая часть идет в обход камеры сгорания и вырывается назад через сопло, создавая реактивную тягу.

Реактивную тягу также создает струя раскаленных газов, выходящая из сопла двигателя. Отношение объемов воздуха, прокачиваемых через внешний контур и через камеру сгорания, называется «степенью двухконтурности». Двигатели, у которых степень двухконтурности высока и составляет от 2 до 10, называют турбовентиляторными, а имеющее сравнительно большой диаметр первое колесо компрессора низкого давления — вентилятором.

Преимущества турбовентиляторного двигателя от турбореактивного (так ведь?) таковы: во‑первых, если большая часть реактивной тяги создается продуваемым воздухом, а не реактивными газами, повышается топливная эффективность, а значит, экономичность и экологичность всей силовой установки. Во‑вторых, на выходе из сопла (или сопл) холодный воздух смешивается с горячими газами, снижая общее давление смеси. Это делает двигатель менее шумным.

Правильно ли сделать вывод, что турбовинтовые ставят все же на более медленные самолеты? А по какой причине? В результате получается экономия топлива при такой конструкции двигателя?

С турбореактивными все и так понятно. Это в основной своей массе военная техника и вертолеты.

Туробореактивные двигатели ставят на самолеты с требованием значительной скорости и соответственно мощности. Конструкция двухконтурных турбореактивных двигателей обеспечивает поступление воздуха в значительных количествах, что на высоких скоростях обеспечивает большую тягу. Второй контур, контур низкого давления, таким образом, дает дополнительную силу тяги. Соотношение двух составляющих общей тяги зависит от конструкции двигателей и режимов работы.

Есть еще какие то причины, по которым на самолете ставят турбовинтовой или турбовентиляторный двигатель?

И вот еще про будущий региональный самолет. Первый опытный Ил-114-300 в настоящее время находится в ангаре филиала ПАО «Ил» (головного разработчика самолета) в Жуковском, где проходит его сборка на основе существующего задела.

Пассажирский самолет Ил-114-300 предназначен для эксплуатации на местных воздушных линиях и является модернизированной версией турбовинтового самолета Ил-114. Самолет будет производиться на отечественных авиапредприятиях.

Серийное производство таких самолетов планируется начать в 2021 году.

Источник

Авиационные газотурбинные двигатели

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:

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:

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.

Источник