Vedeli ste? Keď sa pozrieme na fotografie lietadiel, prvé, čo nás upúta, môže byť farba alebo krídla. Skutočné determinanty rýchlosti lietadla, doletu a kapacity pasažierov však ležia v „srdci“ ukrytom pod krídlami alebo vo vnútri trupu: v motore.
Turbojet, turboventilátor, turbovrtuľový motor a turbohriadeľ-tieto štyri názvy môžu znieť ako jazykolam, keď sú uvedené spolu. Akonáhle však pochopíte vzťahy medzi nimi, základná logika dizajnu lietadla bude okamžite jasná. Poďme si to dnes rozobrať.
[obrázok]
Najprv majte na pamäti tento základný koncept: tieto štyri typy motorov patria do rovnakej rodiny. Všetky pracujú na princípe plynovej turbíny. Jednoducho povedané: vzduch je nasávaný → stlačený → palivo sa vstrekuje a spaľuje → plyn vysokej-teploty a vysokého-tlaku poháňa turbínu, aby sa roztočila → výfukové plyny sa vytláčajú a vytvárajú ťah. Všetky štyri zdieľajú presne ten istý základný proces.
Rozdiel spočíva v tom, ako usmerňujú energiu generovanú po spaľovaní.
1
Prúdový motor: Pôvodná línia
Celý názov je „turbojetový motor“ a bol to prvý typ prúdového motora, ktorý dosiahol zrelosť. Jeho princíp fungovania je najpriamejší: všetok vzduch prechádza jedinou cestou-stláčania, spaľovania a vypudzovania. Čím rýchlejšie je výfuk vytlačený, tým väčší je ťah.
V boji, v momente, keď pilot zapojí prídavné spaľovanie, sa ťah môže zvýšiť o 30 % až 100 %; táto schopnosť sa však dá využiť len krátko, keďže spotreba paliva je astronomicky vysoká.
Najväčšou výhodou prúdového lietadla je rýchlosť, vďaka čomu je ideálny na let vo veľkých{0}}nadmorských výškach a-rýchlosťou. Jeho najväčšou nevýhodou je vysoká spotreba paliva; účinnosť je obzvlášť slabá počas letu nízkou-rýchlosťou.
[Obrázok: Schematický diagram konštrukcie prúdového motora]
Zamyslel sa niekedy niekto nad tým, či by bolo možné pridať ďalšiu vrstvu vzduchu okolo motora-, ktorý obchádza spaľovaciu komoru a je jednoducho vytlačený ventilátorom, aby vytvoril ťah? Neušetrilo by to palivo?
A tak sa zrodil turboventilátorový motor.
2
Turbofanový motor: vládnuci šampión
Turboventilátorový motor si môžete predstaviť ako prúdový motor s „vzduchovým plášťom“. Veľký ventilátor je inštalovaný pred pôvodným jadrom motora. Keď vzduch vstúpi, rozdelí sa na dve cesty:
Malá časť sleduje centrálnu „starú cestu“ (vnútorný kanál/jadro): kompresia → spaľovanie → výfuk → generovanie ťahu.
Veľká časť sleduje vonkajšiu „novú cestu“ (vonkajšie potrubie/obtokové potrubie): zrýchlené iba ventilátorom → priamy výfuk → generovanie ťahu (a vyššia palivová účinnosť).
[obrázok]
Princíp činnosti vnútorného a vonkajšieho potrubia turboventilačného motora (prietok v jadre a obtok)
Kľúč spočíva v jedinom čísle: **premosťovací pomer**. Toto je základný koncept leteckých-motorov. Jednoducho povedané, je to pomer hmotnosti vzduchu prúdiaceho vonkajším potrubím k hmotnosti vzduchu prúdiaceho cez vnútorné potrubie.
Obtokový pomer nula → Prúdový motor
Nízky obtokový pomer (napr. 0,2–0,3) → Dobrý výkon pri vysokej-rýchlosti → Používa sa na stíhačkách
Vysoký obtokový pomer (napr. 8–9 alebo vyšší) → Vysoká palivová-účinnosť, nízka hlučnosť → Používa sa na civilných lietadlách
Najväčšie civilné turboventilátorové motory na svete dnes dosahujú obtokové pomery presahujúce 10. Inými slovami, ťah vzduchu generovaný spaľovaním v jadre motora predstavuje menej ako jednu-desatinu z celkového počtu; zvyšných 90% ťahu pochádza zo vzduchu tlačeného mohutným ventilátorom. Toto je tajomstvo ich kombinácie výkonu a palivovej účinnosti.
[obrázok]
3
Turbovrtuľový motor: „Herkules“ leteckej dopravy
Mnoho ľudí si mýli turbovrtuľové motory so starými{0}}piestovými motormi. V skutočnosti sú úplne iné. Turbovrtuľový motor je vo svojom jadre v podstate prúdový motor, no väčšinu výkonu generovaného turbínou prenáša na vonkajšiu vrtuľu cez redukčnú prevodovku.
Ťažná sila (ťah) generovaná vrtuľou rozvírenou vzduch je primárnym zdrojom pohonu, zatiaľ čo slabý prúd výfukových plynov z koncovky hrá len pomocnú úlohu. V podstate, ak by ste vzali turboventilátorový motor, vystavili jeho veľký ventilátor zvonku a znížili jeho otáčky, mali by ste v podstate turbovrtuľový motor.
[obrázok]
Turbovrtuľový motor
Výhodou turbovrtuľového motora je jeho extrémne vysoká účinnosť pri nízkej{0}}rýchlosti letu-je ešte úspornejšia na palivo-než turboventilátor. Pri rýchlosti letu pod 600 km/h má turbovrtuľový motor obrovskú výhodu.
Jeho nevýhody sú tiež zrejmé: nemôže lietať veľmi rýchlo a vytvára značný hluk. Ruský bombardér Tu-95, ktorý používa turbovrtuľové motory, je preslávený prezývkou „Medveď“. Keď sa vrtuľa točí vysokou rýchlosťou, jej hroty prelomia zvukovú bariéru a generujú neuveriteľne hlasný hluk, ktorý je údajne počuteľný až na vzdialenosť 20 kilometrov. Vysoká rýchlosť v kombinácii s ohlušujúcim hlukom je jednoducho jednou stranou mince turbovrtuľového motora.
Obrázok
Turbovrtuľový motor AEP500
Turbovrtuľové lietadlá sú obzvlášť vhodné-pre dopravné lietadlá nízkej{1}}až{2}}strednej{3}}rýchlosti, hliadkové lietadlá a regionálne dopravné lietadlá. Nevyžadujú vysoké rýchlosti, ale uprednostňujú palivovú úspornosť, nízke náklady a minimálne požiadavky na dráhu. Mnoho turbovrtuľových lietadiel dokáže vzlietnuť a pristáť na krátkych, nespevnených pásoch-, čo je pre bežné komerčné lietadlá nemožné.
4
Turbohriadeľové motory: Postavené špeciálne pre vrtuľníky
Po zakrytých turbovrtuľových hriadeľoch je ľahké pochopiť. Zatiaľ čo turbovrtuľový pohon nasmeruje svoju silu na roztočenie vrtule, turbohriadeľ ho nasmeruje na roztočenie rotora vrtuľníka.
Obrázok
Turbohriadeľový motor
Turbohriadeľové motory majú niekoľko kľúčových charakteristík:
Extrémne vysoký pomer výkonu-k{1}}hmotnosti-sú kompaktné a ľahké, no poskytujú obrovský výkon. To je pre vrtuľníky rozhodujúce; každý ušetrený kilogram hmotnosti umožňuje ďalší kilogram užitočného zaťaženia.
Kompaktná konštrukcia-navrhnutá tak, aby sa zmestila do úzkeho trupu helikoptéry.
Nastaviteľný smer výfuku-na rozdiel od iných motorov, ktoré sa musia vypúšťať dozadu, môže byť výfuková dráha prispôsobená konkrétnemu usporiadaniu draku vrtuľníka.
Turbovrtule a turbohriade sú v podstate dva varianty toho istého jadrového motora. Výrobcovia jednoducho potrebujú upraviť konečný výstupný mechanizmus; ten istý jadrový motor môže slúžiť ako turbovrtuľový pre lietadlá s-pevnými krídlami alebo ako turbohriadeľ pre vrtuľníky. Letecký priemysel praktizoval tento druh modulárneho dizajnu dlho predtým, ako sa tento koncept stal trendom.
Nakoniec si objasnime vzťahy medzi týmito štyrmi typmi:
Turbojet: Predok; najčistejšej forme. Ponúka najvyššie rýchlosti, ale spotrebuje najviac paliva.
Turbofan: Vylepšená verzia. Pridáva veľký ventilátor na vyváženie ťahu a spotreby paliva, čím sa stáva súčasným priemyselným štandardom.
Turbovrtuľová: verzia s nízkou spotrebou paliva-. Všetku energiu smeruje na vrtuľu, čím ponúka vynikajúcu hospodárnosť pri nižších rýchlostiach.
Turbohriadeľ: Špecializovaná verzia. Prevádza výkon na výstup hriadeľa špeciálne na pohon rotorov vrtuľníkov. Žiadny zo štyroch typov motorov nie je vo svojej podstate lepší ako ostatné; každý má svoju vlastnú arénu a svoj vlastný spôsob, ako prosperovať.
