Турбовинтовой двигатель. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.
Привет!
Транспортный самолет АН-8 с двигателями АИ-20.
Сегодня продолжаем более подробно говорить о типах авиационных двигателей. На повестке дня следующий тип – турбовинтовой двигатель (ТВД).
Кто читал мои статью здесь, тот конечно, знает, что турбовинтовой двигатель – это разновидность газотурбинного.
Газотурбинный двигатель – это тепловая машина и, как в любой тепловой машине, в нем есть устройство расширения, которым является турбина. Ну, а турбина нужна в первую очередь, чтобы вращать компрессор, а во вторую, для привода различных дополнительных агрегатов, то есть полезной нагрузки. Это может быть, например, электрогенератор, винт в судовой установке, а применительно к авиации – винт воздушный или же вспомогательная силовая установка (ВСУ).
Получается, что турбину можно как бы условно разделить на две части – турбину компрессора и турбину полезной нагрузки. Последнюю еще называют свободной турбиной. Часто на практике их так и делают в виде двух агрегатов. Если свободную турбину убрать, то останется неиспользованная часть энергии газового потока ( так называемая свободная энергия), которая потом в реактивном сопле двигателя может быть преобразована в кинетическую энергию, и мы получим тягу двигателя за счет реакции струи. Вы уже наверное поняли :-), что в этом случае мы будем иметь турбореактивный двигатель.
Однако возможен и промежуточный вариант. То есть часть свободной энергии (большую) можно использовать для полезной нагрузки, а оставшуюся часть (меньшую) для работы в сопле, то есть для получения реактивной тяги. Вот именно по такому принципу и устроен турбовинтовой двигатель. Полезная нагрузка для него – это вышеупомянутый воздушный винт. Справедливости ради стоит сказать, что реактивная тяга играет для ТВД небольшую роль. Доля ее обычно не более 15% (на современных ТВД и того меньше).
Принципиальное устройство турбовинтового двигателя.
Итак классический ТВД по конструкции очень похож на обычный турбореактивный двигатель. У него есть компрессор, камера сгорания, турбина и сопло. Но добавлен еще один важный агрегат. Дело в том, что частота вращения ротора любого газотурбинного двигателя очень высока (до 30000 об/мин), а воздушный винт при таких оборотах работать не может. Поэтому между ротором двигателя и винтом устанавливается редуктор, понижающий обороты. Редукторы бывают разных конструкций, но функции у них одинаковы.
Анимация, показывающая принцип работы ТВД.
Как и все в этом мире 🙂 турбовинтовой двигатель имеет преимущества и недостатки. Это следствие того, что он соединил в себе качества поршневого и ТРД. Он, как газотурбинный двигатель ( родственник реактивного :-)) является представителем того самого семейства двигателей, которому в свое время сдал свои позиции поршневой движок (об этом здесь). Поэтому ТВД значительно легче поршневого при той же мощности. Это очень хорошо, ведь масса – важнейший показатель для авиации. Все тяжелое, как известно, летает без особой охоты :-).
Одновременно по сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой значительно экономичнее. Дело в том, что от поршневого ТВД взял себе воздушный винт. Этот агрегат, особенно в современных разработках имеет довольно высокий коэффициент полезного действия, до 86%, что и обуславливает экономичность всего двигателя.
Однако винту недоступны большие скорости. «Эффект запирания» не дает возможности винтовым самолетам летать со скоростями выше 750 км/ч (единственный самолет наш бомбардировщик ТУ-95 достигает скорости 920 км/ч). Кроме того современные воздушные винты достаточно шумны, что не одобряют нормы Международной организации гражданской авиации (ICAO).
Вот и получается, что турбовинтовой двигатель
Турбовинтовой двигатель АИ-20.
Турбовинтовой двигатель уже достаточно послужил людям и всегда отличался высокой экономичностью и большой надежностью. Хорошо известен, например, двигатель-ветеран АИ-20 (и его модификации, начало выпуска 1957 год)) . Он устанавливался на заслуженный пассажирский самолет ИЛ-18, а также на транспортные самолеты тип АН-8, АН-12, АН-32, на морские БЕ-12 и военно-морские ИЛ-38. Этот двигатель в некоторых местах эксплуатируется до сих пор и отличается очень высокой надежностью. Такого ресурса, как у АИ-20 (40 000 часов летной эксплуатации!) нет наверное ни у одного двигателя.
Противолодочный самолет БЕ-12 с двигателями АИ-20.
Пассажирский ветеран ИЛ-18 с двигателями АИ-20.
И, конечно, списывать со счетов турбовинтовой двигатель еще рано. Конструкторы, соблазненные его высокой экономичностью постоянно ведут работу по улучшению существующих образцов и созданию новых. Разрабатываются новые типы винтов, в частности сверхзвуковых ( с переменным, правда, успехом :-)).
Турбовинтовентиляторный двигатель Д-27.
Примером служит сравнительно недавно появившийся двигатель Д-27, разработанный в Запорожском машиностроительном конструкторском бюро „Прогресс“ имени академика А. Г. Ивченко. В том самом, где создавался когда-то АИ-20. Д-27 внешне очень похож на турбовинтовой двигатель
, но на самом деле это качественный скачок вперед. Он даже название имеет измененное: турбовинтовентиляторный двигатель. Предназначен для пассажирских и транспортных самолетов, для которых скорость также важна, как и экономичность. Таких, например, как новый транспортник АН-70. На оси свободной турбины Д-27 (понятно через редуктор :-)) установлено два винто-вентилятора, вращающихся в разные стороны. Этот двигатель не имеет аналогов и на данный момент является единственным рабочим двигателем такого типа в мире.
Транспортный самолет АН-70 с двигателями Д-27.
Прогресс не остановить :-), так что нам вполне вероятно еще предстоит увидеть новые типы самолетов с «нимбами» винтов и мягким гулом турбовинтовых двигателей.
В заключении предлагаю вам посмотреть два ролика. Первый хорошо показывает принцип работы ТВД. Пояснительные надписи на английском, но, я думаю, понять не сложно. Для тех, кто «совсем не англичанин» :-), поясню, что Gearbox — это редуктор, а Nozzle -это сопло, Inlet — это вход, Combustion Chamber — камера сгорания. Второй ролик — это анимация работы еще одного прогрессивного и очень интересного турбовинтового двигателя Pratt Whitney PT6A. Обратите внимание, что направление движения газов по тракту двигателя организовано «задом наперед» 🙂
Фотографии кликабельны.
No related posts.
avia-simply.ru
Турбовинтовой самолёт Википедия
Схема турбовинтового двигателя: 1 — воздушный винт; 2 — редуктор; 3 — турбокомпрессор Цветная схема турбовинтового двигателя Турбовинтовой двигатель самолёта ATR 72Турбовинтово́й дви́гатель — тип газотурбинного двигателя, в котором основная часть энергии горячих газов используется для привода воздушного винта через понижающий частоту вращения редуктор, и лишь небольшая часть энергии составляет выхлоп реактивной тяги. Наличие понижающего редуктора обусловлено необходимостью преобразования мощности: турбина — высокооборотный агрегат с малым крутящим моментом, в то время как для вала воздушного винта требуются относительно малые обороты, но большой крутящий момент.
Существуют две основные разновидности турбовинтовых двигателей: двухвальные, или со свободной турбиной (наиболее распространенные в настоящее время), и одновальные. В первом случае между газовой турбиной (называемой в этих двигателях газогенератором) и трансмиссией не существует механической связи, и привод осуществляется газодинамическим способом. Воздушный винт не находится на общем валу с турбиной и компрессором. Турбин в таком двигателе две: одна приводит в движение компрессор, другая (через понижающий редуктор) — винт. Такая конструкция имеет ряд преимуществ, в том числе и возможность работы силового агрегата самолёта на земле без передачи на воздушный винт (в этом случае используется тормоз воздушного винта, а работающий газотурбинный агрегат обеспечивает самолёт электрической мощностью и воздухом высокого давления для бортовых систем).
Применение
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
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 %
История
Впервые схему турбовинтового двигателя (ТВД), в котором воздушный винт имел привод от газовой турбины, разработал русский инженер и авиатор лейтенант флота М. Н. Никольский в 1913 г.[2] Модель этого двигателя была построена и испытана. Его предполагали использовать для самолета «Илья Муромец».[3] Двигатель Никольского развивал мощность 120 квт (160 л. с.) и имел трёхступенчатую газовую турбину.[4]
В 1923 году В. И. Базаров предложил схему своего газотурбинного двигателя (ГТД), близкую к схемам современных турбовинтовых двигателей; в 1930 В. В. Уваров при участии Н. Р. Брилинга спроектировал, а в 1936 построил ГТД с центробежным компрессором.[4] Независимо от отечественных инженеров в Великобритании учёный и инженер Алан Арнольд Гриффит[en] в 1926 году предложил свой проект подобного двигателя.
Первый в практическом смысле работающий ТВД был создан венгерским инженером Дьёрдем Ендрашиком (György Jendrassik). После ряда лет работы над ТВД (и получения патента на его конструкцию в 1929 г.) он построил прототип двигателя мощностью 100 л. с.; первый в мире полномасштабный турбовинтовой двигатель, Jendrassik Cs-1 мощностью около 400 л. с. был построен и испытывался на предприятии Ganz Works в Будапеште между 1939 и 1942 г. Двигатель не был запущен в производство.
В то же время в СССР в 1934 г. была создана и прошла длительные испытания первая отечественная высокотемпературная газотурбинная установка ГТУ-1, ставшая прообразом будущих турбовинтовых двигателей. Установка состояла из одноступенчатого центробежного компрессора, кольцевой камеры сгорания и одноступенчатой газовой турбины. В 1938–1939 гг. под руководством профессора В.В. Уварова для самолета ТБ-3 были впервые построены опытные газотурбинные установки ГТУ-3 мощностью по 1150 л. с., выполненные по схеме турбовинтового двигателя. Под его же руководством с 1943 г. в ЦИАМ разрабатывался летный образец экспериментального ТВД Э-3080, развивавшего мощность на валу 625 л. с. и создававшего дополнительную тягу 160 кгс.[5][6]
Первый немецкий турбовинтовой двигатель в середине 30-х годов разработал (будучи профессором Технического университета в Берлине) будущий глава отдела планёров самолетов на «Junkers Flugzeugwerke» Герберт Вагнер. Он надеялся, что тот может дать боевому самолету высочайшие ЛТХ.
Работы по ТВД ускорились в послевоенные годы. На 18-м образце реактивного истребителя Gloster Meteor (позднее получил обозначение Trent-Meteor) вместо штатных турбореактивных были установлены турбовинтовые двигатели Rolls-Royce RB.50 «Trent», и он стал первым в мире турбовинтовым самолётом (взлетел 20 сентября 1945 года). Эта машина не строилась серийно и осталась прототипом.
На основе двигателей модели Trent компания Rolls-Royce разработала модель Dart. Этот двигатель устанавливался на первый в мире серийный турбовинтовой самолёт Vickers Viscount (первый полёт в 1948). Конструкция ТВД Rolls-Royce Dart оказалась весьма успешной: с учётом модификаций и усовершенствований, он выпускался порядка 40 лет (до 1987 г) и устанавливался на многие модели самолётов.
Самым мощным из когда-либо созданных ТВД был строившийся в СССР двигатель НК-12.
Одним из самых массовых и широко применяющихся ТВД в настоящее время является семейство ТВД Pratt & Whitney Canada PT6 (англ.)русск.. Серийный выпуск был начат в 1963 г. и продолжается на настоящее время (2012). Двигатель выпускается в ряде модификаций (различной мощности, для самолётов и вертолётов) и устанавливается на более чем 100 типах самолётов различных производителей.
См. также
Примечания
Ссылки
Литература
- Elliot, Simon. Power Progress: World Turbine Engine Directory (англ.). // Flight International. — 13-19 October 1993. — Vol. 144 — No. 4391 — P. 29-40 — ISSN 0015-3710. (справочник с техническими данными и сравнительной характеристикой [1][2] 32 турбовинтовых двигателей (turboprops) ведущих мировых производителей-предприятий зарубежного двигателестроения)
wikiredia.ru
Новый турбовинтовой двигатель и русская версия самолёта L-410
Наконец-то двигателестроители обратили внимание не только на создание моторов для самолётов большой авиации, но и готовы помочь в оснащении двигателями воздушных судов региональной и малой авиации. Причём на самолёты местных воздушных линий планируется установка турбовинтовых двигателей отечественного производства, изготовленных на предприятиях России и из отечественных материалов.
Особенности производства нового турбовинтового двигателя
В рамках программы импортозамещения Уральский завод гражданской авиации (УЗГА) разработал проект и готовит производство турбовинтового двигателя ВК-800С для самолёта чешского производства L-410UVP-E20, который изготавливают на этом же предприятии. Ранее эта машина была оснащена силовыми установками М601 и Н80, изготовленными в Чехии.
Инженер-конструктор, созданного в Санкт-Петербурге обособленного подразделения по импортозамещению, подтвердил, что в научно-производственном центре «Лопатки.Компрессоры. Турбины.» (НПЦ «ЛКТ») в мае уже будут собраны три опытных мотора ВК-800С, летом начнутся их стендовые испытания, а осенью их тестируют в воздухе.
НПЦ «ЛКТ» выбрано неслучайно для сборки этих силовых установок, поскольку изготовление лопаток турбин и роторного колеса – это и так высокие технологии, а организовать на таком центре дополнительное производство не стало большой проблемой. Поставлена задача добиться использования для производства двигателей ВК-800С комплектующих только из России.
Это становится возможным, поскольку агрегаты и основные узлы для этих моторов стали производить в Омске, Перми, Самаре и других российских городах, где расположены заводы и предприятия соответствующего профиля. Минпромторг уже сделал заказ на производство двух самолётов L-410UVP-E20 с российскими двигателями, а серийный выпуск ВК-800С начнётся сразу после процедуры сертификации, которую планируют закончить в течение двух лет.
Новый турбовинтовой двигатель ВК-800С для лёгких многоцелевых самолётов.
В сущности мотор ВК-800С – это версия вертолётного турбовального двигателя ВК-800В, который был создан в одном из подразделений объединённой двигателестроительной корпорации «ОДК-Климов» и предназначен для многоцелевых самолётов грузоподъёмностью до 1.5 тонны. Это весьма компактный двигатель, имеющий длину около одного метра, весом не более 140 кг и развивающий мощность на взлёте порядка 900 л.с.
«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.
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.
Заключение
На настоящее время в России отсутствуют самолёты подобного класса, такая машина нужна для первоначального обучения и для потребностей Минобороны. Хорошо известна неприхотливость этого самолёта, а оснащение его турбовинтовыми двигателями позволят использовать машину в полной мере, в том числе и для нужд Арктики. Значительно расширит область применения L-410 разработка нового шасси для мягких грунтов.
aviarf.ru
Турбовинтовой самолет в полете — Стр 5
Глава II. Турбовинтовой самолет в полете
Для сохранения постоянным числа М необходимо пропорционально увеличить истинную скорость полета. В результате километровый расход, а следовательно, и дальность полета остаются постоянными, т. е. не зависят от изменения температуры воздуха.
Влияние отбора воздуха от двигателей и аэродинамического сопротивления
При включении отбора воздуха от компрессоров двигателей для противообледенительных устройств самолета мощность двигателей несколько падает. Уменьшится и скорость полета. Падение мощности тем ощутимее, чем больше воздуха отбирается от компрессора двигателя. Для восстановления мощности необходимо повысить режим работы двигателей. При этом километровые и часовые расходы топлива увеличатся, а дальность и продолжительность полета уменьшатся.
Так, например, при включении на одном из четырехдвигательных турбовинтовых самолетов противообледенительного устройства силовых установок, обогреваемых горячим воздухом от компрессоров ТВД, километровые расходы растут, а дальность полета сокращается примерно на 3%. При включении обогрева горячим воздухом передней кромки крыла, а также электрического обогрева хвостового оперения и винтов, питание которого осуществляется от генераторов, установленных на двигателях, дальность и продолжительность полета уменьшатся еще на 2%.
На графике, приведенном на рис. 2.24 (вверху), показана зависимость потребной тяги Рг.п двигателей от скорости полета V одного и того же самолета при различном аэродинамическом сопротивлении. При увеличении коэффициента аэродинамического сопротивления с cx1 (кривая I) до cx2> cx1 (кривая II) потребная тяга двигателей для полета на постоянной скорости возрастает. При этом с ростом скорости полета с V1 до V2 прирост потребной тяги для поддержания режима полета увеличивается с ∆P1 до ∆P2 т. е. при V2>V1 ∆P2>∆P1. Это увеличение прироста потребной тяги объясняется тем, что аэродинамическое сопротивление самолета или потребная тяга двигателей пропорциональны квадрату скорости полета. Чем больше аэродинамическое сопротивление самолета, тем больше потребная тяга двигателей и расход топлива для полета на заданной скорости.
В некоторых случаях, например при технических неисправностях, возникает необходимость полета самолета с выпущенным шасси. Дополнительное аэродинамическое сопротивление, создаваемое выпущенным шасси, и ограничения по скорости полета (скорость полета с выпущенным шасси значительно меньше крейсерской) приводят к существенному увеличению километровых расходов и соответствующему уменьшению дальности полета. Например, дальность полета современного турбовинтового самолета с выпущенным шасси уменьшается в среднем на 25%.
Аэродинамическое сопротивление самолета в полете зависит также от качества технического обслуживания. Потребная мощность двигателей и расход топлива на заданных высоте и скорости полета находятся в прямой зависимости от аэродинамического сопротивления самолета. Мелкие источники сопротивления могут значительно сократить дальность и продолжительность полета. Аэродинамическое сопротивление особенно увеличивается за счет повышения сопротивления трения в результате небрежного технического обслуживания самолета. При этом повышение аэродинамического сопротивления оказывает
Рис. 2.24. Влияние изменения аэродинамического сопротивления самолета на потребную тягу двигателей и дальность полета (вверху – зависимость потребной тяги двигателей от скорости полета при постоянной высоте и различном аэродинамическом сопротивлении самолета; внизу – уменьшение дальности полета при увеличении аэродинамического сопоротивления самолета и отбора воздуха от двигателей)
существенное влияние на расход топлива не только на максимальных, но и на крейсерских скоростях полета.
Сопротивление трения в значительной степени зависит от состояния пограничного слоя на крыле. При переходе ламинарного слоя в турбулентный местное сопротивление трения увеличивается в несколько раз. При возникновении
42
Глава II. Турбовинтовой самолет в полете
шероховатости на крыле зона перехода ламинарного слоя в турбулентный приближается к передней кромке крыла, расширяя турбулентную зону и увеличивая аэродинамическое сопротивление самолета. Поэтому при обслуживании самолета технический составдолжен стремиться всегда сохранять гладкой обшивку крыла.
Аэродинамическое сопротивление самолета увеличивается также при шелушении и повреждении краски, а также при небрежной окраске крыла и фюзеляжа.
Вследствие неплотного прилегания капотов, створок, лючков и повреждения их уплотнительных прокладок также увеличивается аэродинамическое сопротивление самолета и особенно резко при небрежном ремонте обшивки и нарушении нивелировки самолета при стыковке крыльев и хвостового оперения после ремонта.
При ухудшении обтекаемости самолета в полете приходится поддерживать больший режим двигателей, чем необходимо для заданной скорости. Это вызывает дополнительный расход топлива.
На расход топлива в полете может также весьма существенно повлиять качество регулировки командно-топливных агрегатов двигателей. После замены или регулировки командно-топливных агрегатов необходимо проверить на земле и в полете расходы топлива каждым двигателем и добиться, чтобы на каждом из режимов работы все двигатели расходовали одинаковое количество топлива.
Если летчик заметил, что расход топлива в полете больше нормального, то, вернувшись из полета, он обязан доложить об этом для устранения причины, вызвавшей завышенные расходы топлива.
Дальность и продолжительность полета при отказе двигателей
Современные четырехдвигательные турбовинтовые самолеты позволяют продолжать горизонтальный полет при отказе одного и двух двигателей. При этом винты неработающих двигателей должны быть введены во флюгерное положение.
Если высота полета меньше практического потолка для данного полетного веса, то на четырехдвигательном самолете при отказе одного двигателя и флюгировании его воздушного винта крейсерский полет следует продолжать на высоте, несколько меньшей той, на которой отказал двигатель. Так, например, при отказе одного двигателя на одном из турбовинтовых самолетов на высоте 8000 м при полетном весе 59 т целесообразно продолжать крейсерский полет на высоте 7000 м без изменения истинной крейсерской скорости. При этом километровый расход топлива увеличится с 3,72 до 3,81 кГ/км, а часовой — с 2050 до 2100 кГ/час, т. е. несколько больше, чем на 2%. Соответственно повышению километровых и часовых расходов уменьшатся дальность и продолжительность полета.
Если двигатель отказал на высоте менее 7000 м и полет продолжать на этой высоте можно, это значит, что и при трех работающих двигателях самолет сможет преодолеть дальность, рассчитанную для четырех двигателей.
Современный четырехдвитательный турбовинтовой самолет может продолжать горизонтальный полет и при двух выключенных двигателях и зафлюгированных винтах при полетном весе, рассчитанном на четыре работающих двигателя, но на значительно меньших высотах. При этом километровые расходы значительно увеличатся, а дальность полета уменьшится. Так, например, при отказе двух двигателей на турбовинтовом самолете с полетным весом 59 г на высоте 8000 м для достижения максимальной дальности рекомендуется снизиться до высоты 2500 м. На этой высоте километровый расход составляет 4,6 кГ/см, т. е. на 26% больше,
чем на исходной высоте 8000 м, пропорционально уменьшится и дальность полета. Часовой же расход топлива уменьшится с 2050 до 1950 кГ/час, или на 5%, т. е. продолжительность полета практически не изменится. Снижение часового расхода происходит в результате выключения двух двигателей и уменьшения скорости полета менее крейсерской.
Полет «по потолкам»
Максимальная дальность на турбовинтовом самолете достигается при полете на высотах, близких к практическому потолку, который при прочих равных условиях определяется полетным весом самолета.
Так как вес самолета в полете уменьшается, то практический потолок самолета увеличивается, километровый расход топлива уменьшается пропорционально полетному весу. Таким образом, по мере выгорания топлива возможно постоянно увеличивать высоту полета и уменьшать километровые расходы топлива, что в конечном итоге увеличивает практическую дальность полета.
Полет с постепенным набором высоты для достижения минимальных километровых расходов топлива и максимальной дальности называется полетом «по потолкам» (рис 2.25).
Какую выгоду приносит полет «по потолкам» не только в обычных условиях, но даже и при отказах, рассмотрим на примере четырехдвигательного турбовинтового самолета с отказавшим одним двигателем на высоте полета 7000 м. По мере выгорания топчива самолет будет постепенно набирать высоту с вертикальной скоростью 250 м за 1 час полета. Если при полетном весе 59 т после отказа двигателя на высоте 7000 м и крейсерской скорости километровый расход топлива составляет 3,81 кГ/км, то после 6 час полета, когда самолет достигнет высоты 8500 м и его полетный вес уменьшится, километровый расход топлива
Рис. 2.24. Увеличение дальности при полете по потолкам
44
Глава II. Турбовинтовой самолет в полете
снизится до 3,15 кГ/км а средний километровый расход составит 3,48 кГ/км. Если же самолет продолжал бы полет без набора высоты, то через 6 час полета его километровый расход составил бы 3,38 кГ/км, а средний километровый расход был бы равен 3,60 кГ/км. В этом случае при полете «по потолкам» километровые расходы на 3% меньше, чем при горизонтальном полете. При полете «по потолкам» в течение 6 час с истинной скоростью 550 км/час дальность увеличивается примерно на 120 км в сравнении с горизонтальным полетом при тех же условиях. Полет «по потолкам» выгоден и при нормальной работе всех двигателей, но выполнять его рекомендуется на высотах ниже практического потолка на 500 — 600 м.
Естественно, что полет «по потолкам» может быть осуществлен в обстановке, позволяющей выполнять такой полет.
Увеличение расхода топлива при полете в строю
При полете в строю расход топлива увеличивается по сравнению с расходом топлива одиночным самолетом. Это происходит по различным причинам. Главные из них — необходимость выдерживать свое место в строю и повышенный расход топлива при маневрировании группы самолетов.
Самолеты при полете в строю не могут выдерживать одинаковую скорость. Время от времени ведомые вынуждены рычагами управления двигателями уменьшать или увеличивать подачу топлива, чтобы сохранить свое место в строю. Поэтому на ведомом самолете расход топлива всегда больше, чем. на ведущем.
Практика эксплуатации турбовинтовых двигателей показывает, что расход топлива при работе двигателей на уменьшенном режиме не может компенсировать расход топлива на повышенном режиме. Эту особенность полета строем всегда нужноучитывать, особенно при дальних перелетах.
Для предупреждения перерасхода топлива ведомыми ведущий должен точно выдерживать заданную скорость полета, а ведомые должны плавно, без резких перемещений рычагов управления двигателями, изменять скорость полета.
На расход топлива ведомыми самолетами существенное влияние оказывает плотность строя. Чем больше рассредоточены самолеты по фронту и в глубину, тем меньше колебания скорости полета ведущего самолета влияют на расход топлива ведомых самолетов.
Значительно отличаются расходы топлива на ведомых самолетах при сборе и роспуске группы самолетов в районе аэродрома, особенно в сложных метеорологических условиях, а также при маневре строем. При развороте колонны самолетов внешние ведомые самолеты вынуждены летать по большему радиусу и на большей скорости, чем ведущие.
При этом скорость внешних ведомых самолетов должна быть тем больше, чем больше радиус разворота. Для увеличения скорости необходимо повысить мощность двигателей, т. е. увеличить расход топлива. Время же разворота колонны самолетов довольно велико — 20 – 30 мин. Поэтому для равномерного расхода топлива у правых и левых ведомых рекомендуется при прокладке маршрута полета по возможности чередовать правые и левые развороты.
При полете турбовинтовых самолетов строем практическая дальность примерно на 5 — 7% меньше, чем у одиночного самолета. Кроме того, на дальность полета строя самолетов влияет высота практического потолка полета. Строй самолетов не может лететь на такой же предельной высоте, как одиночный самолет. Если полет осуществляется на высоте, близкой к практическому потолку одиночного
самолета, то дальность полета самолетов строем будет меньше дальности одиночного самолета.
На сокращение дальности полета некоторое влияние может оказать снижение наивыгоднейшей скороподъемности при полете строем, в результате чего увеличиваются время набора заданного эшелона полета и расход топлива. Однако при наборе высоты на маршруте снижение скороподъемности незначительно уменьшает дальность полета.
ПРАКТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДАЛЬНОСТИ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПОЛЕТА
В период летных испытаний самолета подбираются наивыгоднейшие режимы полета и работы двигателя, обеспечивающие максимальную дальность и продолжительность полета. Расход топлива замеряют с помощью объемных счетчиков топлива с точностью до 1—2%, затем расходы топлива проверяются в длительных контрольных полетах на дальность и продолжительность. Такие полеты проводят по выбранному протарированному маршруту. Часовые и километровые расходы, определенные при испытаниях, приводятся к стандартным условиям. На основании этих испытаний составляются инструкции по расчету дальности и продолжительности полета.
Практический расчет дальности полета состоит из нескольких последовательных этапов. Прежде всего необходимо в соответствии с полученным заданием определить профиль полета — простой или переменный. Профиль считается простым, если самолет набирает заданную высоту, совершает на ней полет до заданного пункта, а затем снижается и производит посадку, и переменным, если высота полета в пути меняется один или несколько раз (рис. 2.26). Затем профиль полета следует разбить на участки, каждый из которых соответствует определенной высоте полета. На рисунке профиль полета имеет два участка: первый участок соответствует полету на высоте Н1 второй — на высоте Н2. Далее устанавливается скорость полета для каждого горизонтального участка пути.
Рис. 2.26. К расчету дальности полета
46
Глава II. Турбовинтовой самолет в полете
Как правило, при полете на максимальную дальность скорость полета должна соответствовать крейсерской скорости.
По табличным данным, приведенным в инструкции, определяют расход топлива на земле, на взлет и посадку, набор и снижение. Километровый и часовой расходы топлива для первого и второго горизонтальных участков определяют по среднему полетному весу Gср, равному половине суммы полетных весов самолета в начале Gн и конце участка Gк:
Gср | = | Gн + Gк |
|
| (2.20) | ||
|
| ||||||
|
|
| 2 |
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
G | = G − | Qуч | , | (2.2I) | |||
| |||||||
ср |
| н | 2 |
|
| ||
|
|
|
|
| |||
где Qуч — вес топлива, расходуемого на горизонтальном участке пути.
Зная длину горизонтального участка пути и километровый расход топлива, легко определить необходимый запас топлива.
Просуммировав расход топлива в полете и на земле и потребный запас топлива, получают количество топлива, необходимое для выполнения задания.
Время взлета, набора, снижения и посадки приводится в инструкции; время полета на горизонтальном участке пути рассчитывают по заданной истинной скорости полета. Продолжительность полета равна сумме времени горизонтального полета, взлета, набора, снижения и посадки.
При расчете дальности полета следует учитывать, что в некоторых случаях набор высоты и снижение могут производиться не по маршруту, как показано на рис. 2.26, а над «точкой», т. е. над аэродромом вылета или прилета. В этом случае дальность полета уменьшится на величину горизонтальной проекции наклонного участка полета.
При расчете дальности и продолжительности полета необходимо также иметь в виду, что в результате технологических отклонений, допущенных в производстве или при ремонте, а также при регулировке топливных агрегатов турбовинтовых двигателей, различные самолеты одного и того же типа могут расходовать разное количество топлива.
3. УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ ТУРБОВИНТОВОГО САМОЛЕТА В ПОЛЕТЕ
ОСОБЕННОСТИ УСТОЙЧИВОСТИ И УПРАВЛЯЕМОСТИ ТУРБОВИНТОВОГО САМОЛЕТА
Способность самолета самостоятельно возвращаться к исходному режиму полета, т. е. восстанавливать равновесие сил после устранения возмущения, нарушившего равновесие самолета, называется устойчивостью самолета. Равновесие сил, действующих на самолет в полете, может быть нарушено при полете в неспокойной атмосфере, в результате изменения положения центра тяжести самолета при выработке топлива, непроизвольного перемещения летчиком рулей управления самолетом, изменения режима работы двигателей и другими причинами.
Современные турбовинтовые самолеты обладают достаточной устойчивостью. При случайном изменении положения самолета в воздушном потоке, например, вследствие порыва ветра, такой самолет самостоятельно, без вмешательства летчика возвращается к исходному режиму полета после нескольких колебаний. Устойчивый самолёт подобен игрушке «неваляшке», обладающей способностью возвращаться в первоначальное вертикальное положение после нескольких затухающих колебаний.
Управляемостью самолета называется способность самолета изменять режим полета при отклонении рулей. Управляемость оценивается реакцией самолета на отклонение органов управления, величиной усилий, прилагаемых к ним, а также потребным отклонением (расходом) рулей.
Турбовинтовые двигатели оказывают существенное влияние на характер и величину сил, действующих на самолет в полете {рис. 2.27). При изменении тяги воздушного винта изменяется продольный момент самолета, возникает момент от силы реакции при повороте воздушной струи на входе в двигатель, появляется момент от поперечных сил на винте при косой его обдувке, изменяется подъемная сила крыла при изменении интенсивности обдувки крыла самолета воздушными винтами, увеличиваются скорость обдува и скос потока на хвостовом оперении. Так как ось двигателя не проходит через центр тяжести самолета, то на самолет действует момент М0 от силы тяги, который равен произведению силы тяги винта Р0 на расстояние у между осью двигателя и центром тяжести самолета, т. е.
На многодвигательном самолете будет действовать суммарный момент от суммы тяги винтов вcex двигателей. Момент от силы тяги значителен по величине. На самолетах с высоким расположением крыла (рис. 2.27) от силы тяги винтов возникает пикирующий момент, а на самолетах с низким расположением крыла, — как правило, кабрирующий момент. Так, например, на турбовинтовых самолетах с высоким расположением крыла в режиме набора для уравновешивания пикирующего момента от тяги винтов необходимо отклонить руль высоты вверх.
При уменьшении скорости полета и увеличении угла атаки крыла α увеличивается угол θ между осью двигателя и направлением набегающего воздушного потока (его скорость обозначена V0). При этом происходит так называемая косая обдувка винта, вследствие чего в плоскости вращения винта
Глава II. Турбовинтовой самолет в полете
Рис. 2.27. Силы и моменты, действующие на самолет от работы турбовинтового двигателя в полете
возникает поперечная сила Рп. Поперечная сила возрастает с увеличением угла θ и создает кабрирующий момент Мп, равный произведению поперечной силы Рп на расстояние х от плоскости вращения винта до центра тяжести самолета,т. е.
Поперечная сила Рп пропорциональна диаметру и количеству винтов на самолете.
Момент Мс относительно оси двигателя от силы реакции, возникающий при закручивании воздушной струи на входе в турбовинтовой двигатель, прямо пропорционален весовому расходу воздуха через двигатель (или развиваемой двигателем мощности на заданном режиме работы), количеству двигателей, расстоянию от центра тяжести самолета до входа в двигатель и обратно пропорционален плотности воздуха и скорости полета. При увеличении режима работы двигателей и уменьшении высоты полета момент Мс увеличивается.
В результате действия воздушной струи, отбрасываемой винтом, скорость обтекания участка крыла за винтом больше скорости полета V0 Скорость отбрасывания воздуха, проходящего через ометаемую винтом плоскость, зависит главным образом от скорости полета, диаметра и тяги винта. Так как диаметр винта, установленного на самолете, постоянный, то скорость отбрасывания воздуха зависит от скорости полета и режима работы двигателя. Чем больше скорость полета и режим работы двигателя, тем больше скорость отбрасывания воздушной струи за винтом и тем больше разница между скоростью обтекания участка крыла за винтом и скоростью полета.
Известно, что подъемная сила крыла зависит от скорости его обтекания. Поэтому на турбовинтовых самолетах на участках крыла, обдуваемых воздушным винтом, возникает дополнительная подъемная сила ∆Y. Полная подъемная сила Y обдуваемого винтом участка крыла равна сумме подъемной силы Y0, развиваемой крылом при скорости полета V0 и дополнительной подъемной силы ∆Yв:
Y = Y0 + ∆ Yв . | (2.24) |
Поэтому при остановке в полете турбовинтового двигателя довольно заметно уменьшается подъемная сила полукрыла, на котором остановился двигатель. При этом возникает кренящий момент в сторону остановленного двигателя, который летчик вынужден парировать отклонением рулей.
В горизонтальном полете при увеличении режима работы турбовинтовых двигателей увеличиваются интенсивность обдува крыла и его подъемная сила, в результате чего у самолета появляется тенденция к подъему носа и набору высоты. При уменьшении режима работы двигателей вследствие уменьшения обдува воздушными винтами крыла снижается его подъемная сила, самолет опускает нос и переходит на снижение. Поэтому после изменения режима работы турбовинтовых двигателей летчик перемещением рулей восстанавливает балансировку самолета на новом режиме полета самолета.
При наличии турбовинтовых двигателей на самолете возникает также существенный скос воздушного потока у хвостового оперения. С изменением скорости полета и режима работы двигателей величина и направление скоса потока изменяются. На некоторых турбовинтовых самолетах при работе двигателей на взлетном режиме скорость косой обдувки хвостового оперения на 20 — 25% больше скорости полета.
Условно различают два вида устойчивости и управляемости самолета — продольную и боковую.
ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ
Одним из основных условий обеспечения продольной устойчивости самолета является его продольная балансировка. Продольной балансировкой самолета называется уравновешивание моментов, действующих на самолет относительно его поперечной оси. Продольная балансировка обеспечивается, когда все продольные моменты, действующие на самолет, уравновешены. Пикирующие и кабрируюшие моменты относительно центра тяжести (ц. т.) самолета могут быть созданы тягой двигателей Р, подъемной силой крыла Y, аэродинамической силой горизонтального оперения Yг.о и силой лобового сопротивления самолета Q. На рис. 2.28 показан самолет, у которого пикирующий момент Mпик, создается подъемной силой крыла, а кабрирующий Мкаб — аэродинамической силой горизонтального оперения, лобовым сопротивлением самолета и тягой двигателей. На транспортном самолете с высоким расположением крыла тяга двигателей создает пикирующий момент. Могут быть и другие варианты действия сил на самолет. Обязательным условием продольной балансировки является равенство сумм пикирующих и кабрирующих моментов:
Ya = Pc + Qd + Yг.оb | (2.25) |
или |
|
∑M пик = ∑M каб . | (2.26) |
Продольная балансировка может быть также выражена условием |
|
∑M пик − ∑M каб = 0 , | (2.27) |
которое читается так: сумма продольных моментов на сбалансированном самолете равна нулю.
50
studfiles.net
Самый быстрый одномоторный турбовинтовой (ВИДЕО)
27 июня 2008 года компания «EADS» объявила о намерении продать принадлежащей ей контрольный пакет акций в «EADS Socata» французскому промышленному конгломерату «Daher», и 3 ноября 2008 года «EADS» и «Daher» объявили о том, что они достигли соглашения по данному вопросу. Процесс купли-продажи был завершен 7 января 2009 года, после чего новая компания получила название «Daher-Socata».
Самолет TBM-900 — это модернизированная версия TBM 850. Его силовая установка осталась прежней (самолет оснащается турбовинтовым двигателем Pratt & Whitney Canada PT6A-66D), однако он обладает увеличенной крейсерской скоростью. Базовая стоимость самолета 2014 года составляет 3,512,000 долларов США и включает Сертификат Типа ВС МАК АР. Типичная стоимость с дополнительным оборудованием 3,711,000 Долларов США.
Турбовинтовой самолет DAHER TBM 900 — пришедший на смену семейства самолетов TBM 850 и ТВМ 700, задает планку скорости и теперь является самым быстрым в классе однодвигательных турбовинтовых самолетов с максимальной крейсерской скоростью 611 км/час (330 узлов) на эшелоне 280 (в условиях ISA). Это совершенно новый класс Очень Быстрого Турбовинтового самолета, сочетающий в себе высокую скорость реактивного самолета и эффективность и экономичность самолета с турбовинтовым двигателем. Одним из самых привлекательных особенностей самолета, в глазах владельцев, являются возможность совершать посадку в небольших региональных и горных аэропортах с короткими ВПП, а также большая дальность полета (до 3,304 км) и полезная нагрузка.
Самолет TBM-900 оборудован обновленной с учетом последних трендов современной стеклянной кабиной Garmin G1000, включая в себя два монитора с диагональю 10,4 дюйма и один центральный с диагональю 15 дюймов, имеющим широкий угол обзора. Последняя версия програмного обеспечения так называемого Syntetic Vision Technology (SVT) позволяет пилоту видеть виртуальную дорогу в небе, повышая безопасность пилотирования. Основываясь на данных интегрированных систем управления полетом, Garmin G1000 предоставляет сводные данные о скорости и высоте полета, навигационные указания, визуализацию воздушной обстановки и метеоинформации, а также о состоянии и параметрах работы двигателя. В состав бортового радионавигационного оборудования входит полностью интегрированный цифровой автопилот, управляющий самолетом, позволяющий снизить нагрузку на пилота и упрощающий пилотирование самолета. Встроенный спутниковый телефон, интегрированный со всеми системами, поможет всегда быть на связи.
TBM-900 предлагает самый элегантный и комфортный интерьер кабины самолета, который содержит самые последние изменения салона модели 2013 ТВМ850 Elite с целью создания большего пространства и универсальности конфигурации. Внутренняя отделка самолета выполнена из высококачественной кожи, в которой расположены 2 пилотских и 4 расположенных друг напротив друга (с возможностью поворота по ходу движения) удобных регулируемых кресла с опускаемыми подлокотниками и большой инкрустированный ценными породами древесины стол. В салоне расположено достаточно вместительное багажное отделение. Добавлена возможность установки портативного туалета вместо одного кресла в третьем ряду кресел. Свободный проход в салон самолета возможен через большую дверь с электрическим приводом, имеется складной трап с перилами. Дополнительно возможно установить отдельную пилотскую дверь.
После получения в начале 2014 года сертификата компания Daher-Socata получила заказ на 64 и поставила 51 новый высокоскоростной турбовинтовой самолет TBM 900. Это на 27% превышает поставки самолетов семейства, осуществленные в 2013 г. Был активен и вторичный рынок: в течение прошлого года в общей сложности Daher-Socata продала 150 ВС.
Повышение продаж производитель связывает с успешной презентацией новейшего TBM 900, сертифицированного в марте 2014 г. Вице-президент Daher-Socata Николя Шабберт отметил, что такие показатели — это результат трехлетней работы над TBM 900.
5 декабря 2015 года авиапроизводитель Daher сообщил о поставке сотого самолета TBM-900. Поставка сотого высокоскоростного турбопропа состоялась спустя 20 месяцев после того, как производитель впервые показал эту модель публике. Получателем юбилейной машины стал бизнесмен из Северной Каролины (США) Дэйл Шнайдер.
| ЛТХ: |
| Модификация | TBM-900 |
| Размах крыла, м | 12.83 |
| Длина, м | 10.74 |
| Высота, м | 4.36 |
| Площадь крыла, м2 | 18.00 |
| Масса, кг | |
| пустого снаряженного | 2097 |
| максимальная взлетная | 3353 |
| Тип двигателя | 1 ТВД Pratt & Whitney Canada PT6A-66D |
| Мощность, л.с. | 1 х 1825 |
| Максимальная крейсерская скорость, км/ч | 611 |
| Крейсерская скорость, км/ч | 467 |
| Практическая дальность, км | 3204 |
| Cкороподъемность, м/мин | 725 |
| Практический потолок, м | 9450 |
| Экипаж, чел | 1-2 |
| Полезная нагрузка | 4-6 пассажиров |
Уголок неба
FlyEurope .TV
kramtp.info
Турбовинтовой двигатель — принцип работы турбовинтового двигателя
Внешне турбовинтовой двигатель самолета сильно похож на моторы поршневого типа. Но их сходства только визуальны, так как во всем остальном они совершенно отличаются. У данного двигателя совсем другие характеристики, тип и режим работы, также отличаются и их возможности.
ТВД – по сути, являться газотурбинным двигателем, который нашел большой спрос в авиастроении. Газотурбинный двигатель был создан для единственной цели, он должен был стать универсальным преобразователем энергии, благодаря этой особенности он стал использоваться в авиации.
ГТД является своего рода тепловой машиной. В момент сгорания топлива идет выброс газов, которые и вращают турбину, тем самым создают крутящий момент. Также есть возможность прикрепить к валу турбины необходимые дополнения. К ТВД отличным дополнением будет воздушный винт.
ТВД является некой смесью моторов поршневого типа с турбореактивным. Изначально самолеты были оснащены только поршневыми двигателями. Они выглядели как цилиндры и устанавливались в форме звезды, в центре этой звезды ставился вал, благодаря которому и и происходило вращение воздушного винта. Но из-за их низких характеристик и ограничения в скорости было принято решение об отказе от данного двигателя. На замену им как раз пришли турбовинтовые двигатели (ТВД).
Самый первый двигатель был создан в СССР, первые успешные испытания были проведены еще в 30-х годах, ТВД поступили на массовое производство спустя 20 лет. Его почти сразу же начали устанавливать в гражданские и военные самолеты. Что позволило улучшить преимущество в небе.
Принцип работы ТВД
Строение двигателя является очень простым, в нем нет никаких сложных схем. В нем находиться воздушный винт с редуктором, компрессор, камера сгорания топлива, турбина и сопла (выходное устройство). С помощью компрессора происходит нагнетания и сжатие воздуха, после этого он отправляет этот воздух в камеру сгорание, куда подается топливо. Горючая смесь образуется во время смешивания сжатого воздуха и топливом.
После воспламенения смесь оставляет после себя газ с большим энергичным потенциалом. После газ начинает расширяться и выходит на лопасть турбины, тем самым начинает ее вращать. Вследствие этого начинается и вращение воздушного винта с компрессором, их вращение начинается за счет работы лопастей.
Не использованный газ выходит в сопло, и с помощью него образуется реактивная тяга. Величина тяги может доходить до 10 процентов тяги самого мотора. Из-за незначительно тяги ТВД не является реактивным двигателем. Если обратить внимание на строение и принцип работы двигателя, то его можно сравнить с турбореактивным двигателям. Но есть одна особенность в реактивном двигателе, остатки энергии не выходят в виде воздуха через сопло, они до конца расходиться на работу винта.
Вал
Существует две разновидности двигателя, в первом случае в двигателе находиться один рабочий вал, а во втором установлено два вала. В одновальном двигателе все расположено на единственном валу, в то время как на двухвальном ТВД, на одном валу расположена турбина с компрессором, а на втором находиться винт и редуктор, также они никак не связанны друг с другом.
Если в мотор двухвального типа, то его структура выглядит примерно так: в нем находиться две турбины, которые связанны между собой с помощью газодинамики. Одна турбина служит для работы компрессора, а другая в то время отвечает за работу самого винта. ТВД двухвального типа используют намного чаще, чем другой вариант двигателя, так как его характеристики намного лучше, чем у одновального типа. Но двигатель второго типа выглядит намного сложнее, чем другой тип двигателя. Также двухвальный ТВД способен начать выработку энергии до начала запуска самого винта.
Компрессор
Компрессор у ТВД обладает ступенчатой конструкцией, количество ступени варьируется от 2 до 6. Благодаря такой системе двигатель лучше работает с перепадами температуры и давлением, благодаря этому пилот может с легкостью регулировать обороты двигателя. Такая конструкция позволяет не только лучше работать мотору, но и из-за ступенчатой системы появилась возможность облегчить вес мотора.
Эта особенность очень важна для авиации, так как вес самолета также снижается, а за счет этого есть возможность развивать необходимую скорость и совершать перелеты на более длинные дистанции, так как топливо затратность зависит от веса самолета. В составе компрессора находиться: рабочие колеса с лопатками и направляющий аппарат.
Существует несколько видов аппарата, первый это регулируемый, в направляющем аппарате установлены лопатки, с помощью которых его можно поворачивать вокруг оси. А второй вариант не имеет возможности регулирования.
Воздушный винт
Благодаря воздушному винту создается тяга, но у каждого винта есть свои ограничения в скорости. Самая идеальная скорость вращения винта является 750-1,5 тысячи оборотов в минуту, в данной частоте уровень коэффициента полезного действия винта самый большой, но если скорость заходит за эти пределы, КПД начинает значительно падать.
В тоже время винт начинает приносить не повышение скорости, а наоборот начинает работать как тормоз. Такую особенность еще называют как «эффект запирания».
Такой эффект происходит из-за того что одна часть лопастей начинает набирать завышенные обороты и тем самым превышает скорость звука, из-за чего двигатель начинает неправильно работать. Такой эффект сработает также если лопастям увеличить их в диаметре, так как чем лопасть длиннее, тем выше скорость потока на концах лопастей.
Турбина
Турбина в двигателе может разогнаться до 20 тысяч оборотов в минуту, но воздушный винт не сможет справиться с такой скоростью и просто выйдет из строя. Из-за этого турбину оснащают редуктором, который в свою очередь занижает вращение и увеличивает крутящий момент. Несмотря на строения и формы редуктором, задача у них остается одной и той же, уменьшение скорости и повышение крутящего момента.
Из-за этого ТВД не может раскрыть всего своего потенциала, эти недостатки сильно ударяют по военным самолетам, так как им очень важна скорость и маневренность. Авиаконструкторы и инженеры не оставляют надежны в разработке нового двигателя, который позволит избежать таких неудобств.
vpolete.online
Спрос на турбовинтовые самолеты остается нестабильным // АвиаПорт.Новости
Турбовинтовые самолеты привлекают авиакомпании, в первую очередь, низким расходом топлива. Поэтому в период роста мировых цен на нефть аналитики вполне оправданно ожидают увеличения объема продаж турбовинтовых лайнеров. В 2005-2006 гг. как раз бы именно такой период, когда спрос на самолеты подобного типа значительно вырос, что привело к увеличению портфеля заказов таких компаний как ATR и Bombardier.
Однако последовавший вслед за этим период экономического спада побудил многие авиакомпании либо отказаться от предыдущих заказов, либо пересмотреть планы по обновлению парка и сделать ставку на реактивные самолеты. В результате спрос на турбовинтовые лайнеры за прошедшие годы практически выровнялся. При этом необходимо отметить, что спрос на эти модели не выходил на пиковые уровни. Эта ситуация наблюдается и в настоящее время: спрос то увеличивается, то снова откатывается на прежние позиции. При этом снижение мировых цен на нефть приводит к увеличению продаж реактивных лайнеров.
Причины, которые сейчас побуждают перевозчиков покупать турбовинтовые самолеты, остались такими же, как и раньше. Скоростные характеристики, размеры и топливная экономичность этих самолетов делает их идеальной заменой менее эффективных реактивных регионалов, которые летают по маршрутам протяженностью от 560 до 740 км. Также они подходят для замены устаревших турбовинтовых лайнеров, которые постепенно выходят из эксплуатации, например, Embraer EMB-120 и Saab 340.
В консалтинговом агентстве Ascend считают, что с ростом цен на топливо перевозчикам необходимо задумываться о переходе на турбовинтовые самолеты, поскольку высокая стоимость авиабилетов, связанная с эксплуатацией реактивных лайнеров, отпугивает потенциальных пассажиров.
Причем преимущество турбовинтовых самолетов по сравнению с реактивными на региональных перевозках очевидно. По словам руководства компании Bombardier, лайнеры Q400 в сравнении с 70-местным реактивным самолетом эффективнее на 30% в плане экономии топлива и затрат на эксплуатацию. По сравнению с 50-местным реактивным лайнером затраты на эксплуатацию и содержание турбовинтовых самолетов будут такими же, но пассажировместимость последних в данном случае на 40% больше. Соответственно турбовинтовые самолеты являются идеальной заменой 50-местных реактивных лайнеров. В этом случае авиакомпании смогут увеличить вместимость своих воздушных судов, сохранив затраты на прежнем уровне.
Аналогичного мнения придерживаются и в компании Boeing, руководство которой подчеркивает, что в наши дни нельзя заработать денег, используя небольшие реактивные самолеты на региональных перевозках. Причем тенденция такова, что эти самолеты заменяются либо на турбовинтовые лайнеры, либо на реактивные лайнеры большего размера.
Один из пилотов западной авиакомпании, который ранее пилотировал самолеты Embraer ERJ-145, а теперь сидит за штурвалом Bombardier Q400, считает, что такая замена оказалась выгодной. В интервью изданию Airlines Business он отметил, что Q400 является достаточно быстрой машиной, причем у Q400 скорость лишь на 166 км/ч меньше по сравнению с ERJ-145. При этом высота крейсерского полета у Q400 меньше, чем у ERJ-145, соответственно, чтобы занять эшелон, на Q400 нужно потратить 12-15 мин, тогда как на ERJ-145 приходилось тратить от 20 до 25 мин. В результате время в полете остается практически таким же, как и на ERJ-145, но при этом авиакомпания смогла увеличить пассажировместимость самолетов и сократить эксплуатационные расходы. Выводы очевидны.
С учетом таких преимуществ в Bombardier считают, что спрос на турбовинтовые самолеты будет увеличиваться, поскольку экономика постепенно восстанавливается от последствий финансового кризиса. Правда такой оптимизм для канадского авиастроителя является преждевременным, поскольку в портфеле заказов компании числится только 40 самолетов Q400, что равноценно девяти месяцам производства. Чтобы совсем не останавливать сборочные линии по прошествии этого срока, Bombardier решила снизить темп производства этой модели к концу 2011 г. Но коммерческие службы компании продолжают активный поиск новых клиентов для своего турбовинтового лайнера.
В то же время дела у компании ATR обстоят намного лучше, чем у Bombardier. За первое полугодие 2011 г. европейский авиастроитель получил заказы на 84 турбовинтовых самолета, а портфель заказов компании увеличился до 224 машин. Основной причиной такого успеха руководство ATR считает модернизацию своей продукции. В Embraer, в свою очередь, считают, что рынок турбовинтовых самолетов на данный момент переполнен, поэтому в бразильской компании предпочитают сосредоточиться на проекте нового реактивного самолета.
С другой стороны, некоторые перевозчики в противовес мнению руководства Embraer, рассматривают возможность заказа турбовинтовых самолетов, причем объемы заказов могут быть немаленькими. Одним из таких является авиакомпания SkyWest (США). В настоящее время перевозчик анализирует возможность заказа самолетов ATR 72 или Bombardier Q400, поскольку возраст эксплуатируемых SlyWest лайнеров EMB-120 и CRJ-200 постепенно увеличивается.
Аналитики также отмечают, что опыт эксплуатации самолетов Q400 в авиакомпаниях Horizon Air и Colgan Air в США показал, что эти машины полностью соответствуют определенным рынкам. Кроме того, данный тип стал незаменимым для европейской авиакомпании Flybe. При этом руководство этих авиакомпаний проявляется заинтересованность к проекту создания турбовинтового самолетов вместимостью от 90 до 100 чел. Но пока все решения по этому вопросу приниматься не будут.
Одним из главных факторов, который может подтолкнуть их к положительному решению, является появление на рынке новых турбовинтовых двигателей. Свою готовность предложить такой двигатель выразила компания General Electric, которая сейчас работает над проектом силовой установки CPX38, основанной на архитектуре моторов GE38 для вертолетов Sikorsky CH-53K. По мнению руководства GE, такой двигатель мог бы стать идеальным для турбовинтовых лайнеров, рассчитанных на перевозку более 90 чел. По заверениям моторостроителя, двигатели CPX38 могли бы обеспечить снижение расхода топлива на 15% по сравнению со своими предшественниками.
Тем временем, в компании Pratt & Whitney Canada рассматривают возможность создания турбовинтового двигателя следующего поколения, который по оценкам производителя мог бы обеспечить 20-процентное сокращение расхода топлива. По словам вице-президента P&W Canada по маркетингу Ричарда Дассо, в настоящее время большая часть продаж турбовинтовых самолетов приходится на 70-местные самолеты, но при этом рынок открыт для более вместительной модели, для которой компания готова предложить двигатели мощностью по валу 5-7 тыс. л.с. И это не предел, поскольку Р. Дассо утверждает, что мощность по валу с легкостью можно увеличить до 8 тыс. л.с. Что касается скорости новых самолетов, то вероятно крейсерская будет составлять 550 — 650 км/ч, а высота полета примерно будет равна 6100 м.
Другие эксперты пытаются определить, будет ли востребован на рынке новый турбовинтовой самолет, рассчитанный на перевозку 50 чел. Потенциально, он бы мог заменить менее вместительные суда. По меньшей мере, тот сегмент, где эксплуатируются 20-30-местные суда, представляет интерес для перевозчиков. В настоящее время на этом рынке насчитывается 1000 самолетов. Но возраст многих из них составляет 20-30 лет. С момента их создания технологии продвинулись далеко вперед, поэтому эти лайнеры постепенно теряют свою эффективность. Даже в авиакомпаниях соглашаются с тем, что 50-местные турбовинтовые самолеты могли бы стать идеальной заменой для EMB-120 и CRJ-200. С другой стороны у авиастроителей нет уверенности в том, что такая модель будет действительно востребована, поэтому ни одна компания не торопится развивать подобные проекты.
Очевидно, что существование рынка для небольших турбовинтовых самолетов в наши дни не гарантирует его наличия через пять или десять лет. В истории уже были подобные ситуации, когда строительство новой автомагистрали приводило к значительному сокращению спроса на региональные воздушные перевозки.
В авиастроительных компаниях действительно пока нет особого интереса к проектам подобного рода. В свое время Bombardier построила 267 50-местных Q300, но самолет оказался слишком медленным, а сокращение вместимости модели Q400 негативно скажется на ее эффективности из-за применения мощных двигателей. В настоящее время большей привлекательностью все-таки обладают проекты создания более вместительных турбовинтовых лайнеров.
К слову, у канадского авиастроителя не все так хорошо и с реактивными самолетами. Недавно стало известно, что Bombardier будет вынуждена снизить темп производства лайнеров семейства CRJ с января 2012 г. из-за резкого падения спроса на эти самолеты. Руководство компании поспешило заверить своих сотрудников, что такие действия никоим образом не скажутся на их занятости, поскольку Bombardier работает над другими программами, где потребуется дополнительная помощь.
Несмотря на сокращение темпов производства в текущем году Bombardier планирует поставить своим клиентам 90 самолетов семейства CRJ. С другой стороны, согласно информации, представленной на официальном сайте компании по состоянию на 31 июля 2011 г., в портфеле заказов Bombardier насчитывается только 61 лайнер семейства CRJ. В период с мая по июль компания смогла продать девять самолетов этой серии. По мнению экспертов, такая ситуация является прямым отражением состояния мировой экономики, которая остается нестабильной.
На данный момент Bombardier в среднем выпускает 3,5 самолета семейства CRJ ежемесячно, и темп производства может быть снижен до 2,5 самолетов в месяц, что равноценно 30 машинам в год. Но как считают аналитики, на финансовых показателях Bombardier сокращение темпов выпуска лайнеров CRJ не скажется. Причем благодаря снижению темпов выпуска производство заказанных машин должно растянуться на три года.
В долгосрочной перспективе будущее программы CRJ пока что не вызывает вопросов. По крайней мере, в Bombardier считают, что эти самолеты еще долгие годы будут востребованы рынком. Но пока спрос уже не такой высокий, каким был раньше. Как бы то ни было, но поиск новых заказчиков должен стать приоритетным направлением деятельности для канадского авиастроителя в ближайшее время.
Экспертов беспокоит и будущее программы CSeries, которая находится в непростой ситуации из-за возможного сокращения спроса на самолеты такого типа. Неизвестно также, сможет ли Bombardier возместить инвестиции, направленные в этот проект. Аналитики RBC Capital Markets провели исследования среди 26 авиакомпаний, на долю которых приходится эксплуатация около 35% выпущенных лайнеров вместимостью от 100 до 149 чел. Именно в этом сегменте должны появиться самолеты CSeries. Проведенный анализ показал, что около 40% операторов планируют заказывать новые самолеты в этом сегменте в течение ближайших пяти лет, остальные 60% — только через 5-10 лет. Обнадеживает тот факт, что большая часть авиакомпаний, участвовавших в опросе RBC, положительно отзывается о проекте CSeries, но выбор времени для старта этой программы оказался неудачным, поскольку перевозчики предпочитают использовать выжидательную тактику. Одним из примеров такого подхода является решение авиакомпании Delta Air Lines, которая предпочла отложить покупку 100 новых самолетов на несколько лет. Bombardier CSeries был одним из претендентов на победу в этом тендере.
С другой стороны в будущем CSeries вполне может обойти своих конкурентов. Как отмечают в RBC, только 7% авиакомпаний готовы разместить заказы на самолеты CSeries в течение следующих пяти лет, при этом 20% вероятно закажут ремоторизованные Boeing 737 MAX, и 18% авиакомпаний готовы заказать A320neo. Но через 5-10 лет уже 22% авиакомпании выразили желание приобрести лайнеры CSeries.
В то же время большинство авиакомпаний вообще не уверены, что они решатся на покупку этих лайнеров от Bombardier. Пока что они предпочитают дождаться дальнейшего развития проекта, прежде чем принимать какие-то решения. В результате аналитики RBC считают, что Bombardier может не достичь поставленной цели — получить заказы на 300 самолетов CSeries до 2013 г. На данный момент в распоряжении компании есть твердые контракты на поставку 133 машин этого типа.
Компания ATR, в свою очередь, продолжает упорно работать над своими турбовинтовыми самолетами. Совсем недавно модель ATR 72-500, на смену которой уже идет обновленная 72-600, была сертифицирована Европейским агентством по авиационной безопасности (EASA) для посадки на грунтовые ВПП. Такой сертификат поможет ATR увеличить продажи своих самолетов в странах с развивающейся экономикой.
Провести сертификацию компания ATR решила по просьбе своих клиентов. В частности, такой запрос пришел от авиакомпании Airlines PNG (Папуа — Новая Гвинея). Компания использует самолеты ATR 72-500 главным образом для чартерных перевозок, основными заказчиками которых являются промышленные компании. При этом полеты, как правило, выполняются на аэродромы с грунтовыми полосами.
Помимо этого EASA увеличило межсервисный интервал самолетов ATR между периодами тяжелого технического обслуживания. В частности, интервал между проверками C-check был увеличен с 4 до 5 тыс. часов для всех самолетов производства ATR. Также сообщается, что Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) подтвердило сертификат EASA.
Обзор подготовлен по материалам Airline Business, Aviation Week, Financial Post и Flightglobal.
Материал «Спрос на турбовинтовые самолеты остается нестабильным» подготовлен сотрудниками агентства «АвиаПорт». Мы просим при цитировании указывать источник информации и ставить активную ссылку на главную страницу сайта или на цитируемый материал.
www.aviaport.ru