เครื่องยนต์เทอร์โบ: อุปกรณ์ แบบแผน หลักการทำงาน การผลิตเครื่องยนต์เทอร์โบในรัสเซีย

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

เครื่องยนต์เทอร์โบคล้ายกับเครื่องยนต์ลูกสูบ: ทั้งคู่มีใบพัด แต่ในทางอื่น ๆ พวกเขาแตกต่างกัน พิจารณาว่ายูนิตนี้คืออะไร ทำงานอย่างไร ข้อดีและข้อเสียมีอะไรบ้าง

ลักษณะทั่วไป

เครื่องยนต์เทอร์โบอยู่ในกลุ่มเครื่องยนต์กังหันก๊าซ ซึ่งได้รับการพัฒนาให้เป็นเครื่องแปลงพลังงานแบบสากลและใช้กันอย่างแพร่หลายในการบิน ประกอบด้วยเครื่องยนต์ความร้อน ซึ่งก๊าซขยายตัวจะหมุนกังหันและสร้างแรงบิด และมีหน่วยอื่นๆ ติดอยู่กับเพลา เครื่องยนต์เทอร์โบพร็อปมาพร้อมกับใบพัด

เป็นลูกผสมระหว่างลูกสูบกับเทอร์โบเจ็ท ในตอนแรก เครื่องยนต์ลูกสูบถูกติดตั้งในเครื่องบิน ซึ่งประกอบด้วยกระบอกสูบรูปดาวที่มีเพลาอยู่ภายใน แต่เนื่องจากขนาดและน้ำหนักที่ใหญ่เกินไป ตลอดจนความสามารถที่ความเร็วต่ำ จึงไม่มีการใช้อีกต่อไป โดยเลือกใช้การติดตั้งเทอร์โบเจ็ทที่ปรากฏ แต่เครื่องยนต์เหล่านี้ไม่มีข้อบกพร่อง พวกเขาสามารถพัฒนาความเร็วเหนือเสียง แต่กินน้ำมันมาก ดังนั้นการดำเนินการของพวกเขาจึงแพงเกินไปสำหรับการขนส่งผู้โดยสาร

เครื่องยนต์เทอร์โบต้องรับมือกับข้อบกพร่องดังกล่าว และปัญหานี้ได้รับการแก้ไข การออกแบบและหลักการทำงานมาจากกลไกของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท และใบพัดจากเครื่องยนต์ลูกสูบ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะรวมขนาดเล็ก ประหยัด และประสิทธิภาพสูง

เครื่องยนต์ถูกประดิษฐ์และสร้างขึ้นในทศวรรษที่สามสิบของศตวรรษที่ผ่านมาภายใต้สหภาพโซเวียต และสองทศวรรษต่อมาก็เริ่มการผลิตจำนวนมาก กำลังไฟฟ้ามีตั้งแต่ 1880 ถึง 11000 กิโลวัตต์ เป็นเวลานานพวกเขาถูกใช้ในการบินทหารและพลเรือน อย่างไรก็ตาม ไม่เหมาะกับความเร็วเหนือเสียง ดังนั้นด้วยความสามารถดังกล่าวในการบินทหารพวกเขาจึงถูกทอดทิ้ง แต่เครื่องบินพลเรือนส่วนใหญ่จะให้มาด้วย

อุปกรณ์ของเครื่องยนต์เทอร์โบและหลักการทำงาน

การออกแบบมอเตอร์นั้นเรียบง่ายมาก รวม:

• ลด;
• ใบพัด;
• ห้องเผาไหม้;
• คอมเพรสเซอร์;
• หัวฉีด

เครื่องยนต์เทอร์โบโพรบมีดังต่อไปนี้: หลังจากอัดและอัดด้วยคอมเพรสเซอร์ อากาศจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ นั่นคือที่ที่ฉีดเชื้อเพลิง ส่วนผสมที่ได้จะจุดไฟและสร้างก๊าซซึ่งเมื่อขยายตัว เข้าไปในกังหันแล้วหมุน จากนั้นหมุนคอมเพรสเซอร์และสกรู ไม่ได้ใช้จ่ายพลังงานไหลออกทางหัวฉีด ทำให้เกิดแรงขับของไอพ่น เนื่องจากค่าของมันไม่มีนัยสำคัญ (เพียงสิบเปอร์เซ็นต์) เครื่องยนต์เทอร์โบจึงไม่ถือว่าเป็นเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ต

หลักการทำงานและการออกแบบมีความคล้ายคลึงกัน แต่พลังงานที่นี่ไม่ได้เล็ดลอดผ่านหัวฉีดจนหมด ทำให้เกิดแรงขับเจ็ท แต่เพียงบางส่วนเท่านั้น เนื่องจากพลังงานที่มีประโยชน์จะทำให้ใบพัดหมุนด้วย

เพลางาน

มีเครื่องยนต์หนึ่งหรือสองเพลา ในรุ่นเพลาเดียว คอมเพรสเซอร์ เทอร์ไบน์ และใบพัดจะอยู่บนเพลาเดียวกัน ในสองเพลาอันหนึ่งมีการติดตั้งกังหันและคอมเพรสเซอร์บนหนึ่งในนั้นและใบพัดผ่านกระปุกเกียร์ที่อีกอันหนึ่ง นอกจากนี้ยังมีกังหันสองเครื่องเชื่อมต่อกันในลักษณะไดนามิกของแก๊ส อันหนึ่งสำหรับใบพัดและอีกอันสำหรับคอมเพรสเซอร์ ตัวเลือกนี้ใช้บ่อยที่สุด เนื่องจากสามารถใช้พลังงานได้โดยไม่ต้องสตาร์ทใบพัด และสะดวกเป็นพิเศษเมื่อเครื่องบินอยู่บนพื้น

คอมเพรสเซอร์

ส่วนนี้ประกอบด้วยสองถึงหกขั้นตอน ช่วยให้คุณรับรู้การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของอุณหภูมิและความดัน ตลอดจนลดความเร็ว ด้วยการออกแบบนี้ จึงสามารถลดน้ำหนักและขนาดได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเครื่องยนต์ของเครื่องบิน คอมเพรสเซอร์ประกอบด้วยใบพัดและใบพัดนำทาง หลังอาจจะหรืออาจจะไม่ถูกควบคุม

ใบพัด

ส่วนนี้สร้างแรงผลักดัน แต่ความเร็วมีจำกัด ตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุดคือระดับตั้งแต่ 750 ถึง 1500 รอบต่อนาทีเนื่องจากเพิ่มขึ้นประสิทธิภาพจะเริ่มลดลงและแทนที่จะเร่งความเร็วใบพัดจะเปลี่ยนเป็นเบรก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "เอฟเฟกต์การล็อค" มันเกิดจากใบพัดซึ่งด้วยความเร็วสูงเมื่อหมุนด้วยความเร็วเสียงเกินจะเริ่มทำงานไม่ถูกต้อง ผลเช่นเดียวกันจะถูกสังเกตได้โดยการเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง

กังหัน

กังหันสามารถเร่งความเร็วได้ถึงสองหมื่นรอบต่อนาที แต่สกรูจะไม่สามารถจับคู่มันได้ ดังนั้นจึงมีเกียร์ทดรอบที่ลดความเร็วและเพิ่มแรงบิด ตัวลดขนาดอาจแตกต่างกัน แต่งานหลักโดยไม่คำนึงถึงประเภทคือลดความเร็วและเพิ่มแรงบิด

ลักษณะนี้จำกัดการใช้เครื่องบินรบในเครื่องบินทหาร อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเพื่อสร้างเครื่องยนต์ที่มีความเร็วเหนือเสียงไม่หยุด แม้ว่าจะยังไม่ประสบความสำเร็จก็ตาม เพื่อเพิ่มแรงขับ บางครั้งเครื่องยนต์เทอร์โบพร็อพจะมาพร้อมกับใบพัดสองตัว ในเวลาเดียวกัน พวกเขาใช้หลักการทำงานเนื่องจากการหมุนในทิศทางตรงกันข้าม แต่ด้วยความช่วยเหลือของกระปุกเกียร์เดียว

ตัวอย่างเช่น เราอาจพิจารณาเครื่องยนต์ D-27 (เทอร์โบพร็อพแฟน) ซึ่งมีพัดลมสกรูสองตัวติดอยู่กับกังหันอิสระโดยกระปุกเกียร์ นี่เป็นรุ่นเดียวของการออกแบบนี้ที่ใช้ในการบินพลเรือน แต่การใช้งานที่ประสบความสำเร็จถือเป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของการพิจารณามอเตอร์

ข้อดีและข้อเสีย

มาเน้นข้อดีและข้อเสียที่บ่งบอกถึงการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โบ ประโยชน์ที่ได้รับคือ:

• น้ำหนักเบาเมื่อเทียบกับชุดลูกสูบ;
• เศรษฐกิจเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ turbojet (ต้องขอบคุณใบพัด ทำให้ประสิทธิภาพถึง 86 เปอร์เซ็นต์)

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อได้เปรียบที่ปฏิเสธไม่ได้ แต่ในบางกรณีเครื่องยนต์เจ็ทก็เป็นตัวเลือกที่ต้องการ การจำกัดความเร็วของเครื่องยนต์เทอร์โบคือเจ็ดร้อยห้าสิบกิโลเมตรต่อชั่วโมง อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่เพียงพอสำหรับการบินสมัยใหม่ นอกจากนี้เสียงที่สร้างขึ้นนั้นสูงมากเกินค่าที่อนุญาตขององค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ

ดังนั้น การผลิตเครื่องยนต์เทอร์โบในรัสเซียจึงมีจำกัด ส่วนใหญ่จะติดตั้งในเครื่องบินที่บินในระยะทางไกลและด้วยความเร็วต่ำ จากนั้นแอปพลิเคชันก็สมเหตุสมผล

อย่างไรก็ตาม ในการบินทหาร ซึ่งคุณสมบัติหลักที่เครื่องบินควรมีคือความคล่องแคล่วสูงและการทำงานที่เงียบ และไม่มีประสิทธิภาพ เครื่องยนต์เหล่านี้ไม่ตรงตามข้อกำหนดที่จำเป็นและใช้หน่วยเทอร์โบเจ็ทที่นี่

ในขณะเดียวกัน การพัฒนากำลังดำเนินการเพื่อสร้างใบพัดที่มีความเร็วเหนือเสียงเพื่อเอาชนะ "เอฟเฟกต์การล็อก" และก้าวสู่ระดับใหม่ บางที เมื่อการประดิษฐ์นี้กลายเป็นจริง เครื่องยนต์ไอพ่นก็จะถูกละทิ้งเพราะใช้เครื่องเทอร์โบและในการทหารเครื่องบิน แต่ในปัจจุบันเรียกได้เพียง "ม้างาน" เท่านั้น ไม่ได้ทรงพลังที่สุด แต่ทำงานได้อย่างมั่นคง