Турбовинтовой двигатель — Википедия
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/14/TVD-schema.svg/200px-TVD-schema.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/Turboprop_operation-ru.svg/200px-Turboprop_operation-ru.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/03/Flowtp.gif/200px-Flowtp.gif)
Турбовинтово́й дви́гатель — тип газотурбинного двигателя, производящий тягу в основном путём вращения винта.
Лишь небольшая часть производимой энергии составляет выхлоп реактивной тяги. Основная же часть энергии горячих газов используется для привода воздушного винта через понижающий частоту вращения редуктор[1]. Его наличие обусловлено необходимостью уменьшения скоростей обтекания концов лопастей до дозвуковых.
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). Во втором случае (как видно из названия) турбина с компрессором и винт расположены на одном валу.
Применение
[править | править код]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. По экономическим соображениям могут ограниченно применяться для боевых самолётов, например, в силовой установке аргентинского штурмовика FMA IA 58 Pucará (обр. 1974), рассчитанного на антипартизанские действия, использовались 2 французских турбореактивных двигателя Turboméca Aztazou XVIG[2]. Другой пример — бразильский штурмовик Embraer EMB 314 Super Tucano, который в ряде стран тоже применялся как контрпартизанский самолёт.
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
[править | править код]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 %[3] в плане экономии топлива и затрат на эксплуатацию. Соответственно, турбовинтовые самолёты являются идеальной заменой 50-местных реактивных лайнеров. В этом случае авиакомпании смогут увеличить вместимость своих воздушных судов, сохранив затраты на прежнем уровне.
История
[править | править код]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.[4] Модель этого двигателя была построена и испытана. Его предполагали использовать для самолета «Илья Муромец».[5] Двигатель Никольского развивал мощность 120 квт (160 л. с.) и имел трёхступенчатую газовую турбину.[6]
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.[6] Независимо от отечественных инженеров в Великобритании учёный и инженер Алан Арнольд Гриффит[англ.] 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.[7][8]
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. 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
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ Турбо винтовой двигатель (ТВД) . Telegraph (9 сентября 2017). Дата обращения: 17 ноября 2022. Архивировано 17 ноября 2022 года.
- ↑ FMA IA.58A Pucara . www.airwar.ru. Дата обращения: 8 февраля 2022. Архивировано 14 октября 2012 года.
- ↑ Ил-114-300 — турбовинтовой региональный самолёт | Авиация России . aviation21.ru. Дата обращения: 25 ноября 2018. Архивировано 25 ноября 2018 года.
- ↑ А.А.Гуля, Д.С.Михайлов, Ю.К.Нержавин, С.А.Сомов, В.В.Филиппов. Летчику о турбовинтовом самолете / Под общ. ред. В. В. Филиппова. — Москва: Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, 1971. — С. 3. — 330 с.
- ↑ В. М. Корнеев. Особенности конструкции газотурбинных двигателей. — 2018. — ISBN 978-5-4485-9499-1.
- ↑ 1 2 Изобретения России // Газотурбинный двигатель . rus-eng.org. Дата обращения: 16 февраля 2019. Архивировано 17 февраля 2019 года.
- ↑ 8. Самолеты с турбовинтовыми двигателями. Реактивная авиация Второй мировой войны.
- ↑ История развития ГТД . studentopedia. Дата обращения: 16 февраля 2019.
Ссылки
[править | править код]Литература
[править | править код]- 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)