Vissir þú? Þegar við skoðum myndir af flugvélum gæti það fyrsta sem vekur athygli okkar verið klæðin eða vængir. Hins vegar eru hinir raunverulegu ákvarðanir um hraða, drægni og farþegagetu flugvélar í „hjarta“ sem er falið undir vængjunum eða inni í skrokknum: hreyfillinn.
Turbojet, turbofan, turboprop og turboshaft-þessi fjögur nöfn gætu hljómað eins og tunguþráður þegar þau eru skráð saman. Samt, þegar þú skilur tengslin á milli þeirra, verður grundvallarrökfræðin á bak við hönnun flugvéla samstundis skýr. Við skulum brjóta það niður í dag.
[Mynd]
Fyrst skaltu hafa þetta kjarnahugtak í huga: þessar fjórar gerðir af vélum tilheyra sömu fjölskyldunni. Þeir starfa allir á grundvelli gastúrbínureglunnar. Einfaldlega sagt: loft er dregið inn → þjappað → eldsneyti er sprautað inn og brennt → hátt-hiti, há-þrýstingsgas knýr túrbínuna til að snúast → útblástur er blásið út til að mynda þrýsting. Allir fjórir deila þessu nákvæmlega sama kjarnaferli.
Munurinn liggur í því hvernig þeir miðla orkunni sem myndast eftir bruna.
1
Turbojet Engine: The Original Lineage
Fullt nafn er „turbojet engine“ og það var fyrsta gerð þotuhreyfla sem náði þroska. Starfsreglan er sú einfaldasta: allt loft fylgir einni leið-þjöppun, bruna og útskúfun. Því hraðar sem útblástursloftið er útblásið, því meiri kraftur.
Í bardaga, á því augnabliki sem flugmaður tekur þátt í eftirbrennara, getur þrýstingur aukist um 30% til 100%; þó er aðeins hægt að nota þessa möguleika í stuttan tíma, þar sem eldsneytisnotkun er stjarnfræðilega mikil.
Mesti kostur túrbóþotunnar er hraði, sem gerir hana tilvalin fyrir há-flug, há-hraða. Stærsti galli þess er mikil eldsneytisnotkun; skilvirkni er sérstaklega léleg á -lághraðaflugi.
[Mynd: Skýringarmynd af uppbyggingu turbojet vél]
Hefur einhver velt því fyrir sér hvort það gæti verið hægt að bæta aukalagi af lofti utan um hreyfil-loft sem fer framhjá brennsluhólfinu og er einfaldlega ýtt út af viftu til að mynda þrýsting? Myndi það ekki spara eldsneyti?
Og svo fæddist túrbófan vélin.
2
Turbofan Engine: Ríkjandi meistari
Þú getur hugsað um túrbófan vél sem túrbóþotuvél sem klæðist „loftfrakka“. Stór vifta er sett fyrir framan upprunalegu kjarnavélina. Þegar loftið kemur inn, skiptist það í tvær leiðir:
Lítill hluti fylgir "gamla leiðinni" (innri rás/kjarna): þjöppun → bruni → útblástur → þrýstingsmyndun.
Stór hluti fylgir ytri „nýju leiðinni“ (ytri rás/hjáveiturás): aðeins hraðað af viftunni → bein útblástur → þrýstingsmyndun (og meiri eldsneytisnýtni).
[Mynd]
Starfsreglur innri og ytri rása túrbófanhreyfils (kjarna- og hjáveituflæði)
Lykillinn liggur í einni tölu: **hjáveituhlutfallið**. Þetta er kjarnahugtak í flugvélum-. Einfaldlega sagt, það er hlutfallið milli massa lofts sem streymir í gegnum ytri rásina og massa lofts sem flæðir í gegnum innri rásina.
Hjáveituhlutfall núll → Turbojet vél
Lágt framhjáhlaupshlutfall (td 0,2–0,3) → Góð afköst á háum-hraða → Notað á orrustuþotur
Hátt hjáleiðarhlutfall (td 8–9 eða hærra) → Mjög-sparnaður, lítill hávaði → Notað á farþegaflugvélum
Stærstu borgaralegir túrbóblásturshreyflar í heiminum ná framhjáveituhlutföllum yfir 10 í dag. Með öðrum orðum, loftið sem myndar þrýsting í gegnum bruna í kjarna hreyfilsins er minna en einn-tíundi af heildinni; 90% af þrýstingnum sem eftir eru koma frá loftinu sem ýtt er af stóru viftunni. Þetta er leyndarmálið á bak við samsetningu þeirra krafts og eldsneytisnýtingar.
[Mynd]
3
Turboprop Engine: „Herkúles“ flugflutninga
Margir misskilja túrbóhreyfla og gamaldags stimplahreyfla-. Í raun og veru eru þeir allt öðruvísi. Í grunninn er túrbódrifvél í meginatriðum þotuhreyfill, en hún sendir megnið af kraftinum sem myndast af hverflinum til ytri skrúfu í gegnum minnkunargírkassa.
Togkrafturinn (áhrifin) sem myndast við að skrúfan hleypir loftinu er aðal knúningsgjafinn, en veikur útblástursstraumur frá útblástursrörinu gegnir aðeins aukahlutverki. Í meginatriðum, ef þú tækir túrbófan vél, afhjúpaði stóra viftuna að utan og minnkaði snúningshraða hennar, þá værir þú í rauninni með turboprop vél.
[Mynd]
Turboprop vél
Kosturinn við túrbóskrúfuna er einstaklega mikil afköst hennar á lágum-hraðaflugi-það er enn eldsneytisnýtnari-en túrbófan. Við flughraða undir 600 km/klst. hefur túrbóhreyfillinn yfirgnæfandi yfirburði.
Ókostir þess eru líka augljósir: það getur ekki flogið mjög hratt og myndar verulegan hávaða. Rússneska Tu-95 sprengjuflugvélin, sem notar túrbóhreyfla, er fræga kölluð „Björninn“. Þegar skrúfa snýst á miklum hraða rjúfa oddarnir hljóðmúrinn og mynda ótrúlega mikinn hávaða sem heyrist í allt að 20 kílómetra fjarlægð. Mikill hraði ásamt örvæntingarfullum hávaða er einfaldlega ein hliðin á túrbópúðunni.
Mynd
AEP500 turboprop vél
Turboprops henta sérstaklega vel-til-meðalhraða-flutningaflugvélum, eftirlitsflugvélum og svæðisbundnum farþegaflugvélum. Þeir krefjast ekki mikils hraða heldur setja eldsneytisnýtingu, lágan kostnað og lágmarkskröfur flugbrautar í forgang. Margar túrbóflugvélar geta tekið á loft frá og lent á stuttum, ómalbikuðum ræmum-sem er ómögulegt fyrir venjulegar farþegaflugvélar.
4
Turboshaft vélar: Sérstaklega smíðaðir fyrir þyrlur
Með yfirbyggðum túrbóskröppum er auðvelt að skilja túrbóskafta. Á meðan túrbóskrúfa beinir krafti sínu til að snúa skrúfu, stýrir túrbóskaft því að snúa þyrlu þyrlu.
Mynd
Turboshaft vél
Turboshaft vélar hafa nokkra lykileiginleika:
Einstaklega mikið afl-til-þyngdarhlutfalls-þeir eru fyrirferðarlitlir og léttir en skila þó gríðarlegu afli. Þetta skiptir sköpum fyrir þyrlur; hvert kíló af þyngd sem sparast gerir ráð fyrir auka kílói af hleðslu.
Þétt bygging-hönnuð til að passa inn í þröngan skrokk þyrlu.
Stillanleg útblástursstefna-ólíkt öðrum hreyflum sem verða að útblása afturábak, er hægt að sníða útblástursleiðina að sérstöku skipulagi flugskramma þyrlunnar.
Turboprops og turboshafts eru í raun tvö afbrigði af sömu kjarna vél. Framleiðendur þurfa einfaldlega að breyta endanlegu framleiðsluferlinu; sama kjarnahreyfill getur þjónað sem túrbóskrúfa fyrir flugvélar með föstum-vængjum eða túrbóás fyrir þyrlur. Flugiðnaðurinn var að æfa þessa tegund af mátahönnun löngu áður en hugmyndin varð stefna.
Að lokum skulum við skýra tengslin milli tegundanna fjögurra:
Turbojet: Forfaðirinn; hreinasta form. Hann býður upp á hæsta hraða en eyðir mestu eldsneyti.
Turbofan: Endurbætt útgáfan. Það bætir við stórri viftu til að koma jafnvægi á þrýsting og eldsneytisnýtingu, sem gerir það að núverandi iðnaðarstaðli.
Turboprop: Eldsneytisnýtni-útgáfan. Hann beinir öllu afli að skrúfunni og býður upp á frábæra hagkvæmni á minni hraða.
Turboshaft: Sérhæfða útgáfan. Það breytir afli í skaftúttak sérstaklega til að knýja þyrlusnúninga. Engin af fjórum vélargerðunum er í eðli sínu betri en hinar; hver hefur sinn vettvang og sína leið til að dafna.
