Принципиальная схема турбовинтового двигателя со свободной турбиной.
Н'-В – входное устройство; Г-ТК – турбина компрессора;
В-К – компрессор; ТК-СТ – свободная турбина;
К-Г – камера сгорания; СТ-С – выходной канал.
Преимуществом двигателей со свободной турбиной является независимость частоты вращения nтк турбокомпрессора от частоты вращения nст свободной турбины. Так, при nтк = const nст может изменяться от нуля до предельно допустимого для свободной турбины значения в зависимости от величины полезной нагрузки, т. е. от создаваемого ею крутящего момента сопротивления.
Лекция №8. 02.04.08.
§ 1.7. Турбовальные двигатели.
На основе ТВД созданы двигатели для других целей, чем непосредственное вращение винта. Эти двигатели выпускаются без редуктора, их мощность развивается на выводном валу турбины. Они называются турбовальными (ТВаД).
Разработанные ТВД послужили основой при создании газотурбинных двигателей и для вертолетов, так как замена ими поршневых двигателей позволяла существенно снизить вес силовой установки. Диаметр несущего винта вертолета намного больше самолетного (он достигает 35 м), поэтому для газотурбинного двигателя частота вращения ротора п должна снижаться в редукторе больше, чем в ТВД, – в 100 раз и более. Получаемый при этом редуктор настолько сложен, что он не включается в конструкцию двигателя, а выпускается как отдельный агрегат – главный редуктор вертолета. Поэтому для вертолетов используются ТВаД.
Для повышения безопасности полетов на вертолетах применяют силовые установки с двумя или тремя ТВаД, которые присоединены к общему редуктору. При этом целесообразно применение ТВаД со свободной турбиной, что позволяет упростить всю установку и облегчает равномерное распределение поглощаемой винтом мощности между отдельными двигателями. Поэтому ТВаД со свободной турбиной является основным типом двигателя для вертолетов.
Принципиальная схема турбовального двигателя со свободной турбиной.
Н'-В – входное устройство; Г-ТК – турбина компрессора;
В-К – компрессор; ТК-СТ – свободная турбина;
К-Г – камера сгорания; СТ-С – выходной канал.
Газотурбинные двигатели, обеспечивая возможность создания более легких и мощных двигателей, чем поршневые, довольно долго не могли конкурировать с ними при малых и средних мощностях, при которых требуемый расход воздуха не превышает 3-5 кг/с. Это объясняется тем, что при уменьшении размеров газовоздушного тракта ниже определенного предела (зависящего от уровня проектирования и изготовления) их экономичность начинает резко падать вследствие относительного возрастания потерь. Кроме того, для поддержания тех же окружных скоростей лопаток компрессора и турбины при уменьшении размеров необходимо повышать частоту оборотов n, что вызывает дополнительные конструктивные и технологические трудности. В настоящее время ТВД и ТВаД успешно применяются и при небольших мощностях (до 200-300 кВт), охватывая практически почти весь диапазон мощностей, требуемых в авиации.