Turboventilatoru dzinēji ir svarīgi gāzturbīnu{0}}dzinēji. Tie darbina daudzas lidmašīnas un bezpilota lidaparātus (dronus). Apskatīsim to darbību, efektivitāti, salīdzinājumu un galvenās daļas.
Galvenās sastāvdaļasno turbīnu dzinēja
Turboventilatora dzinējam ir vairākas galvenās daļas:
- Ventilators: palīdz virzīties uz priekšu, paātrinot gaisu.
- Kompresors: Paaugstina ienākošā gaisa spiedienu un temperatūru.
- Degšanas kamera: kur gaiss sajaucas ar degvielu un aizdegas.
- Turbīna: ņem enerģiju no karstām gāzēm, lai darbinātu kompresoru un ventilatoru.
- Vārpsta: savieno rotējošās daļas.
- Sprausla: Paātrina izplūdes gāzes, lai radītu vilci.
Ventilators pievieno papildu vilci. Kompresors un turbīnas nodrošina dzinēja darbību. Visbeidzot, sprausla lielā ātrumā izdala gāzes, lai virzītu UAV uz priekšu.
Kā darbojas turboventilatoru dzinēji
Turboventilatoru dzinēji darbojas līdzīgi turbopropelleru dzinējiem. Lūk, kā soli pa solim:
- Gaisa ieplūde un sadalīšana: ventilators ievelk gaisu dzinējā. Gaiss sadalās divos ceļos. Viens nokļūst dzinēja kodolā, lai sadedzinātu. Otrs (apvada gaiss) plūst ap serdi caur kanālu.
- Saspiešanas process: gaiss, kas nonāk kodolā, vispirms iet caur zema{0}}spiediena kompresoru (LPC). LPC paaugstina gaisa spiedienu. Pēc tam gaiss tiek pārvietots uz augstspiediena-kompresoru (HPC). HPC vairāk saspiež gaisu, padarot to ļoti zem spiediena un karstu.
- Degšana un turbīnas darbība: Degšanas kamerā saspiestais gaiss sajaucas ar degvielu un aizdegas pats no sevis. Pēc sadedzināšanas augstas enerģijas{1}}gāze ieplūst augstspiediena turbīnā (HPT) un pēc tam zema spiediena turbīnā (LPT). Šīs turbīnas ņem enerģiju no gāzes: daļa enerģijas darbina kompresorus un ventilatoru. Pārējais izplūst kā ātra strūkla caur izplūdes sprauslu.
- Vilces paaudze: Ātrās izplūdes gāzes paceļas gaisā, radot vilci, lai virzītu UAV uz priekšu. Apvedceļa gaisa plūsma no ventilatora pievienojas izplūdes plūsmai, kopumā palielinot vilces spēku. Apvedceļa gaisa plūsma ir nedaudz ātrāka nekā brīvā gaisa plūsma. Tātad turboventilators saņem vilci gan no kodola, gan no ventilatora.
Turbīnu dzinēja efektivitāte un pielietojumi
Efektivitātes priekšrocības
Turboventilatoru dzinēji nodrošina izcilu efektivitāti, pateicoties to novatoriskajam apvedceļa dizainam. Šīs veiktspējas pamatā ir apvedceļa attiecība-gaisa, kas plūst ap dzinēja serdi (apvedceļa gaiss), attiecība pret gaisu, kas ieplūst kodolā sadegšanai. Atšķirībā no turboreaktīvajiem dzinējiem, kas pilnībā ir atkarīgi no degvielas, -kurā tiek sadedzināta galvenā gaisa plūsma, lai radītu vilci, turboventilatori izmanto lielu priekšējo ventilatoru, lai paātrinātu lielu apvada gaisa daudzumu. Šis apvedceļa gaiss veicina vilces spēku, nepatērējot papildu degvielu, kas nozīmē, ka turboventilatori rada lielāku kopējo vilci, vienlaikus izmantojot gandrīz tādu pašu degvielas daudzumu kā turboreaktīvo dzinēju kodols.
Efektivitātes atšķirības palielinās, izmantojot dažādas apvedceļa konfigurācijas: augsti -apvedceļa turboventilatori (ar apvedceļa attiecību 5:1 vai augstāku) gandrīz atbilst turbopropelleru degvielas patēriņa efektivitātei, taču to galvenā priekšrocība ir darbība ar daudz lielāku zemskaņas ātrumu (ideāli komerciāliem lidojumiem). Pat zema-apvedceļa turboventilatori-, kas paredzēti militārām vajadzībām-pārspēj tradicionālās turboreaktīvas lidmašīnas, nodrošinot labāku līdzsvaru starp vilces jaudu un degvielas ekonomiju, jo īpaši
garās kruīza fāzēs.
Lietošanas scenāriji
Turbofanu elastīgais dizains padara tos neaizstājamus gan civilajā, gan militārajā aviācijā, un konfigurācijas ir pielāgotas īpašām vajadzībām. Civilajā aviācijā gandrīz visas komerciālās lidmašīnas (sākot ar šaurām-korpusa lidmašīnām, piemēram, Boeing 737, līdz plata-korpusa lidmašīnām, piemēram, Airbus A350) balstās uz augstu-apvedceļa turboventilatoru. To degvielas patēriņa efektivitātes un ātruma kombinācija ļauj aviokompānijām ekonomiski veikt garos{7}}pārlidojumus, vienlaikus saglabājot konkurētspējīgus lidojumu laikus.
Militāram lietojumam modernās iznīcinātājas (piemēram, F-16 un F-35) izmanto zema-apvada turboventilatorus. Šie dzinēji dod priekšroku kompaktiem izmēriem un augstai vilces-līdz{8}}svara attiecībai, un, kas ir būtiski, tajos var integrēt pēcdegšanas-ierīces, kas iesmidzina papildu degvielu izplūdes gāzēs, lai palielinātu ātrumu cīņas vai pārtveršanas laikā. Turpretim augsta{10}}apvada turboventilatori nevar uzņemt pēcdegšanas sildītājus to lielo apvada kanālu dēļ, tāpēc modeļi ar zemu apvedceļu ir piemēroti militārām ātrām strūklām. Papildus iznīcinātājiem militārās transporta lidmašīnas izmanto arī turboventilatorus, izmantojot to efektivitāti smago kravu pārvadāšanai lielos attālumos. Šī pielāgošanās spēja nostiprina turboventilatorus kā daudzpusīgāko piedziņas izvēli mūsdienu aviācijā.
Turboreaktīvie dzinēji pret turboventilatoru: salīdzinājums
- Vilces ģenerēšana un degvielas efektivitāte: Turboreaktīvie dzinēji pilnībā paļaujas uz neliela gaisa daudzuma saspiešanu, sadedzināšanu un izvadīšanu virsskaņas ātrumā, lai radītu vilci,{0}}tas tērē ievērojamu degvielu, īpaši zemskaņas ātrumā. Tomēr turboventilatori izmanto lielu priekšējo ventilatoru, lai ievilktu un paātrinātu milzīgu "apvedgaisa" daudzumu ap dzinēja kodolu. Šis apvedceļa gaiss veicina vilces spēku bez papildu degvielas, savukārt tikai neliela gaisa daļa nonāk kodolā, lai sadedzinātu. Rezultāts: turboventilatori rada lielāku vilci uz vienu degvielas vienību, un augstas -apvedceļa modeļi (lidmašīnām) ir daudz efektīvāki par jebkuru turboreaktīvo dzinēju.
- Trokšņu līmeņi: Turboreaktīvie dzinēji rada intensīvu troksni, jo tām ir lielas{0}}ātruma izplūdes gāzes. Turboventilatori ir daudz klusāki, jo apvada gaiss sajaucas ar karsto kodola izplūdi un palēnina to, samazinot turbulenci un troksni. Tas ir ļoti svarīgi komerciālajām lidostām, kur trokšņa ierobežojumi padara turboventilatorus par vienīgo dzīvotspējīgo izvēli.
- Daudzpusība lietojumprogrammās: turboreaktīvie dzinēji savulaik tika izmantoti agrīnajās iznīcinātāju lidmašīnās, pateicoties to spējai sasniegt lielus ātrumus, taču tagad lielākajā daļā lidmašīnu tos lielākoties aizstāj ar turboventilatoriem. Turboventilatoru dzinēji tiek plaši izmantoti gan civilajā aviācijā (piemēram, komerciālajās aviācijās), gan militārajā aviācijā (piemēram, modernās kaujas lidmašīnas un transporta lidmašīnas).
- Darbības izmaksas: Pateicoties labākai degvielas patēriņa efektivitātei un mazākam nodilumam (no samazināta kodola sprieguma), turboventilatori samazina aviosabiedrību un militārpersonu darbības izmaksas. Turboreaktīvo dzinēju lielais degvielas patēriņš un apkopes nepieciešamība padara tos daudz mazāk ekonomiskus regulārai lietošanai.
Secinājums
Mūsdienās aviācijā dominē turboventilatoru dzinēji, jo tie ir jaudīgi, efektīvi un elastīgi. Tie patērē mazāk degvielas nekā turboreaktīvie dzinēji, rada mazāk trokšņa un var būt paredzēti gan pasažieru lidmašīnām, gan militārajām lidmašīnām. Šis veiktspējas un efektivitātes sajaukums padara turboventilatorus par labāko izvēli lielākajai daļai moderno lidmašīnu, un tie, visticamāk, paliks par galveno dzinēju veidu debesīs turpmākajos gados.
