Еркін турбина білігі - Free-turbine turboshaft

Жеңілдетілген турбовинтті қозғалтқыш, артқы жетек білігімен, мысалы тікұшақ үшін. Компрессорлық катушка, турбина және компрессор жасыл түске боялған. Бос қуат турбинасы күлгін түсті.

A бос турбина білігі формасы болып табылады турбофиль немесе турбовинт газ турбиналық қозғалтқыш мұндағы қуат газ турбинасының шығыс ағынынан тәуелсіз турбинамен шығарылатын және газ турбинасына қосылмаған жерде (шығатын ауа ағыны - білікке қосылған турбинаны айналдыратын нәрсе, сондықтан « Тегін»). Бұл беріліс қорабының көмегімен қуат шүмегінен шығарылатын қуатқа қарсы.

Еркін турбинаның артықшылығы - екі турбинаның әртүрлі жылдамдықта жұмыс істеуі және бұл жылдамдықтардың бір-біріне қатысты өзгеруі мүмкін. Бұл әсіресе турбовинтті қозғалтқыштар сияқты әр түрлі жүктемелер үшін тиімді.[1]

Дизайн

Остин 250 а.к. газ турбинасы, секцияланған.

Еркін турбина білігі қозғалтқыштың алдыңғы бөлігіне ауа жібереді. Ауа ан арқылы өтеді осьтік компрессор ішіне жанғыш, мұнда сығылған ауа отынмен араласып, тұтанып кетеді. Кеңейтілген пайдаланылған газдар алдымен осьтік компрессорды қозғау үшін қолданылатын компрессорлық турбинадан өтеді, содан кейін атмосфераға жетпес бұрын электр турбинасын басқарады. Компрессорлық пышақтар мен компрессорлық турбиналық пышақтар жалпы білікпен байланысқан, ал (еркін) қуат турбинасы жеке білікте орналасқан. Тұтастай алғанда, газ генераторы кезеңі қозғалтқыштың осьтік компрессорлық, жану және компрессорлық турбиналық секцияларына жатады; қуат сатысы қозғалтқыштың қуат турбинасы мен қуат білігіне жатады, ол әдетте беріліс қорабына, винтіне және / немесе беріліс қорабына қосылады.

Турбофильді қозғалтқыштар кейде катушкалар санымен сипатталады. Бұл газ генераторы сатысындағы компрессор-турбина тораптарының санына қатысты.[2] Мысал ретінде General Electric T64 бұл 14 сатылы осьтік компрессорды қолданатын бір катушалы дизайн; тәуелсіз қуат білігі газ генераторының білігімен коаксиалды.[3]

Жылдамдықты жоғарылату қаупі бар

Қарапайым бос турбиналық турбовинттің жетіспеушілігі, егер жүктеме кенеттен нөлге түсіп кетсе, оның мінез-құлқы болып табылады. Мұндай жағдайда шектеусіз қуатты турбина жылдамдығы асып кетеді және оны центрден тепкіш күштер жойып жібереді.[1] Мұндай сәтсіздік 1954 жылғы екінші прототиптің апатына әкелді Бристоль Британиясы Қонуға мәжбүр болған G-ALRX Северна сағасы. Ішіндегі сәтсіздік бұранданы азайту редукторы жылдамдықтың жоғарылауына және Nº3 қозғалтқышының қуат турбинасының бұзылуына әкелді. Britannia кеңістігінде Bristol Proteus қозғалтқышы, сынықтары мұнай ыдысын тесіп, өрттің шығуына алып келді, бұл тұтастыққа қауіп төндірді қанат шпаты. Ұшқыш, Билл Пегг, содан кейін сағалық балшыққа мәжбүрлі қонды.[4][5]

Осындай апаттардың алдын алу үшін қазір ақысыз турбиналық қозғалтқыштарда, соның ішінде Proteus-та жанармайдың берілуін тоқтататын қондырғы орнатылған. HP әтеші егер қуатты турбинаның шығу білігіндегі момент кенеттен нөлге түссе.[1]

Қолданбалар

Турбовинттік және турбовинттік қозғалтқыштардың көпшілігі қазір еркін турбиналарды қолданады. Бұған статикалық қуат өндірісі, теңіздегі қозғалыс, әсіресе тікұшақтарға арналған құралдар жатады.

Тікұшақтар

Wessex HAS.31B айналмалы ауаны қабылдауды көрсете отырып Газель және екі жағынан сарқындылар (қызыл жабындар)
Украиналық MS-14VM тікұшақ қозғалтқышы, әдеттегі жанармаймен және турбинадан шығатын қуат білігімен

Турбовильді қозғалтқыштардың негізгі нарығы - бұл тікұшақтар. 1950 жылдары турбовильді қозғалтқыштар пайда болған кезде, олар жаңа конструкциялар үшін де, поршенді қозғалтқыштарды ауыстыру ретінде де тез қабылданды. Олар күш пен салмақтың арақатынасын анағұрлым жақсартты. Осы кезеңдегі поршенді тікұшақтардың жұмыс қабілеттілігі әрең болды; турбиналық қозғалтқышқа ауысу қозғалтқыштың салмағын бірнеше жүз фунт, 600 фунт (270 кг) төмендетуі мүмкін Napier Gazelle туралы Westland Wessex,[6] сонымен қатар пайдалы жүктің салмағын едәуір арттыруға мүмкіндік береді. Үшін Westland құйыны, бұл жеткіліксіз поршеньді моторлы HAS.7-ге айналдырды де Гавилланд Гном турбинамен жұмыс істейтін HAR.9. Алғашқылардың бірі ретінде суастыға қарсы тікұшақтар, HAS.7 салмағына байланысты соншалықты шектеулі болды, ол іздеу sonar-ін алып жүре алады немесе шабуыл торпедосы, бірақ екеуі де емес.

Еркін турбина қозғалтқышы әсіресе қолайлы болды. Бұл іліністі қажет етпеді, өйткені газ генераторы шығыс білігінің айналуын талап етпестен жұмыс жылдамдығына айналдыруға болады. Wessex үшін бұл суық старттан жылдам ұшу үшін пайдаланылды. Негізгі роторды (және қуат турбинасын) ротордың тежегішімен құлыптау арқылы қозғалтқышты жұмыс жылдамдығына дейін айналдыруға болады, содан кейін оны жандыруға болады, ал қозғалтқыш ядросы 10 500 айн / мин жұмыс жылдамдығында болған кезде тежегіш босатылып, қозғалтқышқа ротор біртіндеп өсті, өйткені электр турбинасы жылдамдықты арттырды. Бұл роторды стационарлық жылдамдықты небәрі 15 секундта және қозғалтқыш іске қосылғаннан кейін 30 секундта қозғалу үшін қолданды.[6]

Еркін турбина дизайнының тағы бір артықшылығы - тек қарсы турбинаны кері айналдыру арқылы қарама-қарсы айналмалы қозғалтқышты жобалау мен жасаудың жеңілдігі.[7] Бұл қажет болған жағдайда қозғалтқыштарды жұпта жасауға мүмкіндік берді. Ол сонымен қатар қарсы индикаторлық моментті азайтып, газ генераторының ядросы мен электр турбинасы қарама-қарсы бағытта қозғалатын қарсы қозғалтқыштарға мүмкіндік берді. Тікұшақ қозғалтқыштарын ауыстыру нарығы үшін бұл қабілет алдыңғы бағыттардың кез-келген бағыттарын жай ауыстыруға мүмкіндік берді.[7] Кейбір турбовильді қозғалтқыштардың орнату бұрышының барлық бұрыштық еркіндігі алдыңғы қозғалтқыштардың орналасуына қарамастан, қолданыстағы тікұшақ конструкцияларына орнатуға мүмкіндік берді.[7] Уақыт өте келе осьтік LP компрессорларына және диаметрі кішірек қозғалтқыштарға қарай жылжу кабинаның көлденеңінен қатар орналасқан бір немесе екі қозғалтқыштың стандартты орналасуына көшуді ынталандырды.

Ұшақ

Beech T-34C ПТ-6 қозғалтқышымен қозғалтқыштың алдында шығатын локтерді көрсете отырып

Турбовинттік ұшақтар әлі күнге дейін еркін және еркін емес турбина қозғалтқыштарымен жұмыс істейді. Ірі қозғалтқыштар негізінен еркін емес дизайнды сақтап қалды, дегенмен олардың көпшілігі «білікті» турбинасы бұранданы және төмен қысымды компрессорды қозғалтатын екі білікті конструкциялар, бірақ жоғары қысымды компрессордың өзіндік турбинасы бар.

Кейбір ірі турбовинтті қозғалтқыштар, мысалы, түпнұсқа Bristol Proteus және қазіргі заманғы TP400 еркін турбиналары бар. TP400 - үш біліктің дизайны, екі компрессорлық турбинасы және бөлек электр турбинасы бар. Турбина қозғалтқыштың артқы жағында орналасқан жерде турбовинтті қозғалтқыш алға қарай созылатын білікті қажет етеді бұранданы азайту редукторы. Мұндай ұзын біліктер жобалаудың күрделі мәселелері болуы мүмкін және біліктің кез-келген дірілін мұқият басқаруы керек.

Кішкентай турбовинтті қозғалтқыштар үшін еркін турбина дизайны басым болды және бұл конструкциялар, негізінен, жалпы ауытқуымен және компрессорымен артқа қарай, ыстық бөлікке алға және алдыңғы жағынан қуат беретін турбинаға айналады. Бұл турбинаның шығуын винттің беріліс қорабына жақын орналастырады, бұл ұзақ уақытқа созылатын біліктің қажеттілігін болдырмайды. Мұндай қозғалтқыштар көбінесе сыртынан танылады, өйткені олар негізгі қозғалтқыштан бұрын сыртқы «локтен» шығатын газдарды пайдаланады. Бұл әсіресе кең таралған мысал болып табылады PT6 қозғалтқыш, оның 50 000-нан астамы шығарылған.

Итергіштер

GE36 өткізілмеген желдеткіш

Еркін турбинаны қолданатын тартымды қарапайым конфигурация - бұл профан қозғалтқыш, артқа орнатылған өткізілмеген желдеткіш жылы итергіштің конфигурациясы, таныс трактордың орналасуынан гөрі. Бірінші мұндай қозғалтқыш өте ерте және перспективалы болды Митрополит-Викерс Ф.3 1942 жылы желдеткішпен, содан кейін индукциясыз және әлдеқайда жеңіл F.5. Бұл қозғалтқыштардың дамуы техникалық себептерге емес, корпоративті ауыстыруларға байланысты кенеттен тоқтады. Роллс-Ройс 1980 жылдарға дейін осындай қозғалтқыштардың дизайнын зерттеуді жалғастырды,[8] сияқты GE, бірақ олар әлі коммерциялық қозғалтқыш ретінде көрінбейді.[9]

Еркін қуат беретін турбиналы итергіш пропфанның артықшылығы оның қарапайымдылығында. Тірек тіректері айналмалы турбина дискісінің сыртына тікелей бекітілген. Редукторлар немесе жетек біліктері қажет емес. Айналмалы компоненттердің қысқа ұзындығы дірілді азайтады. Осы ұзындықтағы қозғалтқыштың статикалық құрылымы турбина ішіндегі үлкен диаметрлі түтік болып табылады. Көптеген дизайндарда екі айналмалы турбинаның және винттің сақиналары қолданылады. Қарама-қарсы айналмалы турбиналар келесідей бола алады бағыттағыш қалқандар бір-біріне, статикалық қалақшаларға деген қажеттілікті жою.[8]

Құрлық және теңіз

Өзгерту AGT1500 а турбинасы M1 Abrams цистерна

The M1 Abrams негізгі танк арқылы қуатталады Honeywell AGT1500 (бұрын Textron Жақсы ) екі катушкалы газ турбиналы қозғалтқыш. Коммерциялық туынды теңіз және теміржол салаларында TF15 ретінде жасалған,[10][11] және PLT27 рейсімен есептелген нұсқасы да жасалды, бірақ үлкен келісімшарттан айырылды GE T700 турбофиль.[12]

Турбошафты қозғалтқыштар бірнеше қуат беру үшін пайдаланылды газ турбиналы локомотивтер, ең бастысы Турбомека Турмо жылы Турботейн (Франция) және Турболинер (Америка Құрама Штаттары) қызметі.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б в Гунстон, Билл (2006) [1995]. Реактивті және турбиналық аэро қозғалтқыштардың дамуы (4-ші басылым). Патрик Стефенс Лимитед. 43-44 бет. ISBN  978-1-85260-618-3.CS1 maint: ref = harv (сілтеме)
  2. ^ Парсонс, Дэн (18 наурыз 2015). «Өнеркәсіп АҚШ армиясынан бір немесе екі білікке жаңа тікұшақ қозғалтқышын сұрайды». FlightGlobal. Алынған 30 наурыз 2020.
  3. ^ Эрих, Фредерик Ф. (1961 ж. 5-9 наурыз). T64 Turboprop / Turboshaft қозғалтқышын жобалау және дамытуға шолу (PDF). Газ турбиналарының энергетикалық конференциясы және көрмесі. Вашингтон, Колумбия округі: Американдық инженер-механиктер қоғамы.
  4. ^ «Ромео рентгенінің тарихы». Britannia Aircraft Conservation Trust.
  5. ^ «Апаттың сипаттамасы - G-ALRX». Авиациялық қауіпсіздік желісі.
  6. ^ а б «Wessex». Ұшу. 29 қараша 1957 ж. 838.
  7. ^ а б в «Аэро қозғалтқыштар 1957». Ұшу. 26 шілде 1957. б. 118.
  8. ^ а б Реактивті қозғалтқыш (4-ші басылым). Rolls-Royce пл. 1986. 6, 53-54 бб. ISBN  0-902121-04-9.
  9. ^ «Профандарға не болды?». Ұшу. 12 маусым 2007 ж.
  10. ^ Лауриат, Т.Б. (8-12 маусым, 1986). AVCO-Lyifying TF15: қалпына келтіретін теңіз газ турбинасы (PDF). Халықаралық газ турбиналық конференция және көрме. Дюссельдорф, Германия: Американдық инженер-механиктер қоғамы.
  11. ^ Хоран, Ричард (1992 жылғы 1-4 маусым). Textron Lycoming AGT1500 қозғалтқышы - болашақтағы қосымшаларға ауысу (PDF). Халықаралық газ турбинасы және аэронингі конгресі және экспозициясы. Кельн, Германия: Американдық инженерлер қоғамы.
  12. ^ Лейс, Ричард А .; Флеминг, Уильям А. (1999). Солтүстік Американың шағын газ турбиналы авиация қозғалтқыштарының тарихы. Рестон, Вирджиния: Американдық аэронавтика және астронавтика институты, Инк., 218–222 бб. ISBN  1-56347-332-1. Алынған 30 наурыз 2020.