Jak działają 4 rodzaje silników turbinowych

silniki turbinowe napędzane gazem przeszły długą drogę od 1903 roku. Był to pierwszy rok, w którym turbina gazowa wytworzyła wystarczającą moc, aby utrzymać się na biegu. Projekt został wykonany przez norweskiego wynalazcę Aegidus Elling i wyprodukował 11 koni mechanicznych, co było ogromnym wyczynem w tym czasie.

w dzisiejszych czasach silniki z turbinami gazowymi mają różne kształty i rozmiary, a większość z nich produkuje dużo więcej niż 11 koni mechanicznych. Oto główne typy silników turbinowych 4, a także zalety i wady każdego z nich.

1) silnik turboodrzutowy

Heinkel He 178, pierwszy na świecie samolot turboodrzutowy

silniki turboodrzutowe były pierwszym typem silnika turboodrzutowego wynalezionego. I chociaż wyglądają zupełnie inaczej niż silnik tłokowy w samochodzie lub samolocie, działają według tej samej teorii: wlot, sprężanie, moc, wydech.

jak działa Turbojet?

Turbozespoły działają poprzez przepuszczanie powietrza przez 5 głównych sekcji silnika:

Krok 1: Wlot powietrza
wlot powietrza jest zasadniczo rurą przed silnikiem. Wlot powietrza może wyglądać na prosty, ale to niezwykle ważne. Zadaniem wlotu jest płynne kierowanie powietrza do łopatek sprężarki. Przy niskich prędkościach musi zminimalizować utratę przepływu powietrza do silnika, a przy prędkościach naddźwiękowych musi spowolnić przepływ powietrza poniżej Macha 1 (powietrze przepływające do turboodrzutów musi być poddźwiękowe, niezależnie od tego, jak szybko samolot leci).
Krok 2: Sprężarka
sprężarka jest napędzana przez turbinę z tyłu silnika, a jej zadaniem jest sprężanie powietrza napływającego, znacznie zwiększając ciśnienie powietrza. Kompresor to seria „wentylatorów”, z których każdy ma coraz mniejsze łopatki. Gdy powietrze przechodzi przez każdy stopień sprężarki, staje się bardziej sprężone.
Krok 3: Komora spalania
Następna jest komora spalania, gdzie naprawdę zaczyna dziać się magia. Powietrze pod wysokim ciśnieniem jest łączone z paliwem, a mieszanina jest zapalana. Gdy mieszanka paliwowo-powietrzna spala się, przechodzi przez silnik w kierunku turbiny. Turbozespoły pracują bardzo Chudo, z około 50 częściami powietrza na każdą 1 część paliwa (większość silników tłokowych pracuje w dowolnym miejscu od 6-do-1 do 18-do-1). Jednym z głównych powodów, dla których turbiny pracują tak nisko, jest potrzeba dodatkowego przepływu powietrza, aby utrzymać chłodzenie turbodoładowania.
Krok 4: Turbina
turbina to kolejna seria „wentylatorów”, które działają jak wiatrak, absorbując energię z przepływającego przez nią szybkiego powietrza. Łopatki turbiny są połączone i obracają wał, który jest również połączony z łopatkami sprężarki z przodu silnika. „Krąg życia” turbjeta jest prawie kompletny.
Krok 5: Exhaust (aka ” I ’ m outta here!”)
mieszanka paliwowo-powietrzna o dużej prędkości wypala silnik przez dyszę wydechową. Gdy powietrze o dużej prędkości wychodzi z tyłu silnika, wytwarza ciąg i popycha samolot (lub cokolwiek jest przymocowane) do przodu.

Turbojet na wynos:

• zalety:
• stosunkowo prosta konstrukcja
• zdolna do bardzo dużych prędkości
• zajmuje mało miejsca
• wady:
• wysokie zużycie paliwa
• głośne
• słaba wydajność przy niskich prędkościach

2) silnik turbośmigłowy

King Air z silnikami turbośmigłowymi

następne trzy typy silników turbinowych to wszystkie formy silnika turboodrzutowego, a zaczniemy od turbośmigłowego. Turbośmigłowy jest silnikiem turboodrzutowym, połączonym ze śmigłem poprzez układ przekładni.

jak działa turbośmigłowy?

Krok 1: turboodrzutnik obraca wał, który jest połączony ze skrzynią biegów
Krok 2: skrzynia biegów spowalnia wirowanie, a najwolniejszy ruch łączy się ze śmigłem
Krok 3: śmigło obraca się w powietrzu, wytwarzając ciąg tak jak twoja Cessna 172

Turboprop takeaway:

• zalety:
• bardzo oszczędny
• najbardziej wydajny w średnim zakresie prędkość między 250-400 węzłów
• najskuteczniejsza na średnich wysokościach 18 000-30 000 stóp
• cons:
• ograniczona prędkość przednia
• systemy przekładni są ciężkie i mogą się zepsuć

3) Silnik turboodrzutowy

niektóre silniki turboodrzutowe o szerokim korpusie mogą wytwarzać ponad 100 000 funtów ciągu

Turbofany łączą najlepsze z obu światów między turbodoładowane i turbodoładowane. I prawdopodobnie zobaczysz te silniki, gdy udasz się na lotnisko na następny lot lotniczy.

jak działa Turbofan?

Turbofany działają poprzez zamocowanie wentylatora kanałowego z przodu silnika turboodrzutowego. Wentylator wytwarza dodatkowy ciąg, pomaga schłodzić silnik i obniża poziom hałasu silnika.

Krok 1: powietrze wlotowe jest podzielone na dwa oddzielne strumienie. Jeden strumień przepływa wokół silnika (bypass air), podczas gdy drugi przechodzi przez rdzeń silnika.
Krok 2: powietrze omijające przepływa wokół silnika i jest przyspieszane przez wentylator kanałowy, wytwarzając dodatkowy ciąg.
Krok 3: powietrze przepływa przez silnik turboodrzutowy, kontynuując produkcję ciągu.

Turbofan:

• plusy:
• oszczędność paliwa
• cichsze od turbodoładowań
• wyglądają niesamowicie
• wady:
• cięższe od turbodoładowań
• większy obszar czołowy niż turbodoładowań
• nieefektywne na bardzo dużych wysokościach

Pratt& turbofan Whitney F100 z dopalaczem na F-16

4) silnik turbośmigłowy

śmigłowiec Bell 206 z silnikiem turbośmigłowym

silniki turbośmigłowe stosowane są przede wszystkim w śmigłowcach. Największą różnicą między turbowałami a turboodrzutami jest to, że silniki turboodrzutowe wykorzystują większość swojej mocy do obracania turbiny, a nie wytwarzają wypychania z tyłu silnika.

jak działa Turbosprężarka?

turbosprężarki to w zasadzie silnik turboodrzutowy z dużym wałem podłączonym do jego tylnej części. A ponieważ większość z tych silników jest używana w śmigłowcach, wał ten jest połączony z przekładnią łopat wirnika.

Krok 1: silnik w większości pracuje jak turboodrzutowy.
Krok 2: wał napędowy przymocowany do turbiny zasila przekładnię.
Krok 3: przekładnia przenosi obrót z wału na łopatę wirnika.
Krok 4: helikopter, w większości nieznanych i magicznych środków, jest w stanie latać po niebie.

Turbosprężarka:

• plusy:
• znacznie wyższy stosunek mocy do masy niż silniki tłokowe
• zazwyczaj mniejszy niż silniki tłokowe
• minusy:
• głośne
• przekładnie połączone z wałem mogą być złożone i rozbić

4 typy silników, oparte na tej samej podstawowej koncepcji

silniki turbinowe gazowe przeszły długą drogę w ciągu ostatnich 100 lat. I podczas gdy turbodoładowane, turbodoładowane, turbodoładowane i turbodoładowane mają swoje różnice, sposób w jaki wytwarzają moc jest zasadniczo taki sam: wlot, sprężanie, moc i wydech.