Cum funcționează cele 4 tipuri de motoare cu turbină

motoarele cu turbină cu gaz au parcurs un drum lung din 1903. Acesta a fost primul an în care o turbină cu gaz a produs suficientă energie pentru a se menține în funcțiune. Designul a fost realizat de inventatorul norvegian Aegidus Elling și a produs 11 cai putere, ceea ce a fost o ispravă masivă la acea vreme.

în zilele noastre, motoarele cu turbină cu gaz vin în toate formele și dimensiunile, iar cele mai multe dintre ele produc mult mai mult de 11 cai putere. Iată cele 4 tipuri principale de motoare cu turbină, precum și avantajele și dezavantajele fiecăruia.

1) motor Turbojet

Heinkel He 178, primul avion turbojet din lume

motoarele Turbojet au fost primul tip de motor cu turbină cu gaz inventat. Și chiar dacă arată complet diferit de motorul alternativ din mașină sau avion, funcționează folosind aceeași teorie: admisie, compresie, putere, evacuare.

cum funcționează un turboreactor?

Turboreactoarele funcționează prin trecerea aerului prin 5 secțiuni primare ale motorului:

Pasul 1: admisia de aer
admisia de aer este în esență un tub în fața motorului. Admisia de aer poate părea simplă, dar este incredibil de importantă. Sarcina admisiei este de a direcționa fără probleme aerul în lamele compresorului. La viteze mici, trebuie să reducă la minimum pierderea fluxului de aer în motor, iar la viteze supersonice, trebuie să încetinească fluxul de aer sub Mach 1 (aerul care curge într-un turbojet trebuie să fie subsonic, indiferent de cât de repede zboară avionul).
Pasul 2: compresor
compresorul este acționat de turbina din spatele motorului, iar sarcina sa este de a comprima aerul care intră, crescând semnificativ presiunea aerului. Compresorul este o serie de ‘ventilatoare’, fiecare cu lame mai mici și mai mici. Pe măsură ce aerul trece prin fiecare etapă a compresorului, acesta devine mai comprimat.
Pasul 3: Urmează camera de ardere,unde magia începe să se întâmple. Aerul de înaltă presiune este combinat cu combustibil, iar amestecul este aprins. Pe măsură ce amestecul combustibil/aer arde, acesta continuă prin motor spre turbină. Turboreactoarele funcționează foarte slab, cu aproximativ 50 de părți de aer la fiecare 1 parte de combustibil (majoritatea motoarelor cu piston funcționează oriunde de la 6 la 1 la 18 la 1). Unul dintre principalele motive pentru care turbinele funcționează atât de slab este că este nevoie de un flux de aer suplimentar pentru a menține un turboreactor rece.
Pasul 4: Turbina este o altă serie de ‘ventilatoare’, care funcționează ca o moară de vânt, absorbind energia din aerul de mare viteză care trece prin ea. Lamele turbinei sunt conectate și rotesc un arbore, care este, de asemenea, conectat la lamele compresorului din partea din față a motorului. Cercul de viață al turbjetului este aproape complet.
Pasul 5: Evacuare (aka ” am plecat de aici!”)
amestecul de combustibil/aer ars de mare viteză iese din motor printr-o duză de evacuare. Pe măsură ce aerul de mare viteză iese din spatele motorului, acesta produce împingere și împinge avionul (sau orice este atașat) înainte.

turbojet takeaway:

• Pro:
• design relativ simplu
• capabil de viteze foarte mari
• ocupă puțin spațiu
• contra:
• consum mare de combustibil
• Loud
• performanță slabă la viteze mici

2) motor turbopropulsor

King Air cu motoare turbopropulsoare

următoarele trei tipuri de motoare cu turbină sunt toate formele motorului turbojet și vom începe cu turbopropulsorul. Turbopropulsorul este un motor turbojet, conectat la o elice printr-un sistem de angrenare.

cum funcționează un turbopropulsor?

Pasul 1: turbojet invarte un arbore, care este conectat la o cutie de viteze
Pasul 2: o cutie de viteze incetineste filare, și cel mai lent uneltele în mișcare se conectează la elice
Pasul 3: elicea se rotește prin aer, producând tracțiune la fel ca dumneavoastră Cessna 172

turbopropulsor takeaway:

• Pro:
• foarte eficient din punct de 250-400 noduri
• cel mai eficient la altitudini medii de 18.000-30.000 de picioare
• contra:
• viteza limitată a aerului înainte
• sistemele de angrenare sunt grele și se pot descompune

3) Motorul Turbofan

unele motoare turbofan cu corp larg pot produce mai mult de 100.000 de kilograme de tracțiune

Turbofanele combină cele mai bune din ambele lumi între turboreactoare și turbopropulsoare. Și, veți vedea, probabil, aceste motoare atunci când capul afară la aeroport pentru următorul zbor al companiei aeriene.

cum funcționează un Turbofan?

Turbofanele funcționează prin atașarea unui ventilator tubular la partea din față a unui motor turboreactor. Ventilatorul creează o forță suplimentară, ajută la răcirea motorului și reduce zgomotul motorului.

Pasul 1: aerul de intrare este împărțit în două fluxuri separate. Un flux curge în jurul motorului (ocolește aerul), în timp ce celălalt trece prin miezul motorului.Pasul 2: Bypass aerul trece în jurul motorului și este accelerat de un ventilator de conductă, producând împingere suplimentară.
Pasul 3: aerul curge prin motorul turbojet, continuând producția de împingere.

Turbofan takeaway:

• Pro:
• combustibil eficient
• mai silențioase decât turboreactoare
• arata minunat
• contra:
• mai grele decât turboreactoare
• zona frontală mai mare decât turboreactoare
• ineficiente la altitudini foarte mari

Pratt& Whitney F100 turbofan cu postcombustie pe un F-16

4) motor cu turbocompresor

Bell 206 elicopter cu motor cu turbocompresor

motoarele cu turbocompresor sunt utilizate în principal pe elicoptere. Cea mai mare diferență între turbocompresoare și turboreactoare este că motoarele cu turbocompresoare își folosesc majoritatea puterii pentru a transforma o turbină, mai degrabă decât să producă împingerea din spate a motorului.

cum funcționează un arbore Turbosuflant?

turbocompresoarele sunt în esență un motor turbojet cu un arbore mare conectat la partea din spate a acestuia. Și din moment ce cele mai multe dintre aceste motoare sunt utilizate pe elicoptere, că arborele este conectat la transmisia lamei rotorului.

Pasul 1: motorul funcționează ca un turboreactor, în cea mai mare parte.
Pasul 2: arborele de putere atașat la turbină alimentează transmisia.
Pasul 3: transmisia transferă rotația de la arbore la lama rotorului.
Pasul 4: elicopterul, prin mijloace necunoscute și magice, este capabil să zboare prin cer.

turbosuflanta takeaway:

• Pro:
• raport putere-greutate mult mai mare decât motoarele cu piston
• De obicei mai mici decât motoarele cu piston
• contra:
• Loud
• sistemele de angrenaje conectate la arbore pot fi complexe și se descompun

4 tipuri de motoare, bazate pe același Concept de bază

motoarele cu turbină cu gaz au parcurs un drum lung în ultimii 100 de ani. Și în timp ce turboreactoarele, turbopropulsoarele, turbofanele și arborii turbocompresori au toate diferențele lor, modul în care produc puterea este în esență același: admisie, compresie, putere și evacuare.