Turboprop - Turboprop

A turbovrtulový motor je turbínový motor který řídí letadlo vrtule.[1]
Ve své nejjednodušší formě se turbovrtulový pohon skládá z nasávání, kompresor, spalovací komora, turbína a hnací tryska.[2] Vzduch je nasáván do sání a stlačován kompresorem. Palivo se poté přidá do stlačeného vzduchu ve spalovací komoře, kde se poté směs paliva a vzduchu spaluje. Horké spaliny expandují turbínou. Část energie generované turbínou se používá k pohonu kompresoru. Tah je získán spalovacími plyny, které tlačí směrem k (vektorovanému) povrchu před expandujícím plynem.
Zbytek se přenáší redukčním převodem na vrtuli. K další expanzi plynů dochází v hnací trysce, kde se plyny vypouštějí na atmosférický tlak. Hnací tryska poskytuje relativně malou část tahu generovaného turbovrtulovým pohonem.[3]
Na rozdíl od a proudový, motor výfukové plyny obecně neobsahují dostatek energie k vytvoření významného tahu, protože téměř veškerý výkon motoru se používá k pohonu vrtule.
Technologické aspekty


Tah výfuku v turbovrtulovém turbinu je obětován ve prospěch výkonu na hřídeli, který je získáván extrahováním dodatečného výkonu (až do úrovně nutné pro pohon kompresoru) z expanze turbíny. Díky další expanzi v systému turbíny je zbytková energie ve výfukovém paprsku nízká.[4][5][6] V důsledku toho tryska výfukového plynu obvykle produkuje přibližně nebo méně než 10% celkového tahu.[7] Větší část tahu vychází z vrtule při nízkých rychlostech a méně při vyšších rychlostech.[8]
Turboprops může mít obtokové poměry až 50-100[9][10][11] ačkoli hnací proud vzduchu je u vrtulí definován méně jasně než u ventilátorů.[12][13]
Vrtule je spojena s turbínou prostřednictvím a redukční převodovka který převádí vysoké RPM /nízký točivý moment výstup na nízké otáčky / vysoký točivý moment. Samotná vrtule je obvykle a vrtule s konstantní rychlostí (s proměnlivým sklonem) typ podobný tomu, který se používá u větších letadel pístové motory.[Citace je zapotřebí ]
Na rozdíl od ventilátorů malého průměru používaných v turbofan proudové motory, má vrtule velký průměr, který jí umožňuje zrychlit velké množství vzduchu. To umožňuje nižší rychlost proudu vzduchu pro dané množství tahu. Jelikož je efektivnější při nízkých rychlostech zrychlovat velké množství vzduchu malým stupněm než malé množství vzduchu velkým stupněm,[14][15] nízká načítání disku (tah na plochu disku) zvyšuje energetickou účinnost letadla a tím snižuje spotřebu paliva.[16][17]
Vrtule ztrácejí účinnost, jak se zvyšuje rychlost letadla, takže turboprops se obvykle na vysokorychlostních letadlech nepoužívají[4][5][6] nad 0,6–0,7 Mach.[7] Nicméně, propfan motory, které jsou velmi podobné turbovrtulovým motorům, mohou plavat při letových rychlostech blížících se 0,75 Mach. Aby se zvýšila účinnost vrtule v širším rozsahu rychlostí, jsou turbovrtulové motory obvykle vybaveny vrtulemi s konstantní rychlostí (s proměnlivým sklonem). Lopatky vrtule s konstantní rychlostí zvyšují stoupání se zvyšující se rychlostí letadla, což umožňuje širší rozsah rychlosti letu než vrtule s pevným stoupáním. Další výhodou tohoto typu vrtule je, že ji lze také použít ke generování negativního tahu při zpomalení na dráze. Navíc v případě poruchy motoru může být vrtule opeřený, čímž se minimalizuje odpor nefunkční vrtule.[18]
Zatímco nejmodernější proudový a turbofan motory používají axiální kompresory, turbovrtulové motory obvykle obsahují alespoň jeden stupeň odstředivý kompresor které mají tu výhodu, že jsou jednoduché a lehké, na úkor efektivního tvaru.[Citace je zapotřebí ]
Zatímco energetická turbína může být nedílnou součástí sekce generátoru plynu, mnoho turboprops dnes obsahuje volnou energetickou turbínu na samostatném koaxiálním hřídeli. To umožňuje vrtuli volně se otáčet, nezávisle na rychlosti kompresoru.[19] Zbytkový tah na turboshaft je zabráněno další expanzí v systému turbíny a / nebo zkrácením a otočením výfuku o 180 stupňů, aby se vytvořily dva protilehlé trysky. Kromě výše uvedeného existuje velmi malý rozdíl mezi turbovrtulovým pohonem a turboshaftem.[11]
Dějiny
Alan Arnold Griffith publikoval v roce 1926 dokument o konstrukci turbíny. Následné práce v Royal Aircraft Establishment zkoumal návrhy axiálních turbín, které by mohly být použity k napájení hřídeli a odtud vrtule. Od roku 1929, Frank Whittle zahájila práce na konstrukcích odstředivých turbín, které by dodávaly čistý proud trysky.[20]
První turboprop na světě navrhl maďarský strojní inženýr György Jendrassik.[21] V roce 1928 vydal Jendrassik turbovrtulový nápad a dne 12. března 1929 patentoval svůj vynález. V roce 1938 postavil experimentální plynovou turbínu v malém měřítku (100 k; 74,6 kW).[22] Větší Jendrassik CS-1, s předpokládaným výkonem 1 000 koní, byl vyroben a testován na Ganz funguje v Budapešť v letech 1937 až 1941. Mělo axiální provedení s 15 kompresorovými a 7 turbínovými stupni, prstencovou spalovací komorou a mnoha dalšími moderními prvky. První spuštění v roce 1940, problémy se spalováním omezily jeho výkon na 400 koní. V roce 1941 byl motor kvůli válce opuštěn a továrna byla převedena na výrobu konvenčních motorů. První turbovrtulový motor na světě, který se dostal do sériové výroby[upřesnit ] byl navržen německým inženýrem, Max Adolf Mueller v roce 1942.[23]

První zmínka o turbovrtulových motorech v tisku pro veřejnost byla v únoru 1944 vydána britská letecká publikace Let, který zahrnoval detailní výřez, jak by mohl vypadat možný budoucí turbovrtulový motor. Kresba byla velmi blízká tomu, jak bude vypadat budoucí Rolls-Royce Trent.[24] První britský turbovrtulový motor byl Rolls Royce RB.50 Trent, převedený Derwent II vybavené redukčním převodem a Rotol 7 ft 11 v (2,41 m) pětiletá vrtule. Byly namontovány dva Trenty Gloster Meteor EE227 - jediný „Trent-Meteor“ - který se tak stal prvním letounem s turbovrtulovým pohonem na světě, i když se jedná o zkušební stanoviště, které není určeno pro výrobu.[25][26] Poprvé vzlétl 20. září 1945. Ze svých zkušeností s Trentem vyvinul Rolls-Royce Rolls-Royce Clyde, první turbovrtulový motor, který je plně k dispozici typově certifikováno pro vojenské a civilní použití,[27] a Šipka, který se stal jedním z nejspolehlivějších turbovrtulových motorů, jaké byly kdy vyrobeny. Výroba šipek pokračovala více než padesát let. Dart-poháněl Vickers Viscount bylo první turbovrtulové letadlo jakéhokoli druhu, které se dostalo do výroby a prodávalo se ve velkém počtu.[28] Byl to také první čtyřmotorový turbovrtulový pohon. Jeho první let se uskutečnil 16. července 1948. Prvním jednomotorovým turbovrtulovým letounem na světě byl Armstrong Siddeley Mamba - napájen Boulton Paul Balliol, který poprvé vzlétl 24. března 1948.[29]

Sovětský svaz stavěl na vývoji německé druhé světové války společností Junkers Motorenwerke, zatímco BMW, Heinkel-Hirth a Daimler-Benz také vyvinuté a částečně testované designy.[Citace je zapotřebí ] Zatímco Sovětský svaz disponoval technologií k vytvoření draku pro proudový strategický bombardér srovnatelný s Boeingem B-52 Stratofortress, místo toho vyrobili Tupolev Tu-95 Medvěd, poháněný čtyřmi Kuzněcov NK-12 turboprops, spojený s osmi protiběžné vrtule (dva na gondolu) s nadzvukovou rychlostí hrotu k dosažení maximální cestovní rychlosti přesahující 575 mph, rychlejší než mnoho z prvních proudových letadel a srovnatelné s cestovní rychlostí trysky pro většinu misí. Medvěd by sloužil jako jejich nejúspěšnější bojový a sledovací letoun na dlouhé vzdálenosti a symbol sovětské projekce moci po celou dobu konce 20. století. USA by začleňovaly protiběžné turbovrtulové motory, jako je nešťastná dvojitá turbína Allison T40 - v podstatě dvojice dvojic Allison T38 turbovrtulové motory pohánějící protiběžné vrtule - do série experimentálních letadel během padesátých let, s letadly poháněnými T40, jako Convair R3Y Tradewind létající člun nikdy nevstupující do služby amerického námořnictva.
První americký turbovrtulový motor byl General Electric XT31, poprvé použito v experimentu Consolidated Vultee XP-81.[30] XP-81 poprvé vzlétl v prosinci 1945, jako první letoun používal kombinaci turbovrtulového a proudový Napájení. Technologie dřívějšího designu Allison T38 se vyvinula do Allison T56, přičemž kvarteta T56 se používala k napájení Lockheed Electra letadlo, jeho vojenský námořní hlídkový derivát P-3 Orion a široce vyráběné C-130 Hercules vojenské dopravní letadlo. Jedním z nejvíce vyráběných turbovrtulových motorů používaných v civilním letectví je Pratt & Whitney Canada PT6 motor.[Citace je zapotřebí ]
První turbínový vrtulník poháněný hřídelem byl Kaman K-225, vývoj Charles Kaman je K-125 synchropter, který používal a Boeing T50 turbohřídelový motor k jeho napájení dne 11. prosince 1951.[31]
Používání

Ve srovnání s turboventilátory Turbodmychadla jsou nejúčinnější při letových rychlostech pod 725 km / h (450 mph; 390 uzlů), protože rychlost proudu vrtule (a výfuku) je relativně nízká. Moderní turbovrtulová dopravní letadla fungují téměř stejnou rychlostí jako malá regionální jet letadla, ale spálí dvě třetiny paliva na cestujícího.[32] Ve srovnání s a proudový (které mohou létat ve vysoké nadmořské výšce pro zvýšení rychlosti a účinnost paliva ) vrtulové letadlo má nižší strop.

Ve srovnání s pístovými motory jsou větší poměr výkonu k hmotnosti (což umožňuje kratší vzlety) a spolehlivost mohou kompenzovat jejich vyšší počáteční náklady, údržbu a spotřebu paliva. Tak jako Tryskové palivo lze snáze získat než avgas v odlehlých oblastech letadla s turbovrtulovým pohonem, jako je Cessna Caravan a Quest Kodiak se používají jako Bush letadla.
Turbovrtulové motory se obecně používají u malých podzvukových letadel, ale Tupolev Tu-114 může dosáhnout 470 kn (870 km / h, 541 mph). Velký vojenská letadla, jako Tupolev Tu-95, a civilní letadlo, tak jako Lockheed L-188 Electra, byly také poháněny turbovrtulovým pohonem. The Airbus A400M je poháněn čtyřmi Europrop TP400 motory, které jsou druhým nejvýkonnějším turbovrtulovým motorem, jaký byl kdy vyroben, po výkonu 11 MW (15 000 k) Kuzněcov NK-12.
V roce 2017 nejrozšířenější turbovrtulový pohon dopravní letadla ve službě byli ATR 42 /72 (950 letadel), Bombardier Q400 (506), De Havilland Canada Dash 8 -100/200/300 (374), Beechcraft 1900 (328), de Havilland Canada DHC-6 Twin Vydra (270), Saab 340 (225).[34] Mezi méně rozšířená a starší dopravní letadla patří BAe Jetstream 31, Embraer EMB 120 Brasilia, Fairchild Swearingen Metroliner, Dornier 328, Saab 2000, Xian MA60, MA600 a MA700, Fokker 27 a 50.
Turboprop obchodní letadlo patří Piper Meridian, Socata TBM, Pilatus PC-12, Piaggio P.180 Avanti, Beechcraft King Air a Super King Air. V dubnu 2017 bylo v celosvětové flotile 14 311 turbodmychadel.[35]
Spolehlivost
V letech 2012 až 2016 ATSB pozorováno 417 událostí u turbovrtulových letadel, 83 ročně, více než 1,4 milionu letových hodin: 2,2 za 10 000 hodin. Tři byly „vysoce rizikové“ zahrnující poruchu motoru a neplánované přistání v jednomotoru Cessna 208 Karavany, čtyři „střední riziko“ a 96% „nízké riziko“. Dva případy vedly k lehkým zraněním v důsledku poruchy motoru a kolize terénu v zemědělská letadla a pět nehod zahrnovalo letecké práce: čtyři v zemědělství a jedna v an letecká záchranná služba.[36]
Současné motory
Jane's All the World's Aircraft. 2005–2006.
Viz také
- Tryskový motor
- Proudové letadlo
- Jetboat
- Propfan
- Ramjet
- Scimitar vrtule
- Kompresor
- Tiltrotor
- Rychlonabíječka
- Turbofan
- Proudový
- Turboshaft
Reference
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Červenec 2010) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
Poznámky
- ^ „Turboprop“, Pilotní příručka leteckých znalostí, Federální letecká správa, 2009.
- ^ „Aviation Glossary - Turboprop“. dictionary.dauntless-soft.com. Citováno 7. července 2019.
- ^ Rathore, Mahesh. Tepelné inženýrství. Tata McGraw-Hill Education. p. 968.
- ^ A b "Turbopropový motor " Glenn Research Center (NASA )
- ^ A b "Tah turbopropu " Glenn Research Center (NASA )
- ^ A b „Variace proudových motorů“. smu.edu. Citováno 31. srpna 2016.
- ^ A b "„Turboventilátorový motor Archivováno 18. dubna 2015 v Wayback Machine ", strana 7. SRM Institute of Science and Technology, Katedra leteckého inženýrství.
- ^ J. Russell (2. srpna 1996). Výkon a stabilita letadel. Butterworth-Heinemann. p. 16. ISBN 0080538649.
- ^ Ilan Kroo a Juan Alonso. "Konstrukce letadla: Syntéza a analýza, Pohonné systémy: Základní koncepty Archivováno 18. dubna 2015 v Wayback Machine „Technická škola na Stanfordské univerzitě, katedra letectví a astronautiky Hlavní strana Archivováno 23 února 2001 na Wayback Machine
- ^ Prof. Z. S. Spakovszky. "11.5 Trendy v tepelné a pohonné účinnosti " MIT turbíny, 2002. Termodynamika a pohon
- ^ A b Nag, P.K. "Základní a aplikovaná termodynamika Archivováno 19. dubna 2015 v Wayback Machine "p550. Publikoval Tata McGraw-Hill Education. Citace:" Pokud je kryt odstraněn z ventilátoru, výsledkem je turbovrtulový motor. Motory s turbodmychadlem a turbovrtulovým pohonem se liší hlavně v poměru obtoku: 5 nebo 6 u turbodmychadel a až 100 u turbovrtulového motoru. “
- ^ "Tah vrtule " Glenn Research Center (NASA )
- ^ Philip Walsh, Paul Fletcher. "Výkon plynové turbíny ", strana 36. John Wiley & Sons, 15. dubna 2008. Citace:" Má lepší spotřebu paliva než proudový nebo turboventilátor, a to díky vysoké hnací účinnosti. Dosahování tahu pomocí vysokého hmotnostního průtoku vzduchu z vrtule při nízká rychlost proudu. Nad 0,6 Machovým číslem se turbovrtulový pohon postupně stává nekonkurenceschopným, hlavně kvůli vyšší hmotnosti a čelní ploše. “
- ^ Paul Bevilaqua. Pohonný systém Lift Fan poháněný hřídelem pro Joint Strike Fighter strana 3. Prezentováno 1. května 1997. Dokument DTIC.MIL Word, 5,5 MB. Vyvolány 25 February 2012.
- ^ Bensen, Igor. "Jak létají - Bensen vysvětluje vše " Gyrocopters UK. Vyvolány 10 April 2014.
- ^ Johnson, Wayne. Teorie vrtulníků pp3 + 32, Publikace Courier Dover, 1980. Citováno 25. února 2012. ISBN 0-486-68230-7
- ^ Wieslaw Zenon Stepniewski, C. N. Keys. Aerodynamika rotačního křídla p3, Courier Dover Publications, 1979. Citováno 25. února 2012. ISBN 0-486-64647-5
- ^ „Provoz vrtulí během přistání a mimořádných událostí“. experimentalaircraft.info. Citováno 8. července 2019.
- ^ „Motor před časem“. PT6 Nation. Pratt & Whitney Kanada.
- ^ Gunston Jet, str. 120
- ^ Gunston World, s. 111
- ^ „Magyareltalálók és találmányok - JENDRASSIK GYÖRGY (1898–1954)“. SZTNH. Citováno 31. května 2012.
- ^ Green, W. a Swanborough, G .; "Plane Facts", Nadšenec vzduchu Sv. 1 Č. 1 (1971), strana 53.
- ^ „Náš příspěvek - Jak společnost Flight představila a seznámila se s plynovými turbínami a tryskovým pohonem“ Let, 11. května 1951, s. 569.
- ^ James str. 251-2
- ^ Zelená str. 18-9
- ^ „trent rolls-royce - armstrong siddeley - 1950–2035 - letový archiv“. Flightglobal. Citováno 31. srpna 2016.
- ^ Zelená str. 82
- ^ Zelená str. 81
- ^ Zelená str. 57
- ^ „Smithsonian National Air and Space Museum - Collections - Kaman K-225 (Dlouhý popis)". Národní muzeum letectví a kosmonautiky. Citováno 4. dubna 2013.
- ^ „Více turboprops přichází na trh - možná“. CAPA - Centrum pro letectví. 9. července 2010.
- ^ „Beechcraft King Air 350i zavádí lepší situační povědomí a navigaci“ (Tisková zpráva). Textron Aviation. 30. května 2018.
- ^ „787 hvězd v ročním sčítání dopravních letadel“. Flightglobal. 14. srpna 2017.
- ^ „Zpráva o aktualizaci trhu s leteckou dopravou pro firmy (PDF). AMSTAT, Inc. Dubna 2017.
- ^ Gordon Gilbert (25. června 2018). „Studie ATSB shledává turbopropové motory bezpečnými a spolehlivými“.
- ^ "Motor řady H | Motory | B&GA | GE Aviation". www.geaviation.com. Citováno 1. června 2016.
- ^ [1], PragueBest s.r.o. "Historie | GE Aviation". www.geaviation.cz. Citováno 1. června 2016.
Bibliografie
- Green, W. a Cross, R.Proudové letadlo světa (1955). Londýn: MacDonald
- Gunston, Bill (2006). Vývoj proudových a turbínových leteckých motorů, 4. vydání. Sparkford, Somerset, Anglie, Velká Británie: Patrick Stephens, Haynes Publishing. ISBN 0-7509-4477-3.
- Gunston, Bill (2006). World Encyclopedia of Aero Engines, 5. vydání. Phoenix Mill, Gloucestershire, Anglie, Velká Británie: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-X.
- James, D.N. Gloster Aircraft od roku 1917 (1971). London: Putnam & Co. ISBN 0-370-00084-6
Další čtení
- Van Sickle, Neil D.; et al. (1999). „Turboprop motory“. Van Sickle moderní letectví. McGraw-Hill Professional. p. 205. ISBN 978-0-07-069633-4.
externí odkazy
- Trysková turbína letadla LtCol Silsbee USAAF, Popular Science, prosinec 1945, vytištěn první článek o turboprops
- Wikibooks: Jet propulsion
- „Vývoj turbovrtulového motoru“ 1950 Let článek o britských a amerických turbovrtulových motorech