Турбовентилаторните двигатели са важни двигатели,-базирани на газови турбини. Те захранват много самолети и UAV (дронове). Нека да разгледаме как работят, тяхната ефективност, сравнение и основни части.
Основни компонентина турбинен двигател
Турбовентилаторният двигател има няколко ключови части:
- Вентилатор: Помага за тягата, като ускорява много въздух.
- Компресор: Повишава налягането и температурата на входящия въздух.
- Горивна камера: Където въздухът се смесва с гориво и се запалва.
- Турбина: Взема енергия от горещи газове за задвижване на компресора и вентилатора.
- Вал: Свързва въртящи се части.
- Дюза: Ускорява изгорелите газове, за да създаде тяга.
Вентилаторът добавя допълнителна тяга. Компресорът и турбините поддържат двигателя работещ. Накрая, дюзата изстрелва газове с висока скорост, за да придвижи UAV напред.
Как работят турбовентилаторните двигатели
Турбовентилаторните двигатели работят много като турбовитлови двигатели. Ето как, стъпка по стъпка:
- Въздухозаборник и разделение: Вентилатор вкарва въздух в двигателя. Въздухът се разделя на два пътя. Едната отива в ядрото на двигателя за изгаряне. Другият (байпасен въздух) тече около сърцевината през канал.
- Процес на компресиране: Въздухът, влизащ в сърцевината, първо преминава през-компресор с ниско налягане (LPC). LPC повишава налягането на въздуха. След това въздухът се придвижва към компресор с високо-налягане (HPC). HPC компресира въздуха повече, правейки го под силно налягане и горещ.
- Горене и турбинно действие: В горивната камера сгъстеният въздух се смесва с горивото и се запалва сам. След изгаряне газът с висока-енергия се влива в турбината с високо-налягане (HPT) и след това в турбината с-ниско налягане (LPT). Тези турбини черпят енергия от газа: част от енергията задвижва компресорите и вентилатора. Останалата част излиза като бърза струя през изпускателната дюза.
- Генериране на тяга: Бързите изгорели газове се изстрелват във въздуха, създавайки тяга за придвижване на UAV напред. Байпасният въздушен поток от вентилатора се присъединява към потока на отработените газове, което прави по-голяма тяга като цяло. Байпасният въздушен поток е малко по-бърз от свободния въздушен поток. И така, турбовентилаторът получава тяга както от сърцевината, така и от вентилатора.
Ефективност и приложения на турбинния двигател
Предимства на ефективността
Турбовентилаторните двигатели осигуряват изключителна ефективност, всичко това благодарение на техния новаторски байпасен дизайн. В основата на това представяне е байпасното съотношение-съотношението на въздуха, който тече около сърцевината на двигателя (байпасен въздух) към въздуха, който влиза в сърцевината за изгаряне. За разлика от турбореактивните двигатели, които за генериране на тяга зависят изцяло от въздушния поток-в горивната сърцевина, турбовентилаторите използват голям преден вентилатор за ускоряване на огромни обеми байпасен въздух. Този байпасен въздух допринася за тягата, без да консумира допълнително гориво, което означава, че турбовентилаторите произвеждат повече обща тяга, като използват почти същото количество гориво като ядрото на турбореактивния двигател.
Разликата в ефективността се разширява още повече с различни конфигурации на байпас: турбовентилаторите с висок-байпас (със съотношения на байпас 5:1 или по-високи) се доближават до горивната ефективност на турбовитловите двигатели, но с ключовото предимство да работят при много по-високи дозвукови скорости (идеални за търговски полети). Дори ниско{4}}байпасните турбовентилатори-проектирани за военна употреба-превъзхождат традиционните турбореактивни двигатели, постигайки по-добър баланс между мощността на тягата и икономията на гориво, особено
по време на дълги круизни фази.
Сценарии за използване
Гъвкавият дизайн на турбовентилаторите ги прави незаменими както в гражданската, така и във военната авиация, с конфигурации, съобразени със специфични нужди. В гражданската авиация почти всички търговски самолети (от реактивни -тесни корпуси като Boeing 737 до широко{3}}самолети като Airbus A350) разчитат на високо-байпасни турбовентилатори. Тяхната комбинация от горивна ефективност и скорост позволява на авиокомпаниите да обслужват икономично-маршрути на дълги разстояния, като същевременно поддържат времето за полет конкурентно.
За военни приложения съвременните изтребители (като F-16 и F-35) използват ниско-байпасни турбовентилатори. Тези двигатели дават приоритет на компактния размер и високото съотношение на тяга-към-тегло и най-важното е, че те могат да интегрират устройства за допълнително изгаряне-, които впръскват допълнително гориво в отработените газове, за да увеличат скоростта при битки или прехващания. За разлика от това високо{10}}байпасните турбовентилатори не могат да поемат камери за допълнително изгаряне поради големите си байпасни канали, което прави моделите с нисък байпас предпочитани за военни бързи самолети. Освен изтребителите, военнотранспортните самолети също използват турбовентилатори, като използват тяхната ефективност за превоз на тежки товари на дълги разстояния. Тази адаптивност циментира турбовентилаторите като най-универсалния избор на задвижване в съвременната авиация.
Турбореактивни срещу турбовентилаторни двигатели: Сравнение
- Генериране на тяга и горивна ефективност: Турбореактивните двигатели разчитат изцяло на компресиране, изгаряне и изтласкване на малък обем въздух при свръхзвукови скорости, за да създадат тяга-това губи значително гориво, особено при дозвукови скорости. Турбовентилаторите обаче използват голям преден вентилатор, за да изтеглят и ускоряват огромно количество "байпасен въздух" около ядрото на двигателя. Този байпасен въздух допринася за тягата без допълнително гориво, докато само малка част от въздуха навлиза в сърцевината за изгаряне. Резултатът: турбовентилаторите произвеждат повече тяга на единица гориво, като моделите с висок-байпас (за самолети) са много по-ефективни от всеки турбореактивен двигател.
- Нива на шума: Турбореактивните двигатели произвеждат силен шум поради високо{0}}скоростните си изгорели газове. Турбовентилаторите са много по-тихи, тъй като байпасният въздух се смесва с и забавя изгорелите газове, намалявайки турбуленцията и шума. Това е критично за търговските летища, където ограниченията на шума правят турбовентилаторите единственият жизнеспособен избор.
- Гъвкавост в приложенията: турбореактивните двигатели някога са били използвани в ранните бойни самолети поради способността им да постигат високи скорости, но сега те са до голяма степен заменени от турбовентилатори в повечето самолети. Турбовентилаторните двигатели се използват широко както в гражданската авиация (като търговски самолети), така и във военната авиация (като модерни изтребители и транспортни самолети).
- Оперативни разходи: Благодарение на по-добрата горивна ефективност и по-ниското износване (от намалено напрежение в сърцевината), турбовентилаторите намаляват оперативните разходи за авиокомпаниите и военните. Високият разход на гориво и необходимостта от поддръжка на турбореактивните двигатели ги правят много по-малко икономични при редовна употреба.
Заключение
Турбовентилаторните двигатели доминират в авиацията днес, защото са мощни, ефективни и гъвкави. Те използват по-малко гориво от турбореактивните двигатели, правят по-малко шум и могат да бъдат проектирани както за пътнически самолети, така и за военни реактивни самолети. Тази комбинация от производителност и ефективност прави турбовентилаторите най-добрият избор за повечето съвременни самолети и те вероятно ще останат основният тип двигател в небето за години напред.
