Ste vedeli? Ko gledamo fotografije letal, nam lahko najprej pade v oči poslikava ali krila. Vendar pa so pravi dejavniki, ki določajo hitrost letala, doseg in število potnikov, v "srcu", skritem pod krili ali znotraj trupa: motorju.
Turboreaktivni, turboventilatorski, turbopropelerski in turbogredni-ta štiri imena bi lahko zvenela kot preglavica, če bi jih našteli skupaj. Vendar, ko dojameš razmerja med njimi, postane temeljna logika v ozadju zasnove letala takoj jasna. Razčlenimo to danes.
[Slika]
Najprej upoštevajte ta osnovni koncept: te štiri vrste motorjev pripadajo isti družini. Vsi delujejo na principu plinske turbine. Preprosto povedano: zrak se vsesa → stisnjen → gorivo se vbrizga in zgori → visoka-temperatura,-plin pod visokim{3}}tlakom poganja turbino, da se vrti → izpušni plini se iztisnejo, da ustvarijo potisk. Vsi štirje si delijo popolnoma isti osnovni proces.
Razlika je v tem, kako usmerjajo moč, ki nastane po zgorevanju.
1
Turboreaktivni motor: izvirna linija
Polno ime je "turboreaktivni motor" in je bil prvi tip reaktivnega motorja, ki je dosegel zrelost. Njegovo načelo delovanja je najbolj preprosto: ves zrak sledi eni poti-kompresije, zgorevanja in izgona. Hitreje kot je izpuh izpuščen, večji je potisk.
V boju lahko v trenutku, ko pilot vklopi naknadno zgorevanje, potisk naraste za 30 % do 100 %; vendar je to zmogljivost mogoče uporabiti le na kratko, saj je poraba goriva astronomsko visoka.
Največja prednost turboreaktivnega letala je hitrost, zaradi česar je idealen za visoko-nadmorske višine in visoke-hitrosti. Njegova največja pomanjkljivost je velika poraba goriva; učinkovitost je še posebej slaba med-letenjem z nizko hitrostjo.
[Slika: Shematski diagram strukture turboreaktivnega motorja]
Se je kdo kdaj spraševal, ali bi bilo možno dodati dodatno plast zraka okoli motorja-zraka, ki obide zgorevalno komoro in ga ventilator preprosto potisne ven, da ustvari potisk? Ali ne bi to prihranilo gorivo?
In tako se je rodil turboventilatorski motor.
2
Turboventilatorski motor: vladajoči prvak
Turboventilatorski motor si lahko predstavljate kot turboreaktivni motor, ki nosi "zračni plašč". Velik ventilator je nameščen pred originalnim jedrnim motorjem. Ko zrak vstopi, se razdeli na dve poti:
Majhen del sledi osrednji "stari poti" (notranji kanal/jedro): kompresija → zgorevanje → izpuh → ustvarjanje potiska.
Velik del sledi zunanji "novi poti" (zunanji kanal/obvodni kanal): pospešuje ga le ventilator → neposredni izpuh → ustvarjanje potiska (in večji izkoristek goriva).
[Slika]
Načela delovanja notranjih in zunanjih kanalov turboventilatorskega motorja (jedrni in obvodni tokovi)
Ključ je v eni sami številki: **obvodno razmerje**. To je temeljni koncept letalskih-motorjev. Preprosto povedano, to je razmerje med maso zraka, ki teče skozi zunanji kanal, in maso zraka, ki teče skozi notranji kanal.
Obtočno razmerje nič → turboreaktivni motor
Nizko obvodno razmerje (npr. 0,2–0,3) → Dobra visoka-hitrost → Uporablja se na lovskih letalih
Visoko obvodno razmerje (npr. 8–9 ali višje) → Visoko-učinkovito porabo goriva, nizek hrup → Uporablja se na civilnih letalih
Največji civilni turboventilatorski motorji na svetu danes dosegajo obtočna razmerja, ki presegajo 10. Z drugimi besedami, zrak, ki ustvarja potisk z zgorevanjem v jedru motorja, predstavlja manj kot-desetino celotnega; preostalih 90 % potiska prihaja iz zraka, ki ga potiska ogromen ventilator. To je skrivnost njihove kombinacije moči in učinkovitosti goriva.
[Slika]
3
Turbopropelerski motor: "Hercules" zračnega prometa
Mnogi ljudje zamenjujejo turbopropelerske motorje s-starimi batnimi motorji. V resnici sta popolnoma drugačna. Turbopropelerski motor je v bistvu reaktivni motor, vendar prenaša večino moči, ki jo ustvari turbina, na zunanji propeler prek reduktorja.
Vlečna sila (potisk), ki jo ustvarja propeler, ki meša zrak, je primarni vir pogona, medtem ko ima šibak izpušni tok iz izpušne cevi le pomožno vlogo. V bistvu, če bi vzeli turboventilatorski motor, njegov velik ventilator izpostavili navzven in zmanjšali njegovo vrtilno hitrost, bi v bistvu imeli turbopropelerski motor.
[Slika]
Turbopropelerski motor
Prednost turbopropelerskega motorja je njegov izjemno visok izkoristek med-letenjem z nizko hitrostjo-je celo bolj učinkovit-goriva kot turboventilator. Pri hitrostih letenja pod 600 km/h ima turbopropelerski motor izjemno prednost.
Očitne so tudi njegove slabosti: ne more leteti zelo hitro in povzroča precejšen hrup. Ruski bombnik Tu-95, ki uporablja turbopropelerske motorje, je znan po vzdevku »medved«. Ko se propeler vrti z veliko hitrostjo, njegove konice prebijejo zvočni zid in ustvarijo neverjetno glasen hrup, ki naj bi ga slišali z razdalje do 20 kilometrov. Visoka hitrost v kombinaciji z oglušujočim hrupom je le ena plat kovanca s turbopropelerskimi motorji.
Slika
Turbopropelerski motor AEP500
Turbopropelerji so še posebej-primerni za nizko{1}}do-srednje-hitrostna transportna letala, patruljna letala in regionalna letala. Ne zahtevajo visokih hitrosti, ampak dajejo prednost učinkovitosti goriva, nizkim stroškom in minimalnim zahtevam po vzletno-pristajalni stezi. Številna turbopropelerska letala lahko vzletajo in pristajajo na kratkih, neasfaltiranih pasovih-kar je nemogoče za standardna komercialna letala.
4
Turbogredni motorji: izdelani posebej za helikopterje
Po turbopropelerjih je turbogred enostavno razumeti. Medtem ko turbopropelerski motor usmerja svojo moč na vrtenje propelerja, ga turbogred usmerja na vrtenje rotorja helikopterja.
Slika
Turbogredni motor
Turbogredni motorji imajo več ključnih značilnosti:
Izjemno visoko razmerje moči{0}}in-težo-so kompaktni in lahki, a zagotavljajo izjemno moč. To je ključnega pomena za helikopterje; vsak prihranjen kilogram teže omogoča dodaten kilogram tovora.
Kompaktna struktura-zasnovana tako, da se prilega ozkemu trupu helikopterja.
Nastavljiva smer izpušnih plinov-za razliko od drugih motorjev, ki morajo izpušne pline odvajati nazaj, je mogoče izpušno pot prilagoditi specifični postavitvi ogrodja helikopterja.
Turbopropeli in turbogredi sta v bistvu dve različici istega jedrnega motorja. Proizvajalci morajo preprosto spremeniti končni izhodni mehanizem; isti osnovni motor lahko služi kot turbopropelerski za-letala s fiksnimi krili ali turbogred za helikopterje. Letalska industrija je tovrstno modularno zasnovo izvajala že dolgo preden je koncept postal trend.
Nazadnje pojasnimo razmerja med štirimi vrstami:
Turboreaktivni: prednik; najčistejša oblika. Ponuja najvišje hitrosti, a porabi največ goriva.
Turbofan: izboljšana različica. Doda velik ventilator za uravnoteženje potiska in učinkovitosti goriva, zaradi česar je trenutni industrijski standard.
Turbopropelerski: različica-z varčno porabo goriva. Vso moč usmerja na propeler, kar zagotavlja odlično ekonomičnost pri nižjih hitrostih.
Turbogred: specializirana različica. Moč pretvarja v izhod gredi posebej za pogon helikopterskih rotorjev. Nobena od štirih vrst motorjev ni sama po sebi boljša od drugih; vsak ima svoje prizorišče in svoj način uspevanja.
