Турбовинтовой авиационный двигатель НК-12 (ТВ-2, ТВ-12).
Разработчик: ОКБ-276, Н.Д.Кузнецов
Страна: СССР
Построен: 1954 г.
Начало гос. испытаний: 1955 г.
Принят на вооружение: 1955 г.
В 1946 году в посёлке Управленческий, расположенном на берегу Волги в 30 км от Куйбышева, был организован опытный завод № 2. На его базе было сформировано два конструкторских бюро: ОКБ-1 (главный конструктор А.Шайбе) и ОКБ-2 (главный конструктор К.Престель), численность работающих в 1947 году составляла около 2500 человек, из них 662 — немецкие специалисты. При организации завода предполагалось, что в СССР немцы продолжат работы, начатые ими в Германии — создание форсированных образцов серийных немецких ТРД «Jumo-004» и «BMW-003» и новых мощных реактивных двигателей «Jumo-012» и «BMW-018». Однако в конце 1946 года появилась новая задача: разработка турбовинтовых двигателей.
После серии опытно-конструкторских работ по турбовинтовым двигателям «022» и «028», мотокомпрессорному реактивному двигателю «032» и турбореактивному «003с» в 1948 году было принято решение объединить два ОКБ и сосредоточить усилия на разработке одного двигателя — «022». В середине 1948 года проектирование двигателя завершилось, три экземпляра передали в производство. В 1949 году, в самый разгар работ по «022», на завод № 2 пришел новый руководитель — Николай Дмитриевич Кузнецов. Он уже имел опыт работы по немецким реактивным двигателям — в 1946 году вместе с Климовым и Бранднером на заводе в Уфе осваивал производство «Jumo-004».
В 1951 году двигатель «022» получил наименование ТВ-2 (турбовинтовой двигатель-2). Вместо обычного четырёхлопастного пропеллера были применены соосные винты противоположного вращения.
Специалистам выдали новое задание: построить ТВД большой мощности — 12000 л.с. Такие двигатели требовались для нового стратегического бомбардировщика Ту-95 .
Самым простым методом обеспечить требуемые характеристики новой силовой установки было соединение вместе двух форсированных ТВ-2 с передачей мощности на один общий редуктор. Однако, сначала стендовые испытания, а затем и катастрофа Ту-95 с двигателями 2ТВ-2Ф показали, что для надежной работы необходимо создавать новый двигатель.
На новом двигателе число ступеней турбины увеличили до пяти. Благодаря созданию нового жаропрочного сплава нимоник появилась возможность повысить давление в компрессоре и увеличить температуру газа перед турбиной. Для повышения КПД двигателя выполнили большое количество исследований по уменьшению потерь в лопаточных машинах, применили уплотняющие вставки, позволяющие минимизировать радиальные зазоры в турбине, создали пустотелые охлаждаемые лопатки оригинальной конструкции. Был изготовлен новый редуктор, решены вопросы регулирования ТВД с соосными винтами противоположного вращения.
В результате всех этих мероприятий удалось добиться требуемой мощности, высокой надежности и хорошей топливной эффективности двигателя. По удельному расходу топлива он оказался намного экономичнее своего предшественника ТВ-2.
В начале 1953 года закончилась сборка двигателя. Он получил обозначение ТВ-12. Стендовые испытания ТВ-12 прошли успешно. Двигатель продемонстрировал требуемую мощность и высокий ресурс. Создание ТВ-12 (НК-12) было финальной работой, в которой участвовали немецкие специалисты. В конце 1953 года последние немцы покинули завод. Окончательными испытаниями и последующим усовершенствованием двигателя занимался советский коллектив под руководством Н.Д.Кузнецова.
Для его лётных испытаний в 1953 году специально были оборудованы три самолета Ту-4ЛЛ (Летающая Лаборатория). Двигатель ТВ-12 был установлен на месте правого внутреннего поршневого мотора АШ-73 . При этом ТВ-12 превосходил АШ-73 по мощности более чем в 5 раз, а его винты по диаметру были больше примерно в 1,5 раза. Испытания проводили ведущий летчик-испытатель М.А.Нюхтиков и ведущий инженер Д.И.Кантор. После Госиспытаний в конце 1954-го — феврале 1955 года был совершен первый полет самолета «95-2», второго прототипа Ту-95 с двигателями ТВ-12. Серийный двигатель стал называться НК-12 — по первым буквам имени и фамилии руководителя опытного завода.
Одновальный турбовинтовой двигатель НК-12МВ состоит из следующих основных узлов:
-14-ступенчатого осевого компрессора;
-кольцевой камеры сгорания;
-реактивной 5-ступенчатой турбины;
-нерегулируемого реактивного сопла и дифференциального редуктора (передаточное отношение 0,0882).
Степень повышения давления в компрессоре меняется от 9 до 13 в зависимости от высоты, а также от положения механизации компрессора. Номинальная скорость вращения вала двигателя - 8300 об/мин, каждого из двух винтов - 735 об/мин. НК-12 является самым мощным и экономичным турбовинтовым двигателем в мире (удельный расход топлива в крейсерском полете - 0,161 кг/л.с.ч.), его также отличает чрезвычайно высокая надёжность.
Двигатель подвешивается к демпферам гондолы двигателя самолёта на четырёхстержневой раме-подвеске.
Силовая, несущая часть двигателя состоит из:
-картера вала заднего винта;
-картера редуктора;
-картера турбины, соединённого с картером редуктора четырьмя силовыми раскосами;
-статора турбины;
-задней опоры.
Эти узлы вместе с картером компрессора образуют остов двигателя, внутри которого размещаются ходовая часть редуктора с валами воздушных винтов, ротор компрессора, ротор турбины, камера сгорания, приводы агрегатов и другие узлы и детали.
Ротор имеет правое направление вращения, смотря по направлению полёта. Компрессор осевого типа, 14-ступенчатый с регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА) и с 5-ю клапанами перепуска воздуха дроссельного типа с гидравлическим управлением. ВНА управляется в зависимости от высоты и скорости полёта, клапаны перепуска воздуха управляются в зависимости от оборотов — при запуске и работе на режиме земного малого газа открыты, при повышении оборотов до 7900 об/мин поочерёдно закрываются. Камера сгорания кольцевая с 12 головками, турбина реактивная 5-ступенчатая. КПД компрессора — 0,88, турбины — 0,94, что является рекордом до настоящего времени. Для уменьшения радиальных зазоров были применены легкосрабатываемые покрытия на элементах проточной части статора. Для лопаток турбины были использованы литейные жаропрочные сплавы, которые при высокой температуре имеют пределы длительной прочности выше, чем деформируемые сплавы.
На НК-12 впервые были применена система регулирования подачи топлива в едином блоке (командно-топливный агрегат), регулирование радиальных зазоров в турбине. Из практики зарубежного авиадвигателестроения известно, что попытка создания ТВД мощностью более 10000 л.с. вызвала большие трудности в конструировании достаточно надежного редуктора с высоким КПД и малой массой и окончилась неудачей. В ОКБ Н.Д.Кузнецова эта задача была решена в содружестве с М.Л.Новиковым — профессором Военно-воздушной академии им. Н.Е.Жуковского благодаря применению зубчатых передач оригинальной конструкции.
Кроме того, на НК-12 впервые были применены:
— регулировка компрессора клапанами перепуска воздуха;
— система регулирования подачи топлива в едином блоке (командно-топливный агрегат);
— автоматическое флюгирование винтов как система защиты двигателя;
— регулирование радиальных зазоров в турбине.
С двигателем используются тянущие автоматические соосные винты изменяемого шага, с центробежным фиксатором шага, гидроцентробежным механизмом поворота лопастей с установкой лопастей во флюгерное положение и на упор промежуточного угла — АВ-60К либо АВ-60Н на Ту-95 , Ту-114 и Ту-142 , АВ-90 на Ан-22 . АВ-60К состоит из двух четырёхлопастных флюгируемых винтов противоположного вращения с изменяемым в полёте шагом и электрической системой противообледенения. Направление вращения винтов, если смотреть по направлению полета, переднего винта — правое, заднего винта — левое. Вес воздушного винта: переднего 518 кг, заднего 637 кг, общий 1155 кг, диаметр 5,6 м. Автоматическое флюгирование винтов используется как система защиты двигателя и самолёта. Винты разработаны в ОКБ-150 (позднее, Ступинское КБ машиностроения, сейчас — НПП «Аэросила»). Руководитель ОКБ-150, К.И.Жданов, получил в 1957 году за их разработку Ленинскую премию.
Модификации:
ТВ-2 — Доведен до производства, использовался очень ограниченно.
-2ТВ-2Ф — сдвоенный вариант ТВ-2. Испытания окончились неудачей.
-ТВ-12, он же НК-12 — первый серийный вариант. Предполагалось установить на транспортно-десантный самолет, но проект был закрыт.
-НК-12М — ТВД повышенной мощности. Первое испытание НК-12М состоялось в сентябре 1955 года, Госиспытания 19 июня 1956 года.
-НК-12МА — устанавливался на самолёт Ан-22. Воздушный винт АВ-90 диаметром 6,2 м.
-НК-12МВ — устанавливался на Ту-95К , Ту-114, Ту-126 , ТУ-142. Воздушный винт диаметром 5,6 м и массой 1155 кг.
-НК-12МК — устанавливался на экранолёт «Орлёнок».
-НК-12МП — двигатель для ракетоносца Ту-95МС . Увеличен ресурс, снижен расход топлива, применены новые приводы для более мощных генераторов. Устанавливался также на Ту-142М.
НК-16 (ТВ-16): мощность увеличена до 16000 л.с.
НК-12СТ, НК-14СТ: приводы газоперекачивающих агрегатов.
НК-14Э: привод генератора в блочно-модульных электростанциях.
Технические характеристики двигателя НК-12МВ:
Топливо (ГТД): керосин
Турбина, тип: реактивная
Турбина, количество ступеней: 5
Редуктор, передаточное число: 0,0882
Компрессор, кол-во ступеней: 14
Камера сгорания, тип: кольцевая с 12 головками
Обороты двигателя, взлетный режим, об/мин / %: 8300 ± 50
Обороты двигателя, номинальный режим, об/мин / %: 8300 ± 50
Обороты двигателя, малый газ, об/мин / %: 6600 + 200.
Двигатель НК-12 в экспозиции музея.
Наконец-то двигателестроители обратили внимание не только на создание моторов для самолётов большой авиации, но и готовы помочь в оснащении двигателями воздушных судов региональной и малой авиации. Причём на самолёты местных воздушных линий планируется установка турбовинтовых двигателей отечественного производства, изготовленных на предприятиях России и из отечественных материалов.
Особенности производства нового турбовинтового двигателя
В рамках программы импортозамещения Уральский завод гражданской авиации (УЗГА) разработал проект и готовит производство турбовинтового двигателя ВК-800С для самолёта чешского производства L-410UVP-E20, который изготавливают на этом же предприятии. Ранее эта машина была оснащена силовыми установками М601 и Н80, изготовленными в Чехии.
Инженер-конструктор, созданного в Санкт-Петербурге обособленного подразделения по импортозамещению, подтвердил, что в научно-производственном центре «Лопатки.Компрессоры. Турбины.» (НПЦ «ЛКТ») в мае уже будут собраны три опытных мотора ВК-800С, летом начнутся их стендовые испытания, а осенью их тестируют в воздухе.
НПЦ «ЛКТ» выбрано неслучайно для сборки этих силовых установок, поскольку изготовление лопаток турбин и роторного колеса – это и так высокие технологии, а организовать на таком центре дополнительное производство не стало большой проблемой. Поставлена задача добиться использования для производства двигателей ВК-800С комплектующих только из России.
Это становится возможным, поскольку агрегаты и основные узлы для этих моторов стали производить в Омске, Перми, Самаре и других российских городах, где расположены заводы и предприятия соответствующего профиля. Минпромторг уже сделал заказ на производство двух самолётов L-410UVP-E20 с российскими двигателями, а серийный выпуск ВК-800С начнётся сразу после процедуры сертификации, которую планируют закончить в течение двух лет.
Новый турбовинтовой двигатель ВК-800С для лёгких многоцелевых самолётов.
В сущности мотор ВК-800С – это версия вертолётного турбовального двигателя ВК-800В, который был создан в одном из подразделений объединённой двигателестроительной корпорации «ОДК-Климов» и предназначен для многоцелевых самолётов грузоподъёмностью до 1.5 тонны. Это весьма компактный двигатель, имеющий длину около одного метра, весом не более 140 кг и развивающий мощность на взлёте порядка 900 л.с.
«Русский самолёт» L-410
Ещё в 2008 году начался приход русских на чешский завод, точнее, после приобретения 51% акций, а в 2015 году УЗГА построил новые цеха и начал производство L-410 в ходе процесса постепенно заменяя все узлы и детали на отечественные комплектующее. Сам чехи уже называют L-410 «русским самолётом» и в действительности он станет полностью отечественным, как только уральский завод наладит серийный выпуск российских турбовинтовых двигателей ВК-800С.
Уральские специалисты наладили выпуск L-410 в 2016 году и готовят эти машины к суровым русским условиям. Самолёт оснащают нескольким видам шасси – лыжное предназначено для посадки на снежную поверхность, а поплавковое – на воду также готовится вариант для посадки на мягкий грунт и неподготовленные площадки. Словом, машину адаптируют полностью к эксплуатации в любых климатических условиях России, в том числе и на Крайнем Севере.
Лыжное шасси для L-410 найдёт применение на аэродромах Крайнего Севера и неподготовленных площадках Арктики.
Выпускаемый на уральском заводе L-410 получил современную авионику, связь и оборудование, изготовленные исключительно из отечественных комплектующих. Очевидно, что и двигатели у этой машины скоро будут российского производства.
Многоцелевой 19-местный самолёт L-410 востребован в различных вариантах как для гражданской авиации, так и для военной. Для обоих ведомств эта машина превосходно подходит как учебно-тренировочная для подготовки и обучения курсантов. На данный момент — это единственный самолёт обучения будущих пилотов военно-транспортной авиации. Простая и лёгкая в управлении машина способна прощать ошибки в пилотировании, особенно на посадке и лучших самолётов этого класса для подготовки курсантов пока не предвидится.
Пассажирский салон L-410 весьма комфортный и удобный.
Для гражданской авиации машина найдёт применение в грузопассажирском варианте, а её санитарная версия будет востребована в труднодоступной местности и при проведении поисково-спасательных работ. В военном ведомстве найдут применение разведывательные, санитарные и десантные варианты L-410 .
Заключение
На настоящее время в России отсутствуют самолёты подобного класса, такая машина нужна для первоначального обучения и для потребностей Минобороны. Хорошо известна неприхотливость этого самолёта, а оснащение его турбовинтовыми двигателями позволят использовать машину в полной мере, в том числе и для нужд Арктики. Значительно расширит область применения L-410 разработка нового шасси для мягких грунтов.
В это время Опытный завод № 2 под Куйбышевом заполучил опытного двигателиста бывшего концерна «Юнкерс». Это был Фердинанд Бранднер, бывший ведущий проекта поршневого мотора с 24 цилиндрами Jumo 222. В 1944-м, когда эту тему закрыли, его назначили гауляйтером промышленности Австрии. Там он попадает в советский плен. Ему удается доказать, что он конструктор двигателей «Юнкерса». Тогда, в 1946 году, его отправляют в Уфу, где он налаживает серийное производство реактивного двигателя Jumo 004 под обозначением РД-10.
Теперь, после объединения двух ОКБ, Фердинанд Бранднер становится неофициальным руководителем немецких конструкторов. Номенклатура трофейных двигателей была достаточно большой. Но стало ясно, что Опытный завод № 2 не в состоянии разрабатывать все направления. Да это оказалось и не нужно. Двигатели Jumo 004 и BMW 003 уже серийно выпускаются в Уфе и Казани под индексами РД-10 и РД-20. Реанимированный и модифицированный Jumo 012, с тягой, в три раза большей, продемонстрировал все свои возможности в разных вариантах. Оказалось, что для будущих советских истребителей он тяжеловат и расходует много топлива, а моторные ОКБ Климова, Микулина и Люльки набирались знаний и опыта. Их реактивные двигатели уже были не хуже немецких и английских.
Турбовинтовой двигатель Jumo 022
Назначенный в мае 1949 года главным конструктором Опытного завода № 2, Николай Кузнецов нацеливает коллектив конструкторов на доводку одного немецкого двигателя – турбовинтового Jumo 022. Только один экземпляр этого уникального технического сооружения немцы успели изготовить в конце войны, но так и не испытали. И вот он здесь, под Куйбышевом, и здесь же многие его создатели.
Николай Кузнецов с реактивными двигателями «Юнкерса» был хорошо знаком. Он год проработал главным конструктором моторного завода в Уфе. Там Jumo 004 стал родным, пока его превращали в серийный РД-10. Там Кузнецов работал с Бранднером, а теперь перетащил сюда из Уфы многих опытных инженеров. На завод стали распределять и молодых специалистов. Общая численность работников перевалила за две тысячи.
Первоначально на «Юнкерсе» турбовинтовой 022 создавался на базе турбореактивного 012 с таким расчетом, что половина тяги будет создаваться двумя соосными винтами противоположного вращения, другая половина – реактивным соплом.
Турбовинтовой двигатель НК-12
Немецкий опытный турбовинтовой двигатель послужил «печкой», от которой начали танцевать. Главный вопрос – как понизить удельный расход. Немецкие конструкторы активно совершенствовали двигатель. Начальник отдела турбины доктор Кордес создает новую методику ее расчета и проектирования. Удельный расход снизился. Модернизированный Jumo 022 впервые прошел 50-часовые государственные испытания. С марта 1951 года двигатель стали называть ТВ-2, а в мае начались его успешные испытания в воздухе на летающей лаборатории Ту-4.
В начале 1950 года бригада перспективных проектов, которой руководит доктор Йозеф Фогтс, получает задание разработать проект турбовинтового двигателя удвоенной мощности для стратегического бомбардировщика. В этой бригаде трудились самые умные и образованные немцы. Доктор Хельмут Гайнрих руководил термодинамическими расчетами. Доктор Макс Лоренц – аэродинамика и воздушные винты с реверсом. Основной компоновщик двигателей «Юнкерса» Отто Гассенмайер все идеи переводил в графику на кальках чертежей.
Разработанный проектировщиками двигатель мощностью десять тысяч лошадиных сил на воздушных винтах не приняли конструкторы. Начальник бригады компрессоров Ганс Дайнхард категорически заявил, что получить степень повышения давления 13 в четырнадцати ступенях невозможно. Начальник бригады камер сгорания Манфред Герлах не видит возможности удвоения количества сжигаемого топлива. Начальник бригады редуктора Рихард Эльце назвал разработанный планетарно-дифференциальный редуктор, обеспечивающий противоположное вращение двух воздушных винтов, технической авантюрой. Начальник бригады прочности доктор Рудольф Шайност сказал, что гарантировать работоспособность такого двигателя он не может и проект не поддерживает. Только начальник бригады турбин доктор Герхард Кордес верил в реальность создания четырехступенчатой турбины. Главный немецкий конструктор Фердинанд Бранднер сделал по проекту только несколько замечаний, так и не одобрив его. Но, несмотря на разногласия немецких конструкторов, Кузнецов дает команду двигатель разрабатывать, организуя параллельно экспериментальные исследования проблемных узлов и агрегатов.
В 1951 году Сталин забраковал дальний бомбардировщик Туполева Ту-85 из-за его малой скорости и дальности. «Немецкое» ОКБ Кузнецова получило задание разработать турбовинтовой двигатель ТВ-12 мощностью более двенадцати тысяч лошадиных сил для стратегического бомбардировщика Ту-95.
Через год новый двигатель с пятиступенчатой турбиной «запирался» и не хотел запускаться. Только в ноябре 1952 года, когда были изобретены и установлены управляемые клапаны перепуска воздуха в компрессоре, проблему решили. Потом долго доводили редуктор. Только специальная система охлаждения и смазки шестерен дала результат. Доводка компрессора и турбины также потребовала времени.
Гигантский турбовинтовой двигатель еще испытывали по частям и вносили изменения в его конструкцию, когда в ноябре 1953 года немцам разрешили вернуться домой. Уникальная машина, в создании которой они приняли самое активное и весомое участие, продемонстрирует свое рождение только через год. За создание самого мощного в мире серийного турбовинтового двигателя НК-12 Николай Кузнецов будет удостоен звания Героя Социалистического Труда и получит Ленинскую премию.
Значение работы двигателистов «Юнкерса» в Советском Союзе трудно переоценить. Начиная с 1946 года они выступали в роли учителей и творцов новых конструкторских решений. В Куйбышев, в поселок Управленческий, приезжали конструкторы и технологи от всех организаций, связанных с выпуском реактивных двигателей. Эксперименты и результаты испытаний вариантов новых двигателей, проводимые немецкими специалистами, становились достоянием конструкторов ОКБ Микулина, Климова и Люльки, а также ученых ЦИАМа, НИАТа и ВИАМа.
Из книги Киевской Руси не было, или Что скрывают историки автораТорговля - двигатель прогресса Если строго следовать постулатам исторического материализма, то в эпоху феодализма главную ценность представляла собой земля. Государства по этой концепции возникают тогда, когда земледелец становится способен создавать прибавочный
Из книги Третий проект. Том III. Спецназ Всевышнего автора Калашников МаксимПушкин и его двигатель Живет и здравствует еще один добрый знакомый Шама – Ростислав Михайлович Пушкин. Этот неукротимый изобретатель из подмосковного Красноармейска, сделавшись заодно и главой фирмы «Простор», совершает целый переворот в двигателестроении.Он изобрел
Из книги Киевской Руси не было, или Что скрывают историки автора Кунгуров Алексей Анатольевич автораПеревернутый двигатель Выдающимся достижением Хуго Юнкерса явилась разработка небольшого 12-цилиндрового бензинового двигателя L10, которую он начал в 1931 году. Хуго Юнкерс задумал его как высокооборотный и экономичный с высокими удельными параметрами. Такой двигатель
Из книги Неизвестный Юнкерс автора Анцелиович Леонид ЛипмановичРеактивный двигатель Это было самое выдающееся изобретение двигателистов концерна «Юнкерс». Профессор Отто Мадер сначала не питал особых надежд на то, что у них получится что-то путное. Не было ни опыта, ни специалистов. Был только дерзкий рывок Хейнкеля, который показал
Из книги Пестрые истории автора Рат-Вег ИштванОрфир? и его вечный двигатель Иоганн Элиас Бесслер позолотил сам себя романтическим именем Орфире, когда путем ряда мошеннических трюков смог обеспечить себе почтенное бюргерское благополучие. Поначалу жажда приключений и неистребимое отвращение к систематическому
Из книги Россия: критика исторического опыта. Том1 автора Ахиезер Александр Самойлович Из книги Советская водка. Краткий курс в этикетках [илл. Ирина Теребилова] автора Печенкин Владимир Из книги Тайны древних цивилизаций. Том 2 [Сборник статей] автора Коллектив авторовРадиация – двигатель прогресса Но историческую миссию Каспиотиды как протоцивилизации определил, прежде всего, высокий радиоактивный фон региона. Экосистема впадины Каспийского моря благодаря особенностям своего геологического развития отличается радиоактивной
Из книги Киевской Руси не было. О чём молчат историки автора Кунгуров Алексей АнатольевичТорговля – двигатель прогресса Если строго следовать постулатам исторического материализма, то в эпоху феодализма главную ценность представляла собой земля. Государства по этой концепции возникают тогда, когда земледелец становится способен создавать прибавочный
Из книги Россия и Запад. От Рюрика до Екатерины II автора Романов Петр ВалентиновичЕресь как двигатель прогресса Ересь стригольников заключала в себе некоторые внешние черты, роднившие ее с западным рационализмом. Последующее движение уже отчетливо несет на себе следы связи с Западом. «Если не прямо с Западом эпохи Возрождения, то с ее отзвуками, хотя,
автора Гумилевский Лев Иванович5. Универсальный двигатель ПолзуновПодобно тому как в произведении искусства сказывается творческая индивидуальность его автора, в любом инженерном сооружении - будь то железнодорожный мост, самолет или паровой двигатель - мы легко можем обнаружить личность творца,
Из книги Создатели двигателей [илл. Е.Ванюков] автора Гумилевский Лев Иванович6. Идеальный тепловой двигатель КарноВ эпоху промышленной революции практический опыт шел далеко впереди научных знаний. Даже после того как паровые машины проникли во все области промышленности и транспорта, теоретические представления о том, что происходит в этих
Из книги Создатели двигателей [илл. Е.Ванюков] автора Гумилевский Лев Иванович4. Вторичный двигатель Кооперация современниковМощность магнитоэлектрических машин зависела главным образом от силы магнита, возбуждающего в катушках электрические токи. К усилению этих магнитов и стремились конструкторы. Однако многого они в этом направлении не
Из книги Новгород и Ганза автора Рыбина Елена Александровна4. Язык как двигатель торговли Знание русского языка считалось у ганзейцев очень важным и ценным качеством для купца, ведущего торговые дела с Русью, однако его изучение рассматривалось как большое и трудное дело, которое не должно было мешать основной деятельности
Из книги Россия и Запад на качелях истории. Том 1 [От Рюрика до Александра I] автора Романов Петр ВалентиновичЕресь как двигатель прогресса Ересь стригольников заключала в себе некоторые внешние черты, роднившие ее с западным рационализмом. Последующее движение уже отчетливо несет на себе следы связи с Западом.Если не прямо с Западом эпохи Возрождения, то с ее отзвуками, хотя,
Турбовинтовые двигатели на первый взгляд внешне напоминают поршневые моторы по общей черте и тех и других — воздушному винту. Но на этом сходство прекращается, далее наступает путь конструктивно совершенно иной машины, с иным принципом работы, с иными характеристиками и режимами работы, с иными возможностями.
Турбовинтовые двигатели (ТВД) – это разновидность газотурбинных двигателей, которые нашли широкое применение в авиации. Сами по себе газотурбинные двигатели (ГТД) были разработаны в качестве универсального преобразователя энергии, которые в итоге стали использовать в авиастроении. Газотурбинный двигатель представляет собой тепловую машину, в которой при сгорании топлива расширенные газы вращают турбину, создавая крутящий момент, а к валу турбины можно подключать необходимые агрегаты. В случае с ТВД к валу подключается воздушный винт.
Турбовинтовые двигатели – это своеобразная «помесь» поршневых моторов с турбореактивными. Поршневые двигатели были первыми силовыми установками, которыми снабжались самолеты. Они представляли собой цилиндры, расположенные в виде звезды, в центре которой располагался вал, вращающий воздушный винт. Но из-за своего большого веса и ограничений по скорости от них со временем отказались, отдав предпочтение турбореактивным двигателям. Правда, ТРД тоже оказались далеко не идеальными. При возможности развивать сверхзвуковую скорость они довольно «прожорливые», что повышает затраты на топливо при их эксплуатации, а их использование на пассажирских и грузовых самолетах делает перелеты слишком дорогими. Именно этот недостаток реактивных двигателей и было возложено устранить их турбовинтовым сородичам, которые на сегодняшний день успешно используются в авиации. Взяв за основу строение и принцип работы ТРД и умело совместив его с работой воздушного винта от поршневых моторов, они смогли соединить в себе небольшие габариты и малый вес, экономный расход топлива и высокий КПД.
Hawker Beechcraft King Air 350
Впервые в Советском Союзе ТВД сконструировали и испытали еще в 30-х годах, а в 50-е началось их серийное производство. Диапазон их мощностей был в пределах 1880-11000 кВт. Турбовинтовые двигатели долгое время успешно использовались в гражданской и военной авиации, отличаясь надежностью и долговечностью. Примером может служить заслуженный «ветеран» отечественного авиастроения АИ-20, которым оснащались ИЛ-18, АН-8, АН-32, АН-12, БЕ-12, ИЛ-38. Но со временем стало понятно, что увеличивать их мощность можно только до определенного предела, а использовать их на сверхзвуковых скоростях не получится, так что сфера их использования резко сократилась. Сейчас ТВД в основном используются в гражданской авиации на самолетах с низкой скоростью, тогда как сверхзвуковые самолеты оснащены турбореактивными двигателями. ТВД устанавливаются на АН-24, АН-32, ИЛ-18, ТУ-114.
Устройство и принцип работы турбовинтового двигателя
Строение турбовинтового двигателя довольно простое. Он состоит из воздушного винта с редуктором, компрессора, камеры сгорания, турбины и выходного устройства – сопла. Компрессор нагнетает и сжимает воздух, направляя его в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Горючая смесь, полученная при смешивании воздуха с топливом, воспламеняется, образуя газы с высокой потенциальной энергией, которые, расширяясь, поступают на лопасти турбины, вращая ее, а сама турбина вращает воздушный винт и компрессор. Энергия, не потраченная на вращение турбины, выходит в виде потока воздуха через сопло, образуя реактивную тягу, величина которой не более 10% от общей тяги мотора. Поскольку она незначительна по своей величине, ТВД не считается реактивным. Как видно, по своему строению и принципу работы турбовинтовой двигатель очень напоминает турбореактивный с той лишь разницей, что в первом случае выработанная полезная энергия идет на вращение винта, а во втором она полностью выходит в виде потока воздуха через сопло, образуя реактивную тягу.
Строение турбовинтового двигателя
Рабочий вал
Различают двухвальные и одновальные турбовинтовые двигатели. В одновальных ТВД турбина с компрессором и винт расположены на одном валу, тогда как в двухвальных между ними нет механической связи: турбина и компрессор закреплены на одном валу, а винт через редуктор – на другом. Во втором случае конструкция мотора включает в себя две турбины, связанные между собой не механически, а газодинамически: одна для компрессора, вторая для винта. Это более распространенный и эффективный вариант, который, несмотря на более сложную конструкцию, используется чаще. Такое решение позволяет использовать энергию двигателя без запуска винтов, что удобно в случаях, когда самолет находится на земле и нужно обеспечить выработку электроэнергии и подачу воздуха высокого давления.
Компрессор
Компрессор ТВД имеет ступенчатую конструкцию с числом ступеней в пределах 2-6, что позволяет воспринимать значительные перепады давления и температур при работе, регулировать и снижать обороты. Многоступенчатая конструкция также дает возможность снизить массу и размеры мотора, что немаловажно для авиационных двигателей, где на счету каждый грамм веса. Компрессор состоит из рабочех колес с лопатками и направляющего аппарата. Направляющий аппарат может быть как регулируемым (с поворачивающимися лопатками вокруг своей оси), так и не регулируемым.
Воздушный винт
Воздушный винт создает необходимую тягу, но при этом скорость его вращения ограничена. Наиболее эффективно он работает на скорости 750-1500 об/мин, после чего КПД падает, а сам винт из движителя фактически превращается в тормоз. Это явление носит название «эффект запирания» и связано оно с тем, что отдельные части лопастей винта на высоких оборотах начинают двигаться со скоростью, превышающей скорость звука, что становится причиной его некорректной работы. Это же происходит, если увеличить диаметр лопастей, ведь чем они длиннее, тем больше линейная скорость на их концах.
Турбина
Турбина же развивает скорость до 20 000 об/мин, но винт на таких оборотах просто не сможет работать, поэтому он оснащается понижающим редуктором, уменьшающим скорость вращения и повышающим момент. Редукторы по своему строению могут отличаться, но их задача – понижение скорости вращения и увеличение момента – остается неизменной. Ограничение скорости вращения винта во многом ограничивает использование ТВД особенно в военной авиации, где важна скорость, но ученые и конструкторы ведут активную работу по созданию сверхзвукового двигателя, правда, пока их старания не увенчались успехом. Для увеличения тяги на некоторых моделях устанавливаются по два винта, которые в процессе работы вращаются в противоположные стороны, приводимые в движение одним редуктором. Примером такого двигателя является Д-27, который называют турбовинтовентиляторным. Он оснащен двумя винто-вентиляторами, закрепленными через редуктор на оси свободной турбины. Пока это единственный двигатель такого рода, который используется в гражданской авиации на самолетах АН-70, но его появление и успешное использование смогут стать настоящим прорывом в сфере улучшения эксплуатационных показателей ТВД.
Преимущества и недостатки
Подведя итоги, можно выделить основные преимущества и недостатки ТВД. Преимуществами турбовинтовых двигателей являются:
— небольшой вес в сравнение с поршневыми моторами;
— экономичность и меньший расход топлива в сравнение с турбореактивными двигателями, что объясняется наличием воздушного винта, КПД которого порой достигает 86%.
Но при всех своих достоинствах ТВД не могут полностью заменить собой реактивные двигатели, ведь их конструкция не позволяет развивать большие скорости. Их скоростной предел составляет 750 км/час, тогда как современная авиация требует намного большего. Еще один минус – шум при работе винта, превышающий гранично допустимые значения, определенные Международной организацией гражданской авиации.
Таким образом, несмотря на высокий КПД и экономичность, использование турбовинтовых двигателей ограничено. В основном ими оснащаются самолеты, летающие с небольшой скоростью и на дальние расстояния, что позволяет значительно снизить стоимость пассажирских и грузовых перелетов. В этих случаях их использование полностью оправдано. Но в военной авиации ТВД практически не используются – здесь важны не экономия топлива, а скорость, маневренность и бесшумность, что вполне могут обеспечить турбореактивные двигатели. Вместе с тем в авиационной промышленности постоянно ведутся работы по созданию сверхзвуковых винтов, которые смогли бы преодолевать звуковой барьер без потерь КПД и «эффекта запирания». Возможно, со временем этим двигателям удастся вытеснить своих реактивных собратьев и занять их место в современном авиастроении. Пока же ТВД остаются пусть и не самыми мощными, но выносливыми и надежными «рабочими лошадками».
Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД ) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.
Устройство турбовентиляторного двигателя
Конструкция
Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.
ТРД состоит из нескольких основных элементов:
- вентилятор;
- компрессор;
- камера сгорания;
- турбина;
- сопло.
Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.
Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.
Вид самолетного двигателя снаружи
Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.
Далее смесь поступает в сопло. Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.
В двигателях воздушных судов могут быть установлены различные сопла. Наиболее совершенными считаются подвижные. Подвижное сопло способно расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струе. Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.
Виды двигателей
Двигатели для самолетов бывают различных типов:
- классические;
- турбовинтовые;
- турбовентиляторные;
- прямоточные.
Классические установки работают по принципу, описанному выше. Такие двигатели устанавливают на воздушных судах различной модификации. Турбовинтовые функционируют несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.
Турбовентиляторные двигатели представляют собой комбинированные установки, сочетающие элементы турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Они отличаются от классических большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и винт функционируют на дозвуковых скоростях. Скорость перемещения воздуха понижается за счет наличия специального обтекателя, в который помещен вентилятор. Такие двигатели более экономично расходуют топливо, чем классические. Кроме того, они характеризуются более высоким КПД. Чаще всего их устанавливают на лайнерах и самолетах большой вместительности.
Размер двигателя самолета относительно человеческого роста
Прямоточные воздушно-реактивные установки не предполагают использование подвижных элементов. Воздух втягивается естественным путем благодаря обтекателю, установленному на входном отверстии. После поступления воздуха двигатель работает аналогично классическому.
Некоторые самолеты летают на турбовинтовых двигателях, устройство которых гораздо проще, чем устройство ТРД. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.
Вконтакте
