Jeste li znali? Kada pogledamo fotografije aviona, prvo što nam upadne u oči mogu biti livreja ili krila. Međutim, prave determinante brzine, dometa i putničkog kapaciteta aviona leže u "srcu" skrivenom ispod krila ili unutar trupa: motoru.
Turbomlazni, turboventilatorski, turboprop i turboosovina-ova četiri imena mogu zvučati kao zvrtanje jezika kada se navedu zajedno. Ipak, kada shvatite odnose između njih, fundamentalna logika dizajna aviona odmah postaje jasna. Hajde da to raskinemo danas.
[slika]
Prvo, imajte na umu ovaj osnovni koncept: ova četiri tipa motora pripadaju istoj porodici. Svi rade na principu gasne turbine. Jednostavno rečeno: vazduh se uvlači → komprimuje se → gorivo se ubrizgava i sagoreva → visoka-temperatura, gas visokog-pritiska pokreće turbinu da se okreće → izduvni gasovi se izbacuju da bi se stvorio potisak. Sva četiri dijele potpuno isti osnovni proces.
Razlika je u tome kako oni kanališu energiju koja se stvara nakon sagorijevanja.
1
Turbomlazni motor: Originalna loza
Puni naziv je "turbomlazni motor" i bio je to prvi tip mlaznog motora koji je dostigao zrelost. Njegov princip rada je najjednostavniji: sav zrak prati jedan put-kompresije, sagorijevanja i izbacivanja. Što se izduvni gas brže izbaci, to je veći potisak.
U borbi, u trenutku kada pilot uključi naknadno sagorevanje, potisak može porasti za 30% do 100%; međutim, ova mogućnost se može koristiti samo nakratko, jer je potrošnja goriva astronomski velika.
Najveća prednost turbomlaznog motora je brzina, što ga čini idealnim za let na velikoj-visini i velikom{1}}brzinom. Njegov najveći nedostatak je velika potrošnja goriva; efikasnost je posebno slaba tokom leta pri maloj{3}}brzini.
[Slika: Šematski dijagram strukture turbomlaznog motora]
Da li se iko ikada zapitao da li je moguće dodati dodatni sloj zraka oko motora-vazduha koji zaobilazi komoru za sagorijevanje i jednostavno ga izbacuje ventilator da bi stvorio potisak? Zar to ne bi uštedilo gorivo?
I tako je rođen turboventilatorski motor.
2
Turbofan motor: Reigning Champion
Možete zamisliti turboventilatorski motor kao turbomlazni motor koji nosi "vazdušni kaput". Veliki ventilator je instaliran ispred originalnog jezgra motora. Kada vazduh uđe, deli se na dva puta:
Mali dio prati centralni "stari put" (unutrašnji kanal/jezgro): kompresija → sagorijevanje → izduv → stvaranje potiska.
Veliki dio prati vanjski "novi put" (spoljni kanal/zaobilazni kanal): ubrzava se samo ventilatorom → direktnim izduvnim gasom → stvaranjem potiska (i veća efikasnost goriva).
[slika]
Principi rada unutrašnjih i vanjskih kanala turboventilatorskog motora (protoci jezgre i obilaznice)
Ključ leži u jednoj cifri: **bypass ratio**. Ovo je osnovni koncept u aero-motorima. Jednostavno rečeno, to je omjer mase zraka koji teče kroz vanjski kanal i mase zraka koji teče kroz unutrašnji kanal.
Bypass odnos nula → Turbomlazni motor
Nizak omjer zaobilaženja (npr. 0,2–0,3) → Dobre performanse velike-brzine → Koristi se na borbenim avionima
Visok omjer zaobilaženja (npr. 8–9 ili više) → Visoko -efikasna goriva, mala buka → Koristi se na civilnim avionima
Najveći svjetski civilni turboventilatorski motori danas postižu omjer zaobilaženja koji prelazi 10. Drugim riječima, potisak zraka koji stvara sagorijevanjem u jezgru motora čini manje od jedne-desetine ukupnog broja; preostalih 90% potiska dolazi od vazduha koji gura masivni ventilator. Ovo je tajna iza njihove kombinacije snage i efikasnosti goriva.
[slika]
3
Turboelisni motor: "Herkules" zračnog transporta
Mnogi ljudi zamjenjuju turboelisne motore sa staromodnim{0}}motorima s klipom. U stvarnosti, oni su potpuno drugačiji. U svojoj srži, turboelisni motor je u suštini mlazni motor, ali on prenosi većinu snage koju proizvodi turbina na vanjski propeler preko redukcionog mjenjača.
Vučna sila (potisak) koju stvara propeler koji uzburkava vazduh je primarni izvor pogona, dok slaba struja izduvnih gasova iz ispušne cevi igra samo pomoćnu ulogu. U suštini, ako uzmete turboventilatorski motor, izložite njegov veliki ventilator prema van i smanjite njegovu brzinu rotacije, u suštini biste imali turboelisni motor.
[slika]
Turboprop motor
Prednost turboelisnog motora je njegova izuzetno visoka efikasnost tokom-leta pri maloj brzini-to je čak i ekonomičniji-od turboventilatorskog. Pri brzinama leta ispod 600 km/h, turboelisni motor ima ogromnu prednost.
Njegovi nedostaci su također očigledni: ne može letjeti vrlo brzo i stvara značajnu buku. Ruski bombarder Tu-95, koji koristi turboelisne motore, ima slavni nadimak "Medvjed". Kada se propeler okreće velikom brzinom, njegovi vrhovi probijaju zvučnu barijeru, stvarajući nevjerovatno glasnu buku koja se navodno može čuti s udaljenosti do 20 kilometara. Velika brzina u kombinaciji sa zaglušujućom bukom samo je jedna strana medalje turboprop.
Slika
AEP500 turboelisni motor
Turboelisni motori su posebno{0}}prikladni za transportne avione niske{1}}do-srednje brzine-, patrolne avione i regionalne avione. Ne zahtijevaju velike brzine, ali daju prednost efikasnosti goriva, niskim troškovima i minimalnim zahtjevima za pistu. Mnogi turboelisni avioni mogu poletjeti i sletjeti na kratke, neasfaltirane trake-što je nemoguće za standardne komercijalne avione.
4
Turboosovinski motori: Napravljeni posebno za helikoptere
Nakon što su pokriveni turbopropele, turboosovine su lako razumljive. Dok turboprop usmjerava svoju snagu na okretanje propelera, turboosovina ga usmjerava na okretanje rotora helikoptera.
Slika
Turboosovinski motor
Turboosovinski motori imaju nekoliko ključnih karakteristika:
Izuzetno veliki{0}}omjer-težine{2}}su kompaktni i lagani, a istovremeno isporučuju ogromnu snagu. Ovo je ključno za helikoptere; svaki ušteđeni kilogram težine omogućava dodatni kilogram nosivosti.
Kompaktna struktura-dizajnirana da stane u uski trup helikoptera.
Podesivi smjer izduvnih gasova-za razliku od drugih motora koji moraju ispuštati unatrag, izduvni put se može prilagoditi specifičnom rasporedu okvira helikoptera.
Turboelisni i turboosovini su u suštini dvije varijante istog motora sa jezgrom. Proizvođači jednostavno moraju modifikovati konačni mehanizam proizvodnje; isti motor sa jezgrom može poslužiti kao turboprop za-avioni s fiksnim krilima ili kao turboosovina za helikoptere. Zrakoplovna industrija je praktikovala ovu vrstu modularnog dizajna mnogo prije nego što je koncept postao trend.
Na kraju, razjasnimo odnose između četiri tipa:
Turbomlazni: Predak; najčistiji oblik. Nudi najveće brzine, ali troši najviše goriva.
Turbofan: poboljšana verzija. Dodaje veliki ventilator za balansiranje potiska i efikasnosti goriva, što ga čini trenutnim industrijskim standardom.
Turboprop: verzija sa{0}}efikasnom potrošnjom goriva. Svu snagu usmjerava na propeler, nudeći odličnu ekonomičnost pri nižim brzinama.
Turboshaft: specijalizirana verzija. On pretvara snagu u izlaz osovine posebno za pogon rotora helikoptera. Nijedan od četiri tipa motora nije inherentno superiorniji od ostalih; svako ima svoju arenu i svoj način napredovanja.
