Turboprop
Turboprop ( kuffertord fra turbojet og propel ) er et almindeligt navn for propellturbinluftstrålemotor (forkortet PTL ), ofte også ganske enkelt omtalt som propelturbine . En turboprop er en varmemotor med kontinuerlig forbrænding (termisk flowmaskine ) og bruges hovedsageligt som flymotor . I daglig tale omtales et fly, der drives af PTL, ofte som en "turboprop" (ligesom et fly med turbinstrålefremdrivning ofte omtales som et "jet").
Anvendelse og brug
Denne motortype er kendetegnet ved et relativt lavt specifikt brændstofforbrug , hvorfor den hovedsageligt bruges i transport- og kortdistancefly. Regionale passagerfly med lige, tilbagelæste vinger og en krydshastighed på 500 til 700 km / t er nu det vigtigste anvendelsesområde for turbopropmotorer i civil luftfart. Fly med disse motorer er begrænset til flyvehastigheder på op til 80 procent af lydhastigheden ( Mach 0,8), hvilket svarer til omkring 870 km / t i 8.000 m højde under normale forhold . I dette hastighedsområde fungerer turboprops mere økonomisk end rene turbinemotorer.
Selvom moderne højtydende turboprops også kan nå højder på over 10.000 m (30.000 fod), er de af certificeringsmæssige årsager normalt begrænset til en maksimal højde på 8 km (ifølge § 21 LuftBO skal alle flyvebesætningsmedlemmer have iltmasker til rådighed fra 7.600 m (25.000 fod); under flyvninger over 6.000 m (20.000 fod) fly til erhvervsmæssig transport af mennesker skal der være en kabine under tryk og et iltsystem til passagerer ). På grund af det lavere lufttryk i højere luftlag falder turbopropmotorernes effektivitet også, hvorfor der bruges flere og flere fly med turbofanmotorer der.
En anden civil anvendelse er mindre forretningsfly (eksempel: Beechcraft King Air ) og landbrugsfly . Militært bruges turboprops i taktiske transportfly såsom C-130 Hercules eller i skole- og træningsfly som Pilatus PC-21 .
Struktur og funktionalitet
En propel
B gear
C kompressor
D forbrændingskammer
E turbine
F afgangsdyse
Turbopropmotoren består af en gasturbine, der driver en propel, normalt via en hastighedsreducerende gearkasse . Den stak af motoren er i vid udstrækning frembringes af propellen - arbejdsgassen forlader udløbet diffusor kun bidrager højst 10% til den samlede tryk , [1] , hvorved afviger princippet fremdrift væsentligt fra turbojetmotorer og svarer til den turbofan. For at generere tryk, flyttes en meget stor mængde luft af propellen (også i sammenligning med mængden af arbejdsgas, der strømmer gennem selve motoren), men den accelereres kun lidt. I tilfælde af rene turbojet jetmotorer accelereres derimod meget mindre mængder af fremdrivningsmediet meget stærkere.
Afhængigt af flyvehastigheden, højden og belastningen ændres propelbladenes angrebsvinkel, så både turbinen og propellen fungerer så konsekvent som muligt i det optimale hastighedsområde ( propeller med konstant hastighed, propel med variabel stigning ).
Gasturbinen giver energi til at drive propellen. Det suger luft ind, som komprimeres i en aksial eller radial, for det meste flertrins turbo kompressor. Det går derefter ind i forbrændingskammeret, hvor brændstoffet brænder med det. Den nu varme, højenergiforbrændingsgas strømmer gennem turbinen, som normalt er aksial og flertrins, ekspanderende og kølig. Energien, der overføres til turbinen, driver turbo -kompressoren via en aksel på den ene side og propellen via et gear på den anden. Udstødningsgasserne udledes baglæns.
Sammenlignet med et konventionelt drev via stempelmotorer har propelturbiner fordelen ved lavere vægt med samme ydelse (ca. 0,23 til 0,27 kg / kW) og et mindre frontareal med mindre luftmodstand.
Parafin bruges normalt som brændstof til turbopropmotorer inden for luftfart.
Frihjulsmølle
Nogle turboprops har en fritgående turbine. Her er turbintrinene, der driver kompressoren og hjælpeenhederne og den egentlige effektturbine, ikke koblet til hinanden på en fælles aksel. Gasgeneratoren, som består af kompressoren og sin egen turbine (trin), genererer en gasstrøm, der virker på et mekanisk adskilt turbintrin, der driver propellen. Med disse motorer kan gasgeneratorens hastigheder og det nyttige effektniveau derfor variere betydeligt afhængigt af driftsstatus. I de mindre versioner er effektturbinerne et eller to-trins; kompressorerne kan kombineres med radiale og aksiale kompressorer. Dette design bruges ofte i helikoptere, fordi det gør det muligt at starte motoren eller gasgeneratoren, mens rotoren holdes på plads af en rotorbremse (f.eks. CH-53G ). Dette gør brugen af aftagelige mekaniske koblinger mellem turbine og belastning overflødig, da rotorsystemet ikke behøver at drejes af starteren på grund af mølletrinnene, som kun er forbundet med gasdynamik, men ikke mekanisk. Dette gælder også for startprocessen for fritgående propellermøller, da motoren, propeller og propel ikke har en direkte friktionsforbindelse med startmotoren, hvilket lettere kan bringe gasgeneratorakslen til starthastighed.
Konceptet bruges også i fastvingede fly, f.eks. Pilatus PC-7 , der drives af en Pratt & Whitney Canada PT6 propelturbine. I nogle designs køres drev med en fritgående turbine af gasstrømmen mod den faktiske flytteretning (luft, der kommer ind i kompressoren bagfra), sædvanligvis med markante udstødningsrør i motorens forreste del. Fordelen her er, at gasgeneratorrotoren (kompressor og turbine) ikke behøver at være konstrueret med en hul koaksial aksel, men der kræves kun enkelte korte aksler for at overføre drivkræfterne fra de respektive turbintrin til kompressorens bagside og til forsiden af propelgearet til overførsel, hvilket væsentligt forenkler konstruktionen af sådanne motorer.
Graft -drev
I moderne motorer bruges i stigende grad propeller med fem eller ofte flere overlappende vinger, som normalt er seglformede og brede, har en meget tynd profil og undertiden endda fungerer som et moddrejende par på to koaksiale aksler i en turbine. Som følge heraf kan den samme luftgennemstrømning opnås med en kortere klingelængde og / eller en lavere hastighed. Den lavere hastighed ved knivspidserne resulterer i et lavere støjniveau. Derudover er dette den eneste måde at holde de nuværende hastigheder ved knivspidserne under lydhastighedsområdet og reducere de enorme friktionskræfter, der er forbundet med det. Sådanne motorer kaldes ofte propblæsermotorer . Navngivningen er baseret på de turbofanmotorer , som har en ventilator (blæsertrin) anbragt foran turbinen kerne for at guide et multiplum af luftmassen strømmer gennem turbinen omkring det. Mens bypass -flowforholdet i moderne turbofanmotorer er omkring 9: 1, er det omkring 20: 1 i propelmotorer og omkring 100: 1 i konventionelle turbopropmotorer. Andelen af møllestød i den samlede fremdrift er således højere med propfans end med konventionelle turboprops.
Der blev gjort en intensiv forskningsindsats i 1980'erne for at optimere antallet, formen og arrangementet af flyvefolierne. Eksternt adskiller propdrevsmekanismer sig normalt kun fra konventionelle turboprops i propellernes design. Imidlertid efterlader transplantatdrevene, hvor bladene er anbragt bag møllen, et ret usædvanligt visuelt indtryk.
Historie og eksempler
- Designet af György Jendrassik i 1937 og bestilt med succes i 1940, var Jendrassik CS-1 verdens første fungerende turbopropmotor. Motoren skulle bruges i et ungarsk rekognoseringsfly, men på grund af stabilitetsproblemer opnåede den kun 400 HK i stedet for de oprindeligt planlagte 1000 HK. Projektet blev afbrudt af Budapest -virksomheden Ganz & Co, da det ungarske militær valgte Messerschmitt AG -licenserede produkter.
- Den første tyske turbopropmotor ( BMW 109-028 ) var planlagt til februar 1941
- Verdens første flyvning med et turbopropfly blev udført den 20. september 1945: En Gloster Meteor var udstyret med Rolls-Royce Trent (RB.50) motorer. Det var en modificeret Rolls-Royce Derwent, der drev fembladede propeller via en gearkasse.
- Den første masseproducerede turboprop passagerfly var Vickers Viscount (første flyvning i 1948).
- Det største fly med denne motortype er Antonow An-22 , hvis Kuznetsov NK-12 MA-motorer, udviklet af tyske junkerseksperter under Ferdinand Brandner , med en ydelse på 11.188 kW (15.211 hk) hver, er de mest kraftfulde turbopropmotorer nogensinde bygget.
- Det hurtigste og største turboprop-passagerfly, der blev brugt i ruteflyet, var Tupolev Tu-114 . Flyet var også udstyret med Kuznetsov NK-12 motorer. (Marschfart 770 km / t [2] )
- Det hurtigste turbopropfly er det sovjetiske Tupolev Tu -95 bombefly, der - også udstyret med en variant af Kuznetsov NK -12 -motoren - når maksimalt omkring 900 km / t.
- Den mindste serie turbopropmaskiner flyves også af indehavere af en privat pilotlicens (PPL) med passende "højtydende instruktion" og er ofte Piper PA-46 Malibu Meridian eller konverteringer af Cessna 205/206/207 .
- Airbus A400M militære transportfly drives af fire TP400-D6 turboprops, der hver med 8.200 kW er et af de tre største af slagsen og bruger seglformede propeller. I 2011 var de de første militære motorer, der modtog direkte civil godkendelse fra EASA. [3]
Weblinks
Individuelle beviser
- ^ Willy JG Bräunling: Luftfartøjsmotorer: Grundlæggende, Aero-termodynamik, cirkulære processer, termiske turbomaskiner, komponenter og emissioner. (VDI-bog), Springer, 2004, ISBN 3-540-40589-5 , s. 23; begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning
- ^ Helmut Kreuzer: Alle propelfly siden 1945. Air Gallery Edition, Erding 1999, ISBN 3-9805934-1-X , s. 164.
- ↑ FlugRevue juli 2011, s. 16, EASA -godkendelse til TP400