Motor turbohélice: dispositivo, esquema, principio de funcionamiento. Producción de motores turbohélice en Rusia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Un motor turbohélice es similar a un motor de pistón: ambos tienen una hélice. Pero en todo lo demás son diferentes. Considere qué es esta unidad, cómo funciona, cuáles son sus ventajas y desventajas.

Características generales

El motor turbohélice pertenece a la clase de motores de turbina de gas, que se desarrollaron como convertidores de energía universales y se utilizaron ampliamente en la aviación. Consisten en un motor térmico, donde los gases expandidos hacen girar la turbina y generan torque, y otras unidades están unidas a su eje. El motor turbohélice se suministra con una hélice.

Es un cruce entre unidades de pistón y turborreactor. Al principio, los motores de pistón se instalaron en los aviones, que consistían en cilindros en forma de estrella con un eje ubicado en el interior. Pero debido a que tenían unas dimensiones y un peso demasiado grandes, así como una capacidad de baja velocidad, dejaron de usarse, prefiriéndose las instalaciones de turborreactores que aparecieron. Pero estos motores no estaban exentos de inconvenientes. Ellos podríandesarrollar velocidad supersónica, pero consumió mucho combustible. Por lo tanto, su operación era demasiado costosa para el transporte de pasajeros.

El motor turbohélice tuvo que hacer frente a tal deficiencia. Y este problema fue resuelto. El diseño y el principio de funcionamiento se tomaron del mecanismo de un motor turborreactor y las hélices de un motor de pistón. Así, fue posible combinar pequeñas dimensiones, economía y alta eficiencia.

Los motores fueron inventados y construidos en los años treinta del siglo pasado bajo la Unión Soviética, y dos décadas después comenzaron su producción en masa. La potencia varió de 1880 a 11000 kW. Durante mucho tiempo se utilizaron en la aviación militar y civil. Sin embargo, no eran adecuados para la velocidad supersónica. Por lo tanto, con el advenimiento de tales capacidades en la aviación militar, fueron abandonadas. Pero los aviones civiles se abastecen principalmente de ellos.

El dispositivo de un motor turbohélice y el principio de su funcionamiento

El diseño del motor es muy simple. Incluye:

• reductor;
• hélice;
• cámara de combustión;
• compresor;
• boquilla.

El esquema de un motor turbohélice es el siguiente: luego de ser inyectado y comprimido por un compresor, el aire ingresa a la cámara de combustión. Ahí es donde se inyecta el combustible. La mezcla resultante se enciende y crea gases que, al expandirse, ingresan a la turbina y la hacen girar, y esta, a su vez, hace girar el compresor y el tornillo. No gastadola energía sale a través de la boquilla, creando un chorro de empuje. Dado que su valor no es significativo (solo el diez por ciento), un motor turbohélice no se considera un motor turborreactor.

Sin embargo, el principio de funcionamiento y el diseño son similares, pero la energía aquí no escapa completamente a través de la boquilla, creando un empuje del chorro, sino solo parcialmente, ya que la energía útil también hace girar la hélice.

Eje de trabajo

Hay motores de uno o dos ejes. En la versión de un solo eje, el compresor, la turbina y la hélice se encuentran en el mismo eje. En uno de dos ejes, se instala una turbina y un compresor en uno de ellos, y una hélice a través de una caja de cambios en el otro. También hay dos turbinas conectadas entre sí de forma gasodinámica. Uno es para la hélice y el otro es para el compresor. Esta opción es la más común, ya que se puede aplicar energía sin poner en marcha las hélices. Y esto es especialmente conveniente cuando el avión está en tierra.

Compresor

Esta parte consta de dos a seis etapas, lo que le permite percibir cambios significativos en la temperatura y la presión, así como reducir la velocidad. Gracias a este diseño, es posible reducir el peso y las dimensiones, lo cual es muy importante para los motores de los aviones. El compresor incluye impulsores y una paleta guía. Este último puede o no estar regulado.

Hélice

Esta parte genera empuje, pero la velocidad es limitada. Se considera que el mejor indicador es un nivel de 750 a 1500 rpm, ya que conaumenta, la eficiencia comenzará a caer, y en lugar de aceleración, la hélice se convertirá en un freno. El fenómeno se llama el "efecto de bloqueo". Es causado por las palas de la hélice, que a altas velocidades, al girar por encima de la velocidad del sonido, comienzan a funcionar de manera incorrecta. El mismo efecto se observará aumentando su diámetro.

Turbina

La turbina es capaz de alcanzar velocidades de hasta veinte mil revoluciones por minuto, pero el tornillo no podrá igualarlo, por lo que hay un engranaje reductor que reduce la velocidad y aumenta el par. Los reductores pueden ser diferentes, pero su tarea principal, independientemente del tipo, es reducir la velocidad y aumentar el par.

Es esta característica la que limita el uso de turbohélices en aviones militares. Sin embargo, los desarrollos para crear un motor supersónico no se detienen, aunque aún no tienen éxito. Para aumentar el empuje, a veces se suministra un motor turbohélice con dos hélices. Al mismo tiempo, implementan el principio de funcionamiento debido a la rotación en direcciones opuestas, pero con la ayuda de una caja de cambios.

Como ejemplo, podemos considerar el motor D-27 (turbopropfan), que tiene dos ventiladores de tornillo conectados a una turbina libre mediante una caja de cambios. Este es el único modelo de este diseño utilizado en la aviación civil. Pero su aplicación exitosa se considera un gran s alto en la mejora del rendimiento de los consideradosmotor.

Ventajas y desventajas

Res altemos los pros y los contras que caracterizan el funcionamiento de un motor turbohélice. Los beneficios son:

• peso ligero en comparación con las unidades de pistón;
• economía en comparación con los motores turborreactores (gracias a la hélice, la eficiencia alcanza el ochenta y seis por ciento).

Sin embargo, a pesar de estas ventajas innegables, los motores a reacción son, en algunos casos, la opción preferida. El límite de velocidad de un motor turbohélice es de setecientos cincuenta kilómetros por hora. Sin embargo, esto no es suficiente para la aviación moderna. Además, el ruido generado es muy alto, superando los valores permitidos por la Organización de Aviación Civil Internacional.

Por lo tanto, la producción de motores turbohélice en Rusia es limitada. Se instalan principalmente en aeronaves que vuelan largas distancias ya bajas velocidades. Entonces la aplicación está justificada.

Sin embargo, en la aviación militar, donde las principales características que deben tener las aeronaves son una alta maniobrabilidad y un funcionamiento silencioso, y no la eficiencia, estos motores no cumplen con los requisitos necesarios y aquí se utilizan unidades turborreactores.

Al mismo tiempo, se están realizando desarrollos para crear hélices supersónicas con el fin de superar el "efecto de bloqueo" y alcanzar un nuevo nivel. Quizás, cuando la invención se haga realidad, los motores a reacción serán abandonados en favor de los turbohélices y en el ejército.aviones Pero en la actualidad, solo pueden llamarse "caballos de batalla", no los más poderosos, pero sí los que funcionan de manera estable.