Motor turboélice: dispositivo, esquema, princípio de funcionamento. Produção de motores turboélice na Rússia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Um motor turboélice é semelhante a um motor a pistão: ambos têm uma hélice. Mas em todos os outros aspectos eles são diferentes. Considere o que é esta unidade, como ela funciona, quais são seus prós e contras.

Características gerais

O motor turboélice pertence à classe dos motores de turbina a gás, que foram desenvolvidos como conversores universais de energia e se tornaram amplamente utilizados na aviação. Eles consistem em uma máquina térmica, onde os gases expandidos giram a turbina e geram torque, e outras unidades são presas ao seu eixo. O motor turboélice é fornecido com uma hélice.

É um cruzamento entre unidades de pistão e turbojato. No início, os motores a pistão foram instalados em aeronaves, consistindo em cilindros em forma de estrela com um eixo localizado no interior. Mas devido ao fato de terem dimensões e peso muito grandes, bem como uma capacidade de baixa velocidade, eles não foram mais usados, preferindo as instalações de turbojato que surgiram. Mas esses motores não eram sem inconvenientes. Eles poderiamdesenvolver velocidade supersônica, mas consumiu muito combustível. Portanto, sua operação era muito cara para o transporte de passageiros.

O motor turboélice teve que lidar com essa deficiência. E este problema foi resolvido. O design e o princípio de operação foram retirados do mecanismo de um motor turbojato e hélices de um motor a pistão. Assim, tornou-se possível combinar pequenas dimensões, economia e alta eficiência.

Os motores foram inventados e construídos nos anos trinta do século passado sob a União Soviética, e duas décadas depois começaram sua produção em massa. A potência variou de 1880 a 11000 kW. Por um longo período eles foram usados na aviação militar e civil. No entanto, eles não eram adequados para velocidade supersônica. Portanto, com o advento de tais capacidades na aviação militar, elas foram abandonadas. Mas as aeronaves civis são fornecidas principalmente com eles.

O dispositivo de um motor turboélice e o princípio de seu funcionamento

O design do motor é muito simples. Inclui:

• redutor;
• hélice;
• câmara de combustão;
• compressor;
• bocal.

O esquema de um motor turboélice é o seguinte: após ser injetado e comprimido por um compressor, o ar entra na câmara de combustão. É aí que o combustível é injetado. A mistura resultante inflama e cria gases que, quando expandidos, entram na turbina e a giram, e esta, por sua vez, gira o compressor e o parafuso. Não gastoa energia sai pelo bocal, criando o empuxo do jato. Como seu valor não é significativo (apenas dez por cento), um motor turboélice não é considerado um motor turbojato.

O princípio de operação e projeto, porém, são semelhantes a ele, mas a energia aqui não escapa completamente pelo bocal, criando o empuxo do jato, mas apenas parcialmente, pois a energia útil também gira a hélice.

Eixo de trabalho

Existem motores com um ou dois eixos. Na versão de eixo único, o compressor, a turbina e a hélice estão localizados no mesmo eixo. Em um de dois eixos, uma turbina e um compressor são instalados em um deles e uma hélice através de uma caixa de engrenagens no outro. Há também duas turbinas conectadas entre si de forma gasodinâmica. Um é para a hélice e o outro é para o compressor. Esta opção é a mais comum, pois a energia pode ser aplicada sem acionar as hélices. E isso é especialmente conveniente quando o avião está no solo.

Compressor

Esta parte consiste de duas a seis etapas, permitindo que você perceba mudanças significativas de temperatura e pressão, além de reduzir a velocidade. Graças a este design, é possível reduzir o peso e as dimensões, o que é muito importante para os motores das aeronaves. O compressor inclui impulsores e uma palheta guia. Este último pode ou não ser regulamentado.

Hélice

Esta parte gera impulso, mas a velocidade é limitada. O melhor indicador é considerado um nível de 750 a 1500 rpm, pois comaumentar, a eficiência começará a cair e, em vez de aceleração, a hélice se transformará em um freio. O fenômeno é chamado de “efeito de bloqueio”. É causada pelas pás da hélice, que, em altas velocidades, ao girarem acima da velocidade do som, começam a funcionar incorretamente. O mesmo efeito será observado aumentando seu diâmetro.

Turbina

A turbina é capaz de atingir velocidades de até vinte mil rotações por minuto, mas o parafuso não será capaz de igualá-la, então existe uma engrenagem redutora que reduz a velocidade e aumenta o torque. Os redutores podem ser diferentes, mas sua principal tarefa, independentemente do tipo, é reduzir a velocidade e aumentar o torque.

É essa característica que limita o uso de turboélices em aeronaves militares. No entanto, os desenvolvimentos para criar um motor supersônico não param, embora ainda não sejam bem-sucedidos. Para aumentar o empuxo, às vezes um motor turboélice é fornecido com duas hélices. Ao mesmo tempo, eles implementam o princípio de operação devido à rotação em direções opostas, mas com a ajuda de uma caixa de engrenagens.

Como exemplo, podemos considerar o motor D-27 (turbopropfan), que possui dois ventiladores de parafuso acoplados a uma turbina livre por uma caixa de engrenagens. Este é o único modelo deste design utilizado na aviação civil. Mas sua aplicação bem sucedida é considerada um grande s alto na melhoria do desempenho do consideradomotor.

Vantagens e desvantagens

Vamos destacar os pontos positivos e negativos que caracterizam o funcionamento de um motor turboélice. Os benefícios são:

• leve em comparação com unidades de pistão;
• economia em relação aos motores turbojato (graças à hélice, a eficiência chega a oitenta e seis por cento).

No entanto, apesar dessas vantagens inegáveis, os motores a jato são, em alguns casos, a opção preferida. O limite de velocidade de um motor turboélice é de setecentos e cinquenta quilômetros por hora. No entanto, isso não é suficiente para a aviação moderna. Além disso, o ruído gerado é muito alto, ultrapassando os valores permitidos pela Organização de Aviação Civil Internacional.

Portanto, a produção de motores turboélice na Rússia é limitada. Eles são instalados principalmente em aeronaves que voam longas distâncias e em baixas velocidades. Então a aplicação é justificada.

Porém, na aviação militar, onde as principais características que as aeronaves devem ter são alta manobrabilidade e operação silenciosa, e não eficiência, esses motores não atendem aos requisitos necessários e aqui são utilizadas unidades turbojato.

Ao mesmo tempo, estão em andamento desenvolvimentos para criar hélices supersônicas para superar o "efeito de travamento" e alcançar um novo nível. Talvez, quando a invenção se tornar realidade, os motores a jato sejam abandonados em favor dos turboélices e nas forças armadasaviões. Mas, no momento, eles só podem ser chamados de "cavalos de trabalho", não os mais poderosos, mas com funcionamento estável.