Moteur turbopropulseur : dispositif, schéma, principe de fonctionnement. Production de turbopropulseurs en Russie

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Un turbopropulseur est similaire à un moteur à piston: les deux ont une hélice. Mais à tous autres égards, ils sont différents. Considérez ce qu'est cette unité, comment elle fonctionne, quels sont ses avantages et ses inconvénients.

Caractéristiques générales

Le turbopropulseur appartient à la classe des moteurs à turbine à gaz, qui ont été développés en tant que convertisseurs d'énergie universels et sont devenus largement utilisés dans l'aviation. Ils consistent en un moteur thermique, où les gaz détendus font tourner la turbine et génèrent un couple, et d'autres unités sont fixées à son arbre. Le turbopropulseur est fourni avec une hélice.

C'est un croisement entre les pistons et les turboréacteurs. Au début, des moteurs à pistons étaient installés dans des avions, constitués de cylindres en forme d'étoile avec un arbre situé à l'intérieur. Mais en raison du fait qu'ils avaient des dimensions et un poids trop importants, ainsi qu'une capacité à basse vitesse, ils n'étaient plus utilisés, préférant les installations à turboréacteurs apparues. Mais ces moteurs n'étaient pas sans inconvénients. Ils pourraientdévelopper une vitesse supersonique, mais consommait beaucoup de carburant. Par conséquent, leur exploitation était trop coûteuse pour le transport de passagers.

Le turbopropulseur a dû faire face à une telle lacune. Et ce problème a été résolu. La conception et le principe de fonctionnement ont été tirés du mécanisme d'un turboréacteur et les hélices d'un moteur à pistons. Ainsi, il est devenu possible de combiner petites dimensions, économie et haute efficacité.

Les moteurs ont été inventés et construits dans les années 30 du siècle dernier sous l'Union soviétique, et deux décennies plus tard ont commencé leur production de masse. La puissance variait de 1880 à 11000 kW. Pendant longtemps, ils ont été utilisés dans l'aviation militaire et civile. Cependant, ils n'étaient pas adaptés à la vitesse supersonique. Par conséquent, avec l'avènement de telles capacités dans l'aviation militaire, elles ont été abandonnées. Mais les avions civils en sont principalement fournis.

Le dispositif d'un turbopropulseur et le principe de son fonctionnement

La conception du moteur est très simple. Comprend:

• réducteur;
• hélice;
• chambre de combustion;
• compresseur;
• buse.

Le schéma d'un turbopropulseur est le suivant: après avoir été injecté et comprimé par un compresseur, l'air pénètre dans la chambre de combustion. C'est là que le carburant est injecté. Le mélange résultant s'enflamme et crée des gaz qui, lorsqu'ils sont détendus, pénètrent dans la turbine et la font tourner, et celle-ci, à son tour, fait tourner le compresseur et la vis. Non dépensél'énergie sort par la tuyère, créant une poussée de jet. Comme sa valeur n'est pas significative (seulement dix pour cent), un turbopropulseur n'est pas considéré comme un turboréacteur.

Le principe de fonctionnement et la conception, cependant, sont similaires, mais l'énergie ici ne s'échappe pas complètement à travers la tuyère, créant une poussée de jet, mais seulement partiellement, puisque l'énergie utile fait également tourner l'hélice.

Arbre de travail

Il existe des moteurs à un ou deux arbres. Dans la version à arbre unique, le compresseur, la turbine et l'hélice sont situés sur le même arbre. Dans un à deux arbres, une turbine et un compresseur sont installés sur l'un d'eux, et une hélice à travers une boîte de vitesses sur l'autre. Il y a aussi deux turbines connectées l'une à l'autre de manière dynamique au gaz. L'un est pour l'hélice et l'autre pour le compresseur. Cette option est la plus courante, car l'énergie peut être appliquée sans démarrer les hélices. Et c'est particulièrement pratique lorsque l'avion est au sol.

Compresseur

Cette partie se compose de deux à six étapes, vous permettant de percevoir des changements importants de température et de pression, ainsi que de réduire la vitesse. Grâce à cette conception, il est possible de réduire le poids et les dimensions, ce qui est très important pour les moteurs d'avions. Le compresseur comprend des roues et une aube directrice. Ce dernier peut ou non être réglementé.

Hélice

Cette partie génère de la poussée, mais la vitesse est limitée. Le meilleur indicateur est considéré comme un niveau de 750 à 1500 tr/min, car avecaugmenter, l'efficacité commencera à baisser, et au lieu d'accélérer, l'hélice se transformera en frein. Le phénomène s'appelle "l'effet de verrouillage". Elle est causée par les pales de l'hélice qui, à grande vitesse, lorsqu'elles tournent au-delà de la vitesse du son, commencent à mal fonctionner. Le même effet sera observé en augmentant leur diamètre.

Turbine

La turbine est capable d'atteindre des vitesses allant jusqu'à vingt mille tours par minute, mais la vis ne pourra pas l'égaler, il existe donc un réducteur qui réduit la vitesse et augmente le couple. Les réducteurs peuvent être différents, mais leur tâche principale, quel que soit leur type, est de réduire la vitesse et d'augmenter le couple.

C'est cette caractéristique qui limite l'utilisation des turbopropulseurs dans les avions militaires. Cependant, les développements pour créer un moteur supersonique ne s'arrêtent pas, même s'ils ne sont pas encore couronnés de succès. Pour augmenter la poussée, un turbopropulseur est parfois fourni avec deux hélices. En même temps, ils mettent en œuvre le principe de fonctionnement dû à la rotation dans des sens opposés, mais à l'aide d'une seule boîte de vitesses.

À titre d'exemple, on peut considérer le moteur D-27 (turbopropfan), qui a deux ventilateurs à vis attachés à une turbine libre par une boîte de vitesses. C'est le seul modèle de cette conception utilisé dans l'aviation civile. Mais son application réussie est considérée comme un grand pas en avant dans l'amélioration des performances du système considéré.moteur.

Avantages et inconvénients

Soulignons les avantages et les inconvénients qui caractérisent le fonctionnement d'un turbopropulseur. Les avantages sont:

• léger par rapport aux unités à piston;
• économie par rapport aux turboréacteurs (grâce à l'hélice, le rendement atteint 86 %).

Cependant, malgré ces avantages indéniables, les moteurs à réaction sont dans certains cas l'option préférée. La limite de vitesse d'un turbopropulseur est de sept cent cinquante kilomètres à l'heure. Cependant, cela ne suffit pas pour l'aviation moderne. De plus, le bruit généré est très élevé, dépassant les valeurs autorisées par l'Organisation de l'aviation civile internationale.

Par conséquent, la production de turbopropulseurs en Russie est limitée. Ils sont principalement installés dans des avions qui volent sur de longues distances et à basse vitesse. Ensuite, la demande est justifiée.

Cependant, dans l'aviation militaire, où les principales caractéristiques que les avions devraient avoir sont une grande maniabilité et un fonctionnement silencieux, et non l'efficacité, ces moteurs ne répondent pas aux exigences nécessaires et des turboréacteurs sont utilisés ici.

Dans le même temps, des développements sont en cours pour créer des hélices supersoniques afin de surmonter "l'effet de verrouillage" et d'atteindre un nouveau niveau. Peut-être que lorsque l'invention deviendra réalité, les moteurs à réaction seront abandonnés au profit des turbopropulseurs et dans l'arméeavions. Mais à l'heure actuelle, ils ne peuvent être appelés que des "chevaux de trait", pas le fonctionnement le plus puissant, mais le plus stable.