Турбогвинтовий двигун

Схема турбогвинтового двигуна: 1 - повітряний гвинт; 2 - редуктор; 3 - турбокомпресор.
Кольорова схема турбогвинтового двигуна
Flowtp.gif
Турбогвинтовий двигун літака ATR 72

Турбогвинтовий двигун - тип газотурбінного двигуна, у якому основна частина енергії гарячих газів використовується для приводу повітряного гвинта через понижуючий частоту обертання редуктор, і лише невелика частина енергії становить вихлоп реактивної тяги. Наявність понижуючого редуктора обумовлено необхідністю перетворення потужності: турбіна-високооборотний агрегат з малим обертовим моментом, в той час як для валу повітряного гвинта потрібні відносно малі обороти, але великий крутний момент.

Існує два основних різновиди турбогвинтових двигунів: двохвальним, або з вільною турбіною (найбільш поширені в даний час), і одновальні. У першому випадку між газовою турбіною (званої в цих двигунах газогенератором) і трансмісією не існує механічного зв'язку, і привід здійснюється газодинамічним способом. Повітряний гвинт не знаходиться на загальному валу з турбіною і компресором. Турбін в такому двигуні дві: одна призводить компресор, інша (через понижуючий редуктор) - гвинт. Така конструкція має ряд премуществ, в тому числі і можливість роботи силового агрегату літака на землі без передачі на повітряний гвинт (в цьому випадку використовується гальмо повітряного гвинта, а працюючий газотурбінний агрегат забезпечує літак електричною потужністю і повітрям високого тиску для бортових систем).

У зв'язку зі зменшенням ефективності повітряного гвинта при збільшенні швидкості польоту, турбогвинтові двигуни в основному поширені на відносно малоскоростних літальних апаратах, таких як літаки місцевих авіаліній і транспортні літаки. Разом з тим, турбогвинтові двигуни на малих швидкостях польоту набагато економічніше, ніж турбореактивні двигуни.

Якщо врахувати, що турбогвинтовий двигун працює тільки на дозвукових швидкостях, а турбореактивні двигуни краще використовувати для отримання дуже великих швидкостей польоту, то можна зробити висновок, що в деякому діапазоні швидкостей комбінування цих двох двигунів є оптимальним рішенням ( турбовентіляторний двигун).

З огляду на те, що як лопаті вентилятора, так і лопаті гвинта для ефективного функціонування повинні працювати на дозвукових швидкостях, вентилятор в кільцевому обтічнику (який знижує швидкість набігаючого потоку) є більш ефективним на великих швидкостях.


Історія

Перший в практичному сенсі працюючий ТВД був створений угорським інженером Gyrgy Jendrassik. Після ряду років роботи над ТВД (і отримання патенту на його конструкцію в 1929) він побудував прототип двигуна потужністю 100 к.с.; перший у світі повномасштабний турбогвинтовий двигун, Jendrassik Cs-1 потужністю близько 400 к.с., був побудований і випробовувався на підприємстві Ganz Works в Будапешті між 1939 і 1942 р. Двигун не був запущений у виробництво.

Перший німецький турбогвинтовий двигун в середині 30-х років розробив (будучи професором Технічного університету в Берліні), майбутній глава відділу планерів літаків на " Junkers Flugzeugwerke "А. С. Гебребрг Вагнер. Він сподівався, що той може дати бойовому літаку найвищі ЛТХ.

Роботи з ТВД прискорилися в післявоєнні роки. На 18-му зразку реактивного винищувача Gloster Meteor (пізніше отримав позначення Trent-Meteor) замість штатних турбореактивних були встановлені турбогвинтові двигуни Rolls-Royce RB.50 "Trent", і він став першим у світі турбогвинтовим літаком (злетів 20 вересня 1945). Ця машина не будувалася серійно і залишилася прототипом.

На основі двигунів моделі Trent, компанія Rolls-Royce розробила модель Dart. Цей двигун встановлювався на перший у світі серійний турбогвинтовий літак Vickers Viscount (перший політ в 1948). Конструкція ТВД Rolls-Royce Dart виявилася досить успішною: з урахуванням модифікацій і удосконалень, він випускався порядку 50 років (до 1987) і встановлювався на багато моделей літаків.

Найпотужнішим з коли-небудь створених ТВД був будувався в СРСР двигун НК-12.

Одним з найбільш масових і широко застосовуються ТВД в даний час є сімейство ТВД Pratt & Whitney Canada PT6. Серійний випуск був початий в 1963 і продовжується на даний час (2012). Двигун випускається в ряді модифікацій (різної потужності, для літаків і вертольотів) і встановлюється на більш ніж 100 типах літаків різних виробників.