Газотурбінний двигун - це тепловий силовий агрегат, який здійснює свою роботу за принципом реорганізації теплової енергії в механічну.

Нижче докладно розглянемо, як працює газотурбінний двигун, а також його пристрій, різновиди, переваги та недоліки.

Відмінні риси газотурбінних двигунів

Сьогодні найбільш широко подібний тип двигунів використовується в авіації. На жаль, через особливості пристрою вони не можуть застосовуватися для звичайних легкових автомобілів.

У порівнянні з іншими агрегатами внутрішнього згоряння газотурбінний двигун має найбільшу питому потужність, що є його основним плюсом. Крім цього такий двигун здатний функціонувати не тільки на бензині, але і на багатьох інших видах рідкого пального. Як правило, він працює на гасі або на дизельному паливі.

Газотурбінний і поршневий двигун, які встановлюються на «легковик» за рахунок спалювання палива змінюють хімічну енергію пального в теплову, а потім і в механічну.

Але сам процес у цих агрегатів трохи відрізняється. І в тому і в іншому движку спочатку здійснюється паркан (тобто повітряний потік надходить в мотор), потім відбувається стиск і впорскування пального, після цього ТВС загоряється, внаслідок чого сильно розширюється і в результаті викидається в атмосферу.

Відмінність полягає в тому, що в газотурбінних апаратах все це відбувається одночасно, але в різних частинах агрегату. У поршневому все здійснюється в одній точці, але по черговості.

Проходячи через турбінний мотор, повітря сильно стискається в обсязі і завдяки цьому підвищує тиск майже в сорок разів.

Єдиний рух у турбіні це обертальний, коли, як і в інших агрегатах внутрішнього згоряння, крім обертання коленвала також відбувається рух поршня.

ККД і потужність газотурбінного двигуна вище ніж у поршневого, незважаючи на те, що вага та розміри менші.

Для економного споживання палива газова турбіна оснащена теплообмінником – диском із кераміки, який функціонує від двигуна з невеликою частотою обертання.

Пристрій та принцип роботи агрегату

За своєю конструкцією двигун не дуже складний, він представлений камерою згоряння, де обладнані форсунки та свічки запалювання, які необхідні для подачі пального та видобутку іскрового заряду. Компресор оснащений на валу разом із колесом, що має особливі лопатки.

Крім цього двигун складається з таких складових як - редуктор, канал впуску, теплообмінник, голка, дифузор і випускний трубопровід.

Під час обертання компресорного валу повітряний потік, що надходить через канал впуску, захоплюється його лопатями. Після збільшення швидкості компресора до п'ятисот м/с, він нагнітається в дифузор. Швидкість повітря на виході дифузора знижується, але тиск збільшується. Потім повітряний потік виявляється у теплообміннику, де відбувається його нагрівання за рахунок відпрацьованих газів, а після цього повітря подається до камери згоряння.

Разом із ним туди потрапляє пальне, яке розпорошується через форсунок. Після того, як паливо перемішується з повітрям, створюється паливно-повітряна суміш, яка загоряється завдяки іскрі запалюваного від свічки. Тиск у камері при цьому починає збільшуватися, а турбінне колесо приводиться в дію за рахунок газів, що потрапляють на лопатки колеса.

У результаті здійснюється передача крутного моменту колеса на трансмісію авто, а гази, що відходять, викидаються в атмосферу.

Плюси та мінуси двигуна

Газова турбіна, як і парова, розвиває великі оберти, що дозволяє їй набирати хорошу потужність, незважаючи на компактні розміри.

Охолоджується турбіна дуже просто і ефективно, для цього не потрібно додаткових приладів. У неї немає елементів, що труться, а підшипників зовсім небагато, за рахунок чого двигун здатний функціонувати надійно і довгий час без поломок.

Головний мінус подібних агрегатів у тому, що вартість матеріалів, з яких вони виготовляються, досить висока. Ціна на ремонт газотурбінних двигунів теж чимала. Але, незважаючи на це, вони постійно вдосконалюються і розробляються в багатьох країнах світу, включаючи нашу.

Газову турбіну не встановлюють на легкові автомобілі, насамперед через постійну потребу в обмеженні температури газів, які надходять на турбінні лопатки. Внаслідок цього знижується ККД апарату та підвищується споживання пального.

Сьогодні вже придумано деякі методи, які дозволяють підвищити ККД, наприклад, за допомогою охолодження лопаток або застосування тепла вихлопних газів для обігріву повітряного потоку, що надходить у камеру. Тому можливо, що через деякий час розробники зможуть створити економічний двигун своїми руками для автомобіля.

Серед головних переваг агрегату можна виділити:

• Низький вміст шкідливих речовин у вихлопних газах;
• Простота в обслуговуванні (не потрібно міняти масло, а всі деталі мають зносостійкість і довговічність);
• Немає вібрацій, оскільки є можливість запросто збалансувати елементи, що обертається;
• низький рівень шуму під час роботи;
• Хороша характеристика кривої моменту, що крутить;
• Заводитися швидко і без труднощів, а відгук двигуна на газ не запізнюється;
• Підвищена питома потужність.

Види газотурбінних двигунів

За своєю будовою ці агрегати поділяються на чотири типи. Перший з них це турбореактивний, його здебільшого встановлюють на військові літаки, які мають високу швидкість. Принцип роботи полягає в тому, що гази, що виходять на великій швидкості з двигуна, через сопло штовхають літак уперед.

Інший тип - турбіногвинтовий. Його пристрій від першого відрізняється тим, що він має ще одну секцію турбіни. Ця турбіна складена з ряду лопаток, які забирають залишок енергії у газів, що пройшли через турбіну компресора і завдяки цьому обертають повітряний гвинт.

Гвинт може розташовуватися як у задній частині агрегату, так і передній. Гази, що відходять, виводяться через вихлопні труби. Такий реактивний апарат оснащується на літаках, що літають на низькій швидкості та на малій висоті.

Третій тип - турбовентиляторний, який схожий за своєю конструкцією на попередній двигун, але у нього 2-а турбінна секція забирає енергію у газів не повністю і тому подібні двигуни також мають вихлопні труби.

Головна особливість такого двигуна в тому, що вентилятор, закритий в кожух, працює від турбіни низького тиску. Тому двигун називають ще 2-х контурним, оскільки повітряний потік проходить через агрегат, що є внутрішнім контуром і через свій зовнішній контур, необхідний тільки для напряму потоку повітря, який штовхає двигун вперед.

Найновіші літаки обладнані саме турбовентиляторними двигунами. Вони ефективно функціонують на великій висоті, а також відрізняються економічністю.

Останній тип – турбувальний. Схема і пристрій газотурбінного двигуна цього типу майже така сама, як і в минулого двигуна, але від його валу, який приєднаний до турбіни, приводиться в дію практично все. Найчастіше його встановлюють у гелікоптери, і навіть на сучасні танки.

Двопоршневий та малорозмірний двигун

Найбільш поширений двигун із двома валами, обладнаний теплообмінником. У порівнянні з агрегатами, у яких всього 1 вал, такі апарати більш ефективні та потужні. 2-х вальний двигун оснащений турбінами, одна з яких призначена для приводу компресора, а інша для приводу осей.

Подібний агрегат забезпечує машині хороші динамічні характеристики і скорочує кількість швидкостей в трансмісії.

Також є малорозмірні газотурбінні двигуни. Вони складаються з компресора, газоповітряного теплообмінника, камери згоряння та двох турбін, одна з яких знаходяться в одному корпусі зі збіркою газу.

Малорозмірні газотурбінні двигуни застосовуються в основному на літаках та вертольотах, які долають великі відстань, а також на безпілотних літальних пристроїв та ЗСУ.

Агрегат із вільно поршневим генератором

На сьогоднішній день апарати цього типу є найперспективнішими для авто. Пристрій двигуна є блоком, який з'єднує поршневий компресор і 2-х тактовий дизель. У середині знаходиться циліндр з наявністю двох поршнів, об'єднаних один з одним за допомогою спеціального пристосування.

Робота двигуна починається з того, що повітря стискається під час сходження поршнів і відбувається загоряння пального. Гази утворюються за рахунок згорілої суміші, вони сприяють розбіжності поршнів при підвищеній температурі. Потім гази опиняються у газо-збірнику. За рахунок продувних щілин у циліндр потрапляє перетиснене повітря, що допомагає очистити агрегат від відпрацьованих газів. Потім цикл починається наново.

Так склалося, що майже всі ОБТ (основні бойові танки) світу мають дизельний двигун. Є лише два винятки: Т-80У та «Абрамс». Якими міркуваннями керувалися радянські фахівці, створюючи знамениту «вісімдесятку», і які перспективи цієї машини нині?

Як усе починалось?

Вперше вітчизняний Т-80У побачив світ 1976 року, а 1980 року свій «Абрамс» зробили американці. Досі тільки Росія та США мають на озброєнні танки з газотурбінною силовою установкою. Україну в розрахунок не беруть, бо там на озброєнні стоять виключно Т-80УД, дизельний варіант знаменитих «вісімдесяток».

А починалося все 1932 року, коли в СРСР було організовано конструкторське бюро, яке належало Кіровському заводу. Саме в його надрах зародилася ідея про створення нового танка, оснащеного газотурбінною силовою установкою. Саме від цього рішення залежало, який вид палива для танка Т-80У використовуватиметься надалі: звичайний дизель або гас.

Знаменитий конструктор Ж. Я. Котін, який працював над компонуванням грізних ІСів, свого часу задумався про створення ще потужніших і краще озброєних машин. Чому ж він звернув увагу на газотурбінний двигун? Справа в тому, що він задумав створити танк масою в межах 55-60 тонн, для нормальної рухливості якої був потрібен двигун потужністю не менше 1000 л. с. У ті роки про такі дизелі доводилося лише мріяти. Тому і з'явилася думка про привнесення авіаційних та кораблебудівних технологій (тобто ГДТ) до танкобудування.

Вже 1955 року розпочалася робота, було створено два перспективні зразки. Але тут з'ясувалося, що інженери кірівського заводу, які до того створювали тільки двигуни для суден, не повною мірою зрозуміли технологічне завдання. Роботу було згорнуто, та був і зовсім припинено, оскільки М. З. Хрущов повністю «запоров» всі розробки важких танків. Тож на той час з'явитися танку Т-80У, двигун якого по-своєму унікальний, не судилося.

Втім, взагалі звинувачувати Микиту Сергійовича в цьому випадку не варто: паралельно йому були продемонстровані і перспективні дизельні мотори, на тлі яких відверто сирої ВМД виглядав досить малообіцяюче. Та що там говорити, якщо «прописатися» на серійних танках цей двигун зумів лише до 80-х років минулого століття, та й сьогодні до таких силових установок у багатьох військових ставлення не найрайдужніше. Слід зазначити, що є цілком об'єктивні причини.

Продовження робіт

Все змінилося після створення першого у світі ОБТ, яким став Т-64. Незабаром конструктори зрозуміли, що на його базі можна зробити ще більш досконалий танк... Але складність полягала в жорстких вимогах, висунутих керівництвом країни: він повинен бути максимально уніфікований з існуючими машинами, не перевищувати їх габаритів, але при цьому мати можливість використовуватися як засіб "ривка до Ла-Маншу".

І тут усі знову згадали про ГДТ, бо рідна силова установка Т-64 вже тоді вимогам часу зовсім не відповідала. Саме тоді Устинов ухвалив рішення про створення Т-80У. Основне паливо та двигун нового танка мали сприяти його максимально високим швидкісним характеристикам.

Складності, що виникли

Величезна проблема полягала в тому, що нову силову установку з очищувачами повітря потрібно якось умістити в стандартне МТО Т-64А. Більше того, комісія вимагала блокової системи: простіше кажучи, потрібно було двигун зробити так, щоби при капітальному ремонті можна було витягти його цілком і замінити новим. Не витрачаючи, звичайно, багато часу на це. І якщо з відносно компактним ВМД все було порівняно просто, то система очищення повітря доставила інженерам масу головного болю.

А ця система вкрай важлива навіть для дизельного танка, не кажучи вже про його газотурбінний аналог на Т-80У. Яке паливо б не використовувалося, лопатки турбінної установки моментально обліпляться шлаком і розваляться, якщо повітря, що надходить в камеру згоряння, не буде належним чином очищене від забруднюючих його домішок.

Слід пам'ятати, що всі конструктори двигунів прагнуть того, щоб повітря, що потрапляє в циліндри або робочу камеру турбіни, було очищено від пилу на 100%. І зрозуміти їх неважко, тому що пил буквально пожирає нутрощі мотора. По суті вона діє як дрібний наждак.

Досвідчені зразки

У 1963 році відомим Морозовим був створений досвідчений екземпляр Т-64Т, на який був встановлений газотурбінний двигун, що володіє скромною потужністю в 700 л. с. Вже 1964 року конструктори з Тагіла, котрі працювали під керівництвом Л. М. Карцева, створили набагато перспективніший мотор, який міг видати вже 800 «коней».

Але конструктори, як у Харкові, так і Нижньому Тагілі, зіткнулися з цілим комплексом найскладніших технічних проблем, через які перші вітчизняні танки з ВМД змогли з'явитися лише у 80-х роках. Зрештою дійсно непоганий двигун отримав лише Т-80У. Вид палива, що використовується для його боєживлення, також вигідно відрізняв цей мотор від ранніх прототипів, оскільки танк міг використовувати всі види дизельного пального.

Ми не випадково розписували пилові аспекти вище, оскільки саме проблема якісного очищення повітря стала найбільш складною. У інженерів був великий досвід у розробці турбін для гелікоптерів ... але двигуни гелікоптерів працювали в постійному режимі, а питання пилової забрудненості повітря на висоті їх роботи взагалі не стояло. Загалом-то, роботи були продовжені (як не дивно) тільки з подачі Хрущова, який бредив ракетними танками.

Найбільш «життєздатним» був проект «Дракон». Він життєво необхідний двигун підвищеної потужності.

Досвідчені об'єкти

Загалом нічого дивно в цьому не було, тому що для таких машин важлива була підвищена рухливість, компактність і знижений силует. У 1966 році конструктори вирішили піти іншим шляхом і представили на суд публіки досвідчений проект, серцем якого стали відразу два ВМД-350, що видають, як неважко зрозуміти, 700 л. с. Силову установку створили у НУО ім. В. Я. Клімова, де на той час було достатньо досвідчених фахівців, які займалися розробкою турбін для літальних апаратів та кораблів. Саме вони за великим рахунком і створили Т-80У, двигун якого для свого часу був справді унікальною розробкою.

Але незабаром з'ясувалося, що навіть один ВМД - штука складна і досить примхлива, а їх спарка і зовсім не має абсолютно ніяких переваг перед звичайною моноблочною схемою. А тому до 1968 року було видано офіційну постанову уряду та Міністерства оборони СРСР про поновлення робіт над поодиноким варіантом. До середини 70-х був готовий танк, який згодом став відомий усьому світу під позначенням Т-80У.

Основні характеристики

Компонування (як і у випадку з Т-64 та Т-72) класичне, із заднім розташуванням МТО, екіпаж – три особи. На відміну від попередніх моделей, тут мехводу дали відразу три триплекси, які значно покращували огляд. Навіть така неймовірна для вітчизняних танків розкіш, як підігрів робочого місця, тут було передбачено.

Добре, що тепла від розпеченої турбіни було в достатку. Так що Т-80У з газотурбінним двигуном цілком виправдано є улюбленцем танкістів, оскільки умови роботи екіпажу в ньому набагато комфортніше, якщо порівнювати цю машину з Т-64/72.

Корпус виготовляється методом зварювання, вежа лита, кут нахилу листів складає 68 градусів. Як і в Т-64, тут була використана комбінована броня, складена з броньової сталі та кераміки. Завдяки раціональним кутам нахилу та товщині танк Т-80У забезпечує підвищені шанси виживання екіпажу у найскладніших бойових умовах.

Є також розвинена система захисту екіпажу від зброї масового ураження, зокрема і ядерного. Компонування бойового відсіку практично повністю аналогічне такої на Т-64Б.

Характеристики машинного відсіку

Конструкторам все ж таки довелося розташувати ВМД в МТО поздовжньо, що автоматично вилилося в деяке збільшення габаритів машини в порівнянні з Т-64. ВМД був виконаний у вигляді моноблока масою 1050 кг. Його особливістю була наявність особливого редуктора, що дозволяє знімати максимум можливого з мотора, а також дві коробки передач.

Для живлення використовувалися одразу чотири баки в МТО, загальний обсяг яких становить 1140 л. Слід зазначити, що Т-80У з газотурбінним двигуном, паливо для якого запасається в таких обсягах, - досить ненажерливий танк, який споживає в 1,5-2 рази більше пального, ніж Т-72. Тож і розміри баків відповідні.

ВМД-1000Т створений з використанням тривальної схеми, має одну турбіну і два незалежні компресорні агрегати. Гордість інженерів - регульований сопловий агрегат, який дозволяє плавно керувати обертами турбіни та значно підвищує її експлуатаційний ресурс Т-80У. Яке паливо рекомендується використовувати для продовження довговічності силового агрегату? Самі розробники кажуть, що найоптимальніший для цієї мети якісний авіаційний гас.

Так як силового зв'язку між компресорами і турбіною просто немає, танк може впевнено рухатися по грунтах навіть з дуже поганою здатністю, що несе, причому двигун при цьому не заглухне навіть при різкій зупинці машини. А чим харчується Т-80У? Паливо для його двигуна може бути різним.

Турбінна установка

Основною перевагою вітчизняного газотурбінного двигуна є його паливна всеїдність. Може працювати на будь-якому типі солярки, низькооктановому бензині, призначеному для автомобілів. Але! Т-80У, паливо для якого має лише мати стерпну плинність, все ж дуже чутливий до «неліцензійного» пального. Заправка не рекомендованими видами палива можлива тільки в умовах бойової обстановки, оскільки спричиняє суттєве зниження ресурсу двигуна і лопаток турбіни.

Запуск мотора здійснюється за рахунок розкручування компресорів, за що відповідають два автономні електромотори. Акустична помітність танка Т-80У значно нижча за його дизельних побратимів як за рахунок характеристик самої турбіни, так і за рахунок особливим чином розташованої системи вихлопу. Крім того, машина унікальна тим, що при гальмуванні використовуються як і сам двигун, за рахунок чого важкий танк зупиняється практично миттєво.

Як це здійснюється? Справа в тому, що при одиночному натисканні на педаль гальма лопатки турбіни починають обертатися у протилежному напрямку. Цей процес дає величезне навантаження на матеріал лопаток і всієї турбіни, а тому він контролюється електронікою. Через це за потреби різкого гальмування слід відразу ж утоплювати педаль газу повністю. При цьому в роботу відразу включаються гідравлічні гальма.

Завдяки САУР зношування лопаток вдалося скоротити мінімум на 10%, а при грамотній роботі педаллю гальма і перемикання передач механік-водій може знизити на 5-7%. До речі, а який для цього танка є основний вид палива? Т-80У в ідеальних умовах повинен заправлятися, але підійде і якісна солярка.

Системи очищення повітря

Був використаний циклонний очищувач повітря, що забезпечує 97% видалення з повітря, що всмоктується, пилу та інших сторонніх домішок. До речі, у «Абрамса» (за рахунок нормального двоступеневого очищення) цей показник близький до 100%. Саме з цієї причини паливо для танка Т-80У – тема хвора, оскільки витрачається його значно більше, якщо порівнювати танк із його американським конкурентом.

3% пилу, що залишилися, осідають на лопатках турбіни у вигляді запеклого шлаку. Щоб його видалити, конструктори передбачили автоматичну програму вібраційної очистки. Слід зазначити, що до повітрозабірників можна підключати спеціальне обладнання для водіння. Воно дозволяє долати річки завглибшки до п'яти метрів.

Трансмісія танка стандартна – механічна, планетарного типу. Включає дві коробки, два редуктори, по два гідравлічні приводи. Є чотири швидкості вперед та одна назад. Опорні ковзанки гумові. Гусениці також мають внутрішню Через це танк Т-80 має дуже недешеву ходову частину.

Натяг здійснюється з допомогою механізмів черв'ячного типу. Підвіска комбінована, до її складу входять як торсіони, так і гідравлічні амортизатори на трьох ковзанках.

Характеристики озброєння

Основне знаряддя - гармата моделі 2А46М-1, калібр якої дорівнює 125 мм. Точно такі ж гармати ставилися на танки Т-64/72, а також на відому самохідну протитанкову зброю "Спрут".

Озброєння (як на Т-64) було повністю стабілізовано у двох площинах. Досвідчені танкісти кажуть, що дальність прямого пострілу по меті, що візуально спостерігається, може досягати 2100 м. Боєкомплект стандартний: осколково-фугасні, підкаліберні і кумулятивні снаряди. А автомат заряджання одномоментно може перебувати до 28 пострілів, ще кілька можуть бути розташовані в бойовому відділенні.

Допоміжним озброєнням був 12,7-міліметровий кулемет «Кут», але українці вже давно ставлять будь-яке схоже озброєння, орієнтуючись на вимоги замовника. Величезним недоліком кулеметної установки є той факт, що стріляти з неї може тільки командир танка, причому для цього йому в будь-якому випадку доводиться залишати простір машини. Оскільки початкова балістика кулі 12,7 мм дуже схожа на таку у снаряда, найважливішим призначенням кулемета є також пристрілка зброї без витрат основних боєприпасів.

Боєукладка

Механізована боєукладка була розміщена конструкторами по всьому периметру об'єму танка. Оскільки чималу частину всього МТО танка Т-80 займають баки з паливом, конструктори задля збереження обсягу були змушені розмістити горизонтально тільки самі снаряди, тоді як метальні заряди стоять у барабані вертикально. Це дуже помітна відмінність "вісімдесяток" від танків Т-64/72, в яких снаряди з вишибними зарядами розташовуються горизонтально, на рівні ковзанок.

Принцип роботи основної зброї та зарядного пристрою

При надходженні відповідної команди барабан починає обертатися, принагідно підводячи обраний тип снаряда до площини заряджання. Після цього механізм зупиняється, снаряд і вишибний заряд надсилаються в зброю за допомогою закріпленого в одній точці досилача. Після пострілу гільза автоматично захоплюється спеціальним механізмом і поміщається в комірку барабана, що звільнився.

«Карусель» заряджання забезпечує темп стрілянини не нижче шести-восьми пострілів за хвилину. Якщо автомат заряджання виходить з ладу, зарядити зброю можна вручну, але самі танкісти вважають такий розвиток подій нереалістичним (занадто складно, нудно і довго). На танку використовується приціл моделі ТПД-2-49, незалежно від зброї стабілізований у вертикальній площині, що дозволяє визначати відстань і наводиться на ціль при дальності 1000-4000 м.

Деякі модифікації

1978 року танк Т-80У з газотурбінним двигуном був дещо модернізований. Основним нововведенням стала поява ракетного комплексу 9К112-1 "Кобра", стрілянина з якого проводилася ракетами 9М112. Ракета могла вразити броньовану ціль на відстані до 4 кілометрів, причому ймовірність цього була від 0,8 до 1 в залежності від характеристик місцевості та швидкості руху цілі.

Так як ракета повністю повторює габарити стандартного 125-міліметрового снаряда, вона може розташовуватися в будь-якому лотку механізму, що заряджає. Цей боєприпас «заточений» виключно проти бронетехніки, боєголовка лише кумулятивна. Як і звичайний постріл, конструктивно ракета складається з двох частин, суміщення яких відбувається за стандартної роботи механізму заряджання. Наводиться вона в напівавтоматичному режимі: навідник перші секунди повинен міцно утримувати рамку захоплення на цілі, що атакується.

Наведення або оптичне або за спрямованим радіосигналом. Щоб максимізувати ймовірність поразки мети, навідник може вибрати один із трьох польотних режимів ракети, орієнтуючись на бойову обстановку та навколишню місцевість. Як показала практика, це корисно під час атаки бронетехніки, захищеної активними системами протидії.

Відцентровий ступінь компресора ТВаД.

Сьогодні продовжуємо серію розповідей про типи авіаційних двигунів.

Як відомо, основний вузол будь-якого газотурбінного двигуна(ВМД) – це турбокомпресор. У ньому компресор працює у зв'язці з турбіною, яка його обертає. Функції турбіни цим можуть обмежитися. Тоді вся корисна енергія газового потоку, що проходить через двигун, спрацьовується у вихідному пристрої ( реактивному сопі). Як казав мій викладач «спускається на вітер»:-). Тим самим створюється реактивна тяга і ВМД стає звичайним (ТРД).

Але можна зробити по-іншому. Адже Турбіну можна змусити крім компресора обертати й інші потрібні агрегати, використовуючи ту саму корисну енергію, що залишилася. Це може бути, наприклад, літаковий. У цьому випадку ВМД стає вже , в якому 10-15% енергії все ж витрачається «на повітря»:-), тобто створює реактивну тягу.

Принцип роботи турбувального двигуна.

Але якщо вся корисна енергія у двигуні спрацьовується на валу і через нього передається для приводу агрегатів, то ми вже маємо так званий турбувальний двигун(ТваД).

Такий двигун найчастіше має вільну турбіну. Тобто вся турбіна поділена на дві частини, між собою механічно незв'язані. Зв'язок між ними тільки газодинамічна. Газовий потік, обертаючи першу турбіну, віддає частину своєї потужності для обертання компресора і далі, обертаючи другу, тим самим через вал цієї (другої) турбіни приводить у дію корисні агрегати. Сопла на такому двигуні немає. Тобто вихідний пристрій для відпрацьованих газів звичайно є, але сопло воно не є і тяги не створює. Просто труба… Найчастіше ще й викривлена:-).

Компонування двигуна Arriel 1E2.

Турбо двигун ARRIEL 1E2.

Eurocopter BK 117 c двома турбувальними двигунами Arriel 1E2.

Вихідний вал ТваД, з якого знімається вся корисна потужність, може бути спрямований як назад, через канал вихідного пристрою, так і вперед, або через порожнистий вал турбокомпресора або через редуктор поза корпусом двигуна.

Компонування двигуна Arrius 2B2.

Турбо двигун ARRIUS 2B2.

Eurocopter EC 135 з двома турбувальними двигунами Arrius 2B2.

Слід сказати, що редуктор - неодмінна приналежність турбувального двигуна. Адже швидкість обертання як ротора турбокомпресора, так і ротора вільної турбіни велика настільки, що це обертання не може бути безпосередньо передано на агрегати. Вони просто не зможуть виконувати свої функції та навіть можуть зруйнуватися. Тому між вільною турбіною і корисним агрегатом обов'язково ставиться редуктор зниження частоти обертання приводного валу.

Компонування двигуна Makila 1A1.

Турбувальний двигун MAKILA 1A1

Eurocopter AS 332 Super Puma з двома турбувальними двигунами Makila 1A1

Компресор у ТваД може бути (якщо потужний двигун) або . Часто компресор буває і змішаним по конструкції, тобто в ньому є як осьові, так і відцентрові щаблі. В іншому принцип роботи цього двигуна такий самий, як і у ТРД. Прикладом різноманітності конструкцій ТваД можуть бути двигуни відомої французької двигунобудівної фірми TURBOMEKA . Тут я представляю низку ілюстрацій на цю тему (їх сьогодні взагалі багато як вийшло:-)… Ну багато — не мало… :-)).

Компонування двигуна Arrius 2K1

Турбо двигун ARRIUS 2K1.

Вертоліт Agusta A-109S з двома турбувальними двигунами Arrius 2K1.

Основне своє застосування турбувальний двигунзнаходить сьогодні звичайно ж в авіації, здебільшого на . Його часто називають вертолітний ВМД. Корисне навантаження в цьому випадку – гвинт вертольота, що несе. Відомим прикладом (крім французів:-)) можуть бути широко поширені досі відмінні класичні вертольоти МІ-8 і МІ-24 з двигунами ТВ2-117 і ТВ3-117.

Вертоліт МІ-8Т з двома турбувальними двигунами ТВ2-117.

Турбодвигун ТВ2-117.

Вертоліт МІ-24 з двома турбувальними двигунами ТВ3-117.

Турбодвигун ТВ3-117 для вертольота МІ-24.

Крім того ТваД може застосовуватися як допоміжної силової установки(ЗСУ, про неї докладніше в :-)), а також у вигляді спеціальних пристроїв для запуску двигунів. Такі пристрої є мініатюрним турбувальний двигун, вільна турбіна якого розкручує ротор основного двигуна під час його запуску. Називається такий пристрій турбостартер. Як приклад можу навести турбостартер ТС-21, який використовується на двигуні АЛ-21Ф-3, який встановлюється на літаки СУ-24, зокрема на мій рідний СУ-24МР :-)…

Двигун АЛ-21Ф-3 із турбостартером ТС-21.

Турбостартер ТС-21, знятий із двигуна.

Фронтовий бомбардувальник СУ-24М з двома двигунами АЛ-21Ф-3.

Однак, говорячи про турбувальних двигунах, не можна не сказати про зовсім неавіаційний напрямок їх використання. Справа в тому, що спочатку газотурбінний двигун не був монополією авіації. Головний його робочий орган, газова турбіна, створювався задовго до появи літаків. І призначався ВМД для більш прозових, ніж польоти в повітряній стихії:-). Ця сама повітряна стихія його все ж таки завоювала. Однак неавіаційне приземлене призначення існує і серйозності своєї не втратило, скоріше навпаки.

На землі, так само як і в повітрі ВМД ( турбувальний двигун) застосовується на транспорті.

Перше – це перекачування природного газу великими магістралями через газоперекачують станції. ВМД використовуються тут як потужні насоси.

Друге – це водний транспорт. Судна, що використовують турбувальні газотурбінні двигуни називають газотурбоходи. Це найчастіше судна на підводних крилах, у яких гребний гвинт приводить у рух турбувальний двигунмеханічно через редуктор або електрично через генератор, що він обертає. Або це судна на повітряній подушці, що створюється за допомогою ВМД.

Газотурбохід "Циклон-М" з 2-ма газотурбінними двигунами ДО37.

Пасажирських газотурбоходів за російську історію було лише два. Останнє дуже перспективне судно «Циклон-М» з'явилося у дуже незручний для себе час у 1986 році. Успішно пройшовши всі випробування, воно «благополучно» перестало існувати для Росії. Перебудова… Більше таких судів не будували. Зате у військових у цьому плані справи трохи кращі. Чого вартий один тільки десантний корабель «Зубр», найбільше у світі судно на повітряній подушці.

Десантний корабель на подушці "Зубр" з газотурбінними двигунами.

Третє – це залізничний транспорт. Локомотиви на яких стоять турбувальні газотурбінні двигуни називають газотурбовози. Там використовується так звана електрична передача. ВМД обертає електрогенератор, а струм, що виробляється ним, у свою чергу, обертає електродвигуни, що приводять локомотив в рух. У 60-ті роки минулого століття в СРСР проходили досить успішну дослідну експлуатацію три газотурбовози. Два пасажирських та один вантажний. Однак вони не витримали змагання з електровозами і на початку 70-х проект було згорнуто. Але у 2007 році з ініціативи ВАТ «РЗ» було виготовлено дослідний зразок газотурбовозу з ВМД, що працює на зрідженому природному газі (знову кріогенне паливо:-)). Газотурбовоз успішно пройшов випробування, планується його подальша експлуатація.

І нарешті четверте, найпевніше, екзотичне… Танки. Грізні бойові машини. На сьогоднішній момент досить широко відомі два типи бойових танків, що нині використовуються, з газотурбінними двигунами. Це американський М1 Abrams та російський Т-80.

Танк M1A1 Abrams із газотурбінним двигуном AGT-1500.

У всіх вищеописаних випадках застосування ВМД (суть турбувальний двигун), він зазвичай замінює дизельний двигун. Це відбувається тому, що (як я вже описував тут) при однакових розмірах турбувальний двигун значно перевершує дизельний за потужністю, має набагато меншу вагу та шумність.

Танк Т-80 із газотурбінним двигуном ВМД-1000Т.

Однак у нього є і великий недолік. Він має порівняно низький коефіцієнт корисної дії, що обумовлює велику витрату палива. Це природно знижує запас ходу будь-якого транспортного засобу (та танка у тому числі:-)). Крім того він чутливий до бруду та сторонніх предметів, що всмоктуються разом із повітрям. Вони можуть зашкодити лопатки компресора. Тому доводиться створювати досить об'ємні системи очищення під час використання такого двигуна.

Ці недоліки досить серйозні. Саме тому турбувальний двигуннабув значно більшого поширення в авіації, ніж у наземному транспорті. Там цей трудяга-движок, нічого не пускаючи «на вітер», змушує підніматися в повітря. І вони в рідній для них стихії з безглуздих, на перший погляд, машин перетворюються на дивовижні за красою і можливостями творіння людських рук… Все-таки авіація – це здорово:-)…

P.S. Ви тільки подивіться, що вони витворяють!

Всі фотографії та схеми клікабельні.

Мотоблок у кормовій частині корпусу танка розташований поздовжньо, що зажадало деякого збільшення довжини машини порівняно з Т-64. Двигун виконаний в єдиному блоці загальною масою 1050 кг з вбудованим коніческо-циліндричним редуктором, що знижує, і кінематично пов'язаний з двома бортовими планетарними коробками передач. У моторно-трансмісійному відділенні встановлено чотири паливні баки ємністю по 385 л (сумарний запас палива в заброньованому обсязі становив 1140 л).

ВМД-1000Т виконаний за тривальною схемою, з двома незалежними турбокомпресорами та вільною турбіною. Регульований сопловий апарат (РСА) турбіни обмежує частоту її обертання і запобігає "розносу" при перемиканні передач. Відсутність механічного зв'язку між силовою турбіною і турбокомпресорами підвищила прохідність танка по ґрунтах з низькою несучою здатністю, у важких умовах руху, а також усунула можливість заглухання двигуна при раптовій зупинці машини з включеною передачею.

Важливою перевагою газотурбінної силової установки стала її багатопаливність. Забезпечено роботу двигуна на реактивних авіаційних паливах ТС-1 та ТС-2, дизельних паливах та автомобільних низькооктанових бензинах. Процес пуску ВМД автоматизований, розкручування роторів компресорів здійснюється за допомогою двох електромоторів.

За рахунок вихлопу назад, а також власної малошумності турбіни в порівнянні з дизелем вдалося трохи знизити акустичну помітність танка.

До особливостей Т-80 слід віднести вперше реалізовану комбіновану систему гальмування з одночасним використанням ВМД та механічних гідравлічних гальм. Регульований сопловий апарат турбіни дозволяє змінювати напрямок потоку газів, змушуючи лопатки обертатися в протилежному напрямку (зрозуміло, це сильно навантажує силову турбіну, що вимагало вжиття спеціальних заходів щодо її захисту). Процес гальмування танка відбувається так: при натисканні водієм гальмівної педалі починається гальмування за допомогою турбіни. При подальшому утопленні педалі в роботу включається і механічні гальмівні пристрої.

На ВМД танка Т-80 застосована система автоматичного керування режимом роботи двигуна (САУР), що включає датчики температури, розміщені перед- та за силовою турбіною, регулятор температури (РТ), а також кінцеві вимикачі, встановлені під педалями гальма та РСА, пов'язані з РТ та системою подачі палива. Застосування САУР дозволило підвищити ресурс лопаток турбіни більш ніж у 10 разів, а при частому використанні гальма та педалі РСА для перемикання передач (що відбувається під час руху танка пересіченою місцевістю) витрата палива знижується на 5-7%.

Для захисту турбіни від пилу застосований інерційний (т.зв. "циклонний") метод очищення повітря, що забезпечує 97-відсоткове очищення. Однак при цьому на лопатках турбіни все ж таки осідають невідфільтровані частинки пилу. Для їх видалення під час руху танка в особливо важких умовах передбачено процедуру віброочистки лопаток. Крім того, перед початком роботи двигуна та після його зупинки проводиться продування.

Трансмісія Т-80 – механічна планетарна. Вона складається з двох агрегатів, кожен з яких включає бортову коробку передач, бортовий редуктор та гідросервоприводи системи керування рухом. Три планетарних ряди та п'ять фрикційних пристроїв управління в кожній бортовій коробці забезпечують чотири передачі вперед та одну назад.
...
...
...
Істотним нововведенням стало застосування на танку допоміжного енергоагрегату ГТА-18 потужністю 30 л. с., що дозволяє економити паливо під час стоянки танка, під час ведення оборонного бою, і навіть у засідці. Заощаджується і ресурс основного двигуна. Допоміжний енергоагрегат, розташований у кормі машини, в бункері на лівій надгусеничній полиці, "вбудований" у загальну систему роботи ВМД і не вимагає додаткових пристроїв для свого функціонування.

Два незалежні вали з відцентровими компресорами та їх турбінами

Проточна частина ВМД-1000, поздовжній розріз

Камера згоряння, турбіни компресорів та РСА ВМД-1000

З цих фото я бачу два соостних вала (один в іншому) а третій напевно теж соостний з ними, але просто жорстко з ними не з'єднаний. Все це зроблено для компактності, приблизно така схема використовується в літакових ВМД, але там немає просто вільної турбіни наприкінці – вона не потрібна.

До речі, де тут РСА ВМД-1000 я не знаю, але якщо він дійсно тут, він або дуже маленький, або моя версія

На сьогоднішній день авіація практично на 100% складається з машин, які використовують газотурбінний тип силової установки. Інакше висловлюючись – газотурбінні двигуни. Однак, незважаючи на всю популярність авіаперельотів, що зростає зараз, мало хто знає, яким чином працює той дзижчий і свистячий контейнер, який висить під крилом того чи іншого авіалайнера.

Принцип роботи газотурбінний двигун.

Газотурбінний двигун, як і поршневий двигун на будь-якому автомобілі, відноситься до двигунів внутрішнього згоряння. Вони обидва перетворюють хімічну енергію палива на теплову, шляхом спалювання, а потім - на корисну, механічну. Однак те, як це відбувається, дещо відрізняється. В обох двигунах відбувається 4 основні процеси - це: паркан, стиск, розширення, вихлоп. Тобто. у будь-якому випадку двигун спочатку входить повітря (з атмосфери) і паливо (з баків), далі повітря стискається і в нього впорскується паливо, після чого суміш займається, через що значно розширюється, і в результаті викидається в атмосферу. З усіх цих процесів видає енергію лише розширення, й інші необхідні забезпечення цього впливу.

А тепер у чому різниця. У газотурбінних двигунах всі ці процеси відбуваються постійно і одночасно, але в різних частинах двигуна, а в поршневому - в одному місці, але в різний момент часу і по черзі. До того ж, чим більше стиснуте повітря, тим більшу енергію можна отримати при згорянні, а на сьогоднішній день ступінь стиснення газотурбінних двигунів досягла 35-40:1, тобто. в процесі проходу через двигун повітря зменшується обсягом, а відповідно збільшує свій тиск у 35-40 разів. Для порівняння в поршневих двигунах цей показник не перевищує 8-9:1, у найсучасніших та найдосконаліших зразках. Відповідно маючи рівну вагу та розміри газотурбінний двигун набагато потужніший, та й коефіцієнт корисної дії у нього вищий. Саме цим і зумовлено таке широке застосування газотурбінних двигунів в авіації у наші дні.

А тепер докладніше про конструкцію. Чотири вищезазначені процеси відбуваються в двигуні, який зображений на спрощеній схемі під номерами:

• забір повітря – 1 (повітрозабірник)
• стиск - 2 (компресор)
• змішування та займання – 3 (камера згоряння)
• вихлоп – 5 (вихлопне сопло)
• Загадкова секція за номером 4 називається турбіною. Це невід'ємна частина будь-якого газотурбінного двигуна, її призначення - отримання енергії від газів, які виходять після камери згоряння на величезних швидкостях, і вона знаходиться на одному валу з компресором (2), який і приводить в дію.

Таким чином, виходить замкнутий цикл. Повітря входить у двигун, стискається, змішується з пальним, спалахує, прямує на лопатки турбіни, які знімають до 80% потужності газів для обертання компресора, все що залишилося і обумовлює підсумкову потужність двигуна, яка може бути використана різними способами.

Залежно від способу подальшого використання цієї енергії газотурбінні двигуни поділяються на:

• турбореактивні
• турбогвинтові
• турбовентиляторні
• турбувальні

Двигун, зображений на схемі вище, є турбореактивним. Можна сказати «чистим» газотурбінним, адже гази після проходження турбіни, що обертає компресор, виходять із двигуна через вихлопне сопло на величезній швидкості і таким чином штовхають літак уперед. Такі двигуни зараз використовуються переважно на високошвидкісних бойових літаках.

Турбогвинтовідвигуни відрізняються від турбореактивних тим, що мають додаткову секцію турбіни, яка ще називається турбіною низького тиску, що складається з одного або декількох рядів лопаток, які відбирають енергію, що залишилася після турбіни компресора, у газів і таким чином обертає повітряний гвинт, який може бути як спереду так і позаду двигуна. Після другої секції турбіни, відпрацьовані гази виходять фактично вже самопливом, не маючи ніякої енергії, тому для їх виведення використовуються просто вихлопні труби. Подібні двигуни використовуються на низькошвидкісних маловисотних літаках.

Турбовентиляторнідвигуни мають схожу схему з турбогвинтовими, тільки друга секція турбіни відбирає не всю енергію у газів, тому такі двигуни також мають вихлопне сопло. Але основна відмінність полягає в тому, що турбіна низького тиску призводить до дії вентилятора, який закритий у кожух. Тому такий двигун ще називається двоконтурним, адже повітря проходить через внутрішній контур (сам двигун) і зовнішній, який необхідний лише для напряму повітряного струменя, який штовхає двигун уперед. Тому вони мають досить «пухлу» форму. Саме такі двигуни застосовуються на більшості сучасних авіалайнерів, оскільки є найбільш економічними на швидкостях, що наближаються до швидкості звуку та ефективні при польотах на висотах вище 7000-8000м і аж до 12000-13000м.

Турбувальнідвигуни практично ідентичні конструкції з турбогвинтовими, за винятком того, що вал, який з'єднаний з турбіною низького тиску, виходить з двигуна і може приводити в дію абсолютно що завгодно. Такі двигуни використовуються у вертольотах, де два-три двигуни приводять в дію єдиний гвинт, що несе, і компенсуючий хвостовий пропелер. Подібні силові установки зараз мають навіть танки – Т-80 та американський «Абрамс».

Газотурбінні двигуни мають класифікацію також за іншими признакам:

• за типом вхідного пристрою (регульований, нерегульований)
• за типом компресора (осьовий, відцентровий, осецентробіжний)
• за типом повітряно-газового тракту (прямотковий, петльовий)
• за типом турбін (число сходів, число роторів та ін.)
• за типом реактивного сопла (регульоване, нерегульоване) та ін.

Турбореактивний двигун з осьовим компресоромнабув широкого застосування. При двигуні йде безперервний процес. Повітря проходить через дифузор, пригальмовується та потрапляє в компресор. Потім він надходить у камеру згоряння. У камеру через форсунки подається паливо, суміш спалюється, продукти згоряння переміщуються через турбіну. Продукти згоряння в лопатках турбіни розширюються і наводять її у обертання. Далі гази з турбіни зі зменшеним тиском надходять у реактивне сопло і з величезною швидкістю вириваються назовні, створюючи тягу. Максимальна температура має місце на воді камери згоряння.

Компресор та турбіна розташовані на одному валу. Для охолодження продуктів згоряння подається холодне повітря. У сучасних реактивних двигунах робоча температура може перевищувати температуру плавлення сплавів робочих лопаток приблизно 1000 °З. Система охолодження деталей турбіни та вибір жаростійких та жаростійких деталей двигуна – одні з головних проблем при конструюванні реактивних двигунів усіх типів, у тому числі і турбореактивних.

Особливістю турбореактивних двигунів із відцентровим компресором є конструкція компресорів. Принцип роботи подібних двигунів аналогічний двигунам з осьовим компресором.

Газотурбінний двигун. Відео.

Корисні статті на тему.