На малых и средних скоростях полета (до 500-650 км/ч) турбореактивные двигатели вытесняются турбовинтовыми. Это объясняется тем, что для указанного диапазона ТРД значительно уступает ТВД и по экономичности, и по взлетно-посадочным характеристикам.
ТВД состоит из тех же основных элементов, что и ТРД, но, помимо того, снабжен воздушным винтом, вал которого соединен с валом турбокомпрессора через редуктор.
Необходимость применения редуктора вызвана тем, что оптимальная частота вращения турбокомпрессора значительно больше оптимальной частоты вращения воздушного винта. Это объясняется тем, что в ТВД расширение газа в турбине происходит до давления, близкого к атмосферному, поэтому суммарная мощность турбины превышает потребную для привода компрессора газогенератора. Избыточная мощность турбины (сверх потребной мощности компрессора и агрегатов) передается на воздушный винт.
Мощность турбины ТВД при прочих равных условиях больше мощности ТРД.
Тяга ТВД создается в основном воздушным винтом (85-90 %) и только частично реакцией струи.
Одновальные ТВД отличаются относительной простотой конструкции и регулирования, однако применение редуктора несколько утяжеляет конструкцию и усложняет эксплуатацию силовой установки.
ТВД предназначены для установки на транспортные, пассажирские и вспомогательные самолеты, для которых скорость полета не очень важна. ТВД со свободной турбиной (турбовальные двигатели) широко используются на силовых установках современных вертолетов.
В данном проекте был спроектирован редуктор, выполненный по схеме замкнутого дифференциального планетарного механизма, для высотного турбовинтового двигателя.
Видео:Что такое редуктор и регулятор, для чего они нужны и как работаютСкачать
РЕДУКТОРЫ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Числа оборотов роторов турбокомпрессоров современных турбовинтовых двигателей (ТВД), на рабочем режиме, находятся в пределах 6000—30000 об/мин. Значения оптимальных оборотов ротора определяются из условия получения заданной мощности в расчетных условиях при максимальном КПД двигателя, наименьших габаритах, массе и обеспечении необходимых запасов прочности деталей двигателя.
Число оборотов воздушного винта данного самолета определяется при подборе винта с учетом мощности ТВД, высоты и скорости полета самолёта, по характеристикам винта, его геометрическим размерам, допустимым, по условиям обеспечения прочности, окружным скоростям. Число оборотов винтов ТВД и турбовальных двигателей (ТВаД) составляет обычно 120…1500 об/мин., (таблица 1) Такое несоответствие, числа оборотов ротора турбокомпрессора двигателя и потребного числа оборотов воздушного винта приводит к необходимости включения в кинематическую схему двигателя устройств, согласования оборотов винта и ротора.
| ТВД | Турбовальный ГТД | |||
| Тип и наименование | ||||
| двигателя | ||||
| АИ-20 | АИ-24 | ТВ2-117 | Д25-В | |
| Частота вращения ро- тора турбокомпрессора или свободной турбины, об/мин | 15 100 | |||
| Тип и частота враще- | Тянущий | Тянущий | Несущий | Несущий |
| ния винта, об/мин |
В качестве такого узла применяется редуктор.
Редуктором двигателя называется понижающая зубчатая передача от ротора на воздушный винт с целью согласования наивыгоднейших скоростей вращения ротора и винта.
Степень снижения скорости вращения редуктором оценивается передаточным числом, т. е. отношением числа оборотов (ведущего) ротора двигателя к числу оборотов (ведомого) вала винта:
где nд—число оборотов ротора двигателя; пв — число оборотов вала винта.
Передаточные числа редукторов ТВД находятся в диапазоне от 5 до 17. Величина, обратная передаточному числу, называется степенью редукции.
Редукторы могут составлять часть конструкции ГТД, а иногда представляют собой самостоятельную часть силовой установки летательного аппарата, имеют собственный корпус, узлы крепления, систему смазки и охлаждения и связываются с двигателем валами (рессорами).
В схеме ТВД рис.2.1,а редуктор выполнен непосредственно в корпусе двигателя. При этом корпус редуктора образует с наружным корпусом двигателя канал входного устройства компрессора. На рис. 2.1,б показана схема ТВД с вынесенным редуктором. Редуктор закреплен на двигателе (с помощью стержневой рамы) и непосредственно в конструкцию двигателя не входит.
Передача мощности с двигателя на винт осуществляется сравнительно длинным валом (рессорой). Величина выноса редуктора в этом случае определяется условиями компоновки силовой установки на летательном аппарате. Схема, приведенная на рис. 2.1,в, относится к силовой установке, которая состоит из ГТД со свободной турбиной, приводящей в движение несущий винт через редуктор, который имеет самостоятельные узлы крепления в виде стержневой фермы. Редуктор в этой схеме является самостоятельной частью силовой установки с собственной системой смазки и охлаждения. Схема рис.2.1,в применяется в качестве силовой установки в вертолётных ГТД.
Читайте также: Количество зубьев в редукторе волга
Редукторы можно использовать в конструкции ТРДД, когда одна и та же турбина приводит в движение компрессор и вентилятор или отдельные ступени комбинированного компрессора двигателя,
Рис. 2.1. Схемы размещения редукторов:
а и б — для ТВД; в — для вертолетного ГТД; г— для ТРДД;
1 — винт; 2 — редуктор; 3 — двигатель; 4 — вентилятор
вращающиеся с различной частотой (рис.2.1,г). В этом случае iред обычно не превышает 3.
Редуктор является сложным и ответственным агрегатом, и его доводка нередко задерживала выход многих ТВД в серийное производство. Трудности, которые возникают при создании редукторов, связаны с необходимостью при малых габаритах и массе передать на воздушный винт большие мощности (10000— 15000 л. с.), с минимальными потерями.
Редуктор является источником возникновения крутильных колебаний в ТВД. Причина возникновения вынуждающей силы обусловлена ошибками шага зубьев колес редуктора и деформации зубьев при передаче мощности. Это, в свою очередь, может вызвать колебания лопаток турбин и компрессора, опасные по причине возможных поломок лопаток и аварии двигателя. Технологическая сложность узла редуктора удлиняет сроки доводки ТВД по сравнению с ТРД.
Дата добавления: 2019-09-30 ; просмотров: 1197 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Видео:Редуктор. Устройство. Конструкция. Виды и типы редукторовСкачать
Планетарный редуктор сделает турбовентиляторные двигатели компактнее
Анимация работы планетарного редуктора на валах турбин
Британская компания Derwent Aviation предложила использовать в конструкции двухвальных турбовентилляторных реактивных авиационных двигателей планетарный редуктор для передачи вращения от валов турбин высокого и низкого давления компрессору низкого давления. Как пишет Aviation Week, такая схема позволит сделать авиационные двигатели компактнее, а также значительно упростить подключение электромоторов для старта силовых установок и генераторов.
Современные турбовентиляторные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят зона компрессоров, камера сгорания и турбина высокого давления. В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.
После сгорания горючего газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор высокого давления. После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор и компрессор низкого давления. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя. Вторая часть двигателя — внешний контур — представляет собой направляющий аппарат, воздуховод и, в некоторых случаях, собственное кольцевое сопло.
Во время полета часть немного сжатого вентилятором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается. Затем сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем — в сопло и формирует остаток тяги. В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги — до 80 процентов — формируется вентилятором.
В некоторых авиационных двигателях используется редуктор, передающий вращение с вала турбины низкого давления на вентилятор. Благодаря такому конструкторскому решению удалось частично избавиться от жесткой связки между горячей и холодной частями силовой установки. Кроме того, вентилятор и турбина стали работать в оптимальных друг для друга условиях — удалось несколько повысить частоту вращения турбины низкого давления без значительного увеличения частоты вращения вентилятора.
Читайте также: Подшипник для редуктора рм 650
Новое решение, предложенное компанией Derwent Aviation, предусматривает установку планетарного редуктора в холодной зоне на валы турбин высокого и низкого давления. Такая конструкция получила название DDB (Dual-Drive Booster, компрессор низкого давления с двойным приводом). В новой конструкции вращение с вала турбины высокого давления будет передаваться на солнечную шестерню редуктора, а с вала турбины низкого давления — на сателлиты.
По данным конструкторов, такое техническое решение позволит дополнительно повысить частоту вращения турбины низкого давления, мощность компрессора низкого давления и общую степень сжатия в зоне компрессоров. Как результат, это приведет к повышению топливной эффективности силовой установки по меньшей мере на 4 процента. При этом наличие планетарного редуктора на валах турбин упростит подключение генератора, вращение для которого можно будет отбирать напрямую от шестерен, а не от навесного редуктора, как это делается в современных двигателях.
Кроме того, к планетарному редуктору в двигателе возможно будет подключить внешний электромотор, питающийся от аэродромного источника или от вспомогательной силовой установки. Этот электромотор можно будет использовать для раскрутки авиационного двигателя для его запуска. Другие подробности о перспективной разработке пока не раскрываются. Неизвестно также, когда планируется начать испытания авиационного двигателя новой конструкции.
Ранее немецкий проектный институт Bauhaus Luftfahrt, контрольный пакет акций которого принадлежит европейскому авиастроительному концерну Airbus, представил проект гибридной авиационной силовой установки. Новый двигатель внешне похож на турбовентиляторную реактивную авиационную силовую установку, однако внутри имеет существенное от нее отличие — замещенный поршневым двигателем газогенератор. По оценке разработчиков, такое конструктивное решение позволит уменьшить расход топлива самолетом.
Видео:Принцип действия поршневого авиационного двигателяСкачать
Редукторы воздушного винта
Одним из эффективных способов повышения литровой мощности мотора (мощность, снимаемая с одного литра рабочего объема цилиндров) является 1 обличение числа оборотов коленчатого вала.
Однако при непосредственной креплении винта на носок коленчатого вала. т. е. у безредукторного мотора, увеличение числа оборотов может резко ухудшить условия работы винта, понизить его КПД и тем самым понизить или даже свести к нулю эффект, полученный в результате повышения мощности мотора.
Физический смысл этого явления объясняется вредным влиянием сжимаемости воздуха, наблюдающимся при скоростях, близких к скорости звука.
Из сказанного следует, что увеличение числа оборотов коленчатого вала возможно лишь в том случае, если при этом число оборотов винта не превысит допустимых пределов.
Уменьшение числа оборотов винта при сохранении большим числа оборотов коленчатого вала достигается при помощи шестеренчатого механизма, называемого редуктором.
Благодаря редуктору оказывается возможным поставить на самолет винт большого диаметра, что улучшает условия отрыва самолета от земли и его взлета. Применение редуктора усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его вес на 4— 15% и уменьшает эффективную мощность на 2—7%.
Однако повышение КПД винта значительно превышает потери, обусловленные наличием редуктора, поэтому в настоящее время редуктор является неотъемлемой частью мощного авиационного двигателя.
Редукторы со смещенной осью
Отношение числа оборотов винта к числу оборотов коленчатого вала называют степенью редукции и обозначают буквой i.
В современных двигателях степень редукции изменяется от 0,4 до 0.8, сохраняя обороты винта в пределах 800— 1700об/мин.
Рис. 3.56. Схема редуктора со смещенной осью
По схеме расположения вала относительно коленчатого нала различают два основных типа редукторов:
Читайте также: Когда менять масло в редукторе 2106
1. Редукторы со смешенной осью винта. У таких редукторов ось вала винта смещена и параллельна оси коленчатого рала.
2. Соосные редукторы. У этих редукторов ось вала винта является продолжением оси коленчатого вала.
Редукторы со смещенной осью конструктивно выполняются в виде пары цилиндрических зубчатых шестерен (Рис. 3.56), из которых шестерня меньшего диаметра закреплена на коленчатом валу, а большого диаметра на валу редуктора. При этом коленчатый вал и вал редуктора вращаются в противоположных направлениях.
Обозначив z1, — число зубьев малой шестерни, а z2, — большой, определим степень редукции редукторов рассматриваемого типа:
К достоинствам редукторов со смещенной осью относятся:
1) высокая постановка винта, позволяющая использовать винт с увеличенным диаметром для самолета с низким шасси;
3) возможность установки ствола пушки в пустотелом валу редуктора.
Рис. 3.57. К определению размеров зубьев шестерни редуктора
Однако в редукторах рассматриваемого типа вся нагрузка от крутящего момента передается через одну пару зубьев, находящихся в зацеплении. Зубья шестерен работают на изгиб, срез и смятие в результате воздействия динамической нагрузки, повторяющейся с большой частотой.
Вследствие зазоров (в особенности при недостаточно точном изготовлении или неправильном монтаже шестерен) нагрузка от зуба ведущей шестерни к зубу ведомой передается в виде ударов, что приводит к большим напряжениям в зубьях, образованию вмятин на их рабочей поверхности, выкрашиванию поверхностного слоя и другим дефектам.
Рис. 3.58. Шевронные шестерни редуктора
При работе двигателя большая шестерня редуктора, закрепленная на валу винта, вращается почти с равномерной угловой скоростью, малая же шестерня, закрепленная на коленчатом валу, вращается с переменной угловой скоростью. Вследствие этого имеет место вынужденное набегание или отставание зубьев одной шестерни относительно зубьев другой, что вызывает дополнительное напряжение в зубьях. Зги напряжения особенно велики при резких изменениях режима работы мотора и в ряде случаев вызывают поломку зубьев. Для сглаживания неравномерности крутящего момента и восприятия усилий при резких изменениях угловой скорости коленчатого вала большая шестерня крепится к валу редуктора не жестко, а при помощи набора пружин (Рис. 3.59). Усилие, необходимое для сжатия пружин, меньше усилия, необходимого для срезания зуба; таким образом, эластичное крепление шестерни редуктора устранит возможность срезания зуба.
Редукторы со смещенной осью обычно устанавливаются на рядных двигателях, так как на звездообразных двигателях картер редуктора, закрывая собой некоторые цилиндры, ухудшает их охлаждение, и, кроме того, усложняется привод к клапанам.
Для установки редукторов в картерах рядных двигателей предусмотрены специальные приливы или отсеки, образующие картер редуктора (см. Рис. 3.58).
Редукторы планетарного типа
В соосных редукторах передача вращения на винт осуществляется при помощи планетарной передачи с коническими или цилиндрическими шестернями (Рис. 3.60).
Рис. 3.60. Редукторы планетарного типа
Шестерня закреплена на коленчатом валу и входит в зацепление с несколькими шестернями 2 (называемыми сателлитами), закрепленными на валу редуктора. Сателлиты также находятся о зацеплении с шестерней 3, неподвижно закрепленной в картере двигателя.
Таким образом, вращение шестерни 1 вызывает вращение шестерен 2, которые, обкатывая неподвижную шестерню 3, приводят во вращение вал редуктора. У всех редукторов, работающих по схеме, приведенной на Рис. 3.60, вал винта и коленчатый вал вращаются в одном направлении.
Достоинства редуктора планетарного типа:
1) большая плавность работы, так как в зацеплении находятся одновременно зубья нескольких шестерен;
2) меньший вес редуктора, составляющий 7—8% веса мотора;
3) соосность винта и вала, что особенно удобно для звездообразных двигателей.
К недостаткам редукторов планетарного типа относят большую сложность их изготовления и меньшее значение КПД редуктора вследствие трения в шестернях.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
📺 Видео
Редуктор давленияСкачать
Редуктор компании ООО "ОНИКС - спецтехсервис"Скачать
Преимущества мембранного редуктора давления по сравнению с поршневымСкачать
Редуктор, ответы на вопросыСкачать
КАК РАБОТАЮТ АВИАДВИГАТЕЛИ? Вопросы о самолетах, которые задавал себе каждыйСкачать
Как устроен регулятор давления воздуха?Скачать
Как устроен турбовинтовой двигатель? Отвечает авиатехникСкачать
Что такое, редуктор?Скачать
cx205-1 Воздушный редукторСкачать
Принцип работы редуктора. Виды редукторов. Курсовая.Скачать
О редукторахСкачать
Принцип работы воздушного винта (перевод английского обучающего фильма The Propeller Explained)Скачать
Турбовентиляторный двигатель. Просто о сложномСкачать
Как это работает винт самолётаСкачать
Вертолёты — главный редуктор, трансмиссия, винтыСкачать
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬСкачать
Ременной редукторСкачать
