Turbiinimoottorit ovat tärkeitä kaasuturbiini{0}}pohjaisia moottoreita. Ne käyttävät monia lentokoneita ja UAV:ita (droneja). Katsotaanpa niiden toimintaa, tehokkuutta, vertailua ja pääosia.
Pääkomponentitturbiinimoottorista
Turbomoottorissa on useita keskeisiä osia:
- Tuuletin: Auttaa työntövoimaa nopeuttamalla paljon ilmaa.
- Kompressori: Nostaa tulevan ilman painetta ja lämpötilaa.
- Polttokammio: Ilma sekoittuu polttoaineeseen ja syttyy palamaan.
- Turbiini: Ottaa energiaa kuumista kaasuista kompressorin ja tuulettimen käyttämiseen.
- Akseli: Kiinnittää pyörivät osat.
- Suutin: Nopeuttaa pakokaasuja työntövoiman aikaansaamiseksi.
Tuuletin lisää ylimääräistä työntövoimaa. Kompressori ja turbiinit pitävät moottorin käynnissä. Lopuksi suutin ampuu kaasuja suurella nopeudella siirtääkseen UAV:ta eteenpäin.
Kuinka turbofaanimoottorit toimivat
Turbopuhallinmoottorit toimivat aivan kuten potkuriturbiinimoottorit. Näin vaihe vaiheelta:
- Ilmanotto ja jako: Tuuletin vetää ilmaa moottoriin. Ilma jakautuu kahteen reittiin. Yksi menee moottorin ytimeen palamaan. Toinen (ohitusilma) virtaa sydämen ympäri kanavan kautta.
- Pakkausprosessi: Sydämeen tuleva ilma kulkee ensin matalapaineisen -painekompressorin (LPC) läpi. LPC nostaa ilmanpainetta. Sitten ilma siirtyy korkeapainekompressoriin (HPC). HPC puristaa ilmaa enemmän, mikä tekee siitä erittäin paineistetun ja kuuman.
- Poltto ja turbiinitoiminta: Polttokammiossa paineilma sekoittuu polttoaineeseen ja syttyy itsestään. Palamisen jälkeen korkean{1}}energisen kaasun virtaus korkea-paineturbiiniin (HPT) ja sitten matalapaineiseen-paineturbiiniin (LPT). Nämä turbiinit ottavat energiaa kaasusta: osa energiasta käyttää kompressoreja ja tuuletinta. Loput poistuvat nopeana suihkuna pakosuuttimen läpi.
- Työntövoiman sukupolvi: Nopeat pakokaasut lentävät ilmaan luoden työntövoimaa liikuttamaan UAV:ta eteenpäin. Tuulettimen ohitusilmavirta liittyy poistovirtaan, mikä lisää kokonaistyöntövoimaa. Ohitusilmavirtaus on hieman nopeampi kuin vapaa ilmavirta. Joten turbotuuletin saa työntövoiman sekä sydämestä että tuulettimesta.
Turbiinimoottorin tehokkuus ja sovellukset
Tehokkuusedut
Turbofaanimoottorit tarjoavat erinomaisen tehokkuuden, kaikki niiden innovatiivisen ohitusrakenteen ansiosta. Tämän suorituskyvyn ytimessä on ohitussuhde-moottorin sydämen ympärillä virtaavan ilman (ohitusilma) suhde ilmaan, joka tulee ytimeen palamaan. Toisin kuin turboruihkukoneet, jotka ovat täysin riippuvaisia polttoaineen -polttavasta ydinilmavirrasta työntövoiman tuottamiseksi, turbopuhaltimet käyttävät suurta etutuuletinta nopeuttamaan valtavia määriä ohivirtausilmaa. Tämä ohitusilma edistää työntövoimaa kuluttamatta ylimääräistä polttoainetta, mikä tarkoittaa, että turbotuulettimet tuottavat enemmän kokonaistyöntövoimaa ja käyttävät lähes saman määrän polttoainetta kuin suihkuturbiinin ydin.
Tehokkuuskuilu kasvaa entisestään erilaisilla ohituskokoonpanoilla: korkeat{0}}ohitusturbopuhaltimet (joiden ohitussuhde on 5:1 tai enemmän) vastaavat lähes potkuriturbiinien polttoainetehokkuutta, mutta niiden tärkeimpänä etuna on se, että ne toimivat paljon korkeammilla aliäänenopeuksilla (ihanteellinen kaupallisille lennoille). Jopa matalan-ohitusturbiinipuhaltimet-, jotka on suunniteltu sotilaskäyttöön-suorittavat perinteiset turboruihkukoneet, ja ne saavuttavat paremman tasapainon työntövoiman ja polttoainetalouden välillä.
pitkien risteilyvaiheiden aikana.
Käyttöskenaariot
Turbofaanien joustava muotoilu tekee niistä välttämättömiä sekä siviili- että sotilasilmailussa, ja kokoonpanot on räätälöity erityistarpeisiin. Siviili-ilmailun alalla lähes kaikki kaupalliset lentokoneet (kapearunkoisista-suihkukoneista, kuten Boeing 737,-leveärunkoisiin lentokoneisiin, kuten Airbus A350, luottavat korkean-ohitusturbopuhaltimiin. Niiden polttoainetehokkuuden ja nopeuden yhdistelmä antaa lentoyhtiöille mahdollisuuden operoida pitkiä{7}}reittejä taloudellisesti ja samalla pitää lentoajat kilpailukykyisinä.
Sotilaallisiin sovelluksiin nykyaikaiset hävittäjät (kuten F-16 ja F-35) käyttävät matalan-ohitusturbotuulettimia. Nämä moottorit asettavat etusijalle kompaktin koon ja korkean työntövoiman-/-painosuhteen, ja mikä tärkeintä, ne voivat integroida jälkipolttolaitteita-, jotka ruiskuttavat ylimääräistä polttoainetta pakoputkeen nopeuttaakseen taisteluita tai sieppauksia. Korkean{10}}ohitusturbopuhaltimet eivät sitä vastoin mahdu jälkipolttimiin suurten ohituskanaviensa vuoksi, joten matalan ohituksen malleista tulee sotilaallisten nopeiden suihkukoneiden suosikki. Hävittäjien lisäksi sotilaskuljetuskoneet käyttävät myös turbopuhaltimia, jotka hyödyntävät tehokkuuttaan raskaan lastin kuljettamiseen pitkiä matkoja. Tämä mukautuvuus sementoi turbopuhaltimia monipuolisimmaksi propulsiovaihtoehdoksi nykyaikaisessa ilmailussa.
Suihkuturbiinimoottorit vs. turbiinimoottorit: vertailu
- Työntövoiman tuotanto ja polttoainetehokkuus: Turboreetit perustuvat täysin pienen ilmamäärän kokoonpuristamiseen, polttamiseen ja poistamiseen yliäänenopeuksilla työntövoiman luomiseksi,{0}}tämä hukkaa huomattavaa polttoainetta, etenkin aliäänenopeuksilla. Turbopuhaltimet käyttävät kuitenkin suurta etutuuletinta vetämään sisään ja nopeuttamaan valtavan määrän "ohitusilmaa" moottorin ytimen ympärillä. Tämä ohitusilma edistää työntövoimaa ilman ylimääräistä polttoainetta, kun taas vain pieni osa ilmasta pääsee ytimeen palamaan. Tuloksena: turbotuulettimet tuottavat enemmän työntövoimaa polttoaineyksikköä kohden, ja korkean -ohivirtauksen mallit (lentokoneille) ovat paljon tehokkaampia kuin mikään turboreettinen.
- Melutasot: Turboreetit tuottavat voimakasta melua korkean nopeuden -pakokaasujen vuoksi. Turbopuhaltimet ovat paljon hiljaisempia, koska ohitusilma sekoittuu kuuman ytimen pakokaasun kanssa ja hidastaa sitä, mikä vähentää turbulenssia ja melua. Tämä on kriittistä kaupallisille lentoasemille, joilla melurajoitukset tekevät turbopuhaltimista ainoan varteenotettavan vaihtoehdon.
- Sovellusten monipuolisuus: Turboreettimoottoreita käytettiin aikoinaan varhaisissa hävittäjälentokoneissa, koska ne pystyivät saavuttamaan suuria nopeuksia, mutta ne on nyt suurelta osin korvattu turbopuhaltimilla useimmissa lentokoneissa. Turbofaanimoottoreita käytetään laajalti sekä siviili-ilmailussa (kuten kaupallisissa lentokoneissa) että sotilasilmailussa (kuten nykyaikaisissa hävittäjissä ja kuljetuskoneissa).
- Käyttökustannukset: Paremman polttoainetehokkuuden ja pienemmän kulumisen (vähentyneen ydinrasituksen vuoksi) ansiosta turbopuhaltimet leikkaavat lentoyhtiöiden ja armeijan käyttökustannuksia. Turboreettien korkea polttoaineenkulutus ja huoltotarve tekevät niistä paljon vähemmän taloudellisia säännöllisessä käytössä.
Johtopäätös
Turbofaanimoottorit hallitsevat nykyään ilmailua, koska ne ovat tehokkaita, tehokkaita ja joustavia. Ne kuluttavat vähemmän polttoainetta kuin turboreetit, aiheuttavat vähemmän melua ja ne voidaan suunnitella sekä matkustajakoneisiin että sotilaslentokoneisiin. Tämä suorituskyvyn ja tehokkuuden yhdistelmä tekee turbopuhaltimista parhaan vaihtoehdon useimpiin nykyaikaisiin lentokoneisiin, ja ne pysyvät todennäköisesti päämoottorityypeinä taivaalla tulevina vuosina.
