Turboventilatorski motorji so pomembni plinskoturbinski-motorji. Poganjajo številna letala in UAV (drone). Poglejmo, kako delujejo, njihovo učinkovitost, primerjavo in glavne dele.
Glavne komponente
- ventilator: Pomaga pri potisku tako, da pospeši veliko zraka.
- Kompresor: Zviša tlak in temperaturo vstopnega zraka.
- Zgorevalna komora: Kjer se zrak meša z gorivom in se vname.
- Turbina: Jemlje energijo iz vročih plinov za pogon kompresorja in ventilatorja.
- Gred: povezuje vrtljive dele.
- Šoba: Pospeši izpušne pline za ustvarjanje potiska.
Ventilator doda dodaten potisk. Kompresor in turbine skrbijo za delovanje motorja. Končno šoba izstreli pline z veliko hitrostjo, da premakne UAV naprej.
Kako delujejo turboventilatorski motorji
Turboventilatorski motorji delujejo podobno kot turbopropelerski motorji. Takole, korak za korakom:
- Dovod zraka in delitev: Ventilator potegne zrak v motor. Zrak se razcepi na dve poti. Ena gre v jedro motorja za zgorevanje. Drugi (obvodni zrak) teče okoli jedra skozi kanal.
- Postopek stiskanja: Zrak, ki vstopa v jedro, gre najprej skozi nizkotlačni-kompresor (LPC). LPC dvigne zračni tlak. Nato se zrak premakne do visoko{3}}kompresorja (HPC). HPC bolj stisne zrak, zaradi česar je pod visokim pritiskom in vroč.
- Zgorevanje in delovanje turbine: V zgorevalni komori se stisnjen zrak pomeša z gorivom in se sam vname. Po zgorevanju visoko{1}}energijski plin teče v visoko-tlačno turbino (HPT) in nato v nizko-tlačno turbino (LPT). Te turbine črpajo energijo iz plina: nekaj energije poganja kompresorje in ventilator. Preostanek izstopi kot hiter curek skozi izpušno šobo.
- Generacija potiska: Hitri izpušni plini poženejo v zrak in ustvarijo potisk za premikanje UAV naprej. Obvodni zračni tok iz ventilatorja se pridruži izpušnemu toku, zaradi česar je skupni potisk večji. Obvodni zračni tok je nekoliko hitrejši od prostega zračnega toka. Turboventilator torej dobi potisk iz jedra in ventilatorja.
Učinkovitost in uporaba turbinskega motorja
Prednosti učinkovitosti
Turboventilatorski motorji zagotavljajo izjemno učinkovitost, vse zahvaljujoč njihovi inovativni obvodni zasnovi. V središču te zmogljivosti je obvodno razmerje-razmerje med zrakom, ki teče okoli jedra motorja (obvodni zrak), in zrakom, ki vstopi v jedro za zgorevanje. Za razliko od turboreaktivnih motorjev, ki so za ustvarjanje potiska v celoti odvisni od-zračnega toka jedra, ki izgoreva gorivo, turboventilatorji uporabljajo velik sprednji ventilator za pospeševanje ogromnih količin obvodnega zraka. Ta obvodni zrak prispeva k potisku brez porabe dodatnega goriva, kar pomeni, da turboventilatorji ustvarijo več skupnega potiska, medtem ko porabijo skoraj enako količino goriva kot jedro turboreaktivnega motorja.
Vrzel v učinkovitosti se še poveča z različnimi konfiguracijami obvodov: turboventilatorji z visokim-obvodom (z razmerjem obvodov 5:1 ali več) se približajo izkoristku goriva turbopropelerskim motorjem, vendar s ključno prednostjo delovanja pri veliko višjih podzvočnih hitrostih (idealno za komercialne lete). Celo turboventilatorji z nizkim{4}}obvodom-zasnovani za vojaške namene-prekašajo tradicionalne turboreaktivne motorje, saj dosegajo boljše ravnovesje med močjo potiska in ekonomičnostjo goriva, zlasti
med dolgimi fazami križarjenja.
Scenariji uporabe
Zaradi prilagodljive zasnove turboventilatorjev so nepogrešljivi v civilnem in vojaškem letalstvu, s konfiguracijami, prilagojenimi posebnim potrebam. V civilnem letalstvu se skoraj vsa komercialna potniška letala (od ozkotrupnih letal, kot je Boeing 737 do -širokotrupnih letal, kot je Airbus A350) zanašajo na visoko-obvodne turboventilatorje. Njihova kombinacija učinkovitosti goriva in hitrosti omogoča letalskim družbam, da opravljajo-poti na dolgih razdaljah gospodarno, hkrati pa ohranjajo konkurenčne čase letov.
Za vojaške namene uporabljajo sodobna lovska letala (kot sta F-16 in F-35) turboventilatorje z nizkim-obvodom. Ti motorji dajejo prednost kompaktni velikosti in visokemu razmerju med-potiskom in-težo, in kar je bistveno, lahko integrirajo naprave za naknadno zgorevanje,-ki v izpuh vbrizgajo dodatno gorivo za povečanje hitrosti pri spopadih ali prestrezanjih. Nasprotno turboventilatorji z visokim{10}}obvodom ne morejo prilagoditi gorilnikov za naknadno zgorevanje zaradi svojih velikih obvodnih kanalov, zaradi česar so modeli z nizkim obvodom priljubljeni za vojaška hitra letala. Poleg lovcev vojaška transportna letala uporabljajo tudi turboventilatorje, ki izkoriščajo njihovo učinkovitost za prevoz težkega tovora na dolge razdalje. Ta prilagodljivost utrjuje turboventilatorje kot najbolj vsestransko izbiro pogona v sodobnem letalstvu.
Turboreaktivni in turboventilatorski motorji: Primerjava
- Ustvarjanje potiska in učinkovitost goriva: Turboreaktivni motorji se za ustvarjanje potiska v celoti zanašajo na stiskanje, zgorevanje in iztiskanje majhne količine zraka pri nadzvočnih hitrostih-pri čemer se porabi veliko goriva, zlasti pri podzvočnih hitrostih. Turboventilatorji pa uporabljajo velik sprednji ventilator, da vlečejo in pospešujejo ogromno količino "obvodnega zraka" okoli jedra motorja. Ta obvodni zrak prispeva k potisku brez dodatnega goriva, medtem ko le majhen del zraka vstopi v jedro za zgorevanje. Rezultat: turboventilatorji proizvajajo več potiska na enoto goriva, pri čemer so modeli z visokim-obvodom (za potniška letala) veliko učinkovitejši od katerega koli turboreaktivnega motorja.
- Raven hrupa: Turboreaktivni motorji povzročajo močan hrup zaradi svojih-hitrostnih izpušnih plinov. Turboventilatorji so veliko tišji, ker se obvodni zrak meša z izpuhom vročega jedra in ga upočasni, kar zmanjša turbulenco in hrup. To je ključnega pomena za komercialna letališča, kjer so turboventilatorji edina izvedljiva izbira zaradi omejitev hrupa.
- Vsestranskost v aplikacijah: turboreaktivni motorji so bili nekoč uporabljeni v zgodnjih bojnih letalih zaradi njihove sposobnosti doseganja visokih hitrosti, zdaj pa so jih v večini letal večinoma nadomestili turboventilatorji. Turboventilatorski motorji se pogosto uporabljajo v civilnem letalstvu (kot so komercialna letala) in vojaškem letalstvu (kot so sodobna bojna letala in transportna letala).
- Operativni stroški: Zahvaljujoč boljši učinkovitosti goriva in manjši obrabi (zaradi zmanjšane napetosti jedra) turboventilatorji zmanjšajo operativne stroške za letalske družbe in vojske. Zaradi velike porabe goriva in potrebe po vzdrževanju turboreaktivnih motorjev so veliko manj ekonomični za redno uporabo.
Zaključek
Turboventilatorski motorji danes prevladujejo v letalstvu, ker so močni, učinkoviti in prilagodljivi. Porabijo manj goriva kot turboreaktivni, povzročajo manj hrupa in so lahko zasnovani tako za potniška letala kot za vojaška letala. Zaradi te mešanice zmogljivosti in učinkovitosti so turboventilatorji najboljša izbira za večino sodobnih letal in verjetno bodo v prihodnjih letih ostali glavni tip motorja na nebu.
