Turboventilatorski motori važni su motori-zasnovani na plinskim turbinama. Oni pokreću mnoge letjelice i UAV (dronove). Pogledajmo kako rade, njihovu učinkovitost, usporedbu i glavne dijelove.
Glavne komponenteturbinskog motora
Turboventilatorski motor ima nekoliko ključnih dijelova:
- Ventilator: Pomaže potisak ubrzavajući puno zraka.
- Kompresor: Povećava tlak i temperaturu ulaznog zraka.
- Komora za izgaranje: Gdje se zrak miješa s gorivom i zapali.
- Turbina: Uzima energiju iz vrućih plinova za pogon kompresora i ventilatora.
- Vratilo: Spaja rotirajuće dijelove.
- Mlaznica: Ubrzava ispušne plinove radi stvaranja potiska.
Ventilator dodaje dodatni potisak. Kompresor i turbine održavaju rad motora. Na kraju, mlaznica ispušta plinove velikom brzinom kako bi pomaknula UAV naprijed.
Kako rade turboventilatorski motori
Turboventilatorski motori rade slično kao turboprop motori. Evo kako, korak po korak:
- Usis zraka i podjela: Ventilator uvlači zrak u motor. Zrak se dijeli na dva puta. Jedan ide u jezgru motora na spaljivanje. Drugi (zaobilazni zrak) struji oko jezgre kroz kanal.
- Proces kompresije: Zrak koji ulazi u jezgru prvo prolazi kroz-niskotlačni kompresor (LPC). LPC podiže tlak zraka. Zatim se zrak kreće do-kompresora visokog tlaka (HPC). HPC komprimira zrak više, čineći ga vrlo stlačenim i vrućim.
- Izgaranje i djelovanje turbine: U komori za sagorijevanje komprimirani zrak se miješa s gorivom i sam se zapali. Nakon sagorijevanja, visoko{1}}energetski plin teče u visokotlačnu-turbinu (HPT), a zatim nisko-tlačnu turbinu (LPT). Ove turbine uzimaju energiju iz plina: dio energije pokreće kompresore i ventilator. Ostatak izlazi kao brz mlaz kroz ispušnu mlaznicu.
- Generacija potiska: Brzi ispušni plinovi pucaju u zrak, stvarajući potisak za pomicanje UAV-a naprijed. Premosni protok zraka iz ventilatora pridružuje se protoku ispušnih plinova, čineći ukupni potisak većim. Premosni protok zraka malo je brži od slobodnog protoka zraka. Dakle, turboventilator dobiva potisak i iz jezgre i iz ventilatora.
Učinkovitost i primjena turbinskog motora
Prednosti učinkovitosti
Turboventilatorski motori pružaju izvanrednu učinkovitost, a sve zahvaljujući svom inovativnom dizajnu zaobilaznice. Srž ove izvedbe je omjer premosnice-omjer zraka koji struji oko jezgre motora (premosni zrak) i zraka koji ulazi u jezgru radi izgaranja. Za razliku od turbomlaznih motora, koji za stvaranje potiska u potpunosti ovise o-izgarajućem protoku zraka u jezgri, turboventilatori koriste veliki prednji ventilator za ubrzavanje ogromnih količina zaobilaznog zraka. Ovaj premosni zrak doprinosi potisku bez trošenja dodatnog goriva, što znači da turboventilatori proizvode više ukupnog potiska dok koriste gotovo istu količinu goriva kao jezgra turbomlaznog motora.
Jaz u učinkovitosti dodatno se povećava s različitim konfiguracijama zaobilaznice: turboventilatori s visoko-obilaznicom (s omjerom zaobilaznice od 5:1 ili većim) približavaju se učinkovitosti goriva turboelisnim motorima, ali s ključnom prednošću rada na mnogo većim podzvučnim brzinama (idealno za komercijalne letove). Čak i niski{4}}turboventilatori zaobilaznice-konstruirani za vojnu upotrebu-nadmašuju tradicionalne turbomlazne motore, postižući bolju ravnotežu između snage potiska i ekonomičnosti goriva, posebno
tijekom dugih faza krstarenja.
Scenariji korištenja
Fleksibilni dizajn turboventilatora čini ih nezamjenjivima u civilnom i vojnom zrakoplovstvu, s konfiguracijama prilagođenim specifičnim potrebama. U civilnom zrakoplovstvu, gotovo svi komercijalni putnički zrakoplovi (od uskotrupnih-mlaznjaka poput Boeinga 737 do -širokotrupnih zrakoplova poput Airbusa A350) oslanjaju se na visoko-obilazne turboventilatore. Njihova kombinacija učinkovitosti goriva i brzine omogućuje zračnim prijevoznicima da upravljaju dugim-rutama ekonomično dok vrijeme leta ostaje konkurentno.
Za vojne primjene, moderni borbeni zrakoplovi (kao što su F-16 i F-35) koriste niske-bypass turboventilatore. Ovi motori daju prednost kompaktnoj veličini i velikom potisku-i-omjerima težine, i što je ključno, mogu integrirati naknadno izgaranje-uređaja koji ubrizgavaju dodatno gorivo u ispuh kako bi povećali brzinu za borbe ili presretanja. Suprotno tome, visoko{10}}obilazni turboventilatori ne mogu prihvatiti naknadno izgaranje zbog svojih velikih premosnih kanala, što modele s niskim premosnim kanalima čini izborom za vojne brze mlazne zrakoplove. Osim lovaca, vojni transportni zrakoplovi također koriste turboventilatore, iskorištavajući njihovu učinkovitost za prijevoz teškog tereta na velike udaljenosti. Ova prilagodljivost učvršćuje turboventilatore kao najsvestraniji izbor pogona u modernom zrakoplovstvu.
Turbomlazni protiv turboventilatorskih motora: Usporedba
- Generacija potiska i učinkovitost goriva: Turbomlazni motori u potpunosti se oslanjaju na kompresiju, sagorijevanje i izbacivanje malog volumena zraka pri nadzvučnim brzinama kako bi stvorili potisak-što troši značajno gorivo, posebno pri podzvučnim brzinama. Turboventilatori, međutim, koriste veliki prednji ventilator za uvlačenje i ubrzavanje ogromne količine "zaobilaznog zraka" oko jezgre motora. Ovaj premosni zrak doprinosi potisku bez dodatnog goriva, dok samo mali dio zraka ulazi u jezgru radi izgaranja. Rezultat: turboventilatori proizvode više potiska po jedinici goriva, pri čemu su modeli s visokom-obilaznicom (za putničke avione) daleko učinkovitiji od bilo kojeg turbomlaznog motora.
- Razine buke: Turbomlazni motori proizvode intenzivnu buku zbog svojih-brzinskih ispušnih plinova. Turboventilatori su puno tiši jer se premosni zrak miješa s vrućim ispuhom i usporava ga, smanjujući turbulenciju i buku. Ovo je ključno za komercijalne zračne luke, gdje ograničenja buke čine turboventilatore jedinim održivim izborom.
- Svestranost u primjeni: turbomlazni motori su se nekoć koristili u ranim borbenim zrakoplovima zbog njihove sposobnosti postizanja velikih brzina, ali sada su u većini zrakoplova uglavnom zamijenjeni turboventilatorima. Turboventilatorski motori naširoko se koriste u civilnom zrakoplovstvu (poput komercijalnih zrakoplova) i vojnom zrakoplovstvu (poput modernih borbenih i transportnih zrakoplova).
- Operativni trošak: Zahvaljujući boljoj učinkovitosti goriva i manjem trošenju (zbog smanjenog naprezanja jezgre), turboventilatori smanjuju operativne troškove za zrakoplovne tvrtke i vojske. Visoka potrošnja goriva i potreba za održavanjem turbomlaznih motora čine ih daleko manje ekonomičnim za redovitu uporabu.
Zaključak
Turboventilatorski motori danas dominiraju u zrakoplovstvu jer su snažni, učinkoviti i fleksibilni. Troše manje goriva od turbomlaznih, stvaraju manje buke i mogu biti dizajnirani i za putničke i za vojne mlažnjake. Ova mješavina performansi i učinkovitosti čini turboventilatore najboljim izborom za većinu modernih zrakoplova i vjerojatno će ostati glavni tip motora na nebu godinama koje dolaze.
