Turboprop
En turboprop är en turbinmotor som driver en flygplanspropeller .
En turboprop består av ett intag , reduktionsväxellåda , kompressor , förbrännare , turbin och ett framdrivningsmunstycke . Luft kommer in i intaget och komprimeras av kompressorn. Bränsle tillsätts sedan till den komprimerade luften i brännaren, där bränsle-luftblandningen sedan förbränns . De heta förbränningsgaserna expanderar genom turbinstegen och genererar kraft vid avgaspunkten. En del av den kraft som genereras av turbinen används för att driva kompressorn och elgeneratorn . Gaserna släpps sedan ut från turbinen. Till skillnad från en turbojet eller turbofläkt ger inte motorns avgaser tillräckligt med energi för att skapa betydande dragkraft, eftersom nästan all motorkraft används för att driva propellern.
Tekniska aspekter
Avgasdragkraft i en turboprop offras till förmån för axelkraft, som erhålls genom att extra kraft (utöver vad som krävs för att driva kompressorn) utvinns från turbinexpansion. På grund av den extra expansionen i turbinsystemet är restenergin i avgasstrålen låg. Följaktligen producerar avgasstrålen cirka 10 % av den totala dragkraften. En högre andel av dragkraften kommer från propellern vid låga hastigheter och mindre vid högre hastigheter.
Turboproppar har bypass-förhållanden på 50–100, även om framdrivningsluftflödet är mindre tydligt definierat för propellrar än för fläktar.
Propellern är kopplad till turbinen genom en reduktionsväxel som omvandlar det höga varvtalet /lågt vridmoment till lågt varv/högt vridmoment. Propellern i sig är normalt en propellertyp med konstant hastighet (variabel stigning) som liknar den som används med större flygplans fram- och återgående motorer , förutom att kraven på propellerkontroll är mycket olika.
För att göra motorn mer kompakt kan omvänt luftflöde användas. På en turbopropmotor med omvänd flöde är kompressorns intag baktill på motorn, och avgaserna är placerade framåt, vilket minskar avståndet mellan turbinen och propellern.
Till skillnad från fläktar med liten diameter som används i turbofläktmotorer har propellern en stor diameter som gör att den kan accelerera en stor volym luft. Detta tillåter en lägre luftströmshastighet för en given mängd dragkraft. Eftersom det är mer effektivt vid låga hastigheter att accelerera en stor mängd luft i liten grad än en liten mängd luft i hög grad, ökar en låg skivbelastning (dragkraft per enhet skivarea) flygplanets energieffektivitet, och detta minskar bränsleanvändningen.
Propellrar fungerar bra tills flygplanets flyghastighet är tillräckligt hög för att luftflödet förbi bladspetsarna når ljudhastigheten. Utöver den hastigheten sjunker andelen kraft som driver propellern som omvandlas till propellerkraft dramatiskt. Av denna anledning används inte turbopropmotorer på flygplan som flyger snabbare än 0,6–0,7 Mach . Propfanmotorer , som är mycket lika turbopropmotorer, kan dock kryssa i flyghastigheter som närmar sig 0,75 Mach. För att bibehålla propellereffektiviteten över ett brett spektrum av flyghastigheter använder turbopropellrar propellrar med konstant hastighet (variabel stigning). Bladen på en propeller med konstant hastighet ökar sin stigning när flygplanets hastighet ökar. En annan fördel med denna typ av propeller är att den också kan användas för att generera omvänd dragkraft för att minska stoppsträckan på banan. Dessutom, i händelse av ett motorbortfall, kan propellern fjädras , vilket minimerar motståndet från den icke-fungerande propellern.
Även om kraftturbinen kan vara integrerad med gasgeneratorsektionen, har många turboproppar idag en fri kraftturbin på en separat koaxialaxel. Detta gör att propellern kan rotera fritt, oberoende av kompressorns hastighet.
Historia
Alan Arnold Griffith hade publicerat en artikel om kompressordesign 1926. Efterföljande arbete vid Royal Aircraft Establishment undersökte axialkompressorbaserade konstruktioner som skulle driva en propeller. Från 1929 Frank Whittle arbetet med centrifugalkompressorbaserade konstruktioner som skulle använda all gaskraft som producerades av motorn för jetkraft.
Världens första turbopropp designades av den ungerske maskiningenjören György Jendrassik . Jendrassik publicerade en turbopropidé 1928, och den 12 mars 1929 patenterade han sin uppfinning. 1938 byggde han en småskalig (100 hk; 74,6 kW) experimentgasturbin. Den större Jendrassik Cs-1 , med en förutspådd effekt på 1 000 hk, tillverkades och testades vid Ganz Works i Budapest mellan 1937 och 1941. Den var av axialflödesdesign med 15 kompressorer och 7 turbinsteg, ringformig förbränningskammare. Första körningen 1940, begränsade förbränningsproblem dess effekt till 400 hk. 1941 övergavs motorn på grund av krig och fabriken övergick till konventionell motortillverkning.
Det första omnämnandet av turbopropmotorer i den allmänna pressen var i februarinumret 1944 av den brittiska flygpublikationen Flight , som inkluderade en detaljerad genomskärning av hur en eventuell framtida turbopropmotor skulle kunna se ut. Teckningen var väldigt nära hur framtidens Rolls-Royce Trent skulle se ut. Den första brittiska turbopropmotorn var Rolls-Royce RB.50 Trent , en ombyggd Derwent II utrustad med reduktionsväxel och en Rotol 7 fot 11 tum (2,41 m) fembladig propeller. Två Trents monterades på Gloster Meteor EE227 — den enda "Trent-Meteor" — som därmed blev världens första turbopropdrivna flygplan, om än en testbädd som inte var avsedd för produktion. Den flög först den 20 september 1945. Från deras erfarenhet av Trent utvecklade Rolls-Royce Rolls -Royce Clyde , den första turbopropmotorn som fick ett typcertifikat för militär och civil användning, och Dart , som blev en av de mest pålitliga turbopropmotorer som någonsin byggts. Dartproduktionen fortsatte i mer än femtio år. Det Dart-drivna Vickers Viscount var det första turbopropflygplanet av något slag som gick i produktion och såldes i stort antal. Det var också den första fyrmotoriga turbopropen. Dess första flygning var den 16 juli 1948. Världens första enmotoriga turbopropflygplan var den Armstrong Siddeley Mamba -drivna Boulton Paul Balliol , som flög först den 24 mars 1948.
Sovjetunionen byggde på tyska andra världskrigets preliminära konstruktionsarbete av turbopropp av Junkers Motorenwerke, medan BMW, Heinkel-Hirth och Daimler-Benz också arbetade med projekterade konstruktioner. Medan Sovjetunionen hade tekniken för att skapa flygplanet för ett jetdrivet strategiskt bombplan jämförbart med Boeings B-52 Stratofortress, producerade de istället Tupolev Tu-95 Bear, som drivs med fyra Kuznetsov NK-12 turboprops, parade till åtta kontra- roterande propellrar (två per gondol) med supersoniska spetshastigheter för att uppnå maximala marschhastigheter på över 575 mph, snabbare än många av de första jetflygplanen och jämförbar med jet-kryssningshastigheter för de flesta uppdrag. Björnen skulle fungera som deras mest framgångsrika långdistansstrids- och övervakningsflygplan och symbol för sovjetisk maktprojektion under slutet av 1900-talet. USA använde turbopropmotorer med kontraroterande propellrar, såsom Allison T40 , på några experimentflygplan under 1950-talet. Den T40-drivna Convair R3Y Tradewind -flygbåten drevs av den amerikanska flottan under en kort tid.
Den första amerikanska turbopropmotorn var General Electric XT31 , som först användes i den experimentella Consolidated Vultee XP-81 . XP-81 flög första gången i december 1945, det första flygplanet som använde en kombination av turboprop- och turbojetkraft . Tekniken från Allisons tidigare T38-design utvecklades till Allison T56 , som användes för att driva Lockheed Electra- flygplanet, dess militära maritima patrullderivat P-3 Orion och C-130 Hercules militära transportflygplan.
Den första turbindrivna, axeldrivna helikoptern var Kaman K-225 , en utveckling av Charles Kamans K-125 synchropter , som använde en Boeing T50 turboaxelmotor för att driva den den 11 december 1951.
Användande
I motsats till turbofläktar är turboproppar mest effektiva vid flyghastigheter under 725 km/h (450 mph; 390 knop) eftersom propellerns (och avgas) jethastighet är relativt låg. Moderna turbopropflygplan går i nästan samma hastighet som små regionala jetflygplan men förbränner två tredjedelar av bränslet per passagerare. Men jämfört med en turbojet (som kan flyga på hög höjd för ökad hastighet och bränsleeffektivitet ) har ett propellerflygplan ett lägre tak. [ varför? ]
Jämfört med kolvmotorer kan deras större effekt-till-vikt-förhållande (som möjliggör kortare starter) och tillförlitlighet kompensera för deras högre initiala kostnader, underhåll och bränsleförbrukning. Eftersom flygbränsle kan vara lättare att få tag på än avgas i avlägsna områden, används turbopropdrivna flygplan som Cessna Caravan och Quest Kodiak som bushflygplan .
Turbopropmotorer används vanligtvis på små subsoniska flygplan, men Tupolev Tu-114 kan nå 470 kn (870 km/h; 540 mph). Stora militära flygplan , som Tupolev Tu-95 , och civila flygplan , som Lockheed L-188 Electra , var också turbopropdrivna. Airbus A400M drivs av fyra Europrop TP400- motorer, som är de näst kraftfullaste turbopropmotorerna som någonsin tillverkats, efter 11 MW (15 000 hk) Kuznetsov NK-12 .
Under 2017 var de mest utbredda turbopropflygplanen i drift ATR 42/72 ( 950 flygplan), Bombardier Q400 (506), De Havilland Canada Dash 8 -100/200/300 (374), Beechcraft 1900 (328), de Havilland Kanada DHC-6 Twin Otter (270), Saab 340 (225). Mindre utbredda och äldre flygplan inkluderar BAe Jetstream 31 , Embraer EMB 120 Brasilia , Fairchild Swearingen Metroliner , Dornier 328 , Saab 2000 , Xian MA60 , MA600 och MA700 , Fokker 27 och 50 .
Turboprop affärsflygplan inkluderar Piper Meridian , Socata TBM , Pilatus PC-12 , Piaggio P.180 Avanti , Beechcraft King Air och Super King Air . I april 2017 fanns det 14 311 affärsturboproppar i den världsomspännande flottan.
Pålitlighet
Mellan 2012 och 2016 observerade ATSB 417 händelser med turbopropflygplan, 83 per år, över 1,4 miljoner flygtimmar: 2,2 per 10 000 timmar. Tre var "högrisk" som involverade motorfel och oplanerad landning i enmotoriga Cessna 208 husvagnar , fyra "medelrisk" och 96% "låg risk". Två händelser resulterade i lindriga skador på grund av motorfel och terrängkollision i jordbruksflygplan och fem olyckor involverade flygarbete: fyra inom jordbruket och en i en ambulansflyg .
Nuvarande motorer
Jane's All the World's Aircraft . 2005–2006.
Se även
Bibliografi
- Green, W. och Cross, R. The Jet Aircraft of the World (1955). London: MacDonald
- Gunston, Bill (2006). Utvecklingen av jet- och turbinflygmotorer, 4:e upplagan . Sparkford, Somerset, England, Storbritannien: Patrick Stephens, Haynes Publishing. ISBN 0-7509-4477-3 .
- Gunston, Bill (2006). World Encyclopedia of Aero Engines, 5:e upplagan . Phoenix Mill, Gloucestershire, England, Storbritannien: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-X .
- James, DN Gloster Aircraft sedan 1917 (1971). London: Putnam & Co. ISBN 0-370-00084-6
Vidare läsning
- Van Sickle, Neil D. ; et al. (1999). "Turbopropmotorer" . Van Sickles moderna flygmanskap . McGraw-Hill Professional. sid. 205. ISBN 978-0-07-069633-4 .
externa länkar
- Jet Turbine Planes av LtCol Silsbee USAAF, Popular Science, december 1945, första artikeln om turboproppar tryckt
- Wikibooks: Jetframdrivning
- "Utveckling av Turboprop" - en flygartikel från 1950 om brittiska och amerikanska turbopropmotorer
