Введение
Газовая турбина, используемая для вращения вала.
Турбовинтовой двигатель – это тип газовой турбины, оптимизированный для выработки мощности на валу, а не реактивной тяги. По своей концепции турбовинтовые двигатели очень похожи на турбореактивные, с дополнительной ступенью расширения в турбине для извлечения тепловой энергии из выхлопных газов и преобразования её в мощность на выходном валу. Они еще более похожи на турбовинтовые двигатели, имея лишь незначительные различия, и один и тот же двигатель часто продается в обеих модификациях. Турбовинтовые двигатели широко используются в областях, требующих постоянной высокой мощности, высокой надежности, компактных размеров и малого веса. К ним относятся вертолеты, вспомогательные силовые установки, лодки и корабли, танки, ховеркрафты и стационарное оборудование.
Обзор
Турбовальный двигатель может состоять из двух основных узлов: «газогенератор» и «силовая секция». Газогенератор состоит из компрессора, камер сгорания с зажигателями и топливными форсунками, а также одной или нескольких ступеней турбины. Силовая секция состоит из дополнительных ступеней турбин, редукторной системы и выходного вала. Газогенератор создает горячие расширяющиеся газы для привода силовой секции. В зависимости от конструкции, вспомогательное оборудование двигателя может приводиться в действие либо газогенератором, либо силовой секцией. В большинстве конструкций газогенератор и силовая секция механически разделены, что позволяет им вращаться с разными скоростями, оптимальными для данных условий, и называется «свободной турбиной». Свободная турбина может быть чрезвычайно полезной конструктивной особенностью для транспортных средств, поскольку позволяет отказаться от веса и стоимости сложных многоступенчатых трансмиссий и сцеплений. Необычным примером принципа турбовала является турбовентиляторный двигатель Pratt & Whitney F135 PW 600 для STOVL Lockheed F-35B Lightning II – в обычном режиме он работает как турбовентилятор, но при работе системы подъема Rolls Royce LiftSystem он частично переключается в турбовальный режим, передавая 29 000 лошадиных сил вперед через вал, и частично остается в турбовентиляторном режиме для обеспечения тяги вентилятора основного двигателя и заднего сопла. Крупные вертолеты используют два или три турбовальных двигателя. Ми-26 использует два двигателя Lotarev D-136 мощностью 11 400 л.с. каждый, а Sikorsky CH-53E Super Stallion – три двигателя General Electric T64 мощностью 4 380 л.с. каждый.
История
Первый газотурбинный двигатель, рассматриваемый для установки на бронированную боевую машину, GT 101, созданный на базе турбореактивного двигателя BMW 003, был испытан на танке Panther в середине 1944 года. Первый турбовинтовой двигатель для вертолётов был разработан французской фирмой Turbomeca под руководством её основателя, Жозефа Шидловского. В 1948 году они создали первый турбинный двигатель французской разработки, мощностью 100 л.с. (782). Изначально задуманный как вспомогательная силовая установка, он вскоре был адаптирован для авиационных двигателей и нашёл применение в качестве силовой установки для вертолётов с турбовинтовыми двигателями в 1950-х годах. В 1950 году Turbomeca, опираясь на разработки 782, создала более мощный двигатель Artouste мощностью 280 л.с., который широко использовался на вертолётах Aérospatiale Alouette II и других моделях. Это произошло после экспериментальной установки турбовинтового двигателя Boeing T50 на прототип синхроптера Kaman K 225 11 декабря 1951 года, что сделало его первым в мире вертолётом любого типа с турбовинтовым двигателем, совершившим полёт. Танк Т-80, поступивший на вооружение Советской Армии в 1976 году, стал первым танком, использующим газовую турбину в качестве основного двигателя. С 1980 года армия США эксплуатирует танк M1 Abrams, также оснащённый газотурбинным двигателем. (Большинство танков используют дизельные поршневые двигатели). Шведский Stridsvagn 103 стал первым танком, использовавшим газовую турбину в качестве вспомогательного, высокомощного "ускорительного" двигателя для повышения эффективности работы основного поршневого двигателя. Турбовинтовые двигатели, применяемые во всех этих танках, имеют значительно меньше деталей, чем поршневые двигатели, которые они заменяют или дополняют, отличаются высокой механической надёжностью, производят меньше внешнего шума и могут работать на практически любом топливе: бензине, дизельном топливе и авиационном керосине. Однако турбовинтовые двигатели имеют значительно больший расход топлива, чем дизельные двигатели, используемые в большинстве современных основных боевых танков.