turbofan motor
Bir turbofan motoru , ayrıca baypas motoru , çift akışlı jet motoru fabrikası , çift akışlı türbin jet motoru (CTL) veya fan motoru - İngilizce. Turbofan - denilen, bir dış hava akışının iç "çekirdek akışını" sardığı bir jet motorudur. Gerçek termodinamik çevrim (havayı sıkıştırmak, ısıtmak (yakıt yakmak), genleştirmek ve enerji vermek) çekirdek akışta gerçekleşir. Olarak , modern motor, baypas akış genellikle çoğunu sağlar itme , genellikle, fazla% 80 bağlı olarak bypass akış oranı . Çekirdek motoru nedenle bazen primer için bir sürücü olarak görülmektedir fanlar ve böylece akış baypas. Bu nedenle bazen fan tahrikli türbin için “sıcak gaz jeneratörü” olarak anılır. Baypas akışı , aynı itme gücüne sahip tek akışlı bir jet motoruna kıyasla daha düşük yakıt tüketimi ve daha düşük gürültü emisyonu sonucu jet hızında (fışkıran hava / egzoz gazı jeti) bir azalmaya neden olur .
Artan ekonomik verimlilik ve baypas akışının gürültü azaltıcı etkisi nedeniyle günümüzde jet motorlu sivil uçakların neredeyse tamamı turbofan motorlarla donatılmıştır. Olarak savaş uçağı Ancak , baypas akış bileşeni bu avantaj, yüksek hızlarda (daha büyük de kaybolur beri en yüksek hız lehine, çok düşük düşüktür Mach 0.7-0.9).
işlevsellik
Hava içeri emilir de girişinden turbofan motoru. İlk, büyük kanat profili çarkı ( fan , aşağıya bakın) bu havayı dış alanda hızlandırır ( baypas akışı). Baypas akışı, motorun geri kalanı tarafından atlanır ve arkadan püskürtülür - çıkarken artan hızı, itmenin büyük bir bölümünü sağlar. İlk büyük kanat profili tekerleğinin iç alanında ( çekirdek akışı ) hava daha fazla sıkıştırılır ve biraz yavaşlar (motora göre). Çekirdek hava akışı "gerçek motor" terimi, bir yönlendirilir gaz türbini , termodinamik döngü tahrik enerji üretir. Bu amaçla, fanı ilk olarak çekirdek akışını daha da sıkıştıran bir (eksenel) kompresör takip eder. Kompresörden sonra yanma odası gelir . Burada, yakıt sıkıştırılmış havaya enjekte edilir ve yakılır, bu da tahrik için enerji sağlar: Sıcaklık önemli ölçüde artar, hacim ve basınçtaki teorik artışlar, çekirdek akışın güçlü bir şekilde hızlanmasına neden olur (o kadar güçlü ki, yanma odası biraz da olsa azalır; yanma odası çıkışa doğru önemli ölçüde genişlemez , hacim doğrudan en fazla önemsiz şekilde artar). Çekirdek akış, yanma odasından sonra türbinden geçirilir . Bu, yanma odasında sağlanan enerjinin bir kısmını mekanik güce dönüştürür, böylece kompresör ve fan (ileri bir mil vasıtasıyla) tahrik edilir . Çekirdek akışta kalan enerji (basınç, akış hızı) motorun ucunda bulunan itme nozulu tarafından itme kuvvetine dönüştürülür. Günümüzün sivil turbofan motorlarında, çekirdek motordan gelen itme, fan tarafından üretilen turbofandan gelen itme ile karşılaştırıldığında düşüktür.
Fanın bakış açısından, çekirdek motor öncelikle türbin aşamaları için sıcak yüksek basınçlı (egzoz) gazı üretmeye hizmet ettiğinden, çekirdek motor bazen "(sıcak) gaz jeneratörü" olarak da anılır.
fan
Fan bazen de denir fan veya üfleyici Almanca , nadiren fanı (: ayrıca bkz ducted pervaneyi ). Çoğunlukla kompresörün önüne yerleştirilmiştir, nadir durumlarda, örneğin General Electric CJ805-23 ve General Electric CF700'de fan, çekirdek motorun arkasındadır . Bu düzeneğe arka fan denir (nasıl çalıştığını görmek için aşağıya bakın). Normal bir turbofan motorunun fanı, büyük hava kütlelerini emme ve hızlandırma görevine sahiptir; kompresörün önündeyse, çekirdek motora giden alan hızlanmadan çok sıkıştırma için tasarlanabilir.
Çoğu motorda, fan (düşük basınçlı) kompresörün ("ilk aşaması") bir parçası olarak kabul edilir , özellikle de zaten "gerçek" kompresör için önemli miktarda sıkıştırma üretiyorsa. Fandan sonra, hava akımı tek parçaya bölünür.
- çekirdek motora (bir gaz türbini ) giren iç hava akışı (çekirdek akış, birincil akış) ("gerçek" kompresör, yanma odası ve türbin ile) ve bir
- çekirdek motorun dışına yönlendirilen harici hava akışı (ikincil akış, ikincil akış).
Fan, ceketli bir pervane gibi davranır ve modern ticari motorlarda tahrikin yaklaşık %80'ini üretir. Genel olarak, bir turbofan motorda, fanın bu enerjiyle çalıştırılması gerektiğinden, çekirdek motorla aynı boyuttaki tek akışlı bir jet motoruna kıyasla türbin tarafından birincil akıştan daha fazla enerji çekilir.
Bir turbofan motorunun karakteristiği, baypas oranı . İkincil akıştaki hava miktarının gaz türbininden geçen hava miktarına oranıdır. Sivil hava Modern baypas motorları olması bypass oranı 12 (% 92 baypas,% 8 çekirdek akışı) 4 (% 80 baypas,% 20 çekirdek akış) PW1000G . İkincil ve birincil akımlar birlikte toplam itmeyi oluşturur. Kuznetsov NK-93 , bir pervane türbininin zıt yönlerde dönen iki kapsüllenmiş pervane üzerinde hareket ettiği aşırı bir tasarımı göstermektedir . Burada 16.6'lık bir baypas oranı elde edilir.
Kompresör genellikle de denir kompresör .
dalga yapısı
Çoğunlukla büyük fan çapı nedeniyle (örneğin Rolls-Royce Trent 900'de 2,95 m ), fan artık kompresöre ve türbine tek bir şaft üzerinden bağlanamaz: kompresör ve türbin genellikle yüksek hızlarda çalışır. Fanların bıçak uçları çok yüksek bir hıza ulaşacaktı. Bu nedenle, çekirdek motoru ve fanı farklı hızlarda çalıştırabilmek için bir şanzıman dişlisi ( dişli turbofan, aşağıya bakınız) veya iki ila üç mil kullanılır . Dişlisi olmayan çok şaftlı bir motorda, şaftlar arasında mekanik bir bağlantı yoktur; her şaft sadece "kendi" türbin kademeleri tarafından tahrik edilir.
Bir çoklu mil sistemi uygulanan bir geçiş eş eksenli mil düzeneğinin bir dış içi boş ana şaft (yüksek basınçlı mil) daha ince, ancak daha uzun, orta (düşük basınç) şaft içinde çalışır içinden.
Farklı bir hıza ek olarak, ters bir dönüş yönü (koaksiyel millerin veya dişli turbofanın) da mümkündür. Birden fazla şaft olması durumunda, her bir şafta bağlı olan kompresör ve türbin kademelerinin kanatlarının karşıt geliş açıları ile farklı dönüş yönleri elde edilir; dişli turbofan durumunda, farklı dönüş yönleri, motor tarafından elde edilir. vites kutusu.
Üç şaftlı bir sistem, örneğin Rolls-Royce-Trent serisi gibi bazı turbofan motorlarda çalışır . Bu, ilgili bileşenleri optimum çalışma noktalarına daha iyi uyarlanmış hızlarda çalıştırabilme avantajıyla birlikte kompresör ve türbin aşamalarının daha da alt bölümlere ayrılmasını sağlar ; Ayrıca, hızlanma davranışı münferit şaft sistemlerinin daha düşük kütleleri ile iyileştirilir.
Etkiler, avantajlar ve dezavantajlar
600 ile 850 km/h arasındaki hızlarda turbofan motorlar ile daha düşük yakıt tüketimi ile yüksek hava debisi elde edilebilir, bu da maliyetleri düşürür. İkincil akıştaki hava, sıcak egzoz gazları ile ortam havası arasında egzoz gazı jetinin gürültü emisyonlarını azaltan bir tampon tabaka oluşturur .
Günümüzde çift akışlı motorlar, tek akışlı motorlardan daha yüksek derecede verimlilik ve daha fazla güvenlik sundukları için neredeyse yalnızca kullanılmaktadır. Bypass akış oranı, kullanım amacına göre farklılık gösterir. Kadar yüksek hızlar için süpersonik aralığı gibi, EJ200 için Eurofighter Typhoon , itme baypas oranı düşüktür yüzden ön planda yer almaktadır. Sivil ve askeri yolcu ve taşıma makinelerinde düşük tüketim, aşınma ve gürültü değerlerine odaklanılır, bu nedenle burada baypas akış oranı çok yüksektir.
Dişli turbofan
De dişli (Engl. Turbofan Dişli alçak basınç mili ve fan (dalga) arasında) bir redüksiyon dişlisi olan fan motorlar (1 ila 4: 1: 3 ila yaklaşık) olarak adlandırılır. Fanın hızı düşürülebildiğinden ve düşük basınçlı türbin / kompresörün hızı artırılabildiğinden, her iki bileşen de kendi optimum hız aralığında çalışabilir. Bu, tüketimi ve gürültü seviyelerini önemli ölçüde azaltır. Önceki dişli turbofan motorları, iki veya üç şaftlı motorlardır.
Dişli kutusunun ek kütlesi, yüksek hızlı düşük basınçlı türbinin daha düşük kütlesi ile dengelenir, böylece dişli bir turbofanın daha ağır olması gerekmez. Böyle bir motor, 1972'den beri Honeywell TFE731 ile iş uçakları için itme sınıfında bulunmaktadır . Diğer bir şanzımanlı motor ise 1981'den beri dört motorlu BAe 146'yı kullanan Lycoming ALF 502'dir .
Bu teknolojiyi daha büyük motorlarda kullanmak için ilk girişim 1986 yılında International Aero Engines (IAE) tarafından SuperFan adı altında yapıldı - A340 için bir motor, ancak teknik riskler nedeniyle tam olarak geliştirilmedi. IAE'nin bir ortağı olan Pratt & Whitney , konsepti sürdürmeye devam etti ve 1992 ve 2001 yıllarında sırasıyla 236 kN ve 56 kN itme gücüne sahip tanıtım motorlarını ( Gelişmiş Kanallı Prop ve İleri Teknoloji Fan Entegratörü ) sundu .
Bu teknoloji, bypass akış oranındaki artışın daha kolay olması nedeniyle mevcut motorlara kıyasla yakıt tüketiminde %10'un üzerinde bir azalma sağladığından , Pratt & Whitney ve MTU Aero Engines , Pratt & Whitney PW6000'e dayalı başka bir tanıtım motoru geliştirdi. 2008 yılında P&W tarafından başlatılan , şirkete ait bir Boeing 747SP'de ve Airbus ile birlikte bir A340-600 uçuşta test edildi. Bu gösteri motorunun başarısı gelişmesine yol açtı Pratt & Whitney PW1000G adı altında pazarlanmaktadır, PurePower . Bu, yeni geliştirilen üç uçak Airbus A220 (ilk uçuş 16 Eylül 2013), Mitsubishi SpaceJet (ilk uçuş 11 Kasım 2015) ve Irkut MS-21 (ilk uçuş 28 Mayıs 2017) için seçildi . Bu motorların baypas oranı 12:1, hem Rolls-Royce hem de Pratt & Whitney dişli turbofanlarla 15:1 oranına ulaşmak istiyor.
arka fan
Arka fan motoru, fanın motorun geri kalanının önünde değil, arkasında olması bakımından normal turbofan motorlardan farklıdır. Şimdiye kadar, bu konfigürasyon - bilindiği kadarıyla - sadece General Electric tarafından General Electric CJ805-23B ve C motor tipleri ve General Electric CF700 ile tek şaftlı turbojet motorlardan turbofanlar elde etmek için kullanıldı. GE, ilgili motorun arkasında serbest dönen bir türbini değiştirdi . Bununla birlikte, türbin olarak kanatların sadece iç kısmı motorun egzoz gazları tarafından etrafa akıtılır ve dönmeye başlar. Kanatların dış kısmı ise fan şeklinde ceketin içinde döner ve buradaki ceket akışını hızlandırır.
Açık rotor
Fan muhafazalı değilse, "açık rotor" tasarımı olarak adlandırılır. Turbofan ve turboprop tasarımı arasında bir ara formu temsil eder.Hem “itici” konfigürasyonlar (kıç fan tasarımına benzer) hem de açık fanın çekirdek motorun önüne yerleştirildiği “çekmeler” incelenir .
Öykü
- Kanatların altına monte edilmiş turbofan motorları
iki General Electric TF-39 ( Lockheed C-5 )
İlk işlevsel turbofan motoru , ilk test tezgahı çalıştırması 1 Nisan 1943'te gerçekleşen Daimler-Benz DB 670 (ayrıca 109-007) idi . At Escher-Wyss ise gelişme, 1947 yılında durdurulan kadar İsviçre'de, baypas akışına sahip tek-şaft motor geliştiriliyor oldu mühendisler de Sulzer önermişti için çift şaftlı turbofan motoru N-20 erken 1946 gibi uçağın rağmen, bu da uygulanmadı oldu.
Rolls-Royce Conway (ilk 1954 yılında uçuş ve aslen için tasarlanmış Handley Page Victor ) idi , 1959 yılında hazır gibiydi Pratt & Whitney JT3D (aslında için Boeing B-52 H). Her ikisi de turbojet motorlarının modifikasyonlarıydı ve düşük bir baypas oranına sahipti. Başlangıçta askeri gelişmelerdi. JT3D'nin sivil kaydı Conway'den birkaç ay sonra geldi.
Bunu 1960 yılında Sovyet Solovyov D-20 izledi ve başından beri sivil havacılık için tasarlandı. Tupolev Tu-124 jet motorları ile ilk kısa mesafe servis oldu.
Günümüzde kullanımda olan yüksek baypas oranına sahip turbofan motorların geliştirilmesi, düşük baypas oranına sahip turbojet veya turbofan motorların da tüketeceği gibi , Lockheed C-5 Galaxy askeri nakliye aracı için bir turbo motor için USAF tarafından yapılan bir ihaleye kadar uzanmaktadır. 350 tondan daha ağır ve çok zayıf olan bu uzun mesafe nakliye uçağı için çok fazla yakıt vardı. General Electric , yarışmayı General Electric TF39 ile kazandı . Pratt & Whitney JT9D bu yarışma için bir yarışma tasarımına dayanmaktadır ve ilk sürümlerinde kullanılan Boeing 747 .
Üretici firma
Batılı turbofan jet motorları üreticileri
ve aynı işbirlikleri
Awiadwigatel , Rusya'da baypas motorları üretmektedir.
İlgili konular
- Bıçak Kapalı Testi yüksek hızda kayıp bir türbin bıçağının etkilerini belirler.
- Kısaltması CROR açılımı İngilizce açık rotor dönen tezgah , bir turbo-jet motorunu ters yönde dönen , açık fan.
Edebiyat
- Andreas Linke-Diesinger: Turbofan motor sistemleri. Ticari uçakların motor sistemlerinin işlevleri. Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2014, ISBN 978-3-662-44569-3 .
İnternet linkleri
- Turbo fanın nasıl çalıştığını açıklayan video (30 Aralık 2014'te erişildi)
- Son teknoloji Subsonik Motor SFC , Ses altı aralığında çeşitli jet motoru tasarımlarının spesifik yakıt tüketiminin (SFC) NASA diyagramı, İngilizce
Bireysel kanıt
- ^ Klaus Hünecke: Jet Motorları. S. 9, Şekil 1-7 , Motorbooks International, Osceola WI (ABD) 1997, ISBN 0-7603-0459-9 .
- ^ Klaus Hünecke: uçak motorları. Teknolojiniz ve işleviniz. Motorbuchverlag, Stuttgart 1987/1998, ISBN 3-87943-407-7 .
- ↑ HS.146 İlerleme Raporu (1974). (PDF) İçinde: Flightglobal.com. Flightglobal, Nisan 1974, erişim tarihi 28 Temmuz 2010 (1974 basılı baskısından bir sayfanın arşivlenmiş taraması).
- ↑ FliegerRevue Ekim 2008, s. 32–33, Vites kutusuyla dönme - geleceğin motorları
- ↑ Ghim-Lay Yeo: Kaynaklar: Airbus, A320neo ayrıntılarını yayınlamaya hazırlanıyor. İçinde: flyglobal.com. Flightglobal, 14 Ocak 2011. Erişim tarihi: 11 Haziran 2016.
- ↑ yüksek vites , havacılık amerika, Ekim 2018
- ↑ General Electric CF 700'ün X-ray crack'ine bakın. ( İnternet Arşivinde 3 Mart 2016 tarihli orijinalin hatırası ) Bilgi: Arşiv bağlantısı otomatik olarak eklendi ve henüz kontrol edilmedi. Lütfen orijinal ve arşiv bağlantısını talimatlara göre kontrol edin ve ardından bu uyarıyı kaldırın. In: uçakenginedesign.com. 11 Haziran 2016'da erişildi.
- ^ Georges Bridel: İsviçre jet uçakları ve jet motorları. Schweizerische Bauzeitung, Cilt 95, Sayı 32, Sayfa 542, 11 Ağustos 1977
- ^ Georges Bridel: İsviçre jet uçakları ve jet motorları. Schweizerische Bauzeitung, Cilt 95, Sayı 10, Sayfa 140, 10 Mart 1977
