Турбовинтовой авиационный двигатель НК-12 (ТВ-2, ТВ-12).

Разработчик: ОКБ-276, Н.Д.Кузнецов
Страна: СССР
Построен: 1954 г.
Начало гос. испытаний: 1955 г.
Принят на вооружение: 1955 г.

В 1946 году в посёлке Управленческий, расположенном на берегу Волги в 30 км от Куйбышева, был организован опытный завод № 2. На его базе было сформировано два конструкторских бюро: ОКБ-1 (главный конструктор А.Шайбе) и ОКБ-2 (главный конструктор К.Престель), численность работающих в 1947 году составляла около 2500 человек, из них 662 — немецкие специалисты. При организации завода предполагалось, что в СССР немцы продолжат работы, начатые ими в Германии — создание форсированных образцов серийных немецких ТРД «Jumo-004» и «BMW-003» и новых мощных реактивных двигателей «Jumo-012» и «BMW-018». Однако в конце 1946 года появилась новая задача: разработка турбовинтовых двигателей.

После серии опытно-конструкторских работ по турбовинтовым двигателям «022» и «028», мотокомпрессорному реактивному двигателю «032» и турбореактивному «003с» в 1948 году было принято решение объединить два ОКБ и сосредоточить усилия на разработке одного двигателя — «022». В середине 1948 года проектирование двигателя завершилось, три экземпляра передали в производство. В 1949 году, в самый разгар работ по «022», на завод № 2 пришел новый руководитель — Николай Дмитриевич Кузнецов. Он уже имел опыт работы по немецким реактивным двигателям — в 1946 году вместе с Климовым и Бранднером на заводе в Уфе осваивал производство «Jumo-004».

В 1951 году двигатель «022» получил наименование ТВ-2 (турбовинтовой двигатель-2). Вместо обычного четырёхлопастного пропеллера были применены соосные винты противоположного вращения.

Специалистам выдали новое задание: построить ТВД большой мощности — 12000 л.с. Такие двигатели требовались для нового стратегического бомбардировщика Ту-95 .
Самым простым методом обеспечить требуемые характеристики новой силовой установки было соединение вместе двух форсированных ТВ-2 с передачей мощности на один общий редуктор. Однако, сначала стендовые испытания, а затем и катастрофа Ту-95 с двигателями 2ТВ-2Ф показали, что для надежной работы необходимо создавать новый двигатель.

На новом двигателе число ступеней турбины увеличили до пяти. Благодаря созданию нового жаропрочного сплава нимоник появилась возможность повысить давление в компрессоре и увеличить температуру газа перед турбиной. Для повышения КПД двигателя выполнили большое количество исследований по уменьшению потерь в лопаточных машинах, применили уплотняющие вставки, позволяющие минимизировать радиальные зазоры в турбине, создали пустотелые охлаждаемые лопатки оригинальной конструкции. Был изготовлен новый редуктор, решены вопросы регулирования ТВД с соосными винтами противоположного вращения.

В результате всех этих мероприятий удалось добиться требуемой мощности, высокой надежности и хорошей топливной эффективности двигателя. По удельному расходу топлива он оказался намного экономичнее своего предшественника ТВ-2.

В начале 1953 года закончилась сборка двигателя. Он получил обозначение ТВ-12. Стендовые испытания ТВ-12 прошли успешно. Двигатель продемонстрировал требуемую мощность и высокий ресурс. Создание ТВ-12 (НК-12) было финальной работой, в которой участвовали немецкие специалисты. В конце 1953 года последние немцы покинули завод. Окончательными испытаниями и последующим усовершенствованием двигателя занимался советский коллектив под руководством Н.Д.Кузнецова.

Для его лётных испытаний в 1953 году специально были оборудованы три самолета Ту-4ЛЛ (Летающая Лаборатория). Двигатель ТВ-12 был установлен на месте правого внутреннего поршневого мотора АШ-73 . При этом ТВ-12 превосходил АШ-73 по мощности более чем в 5 раз, а его винты по диаметру были больше примерно в 1,5 раза. Испытания проводили ведущий летчик-испытатель М.А.Нюхтиков и ведущий инженер Д.И.Кантор. После Госиспытаний в конце 1954-го — феврале 1955 года был совершен первый полет самолета «95-2», второго прототипа Ту-95 с двигателями ТВ-12. Серийный двигатель стал называться НК-12 — по первым буквам имени и фамилии руководителя опытного завода.

Одновальный турбовинтовой двигатель НК-12МВ состоит из следующих основных узлов:
-14-ступенчатого осевого компрессора;
-кольцевой камеры сгорания;
-реактивной 5-ступенчатой турбины;
-нерегулируемого реактивного сопла и дифференциального редуктора (передаточное отношение 0,0882).

Степень повышения давления в компрессоре меняется от 9 до 13 в зависимости от высоты, а также от положения механизации компрессора. Номинальная скорость вращения вала двигателя - 8300 об/мин, каждого из двух винтов - 735 об/мин. НК-12 является самым мощным и экономичным турбовинтовым двигателем в мире (удельный расход топлива в крейсерском полете - 0,161 кг/л.с.ч.), его также отличает чрезвычайно высокая надёжность.

Двигатель подвешивается к демпферам гондолы двигателя самолёта на четырёхстержневой раме-подвеске.

Силовая, несущая часть двигателя состоит из:
-картера вала заднего винта;
-картера редуктора;
-картера турбины, соединённого с картером редуктора четырьмя силовыми раскосами;
-статора турбины;
-задней опоры.
Эти узлы вместе с картером компрессора образуют остов двигателя, внутри которого размещаются ходовая часть редуктора с валами воздушных винтов, ротор компрессора, ротор турбины, камера сгорания, приводы агрегатов и другие узлы и детали.

Ротор имеет правое направление вращения, смотря по направлению полёта. Компрессор осевого типа, 14-ступенчатый с регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА) и с 5-ю клапанами перепуска воздуха дроссельного типа с гидравлическим управлением. ВНА управляется в зависимости от высоты и скорости полёта, клапаны перепуска воздуха управляются в зависимости от оборотов — при запуске и работе на режиме земного малого газа открыты, при повышении оборотов до 7900 об/мин поочерёдно закрываются. Камера сгорания кольцевая с 12 головками, турбина реактивная 5-ступенчатая. КПД компрессора — 0,88, турбины — 0,94, что является рекордом до настоящего времени. Для уменьшения радиальных зазоров были применены легкосрабатываемые покрытия на элементах проточной части статора. Для лопаток турбины были использованы литейные жаропрочные сплавы, которые при высокой температуре имеют пределы длительной прочности выше, чем деформируемые сплавы.

На НК-12 впервые были применена система регулирования подачи топлива в едином блоке (командно-топливный агрегат), регулирование радиальных зазоров в турбине. Из практики зарубежного авиадвигателестроения известно, что попытка создания ТВД мощностью более 10000 л.с. вызвала большие трудности в конструировании достаточно надежного редуктора с высоким КПД и малой массой и окончилась неудачей. В ОКБ Н.Д.Кузнецова эта задача была решена в содружестве с М.Л.Новиковым — профессором Военно-воздушной академии им. Н.Е.Жуковского благодаря применению зубчатых передач оригинальной конструкции.

Кроме того, на НК-12 впервые были применены:
— регулировка компрессора клапанами перепуска воздуха;
— система регулирования подачи топлива в едином блоке (командно-топливный агрегат);
— автоматическое флюгирование винтов как система защиты двигателя;
— регулирование радиальных зазоров в турбине.

С двигателем используются тянущие автоматические соосные винты изменяемого шага, с центробежным фиксатором шага, гидроцентробежным механизмом поворота лопастей с установкой лопастей во флюгерное положение и на упор промежуточного угла — АВ-60К либо АВ-60Н на Ту-95 , Ту-114 и Ту-142 , АВ-90 на Ан-22 . АВ-60К состоит из двух четырёхлопастных флюгируемых винтов противоположного вращения с изменяемым в полёте шагом и электрической системой противообледенения. Направление вращения винтов, если смотреть по направлению полета, переднего винта — правое, заднего винта — левое. Вес воздушного винта: переднего 518 кг, заднего 637 кг, общий 1155 кг, диаметр 5,6 м. Автоматическое флюгирование винтов используется как система защиты двигателя и самолёта. Винты разработаны в ОКБ-150 (позднее, Ступинское КБ машиностроения, сейчас — НПП «Аэросила»). Руководитель ОКБ-150, К.И.Жданов, получил в 1957 году за их разработку Ленинскую премию.

Модификации:

ТВ-2 — Доведен до производства, использовался очень ограниченно.
-2ТВ-2Ф — сдвоенный вариант ТВ-2. Испытания окончились неудачей.
-ТВ-12, он же НК-12 — первый серийный вариант. Предполагалось установить на транспортно-десантный самолет, но проект был закрыт.
-НК-12М — ТВД повышенной мощности. Первое испытание НК-12М состоялось в сентябре 1955 года, Госиспытания 19 июня 1956 года.
-НК-12МА — устанавливался на самолёт Ан-22. Воздушный винт АВ-90 диаметром 6,2 м.
-НК-12МВ — устанавливался на Ту-95К , Ту-114, Ту-126 , ТУ-142. Воздушный винт диаметром 5,6 м и массой 1155 кг.
-НК-12МК — устанавливался на экранолёт «Орлёнок».
-НК-12МП — двигатель для ракетоносца Ту-95МС . Увеличен ресурс, снижен расход топлива, применены новые приводы для более мощных генераторов. Устанавливался также на Ту-142М.
НК-16 (ТВ-16): мощность увеличена до 16000 л.с.
НК-12СТ, НК-14СТ: приводы газоперекачивающих агрегатов.
НК-14Э: привод генератора в блочно-модульных электростанциях.

Технические характеристики двигателя НК-12МВ:

Топливо (ГТД): керосин
Турбина, тип: реактивная
Турбина, количество ступеней: 5
Редуктор, передаточное число: 0,0882
Компрессор, кол-во ступеней: 14
Камера сгорания, тип: кольцевая с 12 головками
Обороты двигателя, взлетный режим, об/мин / %: 8300 ± 50
Обороты двигателя, номинальный режим, об/мин / %: 8300 ± 50
Обороты двигателя, малый газ, об/мин / %: 6600 + 200.

Двигатель НК-12 в экспозиции музея.

Турбовинтовой двигатель (ТВД) - авиационный газотурбинный двигатель, создающий основную силу тяги винтом, а дополнительную - струёй газов, вытекающих из реактивного сопла.

Необходимость в переходе от поршневых установок к турбовинтовым возникла при проектировании и эксплуатации с большой грузоподъёмностью и дальностью полёта. Летательные аппараты обладающие большой, принципиальная схема турбовинтового двигателя грузоподъемностью должны иметь двигатели способные развивать необходимую тягу при минимальном удельном весе. По тому критерию подходят турбореактивные установки. Но они крайне неэффективны на малых скоростях. Решением проблемы стало комбинирование технологий винтомоторных двигателей с реактивной тепловой машиной.

Конструктивно турбовинтовой двигатель схож с турбореактивным, но у ТВД имеется винт, создающий основную часть тяги, и редуктор, связывающий винт с валом тепловой машины. Редуктор используется для уменьшения оборотов винта по сравнению с оборотами газовой турбины. Рабочие обороты турбины колеблются между 18 и 21 тысячами об/мин. При таких оборотах КПД винта падает почти до нуля, тогда как максимальный КПД винт достигается при оборотах от 750 до 1500 об/мин.

Существуют варианты ТВД с двумя винтами, направленными в противоположные стороны. Подобный тип двигателей применяется на летательных аппаратах, требующих большой мощности двигателей.

Тяга в турбовинтовых установках, преимущественно (до 90%), создаётся винтом, и лишь малая доля струёй отработанных газов

Основные преимущества ТВД перед другими газотурбинными двигателями состоят в лучших тяговых характеристиках на взлёте и в большей экономичности на скоростях полёта до 800 км/ч.

Реактивные двигатели

Реактивный двигатель -- двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. По закону сохранения импульса, летательный аппарат получает такой же импульс, какой имеет рабочее тело при выходе из двигателя.

Реактивный двигатель сочетает в себе двигатель с движителем, то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт Первый отечественный турбореактивный двигатель ТР-1

взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Все разновидности реактивных двигателей объединяет наличие двух основных элементов конструкции: камеры сгорания и сопла. Камера сгорания - объём, образованный совокупностью деталей двигателя, в котором происходит сжигание горючей смеси. После отработки горючего, Продукты сгорания устремляются в реактивное сопло, в котором тепловая энергия газов переходит в их кинетическую энергию, когда из сопла газы вытекают наружу с большой скоростью, тем самым создавая реактивную тягу.

Дальнейшая классификация будет зависеть от наличия в двигателе компрессора - узла, предназначенного для нагнетания рабочего тела в камеру сгорания. Наиболее значимыми представителями компрессорных двигателей являются: турбореактивные двигатели и двухконтурные турбовинтовые двигатели. Группа бескомпрессорных состоит из прямоточных и пульсирующих реактивных двигателей.

Турбовинтовой двигатель

В это время Опытный завод № 2 под Куйбышевом заполучил опытного двигателиста бывшего концерна «Юнкерс». Это был Фердинанд Бранднер, бывший ведущий проекта поршневого мотора с 24 цилиндрами Jumo 222. В 1944-м, когда эту тему закрыли, его назначили гауляйтером промышленности Австрии. Там он попадает в советский плен. Ему удается доказать, что он конструктор двигателей «Юнкерса». Тогда, в 1946 году, его отправляют в Уфу, где он налаживает серийное производство реактивного двигателя Jumo 004 под обозначением РД-10.

Теперь, после объединения двух ОКБ, Фердинанд Бранднер становится неофициальным руководителем немецких конструкторов. Номенклатура трофейных двигателей была достаточно большой. Но стало ясно, что Опытный завод № 2 не в состоянии разрабатывать все направления. Да это оказалось и не нужно. Двигатели Jumo 004 и BMW 003 уже серийно выпускаются в Уфе и Казани под индексами РД-10 и РД-20. Реанимированный и модифицированный Jumo 012, с тягой, в три раза большей, продемонстрировал все свои возможности в разных вариантах. Оказалось, что для будущих советских истребителей он тяжеловат и расходует много топлива, а моторные ОКБ Климова, Микулина и Люльки набирались знаний и опыта. Их реактивные двигатели уже были не хуже немецких и английских.

Турбовинтовой двигатель Jumo 022

Назначенный в мае 1949 года главным конструктором Опытного завода № 2, Николай Кузнецов нацеливает коллектив конструкторов на доводку одного немецкого двигателя – турбовинтового Jumo 022. Только один экземпляр этого уникального технического сооружения немцы успели изготовить в конце войны, но так и не испытали. И вот он здесь, под Куйбышевом, и здесь же многие его создатели.

Николай Кузнецов с реактивными двигателями «Юнкерса» был хорошо знаком. Он год проработал главным конструктором моторного завода в Уфе. Там Jumo 004 стал родным, пока его превращали в серийный РД-10. Там Кузнецов работал с Бранднером, а теперь перетащил сюда из Уфы многих опытных инженеров. На завод стали распределять и молодых специалистов. Общая численность работников перевалила за две тысячи.

Первоначально на «Юнкерсе» турбовинтовой 022 создавался на базе турбореактивного 012 с таким расчетом, что половина тяги будет создаваться двумя соосными винтами противоположного вращения, другая половина – реактивным соплом.

Турбовинтовой двигатель НК-12

Немецкий опытный турбовинтовой двигатель послужил «печкой», от которой начали танцевать. Главный вопрос – как понизить удельный расход. Немецкие конструкторы активно совершенствовали двигатель. Начальник отдела турбины доктор Кордес создает новую методику ее расчета и проектирования. Удельный расход снизился. Модернизированный Jumo 022 впервые прошел 50-часовые государственные испытания. С марта 1951 года двигатель стали называть ТВ-2, а в мае начались его успешные испытания в воздухе на летающей лаборатории Ту-4.

В начале 1950 года бригада перспективных проектов, которой руководит доктор Йозеф Фогтс, получает задание разработать проект турбовинтового двигателя удвоенной мощности для стратегического бомбардировщика. В этой бригаде трудились самые умные и образованные немцы. Доктор Хельмут Гайнрих руководил термодинамическими расчетами. Доктор Макс Лоренц – аэродинамика и воздушные винты с реверсом. Основной компоновщик двигателей «Юнкерса» Отто Гассенмайер все идеи переводил в графику на кальках чертежей.

Разработанный проектировщиками двигатель мощностью десять тысяч лошадиных сил на воздушных винтах не приняли конструкторы. Начальник бригады компрессоров Ганс Дайнхард категорически заявил, что получить степень повышения давления 13 в четырнадцати ступенях невозможно. Начальник бригады камер сгорания Манфред Герлах не видит возможности удвоения количества сжигаемого топлива. Начальник бригады редуктора Рихард Эльце назвал разработанный планетарно-дифференциальный редуктор, обеспечивающий противоположное вращение двух воздушных винтов, технической авантюрой. Начальник бригады прочности доктор Рудольф Шайност сказал, что гарантировать работоспособность такого двигателя он не может и проект не поддерживает. Только начальник бригады турбин доктор Герхард Кордес верил в реальность создания четырехступенчатой турбины. Главный немецкий конструктор Фердинанд Бранднер сделал по проекту только несколько замечаний, так и не одобрив его. Но, несмотря на разногласия немецких конструкторов, Кузнецов дает команду двигатель разрабатывать, организуя параллельно экспериментальные исследования проблемных узлов и агрегатов.

В 1951 году Сталин забраковал дальний бомбардировщик Туполева Ту-85 из-за его малой скорости и дальности. «Немецкое» ОКБ Кузнецова получило задание разработать турбовинтовой двигатель ТВ-12 мощностью более двенадцати тысяч лошадиных сил для стратегического бомбардировщика Ту-95.

Через год новый двигатель с пятиступенчатой турбиной «запирался» и не хотел запускаться. Только в ноябре 1952 года, когда были изобретены и установлены управляемые клапаны перепуска воздуха в компрессоре, проблему решили. Потом долго доводили редуктор. Только специальная система охлаждения и смазки шестерен дала результат. Доводка компрессора и турбины также потребовала времени.

Гигантский турбовинтовой двигатель еще испытывали по частям и вносили изменения в его конструкцию, когда в ноябре 1953 года немцам разрешили вернуться домой. Уникальная машина, в создании которой они приняли самое активное и весомое участие, продемонстрирует свое рождение только через год. За создание самого мощного в мире серийного турбовинтового двигателя НК-12 Николай Кузнецов будет удостоен звания Героя Социалистического Труда и получит Ленинскую премию.

Значение работы двигателистов «Юнкерса» в Советском Союзе трудно переоценить. Начиная с 1946 года они выступали в роли учителей и творцов новых конструкторских решений. В Куйбышев, в поселок Управленческий, приезжали конструкторы и технологи от всех организаций, связанных с выпуском реактивных двигателей. Эксперименты и результаты испытаний вариантов новых двигателей, проводимые немецкими специалистами, становились достоянием конструкторов ОКБ Микулина, Климова и Люльки, а также ученых ЦИАМа, НИАТа и ВИАМа.

Из книги Киевской Руси не было, или Что скрывают историки автора

Торговля - двигатель прогресса Если строго следовать постулатам исторического материализма, то в эпоху феодализма главную ценность представляла собой земля. Государства по этой концепции возникают тогда, когда земледелец становится способен создавать прибавочный

Из книги Третий проект. Том III. Спецназ Всевышнего автора Калашников Максим

Пушкин и его двигатель Живет и здравствует еще один добрый знакомый Шама – Ростислав Михайлович Пушкин. Этот неукротимый изобретатель из подмосковного Красноармейска, сделавшись заодно и главой фирмы «Простор», совершает целый переворот в двигателестроении.Он изобрел

Из книги Киевской Руси не было, или Что скрывают историки автора Кунгуров Алексей Анатольевич

автора

Перевернутый двигатель Выдающимся достижением Хуго Юнкерса явилась разработка небольшого 12-цилиндрового бензинового двигателя L10, которую он начал в 1931 году. Хуго Юнкерс задумал его как высокооборотный и экономичный с высокими удельными параметрами. Такой двигатель

Из книги Неизвестный Юнкерс автора Анцелиович Леонид Липманович

Реактивный двигатель Это было самое выдающееся изобретение двигателистов концерна «Юнкерс». Профессор Отто Мадер сначала не питал особых надежд на то, что у них получится что-то путное. Не было ни опыта, ни специалистов. Был только дерзкий рывок Хейнкеля, который показал

Из книги Пестрые истории автора Рат-Вег Иштван

Орфир? и его вечный двигатель Иоганн Элиас Бесслер позолотил сам себя романтическим именем Орфире, когда путем ряда мошеннических трюков смог обеспечить себе почтенное бюргерское благополучие. Поначалу жажда приключений и неистребимое отвращение к систематическому

Из книги Россия: критика исторического опыта. Том1 автора Ахиезер Александр Самойлович

Из книги Советская водка. Краткий курс в этикетках [илл. Ирина Теребилова] автора Печенкин Владимир

Из книги Тайны древних цивилизаций. Том 2 [Сборник статей] автора Коллектив авторов

Радиация – двигатель прогресса Но историческую миссию Каспиотиды как протоцивилизации определил, прежде всего, высокий радиоактивный фон региона. Экосистема впадины Каспийского моря благодаря особенностям своего геологического развития отличается радиоактивной

Из книги Киевской Руси не было. О чём молчат историки автора Кунгуров Алексей Анатольевич

Торговля – двигатель прогресса Если строго следовать постулатам исторического материализма, то в эпоху феодализма главную ценность представляла собой земля. Государства по этой концепции возникают тогда, когда земледелец становится способен создавать прибавочный

Из книги Россия и Запад. От Рюрика до Екатерины II автора Романов Петр Валентинович

Ересь как двигатель прогресса Ересь стригольников заключала в себе некоторые внешние черты, роднившие ее с западным рационализмом. Последующее движение уже отчетливо несет на себе следы связи с Западом. «Если не прямо с Западом эпохи Возрождения, то с ее отзвуками, хотя,

автора Гумилевский Лев Иванович

5. Универсальный двигатель ПолзуновПодобно тому как в произведении искусства сказывается творческая индивидуальность его автора, в любом инженерном сооружении - будь то железнодорожный мост, самолет или паровой двигатель - мы легко можем обнаружить личность творца,

Из книги Создатели двигателей [илл. Е.Ванюков] автора Гумилевский Лев Иванович

6. Идеальный тепловой двигатель КарноВ эпоху промышленной революции практический опыт шел далеко впереди научных знаний. Даже после того как паровые машины проникли во все области промышленности и транспорта, теоретические представления о том, что происходит в этих

Из книги Создатели двигателей [илл. Е.Ванюков] автора Гумилевский Лев Иванович

4. Вторичный двигатель Кооперация современниковМощность магнитоэлектрических машин зависела главным образом от силы магнита, возбуждающего в катушках электрические токи. К усилению этих магнитов и стремились конструкторы. Однако многого они в этом направлении не

Из книги Новгород и Ганза автора Рыбина Елена Александровна

4. Язык как двигатель торговли Знание русского языка считалось у ганзейцев очень важным и ценным качеством для купца, ведущего торговые дела с Русью, однако его изучение рассматривалось как большое и трудное дело, которое не должно было мешать основной деятельности

Из книги Россия и Запад на качелях истории. Том 1 [От Рюрика до Александра I] автора Романов Петр Валентинович

Ересь как двигатель прогресса Ересь стригольников заключала в себе некоторые внешние черты, роднившие ее с западным рационализмом. Последующее движение уже отчетливо несет на себе следы связи с Западом.Если не прямо с Западом эпохи Возрождения, то с ее отзвуками, хотя,

Внешне турбовинтовой двигатель самолета сильно похож на моторы поршневого типа. Но их сходства только визуальны, так как во всем остальном они совершенно отличаются. У данного двигателя совсем другие характеристики, тип и режим работы, также отличаются и их возможности.

ТВД – по сути, являться газотурбинным двигателем, который нашел большой спрос в авиастроении. Газотурбинный двигатель был создан для единственной цели, он должен был стать универсальным преобразователем энергии, благодаря этой особенности он стал использоваться в авиации.

ГТД является своего рода тепловой машиной. В момент сгорания топлива идет выброс газов, которые и вращают турбину, тем самым создают крутящий момент. Также есть возможность прикрепить к валу турбины необходимые дополнения. К ТВД отличным дополнением будет воздушный винт.

ТВД является некой смесью моторов поршневого типа с турбореактивным. Изначально самолеты были оснащены только поршневыми двигателями. Они выглядели как цилиндры и устанавливались в форме звезды, в центре этой звезды ставился вал, благодаря которому и и происходило вращение воздушного винта. Но из-за их низких характеристик и ограничения в скорости было принято решение об отказе от данного двигателя. На замену им как раз пришли турбовинтовые двигатели (ТВД).

Самый первый двигатель был создан в СССР, первые успешные испытания были проведены еще в 30-х годах, ТВД поступили на массовое производство спустя 20 лет. Его почти сразу же начали устанавливать в гражданские и военные самолеты. Что позволило улучшить преимущество в небе.

Строение двигателя является очень простым, в нем нет никаких сложных схем. В нем находиться воздушный винт с редуктором, компрессор, камера сгорания топлива, турбина и сопла (выходное устройство). С помощью компрессора происходит нагнетания и сжатие воздуха, после этого он отправляет этот воздух в камеру сгорание, куда подается топливо. Горючая смесь образуется во время смешивания сжатого воздуха и топливом.

После воспламенения смесь оставляет после себя газ с большим энергичным потенциалом. После газ начинает расширяться и выходит на лопасть турбины, тем самым начинает ее вращать. Вследствие этого начинается и вращение воздушного винта с компрессором, их вращение начинается за счет работы лопастей.

Не использованный газ выходит в сопло, и с помощью него образуется реактивная тяга. Величина тяги может доходить до 10 процентов тяги самого мотора. Из-за незначительно тяги ТВД не является реактивным двигателем. Если обратить внимание на строение и принцип работы двигателя, то его можно сравнить с турбореактивным двигателям. Но есть одна особенность в реактивном двигателе, остатки энергии не выходят в виде воздуха через сопло, они до конца расходиться на работу винта.

Вал

Существует две разновидности двигателя, в первом случае в двигателе находиться один рабочий вал, а во втором установлено два вала. В одновальном двигателе все расположено на единственном валу, в то время как на двухвальном ТВД, на одном валу расположена турбина с компрессором, а на втором находиться винт и редуктор, также они никак не связанны друг с другом.

Если в мотор двухвального типа, то его структура выглядит примерно так: в нем находиться две турбины, которые связанны между собой с помощью газодинамики. Одна турбина служит для работы компрессора, а другая в то время отвечает за работу самого винта. ТВД двухвального типа используют намного чаще, чем другой вариант двигателя, так как его характеристики намного лучше, чем у одновального типа. Но двигатель второго типа выглядит намного сложнее, чем другой тип двигателя. Также двухвальный ТВД способен начать выработку энергии до начала запуска самого винта.

Компрессор у ТВД обладает ступенчатой конструкцией, количество ступени варьируется от 2 до 6. Благодаря такой системе двигатель лучше работает с перепадами температуры и давлением, благодаря этому пилот может с легкостью регулировать обороты двигателя. Такая конструкция позволяет не только лучше работать мотору, но и из-за ступенчатой системы появилась возможность облегчить вес мотора.

Эта особенность очень важна для авиации, так как вес самолета также снижается, а за счет этого есть возможность развивать необходимую скорость и совершать перелеты на более длинные дистанции, так как топливо затратность зависит от веса самолета. В составе компрессора находиться: рабочие колеса с лопатками и направляющий аппарат.

Существует несколько видов аппарата, первый это регулируемый, в направляющем аппарате установлены лопатки, с помощью которых его можно поворачивать вокруг оси. А второй вариант не имеет возможности регулирования.

Благодаря воздушному винту создается тяга, но у каждого винта есть свои ограничения в скорости. Самая идеальная скорость вращения винта является 750-1,5 тысячи оборотов в минуту, в данной частоте уровень коэффициента полезного действия винта самый большой, но если скорость заходит за эти пределы, КПД начинает значительно падать.

В тоже время винт начинает приносить не повышение скорости, а наоборот начинает работать как тормоз. Такую особенность еще называют как «эффект запирания».

Такой эффект происходит из-за того что одна часть лопастей начинает набирать завышенные обороты и тем самым превышает скорость звука, из-за чего двигатель начинает неправильно работать. Такой эффект сработает также если лопастям увеличить их в диаметре, так как чем лопасть длиннее, тем выше скорость потока на концах лопастей.

Турбина в двигателе может разогнаться до 20 тысяч оборотов в минуту, но воздушный винт не сможет справиться с такой скоростью и просто выйдет из строя. Из-за этого турбину оснащают редуктором, который в свою очередь занижает вращение и увеличивает крутящий момент. Несмотря на строения и формы редуктором, задача у них остается одной и той же, уменьшение скорости и повышение крутящего момента.

Из-за этого ТВД не может раскрыть всего своего потенциала, эти недостатки сильно ударяют по военным самолетам, так как им очень важна скорость и маневренность. Авиаконструкторы и инженеры не оставляют надежны в разработке нового двигателя, который позволит избежать таких неудобств.

Турбовинтовые двигатели используются в тех случаях, когда скорости полета самолета относительно невелики. На большом количестве современных транспортных самолетов применяются именно ТВД. Их преимущество прежде всего в экономичности. Двигатель снабжен воздушным винтом, который устанавливается впереди компрессора.

Воздушный винт с валом связан редуктором, так как его скорость вращения значительно меньше скорости вращения компрессора-турбины. Для турбовинтовых двигателей сила тяги состоит из тяги воздушного винта и силы тяги, возникающей при истечении газа из сопла. В зависимости от скорости полета самолета изменяются доли двух составляющих тяги. При малых скоростях (крейсерских для транспортных самолетов) доля тяги от воздушных винтов значительно превышает вторую составляющую. В ТВД часто используется комбинация компрессоров.

Конструкция двухконтурных турбореактивных двигателей обеспечивает поступление воздуха в значительных количествах, что на высоких скоростях обеспечивает большую тягу. Второй контур, контур низкого давления, таким образом, дает дополнительную силу тяги. Соотношение двух составляющих общей тяги зависит от конструкции двигателей и режимов работы. На лучших современных самолетах (МиГ-29 , МиГ-31 и др.) в качестве силовой установки используются двухконтурные турбореактивные двигатели. В турбореактивном двигателе для кратковременного повышения тяги двигателя используется форсажная камера. Абсолютное большинство современных истребителей в качестве силовой установкиимеют двигатели с форсажной камерой (Миг-29, Су-33 и др.).

Турбовинтовые двигатели для вертолетов стали применяться значительно позже. Двигатели в 19591961 гг. имели m = 0,1.