هدایت مستقیم موتور جت بدون گیربکس

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3266

سپاس: 5491

جنسیت:

تماس:

هدایت مستقیم موتور جت بدون گیربکس

پست توسط rohamavation »

آیا امکان هدایت مستقیم از موتور جت بدون گیربکس وجود دارد؟من در حال مطالعه توربوجت ، توربوفن و توربوپراپ هستم. می بینم که برای پیکربندی موتور دوم ، گیربکس لازم است تا ملخ با سرعت کمتری نسبت به کمپرسور اصلی بچرخد. در اینجا یک تصویر است:
تصویر
برای دانشجویانی مانند من حوزه هوافضا ، ممکن است سوال من کمی "عجیب" تلقی شود ، اما در اینجا می گویم: آیا دلیلی وجود دارد که ما نتوانیم از توربین دوم برای حرکت ملخ با محورهای کوپل شده استفاده کنیم ، گیربکس؟ ایده استفاده از توربین فشار کم است که پروانه را حرکت می دهد.
من فکر می کنم این ممکن است غیر ممکن باشد ، زیرا وزن اضافه شده یک توربین دوم بیشتر از وزن خود گیربکس است ، اما نمی دانم ملاحظات دیگری در این مورد وجود دارد یا خیر.
اما در جنبه مثبت ، ما موارد زیر را داریم
کار نگهداری کمتر.
محور چرخش ملخ با هسته اصلی موتور (آیا این حتی یک مزیت آیرودینامیکی را نشان می دهد؟).او تصور می کرد که از دو توربین استفاده می کند. توربین فشار قوی (HP) که کمپرسور را به حرکت در می آورد و توربین فشار پایین (LP) که توربوپراپ را به حرکت در می آورد. ایده من از پیکربندی موتور توربوفن گرفته شد.
، ما به توربین بسیار کند یا حتی گیربکس نیاز داریم. اما ما می توانیم توربین LP را با چند مرحله (مثلاً 1 ، 2 یا 3) طراحی کنیم تا سرعت چرخش آن به حدی پایین باشد که بتواند پروانه را بدون ضررهای آیرودینامیکی در نوک پروانه حرکت دهد. و همانطور که همین کاربر اشاره کرد ، قبلاً چنین پیکربندی وجود دارد (اینجا را ببینید). سوال این است که چرا این پیکربندی بر "معمولی" ترجیح داده نمی شود؟ (یعنی از جعبه دنده استفاده می کند).
تصویر
دو فن بدون چرخش بدون چرخش بر روی موتور توربین آزاد
پس از دور انداختن پروفان ، بیایید به پاسخ واقعی برویم!
سرعت چرخش ملخ از 1000 یا 1500 دور در دقیقه تجاوز نمی کند (بستگی به اندازه آن نیز دارد). کندترین محور موتور جت در محدوده 5000 تا 15000 دور در دقیقه می چرخد ​​، گاهی بیشتر. برای جبران تفاوت از چرخ دنده استفاده می شود.
ممکن است یک فن در دور 5000 دور در دقیقه بچرخد ، با این حال استفاده از چرخ دنده کاهش دهنده نیز مطلوب است ، اگرچه اغلب با محدود کردن سرعت هسته ، به قیمت از دست دادن کارایی از آن جلوگیری می شود. هواپیماهای جدید مانند A320 NEO را می توان با موتورهای توربوفن گیربکس دار برای عملکرد بهتر نصب کرد.
دلیل اینکه توربین نمی تواند با سرعت کمتری بچرخد این است که سرعت کم به معنای گشتاور کم است ، مشکلی که در بسیاری از موتورهای تنفس هوا رایج است (شاید به جز توربین آزاد).
خط نقطه: گشتاور نظری در سرعت پایین. ساده: گشتاور واقعی شما ممکن است با تلاش برای دور شدن در یک تپه با دنده چهارم مقایسه کنید.
گشتاور پایین همچنین به معنی افزایش زمان بالا آمدن است ، اشکالاتی که اغلب یک عامل ممنوع است.
موتورهای جت باید با سرعت زیاد بر اساس اصل بچرخند ، زیرا هوای زیادی باید فشرده شود تا در مدت زمان کمی سوخت زیادی بسوزاند. از طرف دیگر فن یا پروانه در دورهای دور کم کارآمدتر هستند.
بیایید ببینیم که مهندسان چگونه با این دو نیاز متضاد در انواع مختلف موتور برخورد کرده اند.
توربوفن تک قرقره
ساده ترین طراحی موتور تک اسپول است (همه دیسک ها با سرعت یکسان می چرخند). در حالی که این امکان وجود دارد ، شفت خروجی با سرعت چرخشی بالا است. این برای فن هایی که با سرعت زیاد می چرخند قابل استفاده است. اگر کمپرسور اصلی سریعتر بچرخد ، کارآیی لازم را ندارد.
Snecma M53-P2 که در جت نظامی Mirage 2000 استفاده می شود ، دارای سرعت چرخشی 10،600 دور در دقیقه است.
با افزایش سرعت کمپرسور و کاهش سرعت فن می توان راندمان بهتری را به دست آورد. نیاز به استفاده از قرقره دوم متمایز دارد.
توربوفن دو قرقره
چنین پیکربندی در بسیاری از توربوفن ها استفاده می شود (رولزرویس با یک قرقره سوم یک استثناء قابل توجه است). یک توربین کم سرعت / کم فشار فن و معمولاً اولین مراحل کمپرسور را به حرکت در می آورد.
در تمام B737 NG دارای حداکثر سرعت شفت HP حدود 15000 دور در دقیقه و سرعت شفت LP حدود 5400 دور در دقیقه است.
افزایش راندمان نیاز به افزایش بیشتر قطر فن دارد اما همچنین باعث کند شدن فن می شود تا سرعت خطی نوک ها در مقدار معقول حفظ شود. یک فن کندتر مستقیماً توسط توربین هدایت نمی شود.
توربوفن دنده ایتصویر
کند کردن توربین LP پیچیدگی را افزایش می دهد و همچنین مشکلی ایجاد می کند: گشتاور خروجی نیز کاهش می یابد (که در همه موتورهای مکانیکی یک پدیده است). این امر منجر به افزایش زمان واکنش پس از درخواست رانش می شود ، همچنین موتورهای کم ایمنی تری را در بر می گیرد. برای جلوگیری از قربانی شدن گشتاور گرانبها از گیربکس استفاده می شود.
PW1000G (که قبلاً به عنوان پروژه GTF شناخته می شد) دارای شفت HP در 20000 دور در دقیقه ، شفت LP در 15000 دور در دقیقه است و فن متصل به گیربکس کاهشی 3: 1 با دور 5000 دور در دقیقه می چرخد.
اگر ارتفاع فدای مزایای دیگر شود و موتور در هوای متراکم تر استفاده شود ، توربوفن دیگر راه حلی کارآمد نیست.
هنگامی که فن با یک پروانه قدیمی ساده که با سرعت چرخشی بسیار کندتری تعویض می شود جایگزین می شود ، استفاده از گیربکس کاهش سرعت با نسبت بزرگتر به دلایل مشابه بیشتر مورد نیاز است.
Dash 8 / Q400 که عملکرد STOL دارد ، مجهز به دو توربوپراپ PW150A است. PW150A یک هسته دو قرقره با توربین قدرت آزاد است (دو دیسک به بخش تولید گاز متصل نیستند). توربین رایگان امکان مدیریت بهتر پروانه را فراهم می کند و به موتور اجازه می دهد با پروانه متوقف شود.
از طریق گواهینامه EASA ، شفت HP با 31150 دور در دقیقه ، شفت LP با 27000 و حداکثر سرعت شفت خروجی از 1020 دور در دقیقه تجاوز نمی کند.
توجه: این شماتیک دقیق نیست ، اما اصل را نشان می دهد. با شماتیک دقیق بخش های موتور (اما کمتر خوانا) نگاه کنید.
جالب اینجاست که بین فن و پروانه یک راه حل متوسط ​​وجود دارد: فن بدون اتصال. این مزایای سرعت چرخش بالا و عدم وجود مجرا را شامل می شود ، اشکال آن سر و صدای ایجاد شده توسط تیغه های بدون اتصال نزدیک به جریان هوا 1 ماخ در نوک است.
آزمایش توسط چندین سازنده موتور انجام شد اما هیچ موتور در مارک تجاری راه اندازی نشد
شما درست می گویید ، مطلوب است که از گیربکس اجتناب کنید. موتورهای توربوپراپ بزرگ از طراحی دو قرقره استفاده می کنند که در آن توربین فشار کم منحصراً پروانه را می چرخاند. با این حال ، این مورد نیاز به گیربکس دارد ، البته با نسبت دنده کوچکتر. گیربکس توسط طراحان موتور به عنوان دو شر کوچک پذیرفته شده است ، بدترین آن یک توربین بیش از حد بزرگ است.
ن. توربین دارای چهار مرحله است ، دو مرحله اول با قرقره پرسرعت و کمپرسور 14 مرحله ای حرکت می کند ، در حالی که قرقره داخلی و کم سرعت توسط دو مرحله آخر توربین حرکت می کند و به گیربکس جلو متصل می شود.
اگر توربین به اندازه کافی آهسته بچرخد تا از گیربکس به طور کامل جلوگیری کند ، باید بسیار بزرگتر باشد. این امر منجر به ایجاد یک ناسیل بزرگ نامطلوب می شود و باعث افزایش کشش به همان اندازه نامطلوب می شود. همچنین توربین بزرگتر و چرخش کندتر ، کل موتور را بسیار سنگین تر می کند ، نه تنها به این دلیل که چرخ توربین بزرگتر است ، بلکه بیشتر به این دلیل که بدنه موتور نیز باید بسیار بزرگتر شود. در تصویر برش خورده AE-2100 در بالا توجه داشته باشید که توربین با سرعت پایین در حال حاضر وسیع ترین جزء است-هرچه وسیع تر شود ، کشش و جرم موتور را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
سرعت چرخش توربین به راحتی دو برابر یا سه برابر سرعت جریان در پره توربین را افزایش می دهد ، بنابراین فشار دینامیکی در پره را بین 4 تا 9 بر فشار دینامیکی جریان محوری در ناحیه خروجی توربین پرسرعت افزایش می دهد. به یک توربین آهسته تر با فشار دینامیکی بسیار کمتری کار می کند و به شعاع بیشتری احتیاج دارد تا همچنان گشتاور یکسانی را که حاصل بلند شدن و شعاع تیغه است ایجاد کند. فقط افزایش تعداد پره ها و افزایش شعاع توربین بسیار بزرگتر ، فشار دینامیکی بسیار پایین تر پره های توربین را جبران می کند.من تصور می کنم که پروانه بزرگ را بچرخانید به گشتاور زیادی احتیاج دارید. گیربکس گشتاور را چند برابر می کند. موتوری که می دانم کاهش 16: 1 است بنابراین 16 برابر ضرب. اگر از گیربکس استفاده نمی کنید ، به توربین نیاز دارید که اندازه پروانه باشد! من راهی آسان برای افزایش گشتاور تولید شده توسط توربین نمی بینم. تجهیزات توربو کنونی از چندین دیسک توربین استفاده می کنند ، بنابراین شما باید 30 عدد اضافه کنید !!! دیسک ها اما پیچیده تر ، گران تر و سنگین تر از گیربکس هستند. همچنین شما به یک شفت بسیار قوی و بزرگ احتیاج خواهید داشت بدون ذکر این که آیا راه حل آیرودینامیکی موثر هست.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260
تصویر

ارسال پست