Adakah anda tahu? Apabila kita melihat foto kapal terbang, perkara pertama yang menarik perhatian kita mungkin ialah livery atau sayap. Walau bagaimanapun, penentu sebenar kelajuan, jarak dan kapasiti penumpang pesawat terletak pada "jantung" yang tersembunyi di bawah sayap atau di dalam fiuslaj: enjin.
Turbojet, turbofan, turboprop dan turboshaft-empat nama ini mungkin terdengar seperti pemusing lidah apabila disenaraikan bersama. Namun, sebaik sahaja anda memahami hubungan antara mereka, logik asas di sebalik reka bentuk pesawat menjadi jelas serta-merta. Mari kita pecahkan hari ini.
[Imej]
Pertama, ingat konsep teras ini: empat jenis enjin ini tergolong dalam keluarga yang sama. Kesemuanya beroperasi berdasarkan prinsip turbin gas. Ringkasnya: udara disedut masuk → dimampatkan → bahan api disuntik dan dibakar → tinggi-suhu, tinggi-gas tekanan memacu turbin berputar → ekzos dikeluarkan untuk menjana tujah. Keempat-empatnya berkongsi proses teras yang sama ini.
Perbezaannya terletak pada cara mereka menyalurkan kuasa yang dihasilkan selepas pembakaran.
1
Enjin Turbojet: Keturunan Asal
Nama penuh ialah "enjin turbojet," dan ia merupakan jenis enjin jet pertama yang mencapai kematangan. Prinsip pengendaliannya adalah yang paling mudah: semua udara mengikuti satu laluan-mampatan, pembakaran dan pengusiran. Lebih cepat ekzos dikeluarkan, lebih besar tujahan.
Dalam pertempuran, apabila juruterbang menggunakan pembakar selepas itu, tujahan boleh melonjak sebanyak 30% hingga 100%; bagaimanapun, keupayaan ini hanya boleh digunakan secara ringkas, kerana penggunaan bahan api adalah tinggi secara astronomi.
Kelebihan terbesar turbojet ialah kelajuan, menjadikannya ideal untuk penerbangan-tinggi,-tinggi. Kelemahan terbesarnya ialah penggunaan bahan api yang tinggi; kecekapan adalah sangat lemah semasa penerbangan-rendah.
[Imej: Gambar rajah skema struktur enjin turbojet]
Pernahkah sesiapa terfikir sama ada mungkin untuk menambah lapisan udara tambahan di sekeliling-udara enjin yang memintas kebuk pembakaran dan ditolak keluar oleh kipas untuk menghasilkan tujahan? Bukankah itu akan menjimatkan minyak?
Oleh itu, enjin turbofan dilahirkan.
2
Enjin Turbofan: Juara Memerintah
Anda boleh menganggap enjin turbofan sebagai enjin turbojet yang memakai "kot udara." Kipas besar dipasang di hadapan enjin teras asal. Apabila udara masuk, ia terbahagi kepada dua laluan:
Sebahagian kecil mengikut "laluan lama" pusat (saluran/teras dalam): mampatan → pembakaran → ekzos → penjanaan tujahan.
Sebahagian besar mengikuti "laluan baharu" luar (saluran luar/saluran pintasan): hanya dipercepatkan oleh kipas → ekzos terus → penjanaan tujahan (dan kecekapan bahan api yang lebih tinggi).
[Imej]
Prinsip operasi saluran dalam dan luar enjin turbofan (aliran teras dan pintasan)
Kuncinya terletak pada satu angka: **nisbah pintasan**. Ini ialah konsep teras dalam enjin-aero. Ringkasnya, ia adalah nisbah jisim udara yang mengalir melalui saluran luar kepada jisim udara yang mengalir melalui saluran dalam.
Nisbah pintasan sifar → Enjin turbojet
Nisbah pintasan rendah (cth, 0.2–0.3) → Prestasi-kelajuan tinggi yang baik → Digunakan pada jet pejuang
Nisbah pintasan tinggi (cth, 8–9 atau lebih tinggi) → Sangat petrol-cekap, bunyi rendah → Digunakan pada pesawat awam
Enjin turbofan awam terbesar di dunia hari ini mencapai nisbah pintasan melebihi 10. Dengan kata lain, tujahan penjanaan udara melalui pembakaran dalam teras enjin menyumbang kurang daripada satu-persepuluh daripada jumlah keseluruhan; baki 90% tujahan datang dari udara yang ditolak oleh kipas besar. Inilah rahsia di sebalik gabungan kuasa dan kecekapan bahan api mereka.
[Imej]
3
Enjin Turboprop: "Hercules" Pengangkutan Udara
Ramai orang silap enjin turboprop sebagai-enjin omboh lama. Pada hakikatnya, mereka berbeza sama sekali. Pada terasnya, enjin turboprop pada asasnya ialah enjin jet, tetapi ia menghantar sebahagian besar kuasa yang dijana oleh turbin ke kipas luaran melalui kotak gear pengurangan.
Daya tarikan (tujahan) yang dijana oleh baling-baling yang mengocok udara adalah sumber utama pendorongan, manakala aliran ekzos yang lemah dari paip ekor hanya memainkan peranan tambahan. Pada dasarnya, jika anda menggunakan enjin turbofan, mendedahkan kipas besarnya ke luar, dan mengurangkan kelajuan putarannya, anda pada asasnya akan mempunyai enjin turboprop.
[Imej]
Enjin turboprop
Kelebihan turboprop ialah kecekapannya yang sangat tinggi semasa-penerbangan berkelajuan rendah-ia lebih jimat bahan api-daripada kipas turbo. Pada kelajuan penerbangan di bawah 600 km/j, enjin turboprop mempunyai kelebihan yang luar biasa.
Kelemahannya juga jelas: ia tidak boleh terbang dengan sangat pantas dan menghasilkan bunyi yang ketara. Pengebom Tu{3}}95 Rusia, yang menggunakan enjin turboprop, terkenal dengan jolokan "Bear." Apabila kipas berputar pada kelajuan tinggi, hujungnya memecahkan halangan bunyi, menghasilkan bunyi yang sangat kuat-dilaporkan boleh didengar dari sehingga 20 kilometer jauhnya. Kelajuan tinggi digabungkan dengan bunyi yang memekakkan telinga hanyalah satu sisi syiling turboprop.
Imej
Enjin turboprop AEP500
Turboprop amat sesuai-untuk pesawat pengangkut kelajuan rendah-ke-sederhana-, pesawat peronda dan pesawat serantau. Mereka tidak memerlukan kelajuan tinggi tetapi mengutamakan kecekapan bahan api, kos rendah, dan keperluan landasan yang minimum. Banyak pesawat turboprop boleh berlepas dan mendarat di jalur pendek dan tidak berturap-suatu kejayaan yang mustahil untuk pesawat komersial standard.
4
Enjin turboshaft: Dibina khusus untuk helikopter
Mempunyai turboprop bertutup, turboshaft mudah difahami. Semasa turboprop mengarahkan kuasanya untuk memutar kipas, turboshaft mengarahkannya untuk memutar pemutar helikopter.
Imej
Enjin turboshaft
Enjin turboshaft mempunyai beberapa ciri utama:
Kuasa yang sangat tinggi-kepada-nisbah berat-ia padat dan ringan namun memberikan kuasa yang besar. Ini penting untuk helikopter; setiap kilogram berat yang disimpan membolehkan satu kilogram muatan tambahan.
Struktur padat-reka bentuk supaya muat dalam fiuslaj sempit helikopter.
Arah ekzos boleh laras-tidak seperti enjin lain yang mesti ekzos ke belakang, laluan ekzos boleh disesuaikan dengan susun atur kerangka udara khusus helikopter.
Turboprop dan turboshaft pada asasnya adalah dua varian enjin teras yang sama. Pengilang hanya perlu mengubah suai mekanisme keluaran akhir; enjin teras yang sama boleh berfungsi sebagai turboprop untuk-pesawat sayap tetap atau turboshaft untuk helikopter. Industri penerbangan telah mengamalkan reka bentuk modular seperti ini lama sebelum konsep itu menjadi trend.
Akhir sekali, mari kita jelaskan hubungan antara empat jenis:
Turbojet: Moyang; bentuk yang paling tulen. Ia menawarkan kelajuan tertinggi tetapi menggunakan paling banyak bahan api.
Turbofan: Versi yang dipertingkatkan. Ia menambah kipas besar untuk mengimbangi tujahan dan kecekapan bahan api, menjadikannya standard industri semasa.
Turboprop: Versi bahan api-efisyen. Ia mengarahkan semua kuasa ke kipas, menawarkan ekonomi yang sangat baik pada kelajuan yang lebih rendah.
Turboshaft: Versi khusus. Ia menukar kuasa kepada output aci khusus untuk memacu rotor helikopter. Tiada satu pun daripada empat jenis enjin yang sememangnya lebih unggul daripada yang lain; masing-masing mempunyai arena dan cara tersendiri untuk berkembang maju.
