Почему маленькие самолеты не используют турбинные (турбовинтовые) двигатели?

Вопросы / ответыПочему маленькие самолеты не используют турбинные (турбовинтовые) двигатели?
0 +1 -1
flyman Админ. спросил 5 дней назад

Турбовинтовые двигатели больше топлива эффективного1, лихтер для такой же силы, механически более простой и следовательно более надежный. Они также немного легче работать (не нужно возиться со смесью) и сжигать более дешевое топливо. В результате они давно заменили поршневые двигатели на всех транспортных самолетах. Так почему же они не нашли свой путь в небольшие самолеты GA (в основном все, что выше 8-10 мест, использует турбовинтовые двигатели, но в категории с 4 местами ничего не делает)?

Похоже, я ошибся. Поршневые двигатели кажутся более эффективными .

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Аналогичный Вопрос .

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Если я правильно помню свои лекции по движению, турбины более эффективны, чем поршневые на большей высоте, и, следовательно, не намного интереснее для небольших самолетов GA…

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@LudovicC. Я думал, что большая высота была частью реактивного двигателя против пропеллера (а не турбины против поршня), и причина, почему многие современные авиалайнеры имеют турбовентилятор, а не чистые реактивные двигатели. Я считаю, что многие вертолеты используют турбинные двигатели, и я думаю, что они вполне счастливы летать низко, или я что-то упустил?

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@LudovicC.: Это не эффективность (энергия на единицу топлива), а мощность. Максимальная мощность снижается медленнее с высотой для турбинных двигателей. Но поскольку он также снижается для пропеллера, турбо-опоры обычно ограничены примерно FL250 в любом случае (в то время как турбореактивные двигатели/турбовентиляторы счастливо работают выше FL400). Но турбины должны быть более эффективными (сжигать меньше топлива для получения энергии) на всех высотах.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@Ян Худец: не говорите этого экипажам самолетов, как Ту-95! Турбовинтовые двигатели могут летать так высоко, как дозвуковые струи, если они спроектированы правильно. Сила над высотой поведение то же самое, только при высоких числах Маха реквизит поставить более ранний предел максимальной скорости. Подумайте о турбовинтовом двигателе как о струе с большим, редукторным, непроводящим вентилятором.

14 ответ
0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 дней назад

Во-первых , поршневые двигатели более эффективны, чем турбовинтовые, поэтому их эксплуатационные расходы ниже. Это также означает, что масса системы (двигатель плюс топливо) для поездки ниже, когда вы выходите за пределы небольших диапазонов. В вертолете масса двигателя более важна, потому что среднее время полета намного короче, поэтому вы найдете много вертолетов с турбодвигателями и только немногие с поршнями.

Далее, есть хорошо развитая инфраструктура для обслуживания этих поршней, и новые турбовинтовые двигатели будут нуждаться в новой, дорогой инфраструктуре (обученные люди, инструменты, запасные части …)

И тогда просто нет стимула для разработки нового двигателя GA. Затраты на сертификацию слишком велики для небольшого рынка. Это то же самое, что и для дизельных двигателей.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Эффективен в целом или эффективен на более низких высотах?

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Я не думаю, что аргумент развития применяется здесь. Когда были разработаны современные двигатели и самолеты, турбины уже доминировали на рынке более высокой мощности.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@egid: эффективный вообще, если достаточный турбонагнетатель приспособлен. Однако чем больше двигатель заряжен, тем больше термодинамические циклы поршневых и турбодвигателей сходятся.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@Ян Худец: турбодвигатели имеют больше смысла в более высоких настройках мощности просто потому, что самолеты с более мощными двигателями летают быстрее. С поршневым двигателем, сила постоянн над воздушной скоростью, поэтому тяга идет с 1/v. машины Turbo могут сделать более лучшую пользу кинетической энергии воздушного потока, поэтому их тяга падает с скоростью. Как только вы захотите летать на Mach 0.6 или быстрее, поршневые двигатели больше не сокращают его. На более низких скоростях турбины никогда не были реальным вариантом, за исключением вертолетов.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@Ян Худец: внутренний поток менее важен, здесь Дизайн впуска-это то, что имеет значение. Сколько кинетической энергии может быть преобразовано в давление? И речь идет не столько о конструкции двигателя, сколько об интеграции двигателя в планер. Изгиб внутреннего пути потока приведет к некоторой потере давления, но вы получите компактный двигатель с меньшим крутящим моментом на главном валу. И изгиб выходного потока снова даст вам большую часть возможного усиления тяги от ускорения потока. Но есть причина, почему обратный поток используется только на небольших, относительно низкоскоростных конструкциях.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 дней назад

Вероятно, это связано с инерцией сертификации, по крайней мере, в какой-то части:
Piper Archer сертифицирован с определенным типом двигателя (если вы прокрутите вниз до страницы 21 TCDS, вы увидите, что это «Lycoming O-360-a4m»). Piper может существенно сделать так много лучников по мере того как они хотят под их сертификатом продукции покуда они соответствуют сертификату типа.

Изменение движка есть серьезные изменения к сертификату типа, и потребует более сертификации испытательных полетов, документы, и в конечном итоге деньги от производителя, а продажи окажется неопределенным (потому что это будет другой — в летное училище полеты 50 самолетов, что все работает на Лайкоминг о-360 градусов не захочет взять на один турбовинтовым самолетом, это будет ремонт головную боль).

Стоит отметить, что часть авиационный бензин-горит Джорджия флот эффективности аналогичные (или лучше) турбовинтовых двигателей может быть достигнуто за счет перехода с старого стиля Lycoming и Continental двигатели (которые эффективно 1960-х годов двигатель технология в лучшем случае) двигатели как двигатели Rotax 912 с современными электронного зажигания и систем управления двигателем. 80hp Rotax будет тянуть Piper Cub вдоль так же, как и 80hp Continental — барьер снова в сертификации (и стоимость модификации существующих самолетов).


С технической точки зрения, турбинный двигатель является излишним для большинства небольших самолетов GA. Мы говорим о самолетах, которые обычно требуют 100-300 лошадиных сил (и если мы рассматриваем легкий учебный самолет GA, вы обычно ниже 200 лошадиных сил). Популярный турбовинтовой двигатель PT6 начинает около 500 лошадиных сил вала и идет оттуда.

Кроме того, в то время как турбинный двигатель является относительно простым устройством, турбовинтовой становится довольно сложным-Турбинная секция все еще вращается на скоростях турбины, и хотя это не проблема для реактивного двигателя на турбовинтовом двигателе, это может легко заставить концы пропеллера достигать сверхзвуковых скоростей («громкий и неэффективный» рабочий диапазон). Это требует редуктора для получения соответствующей частоты вращения вала, что, в свою очередь, требует технического обслуживания редуктора.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Нет, я не покупаю аргумент о сертификации. Если бы это было так, новые проекты были бы сертифицированы с турбинами с самого начала. И «новее» не должно быть все, что новое, так как турбины доминируют на рынке более высокой мощности по крайней мере 60 лет. Или, по крайней мере, мы увидим некоторые преобразования. Но их нет, поэтому должна быть техническая причина, по которой турбины с мощностью менее ~150-200 кВт не существуют. И это не просто коробка передач. Большинство поршневых двигателей также редукторные.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@JanHudec можно «купить» на любой аргумент вы как — в реальности это, наверное, стечение нескольких 🙂 специально: аттестация однако, тот простой факт сертификации крупного авиационного компонента (как механизм) — это сопутствующий процесс: независимо от любых возможных технических препятствий, новый 200-сильный турбовинтовой двигатель все равно нужно было бы идти через Дальний 33 (двигатель аттестации) процесса для того, чтобы использоваться в сертифицированных авиационных, даже «чистого листа» дизайн постройки для этого двигателя. Это много денег и времени для неопределенного возврата инвестиций для моторной компании…

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Двигатель, используемый в настоящее время, должен был пройти этот процесс сертификации, и он сделал это, когда турбинные двигатели уже доминировали на рынке более высокой мощности. Таким образом, тогда было принято решение придерживаться поршневого двигателя для использования с низкой мощностью, и это решение не было затронуто сертификацией, потому что любой вариант должен был быть сертифицирован.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

@JanHudec большинство, если не все, из мощных поршневых двигателей GA (большие 4 — и 6-цилиндровые конструкции), являются разработками двигателей, которые были вокруг с 1940-х или 50-х годов. Нет никакого способа, чтобы турбинные двигатели доминировали в тот период времени.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Помимо затрат на сертификацию, затраты на проектирование не должны оставаться без внимания. Проектирование турбины двигателя (или любой двигатель, на самом деле) не является простым делом. Создание итераций на существующих поршневых конструкциях намного проще, чем начинать в основном с нуля с турбины. Проектирование и изготовление турбинных дисков, которые не разлетаются, легче сказать, чем сделать.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 дней назад

Во-первых, при заданной мощности турбинный двигатель будет намного легче поршневого. Подумайте о том, что это делает с балансом самолета: нос становится намного длиннее, а не для размещения оборудования, чтобы положить вес там, где он должен быть. Конечно, это относится только к конверсиям.

Во-вторых, турбинный двигатель будет стоить намного больше, чем поршневой. Меньшие турбины стоят больше за единицу мощности, чем большие, поэтому в целом вы будете платить больше за тот же результат. Двигатель может использовать меньше топлива в течение всего срока службы, но вам все равно придется заплатить за него спереди.

В-третьих, в то время как турбины в целом требуют меньше обслуживания, когда что-то имеет проблемы законопроект не для слабонервных. И вы можете приготовить турбину довольно легко.

Таким образом, в общей сложности все сводится к деньгам. Если вы действительно этого хотите, Soloy продает комплект для конверсии для Cessna 206, который поместит турбину Rolls-Royce мощностью 450 л. с. в нос и заставит вас позавидовать всем другим владельцам легких самолетов в регионе. Комплект начинается с $ 275,000. Плюс двигатель. Таким образом, вы смотрите на более чем полмиллиона, чтобы изменить планер, который стоит немного меньше. Если у вас так много свободных денег, возьмите соответствующий Супербайк MTT с чуть меньшей турбиной. Как сказал Джей Лено, это » лучший мотоцикл для того, чтобы заткнуть парней Харли.»

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 дней назад

Ну, некоторые так и делают. Познакомьтесь с Marchetti SF.260TP:

Введите описание изображения здесь

Это очень популярный легкий сингл для высшего пилотажа, который также видел военное использование в CAS и роли наблюдения. Если вы поклонник Бонда, вы узнаете об этом; он появился в Quantum of Solace. К числу других турбовинтовых двигателей малого одномоторного класса относятся:

  • Меридиан Трубы
  • Одна Авиационная Пустельга
  • Pilatus PC-9, PC-12, PC-21
  • Cessna 208 Caravan / Super Cargomaster
  • Epic EW1000, LT
  • Socata TBM850, TBM900
  • Grob G-120TP

Что касается того, почему не все маленькие синглы являются турбовинтовыми, у других ответов есть это; турбовинтовые двигатели менее экономичны на малых высотах, которые обычно летают (они отлично подходят для больших высот), и они-другой зверь для поддержания. Они также дороже; Marchetti — это самолет стоимостью около 1,6 миллиона долларов, в 3 раза дороже Piper Archer 235, хотя не все это двигатель.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Еще один момент, касающийся стоимости: большинство из нас, вероятно, летают самолетами, построенными в 1960-х годах, если не раньше. Мой Cherokee 180, построенный в 1966 году, можно было купить сегодня примерно за 2% от стоимости этого Marchetti.

flyman Админ. ответил 5 дней назад

Турбины менее экономичны на всех высотах. Меньшие турбовинтовые двигатели, такие как PT-6 и TPE-331, обычно получают крейсерский удельный расход топлива в фунтах топлива на л. с. В час от 0,6 до 0,7, в то время как поршневой авиационный двигатель горит от 0,4 до 0,5. Некоторые новые дизельные авиационные двигатели горят всего лишь 0.35 фунтов/л. с./час.действительно небольшая газовая турбина, как Allison Rolls 250-C20 (420 л. с.) Будет гореть в любом месте от 0.6 -0.9 фунтов/л. с. / фунт. Турбины наиболее эффективны при работе на 100% мощности, поэтому они развивают свой лучший расход топлива на большой высоте.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 дней назад

Я бы сказал, что выбор между турбовинтовым или поршневым двигателем может зависеть от ваших потребностей в энергии, и тип «миссии» двигатель/самолет выдержит.

Турбины и турбовинтовые установки, даже с их преимуществом соотношения веса к мощности, не так хороши в отношении SFC, если вы проверите это www-jet-engine.net гражданские спецификации turboshaft-turboprop, большое часть из его имеют SFC в границах 600 lb/shp/hr, или больше.

Двигатели Harry Ricardo и Roy Fedden Single Sleeve-Valve distribution Aircraft обеспечили лучший когда-либо SFC в бензиновом авиационном двигателе: 0.42 lb/BHP/hr в Hercules Centaurus, 3272 cu. в., с весом 2695 фунтов, для мощности 3150 л. с. Еще более впечатляющие результаты были получены с открытой втулкой, выступающей в качестве кольцевого поршня с 10% площади поршня, передающего 3% мощности, в экспериментальном 2-тактном двигателе с воспламенением от сжатия Гарри Рикардо. Сегодня не производится двигатель с клапаном, но новые сменные рукава для старых двигателей все еще производятся, они сказали это в AEHS, но мне не удалось найти продавца рукавов для старых двигателей SSV.

Лучший SFC когда-либо кажется полученным в клапане с открытым рукавом, двухтактный двигатель с воспламенением от сжатия, Гарри Рикардо, на 0,34 фунт / л. с. / час («высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания», 1968 ed)

Двигатель с тарельчатым клапаном времен Bristol Hercules, вес Rright R-3350, 2907 фунтов, также с воздушным охлаждением, с таким же количеством цилиндров 18; 3348 cu. в.; 2800 л. с., используется 0.72 lb/HP/час, но это было значительно улучшено в Турбокомпонентных агрегатов, что добавило 500 фунтов веса больше.

Двигатели Втулк-клапана были знаны для своих надежности и низкого износа, зоны никак-смазки TDC и BDC обтерты вне непрерывным движением втулки, Bristol Hercules имели TBO 3000 hr или больше, для 2000 hr TBO в процитированном Wright (данные в AEHS и других источниках). Рукавно-клапанные двигатели, не имеющие горячих точек в камере сгорания, могут работать на низкооктановом топливе при более высоких степенях сжатия, чем тарельчатые клапанные двигатели.

Экспериментальный одноцилиндровый бензиновый агрегат объемом 500 куб. см, построенный Майком Хьюлендом для использования в автомобилях, имел SFC 0,45 фунт/л. с./ч в гоночной версии и 0,39 фунт/л. с./ч в экономичной версии (Car&Driver, июль 1974), работая даже с creosote.

Турбовинтовой двигатель Rolls-Royce серии Dart RDA 10.1 мощностью 2915 л. с. и весом 1207 фунтов потреблял 0,550 фунт/л. с./час.

Вы не можете найти сегодня поршневые двигатели в диапазонах мощности выше определенного предела.

Роторный двигатель внутреннего сгорания Wankel, который имел обширное развитие для авиации и других применений Curtiss-Райт, Джон Дир, НАСА, NSU-Citroën, Sachs, Aixro, Rolls-Royce, Mazda, имел SFC 0,46 фунтов / л. с. / час с весом около 210 фунтов для выходной мощности около 120 л. с., Версия уличного автомобиля, как сообщалось в начале Mazda NA Wankel двигатель, 2 Ротора, с жидкостным охлаждением, Wankel будет работать без труда с неэтилированными бензинами около 80-90, также с 10% Gasohol, что обеспечивает более низкое SFC и уменьшенные температуры деятельности и термальную нагрузку, некоторое добавленное смазывая масло к камерам топлива и деятельности всегда использовано в Wankels, никакой потребности изменять смазывая масло.

Крупный прорыв был достигнут недавно в Университете Флориды, где они доказали, что добавление: «тепловые трубы», для охлаждения корпуса и боковых пластин ранее охлаждаемого воздухом корпуса с зарядным охлаждением роторного двигателя UEL с максимальной температурой до 129 ° C и максимальной разницей температур между частями двигателя до 18 ° C, использование: «тепловых труб» для охлаждения Wankel RCEs, как это было использовано в спутниках, может быть огромным шагом вперед в роторных двигателях внутреннего сгорания, как это устраняет большинство, если не все тепловые дилатационные различия между частями двигателя, делать конструкцию и конструкцию гораздо легке, также улучшающ надежность, от уменьшенного износа, увеличивая силы, уменьшая излучения и форсируя экономии топлива. Кто может просить о большем?

Стандарты для поршневых авиационных двигателей составляли около 1 кг/л. с. отношение веса к мощности и 250 г/л. с./час SFC.

Ни один двигатель Ванкеля роторного сгорания, кажется, не получил еще сертификацию FAA для регулярного использования в авиации общего назначения, даже когда он считается более безопасным, чем поршневые двигатели, отказы Wankel RCEs, как правило, не являются полными и мгновенными, как в поршневых двигателях, остаточная временная работа с меньшей мощностью позволила бы обеспечить более безопасные возможности посадки, к этой проблеме безопасности подошло что-то близкое к основным концепциям в гибридном автомобиле Axteraerospace.com

Этот пример турбины для авиации общего назначения строит в Аргентине, основное расположение напоминает первую турбину Hans Joachim Pabst von Ohain