Сегодня развитие региональной авиации и обеспечение технологического суверенитета в этой востребованной нише является одним из приоритетных направлений. Рассказываем об устройстве и плюсах турбовинтовых авиационных двигателей.
Ярким примером региональной авиации является пассажирский самолет Ил-114-300, на котором установлены турбовинтовые двигатели ТВ7-117СТ-01, разработки и производства петербургского предприятия ОДК-Климов, входящего в состав Объединенной двигателестроительной корпорации. Двигатель этот относится к типу турбовинтовых, или ТВД.
30 марта этого года в воздух поднялся третий опытный пассажирский самолет Ил-114-300. Новая машина присоединилась к программе летных испытаний отечественного регионального самолета и состоит исключительно из отечественных систем и оборудования. «Сердце» самолета - двигатели ТВ7-117СТ-01 успешно обеспечивают летные испытания. Сертификат типа эта силовая установка получила 29 декабря 2022 года, и сейчас двигатели В7-117СТ-01 подтверждают надежную работу в составе обновленного самолета.
Казалось бы, в наше время высоких скоростей, сверхзвука и гиперзвука такой двигатель является анахронизмом и должен был уступить место более продвинутым силовым установкам. Но этого не происходит. Да, сегодня ТВД не применяется столь массово, как это было еще в 1960-х годах, но свою нишу в авиационном мире он занимает прочно и вполне заслуженно.
Турбовинтовые двигатели
Чтобы понять устройство турбовинтовой силовой установки, сравним ее с другим, более распространенным типом газотурбинных двигателей — турбореактивным (ТРД).
ТРД — это двигатель, который превращает энергию сгорающего топлива в реактивную струю. Упрощенно он состоит из четырех частей: компрессора, камеры сгорания, турбины и реактивного сопла. Рабочий цикл ТРД устроен так: компрессор засасывает и сжимает воздух, подает его в камеру сгорания, где к нему подмешивается топливо, и смесь воспламеняется. Горячие газы раскручивают турбину, которая вращает компрессор, а оставшаяся энергия газа преобразовывается реактивным соплом в тягу.
Как показала история авиации, такой двигатель очень хорош для самолетов, летящих на средние и дальние расстояния. Но вот на местных линиях они становятся неэффективными, и основная причина этого — повышенный расход топлива. Высокие скоростные показатели отлично подошли для средне- и дальнемагистральных многоместных пассажирских авиалайнеров.
Но помимо этих категорий существует целый класс небольших, так называемых региональных самолетов, предназначенных для грузопассажирских перевозок на относительно небольшие расстояния. Кроме того, требовались транспортные, патрульные самолеты, для которых основными критериями были не скорость, а дальность полета, время патрулирования и максимальный радиус действия. Для этих машин выходом оказался как раз турбовинтовой двигатель, или ТВД.
ТВД — это двигатель, который превращает энергию сгорающего топлива в механическую работу винта, создающего тягу. Упрощенно он состоит из пяти частей: редуктора, компрессора, камеры сгорания, турбины и выходного устройства. Рабочий цикл ТВД аналогичен циклу ТРД, но турбина также вращает и вводной вал редуктора. В редукторе частота вращения вала турбины понижается до частоты вращения вала винта, и винт, закрепленный на нем, создает тягу для обеспечения полета самолета.
Преимущества и недостатки
Как любое инженерное устройство и как всякая тепловая машина, ТВД имеет свои преимущества и свои недостатки. Достоинством турбовинтовых двигателей является прежде всего меньший удельный расход топлива по сравнению с ТРД, то есть ТВД более экономичен. Соответственно, отсюда и большее полетное время самолетов, оснащенных ТВД, увеличенная дальность полета и больший радиус их действия. Эти качества ТВД делают их предпочтительными для установки на БПЛА различного типа.
Еще одно немаловажное качество ТВД — это лучшие взлетные характеристики самолета, на котором они устанавливаются, т. к. воздушный поток от винтов ТВД идет на обдув крыла, поскольку винты находятся впереди крыла, вследствие чего подъемная сила крыла возрастает. Отметим, что такие качества необходимы именно для региональных самолетов, которые часто используют короткие взлетно-посадочные полосы.
Что касается недостатков турбовинтовых двигателей по сравнению с турбореактивными, то это, в первую очередь, меньшая, чем у ТРД, поддерживаемая скорость полета. Турбовинтовые авиационные двигатели, в отличие от ТРД, работают лишь на дозвуковых скоростях. Связано это с тем, что эффективность воздушного винта падает с увеличением скорости полета.
Подытоживая, отметим, что самолеты с ТВД предпочтительнее использовать на региональных маршрутах, характеризующихся малым и средним пассажиро- и грузопотоком, на коротких взлетно-посадочных полосах, вне зависимости от степени развитости инфраструктуры аэродромов. Причем, ввиду высокой экономичности ТВД, диапазон расстояний, покрываемый такими самолетами, может быть весьма значительным: от нескольких сотен до тысяч километров.
Большим плюсом ТВД также является их меньшая требовательность к чистоте взлетно-посадочной полосы, а это немаловажное качество для самолета региональной авиации.
Продолжение во второй части