Турбо-соединение двигатель является поршневым двигателем , который использует турбин для восстановления энергии из выхлопных газов. Вместо использования этой энергии для приведения в действие турбонагнетателя, как во многих авиационных двигателях большой мощности , энергия направляется на выходной вал, чтобы увеличить общую мощность, выдаваемую двигателем. Турбина обычно механически связана с коленчатым валом , как на дуплексном циклонном двигателе Wright R-3350 , но также были исследованы системы рекуперации электрической и гидравлической энергии.
Поскольку этот процесс восстановления не увеличивает расход топлива , он снижает удельный расход топлива , соотношение расхода топлива к мощности. [1] Турбо-компаундирование использовалось для коммерческих авиалайнеров и аналогичных дальнемагистральных самолетов до появления турбореактивных двигателей. Примеры использования Duplex-Cyclone включают Douglas DC-7B и Lockheed L-1049 Super Constellation , в то время как другие конструкции не использовались в производстве.
Концепция
Большинство поршневых двигателей имеют горячий выхлоп, который все еще содержит значительную неразвитую энергию, которая может быть использована для приведения в движение, если ее извлечь. Для извлечения энергии из такого потока газов часто используется турбина. Обычная газовая турбина питается воздухом под высоким давлением с высокой скоростью, отбирает из него энергию и выходит в виде более медленного потока с более низким давлением. Это действие имеет побочный эффект увеличения входного давления, что делает его нежелательным для использования с поршневым двигателем, поскольку оно увеличивает противодавление в двигателе, что снижает отвод выхлопных газов из цилиндров и тем самым снижает эффективность поршневая часть составного двигателя. [2]
В конце 1930-х и начале 1940-х годов одним из решений этой проблемы было внедрение выпускных коллекторов с «струйным стеком». Это были просто короткие отрезки металлической трубы, прикрепленные к выхлопным отверстиям и имеющие такую форму, чтобы они взаимодействовали с воздушным потоком, создавая струю воздуха, которая создавала прямую тягу. Другим введением Второй мировой войны было использование эффекта Мередита для рекуперации тепла из радиаторной системы для обеспечения дополнительной тяги.
К концу войны разработка турбин резко улучшилась и привела к новой конструкции турбины, известной как «турбина с продувкой» или «турбина с рекуперацией энергии». Эта конструкция извлекает энергию из импульса движущегося выхлопа, но не увеличивает заметно противодавление. Это означает, что он не имеет нежелательных эффектов обычных конструкций при подключении к выхлопу поршневого двигателя, и ряд производителей начали изучать конструкцию.
История
Первым испытанным авиационным двигателем с турбиной рекуперации мощности стал Rolls-Royce Crecy . Он использовался в основном для привода центробежного нагнетателя с зубчатой передачей, хотя он также был соединен с коленчатым валом и давал дополнительную экономию топлива от 15 до 35 процентов. [3]
Продувочные турбины стали относительно обычным явлением в позднюю и послевоенную эпоху, особенно для двигателей, предназначенных для длительных полетов над водой. Турбо-рецептура была использована на нескольких самолетах двигателей после Второй мировой войны , в том числе Napier Nomad [4] [5] и Wright R-3350 . [6] [7] Ограничение выхлопа, создаваемое тремя продувочными турбинами, используемыми на Wright R-3350, соответствует хорошо спроектированной системе струйной трубы, используемой на обычном радиальном двигателе , при этом восстанавливая около 550 л.с. (410 кВт) в METO. (максимальная продолжительная, кроме взлетной) мощность. [2] В случае R-3350 бригады технического обслуживания иногда называли турбину турбиной восстановления деталей из-за ее негативного влияния на надежность двигателя. Были построены турбированные версии Napier Deltic , Rolls-Royce Crecy , Rolls-Royce Griffon и Allison V-1710, но ни одна из них не была разработана после стадии прототипа. Было реализовано, что во многих случаях мощность, производимая простой турбиной, приближалась к мощности чрезвычайно сложного и требовательного к техническому обслуживанию поршневого двигателя, к которому она была прикреплена. В результате авиадвигатели с турбонаддувом вскоре были вытеснены турбовинтовыми и турбореактивными .
Некоторые современные производители дизельных двигателей для тяжелых грузовиков включили в свои конструкции турбонаддув. Примеры включают Detroit Diesel DD15 [8] [9] и Scania [10], выпускаемые с 1991 года. [11] [ требуется пояснение ]
Начиная с сезона 2014 года, Формула 1 перешла на новую формулу 1,6-литрового двигателя V6 с турбонаддувом, в котором используется турбонаддув. В двигателях используется один турбонагнетатель, подключенный к электродвигателю / генератору, который называется MGU-H. MGU-H использует турбину для привода генератора, преобразуя отходящее тепло выхлопных газов в электрическую энергию, которая либо хранится в батарее, либо отправляется непосредственно на электродвигатель в трансмиссии автомобиля.
Список типов
- Детройт Дизель
- DD15 [12]
- Napier
- Napier Nomad
- Райт Аэронавтикал
- Wright R-3350 : Версия с турбонаддувом была единственным авиадвигателем с турбонаддувом, который производился и широко использовался.
- Добрынин
- Добрынин ВД-4К
- Звезда
- Звезда М503 : 42-цилиндровый морской дизельный двигатель советского производства, установленный на ракетном катере класса "Оса"
- Renault
- Renault Energy F1 : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для Формулы 1. В отличие от своих современников, он по-прежнему использует вестгейт в качестве экстренной меры для контроля давления наддува в случае отказа турбонаддува с MGU-H.
- Феррари
- Ferrari 059 : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для Формулы 1 для Ferrari F14 T, а также Sauber C33 .
- Мерседес Бенц
- Mercedes PU106 : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для программы Mercedes-Benz Formula 1 .
- Хонда
- Honda RA615H : 1,6-литровый двигатель V6 с турбонаддувом, созданный для Формулы-1 для McLaren MP4-30 .
Смотрите также
- Motorjet
- Турбопарог
- Когенерация
- Турбокомпрессор
- Газовая турбина
- Электрический турбо-компаунд
Рекомендации
- ↑ Стимсон, Томас Э., младший (февраль 1956 г.). «Гонка авиалайнеров» . Популярная механика : 113–118 . Проверено 19 февраля +2016 .
- ^ а б Факты о составе Wright Turbo Compound (PDF) . Вуд Ридж, Нью-Джерси: Корпорация Кертисс-Райт: Авиационное подразделение Райт. Октябрь 1956. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2010 года . Проверено 19 февраля +2016 .
- ^ «Роллс-Ройс и втулочный клапан» (PDF) . New Zealand Rolls-Royce & Bentley Club Inc (7–3): 15. 2007. Архивировано из оригинала (PDF) 06 декабря 2010 года.
- ^ Ганстон, Билл (30 апреля 1954 г.). «Napier Nomad: двигатель выдающейся эффективности» (PDF) . Рейс : 543–551 . Проверено 19 февраля 2010 года .
- ^ Э. Чаттертон (22 апреля 1954 г.). «Дизели Napier: лекция RAeS» (PDF) . Рейс : 552 . Проверено 19 февраля 2010 года .
- ^ «Десять неудачных идей: 2 поршневых двигателя с турбонаддувом» (PDF) . Полет . 16 декабря 2003 . Проверено 19 февраля 2010 года .
- ^ «Супер выживший» (PDF) . Полет . 18 июня 1997 . Проверено 19 февраля 2010 года .
в свои лучшие дни Connie часто называли лучшим трехмоторным в мире
- ^ «DD15» (видео) . Детройт Дизель.
- ^ «Брошюра DD15» (PDF) . Детройт Дизель.
- ^ «Scania Turbocompound» . Группа компаний Scania. Архивировано из оригинала на 2010-01-30.
- ^ «Scania производит двигатели с 4-мя точками ECO с октября 2001 года» . Группа компаний Scania. Архивировано из оригинала на 2011-08-07.
Новая версия 12-литрового турбокомпрессорного двигателя Scania мощностью 440 л.с. подходит для альпийской местности, а также для обычных европейских дальнемагистральных и строительных работ.
- ^ «Турбо-компаундирование» . 2007 г.