Турбо-составной двигатель - Turbo-compound engine

В Napier Nomad двигатель. Турбина рекуперации мощности расположена под двухтактным дизельным двигателем.

А турбокомпрессорный двигатель это Поршневой двигатель в котором работает турбина для рекуперации энергии выхлопных газов. Вместо того, чтобы использовать эту энергию для привода турбокомпрессор как можно найти во многих мощных авиационные двигатели, энергия вместо этого отправляется на выходной вал, чтобы увеличить общую мощность, выдаваемую двигателем. Турбина обычно механически соединяется с коленчатый вал, как на Дуплекс-циклон Wright R-3350, но также были исследованы системы рекуперации электрической и гидравлической энергии.

Поскольку этот процесс восстановления не увеличивается расход топлива, это снижает удельный расход топлива, отношение расхода топлива к мощности.[1] Турбо-компаундирование использовалось для коммерческих авиалайнеров и аналогичных дальнемагистральных самолетов до появления турбореактивный двигатели. Примеры использования Duplex-Cyclone включают Дуглас DC-7B и Локхид L-1049 Супер Созвездие, в то время как другие конструкции не использовались в производстве.

Концепция

Большинство поршневых двигателей имеют горячий выхлоп, который все еще содержит значительную часть энергия это могло быть использовано для движения, если было извлечено. 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 давления на входе, что делает его нежелательным для использования с поршневым двигателем, поскольку оно увеличивает противодавление в двигателе, что снижает продувку выхлопной газ от цилиндров и тем самым снижает эффективность поршневой части составного двигателя.[2]

В конце 1930-х и начале 1940-х годов одним из решений этой проблемы было введение 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. Другой Вторая Мировая Война введение было использование Эффект Мередит для рекуперации тепла из радиаторной системы для создания 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 изучение конструкции.

История

Дуплекс-циклон Wright R-3350 Турбо-компаунд радиальный двигатель.

Первым испытанным авиационным двигателем с турбиной рекуперации мощности был Роллс-Ройс Креси. 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-компаундирование использовалось на нескольких самолет двигатели после Вторая Мировая Война, в том числе Napier Nomad[4][5] и Райт R-3350.[6][7] Ограничение выхлопа, создаваемое тремя продувочными турбинами, используемыми на Wright R-3350, соответствует хорошо спроектированной системе струйной трубы, используемой на обычном радиальный двигатель, восстанавливая около 550 л.с. (410 кВт) на максимальной продолжительной, за исключением взлетной, мощности.[2] В случае с R-3350 ремонтные бригады иногда прозвали турбину турбина для восстановления деталей из-за отрицательного влияния на надежность двигателя. Турбо-составные версии Napier Deltic, Роллс-Ройс Креси, Роллс-Ройс Гриффон, и Эллисон V-1710 были построены, но ни один из них не был разработан 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 турбовинтовой и турбореактивный двигатели.

Некоторые современные производители дизельных двигателей для тяжелых грузовиков включили в свои конструкции турбонаддув. Примеры включают Детройт Дизель DD15[8][9] и Scania[10] в производстве с 1991 г.[11][требуется разъяснение ]

Начиная с сезона 2014 года, Формула 1 перешел на новый 1,6 л V6 с турбонаддувом формула который использует турбо-компаундирование. В двигателях используется один турбонагнетатель, подключенный к электродвигателю / генератору, который называется MGU-H. MGU-H использует турбину для привода генератора, преобразующего отработанное тепло выхлопных газов в электрическую энергию, которая либо хранится в батарее, либо отправляется непосредственно на электродвигатель в трансмиссии автомобиля.

Список типов

Диаграмма, показывающая настоящий турбо-состав внизу и газовую турбину, слабо соединенную с поршневым двигателем вверху

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стимсон, Томас Э., младший (февраль 1956 г.). «Гонка авиалайнеров». Популярная механика: 113–118. Получено 19 февраля 2016.
  2. ^ а б Факты о Wright Turbo Compound (PDF). Вуд Ридж Нью-Джерси: Корпорация Кертисс-Райт: Авиационное подразделение Райт. Октябрь 1956 г. Архивировано с оригинал (PDF) 16 февраля 2010 г.. Получено 19 февраля 2016.
  3. ^ «Роллс-Ройс и рукавный клапан» (PDF). Новая Зеландия Rolls-Royce & Bentley Club Inc (7–3): 15. 2007. Архивировано с оригинал (PDF) на 2010-12-06.
  4. ^ Ганстон, Билл (30 апреля 1954 г.). «Napier Nomad: двигатель выдающейся эффективности» (PDF). Полет: 543–551. Получено 19 февраля 2010.
  5. ^ Э. Э. Чаттертон (22 апреля 1954 г.). "Napier Diesel: лекция RAeS" (PDF). Полет: 552. Получено 19 февраля 2010.
  6. ^ «Десять неудачных идей: 2 поршневых двигателя с турбонаддувом» (PDF). Полет. 16 декабря 2003 г.. Получено 19 февраля 2010.
  7. ^ "Супер выживший" (PDF). Полет. 18 июня 1997 г.. Получено 19 февраля 2010. в свои лучшие дни Connie часто называли лучшим в мире трехмоторным
  8. ^ «DD15» (видео). Детройт Дизель.
  9. ^ «Брошюра DD15» (PDF). Детройт Дизель.
  10. ^ "Scania Turbocompound". Группа компаний Scania. Архивировано из оригинал на 30.01.2010.
  11. ^ «Scania производит двигатели с 4-мя точками ECO с октября 2001 г.». Группа компаний Scania. Архивировано из оригинал на 07.08.2011. Новая версия 12-литрового турбокомпрессорного двигателя Scania мощностью 440 л.с. подходит для альпийской местности, а также для обычных европейских дальних перевозок и строительных работ.
  12. ^ «Турбо-компаундирование». 2007.