НК-93 vs. ПД-14 и PW1000G
- Автор темы Pernatij
- Дата начала
ingener
Участник
- Сообщения
- 7
- Адрес
- г. Прохладный
Это утверждение в этой теме и даже в литературе встречается очень часто. По смыслу оно верное, но формулировка очень неудачная. Правильнее было бы говорить: "Винтовые двигатели при уменьшении скорости увеличивают тягу намного быстрее, чем вентиляторные."Pernatij написал(а):
Потому что с ростом диаметра отбрасываемого потока резкое снижение КПД движителя смещвется в сторону более низких скоростей. То есть движители с меньшим диаметром, если не учитывать другие факторы, всегда имеют более низкий КПД, чем движители большего диаметра.
Безусловно, все винты имеют тенденцию вырождения на высоких скоростях. В движителях малых диаметров она не так заметна, так как у них рабочий диапазон скоростей в плоскости движителя сужен и смещен в область более высоких скоростей. Поэтому оптимизация геометрии для них получается проще.
Однако возможности оптимизации движителей больших диаметров могут быть существенно расширены как за счет изменения оборотов, так и диаметра.
Особенно интересно уменьшение диаметра винта с ростом скорости за счет отклонения лопастей назад по аналогии с крылом изменяющейся геометрии. При этом автоматически достигается и увеличение стреловидности лопасти. Совсем недавно эта идея была неосуществима из-за невозможности противостояния существовавших раньше материалов действию центробежных сил. Однако параметры углепластика вполне позволяют создать винт переменного диаметра, способный эффективно работать в широком диапазоне скоростей вплоть до околозвуковых и сверхзвуковых, при которых ухудшается аэродинамика самого самолета.
Проблема шума винта при использовании винта изменяющегося диаметра автоматически решается необходимостью выбора малых окружных скоростей для такого винта.
Phaeton
Активный участник
- Сообщения
- 4.982
- Адрес
- Владивосток
А есть такие двигатели на данный момент? С изменяемым диаметром винта?
ingener
Участник
- Сообщения
- 7
- Адрес
- г. Прохладный
К сожалению о винтах изменяемого диаметра я ничего не слышал. Возможно это мое изобретение. Хотя идея вполне очевидна, особенно если учесть углы установки лопастей при малых диаметрах и высоких скоростях. Если лопасть рассматривать как крыло, то при больших углах установки профиля на высоких скоростях такое "крыло" при отклонении лопасти назад будет гораздо больше менять стреловидность, чем V-образность. Все дело в возможности реализации. По расчетам эта возможность сейчас есть и с запасом. Осталось совсем чуть-чуть - сделать и посмотреть, сколько это весит.Phaeton написал(а):
Кстати и противоположное вращение винтов будет весьма к месту. Весить конечно это будет здорово, но должно с лихвой окупиться за счет подъема турбовинтовых на эшелоны турбореактивных без потери экономичности турбовинтовых. И реализация может оказаться не очень сложной. Можно ухитриться и так развернуть ось вращения лопасти для изменения угла установки, что заодно будет меняться в нужной пропорции и диаметр винта. Только конечно нагрузки на подшипники лопасти и особенно на механизм изменения угла установки возрастут в несколько раз. Но ведь у крыльев меняют стреловидность? Почему бы это не сделать для лопасти?
Было бы забавно посмотреть на винтовой ИЛ-476 на тех же высотах и скоростях, но с в 2 раза большей дальностью и заметно большей тягой на взлете и при наборе высоты. Не вечно же ТУ-95-ому удерживать рекорд скорости для винтовых? О полезности снижения себестоимости авиаперевозок грузов в народном хозяйстве напоминать не нужно. Неплохо иметь на борту 32 аналога Х55 и возможность подлетать к супостату по самым замысловатым маршрутам в сопровождении истребителей, штурмовиков и топливозаправщиков. И никаких новых бомбардировщиков не нужно. Или смелые конструкторы перевелись?
Phaeton
Активный участник
- Сообщения
- 4.982
- Адрес
- Владивосток
Уровень технического риска довольно велик. Современная Россия - не Советский Союз чтобы что то такое мутить.
Нет, таких двигателей нет.
1. В отличии от плоскостей самолёта, лопасти должны менять и шаг, то есть необходимы тогда механизмы разворота лопасти сразу в 2 плоскостях. А нагрузка на такой механизм при большом угле атаки лопасти будет огромна.
2. При большой стреловидности лопастей, скорость потока у корня лопасти останется гораздо меньшей, за счёт меньшей радиальной скорости, что даст Вам срыв потока... Это можно избежать только меньшей шириной лопасти у корня, а это резко ухудшит тягу на малых скоростях.
То есть и такой двигатель будет заточен только под оптимальное число М носителя, которое может быть больше чем у пропеллера без такого изменения стреловидности, но только за счёт резкого снижения тяги на малых скоростях, и всё ещё малой (сравнимой с турбовентилятором) степени двухконторности на больших скоростях.
Не вижу плюсов такой конструкции...
1. В отличии от плоскостей самолёта, лопасти должны менять и шаг, то есть необходимы тогда механизмы разворота лопасти сразу в 2 плоскостях. А нагрузка на такой механизм при большом угле атаки лопасти будет огромна.
2. При большой стреловидности лопастей, скорость потока у корня лопасти останется гораздо меньшей, за счёт меньшей радиальной скорости, что даст Вам срыв потока... Это можно избежать только меньшей шириной лопасти у корня, а это резко ухудшит тягу на малых скоростях.
То есть и такой двигатель будет заточен только под оптимальное число М носителя, которое может быть больше чем у пропеллера без такого изменения стреловидности, но только за счёт резкого снижения тяги на малых скоростях, и всё ещё малой (сравнимой с турбовентилятором) степени двухконторности на больших скоростях.
Не вижу плюсов такой конструкции...
ingener
Участник
- Сообщения
- 7
- Адрес
- г. Прохладный
Да, нагрузка будет как минимум на порядок больше, чем на обычный механизм изменения шага винта. Сколько весит обычный механизм изменения шага? Умножаем этот вес в несколько десятков раз... Неужели он будет хотя бы немного соизмерим с несколькими тоннами сэкономленного керосина? Я даже думаю, что этот вес все равно будет меньше веса не нужной нам обечайки двухконтурного двигателя. Я вам даже больше скажу. Определяющую роль в прочности такого винта будут играть не аэродинамические силы, зависящие от угла атаки, а центробежные силы, намного их превосходящие. Именно эта неприятная особенность ранее делала невозможной реализацию такого винта. Только углепластик, сочетающий высокую удельную прочность и маленький удельный вес, способен противостоять с необходимым запасом центробежным силам.Pernatij написал(а):
Да, действительно в принципе угол установки лопасти должен меняться в двух плоскостях. И реализация такого механизма вполне реальна. Однако расчеты показывают, что можно подобрать такой угол наклона одной оси вращения лопасти винта, что шаг винта и его стреловидность будут меняться одновременно в результате вращения на одной оси и при это оставаться довольно близко к оптимальным. Оба варианта достойны рассмотрения.
Действительно, несоответствие исходного шага винта его реальному шагу на разных режимах создает проблемы уменьшения угла атаки до отрицательных значений и даже срыва потока у корня лопасти на низких скоростях в основном только при начале разбега.
Но!
Увеличение реальной тяги на низких скоростях в начале разбега за счет увеличения массы отбрасываемого воздуха винтом большого диаметра получится около 2 раз по сравнению с турбореактивным! При таком плюсе потерять каких-то 2-5% от теоретически возможной тяги совсем не жалко.
Во первых, оптимальное число М самолета будет не просто больше, чем у обычных турбовинтовых самолетов. Оно будет практически равно этому числу для самолетов с турбореактивными двухконтурными двигателями и даже чуть-чуть превышать его за счет отсутствия сопротивления обечайки двухконтурного двигателя и высокой "двухконтурности". Нужно понимать, что оптимальный максимальный диаметр винта изменяемого диаметра получается несколько больше, чем для обычного винта турбовинтового двигателя. Поэтому на малых скоростях полета местные скорости у концов лопастей будут намного меньше околозвуковых (меньше шума), а на крейсерских скоростях все еще оставаться дозвуковыми. Действительно геометрию винта нужно затачивать для крейсерского полета. Но за счет увеличения его диаметра, на малых скоростях, даже с учетом потерь от неоптимальности геометрии, винт изменяемого диаметра все равно будет эффективнее обычного. Не говоря уж о принципиально низкой эффективности турбореактивных двигателей на малых скоростях.
Переход к винту изменяемого диаметра освобождает конструктора от балансирования за гранью возможного, как с турбовентилятором, и открывает широкое поле для оптимизации.
А сейчас виднее?
Крейсер лучше, чем у турбореактивного, а взлет лучше, чем у турбовинтового - это такие маленькие плюсы, что их не видно?
Все мои выводы основаны на расчетах. Правда простеньких, не учитывающих изменения характеристик винтовых профилей при изменении стреловидности лопастей. Писать более точные, все учитывающие программы не имеет смысла, если нет интереса к таким винтам и двигателям. Все равно уточнение расчетов не приведет к кардинальному изменению их результатов.
Добавлено спустя 37 минут 13 секунд:
Вы и правы и нет. Уровень технического риска сопоставим с риском создания НК-93. Однако ожидаемые плюсы на порядок больше. Так что можно и рискнуть, частично вернуться от НК-93 к НК-12, убрав обечайку, подняв редукцию и сделав винты изменяемого диаметра.Phaeton написал(а):
Пустой ИЛ-476 с такими движками сможет с легкостью взлетать вертикально (иметь тяговооруженность более 1) и крейсерская у него получится в районе 840 на более высоких эшелонах. Не говоря уж о том, что на ТУ-95 они встанут как родные, только лучше.
Генконструктора призвали к конструктивности
Есть инфа по текущему состоянию программы ПД-14. :study:
Есть инфа по текущему состоянию программы ПД-14. :study:
Статья
Новое «сердце» российской авиации: как супердвигатели преобразят Воздушный флот
Новое «сердце» российской авиации: как супердвигатели преобразят Воздушный флот
http://tvzvezda.ru/news/forces/content/201509050859-8q1n.htm
Позволю дополнить фотографией с другого ракурса:
- Сообщения
- 18.076
- Адрес
- г. Коломна МО
Господа, а НК-93 всё кирдык?
Давно уже. Он был далеко не так идеален, как о нем любят говорить. В основном благодаря своей массе, при этом совершенствование топливной эффективности турбовентиляторных двигателей в 90-е 2000-е отодвинуло винтовентиляторные на второй план. Но свой вклад как демонстратор технологий и знания полученные по ходу НИОКР он сделал.
Пока видимо - да. Очень специфический, нишевый концепт. Для современных гражданских он не в тему, так как диапазон их экономических скоростей уже ушёл с 0.7 к 0.8 мах, и идёт к 0.85 у среднемагистральников, а у дальних - всегда там был. Концепт капотированого турбовинтового двигателя (НК-93) экономичен на более низких скоростях, а на 0.85 - теряет смысл.
