Каковы типичные значения оборотов в минуту для авиационных турбин?

Прежде всего: на многих авиационных двигателях нет единой скорости. Большие пропеллерные двигатели имеют редуктор, поэтому пропеллер работает с более низкой скоростью, чем основной двигатель, а многозолотниковые турбины имеют внутреннюю секцию высокого давления с более высокими скоростями вращения, чем внешние части низкого давления как компрессора, так и турбина. Возьмем, к примеру, турбовинтовой двигатель « Прогресс Д-27 »: он имеет три золотника и редуктор, поэтому его компоненты работают с четырьмя различными скоростями.

Как правило: чем больше диаметр, тем ниже типичная скорость. Лопасти вентилятора и гребного винта должны работать при высоком динамическом давлении, но все же на дозвуковых скоростях, чтобы избежать более высоких потерь, связанных со сверхзвуковым потоком. Поскольку наконечник будет частью с наибольшей скоростью, а пропеллеры имеют больший диаметр, чем вентиляторы, пропеллеры работают с более низкими скоростями. Кроме того, их больший диаметр делает гребные винты более эффективными . Чем больше воздушной массы участвует в создании тяги, тем выше будет тяговая эффективность. Пропеллеры на медленно летающих самолетах с электроприводом или приводом от человека вращаются со скоростью всего несколько сотен оборотов в минуту, что значительно ниже скоростей, при которых их концы приближаются к 1 Маха, чтобы преобразовать как можно больше ограниченной мощности в тягу.

Если позволяет скорость потока, основные части двигателя работают на максимально возможных оборотах, потому что чем быстрее работает турбина или поршневой двигатель, тем больше мощности он будет производить для данного размера. Следовательно, основные двигатели одинакового размера работают с одинаковой скоростью, независимо от их типа, степени двухконтурности или их использования. Только стационарные газовые турбины для выработки электроэнергии могут работать немного медленнее, чем их собратья, установленные на самолетах, чтобы увеличить срок их службы.

Компрессор высокого давления и турбины двигателя авиалайнера будут работать со скоростью более десяти тысяч об/мин, в то время как воздушный винт большого турбовинтового двигателя должен работать со скоростью примерно от 1700 до 2200 об/мин, а в случае НК-12 Ту-95 пропеллеры работают только на 750 об/мин . И вентилятор, и пропеллер приводятся в действие отдельными турбинами низкого давления. Вентилятор и компрессор низкого давления большого двигателя авиалайнера работают на частоте от 2500 до 4000 об/мин, а турбина классического турбовинтового двигателя ПТ-6 — на 30 000 об/мин. Поскольку мощность равна крутящему моменту, умноженному на число оборотов в минуту, более быстро работающий вал будет легче, чем вал, работающий на низкой скорости, поэтому скорость снижается только непосредственно на креплении гребного винта.

Оптимальная скорость вентилятора находится между скоростью компрессора и пропеллера, и в идеале также потребуется редуктор , но здесь передаваемая мощность настолько высока, что компактный редуктор будет трудно спроектировать. Даже если он работает с эффективностью 98%, он будет производить отработанное тепло порядка нескольких сотен киловатт в случае двигателя большого авиалайнера. Некоторые небольшие двигатели с одной турбиной уже используют редукторы (например, Lycoming ALF507 ), а теперь и следующее поколение эффективных вентиляторных двигателей также использует редукторы. Но до сих пор большинство конструкций двигателей предпочитали, чтобы вентилятор работал быстрее, чем это было бы идеально. Обратите внимание, что конечная скорость современного безредукторного вентилятора уже значительно превышает 1 Мах.