Het grote geheim van kleine turbines. Laagvermogen gasturbine-eenheden van binnenlandse en buitenlandse productie Berekening van mini-gasturbinemotoren

Gasturbine-eenheden met laag vermogen geproduceerd op basis van vliegtuigmotoren door bedrijven als de Perm Engine Plant, NPO Saturn en Plant im. V.Ya. Klimov” en anderen. De brandstof in dergelijke installaties is kerosine, dieselbrandstof, aardgas en aanverwant gas uit olievelden.

De benodigde apparatuur wordt geplaatst in verplaatsbare containers die zijn uitgerust met alle benodigde systemen voor hun normale werking.

Figuur 5.4 toont een typische modulaire gasturbine-eenheid (gasturbine-WKK), ontworpen voor de productie van elektrische en thermische energie.

Het modulaire ontwerp van thermische energiecentrales met gasturbines verhoogt de betrouwbaarheid van de bron van elektriciteits- en warmtevoorziening en verkort de installatietijd van enkele dagen tot meerdere weken, afhankelijk van de configuratie en lokale omstandigheden.

In tafel Tabel 5.1 geeft een lijst van binnenlandse en buitenlandse bedrijven en de belangrijkste technische kenmerken van de gasturbine-eenheden die zij produceren voor het opwekken van elektrische en thermische energie.

Een speciale plaats onder de door buitenlandse bedrijven geproduceerde gasturbine-eenheden wordt ingenomen door microturbine-eenheden (MTU) van Calnetix Power Solutions. Momenteel produceert het bedrijf een eenheid van 100 kW, model TA-100.

De microturbine-unit wordt vervaardigd volgens een blok-modulair principe, waardoor indien nodig een afzonderlijke unit kan worden vervangen in plaats van het product als geheel, en wordt volledig fabrieksgereed geleverd. Een algemeen beeld van de microturbine-installatie wordt getoond in figuur 5.5.

Afb.5.4. Typische modulaire gasturbine-WKK-installatie

Afb.5.5. Algemeen beeld van de TA-100 RCHP-microturbine-eenheid:

1 - boostergascompressor; 2 - restwarmteketel; 3 - recuperator; 4 - luchtinlaat turbogenerator; 5 - luchtinlaat voor het koelsysteem van de motorruimte; 6 - vermogenselektronicakast; 7 - oliesysteem; 8 - turbogenerator; 9 - stroomkabeluitgang; 10 - brandstofsysteem; 11 - gastoevoer; 12 - koelvloeistof uit de pan laten lopen; 13 - warmwateruitlaat; 14 - koudwaterinlaat

De installatie omvat: een turbogenerator, een verbrandingskamer, een recuperator, een warmteterugwinningssysteem met een restwarmteketel (HRB), een oliesysteem, een brandstofsysteem, een gasboostercompressor, vermogenselektronica, een digitaal automatisch regelsysteem, een luchtkoelsysteem voor de motorruimte en vermogenselektronica, accu's.

Het werkingsprincipe van de installatie is als volgt. Gezuiverde atmosferische lucht komt luchtinlaat 4 binnen, vanwaar het de compressor binnengaat. In de compressor wordt de lucht gecomprimeerd en daardoor verwarmd tot een temperatuur van 250 °C. Na de compressor komt de lucht in een speciale gas-lucht-warmtewisselaar (recuperator) 3, waar deze bovendien wordt verwarmd tot een temperatuur van 500 °C. Bijverwarming maakt het mogelijk om het elektrisch rendement van de installatie ongeveer te verdubbelen. Vervolgens wordt de verwarmde perslucht vóór de verbrandingskamer gemengd met gasvormige brandstof onder hoge druk, en het homogene gas-luchtmengsel komt de verbrandingskamer binnen voor verbranding. Een standaard boostercompressor wordt gebruikt om de gasdruk te verhogen.

Bij het verlaten van de verbrandingskamer komen uitlaatgassen die tot een temperatuur van 926 ° C zijn verwarmd, turbine 8 binnen, waar ze, uitzettend, werken door deze te draaien, evenals het compressorwiel en een snelle synchrone generator die zich op dezelfde as bevinden.

Na expansie in de turbine komen uitlaatgassen met een temperatuur van 648 °C via het gaskanaal de recuperator 3 binnen, waar ze na de compressor hun warmte afstaan ​​aan de perslucht. De temperatuur van de uitlaatgassen na de recuperator wordt verlaagd tot 310 °C.

Aan de uitlaat van de recuperator bevindt zich een bypass-klep, die de uitlaatgassen via de bypass-schoorsteen of rechtstreeks naar de restwarmteketel 2 leidt. In de restwarmteketel (gas-water-warmtewisselaar) geven de uitlaatgassen hun warmte af naar het netwerkwater, dat daar tot de gewenste temperatuur wordt verwarmd.

In tegenstelling tot andere fabrikanten is het rotortoerental vrijwel onafhankelijk van de belasting en wordt het op 68.000 tpm gehouden. Hierdoor kun je tot 100% van de lading in één keer opnemen zonder extra accu's.

Turbogenerator

De turbogenerator is het belangrijkste en meest kennisintensieve en arbeidsintensieve onderdeel van de installatie. Een algemene dwarsdoorsnede van de turbogenerator wordt getoond in figuur 5.6.

Tabel 5.1

Technische kenmerken van gasturbinemotoren

Model	Nominaal vermogen, MW	Gasverbruik bij 100% belasting, kg/u	Efficiëntie, %	Snelheid van drukverhoging	Stroomsnelheid van de werkvloeistof door de motor, kg/s	Rotatiesnelheid van de uitgaande as van de generator, rpm	Temperatuur van de gassen bij de uitlaat van de motor, C°	Brandstofgasdruk, MPa
Aerosila, kerncentrale, JSC
1A16-100	0,333	94,6
Zorya-Mashproekt, NPKG, huisarts
UGT2500(TOT 49)	2,85		28,5		16,5	14000/3000		2,5
Ivchenko-Vooruitgang, SE
GTP AI-2500	2,5	769,5	24,2	7,5	20,5	12350/1000		1,08
D-336-1-4	4,2		26,5		27,5	8200/3000		2,35
D-336-2-4	4,2		26,5		27,5	8200/3000		2,35
Kaluga-motor (CADVI), JSC
9I56	0,11			3,3	1,45	38000/8000		0,55
9I56M	0,155			4,2	1,48	40000/8000		0,78
OKA-1	0,155			4,7	1,70	41200/6000		0,85
OKA-2	0,2			5,0	1,76	43400/6000		1,0
OKA-3	0,265			5,7	1,93	46000/6000		1,1
Klimov, OJSC
TV3-117	1,1		25,4		7,88	-/1500		1,2
Motor Sich, JSC
TV3-137	1,07			5,5	7,63	15000/1000		1,0-1,3
AI-20DMN	2,5			7,48	20,8	12350/1000		1,08
AI-20-DME	2,5			7,48	20,8	12350/1000		1,08
GTE-MS-2.5D	2,5			7,48	20,8	12350/1000		1,08
Perm Motor Plant (PMZ), OJSC (VK PMK)
GTU-2.5P	2,7		21,9	5,9	25,6	5500/3000		1,0-1,2
GTU-4P	4,3		24,7	7,3	29,8	5500/3000		1,2-1,6
Proletarski Zavod, JSC
GTG-1500-2G	1,5			6,1	11,2	12500/1500		1,2
Samara Wetenschappelijk en Technisch Complex vernoemd naar. N.D. Kuznetsova (SNKT), JSC
NK-127				13,6		13000/3000		3,0
Saturnus, NPO, JSC
DO49R	2,85		28,5					2,1-2,5
Einde van tabel 5.1
Capstone Turbine Corporation
C30	0,01				0,31			0,03-0,35
C65	0,065	16,4			0,49			0,52-0,56
C200	0,19				6,7			0,02-0,52
C200	0,2				6,7			0,52-0,56
Daihatsu Diesel fabr. Co. Ltd.
DT-4	0,44				2,97	-/1500		1,2-1,6
DT-6	0,66				4,72	-/1500		1,2-1,6
DT-4W	0,88		41.5		5,94	-/1500		1,2-1,6
DT-10	1,1				8,23	-/1500		1,2-1,6
DT-10A	1,3		41,5		8,23	-/1500		1,2-1,6
DT-14	1,5		40,7		10,2	-/1500		1,2-1,6
DT-20	2,2		41,9		14,8	-/1500		1,2-1,6
DT-10W	2,25		40,7		16,47	-/1500		1,2-1,6
DT-10AW	2,6		41,5		16,47	-/1500		1,2-1,6
DT-14W			40,7		20,43	-/1500		1,2-1,6
DT-20W	4,4		41,9		29,79	-/1500		1,2-1,6
Gedistribueerde energiesystemen Corp.
MT-100	0,1			4,5	0,79			0,6-0,95
Mitsui Engineering & Scheepsbouw Co. Ltd.
SB5	1,1		25,5			25600/3000		1,8-2,3
SB15	2,7		25,6			13070/3000		1,8-2,3
MSC4Q	3,5		27,9	9,7	18,6	-/1500		1,8-2,3
MSC5Q	4,3		29,3	10,3	19,1	-/1500		1,8-2,3
OPRA Technologies A.S.A.
OP 16-2GL			27.8	6.7	8.8	26000/1500		1,6-2,0
PBS Velka Bites, een. S.
TE 100G	0,1	71,3		3,9		56000/52400		1,2-1,5
Pratt & Whitney Canada
ST5	0,457	139,6	23,5	7,3	2,4	30000/3000
ST6L-721	0,508	156,2	23,4	7,3		33000/3000
ST6L-795	0,678	197,7	24,7	7,3	3,3	33000/3000
ST6L-813	0,848			7,3		30000/3000
ST6L-90	1,18			7,3	5,3	30000/3000
ST18A (DLE)	1,96		30,2	13,7	8,4	20000/3000
ST18A (WLE)	2,02		28,3	13,7	9,2	20000/3000
ST30	3,3			16,6	14,4	14875/3000
ST40				16,6	15,1	14875/3000
Rolls–Royce Power Engeneering Plc (stroomopwekking)
501-KC5	4,1				15,5	13600/3000		1,6-2,0
501-KB5	4,8			9,4	15,4	14600/3000		1,8-2,2

Afb.5.6. Doorsnede turbogenerator:

1 - lichaam; 2 - behuizing van het statorgedeelte; 3 - olieleiding (olietoevoer); 4 - luchtkanaal voor het opblazen van het labyrint; 5 - diffusor; 6 - mondstukapparaat; 7 - vlambuis; 8 - bougie; 9 - brandstofspruitstuk; 10 - turbinewiel; 11 - compressorwiel; 12 - labyrintafdichting; 13 - hydrodyne-

microfoonlager; 14 - statorwikkelingen; 15.17 - olieaftaphals; 16 - permanente magneten; 18 - rotor; 19 - keramische wentellagers

Dit is een snelle eenheid met één as en een rotortoerental van 68.000 tpm. Structureel is het gemaakt in een enkele behuizing waarin de rotor is geïnstalleerd. De verbrandingskamer, die een afzonderlijke, onafhankelijke eenheid is, is aan de turbinezijde aan de behuizing bevestigd.

De rotor, weergegeven in figuur 5.7, is het meest kritische onderdeel van de turbogenerator.

Op één as, die is gemaakt van hoogwaardig staal, worden achtereenvolgens het volgende geplaatst:

Bus (rotor) van een snelle synchrone generator met twee ingeperste permanente magneten;

Eentraps centrifugaalcompressorwiel;

Wiel van een eentraps centripetale turbine.

De rotor van de turbogenerator is op twee steunen geïnstalleerd: de eerste steun bevindt zich vóór het voorste uiteinde van de generatornaaf en de tweede bevindt zich tussen de generatornaaf en het compressorwiel.

De eerste steun is een drukrollager met keramische kogels, de tweede is een hydrodynamisch lager. Beide lagers worden gekoeld en gesmeerd met hoogwaardige synthetische olie.

Afb.5.7. Algemeen beeld van de rotor

Een onderscheidend kenmerk van het rotorontwerp is de vrijdragende opstelling van de compressor- en turbinewielen. Deze ontwerpoplossing maakte het mogelijk om alle lagers uit de hete zone te verwijderen, wat de onherstelbare olieverliezen aanzienlijk verminderde, de prestaties van de oliesysteempomp verminderde en de tijd die nodig was om de olie en het oliefilter te vervangen, verlengde.

Het gebruik van een snelle synchrone generator en een halfgeleider-spanningsomvormer maakte het mogelijk om de “achilleshiel” van de meeste gasturbines met laag vermogen – de versnellingsbak – te elimineren.

De verbrandingskamer

De verbrandingskamer, getoond in Fig. 5.8, zorgt voor de omzetting van de chemische energie van gasvormige brandstof in de thermische energie van de werkvloeistof.

Het ontwerp van de kamer is tegenstroom, ringvormig, met meerpuntstoevoer van gasvormige brandstof via afzonderlijke injectoren. De kamer is ontworpen voor langdurig gebruik, zowel bij gedeeltelijke als volledige belasting van de installatie.

De verbrandingskamer bestaat uit de volgende hoofdelementen: behuizing; brandstofspruitstuk, brandstofinjectoren, vlampijp, bougies, afstandhouders.

Gasvormige brandstof wordt via 12 injectoren aan de kameringang geleverd onder een druk van 0,5-0,6 MPa.

Afb.5.8. Ontwerp van de verbrandingskamer:

1 - vlambuis; 2 - injectoren; 3 - brandstofspruitstuk; 4 - behuizing van de verbrandingskamer; 5 - elementen voor het bevestigen van de vlambuis aan het lichaam; 6 - bougie; 7 - afstandsstuk

Recuperator

De gas-luchtrecuperator is ontworpen om het elektrisch rendement van de installatie te verhogen door extra verwarming van de lucht na de compressor. De lucht wordt verwarmd door de hitte van de uitlaatgassen van de turbine (Fig. 5.5).

De recuperator is een gas-lucht-platenwarmtewisselaar, waarvan het uiterlijk wordt getoond in figuur 5.9. Brandstofbesparing in de installatie vindt plaats door een verhoging van de temperatuur van de lucht die vanuit de luchtcompressor de verbrandingskamer binnenkomt.

Warmteterugwinningssysteem met restwarmteketel

Het warmteterugwinningssysteem is ontworpen om netwerkwater tot een bepaalde waarde te verwarmen door gebruik te maken van de warmte van uitlaatgassen.

De regeling van de waterparameters aan de uitlaat van de afvalwarmteketel wordt uitgevoerd door uitlaatgassen via de bypass-leiding te omzeilen.

Afb.5.9. Algemeen beeld van de recuperator

Het systeem omvat: een restwarmteketel met een bypass-demper, een bypass-leiding, een debietmeter voor het meten van de koelvloeistofstroom, instrumenten voor het meten van de temperatuur van de koelvloeistof bij de inlaat en uitlaat van de restwarmteketel, instrumenten voor het meten van de temperatuur van uitlaatgassen bij de inlaat en uitlaat van de ketel - warmtewisselaar, maximale drukschakelaar bij de uitlaat van de restwarmteketel.

Luchtkoelsysteem

Het luchtkoelsysteem is ontworpen voor betrouwbare warmteafvoer uit brandstofelementen (turbogenerator, recuperator, vermogenselektronica, restwarmteketel, olieradiator)

torus van de boostercompressor, oliekoeler van het oliesysteem) in de microturbine-installatie.

Er zijn ventilatoren in de unit die zorgen voor een geforceerde luchtbeweging. De luchtinlaat- en uitlaatlocaties worden getoond in Fig. 5.10.

De lucht die wordt geleid om de componenten en samenstellingen in het motorcompartiment te koelen, is in twee delen verdeeld. Het eerste deel wordt gebruikt voor het koelen van de oliekoeler, turbogenerator, recuperator en restwarmteketel. De luchtbeweging wordt verzorgd door de oliekoelerventilator. Het tweede deel wordt gebruikt om de vermogenselektronica en de boostercompressorradiator te koelen. De luchtbeweging wordt verzorgd door een ventilator aan de onderkant van de microturbine-eenheid.

De lucht verlaat de unit aan de achterzijde van de unit via twee rechthoekige openingen.

Afb.5.10. Plaatsen voor luchtinlaat en -uitlaat vanuit de motorruimte:

1 - lucht voor het koelen van de motorruimte; 2 - lucht in de gasturbinegenerator; 3 - uitlaatgasuitlaat; 4 - lucht voor koelvermogenelektronica; 5 - koelluchtuitlaat (bovenste gat); 6 - koelluchtuitlaat (onderste gat)

Technische kenmerken van de TA-100 RCHP-microturbine-eenheid (volgens de fabrikant) worden gegeven in de tabel. 5.2.

Tabel 5.2

Technische kenmerken van de TA-100 RCHP-eenheid

Sergey Zhuravlev, projectmanager voor het creëren van een ultrakleine gasturbinemotor, beantwoordt de vragen van morgen.

"MORGEN". Sergey, als je naar je microturbine kijkt, lijkt het erop dat het een kleine straalmotor is. Dat is waarschijnlijk geïnstalleerd op een soort ultraklein vliegtuig, onbemande luchtvaartuigen...

Sergej ZHURAVLEV. Schijn bedriegt en ondanks dat meerdere mensen in ons team een ​​directe connectie hebben met de luchtvaart, hebben wij eigenlijk iets heel anders gedaan. De microturbine is het hart van ons autonome woonproject. Wij zijn van mening dat een huis in Rusland in eerste instantie energiezuinig moet zijn, dat wil zeggen meer energie moet produceren dan het verbruikt. En daarom moet het autonoom zijn, dat wil zeggen geen harde verbinding hebben met externe exclusieve netwerken.

"MORGEN". Er is een westers concept: we plaatsen zonnepanelen op het dak en een windturbine op het erf. Maar neem me niet kwalijk, in ons land hebben we geen goede zon of wind, aangezien we ons midden op het noordelijke continent bevinden. Wat is jouw aanpak?

Sergej ZHURAVLEV. Tegenwoordig is het niet moeilijk om een ​​autonoom huis te creëren; de technologie maakt het mogelijk. Het hele probleem is de kosten, want je kunt natuurlijk zonnepanelen installeren en in de zomer meer dan genoeg energie verzamelen, en deze vervolgens in de winter gebruiken. Maar de kosten voor het verzamelen van deze energie zullen bijna astronomisch zijn - zelfs als je moderne batterijen installeert, water door een systeem van vijvers van verschillende hoogtes pompt, of thermische energie opslaat met behulp van warmtepompen of gesmolten hitte-intensief zout.

Om op deze manier energie voor de hele winter op te slaan, moet je een fortuin uitgeven aan een opslagsysteem. Daarom gaan we uit van het concept van het combineren van verschillende energiebronnen waarmee we aan alle behoeften kunnen voldoen. Tegenwoordig heeft het geen zin om elektriciteit in batterijen te accumuleren; primaire energie moet in chemische vorm worden geaccumuleerd, bijvoorbeeld in de vorm van brandbare gassen.

Dat wil zeggen, we komen tot de conclusie dat het noodzakelijk is om de processen van "het opbouwen van metabolisme" te versnellen door brandbare gassen te produceren uit het afval en afval dat in het autonome huis zelf wordt gevormd. Er zijn verschillende fundamentele manieren om waterstof of methaan te produceren, maar wat voor ons belangrijk is, is het feit dat het brandbare gas dat door het huishouden zelf wordt geproduceerd het voor hen gemakkelijk maakt om de hele winter elektriciteit en warmte op te wekken. Hier ontstond het idee van een microgasturbine-installatie. Turbines hebben veel voordelen ten opzichte van conventionele gaszuigereenheden, dat wil zeggen conventionele verbrandingsmotoren die ons bekend zijn.

Kleine gasturbinemotoren hebben al een zeer hoog rendement bereikt; in tegenstelling tot gaszuigermotoren zijn ze gemakkelijk geluiddicht, maken ze vrijwel geen geluid en nemen ze een klein volume in beslag. Hun onmiskenbare voordeel is dat ze gemakkelijk kunnen draaien op slecht gas van lage kwaliteit, dat een huishouden kan opwekken uit het huishoudelijk afval.

"MORGEN". Hier moet gezegd worden dat we allemaal gewend zijn aan zuiver, bijna 100% methaan, dat ons via de gasleiding wordt aangevoerd door Gazprom, dezelfde monopolist waar u weg wilt - en u stelt voor om het rechtstreeks in huis te ontvangen , weliswaar minder zuiver, maar toch al “ons eigen”, autonoom methaan?

Sergej ZHURAVLEV. Ja, de praktijk van het verkrijgen van het uiteindelijke gasproduct, een mengsel van brandbare gassen uit een breed scala aan huishoudelijk afval - van papier of hout tot, excuseer de details, vogelpoep of huisdierenmest, is nu tot in detail uitgewerkt.

Daarom zijn microturbines nu een zeer relevant ontwikkelingsgebied. Ook in het Westen, waar meerdere bedrijven hier actief mee bezig zijn. Het is duidelijk dat het concept daar sterk lijkt op het onze: een microturbine wordt het ‘energiehart’ van een gezin of onderneming, wanneer de hele productie van veel huishoudelijke consumptiegoederen, voornamelijk voedsel, in het huishouden zelf geconcentreerd is. En dit is natuurlijk hetzelfde beeld van een heel andere toekomst, wanneer we een hele laag ‘nieuwe producenten’ krijgen, een soort ‘boeren van de 21e eeuw’, die al heel weinig afhankelijk zijn van de buitenwereld en zorgen voor zichzelf voorzien van alles wat ze nodig hebben en zelfs overtollige producten creëren.

"MORGEN". Ja, God geve dat we onze Russische open ruimtes nieuw leven kunnen inblazen dankzij zo’n unieke technologie. Wat zijn jouw plannen voor de nabije toekomst?

Sergej ZHURAVLEV. Ja, een autonome woning is de toekomst. Tegenwoordig worden de mogelijkheden voor het gebruik van microturbines onthuld in de luchtvaart die we al hebben genoemd. In het verleden ging de evolutie van motoren in de luchtvaart voorbij aan micromotoren - om de eenvoudige reden dat ze alleen geschikt waren voor vliegtuigmodellering en over zeer weinig middelen beschikten. Micromotoren in de luchtvaart waren ‘eendagsvliegen’, hadden een korte levensduur en werden alleen beschouwd als overeenkomsten, kopieën van echte, ‘volwassen’ vliegtuigmotoren. Maar vandaag heeft de evolutie van de motorbouw ter grootte van een microturbine ons uiteindelijk naar het punt geleid waarop de mogelijkheden van de technologie en de eisen van de luchtvaart op een bepaald punt zijn samengekomen – en we nu een goede microturbine voor de luchtvaart kunnen maken.

"MORGEN". Laten we eens kijken naar dit kleine apparaat. Het ziet eruit als een echte motor, maar wat levert dit kleine ding vandaag de dag op als je vermogen of stuwkracht vertaalt in droge cijfers?

Sergej ZHURAVLEV. Op maximale snelheid produceert deze microturbine 200 Newton. Als we het over vermogen hebben, dan is het ongeveer 12 kW. Een behoorlijk krachtige motor voor zijn bescheiden formaat.

"MORGEN". Ter vergelijking: voor zover ik me herinner, verbruikt een gewoon appartement, zelfs op piekvermogen, tegenwoordig 1,5-2 kW elektriciteit, en gemiddeld honderden watt?

Sergej ZHURAVLEV. Ja, zo'n klein ding is voldoende voor een tiental appartementen in een appartementencomplex. Nu worden alle parameters berekend bij een microturbinesnelheid van ongeveer 100.000 omwentelingen per minuut. Maar met een geforceerde versie van de turbine is het mogelijk om 150 duizend toeren per minuut te bereiken, hoewel dit niet rationeel is.

"MORGEN". Dit is zeker niet de snelheid van een verbrandingsmotor! Het blijkt dat de turbine een hightech ophanging, gespecialiseerde lagers en een precisie-as gebruikt?

Sergej ZHURAVLEV. Ja, de turbine heeft hoogwaardige, duurzame lagers. Bij het modelleren van vliegtuigen worden eenvoudiger lagers gebruikt voor vergelijkbare turbines, maar die gaan niet lang mee, en voor een microturbine voor huishoudelijk gebruik is het belangrijkste probleem het creëren van een smeer- en balanceringssysteem voor de motor en de as waardoor deze lang mee kan gaan. tijd.

Moderne vlaggenschepen van de industrie hebben al een levensduur van microturbines van ongeveer 100 duizend uur, dat wil zeggen ongeveer tien jaar, en met regelmatig onderhoud van de turbine één keer per jaar. We stellen een dergelijke taak niet op, hoewel we de lay-out van het koelsysteem voor vijfduizend uur al hebben berekend. En deze machine zal minstens vijfhonderd uur kunnen werken - dit is de eerste, maar belangrijke mijlpaal. We komen nu net in de fase van testen met industriële monsters. Daarom voorspellen we nog niet welk resultaat de machine ons zal opleveren, maar we zeggen: “niet minder”, en dit is al ongeveer vijf keer meer dan de beste modelvliegtuigmotor.

Sergej ZHURAVLEV. Tot nu toe beginnen we in de eerste fase specifiek met de luchtvaart te werken, waardoor de eerste stap op weg naar het uiteindelijke doel iets gemakkelijker wordt. De luchtvaart maakt nog steeds gebruik van kerosine van hoge kwaliteit, en niet van huishoudelijk gas, dat qua parameters zelfs slechter is dan hoofdgas. En de taak van een microturbinecentrale voor warmtekrachtkoppeling is, zoals ik al heb gezegd, zowel onze droom als ons strategische doel.

"MORGEN". Warmtekrachtkoppeling is de gecombineerde productie van warmte en elektriciteit, iets waar we in ons koude land altijd naar moeten streven. Waren er analogen van deze aanpak, de creatie van dergelijke microturbines in de Sovjet- en Russische geschiedenis? Hoe uniek is dit artikel?

Sergej ZHURAVLEV. Motoren van dit formaat worden niet in Rusland geproduceerd. Ze maken alleen motoren voor militaire doeleinden; deze motoren zijn meestal eenvoudiger, bijvoorbeeld voor kruisraketten. Maar dit is een eenmalig gebruik, ‘vuur en vergeet’-aanpak. In dit geval moet de kruisraket zijn uur naar het doel vliegen - en dienovereenkomstig is de hele motor ontworpen om ervoor te zorgen dat hij dit uur kan vliegen.

We hebben het over een heel andere markt, voor civiel gebruik. Daarom wens ik iedereen die in staat is een product voor zo'n ruime markt te produceren alleen maar succes. Er is genoeg ruimte en werk voor iedereen. Daarom zijn we over het algemeen niet bang voor hevige concurrentie op de markt - alles in Rusland begint nog maar net in de kleinschalige energiesector.

"MORGEN". Vertel eens, wat zijn de volgende stappen die u plant voor de microturbine? Hoe ga je het testen en verbeteren?

Sergej ZHURAVLEV. Helaas hebben we niet veel geld om een ​​hoogwaardige testbank te bouwen. Nu doen we dit werk en bereiden we ons voor op het testen van een prototype. Onze huidige taak is het produceren van een industrieel ontwerp, het creëren van industriële samenwerking, het ontwikkelen van technologische processen en de gebruikte materialen. De volgende fase is de ontwikkelingstestfase. Maar we doen iets van tevoren, zonder te wachten tot de motor zijn definitieve vorm heeft aangenomen. We zijn bijvoorbeeld begonnen met de voorbereidende ontwikkeling van een hybride energiecentrale, zowel met het oog op toekomstige warmtekrachtkoppeling als voor gebruik in onbemande luchtvaartuigen. Een hybride motor is het modernste ontwerp voor quadcopters en tiltrotors, die gebruik maken van een elektrische propelleraandrijving, maar ook aangedreven kunnen worden door een microturbine, en niet door batterijen, zoals nu het geval is.

"MORGEN". Ja, ik was ooit verbaasd over de mate waarin de afgelopen tien jaar vooruitgang is geboekt in de ontwikkeling van onbemande vliegtuigen, maar ik weet wat een kritische massa aan problemen er is ontstaan ​​met UAV's, juist omdat moderne batterijen beperkingen opleggen aan het bereik en de snelheid van drones.

Sergej ZHURAVLEV. Onbemande voertuigen zijn zeer complexe eenheden en wij hebben niet de pretentie ze te ontwerpen of te vervaardigen. Onze taak is om een ​​hoogwaardige energiecentrale toepasbaar te maken in verschillende typen vliegtuigen. Een microturbine kan in elke vliegtuigmotor worden ingebouwd: turbojet, turbofan, turboprop en de al genoemde elektrische motor voor UAV's. Voor hen is een microturbine een compacte en krachtige energiebron. Door een straalstroom te produceren en de as te laten draaien, creëert de microturbine voldoende elektriciteit voor de vlucht van het vliegtuig.

"MORGEN". Vertel me, Sergey, welk deel van de microturbine is samengesteld uit Russische componenten? Waar ben je tegenaan gelopen bij de ontwikkeling van je apparaat, welke problemen heb je opgelost en welke problemen bleven onopgelost?

Sergej ZHURAVLEV. Ik zal het niet hebben over alle subtiliteiten en nuances van ons operationeel onderzoek. In het algemeen zal ik dat zeggen De afgelopen jaren heeft het een zeer serieuze vloot van geavanceerde apparatuur op het gebied van zogenaamde additieve technologieën opgebouwd. Deze motor werd voor 70% geproduceerd met behulp van additieve technologieën, dat wil zeggen de geprogrammeerde "groei" van metalen constructies. Additieve technologie is het gebruik van een 3D-printer die rechtstreeks uit een amorf metaal onmiddellijk een eindproduct maakt.

"MORGEN". Dus je hele microturbine is letterlijk “gedrukt” uit metaal?

Sergej ZHURAVLEV. Ja, alles is afgedrukt - behalve de bouten en moeren. Het is niet nodig om bouten te printen; er is een standaard voor. Alleen de as en het motorashuis worden op een draaibank gedraaid. Welnu, een paar onderdelen worden gemaakt door te frezen op vijfassige machines, maar dit is ook de modernste apparatuur.

Daarom is het volkomen dom om te beweren dat we vandaag de dag een ‘achtergebleven land’ zijn. Er zijn slechts een aantal technologische behoeften die nog niet zijn opgelost in de Russische industrie. Bijvoorbeeld de al genoemde ‘long-lasting’ keramische lagers van onze microturbine. Tegelijkertijd zien we dat de Russische onderzoeks- en productiebasis klaar is voor de productie van dergelijke producten; de enige vraag hier is de economie. Om een ​​productie van keramische producten van dit niveau voor ons product op te bouwen, moet deze productie een onvergelijkbaar groter volume produceren om de kosten acceptabel te maken. In de eerste plaats is dit grofweg een kwestie van concurrentie: het is nog steeds veel goedkoper om Chinese, Japanse of Duitse producten te kopen dan om ze hier te produceren; Je kunt geen supermachine installeren alleen maar om vier lagers te maken voor een prototype van een turbine.

"MORGEN". Welnu, dit is een probleem voor alle innovatieve bedrijven. Ook in het Westen moeten uitvinders uit deze situatie zien te komen.

Sergej ZHURAVLEV. Ja, we moeten rekening houden met het “innovatie-effect”. Als onze defensie-industrie bijvoorbeeld geïnteresseerd is in het verkrijgen van professionele motoren in een klein standaardformaat en in het gebruik van de modernste materialen, zal dit proces versnellen, ongeacht of we dat willen of niet. Dit kun je eenvoudigweg zien aan de manier waarop het leger de afgelopen drie tot vier jaar plotseling is verrijkt met moderne technologie.

"MORGEN". Vertel eens, wie helpt u en wat belemmert u in uw werk?

Sergej ZHURAVLEV. Weet je, de productietradities, die in Rusland nog steeds behoorlijk rigide zijn, vormen nogal een belemmering. Aan de ene kant is dat goed, want tradities zorgen ervoor dat je minder fouten maakt, maar vertragen vaak ook innovatie.

Een eenvoudig voorbeeld. We modelleren motoren in een 3D-computeromgeving, dat wil zeggen dat we de motorbehuizing met alle onderdelen direct in een virtueel 3D-model assembleren. Hetzelfde model is de broncode voor een CNC-machine of 3D-printer, geen tekeningen, moderne apparatuur ‘begrijpt’ zo’n binaire code onmiddellijk. Maar om de een of andere reden vereisen sommige Russische industrieën nog steeds dat ons 3D-model wordt vertaald in een tiental GOST-tekeningen. En vervolgens vertalen hun eigen ontwerpers diezelfde tekeningen opnieuw naar hun eigen 3D-model om ze vervolgens aan dezelfde CNC-machines te ‘voeden’!

Dit alles vertraagt ​​en compliceert het proces en is een bron van fouten. Zoals ze zeggen: "twee zetten zijn gelijk aan één vuur", dus creëren twee herzieningen van tekeningen een zeer vergelijkbaar effect... En vandaag de dag herscholen we dergelijke fabrikanten en leren we ze te handelen op basis van de veranderde realiteit.

Als gevolg hiervan duurde de samenwerking bij de productie van deze motor, als gevolg van dit ‘ingrijpen’ tussen geallieerde partners, bijna zes maanden. Samenwerking in de zin dat we een kant-en-klare modeloplossing aanleverden met alle benodigde parameters. En onze partners, we moeten ze het nodige doen en enorm bedanken, hebben deze microbatch-, in wezen experimentele producten op zich genomen, omdat er in Rusland een verrassend tedere houding bestaat ten opzichte van het nieuwe, unieke, dat is wat we voelden tijdens het werken met onze verbonden partners om onze turbine te creëren. Additieve technologieën worden tegenwoordig immers nog maar net onder de knie door de Russische industrie, en het is best moeilijk om simpelweg dit of dat onderdeel te ‘vliegen’. Maar onze partners raakten actief betrokken en deden alles wat ze konden - in de moeilijkste omstandigheden.

"MORGEN". Is er enige interesse in uw ontwikkelingen van de kant van de binnenlandse defensie-industrie, als u zich niet in de zone van staatsgeheimen begeeft? Onze militaire afdeling - hoeveel interesse toont zij in dit soort concepten, hoe zien zij het idee van een microturbine voor de luchtvaart, inclusief onbemande vliegtuigen?

Sergej ZHURAVLEV. Laat ik het bijna filosofisch beantwoorden. Ik ben er nog niet geweest en ze hebben mij nog niet officieel bezocht. “Kameraad-majoor” heeft nog geen belangstelling voor ons getoond, maar ik neem aan, en met een hoge mate van vertrouwen, dat de zoektocht naar oplossingen in deze richting al lange tijd en zeer actief door onze militaire afdeling wordt uitgevoerd. Ik zie hoe behoorlijk grote instituten precies met deze taak bezig zijn, en vroeg of laat zullen we natuurlijk dit aspect van het gebruik van ons product tegenkomen.

"MORGEN". Dat wil zeggen: óf de berg zal naar Mohammed komen, óf Mohammed zal nog steeds naar de berg komen?

Sergej ZHURAVLEV. Dat is het. We hebben geen antagonisme tegenover onze defensie-industrie, maar we hebben ook geen ervaring met de interactie ermee. Over het algemeen zijn we een privéteam. We hebben nog niet eens een juridische entiteit speciaal voor dit project opgericht. Over het algemeen hadden we een taak: een motor bouwen. En wij hebben het gedaan

"MORGEN". Hoeveel manuren kostte het om dit kleine ding te maken?

Sergej ZHURAVLEV. Laten we zeggen dat er twee jaar verstreken tussen het "idee getekend op een servet" en de belichaming van de motor in een prototype, wat resulteerde in het intensieve werk van twintig mensen, hoewel het natuurlijk niet fulltime was.

"MORGEN". Dat wil zeggen, dit is een vrij korte periode tussen idee en monster.

Sergej ZHURAVLEV. Ik geloof dat productiecompetenties tegenwoordig heel snel kunnen worden verworven. Het enige dat nodig is, is toegang tot bronnen van technologische kennis en een gemotiveerd, goed gecoördineerd team. Hightechproducten zelf zijn tegenwoordig niet een soort taboekennis die alleen kan worden aangeraakt door superprofessionals, ‘geselecteerde of speciaal opgeleide mensen’, zoals ze soms gekscherend zeggen. Alles bij innovatie komt tot stand door te zoeken, te brainstormen, te beoordelen en opties op te sommen. Dit is een heel moeilijk proces, en hier komt de motivatie naar voren.

"MORGEN". Er is een mening dat het nu veel gemakkelijker is om innovatieve productie op te bouwen dan twintig jaar geleden. Ik heb bijvoorbeeld gehoord dat de fabriek die de Sovjet-Unie een heel decennium heeft gebouwd voor AFAR-radars voor haar militaire vliegtuigen vandaag de dag in anderhalf jaar in het open veld kan worden geassembleerd - en dit zal niet een of andere prestatie van de Stachanovieten zijn. . Hoe waar is dit?

Sergej ZHURAVLEV. Rusland en de Sovjet-Unie zijn altijd vooral beroemd geweest vanwege hun vermogen om te mobiliseren en om in zeer korte tijd het ongelooflijke voort te brengen. Daarom waren zelfs Sovjet-bouwprojecten natuurlijk al een voorbeeld van de hoogste ontwikkelingspercentages van nieuwe technologieën en nieuwe kennis - zowel de nucleaire als de ruimtevaartprojecten, en minder ‘luide’ dingen die ook altijd op wereldniveau plaatsvonden. Aan de andere kant stellen de huidige technologieën de fabrikant in feite in staat om, indien gewenst, letterlijk “over stappen heen te springen”, waardoor in nog kortere tijd volledig nieuwe producten kunnen worden gecreëerd, vaak gebaseerd op nieuwe, unieke benaderingen. De huidige tijd is een echt tijdperk van kansen voor denkende, actieve mensen. Echte “droomtijd”.

"MORGEN". Ik wilde een vraag stellen over je droom. We begonnen ons gesprek met het “huis van de toekomst”. Ik ben ook een fervent voorstander van de toekomst, omdat ik heel goed begrijp dat elke samenleving, zonder vooruit te gaan, langzaam terugglijdt. Uw mening: Wat heeft de samenleving te winnen bij de innovaties van vandaag, zoals uw microturbine of het concept van een autonome woning?

Sergej ZHURAVLEV. Als we het hebben over een droom of over onze filosofie, dan geloof ik dat elk project moet voortkomen uit duidelijke filosofische grondslagen, uit een duidelijke visie op de toekomstige wereld, waarin jouw project een belangrijk, cruciaal element is. Anders denk je je hele leven aan ‘een innovatieve haarkam’. Ik spreek voorwaardelijk en benadruk dat mensen tegenwoordig vaak nutteloze dingen proberen te doen, zonder op enigerlei wijze de ontwikkelaars van nieuwe kamopties te beledigen. Ik ben hier gewoon niet in geïnteresseerd; nieuwe kammen zullen onze wereld niet veranderen. Als we bijvoorbeeld een autonoom, energierijk huis bouwen, moeten we onszelf voorhouden dat het door niets anders met de grond verbonden is dan door de fundering.

"MORGEN". Dat wil zeggen, ze wilden naar Karelië - ze vlogen naar Karelië. Als u naar de zuidkust van de Krim wilde, vloog u dan naar de zuidkust van de Krim?

Sergej ZHURAVLEV. Ja, dat is precies waar we het over hebben: het huis zou, in een ideaalbeeld van de toekomst, ook jouw voertuig moeten worden. Hier is niets onrealistisch aan. Maar dit is natuurlijk een heel ander verhaal, dat niet meteen aan onze bescheiden microturbine moet worden gekoppeld. Het kan niet meer zijn dan een kleine stap richting dit toekomstbeeld.

"MORGEN". Sergey, hartelijk dank voor het gesprek. Ik hoop, misschien over twee jaar, misschien over een jaar, een energiecentrale te zien met je 'hart' - een kleine turbostraalmotor, een microturbine. Zelfs als het als ‘geheim’ wordt geclassificeerd, in de vorm van een bericht dat ergens in Rusland het testen van een nieuwe UAV is begonnen voor de behoeften van het Ministerie van Defensie, met een ‘innovatieve turbostraalmotor’. En natuurlijk wil ik dat je het enthousiasme niet verliest op het lange pad naar je droom.

Sergej ZHURAVLEV. Ons enthousiasme zullen we zeker niet verliezen. Ik hoop dat het nog lang zal duren. Zoals ze altijd zeggen: als er geld was, zou er geluk zijn. Maar toch vinden we het, en we doen het, en we zullen het doen.

Materiaal bereid door Alexey APILOGOV

Experimentele monsters van gasturbinemotoren (GTE) verschenen voor het eerst aan de vooravond van de Tweede Wereldoorlog. De ontwikkelingen kwamen begin jaren vijftig tot leven: gasturbinemotoren werden actief gebruikt in de militaire en civiele vliegtuigbouw. In de derde fase van introductie in de industrie begonnen kleine gasturbinemotoren, vertegenwoordigd door microturbine-energiecentrales, op grote schaal te worden gebruikt in alle industriële sectoren.

Algemene informatie over gasturbinemotoren

Het werkingsprincipe is hetzelfde voor alle gasturbinemotoren en bestaat uit het omzetten van de energie van gecomprimeerde verwarmde lucht in mechanisch werk van de gasturbine-as. De lucht die de leischoep en de compressor binnenkomt, wordt gecomprimeerd en komt in deze vorm de verbrandingskamer binnen, waar brandstof wordt geïnjecteerd en het werkmengsel wordt ontstoken. Gassen die vrijkomen bij de verbranding passeren onder hoge druk de turbine en laten de bladen draaien. Een deel van de rotatie-energie wordt besteed aan het roteren van de compressoras, maar het grootste deel van de energie van het gecomprimeerde gas wordt omgezet in nuttig mechanisch werk door het roteren van de turbine-as. Van alle verbrandingsmotoren (ICE) hebben gasturbine-eenheden het grootste vermogen: tot 6 kW/kg.

Gasturbinemotoren werken op de meeste soorten gedispergeerde brandstof, waardoor ze zich onderscheiden van andere verbrandingsmotoren.

Problemen bij het ontwikkelen van kleine TGD's

Naarmate de grootte van de gasturbinemotor afneemt, nemen de efficiëntie en het specifieke vermogen af ​​in vergelijking met conventionele turbostraalmotoren. Tegelijkertijd neemt ook het specifieke brandstofverbruik toe; de aerodynamische eigenschappen van de stromingssecties van de turbine en compressor verslechteren en de efficiëntie van deze elementen neemt af. In de verbrandingskamer neemt, als gevolg van een afname van de luchtstroom, de verbrandingsefficiëntie van het brandstofsamenstel af.

Een afname van de efficiëntie van onderdelen van gasturbinemotoren met een afname van de afmetingen ervan leidt tot een afname van de efficiëntie van de gehele eenheid. Daarom besteden ontwerpers bij het moderniseren van het model speciale aandacht aan het verhogen van de efficiëntie van individuele elementen, tot 1%.

Ter vergelijking: wanneer het compressorrendement toeneemt van 85% naar 86%, neemt het turbinerendement toe van 80% naar 81% en neemt het algehele motorrendement toe met 1,7%. Dit suggereert dat bij een vast brandstofverbruik het specifieke vermogen met dezelfde hoeveelheid zal toenemen.

Luchtvaart gasturbinemotor "Klimov GTD-350" voor de Mi-2 helikopter

De ontwikkeling van de GTD-350 begon voor het eerst in 1959 bij OKB-117 onder leiding van ontwerper S.P. Izotov. Aanvankelijk was het de taak om een ​​kleine motor voor de MI-2-helikopter te ontwikkelen.

In de ontwerpfase werd gebruik gemaakt van experimentele installaties en werd de afwerkingsmethode knooppunt-voor-eenheid toegepast. Tijdens het onderzoek werden methoden ontwikkeld voor het berekenen van kleine apparaten met bladen en werden constructieve maatregelen genomen om hogesnelheidsrotoren te dempen. De eerste exemplaren van een werkend model van de motor verschenen in 1961. Luchttests van de Mi-2-helikopter met GTD-350 werden voor het eerst uitgevoerd op 22 september 1961. Volgens de testresultaten werden twee helikoptermotoren uit elkaar gescheurd, waardoor de transmissie opnieuw werd uitgerust.

De motor slaagde in 1963 voor de staatscertificering. De serieproductie werd in 1964 geopend in de Poolse stad Rzeszow onder leiding van Sovjetspecialisten en duurde tot 1990.

Ma l De tweede in eigen land geproduceerde gasturbinemotor GTD-350 heeft de volgende prestatiekenmerken:

— gewicht: 139 kg;
— afmetingen: 1385 x 626 x 760 mm;
— nominaal vermogen op de vrije turbine-as: 400 pk (295 kW);
— vrije rotatiesnelheid van de turbine: 24000;
— bedrijfstemperatuurbereik -60…+60 ºC;
— specifiek brandstofverbruik 0,5 kg/kW uur;
— brandstof — kerosine;
— kruisvermogen: 265 pk;
— startvermogen: 400 pk.

Om vliegveiligheidsredenen is de Mi-2 helikopter uitgerust met 2 motoren. Dankzij de dubbele installatie kan het vliegtuig de vlucht veilig voltooien als een van de energiecentrales uitvalt.

De GTE-350 is momenteel verouderd; moderne kleine vliegtuigen hebben krachtigere, betrouwbaardere en goedkopere gasturbinemotoren nodig. Op dit moment is een nieuwe en veelbelovende binnenlandse motor de MD-120, geproduceerd door het bedrijf Salyut. Motorgewicht - 35 kg, motorstuwkracht 120 kgf.

Algemeen schema

Het ontwerp van de GTD-350 is enigszins ongebruikelijk vanwege de locatie van de verbrandingskamer niet direct achter de compressor, zoals bij standaardmodellen, maar achter de turbine. In dit geval is de turbine aan de compressor bevestigd. Deze ongebruikelijke opstelling van componenten vermindert de lengte van de aandrijfassen van de motor, waardoor het gewicht van de eenheid wordt verminderd en hoge rotorsnelheden en efficiëntie mogelijk zijn.

Tijdens de werking van de motor komt lucht binnen via de VNA, passeert de axiale compressortrappen, de centrifugale trap en bereikt de luchtverzamelscroll. Van daaruit wordt via twee pijpen lucht naar de achterkant van de motor naar de verbrandingskamer gevoerd, waar de luchtstroom omkeert en de turbinewielen binnendringt. De belangrijkste componenten van de GTD-350 zijn: compressor, verbrandingskamer, turbine, gascollector en versnellingsbak. Motorsystemen worden gepresenteerd: smering, controle en anti-ijsvorming.

De eenheid is opgedeeld in onafhankelijke eenheden, wat het mogelijk maakt individuele reserveonderdelen te produceren en een snelle reparatie ervan te garanderen. De motor wordt voortdurend verbeterd en vandaag de dag wordt de modificatie en productie uitgevoerd door Klimov OJSC. De initiële bron van de GTD-350 was slechts 200 uur, maar tijdens het aanpassingsproces werd deze geleidelijk verhoogd tot 1000 uur. De afbeelding toont de algemene mechanische verbinding van alle componenten en samenstellingen.

Kleine gasturbinemotoren: toepassingsgebieden

Microturbines worden in de industrie en het dagelijks leven gebruikt als autonome elektriciteitsbronnen.
— Het vermogen van microturbines is 30-1000 kW;
— het volume is niet groter dan 4 kubieke meter.

Een van de voordelen van kleine gasturbinemotoren zijn:
— breed scala aan ladingen;
— laag trillings- en geluidsniveau;
— werkzaamheden aan diverse soorten brandstof;
- kleine afmetingen;
— laag niveau van uitlaatemissies.

Negatieve punten:
— complexiteit van het elektronische circuit (in de standaardversie is het stroomcircuit gemaakt met dubbele energieconversie);
— een krachtturbine met een snelheidsbehoudmechanisme verhoogt de kosten aanzienlijk en compliceert de productie van de hele eenheid.

Tegenwoordig zijn turbogeneratoren in Rusland en de post-Sovjet-ruimte niet zo wijdverspreid als in de VS en Europa vanwege de hoge productiekosten. Volgens berekeningen kan echter één autonome gasturbine-eenheid met een vermogen van 100 kW en een rendement van 30% worden gebruikt om standaard 80 appartementen met gaskachels van energie te voorzien.

Een korte video van het gebruik van een turboshaftmotor voor een elektrische generator.

Door het installeren van absorptiekoelkasten kan een microturbine worden gebruikt als airconditioningsysteem en voor het gelijktijdig koelen van een aanzienlijk aantal kamers.

Auto-industrie

Kleine gasturbinemotoren lieten bevredigende resultaten zien tijdens tests op de weg, maar de kosten van het voertuig stijgen vele malen vanwege de complexiteit van de ontwerpelementen. Gasturbinemotor met een vermogen van 100-1200 pk. hebben kenmerken die vergelijkbaar zijn met benzinemotoren, maar massaproductie van dergelijke auto's wordt in de nabije toekomst niet verwacht. Om deze problemen op te lossen, is het noodzakelijk om de kosten van alle componenten van de motor te verbeteren en te verlagen.

In de defensie-industrie liggen de zaken anders. Het leger let niet op de kosten; prestaties zijn voor hen belangrijker. Het leger had een krachtige, compacte, probleemloze energiecentrale voor tanks nodig. En halverwege de jaren 60 van de 20e eeuw was Sergei Izotov, de maker van de energiecentrale voor MI-2 - GTD-350, bij dit probleem betrokken. Izotov Design Bureau begon met de ontwikkeling en creëerde uiteindelijk de GTD-1000 voor de T-80-tank. Misschien is dit de enige positieve ervaring met het gebruik van gasturbinemotoren voor grondtransport. De nadelen van het gebruik van een motor op een tank zijn de gulzigheid en kieskeurigheid over de zuiverheid van de lucht die door het werkpad stroomt. Hieronder vindt u een korte video van de werking van de tank GTD-1000.

Kleine luchtvaart

Tegenwoordig zorgen de hoge kosten en de lage betrouwbaarheid van zuigermotoren met een vermogen van 50-150 kW ervoor dat de Russische kleine luchtvaart niet vol vertrouwen zijn vleugels kan uitslaan. Motoren zoals Rotax zijn in Rusland niet gecertificeerd, en Lycoming-motoren die in de landbouwluchtvaart worden gebruikt, zijn duidelijk te duur. Bovendien rijden ze op benzine, die niet in ons land wordt geproduceerd, wat de exploitatiekosten verder verhoogt.

Het is de kleine luchtvaart, zoals geen enkele andere sector, die behoefte heeft aan kleine gasturbinemotorprojecten. Door de infrastructuur voor de productie van kleine turbines te ontwikkelen, kunnen we vol vertrouwen praten over de heropleving van de landbouwluchtvaart. In het buitenland zijn voldoende bedrijven bezig met de productie van kleine gasturbinemotoren. Toepassingsgebied: privévliegtuigen en drones. Tot de modellen voor lichte vliegtuigen behoren de Tsjechische motoren TJ100A, TP100 en TP180, en de Amerikaanse TPR80.

In Rusland zijn sinds de tijd van de USSR kleine en middelgrote gasturbinemotoren voornamelijk ontwikkeld voor helikopters en lichte vliegtuigen. Hun middelen varieerden van 4 tot 8 duizend uur,

Tegenwoordig worden voor de behoeften van de MI-2-helikopter nog steeds kleine gasturbinemotoren van de Klimov-fabriek geproduceerd, zoals: GTD-350, RD-33, TVZ-117VMA, TV-2-117A, VK-2500PS- 03 en TV-7-117V.

Uit de ontvangen e-mail (kopie van het origineel):

"Beste Vitaly, kun je me iets meer vertellen?

over turbostraalmotoren, wat zijn dat precies en waarmee worden ze gegeten?”

Laten we beginnen met de gastronomie, turbines eten niets, ze worden bewonderd! Of, om Gogol op een moderne manier te parafraseren: “Welke vliegtuigmodelbouwer droomt er niet van om een ​​straaljager te bouwen?!”

Veel mensen dromen, maar durven niet. Veel nieuwe dingen, nog onbegrijpelijkere dingen, veel vragen. Vaak lees je op diverse fora hoe vertegenwoordigers van gerenommeerde LII’s en onderzoeksinstituten op slimme wijze angst zaaien en proberen te bewijzen hoe lastig het allemaal is! Moeilijk? Ja, misschien, maar niet onmogelijk! En het bewijs hiervan zijn honderden zelfgemaakte en duizenden industriële modellen van microturbines om te modelleren! Je hoeft dit probleem alleen maar filosofisch te benaderen: alles wat ingenieus is, is eenvoudig. Daarom is dit artikel geschreven, in de hoop de angsten te verminderen, de sluier van onzekerheid op te lichten en je meer optimisme te geven!

Wat is een turbostraalmotor?

Een turbostraalmotor (TRE) of gasturbineaandrijving is gebaseerd op het werk van gasexpansie. Halverwege de jaren dertig kwam een ​​slimme Engelse ingenieur op het idee om een ​​vliegtuigmotor zonder propeller te maken. In die tijd was dit gewoon een teken van waanzin, maar alle moderne turbostraalmotoren werken nog steeds volgens dit principe.

Aan het ene uiteinde van de roterende as bevindt zich een compressor die lucht pompt en comprimeert. De lucht komt vrij uit de compressorstator en zet uit, en komt vervolgens in de verbrandingskamer terecht, wordt daar verwarmd door de brandende brandstof en zet nog meer uit. Omdat deze lucht nergens anders heen kan, probeert hij de omsloten ruimte met grote snelheid te verlaten, waarbij hij door de waaier van de turbine aan het andere uiteinde van de as wringt en deze laat draaien. Omdat de energie van deze verwarmde luchtstroom veel groter is dan de energie die de compressor nodig heeft voor zijn werking, wordt de rest ervan vrijgegeven in het mondstuk van de motor in de vorm van een krachtige naar achteren gerichte impuls. En hoe meer lucht in de verbrandingskamer opwarmt, hoe sneller deze de neiging heeft deze te verlaten, waardoor de turbine nog meer wordt versneld, en dus ook de compressor die zich aan het andere uiteinde van de as bevindt.

Alle turbocompressoren voor benzine- en dieselmotoren, zowel twee- als viertaktmotoren, zijn gebaseerd op hetzelfde principe. De uitlaatgassen versnellen de turbinewaaier, waardoor de as ronddraait, aan het andere uiteinde bevindt zich een compressorwaaier die de motor van frisse lucht voorziet.

Het werkingsprincipe kan niet eenvoudiger zijn. Maar was het maar zo simpel!

Indicatoren	Dimensie	Grootte
Elektrische energie	kW
Thermisch vermogen (SWW/verwarming) (49/60) (70/95)	kW	172 / 160
Elektrisch rendement	%
Volledige efficiëntie	%	> 75 (%)
Huidige waarde bij 100% belasting	A
Maximale stroomwaarde (overbelasting) gedurende 5 seconden	A
Gasverbruik in de modus nominaal vermogen	nm3/u	39/34
Lengte (binnen-/buitengebruik)	mm	3111,5 / 3316,5
Breedte (binnen/buiten gebruik)	mm	917 / 917
Einde van tafel. 5.2
Hoogte (binnen/buiten gebruik)	mm	2123 / 2250
Gewicht (binnen-/buitengebruik)	kg	1814 / 2040
Type elektrische generator	hoge snelheid, met twee permanente magneten
Rotorsnelheid	toerental
Luchtverbruik van een gasturbine-eenheid	kg/sec
Maximale aerodynamische weerstand van het uitlaatkanaal	vader
Luchtverbruik voor koelvermogenelektronica	nm3/s	0,38
Luchtverbruik voor het koelen van het oliesysteem, de restwarmteketel en de boostercompressor	nm3/s	0,755
Maximale aerodynamische weerstand van het aangesloten uitlaatgaskanaal	vader
Maximale aerodynamische weerstand van het aangesloten luchtkanaal voor het afvoeren van koellucht uit de olie-luchtradiator en restwarmteketel	vader
Maximale aerodynamische weerstand van het aangesloten luchtkanaal om koellucht uit de vermogenselektronica en boostercompressor te verwijderen	vader
Overmatige gasdruk bij de inlaat van de boostercompressor	kPa	van 0,5 tot 35
Volume olietank	l
Uitlaatgastemperatuur aan de inlaat van de restwarmteketel	°C
Uitlaatgastemperatuur aan de uitlaat van de restwarmteketel	°C
Watertemperatuur bij de inlaat van de restwarmteketel	°C
Temperatuur van het water dat de restwarmteketel verlaat	°C

De turbostraalmotor kan duidelijk in drie delen worden verdeeld.

• A. Compressorfase
• B. De verbrandingskamer
• IN. Turbinestadium

Het vermogen van een turbine hangt grotendeels af van de betrouwbaarheid en prestaties van de compressor. Er zijn grofweg drie soorten compressoren:

• A. Axiaal of lineair
• B. Radiaal of centrifugaal
• IN. Diagonaal

A. Meertraps lineaire compressoren zijn alleen wijdverspreid geworden in moderne vliegtuigen en industriële turbines. Feit is dat het alleen mogelijk is om met een lineaire compressor acceptabele resultaten te bereiken als je meerdere compressietrappen in serie achter elkaar installeert, en dit maakt het ontwerp enorm ingewikkeld. Bovendien moet aan een aantal eisen aan het ontwerp van het rooster en de wanden van het luchtkanaal worden voldaan om stromingsverstoring en overstroming te voorkomen. Er waren pogingen om modelturbines te maken op basis van dit principe, maar vanwege de complexiteit van de productie bleef alles in de fase van experimenten en proeven.

B. Radiale of centrifugaalcompressoren. Daarin wordt de lucht versneld door een waaier en, onder invloed van centrifugaalkrachten, gecomprimeerd - gecomprimeerd in de gelijkrichtersysteem-stator. Het was met hen dat de ontwikkeling van de eerste werkende turbostraalmotoren begon.

Eenvoud van ontwerp, minder gevoeligheid voor verstoringen van de luchtstroom en een relatief hoog rendement van slechts één trap waren voordelen die ingenieurs er voorheen toe aanzetten hun ontwikkeling met dit type compressor te beginnen. Momenteel is dit het belangrijkste type compressor in microturbines, maar daarover later meer.

B. Diagonaal, of een gemengd type compressor, meestal eentraps, qua werkingsprincipe vergelijkbaar met radiaal, maar vrij zelden aangetroffen, meestal in turbocompressoren voor verbrandingsmotoren met zuigers.

Ontwikkeling van turbostraalmotoren in vliegtuigmodellering

Er is veel discussie onder vliegtuigmodelbouwers over welke turbine de eerste was in de vliegtuigmodellering. Voor mij is de eerste vliegtuigmodelturbine de Amerikaanse TJD-76. De eerste keer dat ik dit apparaat zag was in 1973, toen twee halfdronken adelborsten probeerden een gasfles aan te sluiten op een rond apparaat met een diameter van ongeveer 150 mm en een lengte van 400 mm, vastgebonden met gewone binddraad aan een radiografisch bestuurbare boot. , een doelwitzetter voor het Korps Mariniers. Op de vraag: “Wat is dit?” zij antwoordden: “Het is een mini-moeder! Amerikaans... klootzak, hij start niet...'

Veel later hoorde ik dat het een Mini Mamba was, met een gewicht van 6,5 kg en een stuwkracht van ongeveer 240 N bij 96.000 tpm. Het werd in de jaren vijftig ontwikkeld als hulpmotor voor lichte zweefvliegtuigen en militaire drones. Het bijzondere aan deze turbine is dat er gebruik werd gemaakt van een diagonale compressor. Maar het heeft nooit een brede toepassing gevonden in de vliegtuigmodellering.

De eerste 'volks'-vliegmotor werd ontwikkeld door de voorvader van alle microturbines, Kurt Schreckling, in Duitsland. Nadat hij meer dan twintig jaar geleden begon te werken aan de creatie van een eenvoudige, technologisch geavanceerde en goedkoop te produceren turbostraalmotor, creëerde hij verschillende exemplaren die voortdurend werden verbeterd. Door de ontwikkelingen te herhalen, aan te vullen en te verbeteren, hebben kleinschalige fabrikanten het moderne uiterlijk en ontwerp van het model turbostraalmotor gevormd.

Maar laten we terugkeren naar de turbine van Kurt Schreckling. Uitstekend ontwerp met met koolstofvezel versterkte houten compressorwaaier. Een ringvormige verbrandingskamer met een verdampingsinjectiesysteem, waarbij brandstof werd toegevoerd via een spiraal van ongeveer 1 meter lang. Zelfgemaakt turbinewiel van 2,5 mm plaatwerk! Met een lengte van slechts 260 mm en een diameter van 110 mm woog de motor 700 gram en produceerde een stuwkracht van 30 Newton! Het is nog steeds de stilste turbostraalmotor ter wereld. Omdat de snelheid van het gas dat het mondstuk van de motor verliet slechts 200 m/s bedroeg.

Op basis van deze motor zijn verschillende versies van kits voor zelfmontage gemaakt. De bekendste was de FD-3 van het Oostenrijkse bedrijf Schneider-Sanchez.

Nog maar tien jaar geleden stond een vliegtuigmodelbouwer voor een serieuze keuze: waaier of turbine?

De tractie- en acceleratiekarakteristieken van de eerste turbines van vliegtuigmodellen lieten veel te wensen over, maar hadden een onvergelijkbaar voordeel ten opzichte van de waaier: ze verloren geen stuwkracht naarmate de snelheid van het model toenam. En het geluid van zo'n aandrijving was al een echte “turbine”, wat meteen enorm werd gewaardeerd door de kopiisten, en vooral door het publiek, dat zeker op alle vluchten aanwezig was. De eerste Shreckling-turbines tilden met gemak 5-6 kg modelgewicht de lucht in. De start was het meest kritieke moment, maar in de lucht verdwenen alle andere modellen naar de achtergrond!

Een vliegtuigmodel met een microturbine zou dan kunnen worden vergeleken met een auto die voortdurend in de vierde versnelling beweegt: het was moeilijk om te accelereren, maar zo'n model had geen gelijke, noch qua waaiers, noch qua propellers.

Het moet gezegd worden dat de theorie en ontwikkelingen van Kurt Schreckling hebben bijgedragen aan het feit dat de ontwikkeling van industriële ontwerpen, na de publicatie van zijn boeken, de weg insloeg van het vereenvoudigen van het ontwerp en de technologie van motoren. Wat er in het algemeen toe leidde dat dit type motor beschikbaar kwam voor een grote kring van vliegtuigmodelbouwers met een gemiddelde portemonnee en gezinsbudget!

De eerste exemplaren van seriële vliegtuigmodelturbines waren de JPX-T240 van het Franse bedrijf Vibraye en de Japanse J-450 Sophia Precision. Ze leken qua ontwerp en uiterlijk sterk op elkaar, met een centrifugaalcompressortrap, een ringvormige verbrandingskamer en een radiale turbinetrap. De Franse JPX-T240 liep op gas en had een ingebouwde gastoevoerregelaar. Het ontwikkelde een stuwkracht tot 50 N, bij 120.000 tpm, en het gewicht van het apparaat was 1700 g. Volgende monsters, T250 en T260, hadden een stuwkracht tot 60 N. De Japanse Sophia liep, in tegenstelling tot de Fransen, op vloeibare brandstof. Aan het einde van de verbrandingskamer zat een ring met sproeikoppen; dit was de eerste industriële turbine die een plaats vond in mijn modellen.

Deze turbines waren zeer betrouwbaar en eenvoudig te bedienen. Het enige nadeel waren hun overklokeigenschappen. Feit is dat de radiale compressor en radiale turbine relatief zwaar zijn, dat wil zeggen dat ze een grotere massa hebben en dus een groter traagheidsmoment in vergelijking met axiale waaiers. Daarom accelereerden ze langzaam van laag gas naar vol gas, ongeveer 3-4 seconden. Het model reageerde nog langer op het gas en daar moest bij het vliegen rekening mee worden gehouden.

Het plezier was niet goedkoop; in 1995 kostte Sofia alleen al 6.600 Duitse mark of 5.800 ‘evergreen presidenten’. En je moest hele goede argumenten hebben om aan je vrouw te bewijzen dat een turbine voor een model veel belangrijker is dan een nieuwe keuken, en dat een oude gezinsauto nog een paar jaar mee kan, maar je kunt niet wachten met een turbine .

Een verdere ontwikkeling van deze turbines is de R-15-turbine, verkocht door Thunder Tiger.

Het verschil is dat de turbinewaaier nu axiaal is in plaats van radiaal. Maar de stuwkracht bleef binnen de 60 N, aangezien de hele constructie, de compressortrap en de verbrandingskamer op het niveau van eergisteren bleven. Hoewel het voor zijn prijs een echt alternatief is voor veel andere modellen.

In 1991 richtten twee Nederlanders, Benny van de Goor en Han Jenniskens, het bedrijf AMT op en in 1994 produceerden ze de eerste turbine van de 70N-klasse: Pegasus. De turbine had een radiale compressortrap met een Garret-turbocompressor met een diameter van 76 mm, evenals een zeer goed ontworpen ringvormige verbrandingskamer en een axiale turbinetrap.

Na twee jaar zorgvuldige bestudering van het werk van Kurt Schreckling en talloze experimenten bereikten ze optimale motorprestaties, waarbij ze door middel van proef de grootte en vorm van de verbrandingskamer en het optimale ontwerp van het turbinewiel vaststelden. Eind 1994, tijdens een van de vriendschappelijke bijeenkomsten, na de vluchten, 's avonds in een tent met een glas bier, knipoogde Benny sluw in een gesprek en meldde vertrouwelijk dat het volgende productiemodel van de Pegasus Mk-3 “bloeit ” al 10 kg, heeft een maximale snelheid van 105.000 en een compressiegraad van 3,5 met een luchtstroomsnelheid van 0,28 kg/s en een gasuitlaatsnelheid van 360 m/s. Het gewicht van de motor met alle eenheden was 2300 g, de turbine had een diameter van 120 mm en een lengte van 270 mm. Destijds leken deze cijfers fantastisch.

In wezen kopiëren en herhalen alle hedendaagse modellen, tot op zekere hoogte, de eenheden die in deze turbine zijn ingebouwd.

In 1995 verscheen het boek “Modellstrahltriebwerk” van Thomas Kamps, met berekeningen (meestal in verkorte vorm ontleend aan de boeken van K. Schreckling) en gedetailleerde tekeningen van een turbine voor zelfproductie. Vanaf dat moment eindigde het monopolie van productiebedrijven op de productietechnologie van turbostraalmotoren volledig. Hoewel veel kleine fabrikanten eenvoudigweg gedachteloos Kamps-turbine-eenheden kopiëren.

Thomas Kamps creëerde door middel van experimenten en proeven, te beginnen met de Schreckling-turbine, een microturbine waarin hij alle prestaties op dat gebied op dat moment combineerde en, gewillig of ongewild, een standaard voor deze motoren introduceerde. Zijn turbine, beter bekend als KJ-66 (KampsJetengine-66mm). 66 mm – diameter van de compressorwaaier. Tegenwoordig kun je verschillende namen van turbines zien, die bijna altijd de grootte van de compressorwaaier 66, 76, 88, 90, etc. aangeven, of de stuwkracht - 70, 80, 90, 100, 120, 160 N.

Ergens las ik een hele goede interpretatie van de waarde van één Newton: 1 Newton is een chocoladereep van 100 gram plus de verpakking ervan. In de praktijk wordt het getal in Newton vaak afgerond op 100 gram en wordt de motorkracht conventioneel bepaald in kilogram.

Ontwerp van een model-turbostraalmotor

1. Compressorwaaier (radiaal)
2. Compressorgelijkrichtersysteem (stator)
3. De verbrandingskamer
4. Turbinegelijkrichtersysteem
5. Turbinewiel (axiaal)
6. Lagers
7. schacht tunnel
8. Mondstuk
9. Mondstuk kegel
10. Voorpaneel compressor (diffusor)

Waar te beginnen?

Uiteraard heeft de modelbouwer meteen vragen: Waar te beginnen? Waar te krijgen? Wat is de prijs?

1. Je kunt beginnen met kits. Bijna alle fabrikanten bieden tegenwoordig een volledig assortiment reserveonderdelen en kits voor het bouwen van turbines. De meest voorkomende zijn sets die KJ-66 herhalen. De prijzen van de sets variëren, afhankelijk van de configuratie en de kwaliteit van de afwerking, van 450 tot 1800 euro.
2. U kunt een kant-en-klare turbine kopen als u zich die kunt veroorloven, en u zult uw echtgenoot kunnen overtuigen van het belang van een dergelijke aankoop zonder tot een scheiding te leiden. Prijzen voor afgewerkte motoren beginnen vanaf 1500 euro voor turbines zonder autostart.
3. Je kan het zelf doen. Ik zal niet zeggen dat dit de meest ideale methode is; het is niet altijd de snelste en goedkoopste, zoals het op het eerste gezicht lijkt. Maar voor doe-het-zelvers is het het meest interessant, mits er een werkplaats is, een goede draai- en freesbasis en er ook een weerstandslasapparaat aanwezig is. Het moeilijkste in ambachtelijke productieomstandigheden is de uitlijning van de as met het compressorwiel en de turbine.

Ik begon met zelfbouw, maar begin jaren negentig was er simpelweg niet zo'n selectie aan turbines en kits voor hun constructie als nu, en het is handiger om de werking en de complexiteit van zo'n eenheid te begrijpen als je het zelf maakt .

Hier zijn foto's van zelfgemaakte onderdelen voor een vliegtuigmodelturbine:

Voor iedereen die meer bekend wil raken met het ontwerp en de theorie van de Micro-TRD kan ik de volgende boeken, met tekeningen en berekeningen, alleen maar aanbevelen:

• Kurt Schreckling. Strahlturbine bont Flugmodelle im Selbstbau. ISDN-3-88180-120-0
• Kurt Schreckling. Modellturbines in Eigenbau. ISDN-3-88180-131-6
• Kurt Schreckling. Turboprop-Triebwerk. ISDN-3-88180-127-8
• Thomas Kamps Modellstrahltriebwerk ISDN 3-88180-071-9

Tegenwoordig ken ik de volgende bedrijven die turbines voor vliegtuigmodellen produceren, maar er zijn er steeds meer: ​​AMT, Artes Jet, Behotec, Digitech Turbines, Funsonic, FrankTurbinen, Jakadofsky, JetCat, Jet-Central, A. Kittelberger, K. Koch, PST-Jets, RAM, Raketeturbine, Trefz, SimJet, Simon Packham, F.Walluschnig, Wren-Turbines. Al hun adressen zijn te vinden op internet.

Praktijk van gebruik bij vliegtuigmodellering

Laten we beginnen met het feit dat je al een turbine hebt, de eenvoudigste, hoe kun je deze nu besturen?

Er zijn verschillende manieren om uw gasturbinemotor in een model te laten draaien, maar u kunt het beste eerst een kleine testbank bouwen, zoals deze:

Handmatig startenbegin) - de eenvoudigste manier om een ​​turbine te besturen.

1. Met behulp van perslucht, een föhn en een elektrische starter wordt de turbine versneld tot een minimale bedrijfssnelheid van 3000 tpm.
2. Er wordt gas aan de verbrandingskamer toegevoerd en er wordt spanning aan de gloeibougie geleverd, het gas ontsteekt en de turbine bereikt een modus binnen het bereik van 5000-6000 tpm. Voorheen ontstaken we eenvoudigweg het lucht-gasmengsel bij het mondstuk en de vlam “schoot” de verbrandingskamer in.
3. Bij bedrijfssnelheden wordt de snelheidsregelaar ingeschakeld, die de snelheid van de brandstofpomp regelt, die op zijn beurt brandstof aan de verbrandingskamer levert: kerosine, diesel of stookolie.
4. Wanneer er sprake is van een stabiele werking stopt de gastoevoer en draait de turbine uitsluitend op vloeibare brandstof!

Lagers worden doorgaans gesmeerd met brandstof waaraan turbineolie wordt toegevoegd, ongeveer 5%. Als het lagersmeersysteem gescheiden is (met een oliepomp), is het beter om de stroom naar de pomp in te schakelen voordat u gas levert. Het is beter om het als laatste uit te zetten, maar VERGEET NIET om het uit te zetten! Als je denkt dat vrouwen het zwakkere geslacht zijn, kijk dan eens wat ze worden als ze vanuit de sproeier van het model een stroom olie op de bekleding van de achterbank van een gezinsauto zien stromen.

Het nadeel van deze eenvoudigste besturingsmethode is het vrijwel volledige gebrek aan informatie over de werking van de motor. Om temperatuur en snelheid te meten heb je aparte instrumenten nodig, minimaal een elektronische thermometer en een toerenteller. Puur visueel is het alleen mogelijk om de temperatuur bij benadering te bepalen aan de hand van de kleur van de turbinewaaier. De uitlijning wordt, zoals bij alle roterende mechanismen, gecontroleerd op het oppervlak van de behuizing met een munt of een vingernagel. Door uw vingernagel op het oppervlak van de turbine te plaatsen, kunt u zelfs de kleinste trillingen voelen.

Op de motorgegevensbladen staat altijd het maximale toerental vermeld, bijvoorbeeld 120.000 tpm. Dit is de maximaal toegestane waarde tijdens bedrijf, die niet mag worden verwaarloosd! Nadat mijn zelfgemaakte unit in 1996 op de stand uit elkaar vloog en een turbinewiel, dat de motorbehuizing scheurde, door de 15 mm dikke multiplexwand van een container die drie meter van de stand stond, doorboorde, kwam ik tot de conclusie dat het onmogelijk om te accelereren zonder controleapparatuur, zelfgemaakte turbines zijn levensgevaarlijk! Sterkteberekeningen toonden later aan dat de rotatiesnelheid van de as binnen de 150.000 had moeten liggen. Het was dus beter om de bedrijfssnelheid bij volgas te beperken tot 110.000 - 115.000 tpm.

Nog een belangrijk punt. Naar het brandstofregelcircuit NODIG De noodafsluiter, aangestuurd via een apart kanaal, moet ingeschakeld zijn! Dit wordt gedaan zodat bij een noodlanding, ongeplande wortellanding en andere problemen de brandstoftoevoer naar de motor wordt gestopt om brand te voorkomen.

Begin ccontrole(Semi-automatische start).

Om ervoor te zorgen dat de hierboven beschreven problemen zich niet voordoen op het veld, waar (God verhoede!) ook toeschouwers in de buurt zijn, gebruiken ze een redelijk beproefde techniek. Begin met de controle. Hier wordt de startcontrole - het openen van het gas en het toevoeren van kerosine, het bewaken van de motortemperatuur en het toerental uitgevoerd door een elektronische unit ECU (E elektronisch U neet- C controle) . De gasfles kan voor het gemak al in het model worden geplaatst.

Hiervoor worden een temperatuursensor en een snelheidssensor, meestal optisch of magnetisch, op de ECU aangesloten. Daarnaast kan de ECU indicaties geven over het brandstofverbruik, parameters van de laatste start opslaan, aflezingen van de voedingsspanning van de brandstofpomp, accuspanning, etc. Dit alles kan vervolgens op een computer worden bekeken. Gebruik de Manual Terminal (bedieningsterminal) om de ECU te programmeren en de verzamelde gegevens op te halen.

Tot nu toe zijn Jet-tronics en ProJet de twee meest gebruikte concurrerende producten op dit gebied. Welke de voorkeur verdient, is aan iedereen om voor zichzelf te beslissen, aangezien het moeilijk is om te discussiëren over wat beter is: een Mercedes of een BMW?

Het werkt allemaal zo:

1. Wanneer de turbine-as (perslucht/haardroger/elektrische starter) op bedrijfssnelheid draait, regelt de ECU automatisch de gastoevoer naar de verbrandingskamer, de ontsteking en de kerosinetoevoer.
2. Wanneer u de gashendel op uw afstandsbediening beweegt, schakelt de turbine eerst automatisch over naar de bedrijfsmodus, gevolgd door het monitoren van de belangrijkste parameters van het hele systeem, van accuspanning tot motortemperatuur en snelheid.

Autobegin(Automatische start)

Voor de bijzonder luie mensen is de opstartprocedure tot het uiterste vereenvoudigd. De turbine wordt ook via het bedieningspaneel gestart ECUéén schakelaar. Hier is geen perslucht, geen starter, geen föhn nodig!

1. Je zet de schakelaar op je radiobediening om.
2. De elektrische starter brengt de turbine-as op bedrijfssnelheid.
3. ECU regelt de start, ontsteking en het in bedrijfsmodus brengen van de turbine, met daaropvolgende monitoring van alle indicatoren.
4. Na het uitschakelen van de turbine ECU draait de turbine-as automatisch nog een aantal keren met behulp van een elektrische starter om de motortemperatuur te verlagen!

De meest recente vooruitgang op het gebied van automatisch starten is Kerostart. Begin op kerosine, zonder voorverwarmen op gas. Door een ander type gloeibougie te installeren (groter en krachtiger) en de brandstoftoevoer in het systeem minimaal te veranderen, zijn we erin geslaagd om gas volledig te elimineren! Dit systeem werkt volgens het principe van een autoverwarming, zoals op de Zaporozhets. In Europa is er tot nu toe slechts één bedrijf dat turbines ombouwt van gas naar kerosine, ongeacht de fabrikant.

Zoals je al hebt opgemerkt, zijn er in mijn tekeningen nog twee eenheden in het diagram opgenomen, dit zijn de remregelklep en de intrekregelklep van het landingsgestel. Dit zijn geen verplichte opties, maar wel erg handig. Feit is dat bij "gewone" modellen de propeller bij lage snelheden bij het landen als een soort rem fungeert, maar bij straalmodellen is er niet zo'n rem. Bovendien heeft de turbine altijd restkracht, zelfs bij "stationair" toerental, en de landingssnelheid van straalmodellen kan veel hoger zijn dan die van "propeller" -modellen. Daarom zijn de hoofdwielremmen zeer nuttig bij het verminderen van de rit van het model, vooral op korte oppervlakken.

Brandstof systeem

Het tweede vreemde kenmerk op de foto's is de brandstoftank. Doet me denken aan een fles Coca-Cola, nietwaar? Zoals het is!

Dit is de goedkoopste en meest betrouwbare tank, op voorwaarde dat er herbruikbare, dikke flessen worden gebruikt en geen gekreukelde wegwerpflessen. Het tweede belangrijke punt is het filter aan het uiteinde van de zuigleiding. Vereist artikel! Het filter wordt niet gebruikt om brandstof te filteren, maar om te voorkomen dat er lucht in het brandstofsysteem komt! Er is al meer dan één model verloren gegaan door het spontaan uitschakelen van de turbine in de lucht! Filters van kettingzagen van het merk Stihl of soortgelijke, gemaakt van poreus brons, hebben zich hier het beste bewezen. Maar gewone vilten exemplaren zullen ook werken.

Omdat we het over brandstof hebben, kunnen we er meteen aan toevoegen dat turbines veel dorst hebben en het brandstofverbruik gemiddeld op het niveau van 150-250 gram per minuut ligt. Het grootste verbruik ontstaat uiteraard in het begin, maar daarna gaat de gashendel zelden verder dan 1/3 van zijn stand naar voren. Uit ervaring kunnen we zeggen dat bij een gematigde vliegstijl drie liter brandstof voldoende is voor 15 minuten. vliegtijd, terwijl er nog reserve in de tanks is voor een paar landingsnaderingen.

De brandstof zelf is meestal vliegtuigkerosine, in het Westen bekend als Jet A-1.

Je kunt uiteraard dieselbrandstof of lampolie gebruiken, maar sommige turbines, zoals die uit de JetCat-familie, verdragen dit niet goed. Ook houden turbostraalmotoren niet van slecht geraffineerde brandstof. Het nadeel van kerosinevervangers is de grote roetvorming. Motoren moeten vaker gedemonteerd worden voor reiniging en inspectie. Er zijn gevallen bekend van turbines die op methanol werken, maar ik ken slechts twee van zulke enthousiastelingen; zij produceren zelf methanol, dus ze kunnen zich zulke luxe veroorloven. Het gebruik van benzine, in welke vorm dan ook, moet categorisch worden opgegeven, hoe aantrekkelijk de prijs en beschikbaarheid van deze brandstof ook mogen lijken! Dit is letterlijk spelen met vuur!

Onderhoud en levensduur

Dus de volgende vraag is vanzelf ontstaan: service en middelen.

Het onderhoud bestaat grotendeels uit het schoonhouden van de motor, visuele inspectie en het controleren op trillingen bij het starten. De meeste vliegtuigmodelbouwers rusten hun turbines uit met een soort luchtfilter. Een gewone metalen zeef voor de aanzuigdiffusor. Naar mijn mening is het een integraal onderdeel van de turbine.

Schoon gehouden motoren met een goed lagersmeersysteem zorgen voor een probleemloze werking gedurende 100 of meer bedrijfsuren. Hoewel veel fabrikanten adviseren om turbines na 50 werkuren op te sturen voor besturingsonderhoud, is dit meer om het geweten te zuiveren.

Eerste straalmodel

Kort over het eerste model. Het is het beste als het een “trainer” is! Er zijn tegenwoordig veel turbinetrainers op de markt, de meeste daarvan zijn deltavleugelmodellen.

Waarom delta? Omdat dit op zichzelf zeer stabiele modellen zijn, en als er gebruik wordt gemaakt van het zogenaamde S-vormige profiel in de vleugel, dan zijn de landingssnelheid en overtreksnelheid minimaal. De coach moet als het ware zelf vliegen. En u moet zich concentreren op het nieuwe type motor en bedieningsfuncties.

De koets moet behoorlijke afmetingen hebben. Omdat snelheden van 180-200 km/u bij straalvliegtuigmodellen een gegeven zijn, zal uw model zich zeer snel over aanzienlijke afstanden verplaatsen. Daarom moet er voor een goede visuele controle van het model worden gezorgd. Het is beter als de turbine op de bus open is gemonteerd en niet erg hoog ten opzichte van de vleugel zit.

Een goed voorbeeld van wat voor soort trainer NIET MOET zijn, is de meest voorkomende trainer: "Kangoeroe". Toen FiberClassics (tegenwoordig Composite-ARF) dit model bestelde, was het concept voornamelijk gebaseerd op de verkoop van Sofia-turbines, en als belangrijk argument voor modelbouwers dat door het verwijderen van de vleugels van het model het als testbank kon worden gebruikt. Over het algemeen is dat ook zo, maar de fabrikant wilde de turbine laten zien alsof hij tentoongesteld stond, dus is de turbine op een soort ‘podium’ gemonteerd. Maar omdat de stuwkrachtvector veel hoger bleek te zijn dan de CG van het model, moest het turbinemondstuk omhoog worden getild. De draagkracht van de romp werd hierdoor bijna volledig opgegeten, plus de kleine spanwijdte, die een grote belasting op de vleugel legde. De klant weigerde andere destijds voorgestelde indelingsoplossingen. Alleen het gebruik van het TsAGI-8-profiel, gecomprimeerd tot 5%, gaf min of meer acceptabele resultaten. Iedereen die al eens met een Kangoeroe heeft gevlogen weet dat dit model voor zeer ervaren piloten is.

Rekening houdend met de tekortkomingen van de Kangoeroe werd een sporttrainer voor meer dynamische vluchten, "HotSpot", gecreëerd. Dit model beschikt over meer geavanceerde aerodynamica en Ogonyok vliegt veel beter.

Een verdere ontwikkeling van deze modellen was de “BlackShark”. Het is ontworpen voor rustige vluchten, met een grote draaicirkel. Met de mogelijkheid van een breed scala aan kunstvluchten, en tegelijkertijd met goede vliegeigenschappen. Als de turbine uitvalt, kan dit model als een zweefvliegtuig, zonder zenuwen, worden geland.

Zoals je kunt zien, heeft de ontwikkeling van trainers het pad gevolgd van het vergroten van de omvang (binnen redelijke grenzen) en het verminderen van de belasting op de vleugel!

Ook de Oostenrijkse balsa- en schuimset Super Reaper kan uitstekend als trainer dienen. Het kost 398 euro. Het model ziet er erg goed uit in de lucht. Hier is mijn favoriete video uit de Super Reaper-serie: http://www.paf-flugmodelle.de/spunki.wmv

Maar de lageprijskampioen van vandaag is Spunkaroo. 249euro! Zeer eenvoudige constructie gemaakt van balsa bedekt met glasvezel. Om het model in de lucht te besturen zijn slechts twee servo's voldoende!

Omdat we het over servo's hebben, moeten we meteen zeggen dat standaardservo's van drie kilogram niets met dergelijke modellen te maken hebben! De belasting op hun stuurwielen is enorm, dus de auto's moeten met een kracht van minimaal 8 kg worden geïnstalleerd!

Samenvatten

Uiteraard heeft iedereen zijn eigen prioriteiten, voor sommigen is het de prijs, voor anderen is het het eindproduct en tijdwinst.

De snelste manier om een ​​turbine te bezitten is door hem simpelweg te kopen! De prijzen voor afgewerkte turbines van de stuwkrachtklasse van 8 kg met elektronica beginnen vandaag vanaf 1525 euro. Als je bedenkt dat een dergelijke motor zonder problemen direct in bedrijf kan worden genomen, dan is dit helemaal geen slecht resultaat.

Sets, sets. Afhankelijk van de configuratie kost een set bestaande uit een compressorrichtsysteem, een compressorwaaier, een ongeboord turbinewiel en een turbinerichttrap gemiddeld 400-450 euro. Hieraan moeten we toevoegen dat al het andere moet worden gekocht of zelf gemaakt. Plus elektronica. De uiteindelijke prijs kan zelfs hoger zijn dan de voltooide turbine!

Waar je op moet letten bij het kopen van een turbine of kits - het is beter als het de KJ-66-variant is. Dergelijke turbines hebben bewezen zeer betrouwbaar te zijn, en hun potentieel voor het vergroten van het vermogen is nog niet uitgeput. Dus door de verbrandingskamer vaak te vervangen door een modernere, of door lagers te vervangen en richtsystemen van een ander type te installeren, kunt u een vermogenstoename bereiken van enkele honderden grammen tot 2 kg, en zijn de acceleratie-eigenschappen vaak aanzienlijk verbeterd. Bovendien is dit type turbine zeer eenvoudig te bedienen en te repareren.

Laten we samenvatten welk formaat zak nodig is om een ​​modern jetmodel te bouwen tegen de laagste Europese prijzen:

• Turbine geassembleerd met elektronica en kleine onderdelen - 1525 Euro
• Trainer met goede vliegkwaliteiten - 222 Euro
• 2 servo's 8/12 kg - 80 Euro
• Ontvanger 6 kanalen - 80 Euro

Kortom, jouw droom: ongeveer 1900 euro of ongeveer 2500 groene presidenten!

Vitaly Selivanov, Geëerde testpiloot van de Russische Federatie

Een stoomlocomotief kan niet mooier zijn dan zijn ketel”, zeiden stoomlocomotiefingenieurs aan het begin van de eeuw. Aan het begin van de luchtvaart begonnen mensen, vanwege het ontbreken van een lichte motor, met behulp van stroomstromen zweefvliegtuigen vanuit de bergen te laten vliegen. Alleen de creatie van een lichtgewicht, door benzine aangedreven interne verbrandingsmotor gaf uiteindelijk aanleiding tot voertuigen die zwaarder dan lucht waren. Een benzinemotor (met een reserve aan brandstof) was tien keer lichter dan een elektrische motor met hetzelfde vermogen met accu of een stoommachine met water en brandstof. De gebroeders Wright, de Fransen, de Duitsers en daarna in Rusland trouwens, pas in de zomer van 1910, honderd jaar geleden, gingen drie apparaten van start: A.S. Kudasheva, Ya.M. Gakkel en I.I. Sikorsky. Toegegeven, alle apparaten hadden Anzani-benzinemotoren van 25 en 35 pk geïmporteerd.

Het zou zonde zijn om onze grote voorouders niet te herdenken, maar helaas hebben we nog steeds bijna dezelfde problemen met motoren voor kleine vliegtuigen. We hebben van de USSR slechts één seriële zuigermotor geërfd, de M-14. De motor is eenvoudig, betrouwbaar en pretentieloos voor brandstof en olie. Niet bang voor vorst. Relatief goedkoop als je er niet veel mee vliegt. Dit is de reden waarom ze dol zijn op de M-14-motor.

Wat vliegen ze nu in de “kleine luchtvaart”, d.w.z. ultralichte en lichtgewicht vliegtuigen? De meest voorkomende, bekende en bijna overal ter wereld motoren worden onderhouden door het Oostenrijkse bedrijf Rotax 912 en 914. Met een vermogen van 80-100 pk. Ze worden geïnstalleerd op voertuigen met een startgewicht tot een halve ton, met een bemanning van maximaal twee personen. Dit zijn educatieve, toeristische en amateurapparaten.

Zodra je samen (met een instructeur) complexe kunstvliegmanoeuvres moet uitvoeren, heb je een duurzamer en zwaarder vliegtuig nodig met een startgewicht van 800-1000 kg (bijvoorbeeld Po-2, Yak-18, Yak -52). Bovendien met een motor van 100–160 pk. de helft van de vliegtijd zal moeten worden besteed aan het herwinnen van de tijdens kunstvluchten verloren hoogte met een verticale snelheid van 2 à 3 m/sec. En wil je snel hoogte winnen, dan is de M14-motor geschikt. Hierop kun je tot 10 m/sec winnen, en het hoogteverlies tijdens kunstvluchten zal veel minder zijn. De concurrenten van de M14 zijn de Amerikaanse Lycoming en Teledyne Continental, de Tsjechische Walter en de Duitse Centurion. Lycoming en Teledyne Continental zijn grillig bij het lanceren op de grond, zelfs in de zomer, ze zijn warm of koud, en in de winter kunnen ze helemaal niet in de lucht worden gelanceerd. Ze gebruiken alleen hun eigen, dure, geïmporteerde benzine en smeermiddelen, maar al hun nadelen worden gecompenseerd door twee voordelen:
1. Ze werken op “maximum” zonder tijdslimieten.
2. Het brandstofverbruik is 2 keer minder dan dat van onze M14.

Als we de belangrijkste technische en economische indicatoren van motoren in één tabel combineren met de taak om de exploitatiekosten van een motor met vliegtijd van het vliegtuig te verkrijgen totdat de hulpbron volledig is gebruikt - 10.000 vlieguren - krijgen we een tabel.

Hieruit blijkt dat je voor 10.000 vlieguren op onze M-14 30% meer moet betalen dan op het Alison-theater en bijna drie keer meer dan op de Centurion-diesel. Maar hoewel de M601-motor bijna drie keer meer kost dan de M-14, kost elk van zijn pk's de machinist drie keer minder dan de M-14. Als we daarom een ​​vliegtuig willen krijgen voor de basisopleiding aan een militaire vliegschool, waar we gedwongen zijn intensief te werken en een zeer lange vliegtijd te garanderen, dan moet het vliegtuig uiteraard zijn uitgerust met een theatermotor, en voor nu is er geen betere productiemotor in zicht dan de M601!

Het benodigde vliegtuig is uiteraard kunstvliegen, met een operationele G-kracht tot 7, op voldoende grote hoogte (7-10 km), en dus met een drukcabine. De meest geschikte motor die in Rusland beschikbaar en onderhouden is voor het geplande vliegtuig is de Tsjechische Walter M601. Zijn analogen, Pratt & Whittney, zijn nieuwer en zuiniger, maar er is geen systeem voor hun onderhouds- en operationele ervaring in Rusland. Het is te vroeg om een ​​dieselmotor te installeren op een kunstvliegtuig met een vliegtijd van 0,5-1,5 uur - het is moeilijk (op internet hebben tankers een zeer nuttige vergelijkende analyse van de voor- en nadelen van gasturbine- en dieselmotoren) .

Tot nu toe blijkt dat de goedkoopste vliegtraining plaatsvindt op een zweefvliegtuig bij lancering vanaf een lier. Voor 3 euro (120) roebel word je op een zweefvliegtuig naar een hoogte van 500 m geworpen, vanwaar je rustig ongeveer 8-10 minuten afdaalt of vrij kunt zweven. De zweefvliegtuigen worden gevolgd door ultralichte vliegtuigen met een startgewicht tot 500 kg en Rotax 912- en 914-motoren met een vermogen van 80–100 pk. Ze kunnen worden gebruikt om cirkelvluchten, eenvoudige kunstvluchten en routevluchten te leren. Hiermee krijg je 30-40 uur vliegtijd en bereik je het niveau van een amateurpiloot. Particuliere vliegscholen of DOSAAF kunnen een dergelijke training verzorgen. Informatie: er worden al ultralichte vliegtuigen ontworpen, die gebruik zullen maken van elektromotoren met batterij voor maximaal 30 minuten vliegen. En goedkoop, milieuvriendelijk, geluidsarm en veilig.

Volgende fase:igen. Een van de voorkeursopties zou het Yakovlev Cadet-vliegtuig kunnen zijn. Het kan worden gebruikt voor het aanleren van complexe en kunstvluchten, formatievluchten en 's nachts. Maar het zal heel moeilijk zijn om het leger terug te laten schakelen naar een zuigervliegtuig, de vluchten zijn fysiek moeilijk en de lonen en voordelen zullen lager zijn. Daarom zullen dergelijke machines hoogstwaarschijnlijk nuttig zijn voor DOSAAF en particuliere vliegscholen. De motor zal alsnog vervangen moeten worden - hij is te duur in gebruik - 30% duurder dan de twee keer zo krachtige M601-turbopropmotor.

Als de kosten per eenheid van een vlieguur worden beschouwd als de kosten van een vlucht met een hightech vliegtuig met een hogesnelheidstheater met een maximale snelheid van ongeveer 500 km/u, dan, afhankelijk van de maximale snelheid van het vliegtuig , kunt u de prijsverhouding voor een vlieguur op verschillende vliegtuigen krijgen.

Uit de grafiek blijkt duidelijk dat tot een maximale snelheid van 500 km/u de prijs van het vliegtuig soepel lineair stijgt, vanaf een snelheid van 500 naar 800 km/u parabolisch groeit en vervolgens vrijwel lineair stijgt. Vandaar de conclusie: het heeft geen zin om de maximumsnelheid van een vliegtuig met een vliegbereik van meer dan 500-600 km/u te verhogen, aangezien een kleine snelheidsverhoging te duur is, zowel wat betreft de prijs van het vliegtuig als tijdens de exploitatie. . Blijkbaar hebben de klanten van het Pilatus RS-7MK-vliegtuig uit Zuid-Afrika om deze redenen het motorvermogen verminderd.

Als het op het theater gemonteerde vliegtuig een naderingssnelheid heeft van minder dan 150 km/u, dan kan de behoefte aan een vliegtuig met zuigermotor voor de initiële opleiding voor een militaire school verdwijnen, en dit probleem kan worden opgelost met het vliegtuig op het theater. lagere kosten.

Voor de basisopleiding op een vliegschool is er natuurlijk, net als over de hele wereld, dringend behoefte aan trainingsapparatuur met een operatiegebied (“Aviapanorama” nrs. 1 en 2, 2010).

We zien hoe de luchtvaartindustrie van China, India, Brazilië en andere ontwikkelingslanden wordt ondersteund met hulp van de staat. Zelfs Türkiye is van plan om in 2011 zijn eigen theatervoertuig uit te brengen. Ons grote bedrijf – veelal technisch analfabeet – koopt voornamelijk onroerend goed en luxegoederen. Trouwens, zelfs vóór de revolutie doneerden onze financiers niet veel aan de technische vooruitgang. Het was immers niet hier, maar in het Westen dat er grote prijzen werden uitgereikt voor vluchten over het Engelse Kanaal en voor andere recordvluchten.

Met de in 2008 beloofde opheffing van het restrictieve luchtruimsysteem zal eind 2010 waarschijnlijk een grote Russische markt voor kleine privéjets opengaan. De staat zou deze situatie kunnen gebruiken om zijn eigen productie van lichte vliegtuigen te ontwikkelen. Je kunt, net als China en India, batches van de beste buitenlandse vliegtuigen kopen, met het recht om ze vervolgens te produceren. Maar veel belangrijker voor ons, de luchtvaartindustrie en luchtvaartliefhebbers, is de aankoop en gelicentieerde productie van de beste, meest voorkomende en betrouwbare Rotax-, Teledyne Continental-, Pratt&Whittney-motoren met een vermogensschaal die tot op de dag van vandaag niet in Rusland worden geproduceerd. Met een breed scala aan motorkeuzes zou onze luchtvaartindustrie de Russische markt kunnen voorzien van de vliegtuigen die deze nodig heeft. Historische voorbeelden bevestigen dit alleen maar. Dit was het geval met de Li-2, en zo was het ook met de aankoop van de Engelse Nin-1 en Derwent-V straalmotoren; als gevolg daarvan ontvingen ze 's werelds populairste gevechtsvliegtuig, de MiG-15, en een bijna een even massieve frontlijnbommenwerper, de Il-28.

Waar ik graag bijzondere aandacht aan wil besteden. Onze nationale gewoonte van armoede heeft aanleiding gegeven tot een enorme tendens: we zullen doen wat we kunnen, en dan zullen we het in een reeks afmaken. Je moet onthouden wat studenten van luchtvaartuniversiteiten leren: het finaliseren van een schets kost de prijs van een gum en een potlood (kopeken), een model kost de prijs van het uitgegeven hout (duizenden roebel), een prototype van een vliegtuig kost miljoenen roebel, en aanpassingen aan een productievliegtuig zullen veel geld vergen, wat kan leiden tot de ineenstorting van het hele programma. Om dergelijke fouten te voorkomen, moeten we van de klant houden en alles op tijd doen, zodat ons product beter is dan dat van onze concurrenten.

16 Reacties voor Waar kun je fatsoenlijke motoren voor kleine vliegtuigen krijgen?

1. Vladimir