Экономика полета: почему турбовинтовая авиация до сих пор в деле. Часть I

Об устройстве и плюсах турбовинтовых авиадвигателей

30 марта этого года в воздух поднялся третий опытный пассажирский самолет Ил-114-300. Новая машина присоединилась к программе летных испытаний отечественного регионального самолета. Напомним, что Ил-114-300 разработан ПАО «Ил» Объединенной авиастроительной корпорации в сотрудничестве с ведущими отечественными разработчиками и производителями и состоит исключительно из отечественных систем и оборудования. «Сердцем» самолета является пара двигателей ТВ7-117-СТ-01 производства петербургского предприятия «ОДК-Климов», входящего в состав Объединенной двигателестроительной корпорации. Двигатель этот относится к типу турбовинтовых, или ТВД. Казалось бы, в наше время высоких скоростей, сверхзвука и гиперзвука такой двигатель является анахронизмом и должен был уступить место более продвинутым силовым установкам. Но этого не происходит. Да, сегодня ТВД не применяется столь массово, как это было еще в 1960-х годах, но свою нишу в авиационном мире он занимает прочно и вполне заслуженно.

Разбираемся в устройстве и плюсах турбовинтовой авиации.

Что такое ТВД

Чтобы понять устройство турбовинтовой силовой установки, сравним ее с другим, более распространенным типом газотурбинных двигателей — турбореактивным (ТРД).

ТРД — это двигатель, который превращает энергию сгорающего топлива в реактивную струю. Упрощенно он состоит из четырех частей: компрессора (спереди по полету), камеры сгорания (в центре), турбины (сзади, перед реактивным соплом) и реактивного сопла. Рабочий цикл ТРД устроен так: компрессор засасывает и сжимает воздух, подает его в камеру сгорания, где к нему подмешивается топливо, и смесь воспламеняется. Горячие газы раскручивают турбину, которая вращает компрессор, а оставшаяся энергия газа преобразовывается реактивным соплом в тягу.

Как показала история авиации, такой двигатель очень хорош для самолетов, летящих на средние и дальние расстояния. Но вот на местных линиях они становятся неэффективными, и основная причина этого — повышенный расход топлива. Высокие скоростные показатели ТРД оказались как нельзя кстати для военной авиации — истребителей, перехватчиков, бомбардировщиков и ракетоносцев. Подходили такие двигатели и для средне- и дальнемагистральных многоместных пассажирских авиалайнеров.

Но помимо этих категорий существует целый класс небольших, так называемых региональных самолетов, предназначенных для грузопассажирских перевозок на относительно небольшие расстояния. Кроме того, военным требовались транспортные, патрульные, разведывательные, противолодочные самолеты, а также бомбардировщики-ракетоносцы дальнего радиуса действия, для которых основными критериями были не скорость, а дальность полета, время патрулирования и максимальный радиус действия. Для этих машин выходом оказался как раз турбовинтовой двигатель, или ТВД.

ТВД — это двигатель, который превращает энергию сгорающего топлива в механическую работу винта, создающего тягу. Упрощенно он состоит из пяти частей: редуктора, компрессора, камеры сгорания, турбины и выходного устройства. Рабочий цикл ТВД аналогичен циклу ТРД, но турбина также вращает и вводной вал редуктора. В редукторе частота вращения вала турбины понижается до частоты вращения вала винта, и винт, закрепленный на нем, создает тягу для обеспечения полета самолета.

Плюсы и минусы турбовинтовых двигателей

Как любое инженерное устройство и как всякая тепловая машина, ТВД имеет свои преимущества и свои недостатки. Достоинством турбовинтовых двигателей является прежде всего меньший удельный расход топлива по сравнению с ТРД, то есть ТВД более экономичен. Соответственно, отсюда и большее полетное время самолетов, оснащенных ТВД, увеличенная дальность полета и больший радиус их действия. Эти качества востребованы в дальней стратегической, военно-транспортной, противолодочной, разведывательной авиации. Вышеперечисленные качества ТВД делают их предпочтительными для установки на БПЛА различного типа, от разведывательных до ударных.

Еще одно немаловажное качество ТВД — это лучшие взлетные характеристики самолета, на котором они устанавливаются, т. к. воздушный поток от винтов ТВД идет на обдув крыла, поскольку винты находятся впереди крыла, вследствие чего подъемная сила крыла возрастает. Отметим, что такие качества необходимы именно для региональных самолетов, которые часто используют короткие взлетно-посадочные полосы (ВПП), а также для военной авиации, поскольку взлетные полосы военных аэродромов являются одними из приоритетных целей первого удара.

Что касается недостатков турбовинтовых двигателей по сравнению с турбореактивными, то это, в первую очередь, меньшая, чем у ТРД, поддерживаемая скорость полета. Турбовинтовые авиационные двигатели, в отличие от ТРД, работают лишь на дозвуковых скоростях. Связано это с тем, что эффективность воздушного винта падает с увеличением скорости полета.

Подытоживая, отметим, что самолеты с ТВД предпочтительнее использовать на региональных маршрутах, характеризующихся малым и средним пассажиро- и грузопотоком, на коротких ВПП, вне зависимости от степени развитости инфраструктуры аэродромов. Причем, ввиду высокой экономичности ТВД, диапазон расстояний, покрываемый такими самолетами, может быть весьма значительным: от нескольких сотен до тысяч километров.

Большим плюсом ТВД также является их меньшая требовательность к чистоте взлетно-посадочной полосы, а это немаловажное качество для самолета региональной авиации.

Продолжение следует...