Turbiinmootoritest

[Hydrazine]

Ma olen neid turbiinmootoreid nüüd üksjagu näinud ja talunud. Küsimus on, et miks nad suht tihti musta suitsu välja ajavad. Kas on asi kütuses?

[EOD]

Turbiinispets ma pole, kuid kui samast tünnist pärit kütusega tangitud An-12 suitseb ja Boeingu mootorite taga vaid õhk virvendab, siis ilmselt on viga ikka mootorites, mitte kütuses.
Must suits viitab reeglina põlemisele hapniku puudujäägiga. Või siis halvale segunemisele. Või kütuse halvale pihustamisele, kus jäävad suured kütusetilgad, mis ei jõua põlemiskambris ära põleda.

[Hydrazine]

Vene MiGid lendasid ringi ikka väga tihti must suitsujuga taga mootorist. Aga nad lendasid, kuigi see jälg oleks lahingus nad reeta võinud, aga nii oli.

[Lemet]

Must lont jäi taha ka vanadele F-4 ja B-52 tüüpi lennukitele, mis tänapäevaste mootoritega enam ei suitse. Ilmselt ikka mootorites asi.

[Hydrazine]

F-4 on üldse nii ulmeline aparaat, kuidas see plaaner küll lendab. Aga lendasid ju päris hästi. Pilootidele ta väga ei meeldinud, jõudu mootorites on aga juhtimisvõtted olid neli klassi eksamit.

[Kilo Tango]

Ma olen neid turbiinmootoreid nüüd üksjagu näinud ja talunud. Küsimus on, et miks nad suht tihti musta suitsu välja ajavad. Kas on asi kütuses?

Põhjus on väga lihtne - kütuse täielikuks põlemiseks on vajalikud:
1. Piisav segunemine - selleks tuleb kütus võimalikult peeneks pihustada ja ühtlaselt õhuga segada
2. Piisav põlemisaeg - see omakorda sõltub põlemisrõhust ja -temperatuurist ning põlemiskambri kujust ja põlemisteekonna pikkusest
3. Temperatuurist - mida kõrgem temperatuur, seda väiksem on tahkiste (suits) oskaal põlemisgaasides
4. Lisaõhu saadavusest põlemiskambri järel

Uuemates Lääne mootorites on tänu CFD paremale tundmisele põlemiskambrid ja pihustamine paremini kavandatud, mistõttu segunemine on parem. Samuti töötavad uuemad mootorid kõrgemal temperatuuril ja rõhul, mistõttu toimub põlemine oluliselt kiiremini ja täielikumalt. Kõrgem temperatuur omakorda eeldab paremat metallurgiat, kuna turbiini labade vastupidavus on temperatuurist sõltuvuses - see on koht, kus venelaseed kõige rohkem hädas on. Lisaks osatakse Läänes toota paremini ventileeritavaid turbiinilabasid (seesama CFD ja tootmistehnoloogia) ning kogu põlemisprotsessi paremini tarkvaraliselt juhtida (eeldab kõrgtemperatuuril töötavaid andureid). Kõik see kokku annabki puhtamad põlemissaadused. Ka suunatakse uuemates Lääne mootorites arvestatav osa õhku ka põlemiskambri järgsesse ruumi.

[Hydrazine]

Njah, mul siin vist koma vahel. Kuidas twin spool turbofan reaktiivmootor töötab täpselt, ma ei oskaks sellist asjandust ehitada.

[Kilo Tango]

Njah, mul siin vist koma vahel. Kuidas twin spool turbofan reaktiivmootor töötab täpselt, ma ei oskaks sellist asjandust ehitada.

Turbiiniteooria on keeruline (kui sa sellist päriselt ehitada tahad) ja see, kas seal on kaks võlli või üks on väike vahe. Keeruline on kompressori erinevate etappide, labade ja tunneli geomeetria, põlemiskambri ja turbiini arvutamine. Twin spool mootorite puhul on kõrgsurve kompressor koos kõrgsurve turbiiniga pandud kiiremini pöörleva õõnsa kontsentrilise võlli peale, mis pöörleb ümber madalrõhu põhivõlli.

https://www.youtube.com/watch?v=ESNvmDzsOGM

[Kapten Trumm]

Musta tossu ajavad enamasti turboreaktiivmootorid (turbojet), millele on iseloomulik madal kasutegur osakoormustel ja mis tehniliselt sobivad paremini täiskoormustel töötamiseks.
Turboreaktiivmootoritega on B-52, F-4, MiG-21,23,25,27, Suhhoid kuni Su-25-ni. MiG-29,31 ja Su-27 on turboventilaatoritega.
Venelastel on 4 generatsiooni masinatel kasutusel "low bypass" tüüpi turboventilaatormootorid (turbofan), mis on nagu pooleldi turboreaktiiv ja nood tossutavad osakoormustel samuti mõnusalt.

Turboreaktiiv ja turboventilaator erinevad sellepoolest, et turboreaktiivil läbib kogu õhk mootori põlemisprotsessi, turboventilaatoril aga ajab mootori ees olev suur tiivik osa õhust mootorist mööda (bypass) ja osa veojõust toodetakse nagu turbopropellerlennuki moodi. Tossamist ei oska muud moodi seletada, et turboventilaatorid on uuemad (paremad materjalid, tõhusam põlemine) ja põlemiskambrist mööda juhitav õhk "lahjendab" mootori heitgaase.

Kui tähele panete, siis turboreaktiividel ja low bypass turboventilaatoritel tekib suits taha siis, kui koormust vähem on - näiteks F-4 muutub järelpõleti käivitamisel praktiliselt suitsuvabaks.

[Kilo Tango]

...
Kui tähele panete, siis turboreaktiividel ja low bypass turboventilaatoritel tekib suits taha siis, kui koormust vähem on - näiteks F-4 muutub järelpõleti käivitamisel praktiliselt suitsuvabaks.

Ei ole tõsi. Ka täiskoormusel (100%) tossavad mis kole. Afterburner on teine teema, sest siis põletatakse lisakütusega jääksüsinik välja.

[Kapten Trumm]

See sõltub kiirusest, mitte niipalju mootori pööretest, näiteks Concorde Mach 2 kiirusel ilma järelpõletita lennates ei tossa.
Madalal kiirusel ja stardirajal ruleerides - lämbu või ära.

[Kilo Tango]

See sõltub kiirusest, mitte niipalju mootori pööretest, näiteks Concorde Mach 2 kiirusel ilma järelpõletita lennates ei tossa.
Madalal kiirusel ja stardirajal ruleerides - lämbu või ära.

Njah. See oli omakorda seotud sellega, et vanad ühe võlliga ja lihtsamate põlemiskambritega mootorid olid optimeeritud töötama teatud konkreetsetel tingimustel (rõhkude erinevus mootori ees ja järel, välisõhu temperatuur ja õhurõhk). Muudel tingimustel olid need ebatõhusad.

[Kapten Trumm]

Vanad sõjalised turboreaktiivmootorid loodi ju ajal, mil kõik ajasid kiirusi taga ja mida suurem tippkiirus, seda ägedam.
Kuskil Vietnami sõja paiku avastati, et lahing ei toimugi Mach 2 kiirustelt rakettidega (õigemini loodetud viisil pole erilist lootust vastast tabada).
Ja tossavad mootorid on näha valgete pilvede taustal kümnete km kauguselt (NSVL õhutõrjemehed on väitnud et isegi 100 km hea ilmaga).
Turboventilaatormootorid levisid sõjalennukitele (transadele varem, hävitajatele hiljem) ju reisilennundusest, osad mootorid lausa otsese ümberehituse teel.
Näiteks MiG-31 mootor on saadud Solovjov D-30 mootorist järelpõleti lisamisega, esialgu oli see mootor hoopis Tupolevi reisilennukitel (mis ka tossasid mis kole).
JAS-37 Viggeni mootor aga saadi mingist USA reisikamootorist analoogse ratsi teel.
Ilmselt oli siis tegemist algse "low bypass" tüüpi mootoriga, mille ristlõikepind oli piisavalt väike.
Taolist bypass nagu on reisikatel, hävitajatele ei andnud panna, sest õhutakistus dikteeris peenema kere ja sinna ei mahtunud nii suur ventilaator.
Hiljem vast polnud ka vajadust niimoodi ratsida, sest loodi juba spetsiaalsed turboventilaatormootorid hävitajatele ning suures ökonoomsusvõidujooksus reisilennukitele enam low bypass tüüpi mootoreid ei pandagi.

Aga mismoodi see turbofan on efektiivsem, mul kahjuks teadmised puuduvad.

[Kilo Tango]

...
Taolist bypass nagu on reisikatel, hävitajatele ei andnud panna, sest õhutakistus dikteeris peenema kere ja sinna ei mahtunud nii suur ventilaator.
Hiljem vast polnud ka vajadust niimoodi ratsida, sest loodi juba spetsiaalsed turboventilaatormootorid hävitajatele ning suures ökonoomsusvõidujooksus reisilennukitele enam low bypass tüüpi mootoreid ei pandagi.

Aga mismoodi see turbofan on efektiivsem, mul kahjuks teadmised puuduvad.

Pigem selle pärast, et ülehelikiirusel õhuvool ei tohi jõuda ventikasse ja selle suure ventika eest survekoonuste kustutamine on väga keeruline ja kulukas.

Tõhususest:

The core (or gas generator) of the engine must generate sufficient core power to at least drive the fan at its design flow and pressure ratio. Through improvements in turbine cooling/material technology, a higher (HP) turbine rotor inlet temperature can be used, thus facilitating a smaller (and lighter) core and (potentially) improving the core thermal efficiency. Reducing the core mass flow tends to increase the load on the LP turbine, so this unit may require additional stages to reduce the average stage loading and to maintain LP turbine efficiency. Reducing core flow also increases bypass ratio (5:1, or more, is now common).

Further improvements in core thermal efficiency can be achieved by raising the overall pressure ratio of the core. Improved blade aerodynamics reduces the number of extra compressor stages required. With multiple compressors (i.e., LPC, IPC, and HPC) dramatic increases in overall pressure ratio have become possible. Variable geometry (i.e., stators) enable high-pressure-ratio compressors to work surge-free at all throttle settings.

[Kapten Trumm]

Concorde puhul konkreetselt sai määravaks ikkagi mootori gabariit, sest kui ülehelikiirusega masina alla paigutada taolised junnid nagu on suvalise eelhelikiirusega reisika mootorid, siis seda tekkivat ristlõikepinda "pindalade reegliga" lahendada ei õnnestu. Pindalade reegel oli tollal üks lennukiehituse põhipostulaate. Vene keeles "praavilo ploshadei". Ökonoomsus madalatel kiirustel aga oli Mach 2-ga kruisiva masina jaoks teisejärguline.