توربوپراپ نوعی موتور جت است که نیروی جت را فراهم کرده و همچنین یک ملخ را حرکت می دهد.
عملکرد یک موتور توربوپراپ مانند یک موتور توربوجت است، با این تفاوت که یک توربین در پشت محفظه احتراق و پروانه در قسمت جلوی موتور اضافه می شود که از طریق یک دنده تنظیم کننده سرعت و یک محور می چرخد. از موتور توربوفن در هواپیماهای مسافربری کوچک و هواپیماهای حمل و نقل با سرعت کم استفاده می شود.
این نوع موتورها دارای نازل پیشران، توربین، محفظه احتراق، کمپرسور، دنده کاهنده و ورودی هستند. در این موتور، ابتدا هوا وارد احتراق شده و در آنجا فشرده می شود. پس از فشرده سازی هوا، سوخت به داخل محفظه کشیده شده و در آنجا با هوا مخلوط می شود و مخلوط سوخت و هوا مشتعل می شود.
گاز مشتعل گرم از طریق توربین منبسط می شود. مقداری از انرژی تولید شده توسط توربین برای کار کمپرسور استفاده می شود. پس از این فرآیند، گاز احتراق از پشت موتور تخلیه می گردد.
در مقایسه با موتورهای توربوجت، گازهای خروجی موتور توربوپراپ قدرت کافی برای تولید سطح رانش بالا را ندارند، زیرا تقریباً تمام قدرت موتور برای حرکت ملخ ها استفاده می شود.
کار توربوپراپ
عملکرد موتور توربوپراپ بسیار شبیه به توربین گاز است. توربوپراپ به روش زیر عمل می کند:
- اول اینکه موتور هوا را از اتمسفر به داخل کمپرسور موتور می کشد.
- موتور توربوفن از کمپرسور گریز از مرکز برای فشرده سازی هوا استفاده می کند.
- با رسیدن هوا به داخل کمپرسور، هوا را تا دما و فشار بالا فشرده می کند.
- از آنجا که هوا مطابق الزامات فشرده می شود، کمپرسور آن را به محفظه احتراق می فرستد.
- هنگامی که هوای فشرده وارد محفظه احتراق می شود، یک انژکتور سوخت سوخت را به کامبر تزریق می کند که با هوا مخلوط می شود.
- به دلیل فشرده سازی زیاد هوا ، مخلوط سوخت و هوا خود مشتعل می شود.
- فرآیند احتراق باعث افزایش دما و انرژی داخلی مخلوط هوا و سوخت می شود.
- پس از فرآیند احتراق، مخلوط سوخت و هوا احتراق شده به منطقه توربین منتقل می شود و در آنجا منبسط می شود.
- با برخورد مخلوط سوخت و هوا با سرعت زیاد به پره های توربین، تیغه ها حداکثر قدرت مخلوط هوا و سوخت را برای حرکت کمپرسور استخراج می کنند و مقدار بسیار کمی از انرژی گازهای خروجی به اتمسفر تخلیه می شود.
- هنگامی که کمپرسور از توربین نیرو می گیرد، ملخ موتور را بیشتر حرکت می دهد (همانطور که در نمودار بالا مشاهده می کنید). با شروع چرخش ملخ موتور، نیروی رانشی ایجاد می کند که به هواپیما کمک می کند تا به جلو حرکت کند.
اجزای موتور توربوپراپ
توربوپراپ دارای اجزای اصلی زیر است:
- ورودی هوا
- کمپرسور
- محفظه احتراق
- تزریق کننده ی سوخت
- توربین
- پروانه
- اگزوز
1) ورودی هوا
یک موتور توربوپراپ نیاز به یک قسمت ورودی هوا دارد که می تواند هوا را از آنجا مکش کند. این قسمت از موتور برای انتقال هوا از جو به موتور استفاده می کند. اگر موتور توربوپراپ این قسمت را نداشته باشد ، نمی تواند کار کند.
2) کمپرسور
یک موتور توربوپراپ از یک کمپرسور گریز از مرکز محوری استفاده می کند. در این کمپرسور، هوا وارد و در جهت محوری به شفت تخلیه می شود.
کمپرسور گریز از مرکز از پروانه و دیفیوزر برای فشرده سازی هوا استفاده می کند. پس از مکش ، هنگامی که هوا به پره های پروانه برخورد می کند، تیغه ها K.E را به هوا می رسانند و سرعت آن را افزایش می دهند. پس از افزایش سرعت هوا ، پروانه این هوا را به دیفیوزر منتقل می کند.
دیفیوزر همچنین دارای چندین پره است. سرعت هوا را کاهش داده و سرعت هوا را به فشار تبدیل می کند. به این ترتیب ، کمپرسور فشار و دمای هوا را افزایش می دهد. پس از این فرایند، هوا با فشار بالا به محفظه احتراق تحویل داده می شود.
3) اتاق احتراق
هنگامی که هوای تحت فشار به محفظه احتراق می رسد، یک پمپ سوخت، سوخت را به محفظه احتراق تزریق می کند. از آنجا که سوخت با هوای فشرده مخلوط می شود، فرآیند احتراق به دلیل فشار و دمای بالای هوای فشرده رخ می دهد.
هنگامی که سوختن در محفظه احتراق رخ می دهد، دمای مخلوط هوا و سوخت بسیار بالا می رود. در طی این فرایند، فشار مخلوط ثابت می ماند.
4) توربین
توربوپراپ از توربین گازی استفاده می کند که دارای چندین پره است. این تیغه ها برای استخراج انرژی از سیال عامل استفاده می کنند. هنگامی که مخلوط احتراق سوخت و هوا وارد توربین می شود، به پره های توربین برخورد می کند. این تیغه ها حداکثر توان مخلوط هوا و سوخت را استخراج می کنند. از توربین با این توان استخراج شده برای چرخاندن شفت استفاده می شود. این همان شفت است که با کمپرسور و سایر قطعات موتور متصل می شود.
5) گیربکس کاهنده
این یک نوع سیستم انتقال است که در توربوپراپ ها استفاده می شود. گیربکس با همان شفت که کمپرسور متصل شده است، کار می کند . آن موتور و پروانه را به هم متصل می کند. این قسمت از موتور برای کاهش دور موتور استفاده می شود. هرچه دور در دقیقه بیشتر باشد ، پروانه ها سریعتر می چرخند.
