Свободная турбина

Устройство двигателя со свободной турбиной

В обычном турбореактивном двигателе одна турбина вращает компрессор. В двигателе со свободной турбиной сначала работает газогенератор: компрессор, камера сгорания и турбина, которая приводит в движение только компрессор. Горячий газ после неё всё ещё имеет значительное давление и температуру, и его направляют на вторую, силовую турбину. Она механически не связана с газогенератором, вращается независимо и через редуктор передаёт мощность на винт или на несущий винт вертолёта.

Такая схема получила широкое распространение в 1950–60-е годы. Классическим примером служит канадский Pratt & Whitney Canada PT6, с 1960-х производящийся десятки тысяч экземпляров и используемый на самолётах от Pilatus PC-12 до ATR.

Что даёт независимость турбин

Главное достоинство — возможность вращать винт с оптимальной частотой, не изменяя режима газогенератора. На вертолёте несущий винт должен вращаться с постоянной частотой, а двигатель при этом работает на переменных режимах: система регулирования поддерживает постоянные обороты силовой турбины независимо от мощности. На самолёте то же свойство позволяет «флюгировать» винт при остановленном газогенераторе и упрощает запуск двигателя.

• Лёгкий запуск: стартёр раскручивает только газогенератор.
• Постоянные обороты винта на всех режимах мощности.
• Возможность остановить винт при работающем двигателе (тормоз винта).
• Меньше нагрузка на стартёр и проще пусковая система.

Сравнение схем

Двигатель со связанной турбиной, например Allison T56 или Ай-20, имеет единый вал, соединяющий винт, компрессор и турбину. Он компактен и имеет высокую приёмистость, но при запуске стартёр должен раскручивать вместе с компрессором и винт, а изменение режима связано с оборотами. Двигатель со свободной турбиной сложнее в конструкции, но проще в эксплуатации и лучше подходит для вертолётов.

Историческая справка

Идея свободной турбины появилась в 1940-х годах, а первый серийный вертолётный двигатель с такой схемой появился в 1950-х. Советские двигатели для вертолётов Ми-8 и Ми-24 ТВ2-117 и ТВ3-117 — тоже со свободной турбиной. Эта схема стала стандартом для вертолётных двигателей и осталась таковой до сегодняшнего дня.