Принципиальная схема турбовинтового двигателя

Н'-В – входное устройство; Г-Т – турбина;

В-К – компрессор; Т-С – выходной канал.

К-Г – камера сгорания;

В ТВД рабочий процесс служит для получения работы, сообщаемой винту. Поэтому в ТВД в отличие от ТРД почти все расширение газа происходит в турбине (Г - Т), и ее мощность получается больше потребляемой в самом двигателе (на вращение компрессора и других агрегатов). Избыток мощности передается на винт. За турбиной расположен только выходной канал (Т - С), служащий для отвода газа в атмосферу. Таким образом, в ТВД получаемая из тепла механическая работа в основном потребляется винтом, и лишь небольшая ее часть затрачивается на кинетическую энергию уходящих из двигателя газов.

Поскольку окружная скорость на концах лопастей винта ограничена, а по соотношению расходов воздуха диаметр винта во много раз больше диаметра компрессора, то привод винта возможен только через редуктор частоты вращения. Применение редуктора, снижающего частоту вращения п винта, является основной особенностью ТВД.

Благодаря применению винта при одинаковом расходе воздуха (и соответственно топлива) через двигатели стартовая тяга ТВД с винтом в 3,5-4,5 раза превышает тягу ТРД. Вместе с тем необходимость более сильного расширения газов в турбине ТВД, чем ТРД, усложняет и утяжеляет ее конструкцию. Наиболее сильно утяжеляет двигатель редуктор. Его вес получается весьма значительным, поскольку он должен понижать п в 10-25 раз с таким же увеличением передаваемого крутящего момента. Большой вес имеет и сам воздушный винт. В результате при одинаковом расходе воздуха ТВД с винтом получается в 3-4 раза тяжелее ТРД. Тем не менее, силовая установка с ТВД обеспечивала лучшие данные пассажирских и транспортных самолетов, летающих с умеренными скоростями (до 600-700 км/ч). Поэтому ТВД используется в основном на местных авиалиниях. Основным преимуществом силовой установки с ТВД перед установкой с поршневым двигателем был меньший вес конструкции, а перед установкой с ТРД – меньший вес запаса топлива. Кроме того, применение ТВД позволило увеличить мощность винтовых двигателей до 7000-10000 кВт.

При выполнении турбовинтового или турбовального двигателя по уже рассмотренной схеме развивающая полезную мощность турбина расположена на том же вале, что и компрессор. При этом п компрессора всегда должна изменяться так же, как и п ведомого вала, связанного с полезной нагрузкой. Это ограничение не позволяет рационально использовать подобные двигатели и поэтому сильно ограничивает возможную область их применения. Для устранения этого недостатка разработаны двигатели с двумя валами, на одном из которых расположен компрессор и обслуживающая его (и весь двигатель) турбина, а на другом – вторая турбина, развивающая полезную мощность. Такие двигатели получили название двигатели со свободной (силовой) турбиной.

Двигатели со свободной турбиной можно рассматривать как ТРД, у которого выходное сопло заменено свободной турбиной. В обоих случаях турбокомпрессор представляет собой генератор сжатого горячего газа, используемого или в выходном сопле ТРД, или в свободной турбине.