涡桨风扇发动机 NK-93：无用的独特
NC-93
渴煤油
一开始 故事 关于独特的NK-93涡轮螺旋桨飞机发动机，有必要弄清楚这种设计与其他产品有何不同。 此外，发动机的全名还包含短语“birotative propfan”。 没有前期准备，根本无法理解为什么要制造像 NK-93 这样的机器。
在飞机发动机制造中，所有的设计思想都围绕着两个类别——经济性和巡航速度。 当然，产品的安全性、可靠性、噪音效果以及重量尺寸参数也很重要。 但我们已经学会或多或少地处理好这个问题，我们不能再指望取得重大进展。
但是有了油耗，你还是能想到点什么的。 最经济的是涡轮螺旋桨发动机，由于螺旋桨，它产生了大部分推力。 这类发动机中的王者当然是国产的NK-12，它主要安装在Tu-95战略导弹航母上。 它是世界上最强大、最经济的涡轮螺旋桨飞机。 航空 引擎。 它也可以在 An-22 Antey 军事运输机的机翼下找到。
两个任务相似的 Tu-95 和 Tu-160 的参数说明涡轮螺旋桨发动机比涡轮喷气发动机在经济上更有利可图（如果我们可以谈论军事装备的话）。 第一架实际航程为 13,5 万公里，携带约 80 吨燃油，Tu-160 被迫起飞时携带 148 吨煤油，同时飞行 12,3 万公里。 但 NK-12 的主要缺点在于其相对较低的速度 - 即使是世界上最快的系列涡轮螺旋桨发动机 Tu-95 也不会加速超过 900 公里/小时。
当达到超音速时，螺旋桨推力会急剧下降。 同样的效应，称为“锁定效应”，终止了直升机飞行速度的进一步增加——只有使用推进螺旋桨才有可能取得进一步的进步。 通过增加螺杆直径可以部分解决问题，但在合理范围内一切皆有可能。 Tu-95有直径60米的AB-5,6螺旋桨，安泰军用运输机的AV-90螺旋桨已经有6,2米了。 每个人都知道这些机器在起飞时会产生什么样的噪音 - 即使对于军事装备，这种影响也是在允许的范围内。
但不要假设航空涡轮螺旋桨发动机的话题即将结束 - 现代军用运输机 A400M 配备了四台 Europrop International TP400-D6，制造商称其为仅次于俄罗斯 NK-12 的世界第二大发动机. 因此，在未来很长一段时间内，我们都会看到各类飞机机翼下的敞开式螺旋桨。
涡轮螺旋桨发动机（上图）和涡轮风扇飞机发动机的示意图。
在速度至关重要的情况下，有必要安装涡轮喷气飞机发动机。 工作原理很简单——在燃烧室中，与空气混合的燃料做有用功，并通过涡轮叶片将旋转传递给压缩机。 后者为燃烧室泵送更多空气。 这样的发动机能够将载具加速到数个音速，但产品的油耗根本就不在话下。 这是与涡轮螺旋桨飞机的同学相比。
为了减少燃料消耗，发明了涡轮风扇飞机发动机。 从广义上讲，该设计可以称为涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机的混合体。 涡轮风扇产生推力不仅是由于从喷嘴流出的热气体射流，而且还由于发动机头部风扇的旋转。 该方案发动机的一个特点是尺寸大——世界上最强大的通用电气GE9X涡扇发动机的进气口直径为4,5米。
为了彻底简化它，这种发动机的螺旋桨变成了风扇，并罩成流线型机身，以避免叶片超音速旋转时出现并发症。 它也变得更安静，这对民用航空很重要。
俄罗斯开发的大多数飞机发动机都是涡轮风扇发动机——PD-8、PD-18 和 PD-35。 重要的是要了解任何涡轮风扇的效率直接取决于涵道比。 也就是从风扇吹过外回路（这里空气不燃烧）的空气质量与在内热回路中燃烧的空气质量之比。
例如，用于 Su-31 的超音速 AL-27F 的涵道比只有 0,59，而纯民用的 Pratt & Whitney PW1000G 则达到了创纪录的 12。第一个每千克空气通过 0,59 千克空气热区，沿着外轮廓传递。 在 PW1000G 中，情况恰恰相反——每公斤空气通过燃烧室时，风扇会立即沿外轮廓吹出 12 公斤空气。
现在，在全球的航空发动机建设中，涡喷和涡扇产品的界限实际上已经被抹去——设计只能通过旁路程度来区分。 条件性的说，凡是涵道比在两个单位以上的发动机，都可以稳妥的称为涡扇发动机。 涡轮风扇发动机越像涡轮螺旋桨发动机，其效率就越高。 但正面阻力不可避免地增加，速度也随之降低。
实际上，世界各地的设计师现在都在为这些参数的平衡而战。 这是一种主流的飞机发动机制造。
螺旋桨风扇
尽管已经建立了市场结构，但工程师们并没有停止试验。 如果涡轮风扇发动机的平衡向涡轮螺旋桨发动机靠拢会发生什么？ 它将变成一个 propfan 设计，一切都非常困难。 即使从外观上看，也不容易将传统的涡轮螺旋桨发动机与涡轮螺旋桨发动机区分开来。 例如，这里是 Zaporizhzhya 设计局“Progress”的 D-27。 而旁边就是上面提到的来自A-400M卡车的欧洲Europrop International TP6-D400。
A-400M 和 An-6 飞机的飞机发动机分别为 TP27-D400（上图）和 D-70。
看起来差异很小，如果有的话。 不过大家不要混淆，乌克兰语（更准确的说还是苏联语）指的是涡轮螺旋桨飞机，多国的TP-400-D6指的就是涡轮螺旋桨飞机。 不同之处在于螺旋桨叶片的形状。
该理论说：只有当螺旋桨有 8 到 20 个叶片时，才可以将其视为螺旋桨风扇，它们本身与军刀非常相似，即“沿叶片跨度具有可变的前缘和后缘后掠角”。 大量的叶片和形状使您可以达到 800-900 公里/小时的飞行速度，而不会出现上面讨论的臭名昭著的“锁定效应”。
首先，更多的叶片可以让你在相同的推力下降低圆周速度，其次，军刀形叶片提高了高飞行速度下的流线型。 用非常干货的话来说，DT-27 具有迄今为止空气发动机的最高效率 - 超过 0,9。
1993 D-27 在 Il-76LL 的机翼下。
安装在 Yak-236LL 飞行实验室上的 D-42
空气推进风扇 D-27 的数量和特征形状使该装置达到一个新的效率水平
同时，油耗与涡桨发动机不相上下，即远低于涡扇发动机。 对于 DT-27，巡航模式下的特定油耗不超过 0,13 kg / hp / h，而对于世界上最经济的涡轮螺旋桨发动机 Europrop International TP400-D6 和 NK-12 - 约为 0,16。
顺便说一句，如果不是 2014 年的 Maidan，那么配备四架螺旋桨 DT-70 的 An-27 运输机将在俄罗斯天空飞行很长时间。 2013 年春天，他们宣布 SV-27 螺旋桨风扇的台架试验成功，驻乌克兰大使祖拉博夫承诺为俄罗斯军方采购多达 60 架飞机。
值得单独指出这一事实 - 十年前，俄罗斯认证机构实际上批准了创新型飞机发动机的飞行。 我们将回到这个事实。
实验性螺旋桨风扇通用电气 GE36（上图）和 PW-Allison 578-DX。
总共有三种螺旋桨发动机方案是已知的——带有推拉推进装置，以及带有罩盖的推进装置。 DT-27 及其实验前身 D-236。 80 年代中期，美国人在 PW-Allison 578-DX 和通用电气 GE36 技术演示机上成功地试验了推杆电路。 苏联和美国的发动机都配备了两个螺旋桨风扇，一个接一个地放置，并朝不同的方向旋转。 这就是“旋转螺旋桨风扇”布局。
PW 和 GE 的产品表现不错——与同行相比，特定消耗量下降了 20%。 但到 80 年代末，出现了对这种发动机不利的条件 - 噪音要求越来越严格，油价也很低。 实验性 PW-Allison 578-DX 和通用电气 GE36 发动机发出了很大的噪音。 此外，尽管设计师将发动机放在尾部，甚至将其部署在推进螺钉下，但机舱内的分贝还是超出了比例。
结果，美国人驳回了这些项目。 随着煤油价格的上涨，对 propfans 的兴趣有时会被唤醒，但在不久的将来不会出现这种情况。 赛峰集团目前正在认真研究开式转子涡轮风扇发动机——2017 年，该概念的初步测试已经完成。 CFM International 还在其 12 叶原型“环保型”飞机发动机上苦苦挣扎。
带有推进式开放式推进器的现代螺旋桨飞机发动机。 上为 Safran，下为 CFM International
现在是时候进入我们故事的主角 - NK-93 双旋涡桨风扇飞机发动机了。
与上述所有方案的主要区别在于带罩的螺旋桨风扇。 前螺旋桨有八个叶片，第二个有十个，它们由一个独立的轴驱动，来自一个带有七个卫星的行星齿轮箱。 NK-93 的工作始于 Samara NTK im。 80 年代后期的库兹涅佐夫，它是为重型军用运输机 Il-106 而设计的。
即使在那个时候，这架飞机也应该取代过时的 An-22 Antey。 发动机的推力为 18 吨 - 大约相同数量的推力现在正在由仍在预生产的涡轮风扇 PD-18 的展台上开发。 仅二叠纪发动机的比油耗约为0,55 kg/ehp/h，而NK-93的比油耗为0,22。
设计师设法显着降低了所有螺旋桨风扇固有的噪音水平，这主要归功于整流罩。 无论如何，它都低于 27 年获准在俄罗斯飞行的乌克兰同行 D-2013。
MAKS-93 航展上 Il-76LL 机翼下的 NK-2007。 资料来源：sell-off.livejournal.com
NK-93 有一些坚实的优势——涵道比为 16,6，这就是为什么涡轮只占推力的 17%，其余的用于螺旋桨风扇。 尽管 IL-106 未诞生，但发动机的工作仍在萨马拉主动进行。
从 2006 年到 2008 年，Il-76LL 测试实验室在机翼下进行了五次试验发动机起飞。 假设一对发动机将在 Tu-204 的机翼下并运输 Tu-303。 计划为 Il-93 客机甚至超重型 An-96 配备四架 NK-124。 对于后者，计划开发推力为22-24吨的版本。 但没有一个客户对这种具有重大革命性意义的设计表现出兴趣。
当然，也有缺点。 比如一个近乎三米直径的进气口。 当然，这会给设计人员带来布局困难，但它们并不重要 - 世界上有更大发动机的飞机飞行。 这在上面已经提到了。
MS-21 和 CR929 的民用开发人员简直被创新的 NK-93 吓坏了。 他们可以理解——汽车是由非常保守的世界市场引导的。
因此，一系列 PD-8、PD-10、PD-14 和 PD-35 正在从零开始开发，同样的市场也将在不久的将来关闭。
在损失的时间和花费的数十亿美元中，NK-93 能否得到改进和扩大？ 为什么乌克兰的 D-27 一次实际上被允许在俄罗斯使用，但类似但更强大的国产 NK-93 却没有？ 下一个修辞问题，如果我们找到答案，不会很快。
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