Реактивные самолеты - самые мощные и современные воздушные суда XX века. Их принципиальное отличие от других состоит в том, что они приводятся в движение с помощью воздушно-реактивного или реактивного двигателя. В настоящее время они составляют основу современной авиации, как гражданской, так и военной.
Реактивные самолеты впервые в истории авиации попытался создать румынский конструктор Анри Коанда. Это было в самом начале XX века, в 1910 году. Он с помощниками испытал самолет, названный в его честь Coanda-1910, который был оснащен поршневым двигателем вместо всем знакомого винта. Именно он приводил в движение элементарный лопастной компрессор.
Однако многие сомневаются, что именно это был первый реактивный самолет. После окончания Второй мировой войны Коанда говорил, что созданный им образец был мотокомпрессорным воздушно-реактивным двигателем, противореча сам себе. В своих первоначальных публикациях и патентных заявках он ничего подобного не утверждал.
На фотоснимках румынского самолета видно, что двигатель располагается возле деревянного фюзеляжа, поэтому при сжигании топлива пилот и самолет были бы уничтожены образовавшемся пожаром.
Сам Коанда утверждал, что огонь действительно уничтожил хвост самолета во время первого полета, однако документальных подтверждений не сохранилось.
Стоит отметить, что в реактивных самолетах, выпускавшихся в 1940 годах, обшивка была цельнометаллической и имела дополнительную тепловую защиту.
Официально первый реактивный самолет поднялся в воздух 20 июня 1939 года. Именно тогда состоялся первый экспериментальный полет авиасудна, созданного немецкими конструкторами. Чуть позже свои образцы выпустила Япония и страны антигитлеровской коалиции.
Немецкая компания Heinkel начала опыты с реактивными самолетами в 1937 году. Уже через два года модель He-176 совершила свой первый официальный полет. Однако после первых пяти пробных вылетов стало очевидным, что запустить этот образец в серию нет никаких шансов.
Ошибок немецких конструкторов было несколько. Во-первых, двигатель был выбран жидкостно-реактивный. В нем использовались метанол и перекись водорода. Они выполняли функции горючего и окислителя.
Разработчики предполагали, что эти реактивные самолеты смогут развивать скорость до одной тысячи километров в час. Однако на практике удалось добиться скорости только в 750 километров в час.
Во-вторых, у самолета был непомерный расход топлива. С собой его приходилось брать столько, что авиасудно могло удалиться максимум на 60 километров от аэродрома. После ему требовалась дозаправка. Единственным плюсом, в сравнении с другими ранними моделями, стала быстрая скорость набора высоты. Она составляла 60 метров в секунду. При этом в судьбе этой модели определенную роль сыграли субъективные факторы. Так, она просто-напросто не понравилась Адольфу Гитлеру, который присутствовал на одном из пробных пусков.
Несмотря на неудачу с первым образцом, именно немецким авиаконструкторам удалось раньше всех запустить реактивные самолеты в серийное производство.
На поток был поставлен выпуск модели Me-262. Первый пробный полет этот самолет совершил в 1942 году, в самый разгар Второй мировой войны, когда Германия уже вторглась на территорию Советского Союза. Эта новинка могла существенно повлиять на окончательный исход войны. На вооружение немецкой армии это боевое воздушное судно поступило уже в 1944-м.
Причем выпускался самолет в различных модификациях - и как разведчик, и как штурмовик, и как бомбардировщик, и как истребитель. Всего до конца войны было произведено полторы тысячи таких самолетов.
Эти реактивные военные самолеты отличались завидными техническими характеристиками, по меркам того времени. На них были установлены два турбореактивных двигателя, в наличии имелся 8-ступенчатый осевой компрессор. В отличие от предыдущей модели эта, широко известная как "Мессершмитт", потребляла не так много топлива, имела хорошие летно-технические показатели.
Скорость реактивного самолета достигала 870 километров в час, дальность полета составляла более тысячи километров, максимальная высота - свыше 12 тысяч метров, скорость набора высоты - 50 метров в секунду. Масса пустого воздушного судна была менее 4 тонн, полностью снаряженного достигала 6 тысяч килограммов.
На вооружении "Мессершмиттов" стояли 30-миллиметровые пушки (их было не менее четырех), общая масса ракет и бомб, которые мог перевозить самолет, около полутора тысяч килограммов.
В ходе Второй мировой войны "Мессершмитты" уничтожили 150 самолетов. Потери немецкой авиации составили около 100 воздушных судов. Эксперты отмечают, что количество потерь могло бы быть намного меньше, если бы пилоты были лучше подготовлены к работе на принципиально новом летательном аппарате. К тому же имелись проблемы с двигателем, который быстро изнашивался и был ненадежен.
В годы Второй мировой войны выпустить свой первый самолет с реактивным двигателем стремились практически все противоборствующие страны. Японские авиаинженеры отличились тем, что первыми стали использовать жидкостно-реактивный двигатель в серийном производстве. Он применялся в японском пилотируемом самолете-снаряде, на котором летали камикадзе. С конца 1944 года до конца Второй мировой войны на вооружение японской армии поступило более 800 таких воздушных судов.
Так как этот самолет, по сути, был одноразовым - камикадзе сразу на нем разбивались, то и строили его по принципу "дешево и сердито". Носовую часть составлял деревянный планер, при взлете воздушное судно развивало скорость до 650 километров в час. Все за счет трех жидкостно-реактивных двигателей. Ни взлетных двигателей, ни шасси самолету не требовалось. Он обходился без них.
Японский самолет для камикадзе доставлялся до цели бомбардировщиком Ohka, после чего включались жидкостно-реактивные двигатели.
При этом сами японские инженеры и военные отмечали, что эффективность и производительность такой схемы была крайне низка. Сами бомбардировщики легко вычислялись с помощью локаторов, установленных на кораблях, входивших в состав американского военно-морского флота. Происходило это еще до того, как камикадзе успевали настроиться на цель. В конечном счете многие самолеты гибли еще на дальних подступах к конечной цели своего назначения. Причем сбивали как самолеты, в которых сидели камикадзе, так и бомбардировщики, которые их доставляли.
Со стороны Великобритании во Второй мировой войне принимал участие только один реактивный самолет - это Gloster Meteor. Свой первый боевой вылет он совершил в марте 1943 года.
На вооружение великобританских королевских военно-воздушных сил он поступил в середине 1944 года. Его серийное производство продолжалось до 1955-го. А на вооружении эти самолеты находились вплоть до 70-х годов. Всего с конвейера сошли около трех с половиной тысяч этих воздушных судов. Причем самых различных модификаций.
В период Второй мировой выпускались только две модификации истребителей, затем их количество увеличилось. Причем одна из модификаций была настолько секретной, что на территорию противника они не летали, чтобы в случае крушения не достаться авиационным инженерам врага.
В основном они занимались отражением авиационных атак немецких самолетов. Базировались они под Брюсселем в Бельгии. Однако с февраля 1945 года немецкая авиация забыла об атаках, сконцентрировавшись исключительно на оборонительном потенциале. Поэтому в последний год Второй мировой войны из 200 с лишним самолетов Global Meteor были потеряны только два. Причем это не стало следствием усилий немецких авиатором. Оба самолета столкнулись между собой при заходе на посадку. На аэродроме в то время была сильная облачность.
Британский самолет Global Meteor обладал завидными техническими характеристиками. Скорость реактивного самолета достигала почти 850 тысяч километров в час. Размах крыла больше 13 метров, взлетная масса около 6 с половиной тысяч килограммов. Взлетал самолет на высоту почти 13 с половиной километров, дальность полета при этом составляла более двух тысяч километров.
На вооружении британского самолета находились четыре 30-миллиметровые пушки, которые обладали высокой эффективностью.
Среди всех основных участников Второй мировой одними из последних реактивный самолет выпустили военно-воздушные силы США. Американская модель Lockheed F-80 попала на аэродромы Великобритании только в апреле 1945 года. За месяц до капитуляции немецких войск. Поэтому поучаствовать в боевых действиях он практически не успел.
Американцы активно применяли этот самолет через несколько лет во время войны в Корее. Именно в этой стране произошел первый в истории бой между двумя реактивными самолетами. С одной стороны был американский F-80, а с другой советский МиГ-15, который на тот момент был более современным, уже околозвуковым. Советский пилот одержал победу.
Всего на вооружение американской армии поступило более полутора тысяч таких самолетов.
Первый советский реактивный самолет сошел с конвейера в 1941 году. Его выпустили в рекордные сроки. 20 дней ушло на проектирование и еще месяц на производство. Сопло реактивного самолета выполняло функцию защиты его частей от излишнего нагрева.
Первый советский образец представлял собой деревянный планер, к которому были прикреплены жидкостно-реактивные двигатели. Когда началась Великая Отечественная война, все наработки были переброшены на Урал. Там начались экспериментальные вылеты и испытания. По замыслу конструкторов, самолет должен был развивать скорость до 900 километров в час. Однако, как только первый его испытатель Григорий Бахчиванджи приблизился к отметке в 800 километров в час, воздушное судно рухнуло. Летчик-испытатель погиб.
Окончательно доработать советскую модель реактивного самолета удалось только в 1945 году. Зато массовый выпуск начали сразу двух моделей - Як-15 и МиГ-9.
В сравнении технических характеристик двух машин принимал участие сам Иосиф Сталин. В результате было принято решение использовать Як-15, как учебное воздушное судно, а МиГ-9 поступил в распоряжение ВВС. За три года было выпущено более 600 МиГов. Однако вскоре самолет был снят с производства.
Основных причин было две. Разрабатывали его откровенно наспех, постоянно вносили изменения. К тому же сами пилоты относились к нему с подозрением. Чтобы освоить машину, требовалось много усилий, а ошибок в пилотаже допускать было категорически нельзя.
В результате в 1948 году на смену пришел усовершенствованный МиГ-15. Советский реактивный самолет летит со скоростью более 860 километров в час.
Самый известный реактивный пассажирский самолет, наряду с английским Concorde, - советский ТУ-144. Обе этих модели входили в разряд сверхзвуковых.
Советские самолеты поступили в производство в 1968 году. Звук реактивного самолета с тех пор стал часто раздаваться над советскими аэродромами.
www.syl.ru
В наше время вряд ли остался хоть один человек, не знающий о реактивных самолетах и не летавший на них. Но мало кому известно, какой тяжелый путь инженерам со всего мира пришлось пройти, чтобы достичь таких результатов. Еще меньше тех, кто точно знает, что представляют собой современные реактивные воздушные суда, как они работают. Реактивные самолеты – это усовершенствованные, мощнейшие пассажирские или военные суда, работающие посредством воздушно-реактивного двигателя. Главная особенность реактивного самолета – это его невероятная скорость, выгодно выделяющая двигательный механизм от устаревшего винтового.
Внешний вид реактивного самолета
На английском языке слово «реактивный» звучит как «jet». Услышав его, сразу появляются мысли, связанные с какой-либо реакцией, и это вовсе не окисление топлива, ведь такая система движения приемлема для автомобилей с карбюраторами. Что касается авиалайнеров и военных самолетов, то принцип их работы чем-то напоминает взлет ракеты: физическое тело реагирует на выбрасываемую мощную струю газа, в результате чего оно движется в противоположную сторону. Это и есть основной принцип работы реактивных самолетов. Также важную роль в работоспособности механизма, приводящего столь большую машину в движение, играют аэродинамические свойства, крыльевой профиль, разновидность двигателя (пульсирующий, прямоточный, жидкостный и т.д.), схема.
Поиск более мощного и скоростного двигателя для военных, а в дальнейшем и гражданских самолетов начался еще в далеком 1910 году. За основу были взяты ракетные исследования прошлых веков, где подробно рассказывалось о применении пороховых ускорителей, способных значительно сократить длину форсажа и разбега. Главным конструктором стал румынский инженер Анри Коанда, создавший летательный аппарат, работающий на основе поршневого двигателя.
Как выглядел первый реактивный аэроплан Анри Коанда
Что же отличало первый реактивный самолет 1910 года от стандартных моделей тех времен? Главным отличием было наличие лопастного компрессора, отвечающего за приведение летательного аппарата в движение. Аэроплан «Coanda» был хоть и первой, но очень неудачной попыткой создать самолет с реактивным двигателем. В ходе дальнейших испытаний аппарат сгорел, что подтвердило неработоспособность конструкции.
Последующие изучения выявили возможные причины неудачи:
Несмотря на полное фиаско, Анри Коанда утверждал, что именно ему принадлежат первые удачные задумки, касающиеся реактивного двигателя для самолетов. По факту же первые удачные модели были созданы непосредственно перед началом Второй Мировой Войны, в 30-40 годах XX века. Сделав работу над ошибками, инженеры из Германии, США, Англии, СССР создали летательные аппараты, которые никак не угрожали жизни пилота, а сама конструкция была выполнена из жаропрочной стали, благодаря чему корпус был надежно защищен от каких-либо разрушений.
Дополнительная информация. Первооткрывателем реактивного двигателя по праву можно назвать инженера из Англии – Фрэнка Уитла, который предложил первые идеи и получил на них свой патент в конце XIX века.
Впервые о разработке реактивного движка в России заговорили в начале XX столетия. Теорию о создании мощных аэропланов, способных развить сверхзвуковую скорость выдвинул известный российский ученый К.Э. Циолковский. Воплотить эту задумку в жизнь удалось талантливому конструктору А.М Люльке. Именно он спроектировал первый советский реактивный самолет, работающий посредством турбореактивного движка.
Строение и внешний вид первого турбореактивного двигателя ТР-1
Инженер поведал о том, что данная конструкция может развить невиданную для тех времен скорость до 900 км/ч. Несмотря на фантастичность предложения и неопытность молодого конструктора, инженеры СССР взялись за проект. Первый аэроплан был уже практически готов, но в 1941 году начались военные действия, вся команда конструкторов, в том числе и Архип Михайлович, были вынуждены начать работу над танковыми двигателями. Само же бюро со всеми авиационными наработками было вывезено вглубь СССР.
К счастью, А.М.Люлька был не единственным инженером, мечтавшим создать самолет с реактивным авиационным двигателем. Новые идеи о создании истребителя-перехватчика, полет которого обеспечивался бы жидкостным типом движка, предложили конструкторы А.Я.Березняк и А.М.Исаев, работающие в инженерском бюро имени Болховитинова. Проект был одобрен, поэтому разработчики вскоре стали работать над созданием истребителя «БИ-1», который, несмотря на войну, был построен. Первые испытания над ракетным истребителем начались 15 мая 1942 года, за его штурвалом был смелый и отважный летчик-испытатель Е.Я.Бахчиванджи. Тесты удались, но продолжались еще на протяжении последующего года. Продемонстрировав максимальную скорость в 800 км/ч, летательный аппарат стал неуправляемым и потерпел крушение. Произошло это в конце 1943 года. Пилоту выжить не удалось, а испытания были остановлены. В это время страны третьего рейха активно занимались наработками и подняли в воздух не одно воздушно-реактивное судно, поэтому СССР на воздушном фронте сильно проигрывал и оказался совсем неподготовленным.
Первые реактивные самолеты были разработаны немецкими инженерами. Создание проектов и производство проводились тайно на замаскированных заводах, расположенных в глубоких лесных чащах, поэтому такое открытие стало для мира, в некотором роде, неожиданностью. Гитлер мечтал стать мировым правителем, поэтому подключал лучших конструкторов Германии для создания мощнейшего оружия, в том числе и скоростных реактивных самолетов. Были, конечно, как провалы, так и удачные проекты.
Самым успешным из них стал первый немецкий реактивный самолет «Messer-schmitt Ме-262» (Мессершмит-262), который называли также «Штурмфогель».
Первый немецкий реактивный самолет «Messer-schmitt Ме-262»
Этот летательный аппарат стал первым в мире, который удачно прошел все испытания, свободно поднялся в воздух и начал после этого выпускаться серийно. Великий «сокрушитель врагов третьего рейха» имел следующие особенности:
Благодаря всем этим показателям и конструктивным особенностям первый реактивный летательный аппарат «Мессершмит-262» выступал эффективным средством борьбы против самолетов союзников, высотными «Б-17», получившими прозвище «летающие крепости». Штурмофогели были более скоростными, поэтому вели «свободную охоту» на самолеты СССР, которые оснащались поршневыми движками.
Интересный факт. Адольф Гитлер был настолько фанатичен в своем желании всемирного господства, что собственными руками снизил эффективность самолета «Messer-schmitt Ме-262». Дело в том, что конструкция изначально проектировалась как истребитель, но по указанию правителя Германии, он был переоборудован в бомбардировщик, из-за этого мощность двигателя не была раскрыта в полной мере.
Такой ход действий совершенно не устраивал советские власти, поэтому они начали работать над созданием новых моделей самолетов, которые могли бы конкурировать с немецкими аппаратами. За работу принялись самые талантливые инженеры А.И.Микоян и П.О.Сухой. Основная задумка заключалась в добавлении дополнительного поршневого мотора К.В.Холщевникова, который придавал бы в нужный момент истребителю ускорение. Движок не был слишком мощным, поэтому работал не более 5 минут, из-за этого его функцией было – ускорение, а не постоянная работа на протяжении всего полета.
Новые творения российского самолетостроения не смогли помочь разрешению войны. Несмотря на это сверхмощные немецкие самолеты «Ме-262» не помогли Гитлеру обернуть ход военных событий в свою пользу. Советские летчики продемонстрировали свое мастерство и победу над врагом даже с обычными поршневыми судами. В послевоенное время российскими конструкторами были созданы следующие реактивные самолеты СССР, ставшие в дальнейшем прототипами современных авиалайнеров:
Первое фото истребителя «И-250»
Как выглядел легендарный двухмоторный самолет «Су-9»
Фактически, Сухой «проиграл» конкурентам. Хотя, проигрышем это назвать тяжело, ведь его модель истребителя была признана, а за это время он смог практически закончить работу над новым, более современным проектом – «СУ-11», который стал настоящей легендой истории самолетостроения и прототипом мощных авиалайнеров современности.
Интересный факт. На самом деле, реактивный самолет «СУ-9» тяжело было назвать простым истребителем. Конструкторы между собой прозвали его «тяжелым», потому что пушечное и бомбовое вооружение летательного аппарата было на довольно высоком уровне. Принято считать, что именно «СУ-9» был прототипом современных истребителей-бомбардировщиков. За все время было изготовлено приблизительно 1100 единиц техники, при этом она не экспортировалась. Не раз легендарный «Сухой Девятый» использовался для перехвата в воздухе разведывательных самолетов. Впервые это произошло в 1960 году, когда в воздушное пространство СССР ворвались аэропланы «LockheedU-2».
Разработкой, тестированием новых авиалайнеров и их производством занимались не только немцы и советские конструкторы. Инженерами США, Италии, Японии, Великобритании также было создано немало успешных проектов, о которых нельзя не упомянуть. К числу первых наработок с различными типами двигателей можно отнести:
Внешний вид первых американских двухмоторных истребителей
Этот список можно продолжать бесконечно, с каждым годом авиалайнеры совершенствуются, ведь конструкторы со всего мира работают над тем, чтобы создавать летательные аппараты нового поколения, способные летать со скоростью звука.
Сейчас существуют лайнеры, способные вмещать в себе большое количество пассажиров и грузов, обладающие огромными размерами и невообразимой скоростью свыше 3000 км/час, оборудованные современной боевой экипировкой. Но есть несколько поистине удивительных конструкций; в число реактивных самолетов-рекордсменов входят:
Самый крупный пассажирский лайнер в воздухе
Благодаря современным инновационным разработкам пассажиры могут добраться из одной точки света в другую всего за несколько часов, быстро доставляются хрупкие грузы, требующие оперативной транспортировки, обеспечивается надежная военная база. Авиационные исследования не стоят на месте, потому как реактивные самолеты – это основа стремительно развивающейся современной авиации. Сейчас проектируется несколько западных и российских пилотируемых, пассажирских, беспилотных авиалайнеров с реактивными двигателями, выпуск которых запланирован на ближайшие несколько лет. К российским инновационным разработкам будущего можно отнести истребитель 5-го поколения ПАК ФА «Т-50», первые экземпляры которого поступят в войска предположительно в конце 2017 или начале 2018 года после испытания нового реактивного двигателя.
aviationtoday.ru
6. Самолеты с воздушно-реактивными двигателями компрессорного типа
Особенностью конструкции мотокомпрессорного воздушно-реактивного двигателя, или, как его часто называют, ВРДК (воздушно-реактивный двигатель компрессорного типа), является использование поршневого двигателя в качестве привода его компрессора. Из компрессора сжатый воздух подается в камеру сгорания, где и происходит сжигание подаваемого туда топлива, продукты же сгорания истекают через реактивное сопло, создавая тягу. Идея создания ВРДК возникла в первом десятилетии ХХ в. Практически одновременно и независимо друг от друга ее развивали Рене Лорен, Анри Коанда и Александр Горохов.
Француз Рене Лорен в 1908 г. опубликовал в авиационном журнале «Аэрофиль» несколько статей о проекте реактивного летательного аппарата, в качестве силовой установки которого использовался шестицилиндровый поршневой двигатель. Техническое решение заключалось в том, каждый цилиндр двигателя снабжался выхлопным реактивным соплом. Предполагалось, что тяга силовой установки будет создаваться серией последовательных выхлопов двигателя.
Русский инженер А. Горохов в своей статье «Механический полет будущего», опубликованной в 1911 г., изложил результаты своих исследований по созданию летательного аппарата с ВРДК. Корпус аппарата, в котором могли размещаться три человека, имел обтекаемую форму с хвостовым оперением, игравшим роль рулей высоты и направления, и оснащался двигателем. Двигатель состоял из двух симметрично расположенных камер сгорания, в которые двумя компрессорами нагнетался воздух, а специальным насосом – топливо (бензин, спирт или керосин). Скорость аппарата, по расчетам автора, должна была составить более 350 км/ч.
Существует весьма распространенное мнение о том, что одним из изобретателей ВРДК был румын Анри Коанда, который в 1910 г. в мастерской Джованни Капрони построил самолет Coanda-1910, а впоследствии демонстрировал его на Втором воздухоплавательном салоне в Париже. Самолет должен был приводиться в движение за счет всасывания воздуха на входе в компрессор и создания потока воздуха на выходе из двигателя. Коанда запатентовал эту технологию во Франции в 1910 г., а также в Великобритании и Швейцарии в 1911 г., однако самолет оказался неспособным к полету.
Внимательное изучение конструкции его самолета позволяет сделать вывод о том, что двигатель А. Коанды не являтся ВРДК в классическом виде. В нем радиальный компрессор приводился во вращение с помощью зубчатой передачи от обычного бензинового поршневого двигателя мощностью 50 л. с. На выходе из компрессора воздух слегка подогревался теплом отработанных газов поршневого двигателя, что позволяло компенсировать его охлаждение при расширении на выходе из сопла. Однако первоначально Коанда не предусматривал установку в двигатель камеры сгорания. На это указывает и расположение двигателя в носовой части деревянного фюзеляжа перед открытой кабиной летчика. Если бы на двигателе предусматривалась система дожигания в воздушном потоке за компрессором, то при включении двигателя самолет и летчик были бы моментально уничтожены мощным факелом горящего топлива.
Для сравнения: реактивные самолеты реданной схемы, у которых реактивная струя двигателя касалась обшивки, например МиГ-9 и Як-15, имели цельнометаллическую конструкцию и дополнительную тепловую защиту в виде листов из жаростойких сплавов, а воздействие горячих газов на пилота было полностью исключено взаимным расположением кабины и двигателей. Именно по этой причине не пошел далее стадии проектирования немецкий самолет Fw 190 TL, у которого реактивный двигатель был расположен в носовой части фюзеляжа перед кабиной летчика, а продукты горения истекали из двигателя по поверхности фюзеляжа, обтекая сбоку и снизу кабину пилота. Вопросы защиты кабины летчика и фюзеляжного топливного бака от реактивной струи двигателя не были решены, это предопределило судьбу проекта.
В 1917 г. француз Мориз представил проект двигательной установки для самолетов, в составе которой были воздушный компрессор, топливные форсунки и камера сгорания с выхлопным соплом. Однако осуществить свою идею на практике Мориз не сумел.
В 1926 г. немец Людгер Фольперт начал свои попытки разработать мотокомпрессорный двигатель для самолета, создающий реактивную тягу только за счет воздушной струи (без дополнительного сжигания топлива). Фактически, эти работы стали попытками совершенствовать двигатель Коанды. Работая в Гамбурге, Фольперт разработал и испытал 11 вариантов двигателя, после чего приступил к постройке самолета для проверки эффективности своего изобретения. Первые испытания самолета состоялись в июне 1931 г., однако при разбеге он смог развить скорость всего лишь 18 км/ч. В результате дальнейших многочисленных доработок самолет смог совершать подлеты высотой два-три десятка сантиметров. Вскоре Фольперт построил еще два самолета, но и эти конструкции оказались неудачными. Двигатели такой же концепции разрабатывались на фирме «Хейнкель» в 1939–1942 гг. (HeS 50 и HeS 60), но дальнейшего развития эти работы не получили.
Итальянец Л. Стипа во второй половине 1920-х гг., так же как и Л. Фольперт, работал над усовершенствованием двигателя Коанда, в 1932–1933 гг. в исследовательском центре итальянских ВВС успешно летал его самолет C.S. С 1931 г. проблемой создания ВРДК заинтересовался итальянский инженер Секондо Кампини. В начале февраля 1934 г. его фирма получила заказ от итальянских ВВС на разработку и постройку самолета с ВРДК. 27 августа 1940 г. первый в мире самолет с ВРДК конструкции С. Кампини под обозначением CC.2/N.1 совершил свой первый полет.
В Советском Союзе с 1931 г. профессор А.В. Квасников в Московском авиационном институте (МАИ) занимался разработкой теории сложных силовых установок различных схем. В частности, им были изучены процессы в прототипах ВРДК, имевших в своем составе поршневой двигатель, компрессор, газовую турбину и реактивный патрубок (сопло) постоянного давления. В одной из схем применялось дополнительное сжигание топлива перед реактивным соплом. А.В. Квасниковым была получена формула для определения эффективной мощности на валу воздушного винта ВРДК в зависимости от параметров режимов работы каждого из его агрегатов.
Кстати сказать, хотя заслуги А.В. Квасникова в области авиационной науки широко известны и общепризнанны, однако мало кто знает, что он во время Первой мировой войны одним из первых в России разработал конструкцию пусковой ракетной установки для самолета и применил ракетное оружие в боевых условиях. В середине августа 1917 г. прапорщик А.В. Квасников на своем оборудованном пусковой установкой самолете «Ньюпор-17» вылетел на боевое задание с целью уничтожения немецкого привязного аэростата, с которого корректировался огонь вражеской артиллерии и велось наблюдение за перемещениями частей русской армии. Линию фронта он перелетел на большой высоте, после обнаружения цели выключил двигатель и ввел самолет в пикирование. Когда до цели оставалось меньше ста метров, летчик произвел первый залп двумя ракетами, но ракеты прошли мимо цели. Подкорректировав траекторию самолета, он произвел второй залп: вторая пара ракет попала в аэростат. Оболочка аэростата сначала загорелась в местах попадания ракет, затем вспыхнула вся, после чего горящий аэростат упал на землю, где и продолжал догорать. Возвращаться на свой аэродром пришлось под сильным огнем зенитной артиллерии противника. Так состоялось первое в России боевое применение ракет класса «воздух – воздух».
В 1941–1943 гг. работы по ВРДК велись в Центральном институте авиационных моторов (ЦИАМ), а в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) под научным руководством профессора Г.Н. Абрамовича было разработано несколько проектов самолетов с ВРДК, в том числе однодвигательный самолет С-1ВРДК-1 и двухдвигательный самолет С-2ВРДК-1. Авиационные ОКБ разработали проекты Су-ВРДК, Як-9ВРДК и Ла-5ВРДК. Однако ни один из этих проектов не реализовывался. Параллельно разрабатывались проекты самолетов с винтомоторной силовой установкой и дополнительным ВРДК – истребители Су-5 (И-107) и МиГ-13 (И-250, в 1948–1950 гг. состоял на вооружении советских ВВС).
Японская авиапромышленность летом 1945 г. выпустила небольшую партию самолетов МХY7 «Ока», предназначенных для летчиков-камикадзе, однако окончание войны прекратило все работы в этом направлении.
В Англии во время войны проводились исследования модификации ВРДК с приводом компрессора от турбины, которая, в свою очередь, приводилась во вращение от ЖРД. Но эта модификация дальнейшего развития не получила.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
history.wikireading.ru
Двигатели, использующие реакцию втекающего и истекающего окружающего газа, называются реактивными. Этот же окружающий газ может применяться и как основное ТРТ при Организации термодинамических процессов в таком двигателе, как источник энергии (окислитель). Реактивный двигатель, использующий атмосферу Земли, называется воздушно-реактивным двигателем (ВРД).
Надутый воздухом детский воздушный шарик представляет собой простейшую модель ВРД и даже ЛА с ВРД, поскольку летает под действием силы реакции Ra истекающего воздуха или силы тяги
Ra = maWa, Н-
где т а — секундный расход массы воздуха через реактивное сопло, кг/с, a w а — скорость его истечения, м/с.
Другой пример, который воспроизвести будет не так просто: оснастим тот же воздушный шарик своеобразным энергетическим источником — сжатой пружиной, которая смогла бы очень быстро растянуть его, увеличив объем и была бы достаточно легкой. Шарик снова полетит, но теперь уже не за счет реакции истекающего воздуха, а за счет реакции воздуха, втекающего в шарик:
RB=mBW*’ Н-
где т — секундный расход, кг/с, aw, — скорость втекающей массы, м/с.
Работающий на стенде, то есть неподвижный ВРД, использует для создания тяги и ту и другую реакции; главное суметь эффективно организовать термодинамический процесс работы такого ВРД. При полете ВРД со скоростью w н в составе ЛА реакция захватывающего (а не всасываемого) воздуха будет отрицательной, то есть превратиться в сопротивление движению.
= Н>
поскольку воздух, попавший в двигатель, был неподвижен, а налетевший на него ВРД этот воздух ускорил до собственной скорости w и. Правильнее было бы учитывать и скорость всасывания
Н-
но этого на практике не делается из-за ее малости
Существо процесса функционирования ВРД заключается в получении возможно более высокой скорости истечения w а, поскольку именно она определяет результирующую реактивную тягу:
R = Ra-Rx = maWa~m^H.
Расход истекающей массы т а больше m н на величину расхода
горючего, поданного в двигатель, но это превышение невелико, что и дает нам праао полагать
Сказанное позволяет понять, почему в случае применения ВРД не говорят о движителях, ибо движителем является сам ВРД. Более того, поршневой двигатель с гребным воздушным винтом — это тоже своеобразный ВРД, его частный случай, как, впрочем, и паровой двигатель с тем же воздушным винтом. Морские паруса, приводящие в движение суда и некоторые типы аэростатов — это тоже ВРД, как и парашюты и крыло самолета. Но парашют создает тормозную силу, а крыло — подъемную, уравновешивающую вес самолета. Естественно, что обе эти силы — реактивные, то есть действующие на парашют и крыло реакции заторможенного, разогнанного или отклоненного в нужную сторону воздуха. А может ли крыло создавать и подъемную и толкающую силу? Конечної Лучше всего это удается при сверхзвуковом полете (рис. 25), но возможно и на дозвуке, когда с помощью выбора геометрии или небольшого щитка, т е. интерцептора, создается срывная область 4, в которую либо вдувают газ, либо подают горючее 3 и организуют
(это также задача теплофизиков) его сгорание. Скачки уплотнения (2), возникающие на передней кромке крыла (1) на сверхзвуке существенно улучшают эффективность процесса На задней кромке возникает избыточное давление и создается тем самым реактивная толкающая крыло вперед сила тяги.
Классификации ВРД сложны и многообразны, однако наибольшей популярностью пользуются разделение двигателей по принципу их действия: прямоточный, пульсирующий, турбореактивный, турбопоршневой, эжекторно-поршневой и т. д. Другие классификации используют высотно-скоростные диапазоны оптимальной
применимости ВРД, третьи — их экономические характеристики и т. д.
Основоположником термодинамической теории ВРД является наш соотечественник, академик Б. С. Стечкин (1891-1969), опубликовавший в 1929 г. в журнале «Техника воздушного флота» свою классическую работу «Теория воздушно-реактивного двигателя».
Рассмотрим особенности работы наиболее распространенных типов ВРД.
Прямоточный ВРД, или ПВРД — это собирательное название целого ряда двигателей, не имеющих механически-движущихся частей и работающих по изобарному термодинамическому циклу полного расширения (рис.26). К их числу относятся: дозвуковые ПВРД (скорость полета 0,6…0,9 М, где М — отношение скорости полета к скорости звука), сверхзвуковые ПВРД или СПВРД (0,9…5 М), гиперзвуковые ПВРД или ГПВРД с дозвуковым горением (5…7 М) и со сверхзвуковым горением (скорость потока больше местной скорости звука) в камере сгорания или на внешней поверхности ЛА (7… 12 М), с детонационным горением или горением на детонационной волне (12…20 М), супергиперзвуковые ПВРД или СГПВРД, предназначенные для полетов в верхних слоях атмосферы (скорость полета 28 М или до 8000 м/с), в межпланетном пространстве (скорость до 105 м/с) и в межзвездном пространстве (скорость до 3 108 м/с).
Естественно, что обычные химические источники энергии для СГПВРД не годятся, а требуется применение ядерной, термоядерной или аннигиляционной энергии, а также особых массозаборных устройств, способных "всасывать" в двигатель оче’нь разряженную «межзвездную пыль» с огромных пространств. Классификация реактивных двигателей и области их применения приведены на рис.27.
Принцип работы СПВРД ясен из рис.26. Набегающий поток воздуха предварительно тормозится в системе косых скачков уплотнения, формируемых иглой массозаборника 1. При этом скорость воздуха снижается, а давление возрастает. Затем воздух далее тормозится в дозвуковой части массозаборника и проходит через выравнивающую поток решетку или хонейкомб и попадает на стабилизаторы горения 4, расположенные уже в камере сгорания 2. Топливо распиливается с помощью форсунок 3 н поджигается электрической свечой. Поддержание пламени происходит за счет возвратной циркуляции горячих газов за плохо обтекаемыми стабилизаторами.
|
|
Горячие газы снова и снова поджигают топливно-воздушную смесь. Камера сгорания — это одно из сложнейших устройств. Тепловое и гидравлическое сопротивления в ней должны быть минимальны, а полнота сгорания — максимальная при весьма ограниченных продольных размерах, иначе возрастает масса двигателя. Но самое трудное — обеспечить заданный ресурс работы особенно для многоразовых двигателей. После камеры сгорания горячий газ поступает в сверхзвуковое сопло Лаваля 5, обеспечивая скорость истечения, превышающую скорость захвата воздуха и создавая тем самым реактивную тягу.
Пульсирующий ВРД нли ПуВРД (рис.28, а) работает по циклу Ленуара (рис.28, б). В отличие от ПВРД, который не может развивать тягу при нулевой скорости полета и требует разгона посторонними источниками тяги, Пу ВРД устойчиво работает в стендовых условиях. Сжатый в массозаборнике 2 воздух 1 проходит через клапанную решетку 3 и вместе с горючим поступает в камеру сгорания 6, где быстро (по изохоре) сгорает после воспламенения от свечи 5, повышая при этом давление в камере сгорания, запирающее решетку 3. Истекая через сопло 7 и удлиненный резонансный канал 8, горячий воздух в силу инерции истечения понижает давление в ка-
| |
 | |
 | |
 | |
|
мере сгорания, благодаря чему вновь открываются впускные клапана, н цикл повторяется.
Как известно, Германия во второй Мировой войне, начиная с июня 1944 г. применяла самолет-снаряд (название не соответствует современной терминологии) Фау-1’против Великобритании. Тяга ПуВРД фирмы «Аргус» составляла 3285 Н. Дальность полета ЛА доходила до 370 км, а его скорость — до 550 км/ч.
Известны случаи применения ПуВРД и ПВРД в качестве концевых двигателей на лопастях вертолетов, и на самолетах-мишенях, в малой авиации (авиамодельный спорт). Разновидностью ПуВРД являются бесклапанные резонансные или волновые двигатели, у которых массозаборник выполнен в виде загнутой назад второй резонансной трубы.
Турбореактивный ВРД или ТРД отличается от ПВРД наличием турбокомпрессора, то есть насаженных на один вал турбины и компрессора (рис.29). При этом термодинамический цикл работы остается таким же, как у ПВРД, но основное сжатие захватываемого двигателем воздуха происходит не в диффузоре 1, а в компрессоре 2, а расширение газа после камеры сгорания 3 — не только в сопловом устройстве 5, но и в турбине 4. Мощность турбины рассчитывается таким образом, чтобы ее хватило на привод компрессора. А если ТРД служит для привода воздушного винта самолета или несущего винта вертолета, то мощность турбины увеличивается в расчете на привод этих винтов. Такой двигатель называется турбовинтовым или ТВД. Он в целом напоминает винтомоторную установку с поршневым двигателем, однако отличается от нее более высокими характеристиками. В целом именно ТРД «сделали дюгоду» в авиации: позволили ей перейти звуковой барьер (рис. 30). Классификация современных ТРД включает, кроме двигателей приведенной классической схемы, целую серию дозвуковых ТВД (турбовинтовой и турбовентиляторный двигатель с воздушным винтом, расположенным в кольце или в контуре двигателя, это необходимо для уменьшения уровня шума самолета, а также турбовалъный двигатель, применяемый для привода несущих винтов вертолета). Дозвуковая авиация снабжена также большим количеством двухконтурных ТРД или ТРДД, имеющих различные конструктивные особенности. Чем меньше расчетная скорость полета, тем более выгодна большая степень двухконтурности. В отличие от ТВД с вентилятором воздушный или внешний контур такого двигателя может иметь свою камеру сгорания, регулируемое сопло, выполненное совместно с соплом центрального контура по оптимальной эжекторной схеме, и другие элементы. Внешний контур может представлять собой многорежимный ПВРД либо ПВРД с вентилятором и т. д. Использование расположенной за турбиной классического ТРД форсажной камеры, напоминающей камеру сгорания ПВРД, дает название новому классу двигателей — ТРД с форсажем или ТРДФ (рис.31), широко применяемых на современных сверхзвуковых самолетах. ТРДФ (как и другие ТРД) может иметь и двухзальную схему, то есть иметь два соосных турбокомпрессора, вращающихся в разные стороны для уменьшения кориолисовых нагрузок при маневрах самолета и позволяющих получить более оптимальные термодинамические параметры. Такие двигатели называются ТРДФД. Важным элементом любого ТРД является сопло — особенно регулируемое, то есть изменяющее свою геометрию. Такое сопло может изменять площади критического и выходного сечений, направлять часть потока вперед по ходу движения самолета, создавая тормозящее усилие (используется после посадки наряду с реверсом винтов), отклонять весь поток газа вниз при взлете с целью создания подъемной силы для ЛА ВВП. Созданы и специальные подъемно-маршевые ТРД или ПМТРД для таких ЛА. Конкурирующим направлением является создание подъемных ТРД или ПТРД, устанавливаемых на ЛА вертикально, имеющих небольшие габариты, а главное -1— низкие значения удельного веса (отношение веса двигателя к его тяге). На рис. 32 показаны диапазоны применения ВРД (1-ПТРД. 2-ТВД, 3- ТРДД, 4-ТРД, 5-ТРДФД, 6-СПВРД, РТД РПД, 7-ГПВРД, ЖРД, а на рис.33 — внешние виды наиболее характерных ТРД: а — ТРДД Д-
36; б — силовая установка вертолета Ми-8 с ТВД ТВ2-117А; в __
подъемно-маршевый ТРД Р27В-300; г — ТРД АМТКРД-01; д — турбовинтовой двигатель АИ-20).
Основной теплофизической проблемой улучшения характеристик ТРД является повышение температуры газа Тр перед турби-
шах
ной, так как и удельный вес ур двигателя (а) как маршевого 1, так и
подъемного 2, и удельный расход топлива С (б) зависят именно
уд о
от этой температуры (в): 3 — неохлаждаемые; 4 — охлаждаемые; 5 — экспериментальные турбины (рис. 34).
 |
|
|
ooobskspetsavia.ru
Cтраница 1
Авиационные реактивные двигатели должны изготовляться из материалов, способных обеспечивать необходимую прочность и при еще более высоких ( - 800 С) температурах. Высокие температуры необходимы и для обеспечения достаточно эффективной работы ряда энергетических установок. Многие детали и узлы в таких ма-шинах и установках должны работать при этих температурах под воздействием иногда достаточно значительных напряжений в течение длительного времени. Так, ресурс работы авиационных двигателей обычно исчисляется сотнями часов, транспортные энергетические ( например, корабельные) установки рассчитываются на эксплуатацию в течение нескольких тысяч и даже десятков тысяч часов. [1]
В современных авиационных реактивных двигателях воздух, поддерживающий сгорание топлива, нагнетается специальными насосами. Насос приводится в движение турбиной, действующей за счет струи газа, вытекающего из камеры сгорания. Реактивное действие струи создает полезную тягу двигателя. Такой двигатель носит название турбореактивного. Авиационный турбореактивный двигатель отличается от простого реактивного двигателя, употребляемого на ракете, тем, что в нем для сгорания топлива используется кислород атмосферного воздуха, а не окислитель, который наряду с горючим несет в своих баках ракета. Благодаря этому общая масса горючего для турбореактивного двигателя значительно меньше, чем для реактивного. Это преимущество турбореактивного двигателя делает его более пригодным для самолетов, чем простой реактивный двигатель. Однако, турбореактивный двигатель не может работать на очень больших высотах, где плотность атмосферы слишком мала. Он не пригоден для полетов, выходящих за пределы земной атмосферы. [2]
Для смазывания авиационных реактивных двигателей применяют смеси сложных эфиров дикарбоновых кислот на базе адипиновой, азелаиновой и себациновой кислот, а также смеси эфиров пентаэритрита и триметилолпропана. Результаты эмиссионного анализа для этих компонентов могут расходиться в 2 5 раза. С увеличением молекулярной массы сигнал уменьшается. Исследовано влияние трикр езилфосфата, диоктилдифе-ниламина и фенил-а-нафтиламина при концентрации их до 5 %; 2 % трикрезилфосфата повышают сигнал почти в 2 раза, а две другие присадки, наоборот, ослабляют сигнал. [3]
Надежная работа авиационных реактивных двигателей во многом зависит от физических свойств топлив. Большое влияние на эксплуатационные характеристики двигателей оказывают такие физические свойства топлив, как вязкость, фракционный состав, упругость насыщенных паров, плотность, поверхностное натяжение. [4]
Топливо для авиационных реактивных двигателей подразделяется на две основные группы: для самолетов с дозвуковой и со сверхзвуковой скоростью полета. В условиях сверхзвуковой скорости применяют топлива помышенной плотности и достаточно высокой теплоты сгорания, чтобы можно было обеспечить высокую мощность двигателя и дальность полета. Чем больше скорость, тем топливо нагревается сильнее. Например, при скорости в 3 раза большей скорости звука ( 3 маха) температура топлива может повыситься до 330 С. [5]
В процессе эксплуатации некоторых авиационных реактивных двигателей происходит разрушение поверхности задней цапфы ротора компрессора в местах посадки шарикоподшипников ( фиг. [6]
Ниобиевые жаропрочные сплавы используют в авиационных реактивных двигателях для изготовления турбинных дисков н неохлаждае - мых турбинных лопаток взамен охлаждаемых. Кроме того, ниобий применяют для обшивки кромок крыльев и стабилизаторов в сверхзвуковых самолетах, а также для изготовления различных деталей и узлов, работающих при высоких температурах. [7]
На длинном горизонтальном участке полигона испытываются ракетные и авиационные реактивные двигатели. Тележка с ракетным двигателем, стартуя с места, начала двигаться с постоянным ускорением, пока не выгорело все горючее, а потом она продолжала двигаться с постоянной скоростью. Горючее, как оказалось, кончилось ровно посередине отмеренного расстояния. Затем из той же начальной точки начала разгоняться тележка с авиационным реактивным двигателем, которая прошла с постоянным ускорением все расстояние. [8]
Настоящий стандарт распространяется на топливо для авиационных реактивных двигателей и устанавливает метод определения коррозионной активности на электролитическую медь и бронзу ВБ 23 НЦ. [9]
Настоящий стандарт распространяется на топливо для авиационных реактивных двигателей и устанавливает метод определения коррозионной активности на медь марок МОк и Ml и бронзу марки ВБ 23 НЦ. [10]
В настоящее время уделяется огромное внимание совершенствованию авиационных реактивных двигателей. [12]
Из высокоогнеупорных окислов изготовляют различные детали для авиационных реактивных двигателей как газотурбинных, так и ракетных2, для конструирования атомных реакторов, использующих энергию для мирных целей. Керамические материалы применяют при постройке ядерных реакторов в качестве замедлителей нейтронов, в этом случае необходимо, чтобы они имели малый атомный вес и низкое поперечное сечение захвата нейтронов ( коэффициент, пропорциональный рассеянию нейтронов в веществе), тепловых элементов, нагревающихся при протекамии ядерных реакций, и как отражатели. [13]
Благодаря применению газовых турбин как основного элемента авиационных реактивных двигателей были решены вопросы достижения больших скоростей полета; близких к звуковым и сверхзвуковым скоростям, значительной грузоподъемности и большой высоты полета самолетов различного назначения. [14]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Термин «реактивные двигатели» применяется к четырем основным типам авиационных реактивных двигателей: газотурбинным, ракетным, пульсирующим воздушно-реактивным и прямоточным воздушно-реактивным. В данном разделе приведены общие сведения о принципе работы всех четырех типов двигателей и даны примеры их применения.
Принцип действия реактивного двигателя можно понять, если рассмотреть работу пожарного брандспойта. Вода под давлением подается по шлангу к брандспойту и истекает из него. Внутреннее сечение наконечника брандспойта сужается к концу, в связи с чем струя вытекающей воды имеет большую скорость, чем в шланге. Сила реакции, или обратного давления, которую ощущает пожарник, направляющий брандспойт, является прямым следствием возрастания скорости движения струи воды. Эта сила давления, или тяга, настолько велика, что пожарник должен напрягать свои силы, чтобы удерживать брандспойт в требуемом направлении. Сила реакции действует в обратную сторону по отношению к направлению истечения воды и не зависит от того, что происходит со струей воды после ее истечения из наконечника. Сила реакции остается неизменной независимо от того, истекает ли струя в воздух, не встречая преград, или же направлена на стену, то есть струя воды после истечения не оказывает какого-либо давления на брандспойт.
Этот принцип можно применить теперь к авиационному реактивному двигателю. Рассмотрим трубу с открытыми концами, установленную на движущемся самолете. Допустим, передняя часть трубы, в которую поступает воздух вследствие движения самолета, имеет расширяющееся внутреннее поперечное сечение. Вследствие расширения трубы скорость поступившего в нее воздуха снижается, а давление соответственно увеличивается. Допустим далее, что в расширенной части трубы в поток воздуха впрыскивается и сжигается горючее. Эту часть трубы можно назвать камерой сгорания. Тепловая энергия, выделившаяся за счет сгорания топлива, повышает общую энергию воздушного потока или, точнее говоря, потока газов, представляющих собой смесь воздуха с продуктами сгорания топлива. Затем газы вытекают в атмосферу через сужающееся реактивное сопло с обратной стороны нашей трубы. Вследствие того что энергия газов значительно повысилась, скорость их истечения из заднего конца трубы существенно превышает скорость воздуха, входящего через передний конец трубы. Другими словами, скорость потока газов увеличивается, и он — подобно струе воды в наконечнике брандспойта — создает реактивную силу тяги. Эта сила тяги используется для толкания самолета вперед.
Схема двухконтурного турбореактивного двигателя с двухкаскадным компрессоромДвигатель, работающий по описанной выше схеме, называется прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Нетрудно видеть, что такой двигатель может работать только в том случае, если он движется в воздухе со значительной скоростью, обеспечивающей поступление количества воздуха, достаточного для сжигания впрыскиваемого горючего и создания тем самым необходимой силы тяги. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель не может быть приведен в действие, если он не находится в движении.
Очевидно, что прямоточный воздушно-реактивный двигатель не может широко применяться в качестве силовой установки для самолетов. Самолете таким двигателем должен или запускаться с другого самолета, или же осуществлять взлет и разгон с помощью специального стартового двигателя. Однако прямоточный воздушно-реактивный двигатель вследствие простоты конструкции, дешевизны производства и небольших размеров может найти широкое применение в качестве основной силовой установки для управляемых реактивных снарядов, которые запускаются с пусковых установок с помощью сбрасываемых стартовых двигателей.
Схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателяПульсирующий воздушно-реактивный двигатель не обладает указанным выше недостатком, присущим прямоточному двигателю. Пульсирующий двигатель отличается от прямоточного двигателя наличием воздушных клапанов на входе в камеру сгорания. Горючее в пульсирующем двигателе, так же как и в прямоточном, впрыскивается в камеру сгорания и там сжигается. Продукты сгорания вытекают через реактивнее сопло в атмосферу. Выходу газов вперед препятствуют воздушные клапаны. После истечения газов из камеры сгорания в ней создается разрежение, и воздушные клапаны под действием напора наружного воздуха открываются. В камеру сгорания поступает новая порция свежего воздуха, причем при работе двигателя без движения часть воздуха может поступать и через задний конец трубы, являющийся выхлопным соплом. Когда давление в камере и давление наружного воздуха выравниваются, клапаны закрываются, горючее впрыскивается и поджигается, и весь цикл повторяется снова. В существующих пульсирующих двигателях циклы работы повторяются с большой частотой. Так, например, пульсирующий двигатель «Аргус», применявшийся на немецком самолете-снаряде Fi-103 (Фау-1) работал с частотой 2800 циклов в минуту.
В пульсирующем воздушно-реактивном двигателе, так же как и в прямоточном, реактивная тяга создается за счет того, что тепловая энергия, сообщенная воздуху и продуктам сгорания, заставляет их вытекать через сужающееся реактивное сопло со скоростью, значительно превышающей скорость воздуха, поступающего в двигатель. Если самолет или снаряд движется с достаточной скоростью, то возможность поступления воздуха в камеру сгорания через сопло исключается.
Интересной разновидностью пульсирующих воздушно-реактивных двигателей являются некоторые французские двигатели, у которых входная часть профилирована таким образом, что отсутствует необходимость установки специальных механических воздушных клапанов. У этих двигателей входная часть представляет собой так называемый «аэродинамический клапан», позволяющий воздуху свободно поступать в двигатель, но препятствующий выходу в обратном направлении.
ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Прямоточные и пульсирующие воздушно-реактивные двигатели, принцип действия которых в интересах сохранения логической последовательности был изложен вначале, нашли лишь ограниченное применение в качестве авиационных силовых установок. Наиболее широкое применение получили газотурбинные двигатели, которые начиная с 1940 г. произвели революцию в авиационной технике.
В принципе газотурбинный двигатель состоит из воздушного компрессора, который приводится во вращение газовой турбиной, сидящей на одном с ним валу. Воздух в компрессоре сжимается до давления, в 6—7 раз превышающего атмосферное, и поступает в камеры сгорания, где происходит сгорание впрыскиваемого горючего. Продукты сгорания поступают в газовую турбину, приводя ее во вращение, и затем через реактивное сопло истекают в атмосферу.
Компрессоры газотурбинных двигателей подразделяются на два основных типа: центробежные и осевые. Центробежный компрессор обычно имеет одну крыльчатку, с радиальными лопатками. Воздух из воздухозаборника поступает к центру крыльчатки. В каналах между лопатками скорость движения воздуха под действием центробежных сил возрастает. При движений в диффузоре его скорость уменьшается, а давление повышается. Из диффузора сжатый воздух поступает в камеры сгорания.
Схема простейшего турбореактивного двигателяОсевой компрессор имеет ротор с несколькими рядами (ступенями) профилированных лопаток. Ротор компрессора находится на одном валу с газовой турбиной. Между вращающимися лопатками находятся неподвижные лопатки направляющего аппарата. Воздух, двигаясь вдоль оси компрессора, сжимается в каждой ступени и из последней ступени поступает в камеры сгорания. Хотя осевой компрессор более сложен и дорог в производстве, чем центробежный, однако вследствие того, что осевой компрессор позволяет получить более высокое давление, на всех мощных газотурбинных двигателях применяются главным образом такие компрессоры.
Количество энергии, выделяемой при сгорании горючего, которым может быть керосин, бензин, дизельное топливо и т. д., значительно превосходит количество энергии, которое может быть поглощено турбиной для приведения во вращение компрессора. Большая часть энергии газов может быть использована в реактивном сопле для увеличения скорости газовой струи и создания таким путем реактивной тяги. Газотурбинный двигатель, газовая турбина которого, состоящая из одного или нескольких дисков с профилированными лопатками, использует только такое количество энергии, какое необходимо для вращения компрессора, а остальная энергия газов идет на создание реактивной силы тяги, называется турбореактивным двигателем.
Схема турбореактивного двигателя с двухкаскадным компрессоромБолее совершенным типом турбореактивного двигателя является турбореактивный двигатель с двухкаскадным компрессором. Такой двигатель имеет два компрессора и две турбины. Передний компрессор, или компрессор низкого давления, приводится вo вращение задней турбиной, с которой сидит на одном валу. Задний компрессор, или компрессор высокого давления, приводится во вращение передней турбиной, сидящей с ним также на одном валу. Последний вал является полым, и внутри него проходит вал переднего компрессора и задней турбины. Двухкаскадный компрессор позволяет получить большую степень повышения давления, а следовательно, двигатель с двухкаскадным компрессором является более экономичным.
Тяга турбореактивных двигателей может форсироваться, то есть увеличиваться на короткий период времени различными способами. Наиболее широкое применение нашли впрыск воды и дожигание. Впрыск воды дает сравнительно небольшое увеличение силы тяги без существенного увеличения веса двигателя и используется главным образом при взлете. Дожигание заключается в следующем: в поток газов позади турбины дополнительно впрыскивается топливо, которое сгорает за счет кислорода воздуха, не использованного в камерах сгорания. С помощью дожигания можно кратковременно увеличить тягу на 25—30% при малых скоростях и до 70 % при больших скоростях полета. Дожигание применяется на двигателях военных самолетов для увеличения скорости при взлете или в воздушном бою.
Схема турбовинтового двигателяГазотурбинный двигатель, у которого большая часть энергии газов поглощается турбиной, приводящей во вращение компрессор и воздушный винт, называется турбовинтовым двигателем. Воздушный винт соединен через редуктор с основным валом двигателя, на котором находятся компрессор и турбина. Турбина турбовинтового двигателя рассчитана таким образом, чтобы использовать как можно больше энергии газов.
Турбовинтовой двигатель, так же как и турбореактивный, может иметь центробежный или осевой компрессор. Турбовинтовой двигатель может иметь две турбины, одна из которых, передняя, приводит во вращение компрессор, а вторая, задняя, — воздушный винт. В этом случае турбины, имея соосные валы, являются совершенно независимыми. Двигатель такого типа называется турбовинтовым двигателем со свободной турбиной.
Схема турбовинтового двигателя с двухкаскадным компрессоромТурбовинтовой двигатель может также иметь двух-каскадный компрессор. Турбовинтовые двигатели с двухкаскадным компрессором проектируются с целью получения постоянной мощности на валу в широком диапазоне высот (от уровня моря до высоты порядка 7500 м) и температур. Двигатель такого типа имеет компрессор и турбину высокого давления, находящиеся на одном валу, а также компрессор и турбину низкого давления на другом валу, помещенном внутри первого вала. Турбина низкого давления приводит во вращение воздушный винт и компрессор низкого давления. Компрессор низкого давления расположен впереди компрессора высокого давления и подает в него поджатый воздух. В двигателях этого типа нет механической связи между секциями низкого и высокого давления.
Третьим типом газотурбинных двигателей, применяемых на самолетах, являются двухконтурные турбореактивные двигатели. Увеличение тяги в таком двигателе достигается за счет смешения горячих газов, выходящих из турбины, с воздухом, поступающим по второму контуру. По периметру диска турбины двигателя помещены лопатки вентилятора, представляющие собой, по сути дела, воздушный винт с укороченными лопастями. Воздух, поступающий во второй контур, подсасывается лопатками вентилятора и подается в реактивное сопло, где, смешиваясь с горячими газами, увеличивает общую массу вытекающих газов.
Схема двухконтурного турбореактивного двигателяДругой разновидностью двухконтурного турбореактивного двигателя является двигатель, схема которого приведена на рис. 9. В этом двигателе увеличение тяги достигается несколько иным способом. Двигатель имеет двухкаскадный компрессор, причем компрессор низкого давления имеет больший диаметр, чем компрессор высокого давления. По выходе из компрессора низкого давления поток воздуха раздваивается. Около 80% воздуха протекает обычным путем по внутреннему контуру через компрессор высокого давления, камеры сгорания и турбины в реактивное сопло, а остальная часть воздуха по второму контуру поступает непосредственно в реактивное сопло, где смешивается с горячими газами первого контура.
РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Принцип действия ракетных двигателей в основном аналогичен принципу действия описанных выше двигателей. Однако в ракетных двигателях кислород, необходимый для сжигания горючего, берется не из атмосферы, а является составной частью топлива, находящегося в баках, расположенных на борту самолета. Под действием высокого давления, развивающегося в камере сгорания двигателя, продукты сгорания с большой скоростью истекают из реактивного сопла, создавая реактивную силу тяги.
Схема двухконтурного турбореактивного двигателя с двухкаскадным компрессоромРакетные двигатели, таким образом, не зависят от воздуха, и чем больше высота полета, тем больше сила тяги двигателя вследствие уменьшения атмосферного давления. Однако в связи с чрезмерно большим расходом ракетными двигателями топлива, которое все должно находиться на борту самолета, продолжительность полета самолета с таким двигателем может составлять только несколько минут.
В зависимости от характера протекания реакции в камере сгорания ракетные двигатели подразделяются на два типа. В двигателях первого типа, работающих на монотопливе (однокомпонентноё, или унитарное топливо), как, например, перекись водорода, топливо в присутствии катализатора разлагается на пар и кислород, которые, истекая из камеры сгорания через реактивное сопло, создают тягу. Так как разложение перекиси водорода происходит при сравнительно низких температурах, то двигатели такого типа называются «холодными».
В двигателях второго типа используется двухкомпонентное топливо (горючее и окислитель).Окислитель содержит кислород, необходимый для сгорания топлива. Типичными топливами для двигателей этого типа являются керосин — жидкий кислород, анилин— азотная кислота и керосин — перекись водорода. Так как горение этих топлив в камере сгорания происходит при высоких температурах, то двигатели, работающие на этих топливах, принято называть «горячими».
jetaircraft.ru
