Двигатели для авиамоделей турбореактивные: Двигатель для авиамоделей

Содержание

Реактивная микроавиация: Турбо-модели

Многие конструкторы авиадвигателей были уверены, что построить настоящий турбореактивный двигатель для авиамоделей невозможно даже теоретически. Тем не менее такие двигатели не только существуют, но и летают более десяти лет.

Александр Грек

Item 1 of 12

1 / 12

МиГ-29 – один из самых популярных самолетов среди «реактивных» авиамоделистов. Эта любовь объясняется превосходной аэродинамикой прототипа

Новейший сверхманевренный МиГ-29ОВТ застыл на взлетной полосе, слегка шевеля соплами двигателей с отклоняемым вектором тяги. Затем раздался свист турбин, и, присев, самолет начал стремительный разбег по взлетной полосе военного аэродрома. Взлет — и он свечой ушел в небо, после чего на глазах восхищенных зрителей начал крутить фигуры высшего пилотажа: кобру Пугачева, колокол, двойной кульбит и другие, названия которым даже еще не придуманы. Выполнив программу, истребитель зашел на посадку и плавно подкатил к лучшему шоу-пилоту Италии Себастьяно Сильвестре. Лишь тут стало видно, что МиГ хвостовым оперением едва достает пилоту до пояса.

Пионеры с огнетушителями

Запуск первых модельных турбореактивных двигателей, рассказывает нам пионер этой техники в России Виталий Робертус, напоминал небольшой подвиг. Для запуска была строго необходима команда из четырех человек. Они обступали модель самолета, первый — держа в руках водолазный баллон со сжатым воздухом, второй — баллон с бытовым газом, третий — огнетушитель побольше, а четвертый, с пультом управления, был собственно пилотом. Последовательность запуска была следующей. Сначала сжатым воздухом дули на крыльчатку компрессора, раскручивая его до 3000 оборотов в минуту. Потом подавали газ и поджигали его, пытаясь получить устойчивое горение в камерах сгорания. После этого надо было умудриться переключиться на подачу керосина. Вероятность благополучного исхода была крайне мала. Как правило, в половине случаев случался пожар, вовремя не срабатывал огнетушитель, и от турбореактивной модели оставались одни головешки. Бороться с этим на первоначальном этапе пытались простыми методами — увеличив команду запуска еще на одного человека с дополнительным огнетушителем. Как правило, после просмотра видеозаписей таких подвигов энтузиазм потенциальных турбореактивных моделистов быстро испарялся.

Отец модельного ТРД

Рождению модельных турбореактивных авиадвигателей, как, впрочем, и полноразмерных, мы обязаны германским инженерам. Отцом микротурбин принято считать Курта Шреклинга, создавшего простой, технологичный и дешевый в производстве двигатель еще лет двадцать назад. Примечательно, что он в деталях повторял первый немецкий турбореактивный двигатель HeS 3, созданный Пабстом фон Охайном в далеком 1939 году (см. статью на стр. 46). Одноконтурный центробежный компрессор, посаженный на один вал с одноконтурной же турбиной. Конструкция была сколь простой, столь и выдающейся. Шреклинг выбрал центробежный компрессор из-за простоты реализации и меньших требований по допускам — он обеспечивал вполне достаточное увеличение давления в 2,4−2,7 раза.

Крыльчатку компрессора Шреклинг делал из дерева (!), усиленного углеволокном. Самодельное колесо турбины было изготовлено из 2,5-миллиметровой жести. Настоящим инженерным откровением была камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длиной примерно в 1 м подавалось топливо. При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм двигатель весил 700 г и выдавал тягу в 30 Н! Это до сих пор самый тихий ТРД в мире, потому как скорость покидания газа в сопле двигателя составляла всего 200 м/с. Во все это верится с трудом — один человек в одиночку проделал путь, который на полстолетия раньше не могли осилить государства. Тем не менее двигатель Шреклинга был создан, на нем летали модели самолетов, и по лицензии производство наборов для самостоятельной сборки наладили несколько стран. Самым известным стал FD-3 австрийской фирмы Schneider-Sanchez.

Первыми полностью собранными серийными авиамодельными турбинами были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision. Удовольствие было недешевым, одна «София» стоила в 1995 году $5800. И надо было обладать очень весомыми аргументами, чтобы доказать супруге, что турбина намного важнее, чем новая кухня, и что старое семейное авто вполне может протянуть еще пару лет, а вот с турбиной для самолетика ждать ну никак нельзя.

Почти космический корабль

Вторую революцию в мини-турбиностроении произвела немецкая компания JetCat. «Году в 2001-м в каком-то западном авиамодельном магазине мне в руки попался каталог Graupner, — вспоминает Виталий Робертус, — в нем я наткнулся на описание JetCat P-80 — турбины с автоматическим запуском. ‘Щелкните выключателем на передатчике, через 45 секунд турбина сама раскрутится, заведется и передаст управление на передатчик’, уверял каталог. В общем, не поверив, но набрав необходимые $2500, я вернулся в Россию счастливым обладателем первого в стране модельного турбореактивного двигателя. Был счастлив несказанно, будто купил собственный космический корабль! Но самое главное — каталог не врал! Турбина действительно запускалась единственной кнопкой».

Умная турбина

Главное ноу-хау немецкой компании — электронный блок управления турбиной, разработанный Херстом Ленерцем. Как же работает современная авиационная турбина?

JetCat добавила к уже стандартной турбине Шреклинга электрический стартер, датчик температуры, оптический датчик оборотов, насос-регулятор и электронные «мозги», которые заставили все это вместе работать. После подачи команды на запуск первым включается электрический стартер, который и раскручивает турбину до 5000 оборотов. Далее через шесть форсунок (тоненькие стальные трубочки диаметром 0,7 мм) в камеру сгорания начинает поступать газовая смесь (35% пропана и 65% бутана), которая поджигается обычной авиамодельной калильной свечой. После появления устойчивого фронта горения в форсунки одновременно с газом начинает подаваться керосин. По достижении 45 000−55 000 оборотов в минуту двигатель переходит только на керосин. Затем опускается на малые (холостые) обороты (33 000−35 000). На пульте загорается зеленая лампочка — это означает, что бортовая электроника передала управление турбиной на пульт радиоуправления. Все. Можно взлетать.

Последний писк микротурбинной моды — замена авиамодельной калильной свечи на специальное устройство, распыляющее керосин, который, в свою очередь, воспламеняет раскаленная спираль. Подобная схема позволяет и вовсе отказаться от газа при старте. У такого двигателя два недостатка: увеличение цены и потребления электроэнергии. Для сравнения: керосиновый старт потребляет 700−800 мАч аккумулятора, а газовый — 300−400 мАч. А на борту самолета, как правило, стоит литий-полимерный аккумулятор емкостью в 4300 мАч. Если использовать газовый старт, то перезаряжать его в течение дня полетов не потребуется. А вот в «керосиновом» случае придется.

Внутренности

Реактивные самолеты стоят особняком в мире авиамоделизма, федерация реактивной авиации даже не входит в FAI. Причин много: и сами пилоты помоложе, и «входной билет» подороже, и скорости повыше, и самолеты посложнее. Турбинные самолеты маленькими не бывают — 2−2,5 м в длину. Турбореактивные двигатели позволяют развивать скорость от 40 до 350 км/ч. Можно и быстрее, но тогда непонятно, как управлять. Обычная скорость пилотирования составляет 200−250 км/ч. Взлет осуществляется на скорости 70−80 км/ч, посадка — 60−70 км/ч.

Такие скорости диктуют совершенно особые требования по прочности — большинство элементов конструкции в 3−4 раза прочнее, чем в поршневой авиации. Ведь нагрузка растет пропорционально квадрату скорости. В реактивной авиации разрушение неправильно рассчитанной модели прямо в воздухе — вполне обычное явление. Огромные нагрузки диктуют и специфические требования к рулевым машинкам: начиная от силы в 12−15 кгс до 25 кгс на щитках и закрылках.

Механизация самолета — отдельный разговор. Без механизации крыла скорость при посадке может составить 120−150 км/ч, что почти наверняка грозит потерей самолета. Поэтому реактивные самолеты оборудуют как минимум закрылками. Как правило, есть воздушный тормоз. На наиболее сложных моделях устанавливают и предкрылки, которые работают как при взлете-посадке, так и в полете. Шасси — разумеется, убирающееся — снабжается дисковыми или барабанными тормозами. Иногда на самолеты ставят тормозные парашюты.

Все это требует множества сервомашинок, которые потребляют массу электроэнергии. Сбой в питании почти наверняка приводит к катастрофе модели. Поэтому вся электропроводка на борту дублируется, дублируются и источники питания: их, как правило, два по 3−4 А. Плюс — отдельный аккумулятор для запуска двигателей.

Кстати, причиной гибели легендарной гигантской реактивной восьмимоторной копии B-52 были как раз неполадки электроники в полете. Десятки метров проводов внутри самолета начинают влиять друг на друга и вызывать паразитные наводки — полностью избежать их в такой сложной модели не удается.

Даже целая батарея сервомашинок не решает все самолетные проблемы: щитки, шасси, створки шасси и другие сервисные механизмы снабжены электронными клапанами, секвенсерами и пневмоприводами, которые запитываются от бортового баллона со сжатым воздухом в 6−8 атмосфер. Как правило, полной зарядки хватает на 5−6 выпусков шасси в воздухе.

На очень сложных и тяжелых моделях пневматика уже не работает — не хватает давления воздуха. На них применяют гидравлические тормозные системы и системы уборки шасси. Для этого на борту устанавливается небольшой насос, поддерживающий постоянное давление в системе. С чем так пока и не могут справиться моделисты, так это с постоянным подтеканием миниатюрных гидравлических систем.

Из коробки

Реактивные авиамодели — хобби не для начинающих и даже не для продвинутых авиамоделистов, а для профессионалов. Слишком велика цена ошибки, слишком трудно ее не совершить. Виталий, например, за пять лет разбил десять моделей. А ведь он серебряный призер чемпионата мира!

Самостоятельное изготовление готовой модели — дело дорогое, долгое (около трех лет) и кропотливое. Это практически изготовление настоящего самолета: с чертежами, аэродинамическими трубами и экспериментальными прототипами. Как правило, делают копии хорошо летавших «взрослых» самолетов в масштабе от 1:4 до 1:9, тут главное — уложиться в конечный размер от двух до трех метров. Простая копия летать будет плохо, если вообще будет летать — в аэродинамике простое масштабирование не работает. Поэтому, сохраняя пропорции, полностью пересчитывают профили крыла, рулевые поверхности, воздухозаборники и т. д. — недаром многие из реактивных моделистов заканчивали Московский авиационный институт. Но даже тщательный расчет не спасает от ошибок — требуется разбить от трех до пяти прототипов, прежде чем модель будет «вылизана». Первый прототип теряют, как правило, из-за проблем с центровкой, второй — с рулевыми поверхностями, прочностью и т. д.

Впрочем, большинство авиамоделистов собирают модели не для того, чтобы их строить, а для того, чтобы летать. Поэтому очень удачные модели тиражируются на современных заводах и продаются в качестве наборов для самостоятельной сборки. Самый авторитетный производитель — немецкая компания Composite-ARF, на заводе которой корпуса и крылья изготавливают на самом настоящем конвейере с немецким же качеством. В тройку лидеров также входят германо-венгерский AIRWORLD и американский BVM Jets. Сделанные из самых современных материалов — стекло- и углепластика, — наборы для изготовления турбореактивных самолетов по стоимости на порядок отличаются от аналогичных наборов для поршневого авиамоделизма: цены стартуют от Є2000. При этом, чтобы из набора сделать летающую модель, надо затратить огромное количество сил — новичкам это просто не под силу. Но оно и понятно — это же самый настоящий современный самолет. На соревнованиях, например, уже никого не удивишь моделями с двигателями с отклоняемыми векторами тяги. В отличие, увы, от строевых воинских частей, где таких самолетов днем с огнем не сыщешь.

Наши чемпионы

Реактивные авиамоделисты — это особая всемирная тусовка. Их главная организация, Международный комитет по реактивным моделям IJMC, раз в два года устраивает главное реактивное шоу — чемпионат мира. Впервые российская команда RUSJET принимала в нем участие в 2003 году в Южной Африке (50 участников). Потом была Венгрия-2005 (73 участника) и в этом году Северная Ирландия (100 участников).

IJMC, пожалуй, самая неформальная модельная ассоциация — кстати, не имеющая ничего общего с поршнево-планерной FAI. Попытка объединиться была, но после встречи стороны расстались без сожалений. «Реактивный комитет» более молодой и амбициозный, делает основной упор на шоу, «старенький» FAI — приверженец классики. Собственно, поэтому соревнования IJMC собирают свыше ста участников, а в некоторых древних дисциплинах FAI выступает пяток спортсменов. Но оставим разногласия федерациям, а сами вернемся к реактивной авиации.

Наиболее эффектный чемпионат мира по радиоуправляемым моделям-копиям проходит в два этапа, на каждом из них участник набирает 50% очков. Первый — это стендовая оценка модели, где судьи дотошно оценивают соответствие оригиналу, сравнивая выставленную модель с чертежами и фотографиями. Кстати, на последнем чемпионате мира, проходившем в Северной Ирландии с 3 по 15 июля 2007 года, наша команда RUSJET с копией BAe HAWK TMk1A 208 SQUADRON RAF Valley 2006 Display Team (таково полное название) на стенде набрала наибольшее количество очков. Но все, конечно, решают полеты. Каждый участник выполняет три зачетных полета, из которых два лучших идут в итоговый зачет. Не каждый самолет доживает до итогового зачета. В Африке разбились восемь моделей, в Венгрии — четыре, на нынешнем чемпионате — две. Кстати, RUSJET на своих первых двух чемпионатах потеряла модели как раз в катастрофах. Тем более значительным выглядит наше второе место в чемпионате мира этого года, где российским пилотам удалось перелетать немцев — непререкаемых авторитетов в малой реактивной авиации. «Это все равно что на ‘Формуле-1′ объехать Шумахера», — говорит пилот RUSJET Виталий Робертус.

Ну что, понравилось? А ведь еще существуют турбовинтовые модели самолетов и турбореактивные вертолеты. Не верите? Я сам видел.

Турбореактивные технологии: выходим на микроуровень

– Сергей, скажите, на какие знания и технологии вы опирались
при разработке своего двигателя?

К тому моменту, когда мы подошли к вопросу создания
собственной микротурбины, в нашей команде было несколько человек, вышедших из
авиационной сферы. Однако двигателестроением мы профессионально не занимались,
поэтому, естественно, столкнулись с необходимостью изучить весь тот опыт,
который был наработан по этой тематике до нас.

В результате выяснились достаточно любопытные вещи.
Оказалось, что реактивные двигатели для моделирования в своём развитии прошли
определённый эволюционный этап, но никакой научной школы, которая бы
формировала термодинамику или аэродинамику в малых объёмах при этом не
возникло. Складывалось ощущение, что все те конструкции малых двигателей,
которые мы проанализировали, были сделаны путём только лишь
опытно-конструкторских работ. То есть разработчики брали большой двигатель,
геометрически его масштабировали, а потом физически смотрели, какие при этом
возникли проблемы, и пытались их устранить – где-то что-то подкручивали, где-то
что-то заменяли, где-то что-то совершенствовали. Я не берусь утверждать, что мы
изучили всё, но, по крайней мере, те двигатели, которые смогли найти и
посмотреть, имели примитивную камеру сгорания и примитивную топливную систему.
В силу использования примитивных материалов циклы эксплуатации этих двигателей
были очень короткими. С другой стороны, свою функцию эти двигатели выполняли.
Один полёт модели длится в среднем 3-5 минут. Двигатель в таком режиме способен
отработать 20-30 циклов. Но в течение этого времени уже сама модель, как
правило, либо разбивается, либо изнашивается. То есть как таковой потребности в
более совершенном двигателе не было, поэтому никакой науки вокруг него и не
возникло.

– Но если науки как таковой здесь ещё нет, то каким путём
пошли вы? Как и другие разработчики, «оттолкнулись» от больших двигателей?

Мы попробовали позаниматься матмоделированием, в результате
чего разработали ряд моделей с оценкой термодинамических позиций. Посмотрели
алгоритмы и ушли в совершенно другую логику управления рабочими процессами в
двигателе по сравнению с той, которую увидели при анализе имевшихся в доступе
конструкций. На всё про всё у нас ушло примерно два года. Затем в марте 2016-го
мы приняли решение изготовить опытный образец двигателя, и осенью того же года
он уже был готов к испытаниям.

– В чём была ваша задумка? Выйти на рынок со своим
собственным аналогом?

К необходимости разработки собственного
микротурбореактивного двигателя мы подошли вовсе не со стороны
авиамоделизма. То, чем мы занимаемся на самом деле, – это строительство.
Микротурбина же является ключевым элементом нашей идеи об энергосистеме
автономного энергопроизводящего дома (хозяйства), то есть дома, не зависящего
от внешних монопольных сетей. Анализируя различные варианты исполнения, мы
пришли к пониманию того, что в качестве резервного генератора в таком доме
микротурбина будет наиболее эффективной.

Мы исходим из того, что рано или поздно эти системы должны
стать источниками либо сопутствующей (то есть дополнительной), либо
альтернативной энергии. Соответственно, мы выходим на два возможных сценария.
Первый из них подразумевает, что к общей электрической сети вы всё-таки
подключены, но стоимость дневной электроэнергии достаточно высока, поэтому пики
вашего потребления целесообразно сгладить за счёт других, более дешёвых
источников. Второй сценарий – это переход на полностью автономную систему,
когда другие источники энергии, кроме самостоятельно производимой
«альтернативки», у вас отсутствуют.

В том, чтобы создать автономный дом, никаких трудностей
сегодня нет. Вопрос состоит только в цене технологий, которые вы будете при
этом использовать. Традиционная схема с применением солнечных батарей и
ветрогенераторов дорога́. Использование аккумуляторов, необходимых для
накопления энергии на случай безветренной и пасмурной погоды, особенно в
условиях зимней России, делают её стоимость просто космической. Куда правильнее
и дешевле хранить первичную энергию в химической форме, например, – в виде
горючих газов. В этом плане очень важен тот факт, что метан, производимый самим
автономным домохозяйством из бытовых отходов, позволяет легко закрыть всю его
потребность в электроэнергии и тепле на протяжении зимы. Отсюда, собственно
говоря, и возникает идея микрогазотурбинной установки. Метан, конечно, можно
перерабатывать и привычными газопоршневыми агрегатами (двигателями внутреннего
сгорания), но по сравнению с ними микротурбины имеют ряд существенных
преимуществ. Например, более высокий КПД, способность работать на плохом
(некачественном) газе, очень малые размеры и возможность лёгкой и практически
полной звукоизоляции.

Естественным продолжением описанного подхода является
философия энергоизбыточности. Для Европы это уже достаточно отчётливо
сложившийся тренд: избыточная энергия скупается государством, то есть снижение
энергозависимости от внешних источников поддерживается на государственном
уровне. Другой вектор развития – объединение локальных производителей энергии с
её потребителями, взаимный обмен энергией или её совместное использование.
Обмен энергией возникает в тот момент, когда у одного мелкого производителя
наблюдается пик потребления, у другого – наоборот, потребление находится на
минимуме. То есть если раньше домохозяйство было потребителем энергии (неважно
– сетевой или альтернативной), то сейчас наступило пороговое время, когда оно
становится производящим звеном, а значит, объединение домохозяйств является не
сугубо энергетическим, а потенциально производящим, то есть производственным.

Вопрос о необходимости разработки собственного микротурбореактивного двигателя возник при проработке концепции энергосистемы автономного энергопроизводящего дома (хозяйства). Строительство малоэтажного экологического жилья – одно из направлений деятельности, находящихся в сфере предпринимательского и ценностного интереса Сергея Журавлёва. На фото: процесс создания экологического жилья компанией «МоДом.ком».

– В итоге – каким вам видится рынок сбыта для ваших
микротурбин?

Сегментов два: домохозяйства и авиация. При этом в части
авиации нам есть куда двигаться и помимо реактивных авиамоделей. Например,
несмотря на, казалось бы, бурное развитие беспилотных летательных аппаратов,
здесь наметился содержательный кризис. Дело в том, что основную массу БПЛА
составляют электрические дроны. Но порог грузоподъёмности у них невелик –
что-то около 30 килограммов. Дальше полезную нагрузку наращивать неэффективно:
дрона начинает «душить» его же собственный аккумулятор. Максимальная
продолжительность полёта электрического беспилотника тоже невысока – в среднем
30 минут. Для устранения этих ограничений разработчики малых и средних БПЛА всё
чаще начинают посматривать в сторону реактивных двигателей, которые пока что
остаются наиболее мощными энергомашинами. Дальше, конечно, возникает вопрос –
как именно их использовать на дроне. Вариации на тему прямотока можно увидеть в
«Терминаторе». Помните эту чудо-машину с несколькими реактивными движками?
Попробовать сделать нечто подобное можно, но история с синхронизацией
реактивной тяги может получиться очень жёсткой. Гораздо легче было бы крутить
вентилятор, а значит, возникает потребность в гибридных (на базе турбины)
двигателях. Но таковых в авиации сейчас практически нет. Турбовинтовые, с
передачей момента через редуктор на конечный движитель (винт) – есть. А
гибридов нет.

Основную массу малых и средних БПЛА сегодня составляют электрические дроны, имеющие невысокий порог грузоподъёмности и малую длительность полёта. Для решения этих проблем разработчики начинают задумываться об использовании малых реактивных двигателей.

Вариации на тему возможного использования реактивных двигателей на средних беспилотниках представлены в фильме «Терминатор 3: Восстание машин». Удастся ли в реальности подобным образом синхронизировать работу нескольких реактивных турбин, до конца пока не понятно.

А вот на крупных БПЛА турбореактивные двигатели уже давно и успешно применяются. На фото: американский стратегический разведывательный БПЛА RQ-4 Global Hawk, способный без посадки патрулировать территорию в течение 30 часов на высоте до 18 000 метров. Аппарат оснащён турбовентиляторным двигателем Allison Rolls-Royce AE3007H с тягой 31,4 кН и может нести полезную нагрузку массой до 900 кг.

Конструкция, которую мы сейчас предъявляем рынку, рядом
позиций довольно сильно отличается от традиционных. С начала 2017 года,
надеюсь, эти позиции мы начнём потихоньку приоткрывать. Здесь мы придерживаемся
того же мнения, что и Илон Маск с его открытыми кодами и открытыми инновациями:
на рынке сегодня побеждает не тот, кто имеет патенты, а тот, кто всё время их
придумывает; тот, кто опережает и непрерывно двигается вперёд.

Созданный двигатель мы позиционируем, в первую очередь, для
прототипов БПЛА. Он достаточно прост, но профессиональный двигатель под
какие-то конкретные задачи сейчас и не нужен: беспилотники на реактивной тяге
не проработаны, а значит и планеры, и приводы, и энергосистемы, и полезная
нагрузка – то есть то всё, что связано с новой силовой установкой, необходимо
тестировать. С другой стороны, мы знаем несколько конструкторских бюро, которые
формулируют или уже имеют на руках технические задания на реактивные двигатели
и силовые установки. С одним из потенциальных заказчиков мы вступили в
переговоры для уточнения потенциальных продуктов и требований к ним. Поэтому
заделы у нас очень большие, и на выходе мы планируем создать целую линейку
продуктов со своими типоразмерами и силовыми диапазонами.

Первый диапазон – это двигатели с силой тяги до 400
Ньютонов, предназначенные для реактивных моделей и небольших беспилотников. К
этому диапазону относится и уже созданный двигатель. Он имеет номинальную тягу
в 150 Ньютонов, хотя без существенного падения ресурса двигателя можно летать и
на двухсот (что примерно соответствует 12 кВт мощности). За счёт ряда уже
понятных внутренних усовершенствований и изменения типоразмера, этот двигатель
мы без труда сможем докрутить до 400 Ньютонов.

Второй диапазон – двигатели с силой тяги от 400 до 750
Ньютонов. Основное назначение – средние беспилотники. Логика нашего двигателя
здесь останется прежней, но вот конструктив будет гораздо более сложным.

Третий диапазон – это двигатели с силой тяги от 750 до 1200
Ньютонов, предназначенные либо для больших беспилотников, либо для малой
пилотируемой авиации. Эта ниша также представляет для нас большой интерес.
Движки с силой тяги в 1200 Ньютонов – наш порог, поскольку после него
начинается крупное монопольное двигателестроение. Это объединённая корпорация
двигателестроения, это пермские и рыбинские моторы и тому подобное. Это
огромная научная школа, огромные деньги и предельно жёсткий рынок.

Для всех трёх диапазонов мы планируем подготовить свои
варианты турбореактивных, турбовинтовых и гибридных газотурбинных двигателей.

В той же логике мы планируем двигаться и в плане создания
генерационных установок. Соответственно, по мощности их также будет три типа:
до 20, до 50 и до 100 кВт.

Таковы наши примерные амбиции.

– И в беспилотнике, и в домохозяйстве энергосистема, помимо
турбины, включает в себя и множество других составляющих – редукторы,
инверторы, теплообменники и много чего ещё. Их разработкой и изготовлением вы
тоже занимаетесь самостоятельно?

Двигатель является сердцем всей энергосистемы и свои
интересы мы ограничили им. Решили, что всю периферию правильнее будет отдать
нашим партнёрам.

А вообще, у меня очень чёткая позиция относительно того, что
нужно оставлять себе, и что желательно передать на аутсорсинг. Она является
производной от пережитых кризисов и собственного опыта домостроения, которые
учат простому правилу: до момента устойчивой избыточности заказов нельзя
содержать ни собственный штат, ни собственный офис, ни собственное стационарное
производство.

Но есть три управленческие позиции, которые обязательно
нужно закрепить за собой. Первая – это наука и разработка, то есть постоянный
процесс, в котором ты всё время должен что-то придумывать, менять,
совершенствовать, улучшать, оптимизировать. Вторая позиция – это сертификация и
испытания. Третья – монтаж, контроль за монтажом и контроль за качеством.

А что касается собственного производства, то логика здесь
такая. Производственная отрасль сейчас очень активно совершенствуется.
Появляются новые материалы и методы их обработки; возникают центры
прототипирования, создаются всё более высокоточные и производительные станки.
Ситуация такова, что ты можешь приобрести себе самый современный 3d-принтер, а
через пару месяцев он уже устареет. Так что покупка парка всего необходимого
оборудования и тем более его поддержание в актуальном состоянии будет
неоправданно дорогой. Поэтому, производить посредством аутсорсинга оказывается
дешевле. Тем более что многомиллионными тиражами сегодня уже практически ничего
не производится; все переходят на малые партии.

Ну и самое главное, в случае с высокотехнологичной
продукцией, используя аутсорсинг, я всегда могу законтрактоваться с тем
партнёром, который в текущий момент использует наиболее современное
оборудование или наиболее передовую технологию. Причём именно то, что тебе
нужно, ты порой находишь в самых неожиданных местах, в каких-то смежных
отраслях, в линейных производственных процессах. И как вывод из всего
сказанного, я обозначу: у нас есть чёткое понимание, что нет никакой нужды
замыкать все эти процессы на себя, и уж тем более локализовывать их.

– Насколько сейчас широка география ваших партнёров и
насколько сложными являются возникшие кооперационные связи?

Во-первых, у нас уже возникла определённая конкуренция, то
есть избыточность предложений по так называемой аддитивке (технологиям
послойного синтеза). В результате мы можем производить 3d-продукцию очень
оперативно, малыми партиями и при этом за сопоставимые с традиционными методами
обработки материалов деньги. А 70% нашего двигателя – это именно аддитивные
технологии, то есть запрограммированное «выращивание» металлических конструкций
с помощью 3d-принтера, который сразу делает готовое изделие из аморфного
металла. Есть, конечно, определённые
проблемы с обработкой поверхностей и шлифовальными процессами (типовой
недостаток аддитивных технологий), но у нас уже имеется и несколько
потенциальных поставщиков решений для их устранения.

Некоторые из деталей двигателя: сразу после выхода из станка и вскоре после небольшой обработки.

На этапе экспериментов с аддитивными технологиями. Уже просматривается будущий облик двигателя.

Есть некоторые сложности с комплектующими для топливной
системы: пока что мы не умеем делать очень точные патрубки с микроразмерами,
особенно конусные, сужающиеся. Подходящего для этих задач партнёра в России мы
пока не нашли. А ведь хотелось бы производить и более сложные структуры, такие
как труба в трубе со связями, фиксирующими внутреннюю трубу. Понятно, что здесь
нам нужно кооперироваться с учёными, экспериментаторами: садиться и решать этот
вопрос совместно. Также есть проблемы с керамическими подшипниками.
Производителя надлежащего качества мы смогли найти только за рубежом.

Повторюсь, но всё-таки ещё раз обращу ваше внимание на то,
что решения часто приходится искать в каких-то смежных областях. И они там
действительно находятся. Например, медицинская промышленность научилась делать
очень тонкие медицинские иглы. И именно здесь лежит решение задачи производства
качественных трубок микроразмера для подачи топлива в температурно-агрессивную
камеру сгорания двигателя.

Говоря в целом, сейчас мы дошли до очень высокого уровня
российской локализации: доля зарубежных комплектующих не превышает 10% в общей
комплектации и стоимости двигателя. Из этого я могу сделать вывод, что
высокотехнологичных производителей в России не так уж и мало, хотя большинство
этих технологий, конечно, привозные.

Готовый двигатель в сборе. Хорошо видна фактура корпуса и сопла, изготовленных аддитивным способом.

– С какими-то другими сложностями сталкиваетесь?

Да, и это наши российские традиции. Мы создаём 3d-модели
двигателя, на которых очень внятно видны все размеры, все допуски, все связи
элементов. Каждый элемент «вытаскивается» из 3d-модели и является, по сути,
файлом, программой для цифрового станка. Но мы приходим с этим файлом на
производство и там начинается типовой диалог:

– Ребята, сделайте нам лучше чертежи. На бумаге!

– А вы понимаете, какой это уровень трудозатрат – сделать
чертёж?

– Ничего не поделаешь – мы по-другому не умеем.

В итоге несколько недель моя команда занимается
изготовлением чертежей. Потом конструкторские отделы сколько-то времени
адаптируют их к производственному циклу. А потом снова переводят в 3d-файл. То
есть культура передачи информации от конструктора к станку (я уж не говорю о
сборке и прочем) очень консервативна.

– Насколько большие серии вы рассчитываете выпускать?

Монопродукт не будет востребован на рынке даже в количестве
100 штук. Завоевать рынок с помощью монопродукта нельзя. Поэтому я и говорю,
что мы должны сделать целую линейку продукции. В Америке каждый год продаётся
примерно 30 тысяч микротурбин. И это очень крутой рынок, но он уже перенасыщен
и забрендирован. Более того, ассортимент двигателей настолько широк, что в
диапазоне от 50 до 200 Ньютонов можно приобрести любой двигатель с шагом в 10
Ньютонов.

Но такая продуктовая линейка крайне инвестиционно затратна,
поэтому выходить на рынок мы можем только с какими-то более или менее
универсальными продуктами, с взаимозаменяемыми деталями и универсальными
частями. Говорить о конкретных цифрах пока сложно, но мы находимся в очень выгодном
положении, поскольку других российских производителей микротурбин сейчас нет, а
спрос на них постепенно формируется. Для нас это хороший шанс войти в мировую
элиту производителей малых турбин. При этом мы очень гордимся тем фактом, что
не копировали имеющиеся в мире аналоги, а создали собственное сложнейшее
энергетическое устройство, применяя современные методы анализа и моделирования,
новейшие технологии, материалы и эффективные формы производственной кооперации.

Подпишитесь на eRazvitie.org в Фейсбуке и ВКонтакте, чтобы не пропустить новые материалы.

Большая тайна маленьких турбин

RC Design / Статьи / Радиоуправляемые Авиамодели

Автор — Виталий Дукин (Wit)

Что такое турбореактивный двигатель?
Развитие ТРД в авиамоделизме
Конструкция модельного ТРД
С чего начать?
Практика использования в авиамоделизме
Топливная система
Обслуживание и моторесурс
Первая реактивная модель
Подведём итог

Из полученного е-mail (копия оригинала):

«Уважаемый Виталий!Ни магли бы Вы нимного больше рассказать

о модельных ТРД, что это ваабще такое и с чем их едят?»

Начнём с гастрономии, турбины ни с чем не едят, ими восхищаются! Или, перефразируя Гоголя на современный лад: «Ну какой же авиамоделист не мечтает построить реактивный истребитель?!».

Мечтают многие, но не решаются. Много нового, еще больше непонятного, много вопросов. Часто читаешь в различных форумах, как представители солидных ЛИИ и НИИ с умным видом нагоняют страха и пытаются доказать, как это всё сложно! Сложно? Да, может быть, но не невозможно! И доказательство тому — сотни самодельных и тысячи промышленных образцов микротурбин для моделизма! Надо только подойти к этому вопросу философски: всё гениальное — просто. Поэтому и написана эта статья, в надежде поубавить страхов, приподнять вуаль неизвестности и придать вам больше оптимизма!

Что такое турбореактивный двигатель?

Турбореактивный двигатель (ТРД) или газотурбинный привод основан на работе расширения газа. В середине тридцатых годов одному умному английскому инженеру пришла в голову идея создания авиационного двигателя без пропеллера. По тем временам — просто признак сумасшествия, но по этому принципу работают все современные ТРД до сих пор.

На одном конце вращающегося вала расположен компрессор, который нагнетает и сжимает воздух. Высвобождаясь из статора компрессора, воздух расширяется, а затем, попадая в камеру сгорания, разогревается там сгорающим топливом и расширяется ещё сильней. Так как деваться этому воздуху больше некуда, он с огромной скоростью стремится покинуть замкнутое пространство, протискиваясь при этом сквозь крыльчатку турбины, находящейся на другом конце вала и приводя её во вращение. Так как энергии этой разогретой воздушной струи намного больше, чем требуется компрессору для его работы, то ее остаток высвобождается в сопле двигателя в виде мощного импульса, направленного назад. И чем больше воздуха разогревается в камере сгорания, тем он быстрее стремится её покинуть, ещё сильнее разгоняя турбину, а значит и находящийся на другом конце вала компрессор.

На этом же принципе основаны все турбонагнетатели воздуха для бензиновых и дизельных моторов, как двух, так и четырёхтактных. Выхлопными газами разгоняется крыльчатка турбины, вращая вал, на другом конце которого расположена крыльчатка компрессора, снабжающего двигатель свежим воздухом.

Принцип работы — проще не придумаешь. Но если бы всё было так просто!

ТРД можно четко разделить на три части.

А. Ступень компрессора
Б. Камера сгорания
В. Ступень турбины

Мощность турбины во многом зависит от надёжности и работоспособности её компрессора. В принципе бывают три вида компрессоров:

А. Аксиальный или линейный
Б. Радиальный или центробежный
В. Диагональный

А. Многоступенчатые линейные компрессоры получили большое распространение только в современных авиационных и промышленных турбинах. Дело в том, что достичь приемлемых результатов линейным компрессором можно, только если поставить последовательно несколько ступеней сжатия одну за другой, а это сильно усложняет конструкцию. К тому же, должен быть выполнен ряд требований по устройству диффузора и стенок воздушного канала, чтобы избежать срыва потока и помпажа. Были попытки создания модельных турбин на этом принципе, но из-за сложности изготовления, всё так и осталось на стадии опытов и проб.

Б. Радиальные, или центробежные компрессоры. В них воздух разгоняется крыльчаткой и под действием центробежных сил компримируется — сжимается в спрямительной системе-статоре. Именно с них начиналось развитие первых действующих ТРД.

Простота конструкции, меньшая подверженность к срывам воздушного потока и сравнительно большая отдача всего одной ступени были преимуществами, которые раньше толкали инженеров начинать свои разработки именно с этим типом компрессоров. В настоящее время это основной тип компрессора в микротурбинах, но об этом позже.

В. Диагональный, или смешанный тип компрессора, обычно одноступенчатый, по принципу работы похож на радиальный, но встречается довольно редко, обычно в устройствах турбонаддувов поршневых ДВС.

Развитие ТРД в авиамоделизме

Среди авиамоделистов идёт много споров, какая же турбина в авиамоделизме была первой. Для меня первая авиамодельная турбина, это американская TJD-76. В первый раз я увидел этот аппарат в 1973 году, когда два полупьяных мичмана пытались подключить газовый баллон к круглой штуковине, примерно 150 мм в диаметре и 400 мм длинной, привязанной обыкновенной вязальной проволокой к радиоуправляемому катеру, постановщику целей для морской пехоты. На вопрос: «Что это такое?» они ответили: «Это мини мама! Американская… мать её так, не запускается…».

Намного позже я узнал, что это Мини Мамба, весом 6,5 кг и с тягой примерно 240 N при 96000 об/мин. Разработана она была ещё в 50-х годах как вспомогательный двигатель для лёгких планеров и военных дронов. Особенность этой турбины в том, что в ней использовался диагональный компрессор. Но в авиамоделизме она широкого применения так и не нашла.

Первый «народный» летающий двигатель разработал праотец всех микротурбин Курт Шреклинг в Германии. Начав больше двадцати лет назад работать над созданием простого, технологичного и дешевого в производстве ТРД, он создал несколько образцов, которые постоянно совершенствовались. Повторяя, дополняя и улучшая его наработки, мелкосерийные производители сформировали современный вид и конструкцию модельного ТРД.

Но вернёмся к турбине Курта Шреклинга. Выдающаяся конструкция с деревянной крыльчаткой компрессора, усиленной углеволокном. Кольцевая камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длинной примерно в 1 м подавалось топливо. Самодельное колесо турбины из 2,5 миллиметровой жести! При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм, двигатель весил 700 грамм и выдавал тягу в 30 Ньютон! Это до сих пор самый тихий ТРД в мире. Потому как скорость покидания газа в сопле двигателя составляла всего 200 м/с.

На основе этого двигателя было создано несколько вариантов наборов для самостоятельной сборки. Самым известным стал FD-3 австрийской фирмы Шнайдер-Санчес.

Ещё 10 лет назад авиамоделист стоял перед серьёзным выбором — импеллер или турбина?

Тяговые и разгонные характеристики первых авиамодельных турбин оставляли желать лучшего, но имели несравненное превосходство перед импеллером — они не теряли тягу с нарастанием скорости модели. Да и звук такого привода был уже настоящим «турбинным», что сразу очень оценили копиисты, а больше всего публика, непременно присутствующая на всех полётах. Первые Шреклингские турбины спокойно поднимали в воздух 5-6 кг веса модели. Старт был самым критическим моментом, но в воздухе все остальные модели отходили на второй план!

Авиамодель с микротурбиной тогда можно было сравнить с автомобилем, постоянно двигающимся на четвёртой передаче: ее было тяжело разогнать, но зато потом такой модели не было уже равных ни среди импеллеров, ни среди пропеллеров.

Надо сказать, что теория и разработки Курта Шреклинга способствовали к тому, что развитие промышленных образцов, после издания его книг, пошло по пути упрощения конструкции и технологии двигателей. Что, в общем то, и привело к тому, что этот тип двигателя стал доступным для большого круга авиамоделистов со средним размером кошелька и семейного бюджета!

Первые образцы серийных авиамодельных турбин были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision. Они были очень похожи как по конструкции, так и по внешнему виду, имели центробежную ступень компрессора, кольцевую камеру сгорания и радиальную ступень турбины. Французская JPX-Т240 работала на газе и имела встроенный регулятор подачи газа. Она развивала тягу до 50 N, при 120.000 оборотах в минуту, а вес аппарата составлял 1700 гр. Последующие образцы, Т250 и Т260 имели тягу до 60 N. Японская София работала в отличие от француженки на жидком топливе. В торце ее камеры сгорания стояло кольцо с распылительными форсунками, это была первая промышленная турбина, которая нашла место в моих моделях.

Турбины эти были очень надёжными и несложными в эксплуатации. Единственным недостатком были их разгонные характеристики. Дело в том, что радиальный компрессор и радиальная турбина относительно тяжелы, то есть имеют в сравнении с аксиальными крыльчатками большую массу и, следовательно, больший момент инерции. Поэтому разгонялись они с малого газа на полный медленно, примерно 3-4 секунды. Модель реагировала на газ соответственно ещё дольше, и это надо было учитывать при полётах.

Удовольствие было не дешевым, одна София стоила в 1995 году 6.600 немецких марок или 5.800 «вечно зелёных президентов». И надо было обладать очень хорошими аргументами, что бы доказать супруге, что турбина для модели намного важнее, чем новая кухня, и что старое семейное авто может протянуть ещё пару лет, а вот с турбиной ждать ну никак нельзя.

Дальнейшим развитием этих турбин является турбина Р-15, продаваемая фирмой Thunder Tiger.

Отличие её в том, что крыльчатка турбины у неё теперь вместо радиальной — аксиальная. Но тяга так и осталась в пределах 60 N, так как вся конструкция, ступень компрессора и камера сгорания, остались на уровне позавчерашнего дня. Хотя по своей цене она является настоящей альтернативой многим другим образцам.

В 1991 году два голландца, Бенни ван де Гур и Хан Еннискенс, основали фирму AMT и в 1994 г выпустили первую турбину 70N класса — Pegasus. Турбина имела радиальную ступень компрессора с крыльчаткой от турбонагнетателя фирмы Garret, 76 мм в диаметре, а также очень хорошо продуманную кольцевую камеру сгорания и аксиальную ступень турбины.

После двух лет тщательного изучения работ Курта Шреклинга и многочисленных экспериментов они добились оптимальной работы двигателя, установили пробным путём размеры и форму камеры сгорания, и оптимальную конструкцию колеса турбины. В конце 1994 года на одной из дружеских встреч, после полётов, вечером в палатке за бокалом пива, Бенни в разговоре хитро подмигнул и доверительно сообщил, что следующий серийный образец Pegasus Mk-3 «дует» уже 10 кг, имеет максимальные обороты 105.000 и степень сжатия 3,5 при расходе воздуха 0,28 кг/с и скорости выхода газа в 360 м/с. Масса двигателя со всеми агрегатами составляла 2300 г, турбина была 120 мм в диаметре и 270 мм длиной. Тогда эти показатели казались фантастическими.

По существу, все сегодняшние образцы копируют и повторяют в той или иной степени, заложенные в этой турбине агрегаты.

В 1995 году, вышла в свет книга Томаса Кампса «Modellstrahltriebwerk» (Модельный реактивный двигатель), с расчётами (больше заимствованными в сокращённой форме из книг К. Шреклинга) и подробными чертежами турбины для самостоятельного изготовления. С этого момента монополия фирм-производителей на технологию изготовления модельных ТРД закончилась окончательно. Хотя многие мелкие производители просто бездумно копируют агрегаты турбины Кампса.

Томас Кампс путём экспериментов и проб, начав с турбины Шреклинга, создал микротурбину, в которой объединил все достижения в этой области на тот период времени и вольно или невольно ввёл для этих двигателей стандарт. Его турбина, больше известная как KJ-66 (KampsJetеngine-66mm). 66 мм – диаметр крыльчатки компрессора. Сегодня можно увидеть различные названия турбин, в которых почти всегда указан либо размер крыльчатки компрессора 66, 76, 88, 90 и т. д., либо тяга — 70, 80, 90, 100, 120, 160 N.

Где-то я прочитал очень хорошее толкование величины одного Ньютона: 1 Ньютон – это плитка шоколада 100 грамм плюс упаковка к ней. На практике часто показатель в Ньютонах округляют до 100 грамм и условно определяют тягу двигателя в килограммах.

Конструкция модельного ТРД

Крыльчатка Компрессора (радиальная)
Спрямительная система Компрессора (статор)
Камера сгорания
Спрямительная система турбины
Колесо турбины (аксиальная)
Подшипники
Вал
Туннель вала
Сопло
Конус сопла
Передняя крышка Компрессора (диффузор)

С чего начать?

Естественно у моделиста сразу возникают вопросы: С чего начать? Где взять? Сколько стоит?

Начать можно с наборов (Kit-ов). Практически все производители на сегодняшний день предлагают полный ассортимент запасных частей и наборов для постройки турбин. Самыми распространёнными являются наборы повторяющие KJ-66. Цены наборов, в зависимости от комплектации и качества изготовления колеблются в пределах от 450 до 1800 Евро.
Можно купить готовую турбину, если по карману, и вы умудритесь убедить в важности такой покупки супругу, не доводя дело до развода. Цены на готовые двигатели начинаются от 1500 Евро для турбин без автостарта.
Можно сделать самому. Не скажу что это самый идеальный способ, он же не всегда самый быстрый и самый дешёвый, как на первый взгляд может показаться. Но для самодельщиков самый интересный, при условии, что есть мастерская, хорошая токарно-фрезерная база и прибор для контактной сварки также имеется в наличии. Самым трудным в кустарных условиях изготовления является центровка вала с колесом компрессора и турбиной.

Я начинал с самостоятельной постройки, но в начале 90-х просто не было такого выбора турбин и наборов для их постройки как сегодня, да и понять работу и тонкости такого агрегата удобней при его самостоятельном изготовлении.

Вот фотографии самостоятельно изготовленных частей для авиамодельной турбины:

Кто желает поближе ознакомится с устройством и теорией Микро-ТРД, тому я могу только посоветовать следующие книги, с чертежами и расчётами:

Kurt Schreckling. Strahlturbine fur Flugmodelle im Selbstbau. ISDN 3-88180-120-0
Kurt Schreckling. Modellturbinen im Eigenbau. ISDN 3-88180-131-6
Kurt Schreckling. Turboprop-Triebwerk. ISDN 3-88180-127-8
Thomas Kamps Modellstrahltriebwerk ISDN 3-88180-071-9

Заказать книги можно напрямую здесь: http://www.vth.de

На сегодняшний день мне известны следующие фирмы, выпускающие авиамодельные турбины, но их становится всё больше и больше: AMT, Artes Jet, Behotec, Digitech Turbines, Funsonic, FrankTurbinen, Jakadofsky, JetCat, Jet-Central, A.Kittelberger, K.Koch, PST- Jets, RAM, Raketeturbine, Trefz , SimJet, Simon Packham, F.Walluschnig, Wren-Turbines. Все их адреса можно найти в Интернете.

Практика использования в авиамоделизме

Начнём с того, что турбина у вас уже есть, самая простая, как ей теперь управлять?

Есть несколько способов заставить работать ваш газотурбинный двигатель в модели, но лучше всего сначала построить небольшой испытательный стенд наподобие этого:

Ручной старт (Manual start) — cамый простой способ управления турбиной.

Турбина сжатым воздухом, феном, электрическим стартером разгоняется до минимальных рабочих 3000 об/мин.
В камеру сгорания подаётся газ, а на свечу накаливания — напряжение, происходит воспламенение газа и турбина выходит на режим в пределах 5000-6000 об/мин. Раньше мы просто поджигали воздушно-газовую смесь у сопла и пламя «простреливало» в камеру сгорания.
На рабочих оборотах включается регулятор хода, управляющий оборотами топливного насоса, который в свою очередь подаёт в камеру сгорания горючее — керосин, дизельное топливо или отопительное масло.
При наступлении стабильной работы подача газа прекращается, и турбина работает только на жидком топливе!

Смазка подшипников ведётся обычно с помощью топлива, в которое добавлено турбинное масло, примерно 5%. Если смазочная система подшипников раздельная (с масляным насосом), то питание насоса лучше включать перед подачей газа. Отключать его лучше в последнюю очередь, но НЕ ЗАБЫВАТЬ выключить! Если вы считаете, что женщины это слабый пол, то посмотрите, во что они превращаются при виде струи масла, вытекающей на обивку заднего сиденья семейного автомобиля из сопла модели.

Недостаток этого самого простого способа управления — практически полное отсутствие информации о работе двигателя. Для измерения температуры и оборотов нужны отдельные приборы, как минимум электронный термометр и тахометр. Чисто визуально можно только приблизительно определить температуру, по цвету каления крыльчатки турбины. Центровку, как у всех крутящихся механизмов, проверяют по поверхности кожуха монетой или ногтем. Прикладывая ноготь к поверхности турбины, можно почувствовать даже мельчайшие вибрации.

В паспортных данных двигателей всегда даются их предельные обороты, например 120.000 об/мин. Это предельно допустимая величина при эксплуатации, пренебрегать которой не следует! После того как в 1996 году у меня разлетелся самодельный агрегат прямо на стенде и колесо турбины, разорвав обшивку двигателя, пробило насквозь 15-ти миллиметровую фанерную стенку контейнера, стоящего в трёх метрах от стенда, я сделал для себя вывод, что без приборов контроля разгонять самопальные турбины опасно для жизни! Расчёты по прочности показали потом, что частота вращения вала должна была лежать в пределах 150. 000. Так что лучше было ограничить рабочие обороты на полном газу до 110.000 – 115.000 об/мин.

Ещё один важный момент. В схему управления топливом ОБЯЗАТЕЛЬНО должен быть включен аварийный закрывающий вентиль, управляемый через отдельный канал! Делается это для того, что бы в случае вынужденной посадки, морковно-внепланового приземления и прочих неприятностей прекратить подачу топлива в двигатель во избежание пожара.

Start control (Полуавтоматический старт).

Что бы неприятностей, описанных выше, не произошло на поле, где (ни дай бог!) ещё и зрители вокруг, применяют довольно хорошо зарекомендовавший себя Start control. Здесь управление стартом — открытие газа и подачу керосина, слежение за температурой двигателя и оборотами ведёт электронный блок ECU ( Electronic- Unit- Control) . Ёмкость для газа, для удобства, уже можно расположить внутри модели.

К ECU для этого подключены температурный датчик и датчик оборотов, обычно оптический или магнитный. Кроме этого ECU может давать показания о расходе топлива, сохранять параметры последнего старта, показания напряжения питания топливного насоса, напряжение аккумуляторов и т.д. Всё это можно потом просмотреть на компьютере. Для программирования ECU и снятия накопленных данных служит Manual Тerminal (терминал управления).

На сегодняшний день самое большое распространение получили два конкурирующих продукта в этой области Jet-tronics и ProJet. Какому из них отдать предпочтение — решает каждый сам, так как тяжело спорить на тему что лучше: Мерседес или БМВ?

Работает все это следующим образом:

При раскручивании вала турбины (сжатый воздух/фен/электростартер) до рабочих оборотов ECU автоматически управляет подачей газа в камеру сгорания, зажиганием и подачей керосина.
При движении ручки газа на вашем пульте сначала происходит автоматический вывод турбины на рабочий режим с последующим слежением за самыми важными параметрами работы всей системы, начиная от напряжения аккумуляторов до температуры двигателя и величины оборотов.

Автоматическийстарт (Automatic start)

Для особо ленивых процедура запуска упрощена до предела. Запуск турбины происходит с пульта управления тоже через ECU одним переключателем. Здесь уже не нужен ни сжатый воздух, ни стартер, ни фен!

Вы щёлкаете тумблером на вашем пульте радиоуправления.
Электростартер раскручивает вал турбины до рабочих оборотов.
ECU контролирует старт, зажигание и вывод турбины на рабочий режим с последующим контролем всех показателей.
После выключения турбины ECU ещё несколько раз автоматически прокручивает вал турбины электростартером для снижения температуры двигателя!

Самым последним достижением в области автоматического запуска стал Керостарт. Старт на керосине, без предварительного прогрева на газе. Поставив свечу накаливания другого типа (более крупную и мощную) и минимально изменив подачу топлива в системе, удалось полностью отказаться от газа! Работает такая система по принципу автомобильного обогревателя, как на «Запорожцах». В Европе пока только одна фирма переделывает турбины с газового на керосиновый старт, не зависимо от фирмы производителя.

Как вы уже заметили, на моих рисунках в схему включены ещё два агрегата, это клапан управления тормозами и клапан управления уборкой шасси. Это не обязательные опции, но очень полезные. Дело в том, что у «обычных» моделей при посадке, пропеллер на маленьких оборотах является своего рода тормозом, а у реактивных моделей такого тормоза нет. К тому же, у турбины всегда есть остаточная тяга даже на «холостых» оборотах и скорость посадки у реактивных моделей может быть намного выше, чем у «пропеллерных». Поэтому сократить пробежку модели, особенно на коротких площадках, очень помогают тормоза основных колёс.

Топливная система

Второй странный атрибут на рисунках, это топливный бак. Напоминает бутылку кока-колы, не правда ли? Так оно и есть!

Это самый дешевый и надёжный бак, при условии, что используются многоразовые, толстые бутылки, а не мнущиеся одноразовые. Второй важный пункт, это фильтр на конце всасывающего патрубка. Обязательный элемент! Фильтр служит не для того, чтобы фильтровать топливо, а для того, чтобы избежать попадания воздуха в топливную систему! Не одна модель была уже потеряна из-за самопроизвольного выключения турбины в воздухе! Лучше всего зарекомендовали себя здесь фильтры от мотопил марки Stihl или им подобные из пористой бронзы. Но подойдут и обычные войлочные.

Раз уж заговорили о топливе, можно сразу добавить, что жажда у турбин большая, и потребление топлива находится в среднем на уровне 150-250 грамм в минуту. Самый большой расход конечно же приходится на старт, зато потом рычаг газа редко уходит за 1/3 своего положения вперёд. Из опыта можно сказать, что при умеренном стиле полёта трёх литров топлива вполне хватает на 15 мин. полётного времени, при этом в баках остаётся ещё запас для пары заходов на посадку.

Само топливо — обычно авиационный керосин, на западе известный под названием Jet A-1.

Можно, конечно, использовать дизельное топливо или ламповое масло, но некоторые турбины, такие как из семейства JetCat, переносят его плохо. Также ТРД не любят плохо очищенное топливо. Недостатком заменителей керосина является большое образование копоти. Двигатели приходится чаще разбирать для чистки и контроля. Есть случаи эксплуатации турбин на метаноле, но таких энтузиастов я знаю только двоих, они выпускают метанол сами, поэтому могут позволить себе такую роскошь. От применения бензина, в любой форме, следует категорически отказаться, какими бы привлекательными ни казались цена и доступность этого топлива! Это в прямом смысле игра с огнём!

Обслуживание и моторесурс

Вот и следующий вопрос назрел сам собой — обслуживание и ресурс.

Обслуживание в большей степени заключается в содержании двигателя в чистоте, визуальном контроле и проверке на вибрацию при старте. Большинство авиамоделистов оснащают турбины своего рода воздушным фильтром. Обыкновенное металическое сито перед всасывающим диффузором. На мой взгляд — неотъемлемая часть турбины.

Двигатели, содержащиеся в чистоте, с исправной системой смазки подшипников служат безотказно по 100 и более рабочих часов. Хотя многие производители советуют после 50 рабочих часов присылать турбины на контрольное техническое обслуживание, но это больше для очистки совести.

Первая реактивная модель

Ещё коротко о первой модели. Лучше всего, чтобы это был «тренер»! Сегодня на рынке множество турбинных тренеров, большинство из них это модели с дельтовидным крылом.

Почему именно дельта? Потому, что это очень устойчивые модели сами по себе, а если в крыле использован так называемый S-образный профиль, то и посадочная скорость и скорость сваливания минимальные. Тренер должен, так сказать, летать сам. А вы должны концентрировать внимание на новом для вас типе двигателя и особенностях управления.

Тренер должен иметь приличные габариты. Так как скорости на реактивных моделях в 180-200 км/ч — само собой разумеющиеся, то ваша модель будет очень быстро удаляться на приличные расстояния. Поэтому за моделью должен быть обеспечен хороший визуальный контроль. Лучше, если турбина на тренере крепится открыто и сидит не очень высоко по отношению к крылу.

Хорошим примером, какой тренер НЕ ДОЛЖЕН быть, является самый распространённый тренер – «Kangaroo». Когда Фирма FiberClassics (сегодня Composite-ARF) заказывала эту модель, то в основе концепта была заложена в первую очередь продажа турбин «София», и как важный аргумент для моделистов, что сняв крылья с модели, её можно использовать в качестве испытательного стенда. Так, в общем, оно и есть, но производителю хотелось показать турбину, как на витрине, поэтому и крепится турбина на своеобразном «подиуме». Но так как вектор тяги оказался приложен намного выше ЦТ модели, то и сопло турбины пришлось задирать кверху. Несущие качества фюзеляжа были этим почти полностью съедены, плюс малый размах крыльев, что дало большую нагрузку на крыло. От других предложенных тогда решений компоновки заказчик отказался. Только использование Профиля ЦАГИ-8, ужатого до 5% дало более-менее приемлемые результаты. Кто уже летал на Кенгуру, тот знает, что эта модель для очень опытных пилотов.

Учитывая недостатки Кенгуру, был создан спортивный тренер для более динамичных полётов «HotSpot». Эту модель отличает более продуманная аэродинамика, и летает «Огонёк» намного лучше.

Дальнейшим развитием этих моделей стал «BlackShark». Он рассчитывался на спокойные полёты, с большим радиусом разворотов. С возможностью широкого спектра пилотажа, и в то же время, с хорошими парительными качествами. При выходе из строя турбины, эту модель можно посадить как планер, без нервов.

Как видите, развитие тренеров пошло по пути увеличения размеров (в разумных пределах) и уменьшении нагрузки на крыло!

Так же отличным тренером может служить австрийский набор из бальзы и пенопласта, Super Reaper. Стоит он 398 Евро. В воздухе модель выглядит очень хорошо. Вот мой самый любимый видеоролик из серии Супер Рипер: http://www.paf-flugmodelle.de/spunki.wmv

Но чемпионом по низкой цене на сегодняшний день является «Spunkaroo». 249 Евро! Очень простая конструкция из бальзы, покрытой стеклотканью. Для управления моделью в воздухе достаточно всего двух сервомашинок!

Раз уж зашла речь о сервомашинках, надо сразу сказать, что стандартным трехкилограммовым сервам в таких моделях делать нечего! Нагрузки на рули у них огромные, поэтому ставить надо машинки с усилием не меньше 8 кг!

Подведём итог

Естественно у каждого свои приоритеты, для кого-то это цена, для кого-то готовый продукт и экономия времени.

Самым быстрым способом завладеть турбиной, это просто её купить! Цены на сегодняшний день для готовых турбин класса 8 кг тяги с электроникой начинаются от 1525 Евро. Если учесть, что такой двигатель можно сразу без проблем брать в эксплуатацию, то это совсем не плохой результат.

Наборы, Kit-ы. В зависимости от комплектации, обычно набор из спрямляющей системы компрессора, крыльчатки компрессора, не просверленного колеса турбины и спрямляющей ступени турбины, в среднем стоит 400-450 Евро. К этому надо добавить, что всё остальное надо либо покупать, либо изготовить самому. Плюс электроника. Конечная цена может быть даже выше, чем готовая турбина!

На что надо обратить внимание при покупке турбины или kit-ов – лучше, если это будет разновидность KJ-66. Такие турбины зарекомендовали себя как очень надёжные, да и возможности поднятия мощности у них ещё не исчерпаны. Так, часто заменив камеру сгорания на более современную, или поменяв подшипники и установив спрямляющие системы другого типа, можно добиться прироста мощности от нескольких сот грамм до 2 кг, да и разгонные характеристики часто намного улучшаются. К тому же, этот тип турбин очень прост в эксплуатации и ремонте.

Подведём итог, какого размера нужен карман для постройки современной реактивной модели по самым низким европейским ценам:

Турбина в сборе с электроникой и мелочами — 1525 Евро
Тренер с хорошими полётными качествами — 222 Евро
2 сервомашинки 8/12 кг — 80 Евро
Приёмник 6 каналов — 80 Евро

Итого, Ваша мечта: около 1900 Евро или примерно 2500 зелёных президентов!

Удачи!

Обсудить на форуме

Своими руками турбореактивный двигатель для авиамоделей

Содержание

Что такое турбореактивный двигатель?
Делаем камеру сгорания
Делаем опору
Изготовление рабочих колес
Как сделать реально работающий газотурбинный двигатель в домашних условиях
Реактивные модели самолетов
Сборка внутренней части ngv
Статор компрессора (диффузор)

Что такое турбореактивный двигатель?

Так как энергии этой разогретой воздушной струи намного больше, чем требуется компрессору для его работы, то ее остаток высвобождается в сопле двигателя в виде мощного импульса, направленного назад. И чем больше воздуха разогревается в камере сгорания, тем он быстрее стремится её покинуть, ещё сильнее разгоняя турбину, а значит и находящийся на другом конце вала компрессор.

Принцип работы — проще не придумаешь. Но если бы всё было так просто!

ТРД можно четко разделить на три части.

А. Ступень компрессора
Б. Камера сгорания
В. Ступень турбины

А. Аксиальный или линейный
Б. Радиальный или центробежный
В. Диагональный

А. Многоступенчатые линейные компрессоры получили большое распространение только в современных авиационных и промышленных турбинах. Дело в том, что достичь приемлемых результатов линейным компрессором можно, только если поставить последовательно несколько ступеней сжатия одну за другой, а это сильно усложняет конструкцию.

К тому же, должен быть выполнен ряд требований по устройству диффузора и стенок воздушного канала, чтобы избежать срыва потока и помпажа. Были попытки создания модельных турбин на этом принципе, но из-за сложности изготовления, всё так и осталось на стадии опытов и проб.

Б. Радиальные, или центробежные компрессоры. В них воздух разгоняется крыльчаткой и под действием центробежных сил компримируется — сжимается в спрямительной системе-статоре. Именно с них начиналось развитие первых действующих ТРД.

В. Диагональный, или смешанный тип компрессора, обычно одноступенчатый, по принципу работы похож на радиальный, но встречается довольно редко, обычно в устройствах турбонаддувов поршневых ДВС.

Делаем камеру сгорания

Наклейте этот шаблон поверх металлического листа. Просверлите отверстия и обрежьте форму. Здесь нет необходимости использовать нержавеющую сталь. Сверните конус. Для для того, чтобы он не разворачивался, загните его. Передняя часть камеры находится здесь:

Снова используйте этот шаблон, чтобы сделать конус. Используйте долото, чтобы сделать клиновые прорези, и затем сверните в конус. Закрепите конус с помощью загиба. Обе части удерживаются вместе только трением двигателе. Поэтому не нужно думать, как их закрепить на этом этапе.

Делаем опору

Файл документа с шаблоном для опоры находится здесь:

Вырежьте деталь из листа нержавеющей стали, просверлите необходимые отверстия и согните деталь, как показано на фотографиях.

Если бы у вас есть токарный станок, вы можете сделать все проставки на нем. Другой способ сделать это — вырезать несколько плоских дисков из листа металла, положить их один на другой и плотно закрепить их болтами, чтобы получить объемную деталь.

Используйте здесь лист из мягкой (или оцинкованной) стали толщиной 1 мм.

Документы с шаблонами для проставок находятся здесь:

Вам понадобятся 2 маленьких диска и 12 больших. Количество приведено для листа металла толщиной 1 мм. Если вы используете более тонкий или более толстый, вам нужно будет отрегулировать количество дисков, чтобы получить правильную общую толщину.Отрежьте диски и просверлите отверстия. Обточите диски одинакового диаметра, как описано выше.

Изготовление рабочих колес

В этой конструкции используются 2 вида стальных колес. А именно: турбинное колесо и колесо NGV. Для их изготовления используют нержавеющую сталь. Если бы они были изготовлены из легкого или оцинкованного материала, их едва хватило бы, чтобы показать, как работает двигатель.

Вы можете вырезать диски из металлического листа, а затем просверлить отверстие в центре, но, скорее всего, вы не попадете в центр. Поэтом просверлите отверстие в листе металла, а затем приклеить бумажный шаблон, чтобы отверстие в металле и место для отверстия в бумажном шаблоне совпали. Вырежьте металл по шаблону.

Просверлите вспомогательные отверстия. (Обратите внимание, что центральные отверстия уже должны быть просверлены. Также обратите внимание, что колесо турбины имеет только центральное отверстие.)

Также неплохо бы оставить немного припуска при резке металла, а затем обточить кромку дисков, используя сверлильный станок и точило.На этом этапе может быть лучше сделать несколько резервных дисков. Далее будет понятно почему.

Как сделать реально работающий газотурбинный двигатель в домашних условиях

Самое сложное в изготовлении и самое важное для работы турбины — это ступень компрессора. Обычно для его сборки требуется точный обрабатывающий инструмент с ЧПУ или ручным приводом. К счастью, компрессор работает при низкой температуре и может быть напечатан на 3D-принтере.

Еще одна вещь, которую обычно очень трудно воспроизвести в домашних условиях, это так называемая «сопловая лопатка» или просто NGV. Путем проб и ошибок автор нашел способ, как сделать это, не используя сварочный аппарат или другие экзотические инструменты.

Что понадобится: 1) 3D-принтер, способный работать с нитью PLA. Если у вас есть дорогой, такой как Ultimaker – это замечательно, но более дешевый, такой как Prusa Anet, тоже подойдет; 2) У вас должно быть достаточное количество PLA, чтобы напечатать все части.

ABS не подойдет для этого проекта, так как он слишком мягкий. Вероятно, можете использовать PETG, но это не проверялось , так что делайте это на свой страх и риск; 3) Жестяная банка соответствующего размера (диаметр 100 мм, длина 145 мм). Предпочтительно банка должна иметь съемную крышку.

Вы можете взять обычную банку (скажем, от кусочков ананаса), но тогда вам нужно будет сделать для нее металлическую крышку; 4) Лист из оцинкованного железа. Толщина 0,5 мм является оптимальной. Вы можете выбрать другую толщину, но у вас могут возникнуть трудности с изгибом или шлифовкой, поэтому будьте готовы.

В любом случае Вам понадобится как минимум короткая лента из оцинкованного железа толщиной 0,5 мм, чтобы сделать проставку кожуха турбины. Подойдет 2 шт. Размером 200 х 30 мм; 5) Лист нержавеющей стали для изготовления колеса турбины, колеса NGV и кожуха турбины.

Опять толщина 0,5 мм является оптимальной. 6) Твердый стальной стержень для изготовления вала турбины. Осторожно: мягкая сталь здесь просто не работает. Вам понадобится хотя бы немного углеродистой стали. Твердые сплавы будут еще лучше. Диаметр вала составляет 6 мм.

Вы можете выбрать другой диаметр, но затем вам нужно будет найти подходящие материалы для изготовления ступицы; 7) 2 шт. 6х22 подшипники 626zz; 8) патрубки 1/2″ длиной 150 мм и два концевых фитинга; 9) сверлильный станок; 10) Точило 11) дремель (или что-то похожее) 12)

Ножовка по металу, плоскогубцы, отвертку, плашку М6, ножницы, тиски и т. д .; 13) кусок трубы из меди или нержавеющей стали для распыления топлива; 14) Набор болтов, гаек, хомутов, виниловых трубок и прочего; 15) пропан или бутановая горелка

Если вы хотите запустить двигатель, вам также понадобятся:

16) Баллон с пропаном. Существуют бензиновые или керосиновые двигатели, но заставить их работать на этих видах топлива немного сложно. Лучше начать с пропана, а потом решить, хотите ли вы перейти на жидкое топливо или вы уже довольны газовым топливом; 17)

Манометр, способный измерять давление в несколько мм водяного столба. 18) Цифровой тахометр для измерения оборотов турбины 19) Стартер. Для запуска реактивного двигателя можно использовать:Вентилятор (100 Вт или более). Лучше центробежный)электродвигатель (мощностью 100 Вт или более, 15000 об / мин; Вы можете использовать свой дремель здесь).

Реактивные модели самолетов

Продолжение недавнего поста (не моего) о реактивных моделях самолетов.

Пионеры с огнетушителями
Запуск первых модельных турбореактивных двигателей, рассказывает нам пионер этой техники в России Виталий Робертус, напоминал небольшой подвиг. Для запуска была строго необходима команда из четырех человек. Они обступали модель самолета, первый — держа в руках водолазный баллон со сжатым воздухом, второй — баллон с бытовым газом, третий — огнетушитель побольше, а четвертый, с пультом управления, был собственно пилотом. Последовательность запуска была следующей. Сначала сжатым воздухом дули на крыльчатку компрессора, раскручивая его до 3000 оборотов в минуту. Потом подавали газ и поджигали его, пытаясь получить устойчивое горение в камерах сгорания. После этого надо было умудриться переключиться на подачу керосина. Вероятность благополучного исхода была крайне мала. Как правило, в половине случаев случался пожар, вовремя не срабатывал огнетушитель, и от турбореактивной модели оставались одни головешки. Бороться с этим на первоначальном этапе пытались простыми методами — увеличив команду запуска еще на одного человека с дополнительным огнетушителем. Как правило, после просмотра видеозаписей таких подвигов энтузиазм потенциальных турбореактивных моделистов быстро испарялся.

Отец модельного ТРД

Почти космический корабль

Умная турбина

Последний писк микротурбинной моды – замена авиамодельной калильной свечи на специальное устройство, распыляющее керосин, который, в свою очередь, воспламеняет раскаленная спираль. Подобная схема позволяет и вовсе отказаться от газа при старте. У такого двигателя два недостатка: увеличение цены и потребления электроэнергии. Для сравнения: керосиновый старт потребляет 700−800 мАч аккумулятора, а газовый — 300−400 мАч. А на борту самолета, как правило, стоит литий-полимерный аккумулятор емкостью в 4300 мАч. Если использовать газовый старт, то перезаряжать его в течение дня полетов не потребуется. А вот в «керосиновом» случае придется.

Внутренности

Из коробки

Наши чемпионы

Двухдвигательные

Несколько лет назад многие двухдвигательные копии на самом деле имели один двигатель из-за дороговизны турбин и сложностей с запуском. Сейчас от этой практики отказались. Самые распространенные двухдвигательные копии — F-15, F-18, Me-262, Су-27 и, конечно, МиГ-29.

Многодвигательные
Чрезвычайно дорогой класс реактивного авиамоделизма. Как правило, такие модели строятся на деньги компаний-спонсоров и участвуют в различных шоу. Наиболее известны копии восьмидвигательного В-52, четырехдвигательных Airbus A-380, A-340 и легендарного Boeing 747.

Турбореактивные
Существует менее эффектный, но не менее сложный класс турбовинтовых моделей-копий. На них ставят, как правило, вертолетные турбореактивные модельные двигатели. Чаще встречаются копии спортивных пилотажных самолетов. Из-за малочисленности жанра назвать какие-то хиты затруднительно.

Сборка внутренней части ngv

Теперь у вас есть все детали для сборки NGV. Установите их на ступицу, как показано на фотографиях.

Турбина нуждается в некотором давлении для нормальной работы. А чтобы не допустить свободного распространения горячих газов, нам нужен так называемый «турбинный кожух». В противном случае газы будут терять давление сразу после прохождения через NGV. Для правильного функционирования кожух должен соответствовать турбине небольшой зазор.

Поскольку у нас турбинное колесо и колесо NGV имеют одинаковый диаметр, нам нужно что-то, чтобы обеспечить необходимый зазор. Это что-то — проставка кожуха турбины. Это просто полоса металла, которая обернута вокруг колеса NGV. Толщина этого листа определяет величину зазора. Используйте 0,5 мм здесь.

Просто нарежьте полосу шириной 10 мм и длиной 214 мм из листа любой стали толщиной 0,5 мм.

Сам турбинный кожух будет куском металла, по диаметру колеса NGV. Или лучше пара штук. Здесь у вас больше свободы выбора толщины. Кожух — это не просто полоса, поскольку у нее есть ушки прикрепления.

Файл документации с шаблоном для кожуха турбины находится здесь:

Наденьте проставку кожуха на лопасти NGV. Закрепите с помощью стальной проволоки. Найдите способ зафиксировать проставку, чтобы она не двигалась при удалении провода. Вы можете использовать пайку.

Затем удалите проволоку, и накрутите кожух турбины на проставку. Снова используйте проволоку, чтобы плотно обернуть.

Делайте, как показано на фотографиях. Единственным соединением между NGV и ступицей являются три винта M3. Это ограничивает тепловой поток от горячего NGV к холодной ступице и не дает перегреваться подшипникам.

Проверьте может ли турбина вращаться свободно. Если нет — произведите выравнивание кожуха NGV, изменив положение регулировочных гаек на трех винтах M3. Изменяйте наклон NGV, пока турбина не сможет свободно вращаться.

Эта деталь очень сложной формы. И когда другие детали могут быть (по крайней мере, теоретически) сделаны без использования точного оборудования, это невозможно. Что еще хуже, эта часть в наибольшей степени влияет на эффективность компрессора. Это означает, что тот факт, будет ли весь двигатель работать или нет, сильно зависит от качества и точности диффузора. Вот почему даже не пытайтесь сделать это вручную. Сделайте это на принтере.

Для удобства 3D-печати статор компрессора разделен на несколько частей. Вот файлы STL:

3D распечатать и собрать, как показано на фотографиях. Обратите внимание, что гайка с трубной резьбой 1/2″ должна быть прикреплена к центральному корпусу статора компрессора. Она используется для удержания втулки на месте. Гайка крепится с помощью 3х винтов М3. Шаблон, где просверлить отверстия в гайке:

Также обратите внимание на теплозащитный конус из алюминиевой фольги . Он используется для предотвращения размягчения частей PLA из-за теплового излучения от вкладыша сгорания. В качестве источника алюминиевой фольги здесь можно использовать любую банку из под пива.

Вам понадобится консервная банка длиной 145 мм и диаметром 100 мм. Лучше, если вы можете использовать банку с крышкой. В противном случае вам нужно будет установить NGV со ступицей на дно консервной банки, и у вас возникнут дополнительные проблемы со сборкой двигателя для обслуживанием.

Отрежьте одно дно консервной банки. В другом дне (или лучше в крышке) вырежьте круглое отверстие 52 мм. Затем нарежьте его кромку на сектора, как показано на фотографиях.

Вставьте сборку NGV в отверстие . Оберните сектора стальной проволокой плотно.

Сделайте кольцо из медной трубки (наружный диаметр 6 мм, внутренний диаметр 3,7 мм). Или лучше Вы можете использовать трубки из нержавеющей стали. Топливное кольцо должно плотно прилегать к внутренним компонентам вашей консервной банки. Припаяйте его.

Обратите внимание, что наличие так называемых «горячих точек» в выхлопе двигателя зависит практически исключительно от качества топливного кольца. Грязные или неровные отверстия, и в итоге вы получите двигатель, который просто разрушит себя при попытке запустить его.

Проверьте качество разбрызгивания топлива, поджигая его. Языки пламени должны быть равны друг другу.

После завершения установите топливную форсунку в корпус консервной банки.

Все, что вам нужно сделать на этом этапе, это собрать все части вместе. Если дела пойдут хорошо, проблем с этим не возникнет.

Замажьте крышку консервной банки термостойким герметиком, вы можете использовать силикатный клей с жаростойким наполнителем. Можно использовать графитовую пыль, стальной порошок и так далее.

После того, как двигатель собран, проверьте, свободно ли вращается его ротор. Если это так, сделайте предварительное испытание на огнестойкость. Используйте какой-нибудь достаточно мощный вентилятор, чтобы продуть воздухозаборник или просто вращайте вал с помощью dremel.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: на этом этапе вы не пытаетесь запустить двигатель! Единственная цель испытания на огнестойкость состоит в том, чтобы нагреть его и посмотреть, хорошо ли он ведет себя или нет. На этом этапе вы можете использовать баллон из бутана, который обычно используется для ручных горелок.

Вы можете запустить двигатель, либо вдувая воздух в него, либо вращая его вал каким-либо стартером. Будьте готовы сжечь несколько дисков NGV (и, возможно, турбины) при попытке запуска. (Вот почему на шаге 4 было рекомендовано сделать несколько резервных.) Как только вы освоитесь с двигателем, вы сможете без проблем запустить его в любое время.

Обратите внимание, что в настоящее время двигатель может служить в основном в образовательных и развлекательных целях. Но это полностью функциональный турбореактивный двигатель, способный вращаться до любых желаемых оборотов (в том числе и до само разрушающихся).

Не стесняйтесь улучшать и модифицировать дизайн для выполнения ваших целей. Прежде всего, вам понадобится более толстый вал, чтобы достичь более высоких оборотов и, следовательно, тяги. Второе, что нужно попробовать — это обернуть внешнюю поверхность двигателя металлической трубой — топливопроводом и использовать ее в качестве испарителя для жидкого топлива.

Здесь пригодится конструкция двигателя с горячей наружной стенкой. Еще одна вещь, о которой стоит подумать, это система смазки. В простейшем случае это может иметь форму маленькой бутылки с небольшим количеством масла и двумя трубами — одна труба для снятия давления с компрессора и направления его в баллон, а другая труба для направления масла из баллона под давлением и направления его в задняя балка.

Без смазки двигатель может работать только в течение от 1 до 5 минут в зависимости от температуры NGV (чем выше температура, тем меньше время работы). После этого Вам необходимо самостоятельно смазать подшипники. А с добавленной системой смазки двигатель может работать долго.

ДВС авиамодельные двигатели

Фильтр

<a href=»/dvs-dvigateli/dvigateli-dlya-samoletov-c-197/?sort=3a&sort_filfer_id=123″>от дешевых к дорогим</a>от дорогих к дешевымновыепо рейтингу

Производители

Все
ASP
Hobby
Kyosho
O. S. Engines
PlanetaHobby
Thunder Tiger

Сортировка

от дешевых к дорогим

от дорогих к дешевым

новые

по рейтингу

скрыть

Скрыть товары, которых нет в наличии

Фильтр

Производители

Все
ASP
Hobby
Kyosho
O.S. Engines
PlanetaHobby
Thunder Tiger

Нет в наличии

5 отзывов

Нет в наличии

1 отзыв

Нет в наличии

Пламенный мотор

Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, а также сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы.

История

Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.

Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, когда братья Райт запускали свой первый самолет «Флайер-1», российский ученый опубликовал труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором разработал основы теории реактивного движения. Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Циолковскому потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.

Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки

Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.

В СССР разработкой турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался легендарный авиаконструктор Архип Люлька. Еще в апреле 1940 года он запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Архип Люлька не нашел поддержки у руководства страны. С началом войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в срочном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1.

Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А.М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).

Принцип работы

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по принципу обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.

При этом понятно, что работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. Поэтому газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием – охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.

Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.

Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.

Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. Ее раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку-пропеллер. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии.

После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.

Поколения турбореактивных двигателей

Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.

К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15 и на самолеты ИЛ-28, ТУ-14.

Истребитель МИГ-15

ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.

Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.

000 100 кг — Миниджеты

Реактивный двигатель с тягой от 0 до 100 кг Класс

Пионер этих мини-двигателей, вероятно, американский инженер Макс ДРЕХЕР, который в 1960-х построил серию небольших турбин для военных и гражданских целей.

Французская компания JPX, вероятно, является той, кто начал их использование в больших масштабах (на глобальном уровне для производителей моделей). С тех пор, конкурируя со многими другими мировыми компаниями, JPX исчезла из этого сектора, чтобы переориентироваться на поршневые двигатели для авиации общего назначения

Турбины представляют собой объекты, предназначенные для использования в авиации (кроме исключений parfois quelques, comme pour le fantastique travail d’Yves ROSSY).

Турбореактивные двигатели, отсортированные по номинальной мощности и году выпуска

L’AMT AT-450 на заводе AMT USA (Aviation Microjet Technology), базирующейся в Огайо американского общества, который производит и производит маленькие турбины для газа: la propulsion de modeles radio commandé,. ..

AMT Нидерланды conçoit et fabrique des petits turboréacteurs destinés à la propulsion: d’engins cibles / беспилотники d’avions radio commandés, d’avions expérimentaux, de planeurs à dispositifs d’envol incorporés, Le réacteur Olympus a subit deux évolution…

Le Titan является автором уникальной центрифуги с двойным компрессором и осевой турбиной с двумя потоками. Le temps nécessaire au Titan pour monter et downre les ségimes de min à max est благоприятное влияние на faible…

Le petit turboréacteur BMW 8025 développé by BMW Triebwerkbau GmbH (Мюнхен Аллах). Il avait pour origine la Turbine à gaz pour électrogène groupe BMW 6002, введенный в 1959 году.0004 Le BMW 8026 создан и произведен компанией Bmw Triebwerkbau Gmbh de Munchen-Allach. Руководство, выпущенное BMW 8025, выполняет главную миссию по обновлению декоративной отделки и восхождению на автономный самолет. Il s’agissait avant tout…

Турбогенератор Cobra, созданный компанией D.James et J. Walles и конструктором компании James Engineering Turbines Ltd (J.E.T). A l’original ce n’était pas un moteur destiné à propulser un avion, mais ses performance ont été si intéressantes qu’il…

Le réacteur JetCat P160 ete initialement conçu pour la propulsion de model reduit. В состав центрифуги компрессора входит установка, которая включает в себя аспирацию воздуха, лейка, в которой воспламеняется система впрыска карбюратора…

JetCAt Produit une Famille de turbo réacteur qui est l’une dès plus Complete du Marché. Elle est composée de plusieurs models dont les puissances s’échelonnaient Entre 20 et 150 kg de poussée. Le Jetcat P200 – это…

Le Jetcat P300 – это турбореактивный двигатель с простым потоком класса 30 кг. Он является составной частью центрифуги компрессора, осевой турбины и кольцевой камеры сгорания. Il a été Commercialisé en…

A l’Original, le JFS-100 etait un groupe de démarrage conçu et produit par la Société Garrett. Il a été utilisé, Entre autre sur les chasseurs A7, F16 и F15. Il offrait une puissance de 90 Hp à 72…

Kingtech — производитель малых газотурбинных реактивных двигателей, выпускающий двигатели для высокотехнологичных моделей самолетов с дистанционным управлением и беспилотных авиационных систем. Kingtech вышла на рынок в 2009 году после четырех лет разработки. С…

В ходе военной деятельности, Люлька производит маленький турбореактивный двигатель ТС-31, который весит 23 кг и имеет вес 55 кг. Il ne fut utilisé que sur le moto-planeur Антонов А-13. Использование(я)

Часть проектов самолетов, основанная на использовании двигателей, созданных миром, микротурбин для моделей радиоуправления, которые не имеют сертификатов. Depuis quelques années, некоторые автомобилисты…

Первоначальным продуктом Microturbo была стартерная турбина «Noelle», которая привела к созданию ряда стартеров/ВСУ, таких как «Emeraude», «Espadon» и «Saphir». Emeraude привел к созданию первого турбореактивного двигателя компании,…

Le TJ-20a appartient à une série de petits turboréacteurs qui benéficient des dernières technology développees pour des moteurs plus puissant. Il est Architecture autour d’un Compresseur Centrifuge à un étage, d’un диффузорная центрифуга и осевой, d’une…

TJ40 (версии G1 и G2) был разработан для приведения в движение систем БПЛА, таких как дроны-мишени, дроны-ловушки или небольшие разведывательные дроны. Он также может оборудовать планеры или сверхлегкие самолеты. Его преимуществом является малый вес 3,8 кг и… Il aurait pour origine un moteur de groupe électrogène militaire éprouvé. Sa taille, son poids,…

В 1963 году Макс Дреер начал работу над концепцией премьер-министра, le TJD-76 Baby Mamba. Conçu налить двигатель ип planeur, il avait ипе poussée statique де 55 фунтов. L’objectif était de faire un moteur simple et aussi…

Турбины Tom-Thumb приводят в действие радиоуправляемые реактивные двигатели

Боб Вебстер
Вице-президент Upperspace Corp.
Прайор, Оклахома

Дэвид Мэтьюз из Шеннона, Ирландия, (справа) построил эту модель C-17a Globemaster III в масштабе 1/10. Модель имеет размах крыла 17 футов, весит 200 фунтов и имеет четыре двигателя с тягой 20 фунтов каждый. Он успешно завершил рулежные испытания и в настоящее время ожидает сертификации и летных испытаний.

Этот 13-фунтовый JetCat HP5 включает в себя реактивный двигатель (круглый компонент внизу), но он прикреплен к коробке передач и аксессуарам, необходимым для питания модели вертолета. Например, он включает в себя центробежную муфту, которая отсоединяет лопасти вертолета от турбины, позволяя им перестать вращаться, пока двигатель работает на холостом ходу.

Это 2,25 дюйма. Турбореактивный двигатель был разработан и построен Эвальдом Шустером. Он весит 6,5 унций, развивает тягу 4 фунта и работает со скоростью до 220 000 об/мин.

Этот турбовентиляторный двигатель разрабатывается Эвальдом Шустером. Он будет производить 45 фунтов тяги для реактивной модели Harrier в масштабе 1/6.

Программное обеспечение двигателя JetCat можно использовать для мониторинга в реальном времени или для просмотра записанных данных о полете.

После полувека исследований и разработок газотурбинный реактивный двигатель стал более мощным, эффективным и относительно тихим. Развитие также раздвинуло границы еще в одном измерении: реактивные двигатели становятся меньше — намного меньше. Любители и энтузиасты моделей теперь имеют надежные газотурбинные двигатели, широко доступные для радиоуправляемых (RC) моделей реактивных самолетов, турбовинтовых двигателей и вертолетов.

РАЗМЕР И ТОПЛИВО
Модели турбореактивных двигателей обычно имеют диаметр от 3 до 5 дюймов, вес от 2 до 5 фунтов и тягу от 12 до 45 фунтов. А добавление редукторов делает двигатели подходящими для моделей винтовых самолетов и вертолетов, обеспечивая отличное соотношение мощности и веса. Цены на реактивные двигатели варьируются от 2000 до 4500 долларов и выше, в зависимости от размера и аксессуаров.

Как и их полноразмерные аналоги, модельные двигатели забирают воздух в камеру сгорания с помощью лопаток компрессора. Там сгорает топливо, а выходящий выхлоп вращает силовую турбину и обеспечивает тягу. Вал соединяет турбину и компрессор и также вращает его. Экономика производства, кажется, ограничивает модельные реактивные двигатели одноступенчатыми компрессорами и силовыми турбинами. Силовые турбины и камеры сгорания или «корпуса горелок» обычно отливают из жаропрочного инконеля (NiCrFe).

Меньшие двигатели также означают меньшие числа Рейнольдса, даже если воздушный поток такой же. Другими словами, в двигателях меньшего размера воздух кажется более разреженным или менее вязким. Чтобы справиться с этим, в двигателях используются центробежные компрессоры, часто с использованием стандартных колес центробежных компрессоров, например, в автомобильных турбокомпрессорах, а не осевых компрессоров, например, на полноразмерных реактивных двигателях. Более низкие числа Рейнольдса и уменьшенный размер также означают, что лопатки турбины меньше и больше по сравнению с диаметром двигателя.

Чтобы производить достаточную мощность с таким разреженным воздухом, модельные двигатели должны вращаться со скоростью от 110 000 до 175 000 об / мин, что в три-пять раз больше, чем у полноразмерных двигателей. Вал вращается на керамических гибридных шарикоподшипниках — керамических шариках между втулками из нержавеющей стали — которые могут выдерживать такие высокие скорости. В более ранних двигателях для смазки подшипников использовался отдельный масляный резервуар. В последних разработках отказались от дополнительной системы смазки и вместо этого направляют небольшое количество топлива в подшипники для смазки. Топливо представляет собой смесь обычного топлива для реактивных двигателей или керосина и от 3 до 5% турбинного масла.

Реактивные двигатели могут показаться немного противоречивыми, если учесть, что для работы им требуется сжатый воздух, и они должны довольно быстро вращаться, чтобы сжимать воздух. Таким образом, реактивные двигатели должны достичь критических оборотов, прежде чем они начнут работать. Это требует внешнего питания. В двигателях более ранних моделей это делалось с помощью сжатого воздуха из внешнего источника, такого как акваланг или воздуходувка.

Однако за последние два-три года производители разработали системы самозапуска, состоящие из электростартера, подключенного к небольшому баку с пусковым топливом, таким как пропан или бутан. Мотор крутит двигатель и воспламеняется пусковое топливо. (Пропан и бутан более горючи, чем топливо для реактивных двигателей, что позволяет двигателю запускаться при более низких оборотах.) После того, как двигатель достигает более высоких оборотов и температуры, вводится топливо для реактивных двигателей, и подача пускового топлива прекращается. У многих моделей реактивных двигателей запуск полностью автоматический, управляется компьютером и инициируется дистанционно.

Топливо в моделях реактивных двигателей обычно воспламеняется свечами накаливания, а не воспламенителями свечей зажигания, которые используются в полноразмерных двигателях. Свеча накаливания похожа на маленькую свечу зажигания, но вместо зазора спираль из термостойкой проволоки раскаляется докрасна при подаче электричества.

Существуют десятки масштабных реактивных комплектов, как с двигателями, так и без них, доступных у нескольких производителей. Существуют также различные комплекты для турбореактивных двигателей. Модели самолетов с двигателем стоят от 5000 до 15000 долларов. Обычно они имеют размах крыльев от 60 до 80 дюймов и весят от 18 до 25 фунтов. Цена, размер и необходимый опыт, как правило, ограничивают модели радиоуправляемых самолетов только более заядлыми любителями.

Форсунки, разработанные по индивидуальному заказу, распространены, особенно для масштабных моделей, и некоторые из этих моделей, построенных с нуля, довольно продвинуты. Например, B-52 в масштабе 1/8 с восемью турбореактивными двигателями недавно совершил полет в Великобритании. В настоящее время разрабатывается и испытывается масштабная модель реактивного самолета вертикального взлета и посадки Harrier с турбовентиляторным двигателем. Очевидно, что проектирование и изготовление модели реактивного самолета вряд ли является тривиальной задачей. Любители должны понимать высокие перегрузки, флаттер и другие аэродинамические проблемы.

Модели газотурбинных двигателей также используются для приведения в действие пропеллерных самолетов, лодок и вертолетов путем прикрепления редуктора к валу турбины, как полноразмерные турбовинтовые двигатели. Это обеспечивает легкую мощность за счет некоторой экономии топлива. Например, турбовинтовой двигатель Simjet 1200 TCP развивает мощность 7 л.с. на валу, но весит всего 4 фунта.

К производителям авиамоделей и двигателей относятся:

AMT USA LLC , (304) 375-3777, usamt.com
BVM , (407) 327-6333, bvmjets.com
FTE Inc. , (863) 607-6611, franktiano.com/turbines.htm
Jetcat USA LLC , (818) 7081-23usa .com
SimJet (Дания), (45) 86 36 46 67, simjet.com
SWB Turbines , (920) 725-3721, swbturbines. com
Turbojet Technologies (Австралия) (9 082), 61082, 9005 478 1877, tjt.bz
Wren Turbines Ltd. (Великобритания), (44) 562 467 0260, wren-turbines.com

ЭЛЕКТРОНИКА
Контроль топлива имеет решающее значение для полноразмерных реактивных самолетов. Слишком много топлива в неподходящее время может вывести из строя двигатель за считанные секунды. Это справедливо и для моделей. В большинстве моделей подача топлива управляется электронным способом на основе таких данных, как температура выхлопных газов, число оборотов в минуту и скорость воздуха. Если двигатель перегревается, расход топлива уменьшается.

Температура выхлопных газов (EGT) модельных форсунок колеблется от 500 до 700°C, что близко к температуре полноразмерных форсунок. Если EGT поднимается намного выше этого уровня, это может привести к повреждению двигателя. Электронный блок управления, который отслеживает и регулирует подачу топлива, может принять меры, например, уменьшить настройку дроссельной заслонки до 75% от максимума на определенный период, а затем до 50%, если EGT по-прежнему не находится в допустимых пределах.

Многие любители подключают свои модели к портативным компьютерам или небольшим терминалам наземной поддержки, как правило, прямо перед полетом, чтобы отслеживать выхлопные газы, обороты в минуту, положение дроссельной заслонки, состояние топливного насоса и другие рабочие данные. Некоторые производители позволяют пользователям регулировать параметры двигателя, такие как расход топлива, рабочие пределы и настройки отказоустойчивости, используя эти терминалы.

Многие двигатели включают в себя модули записи данных, которые позволяют энтузиастам загружать данные о работе двигателя, воздушной скорости, высоте и даже данные GPS после каждого полета. Это дает представление о работе двигателя и планера и может помочь выявить проблемы с двигателем, такие как перегрев, отказ топливного насоса и электрические аномалии.

Расход топлива зависит от размера двигателя и варьируется от примерно 7 унций/мин для двигателей с тягой 12 фунтов до примерно 12 унций/мин для двигателей с тягой от 25 до 30 фунтов. Хотя это достаточно эффективно, экономия топлива модельных реактивных двигателей намного меньше, чем у моделей поршневых двигателей. В этом нет ничего неожиданного, поскольку то же самое верно и для полноразмерных двигателей. Средняя топливная загрузка для моделей реактивных самолетов составляет от 1,5 до 3 литров на 10 фунтов тяги, при этом большинство из них несут от 2 до 4 литров на полет. Топливные баки обычно изготавливаются из кевлара и хранятся в фюзеляже или крыльях.

С тягой двигателя до 45 фунтов производительность модели реактивного самолета впечатляет. Многие летают со скоростью более 200 миль в час и могут ускоряться при вертикальном подъеме. Как вы могли догадаться, управлять моделью реактивного самолета из фиксированного положения на земле может быть непросто. На скорости 200 миль в час самолет может уменьшиться до точки на горизонте за 10 секунд. Также сложно приземлиться. Взлетная и посадочная скорости составляют от 35 до 45 миль в час, а скорость сваливания — от 30 до 35 миль в час. Некоторые любители устанавливают желоба, чтобы сократить время посадки.

В целях безопасности Академия модельного аэронавтики, руководящий орган большинства модельных аэроклубов в США, имеет ограничение скорости 200 миль в час, ограничение тяги 45 фунтов для самолетов с одним двигателем и требует автоматического отключения двигателей, если радиосвязь отключена. пропало на 2 сек.

НА ГОРИЗОНТЕ
Разработка моделей турбин ведется не только производителями, но также отдельными лицами и небольшими группами, работающими над расширением возможностей. Эвальд Шустер, например, разработал турбовентиляторный двигатель модельного размера, систему тяги с воздуховодом для вертикального взлета и посадки и небольшой турбореактивный двигатель весом всего 6,5 унций с тягой 4 фунта. Строились также реактивные двигатели с многоступенчатыми компрессорами и турбинами.

Образовательные и государственные учреждения также участвуют в исследованиях малых газотурбинных двигателей. В рамках гранта Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) компания M-Dot Co. спроектировала, построила и испытала турбореактивный двигатель с тягой 1,4 фунта размером с батарею D-элементов. Естественно, военные присматриваются к этим небольшим двигателям для питания БПЛА. А в Англии радиоуправляемый модельер оснастил инвалидную коляску своей тещи небольшим реактивным двигателем, что дало ей максимальную скорость 60 миль в час. (Он использует их для сбора денег на борьбу с болезнью Паркинсона.)

Более серьезные исследователи используют достижения в области микроэлектромеханических систем (МЭМС) в газотурбинных двигателях диаметром менее 10 мм. В Массачусетском технологическом институте были сконструированы и независимо испытаны детали для газотурбинных двигателей диаметром 4 мм. Эти крошечные двигатели размером с кнопку можно использовать для выработки электроэнергии вместо батарей.

Турбореактивные двигатели

Турбореактивные двигатели

+
Только текстовый сайт
+ Версия без Flash
+
Связаться с Гленном

The banner informs younger students of the Kid’s Page»>

Эта страница предназначена для учащихся колледжа, старшей или средней школы.
Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице
доступны на
Детская страница.

Гленн

Исследования
Центр

Большинство современных пассажирских и военных самолетов оснащены
газовая турбина
двигателей, которые также называются
реактивные двигатели. Первый и самый простой
тип
газовой турбины является турбореактивным. Как работает турбореактивный двигатель?

На этом слайде мы показываем компьютерную анимацию ТРД.

части
двигателя описаны на
другие слайды. Здесь нас интересует, что происходит с воздухом.
который проходит через двигатель. Большое количество окружающего воздуха
постоянно подводится к двигателю
вход.
(В Англии эту часть называют впускной, что, вероятно, более
точное описание, так как компрессор втягивает воздух в
двигатель.) Мы показали здесь впускной патрубок, похожий на тот, который вы
увидеть на авиалайнере. Но входные отверстия бывают разных форм и размеров.
в зависимости от задач самолета. В задней части впускного отверстия
воздух попадает в
компрессор.
Компрессор
действует как множество рядов
аэродинамические поверхности,
с каждой строкой
производство
небольшой скачок давления. А
компрессор похож на электрический вентилятор. Мы должны поставлять энергию, чтобы превратить
компрессор. На выходе из компрессора воздух находится при значительном
более высокое давление, чем свободный поток. в
горелка
небольшое количество топлива соединяется с воздухом и воспламеняется. (В
типичный реактивный двигатель, 100 фунтов воздуха в секунду сочетаются всего с 2
фунтов топлива/сек. Большая часть горячих выхлопов исходит от
окружающий воздух.) Выходя из горелки, горячий выхлоп проходит
сквозь
турбина.
Турбина работает
как ветряная мельница. Вместо того, чтобы нуждаться в энергии, чтобы повернуть лезвия, чтобы сделать
поток воздуха, турбина извлекает энергию из потока газа за счет
заставляя лопасти вращаться в потоке. В реактивном двигателе мы используем энергию
извлекаемый турбиной, чтобы включить компрессор на
связывание
компрессор и турбина центральным валом.
турбина забирает часть энергии горячего выхлопа, но ее хватает
энергия, оставшаяся для обеспечения тяги реактивного двигателя за счет увеличения
скорость через
сопло.
Потому что
скорость на выходе больше скорости набегающего потока, тяга
созданный, как описано
уравнение тяги.
Для реактивного двигателя массовый расход на выходе почти равен
массовый расход набегающего потока, так как очень мало топлива добавляется в
ручей.

уравнение тяги
для турбореактивного двигателя
дается на отдельном слайде.

Деятельность:

Экскурсии с гидом

Реактивные двигатели:
Турбореактивные двигатели:
EngineSim — Симулятор двигателя:

Навигация ..

Домашняя страница руководства для начинающих

+ Горячая линия генерального инспектора
+ Данные о равных возможностях трудоустройства публикуются в соответствии с Законом об отсутствии страха
+ Бюджеты, стратегические планы и отчеты о подотчетности
+ Закон о свободе информации
+ Повестка дня президентского руководства
+ Заявление НАСА о конфиденциальности, отказ от ответственности,
и сертификация доступности

Редактор: Нэнси Холл
Официальный представитель НАСА: Нэнси Холл
Последнее обновление: 13 мая 2021 г.

+
Связаться с Гленном

5 основных типов авиационных реактивных двигателей

Существует 5 основных типов авиационных реактивных двигателей. У каждого есть свои преимущества, недостатки и лучшие варианты использования. Узнайте больше о различных типах газотурбинных двигателей в этой статье.

Содержание

1. Турбовинтовой двигатель
2. Турбореактивный двигатель
3. Турбовальный двигатель
4. Турбореактивный двигатель
5. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Концепция авиационных двигателей, работающих на газе, значительно улучшилась с 1903 года. Газовая турбина могла производить мощность, достаточную для поддержания полета самолета.

Газовые авиационные двигатели были впервые разработаны известным норвежским изобретателем Эгидиусом Эллингом. В то время эти двигатели мощностью 11 лошадиных сил были огромным достижением.

Газовые авиационные двигатели с тех пор прошли долгий путь, и теперь они бывают всех размеров и форм. Некоторые двигатели могут производить гораздо больше мощности, чем 1903 двигатели. Вот общие типы авиационных двигателей, включая плюсы и минусы каждого двигателя.

1. Турбовинтовой двигатель

Редакционная группа Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель представляет собой турбореактивный двигатель, в котором для соединения с воздушным винтом используется зубчатая передача. Редуктор самолета идет с турбореактивным двигателем, который раскручивает прикрепленный к нему вал. Коробка передач замедляет вращающиеся валы, чтобы шестерня могла соединиться с гребным винтом. Как и у Cessna 172, пропеллер вращается в воздухе, создавая тягу.

Турбовинтовые авиационные двигатели экономичны и вращаются со средней скоростью, которая может составлять от 250 до 400 узлов. Турбовинтовые двигатели эффективны на средних высотах, но их система передач может быстро выйти из строя из-за их веса. Их скорость полета вперед также ограничена.

Турбовинтовой двигатель состоит из камеры сгорания, содержащей сжатый воздух и газ, турбины и компрессора, которые вместе приводят в действие турбину.

Редакционная группа Турбовинтовой двигатель Rolls-Royce Tyne

Давление газа и воздуха создает мощность, приводящую в действие компрессор. КПД турбовинтовых авиационных двигателей превосходит турбореактивный двигатель при скорости полета менее 500 узлов. Хотя диаметр винтов современных турбовинтовых двигателей невелик, эти двигатели оснащены множеством лопастей, что делает самолет устойчивым на большой высоте.

Эти лезвия имеют форму ятагана, а края их кончиков загнуты назад для повышения эффективности на высоких скоростях полета. Авиадвигатели с такими винтами называются винтовентиляторами. Подобно турбовентиляторному авиационному двигателю, турбовинтовой двигатель преобразует энергию газового потока в механическую энергию для обеспечения движения. Он производит достаточную мощность для привода винта, вспомогательного оборудования и компрессора. Эти типы двигателей в самолетах поставляются с валом, прикрепленным к турбине, которая приводит в движение воздушный винт через систему редуктора.

Первый турбовинтовой двигатель был разработан в Будапеште в 1938 году. Он был испытан в августе 1940 года, но позже, когда началась мировая война, от него отказались. Макс Мюллер инициировал проектирование и выпуск первого в мире турбовинтового авиационного двигателя, который начал эксплуатироваться в 1942 году.

2. ТРД

Концепция турбореактивного авиадвигателя проста. Это влечет за собой забор воздуха с задней стороны двигателя и последующее его сжатие в компрессоре. Но топливо должно быть добавлено в камеру сгорания и сожжено, чтобы поднять температуру жидкой смеси примерно до 1000 градусов.

Полученный горячий воздух прогоняется через турбину, которая вращает компрессор. Давление на выходе из турбины должно вдвое превышать давление в атмосфере. Однако это зависит от уровня эффективности авиационного двигателя. Затем избыточное давление перемещается к соплу, которое генерирует газовые потоки, ответственные за создание тяги.

Для существенного увеличения тяги можно использовать форсажную камеру. Форсажная камера может относиться ко второй камере сгорания, которая находится между соплом и турбиной. Его роль заключается в том, чтобы нагреть газ до того, как он попадет в сопло. Повышение температуры приводит к увеличению тяги примерно на 40% при взлете самолета, и толчок может увеличиваться на высокой скорости, когда самолет поднимается в воздух.

Это реактивные авиационные двигатели, которые расширяют газы, позволяя самолету резко двигаться вперед против атмосферного давления. Он всасывает воздух, а затем сжимает или сжимает его, чтобы самолет мог летать. Турбины начинают вращаться, как только эти газы проходят через двигатель. Затем газы отскакивают обратно к турбине и выбрасываются из передней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед. Турбореактивный двигатель работает, пропуская воздух через воздухозаборник, компрессор, турбину, камеру сгорания и выхлоп.

Детали турбореактивного двигателя

Воздухозаборник

Трубка, прикрепленная к передней части турбореактивного двигателя. Хотя это может показаться простым, это вносит большой вклад в эффективность авиационного двигателя. Его роль заключается в том, чтобы направлять воздух на лопатки компрессора, и он может помочь минимизировать потери воздуха в двигателе на низких оборотах. Воздухозаборник может помочь замедлить поток воздуха, когда самолет летит на высокой скорости. Как бы быстро ни двигался самолет, воздух, поступающий в двигатель, должен быть дозвуковым.

Камера сгорания

Магия начинается в камере сгорания. Камера объединяет высокое давление для воспламенения смеси. Сгорание продолжается по мере того, как смесь или топливо продолжает течь через двигатель к компрессору и турбине. Турбореактивные авиационные двигатели работают на обедненной смеси, потому что для охлаждения двигателю требуется дополнительный поток воздуха.

Компрессор

Турбина в задней части авиадвигателя предназначена для привода компрессора. Он сжимает поступающий воздух, повышая атмосферное давление. Компрессор состоит из ряда вентиляторов, каждый из которых содержит небольшие лопасти. Роль компрессора заключается в сжатии воздуха при прохождении каждой ступени сжатия.

Выхлоп

Воздушная смесь и сгоревшее топливо выбрасываются из двигателя через выхлопное сопло. Двигатель создает тягу, когда сжатый воздух выходит из передней части компрессора, который затем толкает самолет вперед.

Турбины

Это серия вентиляторов, которые работают так же, как ветряная мельница. Их роль заключается в поглощении энергии, когда высокоскоростной воздух проходит через компрессор. У турбин есть лопасти, прикрепленные к валу, чтобы они могли его вращать. Турбореактивные авиадвигатели имеют отличную конструкцию.

3. Турбовальный двигатель

Редакционная группа Турбовальный двигатель

Турбовальный двигатель представляет собой форму газовой турбины, которая работает так же, как турбовинтовой двигатель. Но, в отличие от турбовинтового двигателя, турбовальные двигатели не приводят в движение воздушный винт. Вместо этого он используется в вертолетах для обеспечения питания несущего винта.

Турбовальные двигатели сконструированы таким образом, что скорость вращения несущего винта вертолета не зависит от скорости газогенератора. Это позволяет скорости вращения винта вертолета оставаться постоянной даже при снижении скорости газогенератора. Он также модулирует мощность, которую производит вертолет.

Турбовальные авиационные двигатели обычно используются на вертолетах. Единственная разница между турбореактивными двигателями и турбовальными двигателями заключается в том, что последние используют большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги. Турбовальный двигатель похож на турбореактивный двигатель, но имеет большой вал, соединяющий переднюю часть с задней. Поскольку большинство турбовальных двигателей используются на вертолетах, вал соединяется с трансмиссией лопасти несущего винта.

Большинство деталей этого двигателя работают так же, как турбореактивный двигатель. Его турбины снабжены валом для привода трансмиссии лопастей несущего винта. Роль трансмиссии лопасти несущего винта заключается в передаче вращения от вала к лопасти несущего винта. Турбовальные двигатели немного меньше поршневых двигателей и имеют более высокую удельную массу по сравнению с поршневыми двигателями. Единственным недостатком этих двигателей является то, что их системы передач сложны и легко ломаются.

Турбовальные двигатели получают свою тягу за счет преобразования высокоскоростных газов в механическую энергию для работы вспомогательного оборудования, такого как турбина и компрессор. Как и турбовинтовой двигатель, вал, прикрепленный к турбовальному двигателю, приводит в движение как воздушный винт самолета, так и трансмиссию с лопастями вертолета. Он использует редуктор для движения самолета вперед.

4. Турбовентиляторный двигатель

Редакционная группа Турбовентиляторный двигатель ВВС США

Турбовентиляторные реактивные двигатели оснащены массивным вентилятором спереди для всасывания воздуха. Для турбовентиляторных реактивных двигателей большая часть воздуха обтекает внешнюю часть авиационного двигателя, чтобы придать самолету большую тягу даже на низких скоростях и сделать его тихим.

Турбовентиляторные реактивные двигатели используются в большинстве современных авиалайнеров. Весь воздух, поступающий на впуск турбовентиляторного реактивного двигателя, проходит через генератор, производящий горячий воздух. Этот генератор состоит из турбины, камеры сгорания и компрессора. Только небольшой процент воздуха, проходящего через турбовентиляторный двигатель, достигает камеры сгорания.

Остальной воздух проходит через компрессор низкого давления или вентилятор, после чего смешивается с добываемым газом или выбрасывается напрямую. Цель этой системы — помочь достичь более высокой тяги при сохранении того же уровня потребления. Турбовентиляторный реактивный двигатель снижает скорость при том же уровне энергоснабжения и увеличивает расход всей воздушной массы для достижения этой цели.

ТРДД представляет собой модернизированную версию турбовинтовых и ТРД. Он работает так же, как турбореактивный двигатель, но у него спереди есть канальный вентилятор. Вентилятор охлаждает двигатель, создает дополнительную тягу и снижает шум двигателя самолета.

Впускной воздух ТРДД разделяется на два потока. Один поток проходит через сердцевину двигателя, а другой обходит воздух и обтекает двигатель. Обходной воздух проходит через двигатель, где канальный вентилятор ускоряет его, создавая дополнительную тягу. Канальный вентилятор продолжает проталкивать воздух через двигатель, который затем продолжает увеличивать тягу.

Редакционная группа Турбовентиляторный двигатель

Турбовентиляторные авиационные двигатели тише турбореактивных и экономичнее. Их дизайн также выглядит невероятно. Однако эти двигатели малоэффективны на больших высотах, а их лобовая площадь больше, чем у ТРД, что делает их немного тяжелыми.

Турбовентиляторные авиационные двигатели оснащены воздуховодом в задней части двигателя. Независимая турбина, прикрепленная к передней части компрессора, обычно приводит в движение турбину с той же скоростью, что и компрессор. Воздух от вентилятора не смешивается с воздухом двигателя, но его можно направить обратно для смешивания с воздухом в передней части двигателя. Выхлопной газ создает менее 25% общей тяги, а 75% приходится на присоединенные вентиляторы.

5. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Это самые легкие типы двигателей для самолетов, в которых нет движущихся компонентов. Скорость самолета отвечает за нагнетание воздуха в двигатель. ПВРД работает так же, как турбореактивный, за исключением того, что вращающихся частей нет. Однако тот факт, что степень сжатия зависит от скорости самолета, ограничивает применение прямоточных воздушно-реактивных двигателей.

В отличие от других двигателей, ПВРД не развивает статическую тягу; вместо этого он создает небольшую тягу ниже скорости звука. Это означает, что самолету с прямоточным воздушно-реактивным двигателем требуется помощь при взлете, которая может быть в виде другого самолета. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель использовался в космических аппаратах и нескольких системах управляемых ракет.

Related Posts

Часть 91 и часть 121: в чем разница?
Почему (истребители) такие громкие?
Часть 121 и часть 125: в чем разница?

Об авторе

40 CFR § 87.

1 — Определения. | CFR | Закон США

§ 87.1 Определения.

Определения в этом разделе относятся к этой части. Определения применимы ко всем подразделам. Любые термины, не определенные в этом разделе, имеют значение, данное в Законе о чистом воздухе. Далее следуют определения:

Act означает Закон о чистом воздухе с поправками (42 U.S.C. 7401 и последующие).

Администратор означает Администратора Агентства по охране окружающей среды и любого другого должностного лица или сотрудника Агентства по охране окружающей среды, которому могут быть делегированы соответствующие полномочия.

Самолет имеет значение, данное в 14 CFR 1.1, в котором самолет определяется как устройство, используемое или предназначенное для использования в полете в воздухе. Обратите внимание, что в соответствии с § 87.3 требования этой части обычно применяются только к силовым двигателям, используемым на определенных самолетах, для которых требуются сертификаты летной годности США.

Авиационный двигатель означает силовой двигатель, который установлен или изготовлен для установки на воздушном судне.

Авиационный газотурбинный двигатель означает турбовинтовой, турбовентиляторный или турбореактивный авиационный двигатель.

Уровень характеристики имеет значение, указанное в Приложении 6 Приложения 16 ИКАО (по состоянию на июль 2008 г.). Характеристический уровень представляет собой расчетный уровень выбросов для каждого загрязняющего вещества на основе статистической оценки измеренных выбросов в результате нескольких испытаний.

Класс ТР означает все авиационные турбовинтовые двигатели.

Класс TF означает все турбовентиляторные или турбореактивные авиационные двигатели или авиационные двигатели, предназначенные для применений, которые в противном случае выполнялись бы турбореактивными и турбовентиляторными двигателями, за исключением двигателей классов T3, T8 и TSS.

Класс T3 означает все авиационные газотурбинные двигатели семейства моделей JT3D.

Класс T8 означает все авиационные газотурбинные двигатели семейства моделей JT8D.

Класс TSS означает все авиационные газотурбинные двигатели, используемые для приведения в движение самолетов, предназначенных для работы на сверхзвуковых скоростях полета.

Двигатель коммерческого самолета означает любой авиационный двигатель, используемый или предназначенный для использования «авиаперевозчиком» (включая тех, кто занимается «внутриштатными воздушными перевозками») или «коммерческим эксплуатантом» (включая тех, кто занимается «внутриштатными авиаперевозками») в качестве эти термины определены в подзаголовке 7 раздела 49 Кодекса Соединенных Штатов и в разделе 14 Свода федеральных правил.

Газотурбинный двигатель коммерческого самолета означает турбовинтовой, турбовентиляторный или турбореактивный двигатель коммерческого самолета.

Дата введения или дата введения означает дату изготовления первого отдельного серийного двигателя данной модели двигателя или семейства двигателей, подлежащих сертификации. Сюда не входят испытательные двигатели или другие двигатели, не введенные в эксплуатацию.

Дата изготовления означает дату, когда FAA (или другой компетентный орган по двигателям, сертифицированным за пределами США) выдает изготовителю документацию, подтверждающую, что данный двигатель соответствует всем применимым требованиям. Эта дата не может быть раньше даты завершения сборки двигателя. Если производитель не получает такую документацию от FAA (или другого компетентного органа для двигателей, сертифицированных за пределами США), дата изготовления означает дату окончательной сборки двигателя.

Производный двигатель для целей сертификации выбросов означает двигатель, который имеет такие же или аналогичные характеристики выбросов, что и двигатель, на который распространяется сертификат типа США, выданный в соответствии с 14 CFR, часть 33. Эти характеристики указаны в § 87.48.

Назначенный сотрудник программы EPA означает директора отдела оценки и стандартов, 2000 Traverwood Drive, Ann Arbor, Michigan 48105.

Секретарь DOT означает министра транспорта и любого другого должностного лица или сотрудника Департамента транспорта, которому могут быть делегированы соответствующие полномочия.

Двигатель означает отдельный двигатель. Группа идентичных двигателей вместе составляет модель или подмодель двигателя.

Модель двигателя означает обозначение изготовителя двигателя для группы двигателей и/или подмоделей двигателей в рамках одного семейства сертификатов типа двигателя, когда такие двигатели имеют схожую конструкцию, в том числе аналогичны конструкции основного двигателя и камеры сгорания.

Подмодель двигателя означает группу двигателей с практически идентичной конструкцией, особенно в отношении конструкции основного двигателя и камеры сгорания, а также других характеристик, связанных с выбросами. Двигатели из подмодели двигателя должны содержаться в одной модели двигателя. Для целей этой части исходная конфигурация модели двигателя считается подмоделью. Например, если производитель сначала выпускает модель двигателя, обозначенную ABC, а затем вводит новую подмодель ABC-1, модель двигателя состоит из двух подмоделей: ABC и ABC-1.

Семейство сертификатов типа двигателя означает группу двигателей (включающую одну или несколько моделей двигателей, включая подмодели и производные двигатели для целей сертификации по выбросам этих моделей двигателей), которые, по определению FAA, имеют достаточно общую конструкцию, чтобы их можно было сгруппировать вместе под сертификат типа.

EPA означает Агентство по охране окружающей среды США.

За исключением средств, позволяющих регулярно производить и продавать двигатели, которые не соответствуют (или не полностью соответствуют) другим применимым стандартам. (Обратите внимание, что это определение применяется только в отношении запасных двигателей и что термин «за исключением» имеет свое простое значение в других контекстах.) Освобожденные двигатели должны соответствовать нормативным условиям, указанным для исключений в этой части и других применимых правилах. Освобожденные двигатели считаются «подпадающими под действие» стандартов этой части, даже если они не обязаны соответствовать другим применимым требованиям. Двигатели, освобожденные в отношении определенных стандартов, должны соответствовать другим стандартам, от которых они не освобождены.

Освобождение означает разрешение (через формальный индивидуальный процесс) производить и продавать двигатели, которые не соответствуют (или не полностью соответствуют) другим применимым стандартам. Освобожденные двигатели должны соответствовать нормативным условиям, указанным для исключения в этой части и других применимых правилах. Освобожденные двигатели считаются «подпадающими под действие» стандартов этой части, даже если они не обязаны соответствовать другим применимым требованиям. Двигатели, освобожденные в отношении определенных стандартов, должны соответствовать другим стандартам в качестве условия освобождения.

Выбросы с отработавшими газами означают вещества, выбрасываемые в атмосферу из выпускных насадок для отработавших газов, измеряемые с помощью процедур испытаний, указанных в подразделе G настоящей части.

FAA означает Министерство транспорта США, Федеральное авиационное управление.

Выбросы при отводе топлива означает сырое топливо, исключая углеводороды в выхлопных газах, выбрасываемых из авиационных газотурбинных двигателей во время всех обычных наземных и летных операций.

Надлежащее инженерное суждение включает в себя принятие решений в соответствии с общепринятыми научными и инженерными принципами и всей соответствующей информацией в соответствии с положениями 40 CFR 1068.5.

Приложение 16 ИКАО означает том II Приложения 16 к Конвенции о международной гражданской авиации (включено посредством ссылки в § 87.8).

Используемый авиационный газотурбинный двигатель означает авиационный газотурбинный двигатель, находящийся в эксплуатации.

Военный самолет означает самолет, принадлежащий, эксплуатируемый или произведенный для продажи вооруженным силам или другому органу федерального правительства, ответственному за национальную безопасность (включая, помимо прочего, Министерство обороны), и другие самолеты, считающиеся военными самолетами в соответствии с международным правом и конвенциями.

Новые средства, относящиеся к самолету или авиационному двигателю, которые никогда не вводились в эксплуатацию.

Эксплуатант означает любое лицо или компанию, которая владеет воздушным судном или эксплуатирует его.

Дата прекращения производства или дата прекращения производства означает дату окончания временных разрешений на поэтапный отказ.

Номинальная выходная мощность (rO) означает максимальную мощность/тягу, достаточную для взлета в стандартных дневных условиях, одобренных для двигателя FAA, включая вклад в прогрев, где это применимо, но исключая любой вклад из-за впрыска воды, выраженный в киловаттах или килоньютонах (как применимо) и округляется не менее чем до трех значащих цифр.

Коэффициент номинального давления (rPR) означает соотношение между давлением на входе в камеру сгорания и давлением на входе в двигатель, достигаемое двигателем, работающим на номинальной мощности, округленное как минимум до трех значащих цифр.

Круглый имеет значение, данное в 40 CFR 1065. 1001.

Дым означает вещество в выбросах отработавших газов, которое препятствует пропусканию света при измерении с помощью процедур испытаний, указанных в подразделе G настоящей части.

Число задымленности означает безразмерное значение, определяющее количество выбросов дыма, рассчитанное в соответствии с Приложением 16 ИКАО.

Запасной двигатель означает двигатель, установленный (или предназначенный для установки) на находящееся в эксплуатации воздушное судно для замены существующего двигателя, за исключением случаев, описанных в § 87.50(c).

Стандартные дневные условия означают следующие условия окружающей среды: температура = 15 °C, удельная влажность = 0,00634 кг h3O/кг сухого воздуха и давление = 101,325 кПа.

Дозвуковые средства, относящиеся к воздушным судам, которые не являются сверхзвуковыми воздушными судами.

Сверхзвуковые средства, относящиеся к воздушным судам, которые сертифицированы для полетов со скоростью, превышающей скорость звука.

Уровень 0 означает двигатель, на который распространяются стандарты уровня 0 NOX, указанные в § 87.21.

Уровень 2 означает двигатель, на который распространяются стандарты уровня 2 NOX, указанные в § 87.21.

Уровень 4 относится к двигателю, на который распространяются стандарты уровня 4 NOX, указанные в § 87.21.

Уровень 6 относится к двигателю, на который распространяются стандарты уровня 6 NOX, указанные в § 87.23.

Уровень 8 относится к двигателю, на который распространяются стандарты уровня 8 NOX, указанные в § 87.23.

Турбовентиляторный двигатель означает газотурбинный двигатель, предназначенный для создания тяги за счет выхлопных газов и воздуха, который проходит в обход процесса сгорания и ускоряется в воздуховодном пространстве между внутренним (основным) корпусом двигателя и внешним кожухом вентилятора двигателя.

Турбореактивный двигатель означает газотурбинный двигатель, который сконструирован так, чтобы вся его тяга создавалась за счет выхлопных газов.

Турбовинтовой двигатель означает газотурбинный двигатель, основная часть тяги которого создается за счет гребного винта, приводимого в движение турбиной, обычно через редуктор.

Турбовальный двигатель означает газотурбинный двигатель, предназначенный для привода роторной трансмиссии, или газотурбинный двигатель, не используемый для движения.

Воздушное судно, зарегистрированное в США, означает воздушное судно, занесенное в Реестр США.

Мы (нас, наш) означает Администратора Агентства по охране окружающей среды и любых уполномоченных представителей.

[77 FR 36379, 18 июня 2012 г.]

Двадцать лет микротурбореактивных двигателей

2003 год – год авиационных юбилеев. В декабре этого года исполняется 100 лет со дня первого в истории полета пилотируемого самолета тяжелее воздуха с двигателем. 17 числа того же месяца в 1903 году Орвилл Райт пилотировал Flyer 1903 года, совершив 120-футовый полет за 12 секунд. Это знаменательное событие отмечается здесь, в Соединенных Штатах, в течение всего года различными способами, включая многочисленные воссоздания самого полета с изготовленными вручную копиями самолетов 19-го века.03 Флаер. Кроме того, впервые с 1948 года, когда его приобрел Смитсоновский институт в Вашингтоне, округ Колумбия, оригинальный флаер 1903 года будет выставлен на уровне глаз для внимательного изучения посетителями музея. До этого он всегда висел высоко под потолком. В дополнение к этому знаменательному событию в 2003 году также отмечается 50-летие создания демонстрационной группы ВВС США «Тандербердс».

: Начало первого полета пилотируемого самолета с двигателем — 1903 Флаер с Орвиллом Райтом за штурвалом, 17 декабря 1903 года.

Для тех из нас, кто занимается авиамоделизмом, и особенно для тех, кто занимается авиамоделизмом, 2003 год знаменуется собственным знаменательным событием — 20-летием первого полета модели самолета с микротурбореактивным двигателем. Хотя это достижение может и не подняться до такого уровня отличия, как у братьев Райт, я думаю, мы можем согласиться с тем, что оно положило начало рождению отрасли, которая за два коротких десятилетия стала свидетелем замечательных технологических разработок, запуска множества новых предприятий и принес бесчисленные часы удовольствия и восхищения тысячам людей.

: Красивая модель самолета с турбореактивным двигателем F/A-18 была замечена на выставке Florida Jets в 2003 году.

Если мое личное увлечение микротурбореактивными двигателями кажется немного чрезмерным семье и друзьям, это может быть связано с тем, что я узнал об их существовании совсем недавно. Я все еще на стадии «я не могу поверить, что это реально». Я помню, как читал статью 1983 года, в которой сообщалось об успехе британской команды во главе с Джерри Джекманом в выполнении первого полета на микротурбореактивном двигателе. В то время г-н Джекман считал маловероятным, что такие двигатели будут доступны в ближайшее время на коммерческой основе — они были бы слишком дорогими. Какое-то время он был прав. Даже тогда я был очарован и хранил этот журнал в течение многих лет, пока где-то по пути он не был потерян. Время написания этой статьи также совпало с моим уходом из радиоуправляемого хобби. Меня немного отвлекали такие мелочи, как женитьба, владение домом, дети, командировки и вечерняя школа. Затем, около двух лет назад, я услышал о «встрече реактивных самолетов» в моем родном штате Флорида. Да, как мне сказали, они будут летать с настоящими микротурбореактивными двигателями. Я понятия не имел, что двигатель мистера Джекмана или подобный ему был запущен в коммерческую эксплуатацию. Конечно, я должен был это проверить, и, увидев и услышав настоящую статью, мое увлечение мгновенно возобновилось. Этому Рипу Ван Винклю казалось, что эти чудеса миниатюрной инженерной мысли появились за одну ночь.

: Ранний дизайн микротурбореактивного двигателя Джерри Джекмана.

: Barjay , первая радиоуправляемая модель самолета с самодельным микротрубным реактивным двигателем.

Реальность, конечно, несколько иная. В 1975 году Джерри Джекман построил прототип двигателя, который мог работать в автономном режиме, но не мог разгоняться. Потребовалось еще восемь лет и добавление четырех человек, чтобы добиться успеха. Каждый член команды внес свой вклад в проект в своей области знаний. Крис Уайт, инженер-механик, усовершенствовал конструкцию лопаток компрессора и турбины. Дэвид Стич улучшил общую конструкцию ротора. Рэй Картер работал над общей механической конструкцией двигателя, а Барри Белчер спроектировал и построил модель самолета под названием «Барджай», которая должна была стать испытательным стендом для первого в мире летающего микротурбореактивного двигателя. Наконец, 20 марта 19 г.83 команда вошла в историю модельной авиации, когда во время того, что должно было быть только испытанием на руление, Джекман позволил самолету разогнаться до взлетной скорости и совершил трехминутный первый полет.

: Сам двигатель Джекмана был установлен на «Барджее», испытательном стенде самолета.

Двигатель Джекмана имел размеры 4¾ дюйма в диаметре, 13½ дюйма в длину и весил 3¾ фунта. При 85 000 об/мин он создавал тягу более 9 фунтов и имел максимальную скорость 97000 об/мин. Двадцать лет спустя коммерческие двигатели примерно таких же размеров и веса относятся к классу тяги 30 фунтов при скорости 120 000 об/мин. Планер с его двухбалочной конфигурацией и высоким хвостовым оперением удивительно, а возможно, и неизбежно похож на многие современные учебные самолеты.

: Джерри Джекман, склонившись над Барджеем, запускает свой микротурбодвигатель для пробного запуска.

Вполне уместно, что британская команда впервые поднялась в воздух с работающим микротурбореактивным двигателем. Сорок шестью годами ранее другая британская команда под руководством Фрэнка Уиттла разработала и запустила первый полноразмерный турбореактивный двигатель. Однако следует отметить, что первый действующий ТРД был разработан в Германии Гансом фон Охайном. Его двигатель приводил в действие Heinkel He 178 во время первого в мире полета реактивного самолета 27 августа 19 года.39. Согласно дополнительным историческим сведениям, американские властители в то время не были в восторге от реактивной мощности и, как следствие, значительно отставали в развитии. Не так с микротурбинами. Американская команда во главе с Брайаном Сигерсом шла по пятам за Джерри Джекманом. На самом деле, микротурбореактивный двигатель этой команды надежно работал в 1981 году. Если бы Сигерс нашел подходящий планер, его двигатель мог бы подняться в воздух в 1982 году. Тем не менее, первое есть первое, и так было только в 1988 году, пять лет назад. после полета Джекмана этот двигатель Сигерса поднялся в воздух на радиоуправляемой модели самолета.

: Микротурбодвигатель S-100 Брайана Сигерса. Было построено три С-100. Это третий, который привел в действие первый полет радиоуправляемого самолета с турбореактивным двигателем в США.

В 1978 году Сигерс изложил свою концепцию первого микротурбореактивного двигателя. Тот, который наконец поднялся в воздух в 1988 году, мало чем отличался от этой конструкции. В промежуточный период он взял трехлетний перерыв в своем проекте микротурбореактивного двигателя, чтобы построить полноразмерный композитный самолет под названием «Стрекоза». Затем он попытался изменить конструкцию своего турбореактивного двигателя, но вернулся к своей первоначальной концепции. Как и Джерри Джекман, окончательный успех Сигерса стал результатом командных усилий. Боб Уол, специалист своего дела, разработал электронную систему управления двигателем. Джек Эрвин, в свое время аэродинамик НАСА, работал над конструкцией диффузора, а Билл Каан, инженер по горению, разработал схему отверстий горелки. Джим Аллен-младший спроектировал испытательный стенд самолета, который построил сам Сигерс. Аллен был единственным человеком, который когда-либо управлял моделью самолета с турбинным двигателем.

: Брайан Сигерс работает над своим двигателем и самолетом перед первым полетом.

Столь сложный проект столкнулся с многочисленными трудностями, но некоторые из них стоят особняком. Сигерс спроектировал и построил несколько двигателей, прежде чем остановился на окончательном проекте летного изделия. Он хотел, чтобы летная версия сжигала бензин вместо пропана. Реконструкция горелки для достижения этой цели оказалась одной из самых сложных задач. Еще одной серьезной задачей была разработка динамики вала на подшипниковой системе. С точки зрения интеграции двигателя и планера самым большим препятствием была топливная система. Почти все, от топливных баков из нержавеющей стали до электронного управления, было спроектировано и построено с нуля. Он даже спроектировал и построил барабанный тормоз для носового колеса. Я могу только предположить, что Джерри Джекман и его команда столкнулись с аналогичными проблемами, которые привели к их успеху в 1983.

: Ликующая команда возвращается со слегка поврежденным самолетом после первого полета. Пилот и конструктор самолета Джим Аллен-младший в желтом цвете идет рядом, а Брайан Сигерс держит хвост самолета.

30 июля 1988 года Брайан Сигерс и его команда внесли свой вклад в историю модельной авиации, когда они стали первыми в США, кто успешно управлял радиоуправляемой моделью самолета с микротурбореактивным двигателем. Однако этот первый полет едва не закончился катастрофой. Хотя Сигерс не собирался летать на самолете, он жестко контролировал все аспекты проекта. Без его ведома кто-то набрал значительное понижение на панели управления рулем высоты. После взлета, когда Аллен ослабил давление на руль высоты, самолет нырнул в тротуар, сломав шасси. Однако двигатель продолжал работать, и Аллен смог поднять самолет обратно в воздух.

По пути Сигерс пережил еще одно знаменательное событие: сам Ханс фон Охайн посетил дом Брайана в Аризоне, выпил чаю на его кухне и посмотрел, как работает его двигатель. Этот визит остается звездным часом в жизни Брайана.

: Двигатель и самолет Брайана Сигерса на выставке в Музее истребителей Чамплина, Меса, Аризона.

Принимая во внимание огромные усилия, затраченные на это предприятие, и промежуток времени от концепции до запуска (8 или более лет для Джекмана, 10 лет для Сигерса), я хотел знать, что вдохновило их продолжать работу. Для Сигерса ответ был простым и понятным — он просто хотел услышать невероятный звук турбореактивного двигателя в полете. Я думаю, что многие люди могут относиться к этому чувству. Даже сейчас, спустя годы, когда модели с микротурбореактивными двигателями летают по полям по всему миру, один только звук привлекает внимание и заставляет зрителей бросать то, что они делают, чтобы смотреть и слушать. Сегодня двигатель Брайана Сигерса и самолет, на котором он был установлен, выставлены в Музее истребителей Чамплина в Месе, штат Аризона. Я не знаю, как устроен двигатель Джерри Джекмана или испытательный стенд Barjay, но надеюсь, что оба они все еще в целости и могут найти свой путь в аналогичном дисплее.

: Представитель производителя двигателя осматривает установку в дроне-мишени Continental RPV.

Когда дело доходит до заявлений о «первых», вода может стать немного мутной. Мы все принимаем как должное тот факт, что братья Райт были первыми в мире, кто управлял пилотируемым самолетом с двигателем 100 лет назад. Тем не менее, до относительно недавнего времени это утверждение все еще оспаривалось некоторыми. Однако эти споры, похоже, наконец-то утихли. Чтобы немного замутить эти воды, незадолго до того, как команда Сигерса совершила свой первый полет в США, был еще один проект, использующий турбореактивную мощность в радиоуправляемой модели самолета. Continental RPV из Барстоу, Калифорния, пыталась достичь цели в 320 км/ч с помощью своих радиоуправляемых дронов-мишеней, чтобы получить право на военный контракт. Они пробовали различные поршневые двигатели и импульсные двигатели, но ни один из них не справился с поставленной задачей. Они получили прорыв, когда военные рассекретили, при определенных ограничениях, небольшие турбореактивные двигатели, которые тогда использовались для питания ракет. Continental RPV получила разрешение на использование одного из этих двигателей в своих дронах. В тот день, когда Continental преодолела отметку в 200 миль в час с помощью беспилотника с турбореактивным двигателем, Норму Гойеру, тогдашнему редактору журнала Scale R/C Modeler, была предложена возможность полетать на звере. С вспотевшими ладонями и стучащими коленями ему вручили передатчик, как только МиГ-27 в масштабе 1/5 поднялся в воздух. Он пролетел на модели самолета через скоростные ворота со скоростью 226 миль в час! Теперь, чтобы представить это достижение в перспективе, чтобы не умалить достижения Брайана Сигерса несколько месяцев спустя, двигатель, который использовал Continental RPV, Sunstrand TJ-70, был только взят взаймы у военных. Continental не мог даже купить его, не говоря уже о любителе. Он был около 6,5 дюймов в диаметре и весил 14 фунтов. Беспилотник с двигателем весил 9 г.5 фунтов. Не было никаких приспособлений для управления дроссельной заслонкой — весь полет, от старта с кузова пикапа, идущего со скоростью 60 миль в час, до полного затухания, выполнялся на полной тяге. У дрона не было шасси. Отражая знакомое чувство, Гойер написал об этом событии: «Как звучат эти миниатюрные струи? Настоящий, настоящий, настоящий».

: Норм Гойер с турбореактивным двигателем Continental RPV летел со скоростью 226 миль в час.

Какое-то время было справедливо сказать, что микротурбореактивные двигатели, которыми оснащаются модели самолетов, не были уменьшенными версиями многоконтурных турбовентиляторных двигателей с высокой степенью двухконтурности, которыми оснащаются современные коммерческие и военные самолеты. Действительно, задолго до того, как микротурбореактивные двигатели стали доступны для моделистов, существовали реальные причины для разработки уменьшенных версий очень сложных полноразмерных турбореактивных двигателей. В середине 19В 50-х годах компания Williams International, например, начала разработку небольших турбореактивных двигателей, что привело к созданию многоконтурных турбовентиляторных двигателей, предназначенных для использования в крылатых ракетах и других военных устройствах. К сожалению, такие двигатели все еще были слишком сложными, слишком дорогими и при весе в 150 фунтов слишком большими и тяжелыми для использования в авиамоделях. Если бы у моделистов были настоящие турбореактивные двигатели, их пришлось бы проектировать снизу вверх, а не сверху вниз.

: Усовершенствованный двухвальный турбовентиляторный двигатель Williams International F107-WR-101, созданный для крылатой ракеты воздушного базирования AGM-86B (ALCM). Вес: 146 фунтов. Тяга: 600 фунтов.

Какое-то время было справедливо сказать, что микротурбореактивные двигатели, которыми оснащаются модели самолетов, не были уменьшенными версиями многоконтурных турбовентиляторных двигателей с высокой степенью двухконтурности, которыми оснащаются современные коммерческие и военные самолеты. Действительно, задолго до того, как микротурбореактивные двигатели стали доступны для моделистов, существовали реальные причины для разработки уменьшенных версий очень сложных полноразмерных турбореактивных двигателей. В середине 1950-х годов компания Williams International, например, начала разработку небольших турбореактивных двигателей, что привело к созданию многоконтурных турбовентиляторных двигателей, предназначенных для использования в крылатых ракетах и других военных устройствах. К сожалению, такие двигатели все еще были слишком сложными, слишком дорогими и при весе в 150 фунтов слишком большими и тяжелыми для использования в авиамоделях. Если бы у моделистов были настоящие турбореактивные двигатели, их пришлось бы проектировать снизу вверх, а не сверху вниз.

Даже после успехов Джекмана и Сигерса средний модельер много лет не имел доступа к микротурбореактивным двигателям. Тем не менее, в промежуточный период мы должны поблагодарить таких джентльменов, как Томас Кампс и Курт Шреклинг, за их усилия по разработке двигателей и публикацию планов, которые позволили бы любому, у кого есть доступ к относительно хорошо оборудованному механическому цеху, создавать и запускать свои собственные двигатели. Наличие готовых центробежных компрессоров упростило работу по созданию собственного двигателя, но это все еще было трудоемким занятием. До того, как полные двигатели стали доступны, была еще одна разработка, которая помогла строителям домов. С ростом интереса к микротурбореактивным двигателям по крайней мере одна компания занялась производством осевых турбинных колес, которые, пожалуй, являются самой сложной деталью для домашнего строителя. В то время как эти разработки открыли мир микротурбореактивных двигателей для таких удачливых людей, коммерциализация и массовое производство еще не привели эти двигатели к общему авиационному сообществу.

Сегодня, конечно же, у нас есть прекрасное сочетание не только серийно выпускаемых двигателей, но и продолжение самодельных, единственных в своем роде образцов, которые раздвигают границы этой миниатюрной технологии. Действительно, в то время как коммерческие производители делают многое для усовершенствования микротурбореактивных двигателей, большая часть инноваций по-прежнему остается среди домашних строителей. Недавние примеры включают многоступенчатые осевые компрессоры и двухконтурные турбовентиляторные двигатели.

Замечательный турбовентиляторный двигатель Эвальда Шустера в стиле Pegasus, предназначенный для питания его вертикального взлета и посадки Harrier.

Одним из таких новаторов является Эвальд Шустер. Он самоучка в искусстве и науке проектирования и изготовления турбореактивных двигателей, но при этом добился замечательных результатов в миниатюризации (подробнее об этом позже) и производстве турбовентиляторных двигателей. В настоящее время он работает над турбовентиляторным двигателем типа Pegasus с подвижным воздуховодом для масштабного Harrier. Мы быстро приближаемся к моменту, когда это восходящее развитие, в отличие от упрощенного проектирования, приводит к двигателям, которые действительно подражают своим более крупным собратьям по функциям и сложности. Сложность этих двигателей и моделей самолетов, на которых они установлены, стирает границы между любительскими самолетами и военными/коммерческими беспилотными летательными аппаратами или БПЛА.

Одним из примеров того, как эти миры столкнулись («слились», возможно, будет лучшим выбором слова), был «Проект F18», реализованный Государственным университетом Северной Каролины совместно с ВМС США и Bihrle Applied Research. Самолет с микротурбореактивным двигателем, появившийся в результате этой программы, вызовет слезы от зависти у любого моделиста. В середине 1990-х перед этой командой была поставлена задача разработать и провести летные испытания F/A-18E/F Super Hornet в масштабе 17,5%. Сама модель имела длину 10 футов и размах крыльев 7,5 футов. Он был оснащен двумя микротурбореактивными двигателями, каждый из которых давал 40 фунтов тяги. Он весил 140 фунтов.

: Команда NCSU готовит F/A-18E/F Super Hornet в масштабе 17,5% к испытательному полету.

Целью проекта F18 была поддержка программы летных испытаний полноразмерного самолета и соответствующих авиасимуляторов. Преимуществ у тестовой программы такого рода множество. Во-первых, общая стоимость работы над моделью равнялась всего нескольким часам налета полноразмерного пилотируемого испытательного самолета. Во-вторых, летающая масштабная модель позволяет собирать данные о новом планере, не подвергая опасности жизнь летчика-испытателя. Кроме того, можно выполнять воздушные маневры, которые нелегко смоделировать в аэродинамической трубе с помощью нелетающих масштабных моделей. Во время программы испытаний моделью F/A-18 будет управлять пилот радиоуправления, стоящий рядом со взлетно-посадочной полосой. После достижения высоты управление будет передано удаленной кабине в другом месте на земле. Бортовая видеокамера транслировала изображения с модели в удаленную кабину. Когда удаленный пилот совершал ряд заранее запланированных маневров, бортовые датчики собирали и сохраняли данные для последующего анализа. В случае возникновения чрезвычайной ситуации в полете пилот-радиоуправление мог взять на себя управление полетом в любое время, и в любом случае ему возвращалось управление для посадки после завершения испытательного полета.

В то время как одни работали над усложнением микротурбореактивных двигателей, другие работали над их уменьшением. В дополнение к ТРДД, упомянутому выше, Эвальд Шустер построил крошечный турбореактивный двигатель длиной всего 5 дюймов и диаметром 2 ¼ дюйма. Он весит всего 6,5 унций, но развивает тягу в 4 фунта. На сегодняшний день этот двигатель совершил четыре успешных полета. В настоящее время Шустер работает над двигателем еще меньшего размера, который будет иметь диаметр 1¼ дюйма, скорость вращения 500 000 об/мин и тягу 1½ фунта. Еще меньше — это мини-микротурбореактивный двигатель, разработанный M-Dot Aerospace Брайана Сигерса в рамках проекта, финансируемого Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA). Эта маленькая газовая турбина может поместиться внутри яйца и развивает тягу в 1,4 фунта.

: Двигатель Эвальда Шустера диаметром 2¼ дюйма развивает тягу 4 фунта.

Разработка турбореактивных двигателей все меньшего размера сопряжена со значительными препятствиями, которые необходимо преодолеть, если мы хотим создать жизнеспособный двигатель. Среди наиболее значительных — снижение эффективности в результате уменьшения размеров и повышенных требований к подшипникам. Зазор между концами лопаток турбины и корпусом должен быть меньше, чтобы поддерживать эффективность работы. В случае двигателя Шустера диаметром 2¼ дюйма зазор составляет всего 0,0025 дюйма, что меньше толщины человеческого волоса. Меньшие двигатели работают на более высоких оборотах, что предъявляет огромные требования к подшипникам. Тем не менее, эти препятствия преодолеваются, и крошечные турбореактивные двигатели Schuster и M-Dot успешно работают, а в будущем появятся двигатели еще меньшего размера.

: «Турбина в яйце» M-Dot показала тягу в 1,4 фунта в ходе стендовых испытаний.

Насколько маленькими станут турбореактивные двигатели? Представьте себе, если можете, машину настолько маленькую, что вам нужен микроскоп, чтобы увидеть ее части; настолько крошечные, что лапки паутинного клеща могут остановить его механизмы. Заимствуя методы, используемые для производства полупроводниковых компьютерных чипов, студенты и инженеры Лаборатории газовых турбин Массачусетского технологического института разработали нечто вроде турбины на кристалле. Эти двигатели и другие крошечные машины, изготовленные по тому же процессу, называются микроэлектромеханическими системами или МЭМС. Эти МЭМС-двигатели, построенные и протравленные послойно, как и полупроводники, имеют все необходимые компоненты для настоящей работы турбореактивного двигателя. Весь комплект, включая узел ротора компрессора и турбины, диффузионные лопатки, лопатки сопла турбины, топливные форсунки и камеру сгорания, имеет диаметр не больше десятицентовой монеты. Он весит около 1 грамма и, как ожидается, будет иметь отношение тяги к весу 100 к 1. Лучший современный реактивный двигатель имеет отношение тяги к весу 10 к 1,9.0005

: Ноги паутинного клеща затмевают шестеренки этого МЭМС-устройства.

На сегодняшний день каждый из компонентов, из которых состоит весь турбореактивный двигатель MEMS, прошел индивидуальные испытания, но комплект еще не работал как полноценный турбореактивный двигатель. Турбина с направляющими лопатками диаметром 6 мм работала со скоростью 1,4 миллиона оборотов в минуту. Компрессор с входными направляющими лопатками диаметром 8 мм работал со скоростью 480 000 об/мин и достиг степени сжатия 4:1. Метод изготовления этих двигателей представляет собой, по сути, двумерный процесс, ограничивающий компрессор центробежным потоком, а турбину — радиальным потоком. Однако новые технологии могут привести к трехмерным производственным процессам, которые позволят проектировать компоненты осевого потока.

: В этой «турбине-на-чипе» присутствуют все основные компоненты для полноценной работы турбореактивного двигателя.

В то время как основным применением ТРД МЭМС является выработка электроэнергии, эти мини-микро-ТРД могут использоваться для приведения в действие микролетательных аппаратов или MAV, размер которых не превышает 6 дюймов в любом измерение. MAV разрабатываются для выполнения ряда военных и некоторых гражданских задач, включая разведку в реальном времени с использованием крошечных бортовых видеокамер, лазерную маркировку целей и даже анализ воздуха на наличие потенциальных химических или биологических боевых агентов. Лично я могу ясно представить себе один из этих сверхмалых турбореактивных двигателей, приводящий в движение мой флаер.

: Эта МЭМС-турбина диаметром всего 4 мм раскручивалась до 1,4 миллиона оборотов в минуту.

: Весь турбореактивный двигатель MEMS в разрезе с каналами потока и диском компрессора.

Прошло 20 лет в мире микротурбореактивных двигателей с тех пор, как Джерри Джекман совершил свой первый полет в 1983 году. Темпы развития, похоже, только ускоряются. Следующие 20 лет обещают принести еще больше удовольствия радиоуправляемым моделистам.

Барри, Дарвин Н. «Turbo Jet». Разработчик моделей радиоуправления, декабрь 1988 г .: 222–226, 230.

Батт, Гордон. «Триумф реактивного полета». Разработчик моделей радиоуправления, сентябрь 1983 г .: 148–150.

Эпштейн, доктор Алан Х. (директор Лаборатории газовых турбин, Массачусетский технологический институт). «Газотурбинные двигатели миллиметрового масштаба, МЭМС

». Документ представлен на ASME Turbo Expo 2003. 16-19 июня 2003 г.

Goyer, Norm. «Настоящие турбины останутся здесь, чтобы летать высоко и быстро». Scale R/C Modeler 19 марта88: 34-39, 74-76.

Гойер, Норм. «Настоящие турбины летают в Америке».

Posted inДвигатель