автомобили на реактивной тяге / Хабр

Наверное, нет такого двигателя, который энтузиасты-автомобилисты не попробовали бы поставить на колёса. Не смогли они пройти мимо такого древнего изобретения, как ракета. Сначала, правда, как это часто бывает, такие транспортные средства появились в фантастике. Где именно — сейчас уже и не узнать, но один из ярких примеров (пусть и не самый ранний) известен, наверное, всем вообще.

Величайший детектив всех времён, мститель в маске и просто ужас, летящий на крыльях ночи, то есть Бэтмен, поначалу обходился для перемещения по улицам Готэма обычным автомобилем.

Косметические улучшения в виде плавников, крыльев и покраски в радикальный чёрный цвет — не в счёт. Но когда в шестидесятые годы прошлого века задумали снимать телесериал (тот самый, с Адамом Уэстом, который в наши дни растащили на мемасики), авторы решили, что супергерой должен идти в ногу со временем. Символами всего новейшего тогда были две вещи: атомная энергия и ракеты. Вот и вышло, что Бэтмобиль в сериале питался энергией от атомного реактора и был оснащён реактивным двигателем. Сделали его на базе концепт-кара Ford Lincoln Futura 1955 года. В реальности он, конечно, работал на бензине, а не на уране, да и реактивный двигатель был бутафорский, но идея показалась удачной. С тех пор во всех экранизациях все Бэтмобили оснащались реактивной тягой. Где-то она была основным способом перемещения машины, где-то — лишь ускорителем для экстренных случаев, но сопло в корме — теперь непременный атрибут автомобиля Чёрного рыцаря.

Автомобиль Бэтмена из телесериала 1966 года

Что касается практического использования реактивного автомобиля на практике, тут всё не так гладко. Наверняка все слышали байку про то, как некий любитель скорости купил подержанный авиационный двигатель (по другой версии — вообще ракету без боеголовки), прикрутил на свою подержанную колымагу, выехал на испытания и, понятно, разбился вдребезги, поскольку ни затормозить, ни повернуть оказался неспособен. Эта история, рассказываемая в куче вариаций, вполне наглядно обрисовывает основные проблемы реактивного автомобиля. При движении на высокой скорости обычные автомобильные средства управления, такие как поворотные колёса и тормозные колодки, будут не очень эффективны. Придётся использовать авиационные аналоги — аэродинамические рули и тормозной парашют. Но их эффективность тоже ограничена — радиус поворота получится слишком большим, а тормозной парашют, к примеру, вообще штука одноразовая. Помимо этого, стоит упомянуть, что в населённых пунктах реактивный двигатель вообще неприменим — он работает слишком громко. А раскалённая струя выхлопа представляет опасность для всего, что находится позади такого автомобиля. Всё это ограничивает сферу применения реактивных автомобилей испытательными полигонами и треками для рекордных заездов. Бэтмен, решив прокатиться на своём Бэтмобиле в реальности, не уехал бы дальше первого поворота, разбившись насмерть, а попутно ещё и поджёг бы что-нибудь.

Чтобы торможение после заезда не заняло несколько километров, тормозить реактивным автомобилям приходится с помощью парашюта, как боевым самолётам при посадке

Пионерами в этой области стали немцы. Группа инженеров, интересующихся реактивным движением и космическими полётами, сотрудничала в 1920-е года с фирмой Opel. Результатом этого сотрудничества стали несколько аппаратов, объединённых общим названием Opel RAK (от rakete, то есть «ракета»). Среди них были и рельсовые тележки, и аэроплан, но нас интересуют автомобили — они назывались RAK1 и RAK2. Оба были испытаны весной 1928 года и показали неплохие результаты. Первая модель сумела разогнаться до ста километров в час, затратив на достижение этой скорости восемь секунд. Вторая, приводившаяся в движение вдвое большим количеством ракет (24 вместо 12), достигла скорости в 238 км/ч. И для последней уже пришлось применять антикрылья, создающие прижимную силу — позже они станут привычным элементом всех гоночных автомобилей. Без антикрыльев RAK2 по мере разгона утрачивал сцепление с трассой и становился неуправляемым. Развития оба автомобиля не получили, так как были для своих создателей, по сути, лишь экспериментальными стендами, промежуточной ступенью на пути к реактивному самолёту, а затем и космической ракете.

Opel RAK1 на гоночной трассе, 1928 год

В 1932 году американский гонщик норвежского происхождения Сигурд Хьёгдаль представил публике гоночный автомобиль, который не только приводился в движение реактивным двигателем, но мог и управляться им же. Точнее системой из нескольких двигателей — в корме автомобиля располагалась целая батарея пороховых ракет, поджигаемых независимо друг от друга. Поджигая ракеты слева и справа раздельно, водитель мог поворачивать машину. Впрочем, этот механизм предусматривался как вспомогательный — основным оставались банальные передние колёса, поворачиваемые при помощи руля. Применения машина Хьёгдаля не нашла. Участвовать в обычных гонках она не могла — ракет хватало примерно на один круг трека. Потом они догорали, и автомобиль останавливался, в то время как бензиновые конкуренты продолжали ехать. Других же реактивных автомобилей, с которыми можно было соревноваться на равных, не нашлось. Несколько раз продемонстрировав машину публике и не снискав у неё большого интереса, Хьёгдаль вернулся к ДВС.

Сигурд Хьёгдаль и его реактивный болид, страница из журнала «Популярная механика» за сентябрь 1932 года

Дальше был большой перерыв. Автомобили бурно развивались, ещё более бурно развивались и реактивные двигатели, но следующие тридцать лет они делали это порознь, независимо друг от друга. Перемена произошла в 1964 году. Именно тогда Международная автомобильная федерация (FIA) стала официально фиксировать и признавать рекорды скорости, установленные реактивным наземным транспортом.

Ладно, на самом деле новый этап реактивного автомобилизма начался немного раньше, в 1960-м. В том году доктор Натан Остич появился на рекордных гонках на солончаке Бонневиль со своим автомобилем Flying Caduceus («Летучий кадуцей» — крылатый жезл с медицинской эмблемы). Участвовал он вне конкурса — именно потому, что на тот момент рекорды, установленные реактивными автомобилями, не засчитывались. Тем не менее Остич гнался не за грамотами и дипломами, а за настоящей скоростью. «Летучий кадуцей» был оснащён турбореактивным двигателем General Electric J47, который использовался во многих американских военных самолётах. Имея мощность в семь тысяч лошадиных сил, он (по расчётам) должен был разогнать «Кадуцей» до более чем 800 км/ч, сделав его пилота быстрейшим автомобилистом на планете, пусть и неофициально. Увы, конструкция автомобиля оказалась не до конца продумана. Сильные вибрации, недостаточный приток воздуха к двигателю и неполадки с топливным насосом вынудили Остича сойти с дистанции. Ему удалось развить лишь 483 км/ч во время прогревочного заезда. В течение следующих лет автомобиль был доработан, но в итоге всё равно не смог превысить скорости в 571 км/ч.

«Летучий кадуцей» Натана Остича, 1960 год

На следующий год после того, как Остич забросил гонки, FIA, как упомянуто выше, решила фиксировать рекорды скорости не только автомобилей, имеющих привод на колёса, но и реактивных. Это нашло бурный отклик в среде энтузиастов, и в тот же год было установлено сразу несколько рекордов на «сухопутных ракетах». Купить списанный авиационный двигатель в США тогда можно было за несколько сотен долларов, что и породило «реактивное безумие» автомобилистов, продлившееся несколько лет.

Хорошим примером того, как оно проходило, может послужить история гонщика Уолта Арфонса и инженера Тома Грина. Они представили в начале 1960-х свой автомобиль Wingfoot Express. Своё название («Экспресс крылатой ноги») он получил в честь спонсора — фирмы Goodyear, на эмблеме который изображена крылатая сандалия Меркурия. Изначально машину делали трёхколёсной, но когда FIA опубликовала новые правила, переднее колесо пришлось заменить блоком из двух — чтобы рекорд зафиксировали, машина должна быть как минимум четырёхколёсной. Двигателем послужил списанный Westinghouse J46 с палубного истребителя F7U Cutlass. Испытания машины шли успешно, но перед самой отправкой на гонки произошёл инцидент. Оба тормозных парашюта оборвались, и «Экспресс», протаранив ограждение трассы, проскакал по полю с канавами, перемахнул шоссе и забурился в лесополосу. Арфонс, сидевший за рулём, не пострадал — у него прихватило сердце от испуга, но долговременного вреда здоровью это не причинило. Однако во время ремонта машины он, торопясь завершить работы как можно быстрее, повредил связки правой руки и оказался непригоден для пилотирования. Искать стороннего водителя времени не было.

Том Грин оставался единственным кандидатом. Он был знаком с конструкцией машины, но опыт гонщика имел минимальный. На Бонневиле ему пришлось начать подготовку к заезду с осторожных покатушек по стоянке болидов, словно студенту автошколы. Грину удалось выдать на трассе 539 км/ч, что не стало рекордом — гонщик Крейг Бридлав на автомобиле Spirit of America собственной конструкции показал 644 км/ч, но официально признан не был, так как его машина была трёхколёсной и по правилам FIA должна была считаться мотоциклом. Установить свой рекорд «крылатым ногам» удалось позднее. Wingfoot Express смог выжать из себя 665 км/ч. Но побыть «королями скорости» Арфонсу и Грину удалось лишь три дня — и короны их лишил… Артур Арфонс, брат Уолта Арфонса. Построенный им автомобиль Green Monster развил 698 км/ч. После этого Грин забросил гонки, вернувшись к обычной инженерной работе. Уолт Арфонс на следующий год выкатил Wingfoot Express II — от первой модели он отличался тем, что в движение приводился не турбиной, а твердотопливными ускорителями. Для официальной фиксации рекорда трассу надо было проехать дважды — туда и обратно. В протокол заносилось среднее арифметическое от двух максимальных скоростей, развитых в обоих заездах. Ускорителей, однако, хватало только на поездку в один конец, поэтому развитые «вторым экспрессом» 973 км/ч так и остались непризнанным рекордом.

Wingfoot Express и его создатели, 1964 год

Следующим логическим шагом было преодоление звукового барьера. Машиной, которая долгое время претендовала на это, была так называемая «Ракета Будвайзер» — Budweiser Rocket. Эту машину строили для всё той же трассы на озере Бонневиль, но первые же испытания показали, что запаса топлива не хватит на то, чтобы проехать трассу дважды, как полагается. Тогда и решили — раз уж не получится поставить официальный рекорд скорости, хотя бы пробьём звуковой барьер. Заезд был проведён в конце 1979 года на территории авиабазы ВВС США Эдвардс в Калифорнии. Приборы автомобиля показали, что скорость во время заезда кратковременно достигла значения 1,01 Мах, то есть на один процент превысила скорость звука, какой она была при тамошней температуре и давлении воздуха. Радар авиабазы вроде как подтвердил эти данные, но многие эксперты всё равно сомневались в достоверности измерений, так как скорость вычислялась уж очень хитрым косвенным способом. Ну и, понятное дело, официально никакие международные организации рекорд не подтвердили из-за отсутствия независимых наблюдателей при его установке.

Budweiser Rocket на трассе

Полностью легитимно скорость звука превысить удалось лишь в 1997 году. Британский военный лётчик Эндрю Грин на автомобиле Thrust SSC сумел развить 1228 км/ч. Этот рекорд остаётся не побитым и по сей день. Конструкторская команда, создавшая автомобиль, не почивает на лаврах и в данный момент работает над проектом Bloodhound LSR. Это будет реактивный автомобиль, перед которым стоит амбициозная цель разогнаться до тысячи миль в час (1609 км/ч).

Thrust SSC — самый быстрый автомобиль в мире на текущий момент

Жизнь реактивных автомобилей, однако, не ограничивалась одними лишь рекордными заездами. Всем известно, что американцы обожают всякие шоу, где много шума, грохота и блестящего металла. Особенно если это связано с мотоциклами или автомобилями. Поэтому с тех же самых шестидесятых годов, когда «сухопутные ракеты» начали устанавливать рекорды скорости, в США популярностью пользуются гонки самых разнообразных реактивных транспортных средств. Не ради рекордов, а просто так, потому что это красиво и эффектно.

Что может быть более американским, чем огромный хромированный тягач-дальнобойщик? Только этот же тягач, в который воткнули турбину от истребителя!

Пламя сверкает, турбины рычат, начищенный хром блестит — что ещё нужно? Чаще всего это так называемый «дрэг-рейсинг», то есть простейшие гонки двух машин по прямой, берущие начало от уличных молодёжных забав «Давай поглядим, кто быстрее до следующего светофора доедет». В рамках этих соревнований что только не используется — от специально подготовленных болидов до тракторов и газонокосилок. Ну и реактивные двигатели тоже много на что ставят, вплоть до грузовиков и микроавтобусов.

«Самый быстрый в мире микроавтобус» — фургончик Ford 1979 года, оснащённый реактивным двигателем

В отличие от многих других необычных автомобилей, реактивным точно не светит никакое перспективное будущее за пределами гоночных трасс, видеоигр и комиксов. У них для этого слишком уж горячий нрав. Но уж в рамках этой сферы они точно продолжат радовать нас ещё долго. Вон, последний Бэтмен, который из фильма Мэтта Ривза, изо всех сил притворяется реалистичным, однако же реактивную турбину на свой Бэтмобиль — всё же поставил. Потому что традиция.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.

Автомобили с газовыми турбинами — история и фото — журнал За рулем

Материалы по теме

Вся правда о фантазиях: авангардные проекты автопрома СССР

В 1954 году самым быстрым серийным автомобилем страны был флагман и символ мощи советского автопрома — правительственный ЗИС‑110 с паспортной максималкой 140 км/ч. Скорость гоночного ЗИЛ‑112, построенного на узлах этого лимузина, достигала примерно 180 км/ч. Рекорд СССР, установленный в 1953 году на машине Харьков‑6 с сильно модернизированным двигателем Победы, составлял 280,156 км/ч.

А работники Горьковского автозавода тем временем выкатили на испытания автомобиль, который должен был развить скорость 700 км/ч, превысив мировой рекорд Джона Кобба — 634,26 км/ч, зафиксированный в 1947‑м.

Кстати, максимальная скорость пассажирского самолета Ил‑14 составляла 470 км/ч, а крейсерская — 345 км/ч. А тут автомобиль! Хотя называть ГАЗ-ТР (известен также под именем ГАЗ-СГ3) автомобилем в чистом виде было бы неправильно, ведь его оснастили реактивным двигателем новейшего на тот момент истребителя МиГ‑17.

Полетное задание

Над газотурбинными двигателями инженеры начали работать за полвека до советской попытки побить мировой рекорд скорости на земле с помощью силовой установки от истребителя и за несколько десятков лет до начала серийного производства реактивных самолетов. Мысли пристроить подобный двигатель к автомобилю родились в начале 1950‑х, на волне послевоенного подъема промышленности, а заодно и футурологических изысканий, иногда довольно забавных.

Таким в середине 1950‑х годов представлял себе автомобиль будущего Юрий Долматовский. Двигатель — конечно же, газовая турбина.

Таким в середине 1950‑х годов представлял себе автомобиль будущего Юрий Долматовский. Двигатель — конечно же, газовая турбина.

Многие тогда всерьез думали, что лет через десять разрешенная скорость в городах вырастет до 100 км/ч (смешно, правда?), а на автострадах еще больше. Тут, мол, и пригодятся машины с газовой турбиной — мощной, но относительно компактной и всеядной: работающей на бензине, дизельном топливе, керосине. Турбина к тому же позволяла заметно упростить трансмиссию и снизить объем обслуживания автомобиля.

У нас в стране апологетом этого направления, как и вообще всего нового и перспективного, стал, конечно же, Юрий Аронович Долматовский — инженер, художник и талантливый популяризатор, работавший после войны в НАМИ. Он, да и не только он, верил в светлые перспективы турбинных автомобилей. Тем более что ходовые образцы подобных машин уже существовали.

Первый, совсем не эффектный с виду газотурбинный автомобиль Rover Jet 1 после небольшой доработки развил около 245 км/ч.

Первый, совсем не эффектный с виду газотурбинный автомобиль Rover Jet 1 после небольшой доработки развил около 245 км/ч.

Первым стал британский Rover Jet 1, показанный в 1950 году. В простенький двухместный открытый кузов, сохранивший внешние черты серийной модели, между сиденьями и задним мостом поставили турбину с одноступенчатым компрессором, раскручивающимся до 40 000 об/мин. Турбина с ее 26 000 об/мин потребовала понижа­ющего редуктора. Зато обошлись без сцепления и коробки передач. Базовая версия турбины выдавала 100 л.с.

Годом позже машину облегчили и, водрузив на нее 230‑сильный двигатель, в показательном заезде развили скорость 152,691 мили в час (около 245 км/ч). В таком режиме машина, правда, расходовала около 50 литров топлива на 100 км, но это никого особенно не волновало.

Так мог бы выглядеть первый серийный переднеприводный Rover с турбиной, установленной спереди.

Так мог бы выглядеть первый серийный переднеприводный Rover с турбиной, установленной спереди.

На волне успеха компания Rover взялась за турбинную тему всерьез. В 1956‑м сделали экспериментальное купе Т3. Непритязательный дизайн совместили с передовой инженерией. Турбина развивала 110 л.с., и для реализации такой мощности автомобиль имел полный привод. Если у первого экспериментального спидстера Rover Jet 1 сзади была стандартная рессорная подвеска, то у второго прототипа — пружинная, более передовая и компактная. Машина имела дисковые тормоза, нелишние при такой мощности. То есть Rover Т3 был уже не просто полукустарным прототипом с «сумасшедшим» мотором, а гармоничным автомобилем, чья тормозная динамика должна была соответствовать разгонной.

Прототип Rover T3 с газотурбинным двигателем, полным приводом и дисковыми тормозами.

Прототип Rover T3 с газотурбинным двигателем, полным приводом и дисковыми тормозами.

Следующим приближением к серийной модели стал Rover T4 с кузовом седан, аналогичным тому, который вскоре появился на серийной машине. В этом Ровере турбину мощностью 140 л.с. впервые поставили спереди, а привод сделали на передние колеса. Расход топлива удалось снизить до 14–17,5 л/100 км. Но предполагаемая цена такого автомобиля получалась примерно в два раза выше цены стандартного. Дорогое и сложное серийное производство турбин требовало инвестиций, которые фирма Rover позволить себе не могла.

Тем временем за идею газовых турбин, разумеется, ухватились самые богатые автоконцерны мира — американские. Автопром в США был на подъеме, спрос и доходы росли, и фирмы щедро инвестировали в опытные разработки и шоу-кары, по нынешней терминологии — концепткары.

Шоу-кар GM Firebird 1953 года с 370‑сильным двигателем был все-таки не совсем автомобилем.

Шоу-кар GM Firebird 1953 года с 370‑сильным двигателем был все-таки не совсем автомобилем.

В 1953 году показали умопомрачительный GM Firebird ХР‑21 работы прославленного дизайнера Харли Эрла: одноместный, с двигателем мощностью 370 л.с. - эдакий уменьшенный истребитель на колесах. Для замедления помимо обычных барабанных тормозов использовались закрылки. Впрочем, о подготовке производства никто и не думал. Максимум, на что рассчитывали создатели шоу-кара, - прохватить на «дорожном самолете» по гоночному овалу в Индианаполисе.

GM Firebird II 1956 года — попытка показать, что газотурбинный автомобиль может быть и семейным седаном.

GM Firebird II 1956 года — попытка показать, что газотурбинный автомобиль может быть и семейным седаном.

За первым концепткаром GM последовали еще три, разной степени фантастичности (хотя Firebird II 1956 года был даже пятиместным) и экстравагантности. К слову, на концепткарах уже тогда показывали некие элементы езды без участия водителя и прочие новшества, считающиеся откровением ХХI века. Но четвертый газотурбинный прототип GM Firebird 1964 года, по слухам, вообще, не ездил. А ведь один из главных конкурентов самого мощного концерна уже стоял на пороге серийного производства!

На разгоне

Пока концерн GM удивлял публику футуристическими концепткарами, компания Chrysler подготовила не только ходовой образец, но и предсерийную партию купе с бесхитростным именем Turbine. Двухдверный автомобиль с куда более земным, нежели у концепткаров GM, дизайном имел классическую компоновку, турбину мощностью 130 л.с. и автоматическую трехступенчатую коробку передач без гидротрансформатора. Коробка, по заявлению производителя, была необходима для предотвращения опасного роста оборотов турбины, скажем, при отрыве одного или двух колес от земли.

Материалы по теме

Институт питания: отечественные автомобили на альтернативном топливе

Компания изготовила около 80 автомобилей и раздала их на испытания обычным американцам — жителям всех уголков США, мужчинам и женщинам разных возрастов. В 1964 году несколько машин работало на Нью-Йоркской международной автомобильной выставке ходовыми шоу-карами: в них мог прокатиться любой желающий. Добровольные испытатели в целом остались довольны машиной, хотя отмечали и недостатки.

В плюс Крайслеру с турбиной записывали уверенный пуск при любой температуре и меньшие, чем у машин с поршневыми двигателями, вибрации, а также низкий объем обслуживания. К недостаткам относили повышенный шум (правда, лишь при интенсивном разгоне) и высокий расход топлива при сравнительно небольшой скорости. Кстати, про характерный шум говорил и гонщик Грэм Хилл, выступавший в те годы на газотурбинном Ровере в Ле-Мане и сравнивавший звук двигателя с ревом Боинга, который, кажется, вот-вот засосет пилота в свою турбину.

Единственный газотурбинный автомобиль, выпущенный небольшой серией, - Chrysler Turbine. Почти все из 80 сделанных машин компания потом уничтожила, остались единицы.

Единственный газотурбинный автомобиль, выпущенный небольшой серией, - Chrysler Turbine. Почти все из 80 сделанных машин компания потом уничтожила, остались единицы.

Но главным недостатком Крайслера называли большую, примерно в пару секунд, задержку при старте с места и после интенсивного замедления. Избавиться от этого конструкторам так и не удалось.

Всё вроде было готово к серийному производству, вложили деньги в массированную рекламу, но даже мощный американский концерн не смог инвестировать огромные средства в массовый выпуск турбин, требующих высокой точности изготовления. А тут еще подоспели новые экологические нормы. В общем, на этом история единственного почти серийного автомобиля с газовой турбиной закончилась. Иные именитые компании — Fiat и Renault — ограничились единичными скоростными образцами, принесшими фирмам славу, но не коммерческий успех.

А нам пора вернуться на военный аэродром под Горьким (ныне — Нижний Новгород), где в 1954 году в свой первый и единственный заезд ушел ГАЗ-ТР с реактивным двигателем.

Серп, молот и турбина

Материалы по теме

Хроника: падающая звезда

Увы, обстоятельства сложились не в пользу умопомрачительной машины: на скорости около 300 км/ч случилась авария. Водитель, заводской испытатель Михаил Метелев, к счастью, почти не пострадал. Но работы над проектом прекратили. Проблем было слишком много: от отсутствия подходящих шин (на колёса поставили шины от самолета МиГ‑15, а оригинальные, надеялись, разработает НИИШП) до трассы, годящейся для скоростей под 700 км/ч. Да и вообще у ГАЗа хватало иных, куда более насущных забот.

Тем не менее идея взбудоражила умы советских конструкторов. В 1960 году Илья Тихомиров, опираясь на поддержку Центрального автомотоклуба (ЦАМК), установил на переданный ему известным уже тогда харьковским инженером Эдуардом Лорентом рекордный автомобиль две небольшие турбины мощностью по 50 л.с. В первых же заездах скорость машины, получившей имя Пионер, превысила 250 км/ч. Продолжая совершенствовать Пионер, устанавливали 68‑сильные, а затем и 80‑сильные турбины. В таком варианте Пионер‑2М под управлением Тихомирова развил в 1963 году на высохшем озере Баскунчак на дистанции 1 км с ходу скорость 311,419 км/ч. Что и стало всесоюзным рекордом.

Советский Пионер‑2М, развивший с двумя турбинами скорость свыше 300 км/ч, к счастью, сохранился до наших дней.

Советский Пионер‑2М, развивший с двумя турбинами скорость свыше 300 км/ч, к счастью, сохранился до наших дней.

В 1966 году в Харькове закончили работу над ХАДИ‑7 — рекордным автомобилем, который прежде оснащали поршневым двигателем, а затем переделали под серийную газовую турбину ГТД‑350 от вертолета Ми‑2 — двухвальную, 400‑сильную. Расчетная скорость ХАДИ‑7 составляла около 400 км/ч. Но трассу на озере Баскунчак уже закрыли, а на других автомобиль не мог показать ­все свои возможности и развивал лишь около 320 км/ч.

ХАДИ‑7 рассчитывали на максималку около 400 км/ч. Но показать ее машине было негде.

ХАДИ‑7 рассчитывали на максималку около 400 км/ч. Но показать ее машине было негде.

Наконец, в 1978 году в Харькове построили ХАДИ‑9, который должен был замахнуться на мировой рекорд скорости, уже тогда превысивший 1000 км/ч. Проектная максимальная скорость автомобиля с реактивным двигателем от истребителя МиГ‑19 составляла 1200 км/ч! Однако уже в процессе постройки стало ясно, что предел — 700–800 км/ч. Но и этих скоростей ХАДИ‑9 не показал: не было в СССР подходящих трасс.

ХАДИ‑9 снялся в 1983 году в художественном фильме «Скорость» и, по рассказам очевидцев, во время съемок шел быстрее 400 км/ч. В это верится с трудом.

Служебный роман

Самолетные двигатели в СССР интересовали, конечно, не только фанатиков скорости. Турбинами в НАМИ занимались еще с конца 1920‑х годов. А первым отечественным автомобилем с газовой турбиной стал в 1959‑м Турбо-НАМИ‑053.

Турбо-НАМИ‑053, первый советский автомобиль с газовой турбиной, сделали на основе автобуса ЗИЛ‑127.

Турбо-НАМИ‑053, первый советский автомобиль с газовой турбиной, сделали на основе автобуса ЗИЛ‑127.

Кузов для экспериментальной машины позаимствовали у междугороднего автобуса ЗИЛ‑127. Мест там осталось лишь десять, всё остальное пространство занимала измерительная аппаратура. Турбина развивала 360 л.с. - в два раза больше, чем штатный ярославский дизель, - и работала в паре с двухступенчатой автоматической коробкой передач.

Автобус массой 13 000 кг разгонялся до совершенно фантастических для машин этого класса 160 км/ч. Он прошел 5000 км на бензине, керосине, дизельном топливе и в целом показал себя очень неплохо. Легко заводился в мороз, температура двигателя достигала уровня рабочей буквально через минуту, а значит, и печка начинала подавать в салон тепло. Это для нашей страны особенно актуально. Но расход топлива был слишком высок (в открытой печати его благоразумно не приводили), а турбина, как водится, раскручивалась с существенной задержкой.

Материалы по теме

Двигатели будущего: чувство такта

Существовала еще и проблема пыли, очень вредной для турбины, поэтому воздух в двигатель НАМИ‑053 поступал через сопло, расположенное на крыше автобуса. Впрочем, позднее эту проблему, в том числе и на танках, научились решать более совершенными фильтрами. Кстати, в 1976 году в СССР приняли на вооружение первый в мире танк с газотурбинной силовой установкой мощностью 1000 л.с. - Т‑80. Но вернемся к колесным машинам.

Мощными и всеядными моторами, естественно, заинтересовались заводы, производящие тяжелые грузовики, и, конечно, военные. Турбины в качестве эксперимента ставили на ракетовозы ЗИЛ‑135Г, на МАЗы. Ведь «изделия», как писали в документах, а попросту — ракеты, которые предстояло перевозить, становились всё больше и тяжелее.

Последний советский автомобиль с турбиной (1250 л.с.) и электрической трансмиссией — МАЗ‑7907.

Последний советский автомобиль с турбиной (1250 л.с.) и электрической трансмиссией — МАЗ‑7907.

Испытывали газовые турбины также на КрАЗа и БелАЗах. Основные проблемы возникали с трансмиссией: ни одна не выдерживала нагрузки. Поэтому, в частности,МАЗ‑7907, ставший вершиной этого направления советского автопрома, получил электрическую трансмиссию с отдельным приводом на каждое из 24 (!) колес. Чудище длиной более 28 метров имело сочлененную раму, массу 68 500 кг и было рассчитано на перевозку 150 тонн груза. Трехвальная турбина развивала 1250 л.с. В 1985 году построили два таких монстра. Их слабым местом вновь оказалась трансмиссия. На этом история отечественных автомобилей с газовыми ­турбинами и закончилась.

Концепт-кар Jaguar C-X75 — гибридный «газотурбиноэлектромобиль».

Концепт-кар Jaguar C-X75 — гибридный «газотурбиноэлектромобиль».

А есть ли вообще у этой темы перспективы? В 2010 году показали концептуальный суперкар — гибридный Jaguar C-Х75 с четырьмя электромоторами (по одному на колесо) и двумя турбинами по 94 л.с. каждая. Суммарная мощность — около 800 л.с. Чудесно! Но это не более чем шоу-кар типа тех, что показывали еще полвека назад.

На полном газу

Казалось бы, газовые турбины идеальны для гонок — и, действительно, их пытались применять на гоночных машинах.

Пионеры в этой области тоже британцы. Rover-BRM выставляли на 24‑часовые гонки в Ле-Мане с 1963 по 1965 год. За руль посадили действующего чемпиона мира в Формуле‑1 Грэма Хилла. В 1963‑м он привел машину с турбиной на седьмое место, но ехал вне зачета именно ­из-за конструкции двигателя.

Материалы по теме

Циклоп, Победа-Спорт, Эстония-21… — самые быстрые спорткары СССР

В 1964‑м автомобиль получил повреждения еще до официального старта, а годом позже Хилл и восходящая звезда Джеки Стюарт, ехавший с ним попеременно, заняли десятое место. Это стало финальным аккордом в истории Роверов с турбинами.

Не остался в стороне от перспективной новинки и Колин Чапмен — владелец компании Lotus. Газотурбинный, да еще и полноприводный 600‑сильный Lotus 56 в 1968 году выставили на гонки американской серии USAC.  Машина была заметно мощнее конкурентов, но и тяжелее — и великих результатов не показала. Тем не менее в 1971 году Lotus 56 участвовал в нескольких гонках Формулы‑1. Здесь отрицательно сказалось запаздывание турбины на разгоне после замедлений в многочисленных поворотах. Лучший результат — восьмое место с отставанием от лидера на круг — показал в Италии Эмерсон Фиттипальди.

Автомобили с авиационными двигателями — советские и не только

Когда-то автомобили с газотурбинными двигателями чуть было не стали серийными.

Автомобили с авиационными двигателями — советские и не только

Восставший из ада

Мария Панова

24 февраля 2015 года

Когда заходит речь о реактивной тяге на службе у человечества, ассоциации возникают самые мирные. Вид из иллюминатора пассажирского самолета, который несет тебя вдаль, навстречу новым впечатлениям. Его приглушенный ровный свист, который говорит о том, что полет проходит нормально и можно расслабиться в кресле, откинуться назад, укрыться теплым пледом и посмотреть какой-нибудь фильм, чувствуя себя в безопасности под защитой этого мощного «соседа».

Однако, когда выражение «реактивный двигатель» употребляется в контексте слова «автомобиль», все мирные ассоциации, ощущения безопасности и комфорта у меня начинают стремительно рушиться. Установить Это в автомобиль?

Остатки мирных ассоциаций разлетаются как карточный домик под мощным потоком воздуха после слов «А потом дать ему газу. Классная идея?»

Знакомьтесь. Jet Funny Car и Стив Загородный, его пилот.
Впервые я увидела этот автомобиль в прошлом году на Meremere Dragway. Это были одни из первых попыток запустить машину по прямой.

Извергающийся из сопла огонь, дикий свист, адский жар вокруг — все это вызывает ощущение, что перед нами разверзлись врата ада и это нечто выбралось на свободу, чтобы все здесь сжечь и всех покарать.

Сложно представить, что в этот момент, в кокпите этого исчадия сидит обычный человек и, при желании, может дотронуться и погладить по спинке 6-ти тысячесильный реактивный двигатель.

Я сказала обычный человек? Это не так. Обычные люди не ездят по земле на том, что предназначено для полетов. Стив Загородный начал участвовать в гонках на четверть мили, когда ему было 16 лет. Первой машиной был Holden Premiere. Как и многих, Стива это увлекло. Очень скоро он поехал быстрее, сменив Холдена на девяти секундный Ford Pop.

Автомобиль был оснащен суперчарджерным мотором 350 Chevy на смолл блоке. Начало восьмидесятых годов для него прошли за рулем этого Форда, в классе AA Gas (Super Gas). В середине восьмидесятых Стив сделал большой шаг вперед, пересев на Top Fuel Funny Car. Время его четверти мили в тот период составило 6,70 при 205 милях в час на выходе.

В начале 90-х, Стив перебрался в кокпит Top Alcohol Funny Car. Лучшее время, которое показала эта машина в гонках, 6,29 секунды при 220 милях в час.

Тогда Стив выиграл у Тома Бристоу, они со Стивом по сей день лучшие друзья.

Следующим витком карьеры Стива стал Jet Funny Car — автомобиль с воздушно-реактивным двигателем.

«Воздушно-реактивный двигатель достаточно просто устроен, принцип работы основан на сжатии и расширении поступающего и истекающего воздуха. В качестве рабочего тела используется смесь вбираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива. За счет реакции окисления, рабочее тело нагревается, расширяется и выбрасывается из сопла с большой скоростью, создавая реактивную тягу. Чем выше скорость перемещения объекта, оснащенного воздушно-реактивным двигателем, тем большее количество воздуха пропускает через себя двигатель, тем сильнее тяга.»

Автомобиль был построен в Соединенных Штатах и использовался для заездов на милю. Установил рекорд скорости Техасской Мили, 323 мили в час на выходе. Визуально, отдаленно напоминает Dodge Avender 2006 года выпуска на 125-дюймовой раме. Мотор, установленный в дрэгстер, раньше принадлежал американскому истребителю Northrop F-5E Tiger, это легкий многоцелевой истребитель, созданный в пятидесятых годах. Изготавливался на экспорт в страны, получавшие американскую военную помощь. Один из самых распространенных боевых самолетов в мире. Он оснащен реактивным двигателем General Electric J85, который, в данный момент и на этой машине, на форсажной тяге выдает 6000 лошадиных сил.

Ездит этот зверь на авиационном керосине, его команда закупает у представителей новозеландской авиации. Расход составляет 150 литров за один заезд. Используют Jet A1, так как он хорошо выгорает и не оставляет на проклеенном покрытии никаких жирных следов, что приводит в негодность клеевую поверхность и существенно снижает сцепные свойства полотна.

Потенциально, с такими характеристиками, машина может ехать четверть мили пять секунд со скоростью на выходе 280 миль в час. Чтобы эта легкая конструкция, оснащенная силовой установкой, предназначенной для полетов, не взмыла в небо, двигатель закреплен под углом в два градуса.

Перегрузки, тем не менее, вне зависимости от того, перемещается эта техника по воздуху, или по земле, не намного меньше, чем в кабине истребителя. 5–6 G на разгоне и —6 на торможении. Первые 60 футов составляют меньше одной секунды.

Что мне очень понравилось, так это то, что машина не имеет никакой трансмиссии. Ни редукторов, ни мостов, ни коробок передач в том виде, в котором мы привыкли видеть. Всего того, что ломается в первую очередь на больших мощностях, здесь нет.

Однако, реактивный двигатель, его непосредственная близость, таит в себе другие опасности для пилота. Перегрев. Реактивный двигатель может за считанные мгновения нагреться до 900 градусов. Поэтому, машина оборудована четырьмя системами подавления работы в случае неконтролируемого перегрева и аварийного выключения двигателя в случае опасности. Также, в кокпите установлена система пожаротушения, а пилот экипирован в девяти-слойную несгораемую одежду.

Для Стива это не первый опыт общения с Jet Funny Car. В 2006 году он ездил на похожем, принадлежащем гоночной команде Warhawk, против Ричарда Смита на Nighthawk, из США.

С тех пор Стив безнадежно болен Jet’ами и, когда предоставилась возможность выкупить этот экземпляр, несмотря на то, что с ним предстояло много работы, команда Zahorodny Racing его выкупила.

Жизнь этого дрэгстера не была богата событиями, так как его, в основном, использовали как шоу-экспонат. Машину, которую показывают на выставках, как тигра в клетке. Несмотря на то, что это настоящий боец. Поэтому, этот фанни кар перебрался в Новую Зеландию и команда вдохнула в него новую жизнь.

Если вы думаете, что управлять таким дрэгстером просто, то вы заблуждаетесь. Чтобы первоначально разобраться, как Это запускать, был приглашен из Штатов Ричард Смит, человек, который занимается такими машинами в США и, помимо этого, сам ездит. Для того, чтобы запустить такую машину в гонку, нужна команда. Одному справиться непросто.

Залить 120 литров топлива на каждый заезд, очистить бак с отходами жизнедеятельности мотора, пролить систему контроля подачи топлива, проверить как затянуты болты и гайки, осмотреть топливные линии, фитинги на них — все это необходимо делать, так как пред-форсажное изрыгание пламени вызывает сильные вибрации по кузову и все, что не приварено, быстро разбалтывается. Кроме того, предстартовая работа команды направлена на исключение любых течей жидкостей и проверку турбины.

Я видела, как они упаковываются перед заездом и это достойно краткометражного фильма под названием «Полет человека в космос».

Для запуска двигателя они используют три двенадцати вольтовых аккумулятора.

После своеобразного розжига, обороты растут и Стив подает топливо до тех пор, пока не приблизится к 50% оборотов на холостом ходу. Это обязательно, так как соотношение воздуха и топлива должно быть абсолютно правильным во избежание перегрева и разрушения двигателя за секунды.

Самая большая опасность для пилота это перегрев силовой установки перед стартом. Поэтому, как только эта важная процедура завершена правильно и обороты достигли 50%, в мотор начинает поступать достаточно воздуха, чтобы он мог самоохлаждаться.

Кокпит пилота это мини-ЦУП. Помимо того, что Стиву приходится выставлять автомобиль, раздувать мотор, он перемещает топливо из afterburner’а в сопло, там его поджигает с кнопки и все радостно вздыхают, видя, как дрэгстер изрыгает из себя костер. В это время обороты двигателя достигают 80% и Стив, пока зрители радуются зрелищу, убеждается, что все работает корректно и на приемлемых температурах. Причем, нажимать кнопку, поджигающую топливо в сопле и вызывающую последующий взрыв, нужно строго в определенный момент.

Пилоту этой машины, действительно, нужно делать слишком много за короткое время, нельзя ошибиться или что-то упустить. Никто и не надеялся, наверное, что быть пилотом истребителя легко.

Во время заезда Стив вынужден контролировать машину одной рукой, так как вторая рука находится на контроллерах топлива, afterburner’а, парашютов.

Звучит невероятно, но, как рассказал Стив, движение такой машины по дрэгстрипу достаточно предсказуемое. Оно быстрое, но без рывков, равномерное прямолинейное ускорение. Это дает возможность направлять дрэгстер одной рукой по нужной траектории.

Я, кстати, тогда спросила, почему они не ездят с топ-фьюэлами в новозеландских гонках, или с top-alcohol? Ведь, машина полностью подогнана под требования FIA, NHRA, IHRA. Оказывается, для безопасности. Если Стив окажется впереди одного из них в заезде, есть большой риск, что потоком воздуха он просто сдует с трека соперника. Для парных заездов такой машины нужны другие условия. Пока же, Стив и его команда — это самые желанные гости любой дрэг-тусовки.

По обслуживанию, джет-кар не стоит дорого, он достаточно надежен в эксплуатации, если не перегревать.

Все это обусловлено простой конструкцией как двигателя, так и машины в общем.

Однако, если перегреть такой мотор, то проблемы могут случиться не только у двигателя. Запчасти на реактивные экземпляры моторостроения не продаются в авто магазинах, а пилоты, способные справиться с такой техникой, и вовсе на вес золота. Поэтому, в случае с Jet Funny Car стоит беречь не только силовую установку, но и пилота.

Фото: Марии Пановой и из архива Zahorodny Racing

Аэродромные машины: «Горыныч», деайсер, УМП. Поговорим о самых загадочных

Озадачившись поиском необычных автомобилей, аэропорт не должен быть последним местом, куда следует за этим заглянуть. Огромное количество всяких разных машин перемещается по аэродромным рулежным дорожкам, словно роботы, и если с предназначением многих современных моделей аэродромной техники все более-менее понятно, то вот модели, доставшиеся в наследство от СССР, внешне не намекают о своем предназначении, но внимание однозначно приковывают. Я отобрал пару таких интересных экземпляров как из прошлого, так и из настоящего.

Аэродромная тепловая машина «Горыныч»

Аэродромный снегоочиститель, Горыныч, аэродромная тепловая машина, очиститель ВВП, КРАЗ с реактивным двигателем, трубоочиститель ВВП

Представьте, что в российском аэропорту в иллюминатор самолета вы увидели вот такой автомобиль… Что бы вы подумали о предназначении данной ракеты спереди? Не иначе огнемет против зомби.

На самом деле спереди установлен реактивный двигатель, работающий на самолетном топливе — керосине, а цистерна, за водительской кабиной, несет запас топлива для него. Реактивный двигатель дает на выходе мощную струю выхлопных газов, которая помимо высокой кинетической энергии имеет еще и высокую температуру 650-800 градусов Цельсия.

Аэродромный снегоочиститель, Горыныч, аэродромная тепловая машина, очиститель ВВП, КРАЗ с реактивным двигателем, трубоочиститель ВВП

Зачем на аэродроме такой агрегат? Самая очевидная версия, что он используется как ветродуй, для сдувания снега с взлетной полосы, при детальном рассмотрении не выдерживает критики, особенно если критика исходит от главного бухгалтера. Реактивные двигатели — это самые прожорливые двигатели внутреннего сгорания, отправляющие поршневые моторы просто в нокаут по этому показателю. Так что на раздувание снега никто не даст тратить столько денег, когда для этой цели можно направить снегоочиститель с метелкой (далее в этом материале я привожу пример такой машины). Высокая температура струи у данного агрегата позволяет растопить любую наледь с асфальта, не оставив ни единой лужи. После прохода «Горыныча» асфальт становится чистый и сухой. Для направления потока газа в конкретную точку, а также для уменьшения теплопотерь, применяется насадка вроде «пылесоса», как на приведенных фото.

Называют же данный аппарат «Аэродромная тепловая машина на базе автомобиля КРАЗ(или иной)», а народ говорит просто «Горыныч». Актуальным агрегат оказывается в те периоды, когда при плюсовой температуре днем выпадают осадки, которые замерзают из-за отрицательной температуры воздуха ночью, и в результате все летное поле превращается в сплошной каток. В такие периоды с высокой вероятностью образования наледи, «Горыныч» помогает держать летное поле чистым и сухим.

Другие тепловые машины

Название «Горыныч» носит не только тепловая машина с реактивным двигателем спереди, также это официальное название машин УМП-400, на базе шасси Камаз. В расшифровке УМП означает «Универсальный моторный подогреватель», и такие аппараты могут базироваться не только на автомобильной платформе Камаз, но и Краз.

УМП на базе КРАЗ — Универсальный моторный подогревательУМП 400 Горыныч КАМАЗ, Универсальный моторный подогреватель

В чем же функция УМП? Собственно название полностью соответствует предназначению. В зимний период холодные моторы вертолетов, самолетов, возможно автомобильной техники (хотя я не располагаю примерами), нуждаются в прогреве, до температур запуска. Но позвольте, в небе же температура вообще доходит до -70 градусов, зачем же греть такой двигатель? Все дело в том, что в небе самолет или вертолет летит с запущенными реактивными двигателями, которые производят много тепла, но первоначальный запуск при таких низких температурах скорей всего невозможен, из-за сгущения масла, смазывающего подшипники.

С помощью двух шлангов из «Горыныча» к двигателю летательного аппарата подводится тепло, произведенное двигателем внутреннего сгорания первого. Тепло передается с помощью воздушной струи, по шлангу горячий воздух подается к двигателю.

Аэродромный пылесос

Аэродромный пылесос на базе автомобиля КРАЗ

Вблизи подобная машина наводит мысли о минувшем апокалипсисе, насколько суровый облик она имеет вы можете оценить сами, взглянув на фото выше. Это ни что иное, как аэродромный пылесос. Машина способна бесконтактно очистить взлетную полосу и рулежные дорожки от любых предметов, и все это по принципу домашнего пылесоса: создавая пониженное давление во всасывающей трубе машина увлекает в нее воздушные массы, которые забирают с собой все, что попадается им на пути. Попросту говоря машины просто «засасывает» мусор асфальта. Дальше крупные предметы, попавшие в трубу, задерживаются в бункерах, имеющих нижние люки для удобства персонала, ну а воздух выбрасывается в атмосферу. Надо сказать машина производит очень сильную тягу, способную захватить даже кирпич.

Для чего нужна такая машина? Дело в том, что для самолетов очень критична чистота взлетно-посадочной полосы от посторонних предметов. Помните катастрофу с «Конкордом», когда запчасть от предыдущего самолета попала между шасси и была отброшена в сторону крыла, пробив топливный бак? Тогда все закончилось гибелью всех находящихся на борту людей. По этому в крупных аэропортах, где каждая минута дорога, через некоторое количество взлетов и посадок данная машина-пылесос проезжает по взлетной полосе. После этого в бункере открывается люк и персонал в обязательном порядке инспектирует что именно залежалось на полосе, и если это запчасть от самолета, то начинается самое настоящее расследование, и если самолет, которому она принадлежит, находится в воздухе, диспетчер обязательно уведомляет о находке пилотов.

Другие машины для очистки летного поля и ВПП

Также в аэропортах работают классические щеточные машины для очистки летного поля как от мусора, так и от снега. Чем крупнее аэропорт, тем большей производительностью обладают специальные машины. В современном исполнении щеточные агрегаты позволяют чистить сразу половину ширины ВВП, так что для очистки одной полосы нужно всего два прохода или два автомобиля.

АСВ-4000 плужно-щеточная продувочная машинаАСВ-4000 плужно-щеточная продувочная машинаАэродромный снегоочиститель АСВ-4000 плужно-щеточная продувочная машинаПлужно-щеточная продувочная машина

Деайсер

Каждую зиму эти машины являются невероятно востребованными в любом аэропорту России. Деайсер в переводе с английского означает противообледенительный, и в функции этой машины входит обработка плоскостей самолета специальным противообледенительным составом. Конечно то, что разбрызгивается деайсером, не может являться водой ни в коем случае.

Деайсер, машина для противообледенительной обработки самолетовДеайсер, машина для противообледенительной обработки самолетов

Противообледенительная обработка очень важна, но обрабатывается не весь самолет, как может показаться, а только отклоняемые поверхности: механизация крыла(спойлеры, элероны, закрылки, предкрылки), руль высоты и руль направления. Именно для того, чтобы деайсер мог качественно обработать руль направления и руль высоты современных самолетов, кабина управления располагается на подъемнике и обладает управляемостью по двум осям.

Чего же страшного в обледенении? Для начала нужно понять, что это за процесс. С повышением высоты понижается температура воздуха. В какой-то момент температура воздуха охлаждает фюзеляж самолета до температуры образования конденсата (точки росы), но с дальнейшим набором высоты температура продолжает снижаться, вплоть до отрицательного значения, при котором вся сконденсированная влага немедленно замерзает. Если к этому моменту на управляющих поверхностях, точнее в щелях, будет влага, вероятнее всего воспользоваться этим органом управления просто так не получиться, ведь механизмы будет закованы льдом. На самолетах также есть своя противообледенительная система, но она не рассчитана на очищение льда, образовавшегося из налипшего снега, однако на современных летательных аппаратах проблема обледенения еще не приводила к известным происшествиям.

Самые крутые автомобили с авиационными двигателями

Стремление выжать из автомобиля скорость, на которую тот принципиально не способен, а также похвастаться уникальным транспортным средством, заставляет некоторых ярых автолюбителей идти на рискованные шаги. Они устанавливают в свои машины мощнейшие силовые установки, предназначенные совершенно для других целей. Например, двигатели для самолётов.

Bloodhound LSR

В своих попытках обогнать конкурентов ради престижа и всеобщего признания, большие и маленькие компании пытаются построить самый быстрый автомобиль в истории. Правда, некоторые настолько увлеклись, что созданные ими агрегаты уже мало напоминают привычные всем машины. Рекордсменами по скорости на поверхности земли являются автомобили с реактивными двигателями.

Самым быстрым из них должен был стать Bloodhound LSR, который разрабатывался более 10 лет. Этот уникальный проект постоянно испытывал нехватку финансирования, а однажды даже обанкротился и сменил владельца. В 2021 году он должен был проехать по солончаку со скоростью 1609 км/ч, но работы в очередной раз остановили из-за ситуации с коронавирусом.

Его силовая установка состоит из турбовентиляторного двигателя Rolls-Royce Eurojet EJ200, к которому добавили ракетный двигатель Nammo HTP. Её суммарная мощность составляет 135 тысяч лошадиных сил. Роль топливного насоса выполняет 5-литровый V8 производства Jaguar. Чтобы автомобиль весом 6,5 тонны мог добраться до конца трассы, его поставили на кованые алюминиевые колёса, вращающиеся со скоростью 10200 об/мин.

Реактивный «Жук»

Не все автолюбители стремятся к новым рекордам и толпам поклонников. Некоторые совершают невозможное ради собственного удовольствия и капли внимания со стороны окружающих. Один из таких энтузиастов, проживающий в Калифорнии (США), переоборудовал собственный ничем не примечательный Volkswagen Beetle в реактивный транспорт.

По словам «домашнего» автомеханика, за собственного развлечения и полученное удовольствие от конструирования реактивного транспортного средства он отдал около 200 тысяч американских долларов. 50 из них он потратил на приобретение машины и ещё 50 – на турбовальный двигатель от вертолёта. Всё остальное ушло на запчасти для модификации двигателя, чтобы превратить в реактивный, и на его установку непосредственно в автомобиль. В его текущем виде «Жук» сертифицирован для дорог общего назначения и пользуется популярностью на выставках. Правда, его скорость владелец увидеть не может, поскольку шкалы спидометра, рассчитанного только на 140 км/ч, не хватает.

Драгстер Vampire

Ещё один вид гоночных машин для покорения рекордов скорости. Они обладают экстремальной конструкцией, которая с каждым годом становится всё более экстравагантной. По части новшеств и сомнительных решений здесь первенство принадлежит англичанам, построившим три машины для гонок Санта-Под, проводившихся в 1980 году. На Vampire установили модернизированный турбореактивный двигатель Rolls-Royce Orpheus от истребителя Folland Gnat с тягой около 2500 килограмм.

Пилот драгстера Vampire во время гонок смог достичь скорости 438 км/ч. Но конкретно этот автомобиль больше известен не скоростью. Во время съёмок очередного эпизода Top Gear в 2006 году на нём едва не погиб ведущий Ричард Хаммонд. Он разбился, предварительно разогнавшись до 505 км/ч.

Хот-род V12

Кастомные хот-роды, созданные на основе старых автомобилей, обладают экзотическим внешним видом и пользуются большим спросом. Владелец автомастерской Клифф Хикс решил, что автомобиль ручной сборки должен быть ещё и мощным, поэтому оснастил его новым двигателем. По его же словам, он немного перестарался.

Основой для хот-рода послужил старенький автомобиль Model T-27. Его полностью переделали, усилили раму, заменили тормоза и подвеску, а вместо штатного мотора поставили авиационный двигатель Allison V12, снятый прямо с истребителя Lockheed P-38 Lightning. Мощность его составляет примерно 1840 лошадиных сил. Конечно же, 12-цилиндровый мотор немного модернизировали, установив современную электронику и два трамблёра.

Tucker Torpedo Convertible

Даже на фоне остальных нестандартных автомобилей с авиационными двигателями этот в своём роде уникален. Его создал Престон Такер в 1948 году, пожелавший после окончания войны дать автолюбителям совершенно новую машину. Помимо технических новшеств, кузова и салона, которым в то время можно было только позавидовать, Tucker 48 получил примечательный двигатель.

Оппозитный шестицилиндровый мотор Franklin O-335 объёмом 5,5 литра и мощностью 168 лошадей ранее устанавливали на вертолёты. Всего был выпущен 51 экземпляр, причём трём из них досталась оригинальная трансмиссия, автоматическая бесступенчатая с двумя гидротрансформаторами.

Howmet TX

Конечно, лучшим применением машин с двигателями от самолётов или вертолётов остаются гонки. При условии наличия мощной несущей конструкции он может уже на старте опередить всех соперников с ординарными, пусть и мощными, моторами. Прекрасным примером может послужить Howmet TX, сделавший свой первый заезд в 1968 году в «24 часа Дайтоны».

Мощная пространственная рама из стальных труб держала газотурбинный двигатель TS325-1 от Continental Aviation & Engineering. Он обладал чрезвычайно низкой массой всего 70 килограмм, но при этом выдавал 330 лошадиных сил и 678 Нм крутящего момента. Что немаловажно для гонок, весь крутящий момент был доступен с холостого хода.

В своё время авиационный двигатель достался и старому грузовику, превратив его в самый быстрый пикап в мире.

от летающей «Волги» до реактивного поезда — 06.12.2021 — Lifestyle на РЕН ТВ

ГАЗ-16 — советский летающий автомобиль, разработанный в 1962 году. Один из самых смелых проектов СССР официально назывался автомобилем повышенной проходимости с аэродинамической разгрузкой. На бездорожье шасси убиралось с помощью гидравлического привода, а затем включались два мощных вентилятора под днищем. Аппарат поднимался в воздух примерно на 15 сантиметров и продолжал движение на воздушной подушке. Почему оригинальный проект закрыли? Какие еще уникальные разработки советских инженеров остались в прошлом? Об этом рассказывает программа «Загадки человечества» с Олегом Шишкиным на РЕН ТВ.

ГАЗ-16

Автомобиль ГАЗ-16 называли летающей «Волгой». Уникальную машину на воздушной подушке разработал ведущий конструктор Горьковского автозавода Алексей Смолин. Первые испытания провели на уменьшенной в 10 раз модели будущей машины. К ней присоединили шланг, через который под днище подавался воздух. В результате экспериментальный автомобиль взлетал и зависал над любой поверхностью. Но реальный прототип летающей «Волги» не смог повторить успех мини-копии. Машина получилась тяжелой, неповоротливой и медленной.

Фото: © ГАЗ 16. Википедия

«При испытательных заездах на расстояние 500 метров по прямой линии автомобиль постоянно заносило. При полетах над водой создавалось огромное количество брызг, которые затрудняли управление. Кроме того, производство оказалось очень дорогим, поэтому проект пришлось закрыть», — рассказывает физик Леонид Алексеев.

ГАЗ «Стрела»

За десятилетие до создания летающей «Волги» конструктор Смолин разработал еще одну уникальную машину — ГАЗ «Стрела». Автомобиль оснастили реактивным двигателем от истребителя МиГ-17 мощностью тысяча лошадиных сил.

«Тяга превышала массу автомобиля. Это позволяло разгоняться по прямой и ставить рекорды скорости. В целях установки рекорда автомобиль и разработали. Он был выполнен из алюминиевого сплава, из легких материалов. Имел аэродинамичную обтекаемую форму», — делится инженер Дмитрий Стасевич.

«Стрела» могла разгоняться до 800 километров в час. Обычные тормоза не справились бы с такой скоростью, поэтому инженеры разместили в задней части кузова авиационный парашют. Первые испытания гоночного болида прошли 14 ноября 1954 года на Горьковском аэродроме. Управление доверили чемпиону СССР по автоспорту Михаилу Метелеву. За рулем реактивного автомобиля Метелев проехал всего несколько метров. В момент разгона он задел посторонний предмет, забытый на взлетно-посадочной полосе. От удара болид перевернулся и практически разлетелся на части.

«Испытания были прекращены. Метелев сломал палец ноги. Он выжил благодаря четырехточечной системе крепления ремней, которая применяется в авиации», — говорит инженер-конструктор, кандидат технических наук Сергей Преснов.

После аварии работу над проектом прекратили. Фрагменты чудо-кузова сегодня хранятся в заводском музее в Нижнем Новгороде.

Реактивный поезд

Первый советский реактивный поезд разработали в 1970 году на Калининском вагоностроительном заводе. Состав мог бы потягаться с современными высокоскоростными поездами. На базе стандартного вагона электрички инженеры разработали специальный вагон-лабораторию с двигателями самолета Як-40 на крыше и авиационным пультом в кабине.

«Вагону придали обтекаемую форму. Разработали материалы, которые могли бы выдержать температуру выхлопа реактивных двигателей. Аэродинамичная форма состава имела максимально низкое лобовое сопротивление», — поясняет Дмитрий Стасевич.

Фото: © Турбореактивный вагон СВЛ.

Первые испытания реактивного поезда прошли в 1971 году на московской железной дороге. Состав отправился от коломенской станции Голутвин в сторону города Озеры. За несколько минут вагон разогнался до 187 километров в час. Разработчики понимали: это не предел. Через год испытания повторили на участке дороги от Новомосковска до Днепродзержинска. Поезд разогнался до рекордных 249 километров в час. В течение следующих трех лет эксперименты продолжались, но до серийного производства дело не дошло. В 1975 году состав отправили обратно на завод, где он и стоит до сих пор.

«Технология не получила развития, потому что реактивные двигатели прожорливы и расходуют намного больше топлива, чем классический дизель. Кроме того, рядовая железнодорожная сеть не готова принимать такие вагоны. Это повлекло бы за собой модернизацию всей железнодорожной сети», — отмечает Дмитрий Стасевич.

Субмарина в небе

В Советском Союзе было немало проектов по созданию уникальной техники. В 1934 году военный инженер Борис Ушаков разработал летающую подводную лодку. За основу изобретатель взял гидросамолет и дополнил его функцией погружения под воду.

«Он мог садиться на воду, погружаться, прятаться от неприятеля. В нужный момент мог взлетать и наносить удары или уходить», — комментирует Дмитрий Стасевич.

Фото: © Летающая подводная лодка. Макет.

В 1938-м Ушаков представил детальный эскиз аппарата Научно-исследовательскому военному комитету. Согласно чертежам, 15-тонная цельнометаллическая подлодка развивала скорость в воздухе до 185 километров в час, а под водой — до 5,5 километров в час. На погружение и всплытие требовалось всего 1,5 минуты. Самолет планировали оснастить перископом, а внутри фюзеляжа собирались обустроить жилое помещение и отсек для гребного электродвигателя. Но амбициозный проект Ушакова так и остался на бумаге.

О невероятных событиях истории и современности, об удивительных изобретениях и явлениях вы можете узнать в программе «Загадки человечества» с Олегом Шишкиным!

Реактивный двигатель | инжиниринг | Британика

реактивный двигатель

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

сэр Фрэнк Уиттл
Ганс Иоахим Пабст фон Охайн
Лоуренс Дейл Белл

Похожие темы:

турбореактивный
прямоточный воздушно-реактивный двигатель
движитель
турбореактивный двигатель
эффективная скорость выхлопа

Просмотреть весь связанный контент →

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

реактивный двигатель , любой из класса двигателей внутреннего сгорания, которые приводят в движение самолет посредством выброса назад струи жидкости, обычно горячих выхлопных газов, образующихся при сжигании топлива с воздухом, всасываемым из атмосферы.

Общие характеристики

Первичным двигателем практически всех реактивных двигателей является газовая турбина. Газовая турбина, которую по-разному называют активной зоной, генератором газа, газификатором или генератором газа, преобразует энергию, полученную в результате сгорания жидкого углеводородного топлива, в механическую энергию в виде потока воздуха с высоким давлением и высокой температурой. Затем эта энергия используется тем, что называется движителем (например, пропеллером самолета и винтом вертолета), для создания тяги, с помощью которой самолет движется.

Принцип действия

Газовая турбина работает по циклу Брайтона, в котором рабочим телом является непрерывный поток воздуха, подаваемый на вход двигателя. Сначала воздух сжимается турбокомпрессором до степени сжатия, обычно в 10-40 раз превышающей давление входного воздушного потока (как показано на рисунке 1). Затем он поступает в камеру сгорания, где вводится устойчивый поток углеводородного топлива в виде распыленных капель жидкости и пара или того и другого и сгорает при приблизительно постоянном давлении. Это приводит к непрерывному потоку продуктов сгорания под высоким давлением, средняя температура которых обычно составляет от 9от 80 до 1540 °C или выше. Этот поток газов проходит через турбину, которая соединена валом крутящего момента с компрессором и извлекает энергию из газового потока для приведения в действие компрессора. Поскольку к рабочему телу подводится тепло под высоким давлением, газовый поток, выходящий из газогенератора после расширения через турбину, содержит значительное количество избыточной энергии, т. температура и высокая скорость, которые можно использовать для движения.

Теплота, выделяемая при сжигании обычного топлива для реактивных двигателей в воздухе, составляет приблизительно 43 370 килоджоулей на килограмм (18 650 британских тепловых единиц на фунт) топлива. Если бы этот процесс был эффективен на 100 процентов, он тогда производил бы мощность газа на каждую единицу расхода топлива в размере 7,45 лошадиных сил/(фунтов в час) или 12 киловатт/(кг в час). На самом деле, некоторые практические термодинамические ограничения, которые являются функцией пиковой температуры газа, достигаемой в цикле, ограничивают эффективность процесса примерно до 40 процентов от этого идеального значения. Пиковое давление, достигаемое в цикле, также влияет на эффективность выработки энергии. Это означает, что нижний предел удельного расхода топлива (SFC) для двигателя, производящего газ, составляет 0,336 (фунт в час)/лошадиная сила или 0,207 (кг в час)/киловатт. На практике SFC даже выше этого нижнего предела из-за неэффективности, потерь и утечек в отдельных компонентах первичного двигателя.

Викторина «Британника»

Изобретатели и изобретения

Поскольку вес и объем имеют первостепенное значение в общей конструкции самолета и поскольку силовая установка составляет значительную долю от общего веса и объема любого самолета, эти параметры должны быть сведены к минимуму в конструкции двигателя. Воздушный поток, проходящий через двигатель, является репрезентативной мерой площади поперечного сечения двигателя и, следовательно, его веса и объема. Поэтому важным показателем качества первичного двигателя является его удельная мощность — количество энергии, которое он вырабатывает на единицу воздушного потока. Эта величина очень сильно зависит от пиковой температуры газа в активной зоне на выходе из камеры сгорания. Современные двигатели генерируют от 150 до 250 лошадиных сил/(фунт в секунду), или от 247 до 411 киловатт/(кг в секунду).

Движитель

Газовая мощность, вырабатываемая первичным двигателем в виде горячего газа под высоким давлением, используется для привода движителя, позволяя ему создавать тягу для движения или подъема самолета. Принцип создания такой тяги основан на втором законе движения Ньютона. Этот закон обобщает наблюдение о том, что сила ( F ), необходимая для ускорения дискретной массы ( м ), пропорциональна произведению этой массы на ускорение ( и ). Фактически, где масса берется как вес ( w ) объекта, деленный на ускорение свободного падения ( g ) в месте, где объект был взвешен. В случае реактивного двигателя обычно имеют дело с ускорением постоянного потока воздуха, а не с дискретной массой. Здесь эквивалентное утверждение второго закона движения состоит в том, что сила ( F ), необходимая для увеличения скорости потока жидкости, пропорциональна произведению скорости массового потока ( M ) струи и изменение скорости струи, где за скорость полета принята скорость на входе ( V ₀ ) относительно двигателя и скорость нагнетания ( V _j ) — скорость выхлопа или реактивной струи относительно двигателя. W — скорость массового расхода рабочего тела (т. е. воздуха или продуктов сгорания), деленная на ускорение свободного падения в месте, где измеряется массовый расход. Относительно небольшое влияние массового расхода топлива на создание разницы между массовым расходом впускного и выхлопного потоков намеренно не учитывается.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Таким образом, можно сделать вывод, что компоненты движителя должны оказывать силу F на поток воздуха, проходящий через движитель, если это устройство ускоряет воздушный поток от скорости полета V ₀ до скорости выпуска В _к . Реакция на эту силу F в конечном итоге передается опорами движителя на самолет в виде тяги.

Существует два основных подхода к преобразованию мощности газа в тягу. В одном случае вторая турбина (т. е. турбина низкого давления или мощность) может быть введена в проточную часть двигателя для извлечения дополнительной механической мощности из имеющейся газовой мощности в лошадиных силах. Затем эта механическая энергия может быть использована для приведения в движение внешнего движителя, такого как пропеллер самолета или винт вертолета. В этом случае тяга создается в движителе, поскольку он возбуждает и ускоряет воздушный поток, проходящий через движитель, т. Е. Воздушный поток, отдельный от потока, протекающего через первичный двигатель.

При втором подходе высокоэнергетический поток, подаваемый первичным двигателем, может подаваться непосредственно к реактивному соплу, которое разгоняет газовый поток до очень высокой скорости на выходе из двигателя, что характерно для турбореактивного двигателя. В этом случае тяга создается в компонентах первичного двигателя, поскольку они возбуждают газовый поток.

В других типах двигателей, таких как турбовентиляторные, тяга создается обоими способами: основная часть тяги создается вентилятором, который приводится в действие турбиной низкого давления и который возбуждает и ускоряет байпасный поток ( см. ниже ). Оставшаяся часть общей тяги создается основным потоком, который выбрасывается через реактивное сопло.

Как первичный двигатель является несовершенным устройством для преобразования тепла сгорания топлива в мощность газа, так и движитель является несовершенным устройством для преобразования мощности газа в тягу. Обычно в высокотемпературном и высокоскоростном реактивном потоке, выходящем из движителя, остается много энергии, которая не полностью используется для движения. КПД движителя, КПД движителя η _p , часть доступной энергии, которая используется для приведения в движение самолета, по сравнению с полной энергией реактивного потока. Для простого, но репрезентативного случая, когда поток нагнетаемого воздуха равен потоку входящего газа, установлено, что

Хотя скорость струи V _j должна быть больше скорости самолета V ₀ для создания полезной тяги, большая скорость реактивной струи, которая значительно превышает скорость полета, может быть очень вредной для тяговой эффективности. Максимальная тяговая эффективность достигается, когда скорость реактивной струи почти равна (но, по необходимости, немного выше) скорости полета. Этот фундаментальный факт привел к появлению большого разнообразия реактивных двигателей, каждый из которых предназначен для создания определенного диапазона реактивных скоростей, который соответствует диапазону скоростей полета самолета, который он должен приводить в действие.

Чистая оценка КПД реактивного двигателя представляет собой измерение расхода топлива на единицу развиваемой тяги (например, в фунтах или килограммах в час расходуемого топлива на фунты или килограммы тяги генерируется). Не существует простого обобщения величины удельного расхода топлива двигателя тяги. Это зависит не только от КПД первичного двигателя (и, следовательно, от его отношения давления и температуры пикового цикла), но также и от тягового КПД движителя (и, следовательно, от типа двигателя). Это также сильно зависит от скорости полета самолета и температуры окружающей среды (которая, в свою очередь, сильно зависит от высоты, времени года и широты).

Внутри беспорядочной битвы, чтобы построить это

General Electric и Pratt & Whitney борются зубами и когтями за реактивные двигатели, в частности, за то, чья сила приводит в действие сотни истребителей-невидимок F-35 Lightning II, эксплуатируемых вооруженными силами США и их союзников по всему миру. Учитывая, что F-35 — самая дорогая оборонная программа в истории, ставки высоки.

В настоящее время F-35 использует турбовентиляторный двигатель F135 Pratt & Whitney или версию F-135-600 для модели прыжкового реактивного самолета морской пехоты F-35B. Разработан на базе F119.двигатель, используемый истребителем-невидимкой F-22 Raptor, F135 может генерировать тягу 28 000 фунтов или 43 000 фунтов на форсаже; и выдерживать 3600 градусов по Фаренгейту тепла. Почти двухтонный двигатель собирается на заводе в Мидлтауне, штат Коннектикут, а некоторые компоненты производятся в Канаде и Польше.

Силовая установка F135-PW-100.

Wikimedia Commons

Чрезвычайно дорогая и сильно отложенная модернизация Block 4 до F-35, которая в настоящее время находится в процессе, требует двигателя, который может генерировать больше электроэнергии для систем, интегрированных в F-35. Также требуется более эффективное управление температурным режимом, поскольку F-35 уже иногда испытывают трудности с текущей нагрузкой, и добавление систем Block 4 увеличит эту нагрузку. Таким образом, отказ от улучшения двигателя, как сообщается, приведет к увеличению эксплуатационных расходов и сокращению срока службы двигателя.

История по теме

• Почему истребитель F-35 такой крутой самолет

В последнее время F135 пережил ухабистый путь. Крушение парящего прыжкового самолета F-35B 14 декабря 2022 года привело к остановке поставок F135 через 13 дней. Впоследствии Pratt & Whitney определили вибрацию двигателя («гармонический резонанс»), вызвавшую выход из строя топливной трубки высокого давления, как виновника. В будущем будет реализовано исправление, снижающее вибрации двигателя. Pratt & Whitney утверждает, что поставки могут возобновиться в марте, хотя неясно, как можно будет исправить уже поставленные двигатели.

Посмотреть полный пост на Youtube

Ранее также поступали сообщения о том, что продолжительное использование форсажных камер может повредить хвост F-35, что привело к тому, что морская пехота и военно-морской флот сами установили ограничение по времени от 40 до 80 секунд. после использования горелки.

В настоящее время ведутся споры о том, должен ли двигатель F135 получить эволюционное обновление или же его следует полностью заменить новым двигателем с адаптивным циклом, который может перенастраивать себя в полете для оптимизации топливной экономичности или тяги по мере необходимости.

Военно-воздушные силы выделили 4,4 миллиарда долларов на разработку двигателей с адаптивным циклом с момента запуска программы ADVENT в 2007 году. отдельно разрабатывают прототипы двигателей, получившие названия ХА-100 и ХА-101 соответственно.

Технология AETP в первую очередь предназначалась для подготовки к предстоящему выпуску американского истребителя господства в воздухе (NGAD), но она также будет изучаться как возможна модернизация и для F-35 тоже. Целью AETP был новый двигатель, который должен был повысить эффективность использования топлива на 25 процентов, увеличить тягу на 10 процентов и улучшить управление температурой по сравнению с F135.

Связанная история

• Пристальный взгляд на новый американский реактивный истребитель

Хотя компания Pratt & Whitney разработала двигатель с адаптивным циклом под названием XA101, руководитель программы компании F135 Дженнифер Латка утверждала, что двигатели AETP «не подходят для F-35», и что было бы разумнее зарезервировать технологию адаптивного цикла для NGAD. Вместо этого компания предпочла бы разработать эволюционную модернизацию ядра двигателя (ECU), увеличив тягу F135 на 10 процентов и эффективность использования топлива на 5 процентов (что привело к увеличению запаса хода на 7 процентов), при этом предположительно снизив затраты на посещение магазина на 36 процентов.

Но конкурент General Electric хочет, чтобы ВВС отказались от F135 и переоборудовали его собственным двигателем XA-100 с адаптивным циклом. Уже два прототипа XA100 с полетной массой завершили испытания в 2022 году. Предполагается, что этот XA100 повысит эффективность использования топлива на 25 процентов (что приведет к увеличению дальности полета на 30–35 процентов), позволит увеличить тягу на 10–20 процентов и поглощают в два раза больше тепла.

Посмотреть полный пост на Youtube

Теоретически XA-100 предлагает гораздо более значительные улучшения производительности. Однако конкурент Pratt & Whitney утверждает, что разработка его ECU обойдется в 2,4 миллиарда долларов по сравнению с 6,7 миллиардами долларов для конкурирующего XA-100, и что его эволюционная модернизация приведет к снижению затрат на жизненный цикл на 40 миллиардов долларов.

GE утверждает, что успешные истребители F-16 и F-15 также успешно перешли на другие двигатели — в частности, с F100 Pratt & Whitney на F110 General Electric. Менеджер по передовым двигателям GE Дэвид Твиди сказал Aviation Week , что, по его мнению, новый двигатель может быть «бесшовно» интегрирован в F-35 к 2028 году, хотя Объединенный проектный офис F-35 может предусмотреть более позднюю дату — 2031 год.

Двигатель адаптивного цикла: от концепции к реальности

В большинстве современных реактивных самолетов используются турбовентиляторные двигатели, которые выдавливают воздух через компрессор и камеру сгорания, позволяя дополнительному воздуху проходить в обход ядра двигателя. Чем выше доля воздуха, проходящего через компрессор, тем экономичнее самолет, особенно при полете со скоростью ниже скорости звука. Но если вы хотите максимизировать тягу, чтобы быстро разгоняться и поддерживать высокие скорости — вы знаете, как реактивный истребитель в бою — вам нужна более низкая степень двухконтурности, даже если это будет стоить вам топливной экономичности.

Wikimedia Commons

Предпосылка двигателя с адаптивным циклом заключается в том, что вы можете не только съесть свой пирог, но и съесть его: двигатель перенаправляет третий поток воздуха во время полета в зависимости от желаемого режима производительности.

XA-100 оснащен адаптивным вентилятором, который может направлять воздух в дополнительный третий байпасный поток для максимальной эффективности использования топлива и выработки электроэнергии, но при необходимости может перенаправлять воздух непосредственно в компрессор, чтобы повысить кинематические характеристики. Третий поток также значительно улучшает охлаждение, что жизненно важно, поскольку такие самолеты, как F-35, используют все более мощные датчики и авионику, а в конечном итоге и оружие направленной энергии, такое как лазеры. XA-100 также изготовлен из новых композитных материалов с керамической матрицей для дальнейшего повышения термостойкости.

История по теме

• Могут ли мощные лазеры спасти флот?

XA-100 может помочь смягчить один из самых больших недостатков F-35: его ограниченный радиус действия (без дозаправки в воздухе), а это означает, что на театре военных действий, таком как Тихий океан, F-35 должны базироваться в пределах легкой досягаемости земли. баллистических ракет. Улучшенная тяга может также уменьшить кинематические недостатки этого типа по сравнению с истребителями-невидимками четвертого поколения, улучшая возможности ведения боя в пределах прямой видимости.

Но интеграция совершенно нового двигателя, каким бы хорошим он ни был, сопряжена со значительными затратами и техническими рисками. F-35 уже послужил наглядным уроком того, как интеграция нескольких новых технологий может привести к задержкам и резкому увеличению затрат на разработку.

Другая проблема заключается в том, что , возможно, придется разработать две новые замены F135 — одну для F-35A и Cs ВВС и ВМФ, а другую — для прыжкового реактивного F-35B с уникальным двигателем F135-600.

Компромиссы

В целом, мало кто сомневается, что двигатели с адаптивным циклом имеют значительные преимущества и, вероятно, будут занимать видное место в будущих боевых самолетах шестого поколения. Но остается вопрос, имеет ли смысл модернизировать совершенно новый двигатель для F-35 пятого поколения, который только начал преодолевать эпические проблемы роста, вводя его в эксплуатацию, и остается очень дорогим в эксплуатации в расчете на летный час.

История по теме

• Из архива: Поп-мех встречает F-35

Военный аналитик с многолетним опытом поддержки различных оборонных аэрокосмических программ, таких как F-35, B-21 и программы следующего поколения, пожелавший остаться неизвестным, сообщил Pop Mech :

«Прямо сейчас, В ВВС США растет чувство безотлагательности, чтобы начать модернизацию F-35 Block IV. Если бы мы начали войну прямо сейчас, я думаю, что противостояние между нынешними F-35 и J-20 [нынешними действующими китайскими истребителями-невидимками] было бы неприятно близким. Я думаю, что мы увидим, как некоторые обновления Block IV будут исключены или выпущены в шахматном порядке и будут интегрированы в более ранние партии до того, как во второй половине этого десятилетия (надеюсь) выйдут первые серийные модели полностью Block IV».

По его мнению, приоритетной задачей должно стать получение сильно задержавшейся модели Блока IV «из дверей»:

«Я не «читаю» весь Блок IV (он очень тщательно охраняется), но я Я слышал, что у нас все хорошо в разработке двигателей с адаптивным циклом. Я беспокоюсь о XA-100 так же, как и о многих других модернизациях F-35 — интеграции. Лично я бы просто обновил F135, если это сэкономит нам годы разработки и интеграции. И если это произойдет, я думаю, Министерство обороны пойдет по этому пути. Тем более, что генерал Чарльз Браун, генерал Дэвид Бергер и адмирал Майк Гилдэй [главнокомандующие ВВС, Корпусом морской пехоты и ВМФ соответственно] не особенно привязаны к F-35, как некоторые из их предшественников…»

По его оценке, двигатели с адаптивным циклом могут быть не самым экономичным решением проблем F-35:

«Есть и другие способы, которыми мы можем компенсировать необходимую нам дальность/эффективность, которую может дать двигатель с адаптивным циклом. Кроме того, мы можем сосредоточить наши усилия по двигателю с адаптивным циклом на NGAD и NGAD-N [программа истребителя нового поколения ВМФ]».

В настоящее время Пентагон подстраховывается, заключая с Pratt & Whitney контракт на 115 миллионов долларов в декабре 2022 года, чтобы начать предварительную работу над более консервативной модернизацией ЭБУ, в проекте, в котором уже задействовано 250 инженеров; предоставив General Electric 203 миллиона долларов на содержание 400 сотрудников, работающих над XA100 в Огайо, до тех пор, пока не будет принято решение.

Дальнейшие намеки на то, какой путь предпочтут законодатели в Вашингтоне, ожидаются, когда администрация Байдена опубликует свой запрос на оборонный бюджет на 2024 год в марте. Между тем, разработка двигателей с адаптивным циклом, специально предназначенная для боевых самолетов шестого поколения, в настоящее время выделяется в рамках программы стоимостью 5 миллиардов долларов под названием Next Generation Adaptive Propulsion (NGAP).

Себастьен Роблин

Соавтор

Себастьен Роблин написал статьи о технических, исторических и политических аспектах международной безопасности и конфликтов для публикаций, в том числе 19FortyFive, The National Interest, MSNBC, Forbes.com, Беспилотные системы изнутри и Война скучна. Он имеет степень магистра Джорджтаунского университета и служил в Корпусе мира в Китае. Вы можете следить за его статьями в Twitter.

Компания Rolls-Royce предлагает взглянуть на новые двигатели для B-52, проходящие испытания

Теперь, когда испытания начались, компания Rolls-Royce впервые представила турбовентиляторные двигатели F130 в их двухконтурной конфигурации, которые в настоящее время заменят устаревшие двигатели TF33. оснащение флота B-52H Stratofortress ВВС США. Компания Rolls-Royce предоставила эти изображения как часть обновленной информации о многолетних усилиях по переоснащению и модернизации бомбардировщиков службы. На самом деле борьба за новые двигатели для В-52 — это сага, которая насчитывает десятилетия.

В пресс-релизе Rolls-Royce поясняется, что испытания двигателей F130 в рамках программы ВВС США по замене коммерческих двигателей B-52 (CERP) проводятся на открытом испытательном полигоне компании в космическом центре NASA Stennis в Миссисипи. Текущий раунд испытаний будет сосредоточен в первую очередь как на аэродинамическом обтекании при боковом ветре, так и на подтверждении того, что цифровая система управления двигателем может работать должным образом.

Оценки также знаменуют собой первое испытание двигателей F130 в двухконтурной конфигурации. Это занимает центральное место в плане модернизации B-52, согласно которому восемь нынешних двигателей этих бомбардировщиков, также сдвоенных, будут заменены на такое же количество F130. Другими словами, четыре отсека двигателя, каждый из которых состоит из двух гондол, будут вмещать в общей сложности восемь F130.

Boeing, генеральный подрядчик B-52, наблюдает за интеграцией двигателей и общей программой модернизации самолета. Rolls-Royce утверждает, что первые результаты первоначальных испытаний были «очень положительными» и что дополнительные данные испытаний, собранные по мере продвижения программы, будут проанализированы в течение следующих нескольких месяцев. В конечном итоге двигатели будут производиться на крупнейшем производственном предприятии Rolls-Royce в США, расположенном в Индианаполисе.

«Мы рады начать эту знаменательную программу испытаний, которая станет первым шагом на пути к десятилетиям успешной эксплуатации двигателей для парка B-52 ВВС США», — сказала Кэндис Биньярд, директор оборонных программ Rolls-Royce. . «Rolls-Royce продолжает очень тесно сотрудничать с ВВС и Boeing, чтобы обеспечить бесперебойное тестирование двигателей и процесс интеграции. Это приведет к повышению эффективности использования топлива, снижению потребности в дозаправке в воздухе и значительному снижению затрат на техническое обслуживание парка B-52».

Оценка двигателя Rolls-Royce F130 проводится после испытаний в аэродинамической трубе, которые компания Boeing завершила в сентябре прошлого года с использованием 4-процентной модели модифицированного двигателя B-52. Компания выпустила соответствующее видео, которое можно посмотреть ниже, пояснив, что их цель состояла в том, чтобы собрать данные для будущих летных испытаний и убедиться, что новая конфигурация двигателя бомбардировщика будет работать должным образом с относительно древним планером B-52.

В рамках программы CERP требуются более новые и большие гондолы двигателей, поставляемые Spirit AeroSystems, для достаточного размещения турбовентиляторных двигателей F130 с более высокой степенью двухконтурности. Их больший диаметр означал, что гондолы нужно было располагать ближе к крылу, чем их предшественники, чтобы они поместились. В целом, конфигурация с восемью двигателями и TF130, основанный на семействе серийных турбовентиляторных двигателей BR700, которые используются в таких самолетах, как бизнес-джеты Gulfstream (C-37) и Global Express (E-11), оба из которых находятся в ВВС США. обслуживания, был выбран, чтобы свести к минимуму необходимость переделки B-52. Это также поможет ускорить летные испытания.

Слайд из презентации ВВС о программе замены коммерческих двигателей B-52. Предоставлено: ВВС США

Существует также вопрос стоимости. Журнал Air and Space Forces Magazine в мае прошлого года сообщил, что из-за проблем с интеграцией стоимость программы модернизации двигателей B-52 выросла на 50% по сравнению с государственной оценкой затрат CERP на 2017 год, подготовленной программным офисом ВВС.

Газета цитирует Эндрю П. Хантера, директора по закупкам ВВС, который сказал, что увеличение было в значительной степени вызвано осложнениями, связанными с модернизацией самолета из 1960-х годов, чтобы он мог должным образом поддерживать интеграцию современных двигателей F130.

Компания Rolls-Royce выиграла долгожданный контракт на замену существующих двигателей B-52 в 2021 году. Сумма сделки оценивается в 500,8 млн долларов с потенциалом до 2,6 млрд долларов, если все опционы будут реализованы. Компания ожидает, что в рамках этого контракта будет поставлено «более 600» новых двигателей, но в предыдущих объявлениях о заключении контрактов это число было указано конкретно на уровне 608.

Предоставление 608 F130 будет полной заменой восьми двигателей Pratt & Whitney TF33, которые в настоящее время используются на каждом из 76 бомбардировщиков B-52H ВВС. Однако стоит отметить, что закупка запасных частей также может увеличить общее количество.

В то время как Pratt & Whitney TF33 приводили в движение парк B-52H с тех пор, как его самые старые планеры впервые были введены в эксплуатацию в 1960-х годах, двигатели были основным фактором роста стоимости и сложности обслуживания парка B-52. Поскольку производство TF33 было полностью снято с производства в 1985 году, ожидается, что после 2030 года эксплуатация самолетов TF33 прекратится. Однако компания Rolls-Royce уверена, что новые самолеты F130 для B-52 продлят срок службы самолета на 30 лет и останутся в эксплуатации. -крыло на протяжении всей продолжительности.

Кадр из рекламного ролика Rolls-Royce, на котором показаны F130 на испытаниях. Фото: Rolls-Royce screengrab

F130 предлагает B-52 большую топливную экономичность, увеличенную дальность полета, лучшие полевые характеристики, повышенную надежность и более низкие требования к самолетам-заправщикам по сравнению с TF33. Хотя до сих пор неясно, как эта замена двигателя может повлиять на скорость бомбардировщика, Зона боевых действий в прошлом цитировала отчет Air and Space Forces Magazine за март 2022 года, в котором отмечается, что новые двигатели не должны отрицательно влиять на производительность. . Новые двигатели также устранят характерный для B-52 темный закопченный выхлоп.

Новые гондолы и двигатели составляют лишь одну из инициатив, направленных на обновление парка B-52 в ближайшие годы, о которых читатели War Zone могут подробно узнать здесь. Ожидается, что всеобъемлющая модернизация значительно изменит внешний вид бомбардировщиков. Среди запланированных обновлений — новая РЛС с активной фазированной антенной решеткой (AESA) AN/APG-79, которая может повысить ситуационную осведомленность бомбардировщика и его возможности наведения, и график его развертывания, по-видимому, совпадает с графиком CERP.

Визуализация, предлагающая уникальный взгляд на то, как будет выглядеть будущий B-52. Авторы и права: Boeing, журнал Air & Space Forces Magazine будет доставлен в 2025 году для собственной программы летных испытаний. Затем первые восемь бомбардировщиков с модернизированными двигателями отправятся на базу ВВС Эдвардс в Калифорнии и присоединятся к испытательной группе B-52, посвященной оценке обновлений.

ВВС хотят, чтобы к 2035 году весь парк B-52 был модернизирован и введен в эксплуатацию. Газотурбинные двигатели прошли долгий путь с 1903 года. Это был первый год, когда газовая турбина производила достаточную мощность, чтобы поддерживать свою работу. Дизайн был разработан норвежским изобретателем Эгидусом Эллингом, и он производил 11 лошадиных сил, что было огромным достижением в то время.

В наши дни газотурбинные двигатели бывают всех форм и размеров, и большинство из них производят много более 11 лошадиных сил. Вот 4 основных типа газотурбинных двигателей, а также плюсы и минусы каждого.

1) Турбореактивный двигатель

Public Domain / Wikipedia

Heinkel He 178, первый в мире турбореактивный самолет

Турбореактивные двигатели были первым типом изобретенных газотурбинных двигателей. И хотя они выглядят совершенно иначе, чем поршневой двигатель в вашем автомобиле или самолете, они работают по той же теории: впуск, сжатие, мощность, выпуск .

Boldmethod

Как работает турбореактивный двигатель?

Турбореактивные двигатели работают за счет пропускания воздуха через 5 основных секций двигателя:

Этап 1: забор воздуха

Воздухозаборник представляет собой трубу перед двигателем. Воздухозаборник может показаться простым, но он невероятно важен. Задача воздухозаборника — плавно направлять воздух на лопатки компрессора. На малых скоростях ему нужно минимизировать потери воздушного потока в двигатель, а на сверхзвуковых — замедлять воздушный поток ниже 1 Маха (воздух, поступающий в ТРД, должен быть дозвуковым, независимо от того, с какой скоростью летит самолет ).

Этап 2: Компрессор

Компрессор приводится в действие турбиной в задней части двигателя, и его работа заключается в сжатии поступающего воздуха, что значительно увеличивает давление воздуха. Компрессор представляет собой серию «вентиляторов», каждый из которых имеет лопасти все меньшего и меньшего размера. Когда воздух проходит через каждую ступень компрессора, он становится более сжатым.

Этап 3: Камера сгорания

Далее идет камера сгорания, где действительно начинается волшебство. Воздух под высоким давлением соединяется с топливом, и смесь воспламеняется. Когда топливовоздушная смесь сгорает, она проходит через двигатель к турбине. Турбореактивные двигатели работают на очень обедненной смеси, примерно 50 частей воздуха на 1 часть топлива (большинство поршневых двигателей работают в диапазоне от 6 к 1 до 18 к 1). Одна из основных причин, по которой турбины работают с таким обеднением, заключается в том, что для охлаждения турбореактивного двигателя необходим дополнительный поток воздуха.

Этап 4: Турбина

Турбина — это еще одна серия «вентиляторов», которые работают как ветряная мельница, поглощая энергию проходящего через нее воздуха с высокой скоростью. Лопатки турбины соединены с валом и вращают его, который также соединен с лопатками компрессора в передней части двигателя. «Круг жизни» турбореактивного двигателя почти завершен.

Этап 5: Выхлоп (также известный как «Я ухожу!»)

Топливно-воздушная смесь, сгоревшая на высокой скорости, выходит из двигателя через выхлопное сопло. Когда высокоскоростной воздух выходит из задней части двигателя, он создает тягу и толкает самолет (или то, к чему он прикреплен) вперед.

Турбореактивный двигатель на вынос:

• Плюсы:
• Относительно простая конструкция
• Возможность очень высоких скоростей
• Занимает мало места
• Минусы:
• Высокий расход топлива
• Громко
• Низкая производительность на малых скоростях

2) Турбовинтовой двигатель

Прямой эфир из кабины экипажа

King Air с турбовинтовыми двигателями

Следующие три типа газотурбинных двигателей представляют собой все виды турбореактивных двигателей, и мы начнем с турбовинтовых. Турбовинтовой двигатель представляет собой турбореактивный двигатель, соединенный с воздушным винтом через систему зубчатых передач.

Boldmethod

Как работает турбовинтовой двигатель?

Этап 1 : Турбореактивный двигатель вращает вал, который соединен с коробкой передач.

Шаг 2 : Коробка передач замедляет вращение, и самая медленная передача соединяется с пропеллером

Шаг 3 : Пропеллер вращается в воздухе, создавая тягу точно так же, как ваша Cessna 172

Вынос турбовинтового двигателя:

• Плюсы:
• Очень экономичный
• Наиболее эффективен на средней скорости 250-400 узлов
• Наиболее эффективен на средних высотах 18 000–30 000 футов
• Минусы:
• Ограниченная скорость полета вперед
• Системы зубчатых передач тяжелые и могут сломаться

3) Турбовентиляторный двигатель

Прямой эфир из кабины экипажа

Некоторые широкофюзеляжные турбовентиляторные двигатели могут развивать тягу более 100 000 фунтов

Турбовентиляторы сочетают в себе лучшее из обоих миров между турбореактивными и турбовинтовыми двигателями. И вы, вероятно, увидите эти двигатели, когда отправитесь в аэропорт на следующий рейс.

Boldmethod

Как работает турбовентилятор?

Турбовентиляторные двигатели работают путем прикрепления канального вентилятора к передней части турбореактивного двигателя. Вентилятор создает дополнительную тягу, способствует охлаждению двигателя и снижает уровень шума двигателя.

Шаг 1 : Входящий воздух разделяется на два отдельных потока. Один поток обтекает двигатель (перепускной воздух), а другой проходит через сердцевину двигателя.

Этап 2 : Байпасный воздух проходит вокруг двигателя и ускоряется канальным вентилятором, создавая дополнительную тягу.

Этап 3 : Воздух проходит через турбореактивный двигатель, продолжая создавать тягу.

Турбовентилятор на вынос:

• Плюсы:
• Экономичный
• Тише турбореактивных двигателей
• Они выглядят потрясающе
• Минусы:
• Тяжелее турбореактивных двигателей
• Большая лобовая площадь, чем у турбореактивных двигателей
• Неэффективен на очень больших высотах

USAF

ТРДД Pratt & Whitney F100 с форсажной камерой на F-16

4) Турбовальный двигатель

NASA

Вертолет Bell 206 с турбовальным двигателем

Турбовальные двигатели в основном используются на вертолетах. Самая большая разница между турбовальными и турбореактивными двигателями заключается в том, что турбовальные двигатели используют большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги в задней части двигателя.

Boldmethod

Как работает турбовальный вал?

Турбовальные двигатели представляют собой турбореактивные двигатели с большим валом, соединенным с задней частью. А поскольку большинство этих двигателей используются на вертолетах, этот вал соединен с трансмиссией лопастей несущего винта.

Шаг 1 : Двигатель по большей части работает как турбореактивный.

Этап 2 : Приводной вал, прикрепленный к турбине, приводит в действие трансмиссию.

Этап 3 : Трансмиссия передает вращение от вала к лопасти ротора.

Шаг 4 : Вертолет, в основном неизвестными и магическими средствами, может летать по небу.

Вынос турбовального двигателя:

• Плюсы:
• Гораздо более высокое отношение мощности к весу, чем у поршневых двигателей
• Обычно меньше поршневых двигателей
• Минусы:
• Громко
• Системы зубчатых передач, соединенные с валом, могут быть сложными и ломаться

4 типа двигателей, основанных на одной базовой концепции

Газотурбинные двигатели прошли долгий путь за последние 100 лет. И хотя турбореактивные, турбовинтовые, турбовентиляторные и турбовальные двигатели имеют свои различия, они производят мощность практически одинаково: впуск, сжатие, мощность и выпуск.

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и тесты, которые помогут вам стать более умным и безопасным пилотом.

Зарегистрироваться >

•  

  НАЗВАНИЕ

  • • Бирка
  • Автор
  • Дата

Инженерное искусство: самый большой в мире реактивный двигатель демонстрирует составные кривые

Ник Крей не Пикассо, но его работы выставлены в Музее современного искусства в Нью-Йорке. Десять лет назад в коллекции MoMA появилась композитная лопасть вентилятора от реактивного двигателя GE90, который Крей помог создать. На ониксово-черные извилистые изгибы лезвия приятно смотреть, но для Края они уже не в моде. «Сейчас мы работаем над четвертым поколением этой технологии, — говорит Крей.
Край работает инженером-консультантом по композитному дизайну в GE Aviation. В 1990-х он участвовал в крупном гамбите GE по изготовлению переднего вентилятора ее крупнейшего реактивного двигателя из эпоксидной смолы и углеродного волокна.

Лопасти из материала, называемого композитным углеродным волокном, позволили аэрокосмическим инженерам GE спроектировать GE90, который до сих пор остается самым большим и мощным реактивным двигателем в мире. Это также самая прибыльная машина GE Aviation. «Наши конкуренты изготавливают вентиляторы реактивных двигателей из титана и стали, и даже некоторые из наших сотрудников изначально не были в восторге от использования композитов», — говорит Крей. «Никто не пробовал это раньше».

Проектирование настолько сложное, что по сей день GE является единственной компанией, использующей композитные лопасти вентилятора. Они работают внутри двигателей GE90 и GEnx, которыми оснащаются многие лайнеры Dreamliner. Этот материал позволил инженерам GE спроектировать лопасти, которые позволили сделать двигатели легче и эффективнее, что позволило авиакомпаниям сэкономить топливо, сбрасывая драгоценные килограммы.

Сейчас Край и его команда заняты строительством будущего. Они работают над четвертым поколением лопастей для GE9X, самого большого двигателя GE, разработанного исключительно для широкофюзеляжного реактивного самолета нового поколения Boeing 777X.

Компания GE уже получила заказы и обязательства по поставке 700 двигателей GE9x на сумму 29 миллиардов долларов США (прейскурантная цена) от нескольких растущих ближневосточных авиакомпаний, таких как Emirates, Qatar и Etihad, а также Lufthansa, Cathay Pacific и All Nippon Airways. В ноябре прошлого года на авиасалоне в Дубае Эмирейтс также подписала соглашение на 16 миллиардов долларов с GE Aviation на обслуживание своих двигателей GE9X в течение дюжины лет после их ввода в эксплуатацию.

Верхнее изображение: GE90 используется во многих самолетах Boeing 777, включая этот самолет China Airlines. Вверху: рисунок GE9.Х двигатель. Если у GE90 22 лопасти вентилятора, то у GE9X будет всего 16 лопастей, изготовленных из композитного углеродного волокна 4-го поколения. Изображение предоставлено: GE Aviation

Лопасти будут иметь несколько новых компонентов, говорит Крей. Они будут использовать более жесткие углеродные волокна, поэтому GE сможет сделать их длиннее и тоньше. Их задняя кромка будет изготовлена ​​из специального конструкционного композитного стекловолокна, способного лучше поглощать энергию удара. «Углеродное волокно очень жесткое и не такое гибкое, поэтому, когда птица или что-то другое ударяет по лезвию, оно создает ударную волну глубоко внутри него», — говорит Крей. «Но стеклянный композит может лучше деформироваться и отклонять нагрузку на лезвие».

Компания GE также заменит титановую переднюю кромку, которая в настоящее время используется на лопастях GE90 и GEnx, стальной. «Это прочный материал, который позволяет нам сохранить форму нового лезвия тонкой, чтобы максимизировать производительность», — говорит он. «Если вы увлекаетесь аэродинамикой, чем тоньше, тем лучше. Мы хотим добиться наилучшего результата, который только возможен».

Компания GE тестирует новую конструкцию лопаток GE9X на уменьшенной испытательной установке в компании Boeing. Изображение предоставлено: GE Aviation

Где GE90 имеет 22 лезвия, а GEnx — 18, GE9X будет иметь только 16, хотя он самый большой из трех. Помимо облегчения двигателя, меньшее количество и более тонкие лопасти также будут вращаться быстрее. «Это отлично подходит для общей производительности двигателя, поскольку вся система вентилятора низкого давления и турбины согласована с максимальной производительностью», — говорит Крей. «Это то, о чем просили инженеры».

Лопасти по-прежнему сохраняют свои красивые извилистые изгибы, прямую стреловидность, крючок наверху и брюшко в центре. Говорит Крэй: «Это удивительная технология».

Когда компания GE разработала лопасти вентилятора GE90 из композитного углеродного волокна, она не начинала с нуля. В 1980-х компания разработала экспериментальный двигатель GE36 с открытым ротором. В нем использовались композитные лопасти из углеродного волокна в необычной гибридной конструкции, сочетающей в себе функции турбовентиляторных и турбовинтовых двигателей.

GE36 был первым двигателем GE с композитными лопатками. Но они были снаружи. Изображение предоставлено: GE Aviation

Хотя двигатель продемонстрировал экономию топлива более чем на 30 процентов по сравнению с обычными реактивными двигателями аналогичного размера, он не прижился.

Вернувшись в лабораторию, вы столкнулись с множеством проблем. Типичные титановые лезвия поглощают энергию и выгибаются при столкновении с препятствиями, такими как птица. Но обычные композиты могут расслаиваться и ломаться. «Мы не знали, как этот новый материал отреагирует на стресс, — говорит Крей.

Команда провела сотни интенсивных испытаний, имитирующих столкновения с птицами, дождь, снег и град, в учебном лагере реактивных двигателей GE в Пиблсе и на базе ВВС Райт Паттерсон в Огайо. «Мы тестировали почти ежедневно и вносили изменения на основе того, что узнали», — говорит Крей. «Результаты вселили в нас огромную уверенность в материале, когда мы увидели, насколько он прочен».

К 1993 году у команды был правильный материал и дизайн лезвия, но они были далеки от завершения. Им еще предстояло его произвести. GE Aviation объединилась со своим европейским партнером по производству реактивных двигателей Snecma. Французская аэрокосмическая компания имела опыт производства высокотехнологичных композитов. Они создали совместное предприятие под названием CFAN и построили новый завод по производству композитов в Сан-Маркосе, штат Техас.

Даже с помощью сделать лезвие было непросто. «Производство композитов остается ручным процессом, — говорит Край. «Материал претерпевает химические изменения и имеет тенденцию двигаться. Мы должны были научиться делать это правильно».

Каждый двигатель GE90 имеет 22 лопасти из углеродного волокна. Двигатель GE90-115B по-прежнему остается самым большим и мощным реактивным двигателем в мире. Изображение предоставлено: GE Aviation

Рабочие проверили каждое лезвие с помощью рентгеновских лучей, ультразвука, лазера и других инструментов на наличие дефектов. Первоначально прошли только 30 процентов из них. (Текущий выход составляет около 97 процентов.)

Техасские рабочие изучали не только композиты. GE также пришлось объяснять материал регулирующим органам и даже компании Boeing, которая хотела использовать его на своем дальнемагистральном самолете 777. Первый должен был покинуть завод в 1995. «Помимо всего прочего, мы бежали со временем», — говорит Крей. «Это была очень крутая кривая обучения».

В конце концов пари окупилось. Несмотря на то, что двигатель GE90 имел диаметр вентилятора 128 дюймов, что больше, чем у его предшественников, композиты облегчили машину на 400 фунтов. Вентилятор GE9X будет иметь диаметр 134 дюйма.

Визуализация самолета Boeing 777-9 с двигателем GE9X. Изображение предоставлено: GE Reports

Федеральное авиационное управление сертифицировало двигатель и композитные лопасти 19 февраля. 95. «Двигатели, по сути, открыли земной шар невероятно эффективным широкофюзеляжным самолетам с двумя двигателями», — говорит Дэвид Джойс, президент и главный исполнительный директор GE Aviation.

Паровоз не стеснялся демонстрировать свою мощь и грациозность. В декабре 2002 года версия двигателя GE90-115B была занесена в Книгу рекордов Гиннеса как самый мощный реактивный двигатель из когда-либо построенных, развивая тягу более 127 000 фунтов — больше, чем ранние космические ракетные двигатели. В 2005 году Boeing 777 с двигателем GE90 установил еще один мировой рекорд, на этот раз по расстоянию, пройденному без посадок на коммерческом реактивном лайнере. Самолет преодолел 11 664 морских мили между Гонконгом и Лондоном за 22 часа 42 минуты. В 2007 году Музей современного искусства в Нью-Йорке включил изогнутое композитное лезвие в свою дизайнерскую коллекцию.

На этом GE90 летали камни рядом с летно-испытательным центром GE Aviation в Викторвилле, Калифорния. GIF предоставлено: GE Aviation

Даже спустя 20 лет GE по-прежнему остается единственным производителем реактивных двигателей, в двигателях которого используются композитные лопасти. Край и другие инженеры в настоящее время работают над лопаткой четвертого поколения для двигателя GE9X для преемника 777, Boeing 777X. Этот самолет станет самым большим и эффективным двухмоторным реактивным самолетом в мире. «Композиты следующего поколения пойдут еще дальше, — говорит Крей. «Мы никогда не вернемся к металлу».

Ракетный двигатель будущего дышит воздухом, как реактивный двигатель

В то время как обычный ракетный двигатель должен нести в космос гигантские баки с топливом и окислителем, ракетный двигатель с воздушным дыханием вытягивает большую часть окислителя непосредственно из атмосферы. Иллюстрация: Redux

Daniel Oberhaus

Science

26 июня 2020 г. 8:00

Этот теоретический двигатель может значительно снизить стоимость полета в космос. Теперь две компании пытаются воплотить это в жизнь.

Примерно в двух часах езды к северу от Лос-Анджелеса есть небольшой аэродром, который находится на краю бескрайней пустыни и привлекает аэрокосмических индивидуалистов, как мотыльков на пламя. Воздушно-космический порт Мохаве является домом для таких компаний, как Scaled Composites, первой отправившей частного астронавта в космос, и Masten Space Systems, которая занимается строительством лунных посадочных модулей. Это испытательный полигон для самых смелых космических проектов Америки, и когда в июле прошлого года Аарон Дэвис и Скотт Стегман прибыли на священную взлетно-посадочную полосу, они поняли, что оказались в правильном месте.

Двое мужчин прибыли на аэродром перед рассветом, чтобы установить испытательный стенд для прототипа их воздушно-реактивного ракетного двигателя, нового вида силовой установки, представляющей собой нечто среднее между ракетным двигателем и реактивным двигателем. Они называют свое нечестивое творение Фенрисом, и Дэвис считает, что это единственный способ сделать полет в космос достаточно дешевым для всех нас. В то время как обычный ракетный двигатель должен нести гигантские баки с топливом и окислителем на пути в космос, воздушно-реактивный ракетный двигатель вытягивает большую часть своего окислителя непосредственно из атмосферы. Это означает, что ракета с воздушным дыханием может поднять больше груза с меньшим количеством топлива и значительно снизить стоимость выхода в космос — по крайней мере, в теории.

Идея объединить эффективность реактивного двигателя с мощностью ракетного двигателя не нова, но исторически эти системы объединялись только поэтапно. Например, Virgin Galactic и Virgin Orbit используют реактивные самолеты для доставки обычных ракет на несколько миль в атмосферу, прежде чем выпустить их для последнего этапа полета в космос. В остальных случаях порядок обратный. В самом быстром самолете, когда-либо летавшем, NASA X-43, использовался ракетный двигатель для обеспечения начального разгона, прежде чем воздушно-реактивный гиперзвуковой двигатель, известный как ГПВРД, разогнал аппарат до 7300 миль в час, что почти в 10 раз превышает скорость звук.

Но если бы эти поэтапные системы можно было объединить в один двигатель, огромный прирост эффективности значительно снизил бы стоимость полета в космос. «Святой Грааль — это одноступенчатый космический корабль, в котором вы просто взлетаете со взлетно-посадочной полосы, летите в космос, а затем возвращаетесь и повторно используете систему», — говорит Кристофер Гойн, директор Лаборатории аэрокосмических исследований Университета Вирджинии. специалист по гиперзвуковым полетам.

Большая проблема с одноступенчатой ​​​​ракетой, или SSTO, заключается в том, что для достижения скорости, необходимой для орбиты — около 17 000 миль в час — требуется лот топлива. Но добавление большего количества топлива делает ракету тяжелее, что затрудняет достижение орбитальной скорости. Этот порочный круг известен как «тирания ракетного уравнения», и именно поэтому для запуска спутника размером с автомобиль требуется двухступенчатая ракета размером с офисное здание. Постановка ракеты помогает, потому что она может сбросить мертвый вес после того, как топливо первой ступени израсходовано, но в первую очередь все еще довольно неэффективно сжигать все это топливо. Именно здесь ракета SSTO с воздушно-реактивными двигателями могла бы обеспечить огромный прирост эффективности.

«Идея состоит в том, чтобы использовать воздушно-реактивные двигатели на более ранних этапах запуска, чтобы воспользоваться преимуществами повышения эффективности двигателей, которым не нужно нести собственный окислитель», — говорит Гойн. «Как только вы подниметесь достаточно высоко в атмосферу, у вас начнет заканчиваться воздух для воздушно-дыхательной системы, и вы сможете использовать ракету для последнего вывода на орбиту».

Самые популярные

Когда Дэвис основал компанию Mountain Aerospace Research Solutions в 2018 году, никто еще не делал работающих воздушно-реактивных ракетных двигателей. НАСА и аэрокосмические гиганты, такие как Rolls-Royce, пытались, но все проекты провалились из-за стремительного роста затрат и серьезных технологических проблем. Но у Дэвиса, бывшего техника по авиационному оружию в морской пехоте, возникла собственная идея воздушно-реактивного двигателя, и он не мог отказаться от этой идеи. «Я нанял Скотта Стегмана, чтобы тот доказал мне, что это не сработает, — говорит Дэвис. Но Стегман, ранее работавший инженером-механиком в Northrop Grumman, подсчитал цифры и не нашел ничего особенного. Что касается физики, казалось, что двигатель Дэвиса должен работать.

Согласно расчетам Стегмана, полномасштабный двигатель «Фенрис» может уменьшить количество окислителя, которое должна нести ракета, примерно на 20 процентов. Это огромный прирост эффективности, но сначала им нужно было продемонстрировать, что конструкция Дэвиса будет работать. У Дэвиса не было средств, необходимых для проведения подробных гидродинамических симуляций для моделирования двигателя на компьютере, поэтому дуэт решил вместо этого построить физический двигатель. «В конце концов, вы можете создавать действительно красивые симуляции, и никто вам не поверит», — говорит Дэвис. «Было дешевле просто выйти и проверить, верна ли моя идея или нет».

К тому времени, когда Дэвис начал обратный отсчет в воздушно-космическом порту Мохаве в июле прошлого года, он и Стегман уже почти полтора года работали над прототипом «Фенриса». Дэвис говорит, что полностью оплатил разработку двигателя из своего кармана, и, по его оценкам, на данный момент он потратил на проект около 500 000 долларов. Двигатель в форме песочных часов ненамного больше тостера и предназначен для пассивного втягивания воздуха с одного конца, смешивания воздуха с керосином и некоторым количеством газообразного кислорода в камере сгорания и выброса пламени с другого конца. И когда в прошлом году Дэвис включил зажигание, двигатель Fenris заработал.

Дэвис утверждает, что испытание является первым и единственным случаем успешного запуска воздушно-реактивного ракетного двигателя. Это серьезное утверждение, и оно сопровождается важной оговоркой: двигатель Fenris даже близко не был достаточно мощным, чтобы отправить что-либо в космос. Дуэт не опубликовал никаких данных о характеристиках двигателя, но на видео работы двигателя видно, что выхлопу не хватает упорядоченной структуры, которую вы ожидаете увидеть в высокопроизводительном ракетном двигателе. Справедливости ради, Дэвис и Стегман не пытались добраться до последнего рубежа. Они просто хотели посмотреть, сможет ли их двигатель втягивать воздух с одной стороны и извергать пламя с другой, не взрываясь. «Это буквально ракетный двигатель с отверстиями на обоих концах», — говорит Стегман. «Это ненормально, и именно поэтому мы были очень консервативны в первом тесте».

Позже в этом году Дэвис и Стегман проведут дополнительные испытания двигателя в выведенной из эксплуатации ракетной шахте в Вайоминге. В отличие от первого тестового прогона, все они будут направлены на то, чтобы довести Фенрис до предела своих возможностей и извлечь из экспериментального двигателя как можно больше мощности. Основываясь на своих компьютерных моделях, Дэвис говорит, что рассчитывает достичь более 600 секунд удельного импульса во время испытаний, что является мерой того, насколько эффективно ракетный двигатель использует свое топливо. Это было бы монументальным достижением, учитывая, что мировой рекорд удельного импульса, установленный НАСА, составляет 542 секунды, а удельный импульс большинства действующих орбитальных ракет составляет около 300 секунд. Если демонстрации в Вайоминге пройдут успешно, следующим важным шагом станет демонстрация двигателя в полете. По словам Дэвиса, если он найдет партнера по запуску, двигатель Fenris сможет взлететь уже в 2022 году9.0003

Самые популярные

Воздухозаборник двигателя Fenris компании Mountain Aerospace Research Solution после первого возгорания в июле прошлого года. Линии вокруг конуса подают керосин и газообразный кислород в камеру сгорания, где они смешиваются с воздухом и воспламеняются.

Фотография: Аарон Дэвис/Mountain Aerospace Research Solutions

Исторически сложилось так, что Дэвис и Стегман находятся в хорошей компании. Рождение современных ракет на жидком топливе было вызвано такими любителями, как Роберт Годдард, Джек Парсонс и Вернер фон Браун, которые расчистили путь для последующих масштабных государственных ракетных программ. Но не все убеждены, что Фенрис меняет правила игры.

«Я скептически отношусь ко всей концепции, — говорит Дэн Эрвин, профессор аэрокосмической техники Университета Южной Калифорнии и специалист по двигателям. Одна из проблем заключается в том, что атмосфера в основном состоит из инертного азота, а в ракетном двигателе азот действует как влажное одеяло. Он нагревается за счет реакции горения между кислородом и керосином, не внося в нее вклад, что снижает температуру сгорания и уменьшает тягу. И хотя азот может способствовать увеличению тяги двигателя — поскольку он нагревается в камере сгорания и выбрасывается через сопло, — скорость выхлопа должна быть больше, чем скорость космического корабля. В противном случае, говорит Эрвин, воздух движется вперед относительно стационарной атмосферы, когда он выходит из двигателя, и это уменьшит поступательный импульс ракеты. Хотя такой двигатель не является невозможным, он должен обладать невероятно высокой производительностью.

Адониос Карпетис, аэрокосмический инженер из Техасского университета A&M и эксперт в области высокоскоростного сгорания топлива, также сомневается в осуществимости двигателя Фенрис. Он отмечает, что, хотя ракеты проводят большую часть своего времени в движении со сверхзвуковой или гиперзвуковой скоростью, сама камера сгорания не испытывает таких условий. Это не относится к гиперзвуковым воздушно-реактивным двигателям, которые испытывают гиперзвуковой поток воздуха в самом двигателе. Это было серьезной технической проблемой для компаний, производящих гиперзвуковые ГПВРД, и с ней также столкнутся воздушно-реактивные двигатели, такие как Fenris, во время полета. «Одно статическое огневое испытание устройства Fenris было проведено на нулевой скорости, — говорит Карпетис. «Что произойдет, когда устройство «Фенрис» станет действительно сверхзвуковым и воздух будет устремляться в него через входное отверстие на высоких скоростях? Простая догадка предскажет уменьшение поведения, быстрое уменьшение удельного импульса в 600 секунд до некоторого меньшего значения».

Самые популярные

Существует долгая история организаций с большим количеством денег и большим опытом, которые изо всех сил пытались воплотить в жизнь воздушно-реактивные ракетные двигатели. В 1980-х годах НАСА и партнерство британских аэрокосмических компаний разрабатывали концепции воздушно-реактивных космических самолетов SSTO, которые могли бы заменить космические челноки. Транспортное средство НАСА, известное как Национальный аэрокосмический самолет, было разработано с использованием воздушно-реактивного ГПВРД для ускорения до 25-кратной скорости звука и выхода на орбиту без ракетного двигателя. Британский аппарат, получивший название Horizontal Take-Off and Landing (или Hotol), должен был иметь гибридный двигатель, сочетающий в себе элементы реактивного двигателя и ракетного двигателя.

Бюджетные ограничения убили обе программы создания космических самолетов еще до того, как они были построены, но Алан Бонд, один из ведущих инженеров Hotol, не мог отказаться от этой идеи. В 1989 году Бонд основал Reaction Engines для создания нового ракетного двигателя с воздушным дыханием на основе разработок Хотол. Он предполагал использовать двигатель на концептуальном космическом самолете, который он назвал Skylon, который выглядит как ракета, оснащенная воздушно-реактивным двигателем на концах двух узких крыльев. Двигатель Skylon известен как Synergetic Air Breathing Rocket Engine или Sabre, и хотя космический самолет все еще не более чем концепт, двигатель вполне реален.

Идея Sabre заключается в том, чтобы использовать воздушно-реактивный режим двигателя, чтобы разогнать космический корабль до гиперзвуковых скоростей в нижних слоях атмосферы, а затем переключиться на полноценный ракетный режим на краю космоса. Концептуально все просто, но дьявол кроется в деталях. Например, когда двигатель разгоняет самолет до гиперзвуковых скоростей на малых высотах, температура воздуха приближается к 1800 градусам по Фаренгейту, что достаточно для того, чтобы расплавить компоненты двигателя. Чтобы преодолеть эту проблему, Sabre использует предварительный охладитель для снижения температуры воздуха за счет циркуляции водородного топлива через двигатель. Это снижает температуру воздуха до температуры окружающей среды на высоте, которая составляет около -200 градусов по Фаренгейту. «По сути, основной двигатель не знает, что он летит на гиперзвуке», — говорит Шон Дрисколл, программный директор Reaction Engines. «Предварительный охладитель позаботится об этом».

Как только воздух опускается до приемлемой температуры, он подается в компрессор для повышения давления газа, как в обычном реактивном двигателе. Затем он направляется в камеру сгорания ракеты, где смешивается с жидким водородным топливом и воспламеняется для создания тяги. К тому времени, когда транспортное средство достигает гиперзвуковой скорости, атмосфера становится слишком тонкой для воздушно-реактивного двигателя, и система переключается на бортовой бак с окислителем для последнего этапа путешествия в космос.

Бонд ушел из Reaction Engines в 2017 году, но работа над двигателем Sabre продолжается. За последние четыре года компания привлекла более 100 миллионов долларов на разработку Sabre, и вскоре после того, как Бонд ушел из компании, Reaction Engines заключила контракт с Darpa на разработку испытательного стенда для предварительного охлаждения двигателя в Колорадо. В конце прошлого года компания продемонстрировала, что ее предварительный охладитель может выдерживать экстремальное тепло, выделяемое в гиперзвуковых условиях, что стало важной вехой на пути к полной демонстрации двигателя. Примерно в то же время Европейское космическое агентство завершило проверку конструкции двигателя и дало компании зеленый свет на начало испытаний ядра двигателя.

Most Popular

Photograph: NASA

AWESOME IMAGES OF THE EARTH AT NIGHT

Float through the night sky and gaze upon our planet мерцающий сквозь тьму.

Генеральный директор Reaction Engines Марк Томас говорит, что компания планирует начать эти испытания в следующем году. Сердцевина двигателя Sabre — это воздушное сердце силовой установки, лишенное выхлопного сопла и предохладителя. «Эти испытания пройдут в течение следующего года и станут важным шагом на пути к первому в мире воздушно-реактивному двигателю, способному разгоняться с нуля до 5 Маха», — говорит Томас. Если эти тесты пройдут успешно, Томас говорит, что следующим большим шагом будет интеграция всех компонентов двигателя и демонстрация высокоскоростного полета с нестандартным планером. Томас говорит, что ожидает, что первый демонстрационный полет состоится к середине 2020-х годов.

«В последние годы коммерческие стартовые компании добились значительных успехов в повторном использовании и снижении затрат на запуск, однако их подход в основном основан на использовании существующей химической ракетной технологии, которая используется уже более 70 лет», — говорит Томас. «Только воздушно-реактивная система обеспечит дальнейшее значительное снижение стоимости запуска и надежности».

Sabre является кульминацией более чем 40-летних исследований и разработок, подкрепленных миллионами долларов государственного и отраслевого финансирования. Это примерно то, что вы можете получить от двух парней, разжигающих небольшой прототип ракетного двигателя в пустыне, но Дэвиса не смущают большие шансы. «Это важнее всего», — говорит он. «Только 600 человек когда-либо были в космосе, и я не собираюсь уходить, пока не осознаю эту способность для всех».

Еще больше замечательных историй WIRED

• Мы можем защитить экономику от пандемий.