* взлетный вес – 6 кг
* максимальный взлетный вес -12 кг
* размах ротора – 1,6 м
* полный размах крыла - 2,4 м
* двигатель – 1,2 кВ, электромотор
* полетная скорость - 8-10 м/сек.
* длительность автономного полета - 80 мин
* полезная нагрузка - 2 кг
* ротор имеет высокое лобовое сопротивление, и аэродинамические качества самолета оставляют желать лучшего
* проблемой могут быть посторонние тела в воздухе - ротор на всю ширину размаха крыльев может засосать в себя немало сторонних объектов
* отказ ротора представляет серьезную опасность для FanWing - если обыкновенный самолет можно посадить без двигателей, то FanWing планировать не умеет, и летчику придется выкручиваться за счет автовращения ротора.
С каждым испытанием разработчики совершенствуют свою конструкцию. Единственное, чего не хватает - это полноценной модели. Здесь действует принцип «уловки 22» - для того чтобы получить финансирование, нужно построить самолет и продемонстрировать его в работе. В свою очередь, для постройки самолета нужны деньги. Тот, у кого получается вырваться из этого заколдованного круга - срывает банк. Удастся ли это Пиблсу и его команде? Время покажет.
Взято здесь: venture-biz.ru/tekhnologii-innovatsii/51-letatelnyy-apparat-fanwing
Тем кто собрался поехать в отпуск в Германию наверняка понадобятся туристические путевки в Германию. Я вам предлагаю их преобрести в компании-лидере, по продаже путёвок в Западную Европу – «Мosintour.ru». Сайт компании, вы найдёте по ссылке выше.По этой ссылке вы найдёте афишу фильмов развлекательного комплекса «Киносфера». Так что если вы любите ходить в кинотеатр. Особенно в этот развлекательный комплекс. То теперь о будущих премьерах, и о расписании сеансов, вы сможете узнать в сети.
Уважаемые женщины и девушки. Если вы хотите освоить танец живота то студия танце для женщин «5do» начала набор в группы. Все подробности вы прочтёте по ссылке выше.
alternathistory.livejournal.com
Какие бы конструкции ни придумывал человек, распространение получили самолеты традиционной компоновки и вертолеты. Кольцепланы, автожиры, экранопланы существуют, но выглядят скорее диковинками, чем функциональными летательными средствами. Тем не менее есть люди, которые не сдаются.
Тим Скоренко
24 августа 2010 00:00
Американец Патрик Пиблс не имел желания сдаваться. Ведь произвести революцию в авиастроении — это не только очень почетно, но и весьма прибыльно. И он придумал проект, который назвал FanWing. Подлинно новых концепций в авиастроении практически нет. Недавно мы писали о белорусском кольцеплане — кажется, впервые в истории поднялся в воздух самолет с замкнутым контуром крыла… Но нет, авиация знала полтора десятка попыток сконструировать подобный самолет. А вот идея Пиблса, пусть и вытекающая из уже известных концепций летательных аппаратов (в частности, цикложира), достаточно свежа. Если обычный самолет с пропеллером можно сравнить с моторной лодкой, то FanWing — это скорее пароход с гребным колесом.
Банальная аэродинамическая истина звучит так: принудительный обдув верхней плоскости крыла заметно увеличивает подъемную силу и сокращает дистанцию разбега. Вопрос заключается в том, как обеспечить принудительный обдув, не затратив на это всю энергию, которую он позволит сэкономить.
Максимальный взлётный вес — 12 кг;Размах ротора — 1.6 м;Полный размах крыла - 2.4 м;Двигатель — 1.2 кВ/электромотор;Полётная скорость — 8−10 м/сек;Длительность автономного полёта — 80 мин; Полезная нагрузка — 2 кг.
Технические особенности: очень короткий разбег при взлёте и посадке; самостоятельный взлёт и посадка; высокая длительность автономного полёта; высокая стабильность при турбулентности; хорошая маневренность на низких скоростях.
Патрик Пиблс разместил перед крылом горизонтальный ротор с лопатками. Воздух, нагоняемый ротором, поступает на переднюю кромку верхней плоскости крыла, создавая и тягу, и подъемную силу. Надо сказать, что еще до Пиблса исследования в этой области проводили специалисты NASA. Они размещали вдоль передней кромки крыла авиамодели вращающийся от электромотора цилиндр. Подъемная сила увеличивалась, хотя не очень существенно и заметно зависела от рельефа поверхности цилиндра. Пиблс довел идею NASA до совершенства (хотя в какой-то мере — до абсурда) и превратил цилиндр в «гребное колесо». Теперь, когда ротор создает над верхней плоскостью крыла необходимое разрежение, подъемная сила сохраняется достаточно высокой даже на очень серьезных углах атаки, вплоть до вертикального взлета. Предполагаемая частота вращения ротора полноценного самолета (не модели) — около 1000 об/мин; конструкция лопаток подразумевается легкой и потому практически не вызовет вибрации машины.
Компания FanWing приступает к созданию первого самолета, имеющего функциональное назначение. Это небольшой беспилотник, который может работать наблюдательным аппаратом или перевозить грузы средних габаритов. Конструкторы полагают, что такой проект приведет в итоге к созданию управляемого самолета взлетной массой 13 т и с размахом крыльев 22 м.
Преимущества аппарата типа FanWing заметны сразу. Во‑первых, он требует гораздо меньшей мощности двигателя, чем обычный самолет, при такой же массе. 400-килограммовый FanWing спокойно взлетает с 40-сильным двигателем, его соперник традиционной компоновки требовал бы как минимум в три раза более мощного силового агрегата. Кроме того, несмотря на видимую сложность, FanWing гораздо проще в изготовлении и эксплуатации, чем вертолет. Наконец, у вертолета отношение тяги к мощности источника энергии (двигателя) в среднем равно 50 Н/кВт в состоянии зависания и 75 Н/кВт в полете. Аналогичный показатель у FanWing равен 250 Н/кВт.
А вот аэродинамика FanWing заметно подкачала. Сам изобретатель утверждает, что в будущем летательные аппараты подобного типа смогут «обогнать» обычные самолеты в том числе и по скоростным характеристикам, но сегодня в это верится слабо. Ротор и его обтекаемый кожух имеют достаточно высокое лобовое сопротивление, и аэродинамические качества самолета оставляют желать лучшего. Он экономичен и прекрасно управляем, но вряд ли появятся сверхскоростные самолеты типа FanWing. Правда, для предполагаемых целей — использования в качестве грузовиков, воздушных такси или сельскохозяйственных машин- крейсерской скорости в 70 км/ч будет вполне достаточно (именно такую скорость закладывают в конструкцию первого полноразмерного беспилотника).
Сегодня разработаны многочисленные компьютерные скетчи различных типов FanWing. Например, самолет Пиблса незаменим при тушении пожаров — как в городских условиях, так и в случае возгорания в лесу, а также в армейских подразделениях, где он может прийти на смену вертолетам. Разработан также проект самолета-амфибии и более того — самолета-подлодки! Одной из предполагаемых модификаций FanWing может стать самолет скорой помощи для доставки медикаментов в труднодоступные районы и эвакуации пострадавших. Проект предложен к рассмотрению в том числе и Международному комитету Красного Креста.
Серьезной проблемой могут быть посторонние тела в воздухе, например птицы. Реактивные самолеты летают на высотах, где птиц немного, да и вероятность попадания залетного альбатроса в сравнительно небольшое отверстие турбины невелика. Иное дело ротор на всю ширину размаха крыльев… Другой проблемой может стать отказ роторов. Если обыкновенный самолет пилот-профессионал может посадить без двигателей, то FanWing планировать не умеет, и летчику придется выкручиваться за счет автовращения ротора. Но в любом случае вероятность благоприятного исхода при аварии на FanWing минимальна.
FanWing уже давно вышел из стадии патента и даже концепта. Модели самолетов Пиблса летают без видимых проблем: не хватает только финансирования для создания полноразмерного экземпляра самолета. Первую действующую модель FanWing Пиблс построил еще в 1998 году и 1 сентября запустил ее в самостоятельный полет.
Принцип принудительного обдува верхней поверхности крыла неоднократно «всплывал» в авиационной промышленности, но так ни разу и не был претворён в жизнь. Наиболее близким к идее Пиблса летательным аппаратом был самолёт, спроектированный в 1946 году советским инженером Александром Болдыревым. Болдырев работал в МАИ, идею свою вынашивал ещё в 1930-х годах, и в 1939 году получил авторское свидетельство «Разрезное крыло с колеблющимся предкрылком». Сразу по наступлении мирного времени он начал работу над самолётом. В его конструкции перед крылом по всей его длине крепилась короткая пластина-предкрылок, которая отбрасывала воздушный поток по линии верхней поверхности крыла. Поток срывался с задней кромки крыла, а на передней возникала подсасывающая сила. Равномерно распределённая по крылу принудительная циркуляция воздуха создавала дополнительную тягу и подъёмную силу. Но инженер не успел даже поднять свой опытный самолёт в воздух. Несколько раз ЛА выезжал на лётное поле, затем сломалась шестерня в механизме вращения предкрылка, а потом тема была сочтена бесперспективной, и проект закрыли в момент, когда самолёт не был достроен. От единственного построенного самолёта с колеблющимся предкрылком осталось только несколько фотоснимков.
Зимой того же года изобретатель познакомился с Саймоном Форшоу из Имперского колледжа Лондона, одного из самых престижных технических вузов Великобритании. FanWing был продут в аэродинамической трубе с целью выяснить возможности авторотации и определить динамические свойства летательного аппарата. Результаты тестов оказались намного более многообещающими, нежели мог предсказать Пиблс. Заключение Форшоу звучало так: «Было проведено сравнительное теоретическое исследование самолета типа FanWing и обычного вертолета аналогичной грузоподъемности. При одинаковом весе потребляемая мощность оказалась примерно в одних границах. Но при этом крыло типа FanWing работает гораздо тише и представляет собой конструкцию гораздо более простую в производстве и эксплуатации».
www.popmech.ru
| ||||
ru-wunderluft.livejournal.com
Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B.
Сегодня поговорим о двигателе, эра расцвета которого пришлась на тот период времени, когда авиация еще не вышла из состояния «летающих этажерок», но когда эти самые этажерки уже чувствовали себя в воздухе достаточно уверенно.
Основные принципы самолето- и двигателестроения быстро принимали устойчивые очертания. Появлялось все больше моделей двигателей для аэропланов, а вместе с ними как новые победы, так и новые проблемы в двигателестроении. Конструкторы и инженеры стремились (как это, вобщем-то, происходит и сейчас :-)) максимально облегчить двигатели и при этом сохранить или даже увеличить их тяговую эффективность.
На этой волне и появился ротативный двигатель для тогдашних аэропланов. Почему именно для аэропланов? Да потому что сам по себе этот тип двигателя был разработан даже значительно раньше первого полета братьев Райт.
Однако обо всем по порядку. Что из себя представляет ротативный двигатель…. На английском rotary engine (что, кстати, на мой взгляд странно, потому что этим же словом обозначается роторный двигатель (двигатель Ванкеля)). Это двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры с поршнями ( их нечетное количество) расположены радиально в виде звезды, обычно четырехтактный.
Рабочее топливо — бензин, воспламенение происходит от свечей зажигания.
По внешнему виду он очень похож на появившийся практически одновременно с ним и хорошо нам сегодня известный радиальный (звездообразный) поршневой двигатель. Но это только в неработающем состоянии. При запуске ротативный двигатель на неосведомленного о нем человека производит сильное впечатление.
Работа ротативного двигателя.
Происходит это потому, что уж очень необычно, на первый взгляд, выглядит его работа. Ведь вместе с винтом вращается и весь блок цилиндров, то есть, по сути дела весь двигатель. А вал, на котором происходит это вращение закреплен неподвижно. Однако в механическом плане ничего необычного тут нет. Просто дело привычки :-).
Топливо-воздушная смесь из-за вращения цилиндров не может быть подведена к ним обычным порядком, поэтому попадает туда из картера, куда подводится через полый неподвижный вал от карбюратора (или устройства его заменяющего).
Впервые в истории патент на ротативный двигатель получил французский изобретатель Félix Millet в 1888 году. Тогда этот двигатель поставили на мотоцикл и показали его на всемирной парижской выставке в 1889 году.
Ротативный двигатель Félix Millet на мотоцикле.
Позже двигатели Félix Millet ставились на автомобили, один из которых принял участие в первой в мире автомобильной гонке Paris–Bordeaux–Paris в 1895 году, а с 1900 года эти двигатели ставили на автомобили французской фирмы Darracq.
В дальнейшем инженеры-изобретатели стали обращать внимание на ротативный двигатель уже с точки зрения применения его в авиации.
Первым в этом плане был бывший ньюйоркский часовщик Stephen Balzer, создавший свой ротативный двигатель в 1890 году и ставший автором (совместно с инженером Charles M. Manly) первого в истории двигателя, разработанного конкретно для аэроплана, известного под названием Manly-Balzer engine.
Практически одновременно с ним работал американский инженер Adams Farwell, строивший автомобили с ротативными двигателями с 1901 года.
Открытый картер двигателя Le Rhône 9J.
По некоторым сведениям принципы конструкции его двигателей были взяты за основу производителями знаменитых впоследствии двигателей «Гном».
Что же так привлекало инженеров в ротативном двигателе? Что в нем такого полезного для авиации?
Есть две основные особенности, которые и являются его главными положительными качествами. Первая — это самый малый (по тому времени) вес по сравнению с двигателями той же мощности. Дело в том, что частоты вращения тогдашних двигателей были невысокие и для получения необходимой мощности (в среднем тогда порядка 100 л.с. (75 кВт)) циклы воспламенения топливовоздушной смеси давали о себе знать весьма ощутимыми толчками.
Чтобы этого избежать двигатели снабжались массивными маховиками, что, естественно, влекло за собой утяжеление конструкции. Но для ротативного двигателя маховик был не нужен, потому, что вращался сам двигатель, имеющий достаточную массу для стабилизации хода.
Такие двигатели отличались плавностью и равномерностью хода. Зажигание производилось последовательно в каждом цилиндре через один по кругу.
Второй особенностью было хорошее охлаждение. Металлургическая промышленность в те времена была не настолько развита, как сейчас и качество сплавов (в плане термостойкости) было не слишком высоким. Поэтому требовалось хорошее охлаждение.
Скорости полета самолетов были не высокие, поэтому простое охлаждение набегающим потоком стационарного движка было недостаточным. А ротативный двигатель здесь находился в более выгодном положении, потому что сам вращался с достаточной для эффективного охлаждения скоростью и цилиндры хорошо обдувались воздухом. При этом они могли быть как гладкими, так и оребренными. Охлаждение было достаточно эффективным даже при работе двигателя на земле.
Теперь отвлечемся на пару полезных роликов о работе ротативного двигателя. Первый — это моделирование его работы на компьютере. Во втором показана работа «внутренностей» двигателя Le Rhône.
Расцвет ротативных двигателей пришелся на первую мировую войну. В то время авиация уже достаточно серьезно участвовала в боевых действиях и воздушные бои не были редкостью. Самолеты и двигатели для них производились всеми крупными участниками войны.
Из двигателестроительных одной из самых известных была французская фирма Société des Moteurs Gnome, в свое время занимавшаяся производством двигателей внутреннего сгорания для промышленного производства. В 1900 году она купила лицензию на производство маленького одноцилиндрового стационарного двигателя (мощность 4 л.с.) Gnom у немецой фирмы Motorenfabrik Oberursel. Это движок продавался во Франции под французским наименованием Gnome и при этом настолько успешно, что наименование это было использовано в названии фирмы.
Ротативный двигатель Gnome 7 Omega.
В дальнейшем на базе Гнома был разработан ротативный двигатель Gnome Omega, имевший немалое количество модификаций и устанавливавшийся на самые различные самолеты. Известны так же другие массово производившиеся двигатели этой фирмы. Например, Gnome 7 Lambda – семицилиндровый, мощностью 80 л.с. и его продолжение Gnome 14 Lambda-Lambda (160 л.с.), двухрядный ротативный двигатель с 14-ю цилиндрами.
Двигатель Gnome Monosoupape.
Широко известен двигатель Gnome Monosoupape (один клапан), начавший выпускаться в 1913 году и считавшийся одним из лучших двигателей в начальный период войны. Этот «лучший двигатель» 🙂 имел всего один клапан, использовавшийся и для выхлопа и для забора воздуха. Для поступления топлива в цилиндр из картера, в юбке цилиндра был сделан ряд специальных отверстий. Двигатель был безкарбюраторный и из-за упрощенной системы управления был легче и потреблял, к тому же меньше масла.
Подвод топлива в цилиндр Gnome Monosoupape. Crank Case - картер, Ports - подводящие отверстия.
Управления у него не было практически никакого. Был только топливный кран, подававший бензин через специальную форсунку (или распылитель) в полый неподвижный вал и далее в картер. Этим краном можно было пытаться обогащать или обеднять топливо-воздушную смесь в очень узком диапазоне, от чего было мало толку.
Пытались использовать с целью управления изменение фаз газораспределения, но быстро от этого отказались, потому что начали гореть клапана. В итоге движок постоянно работал на максимальных оборотах (как, впрочем и все ротативные двигатели :-)) и управлялся только отключением зажигания (об этом чуть ниже :-)).
Другой известной французской фирмой, производившей ротативный двигатели была фирма Société des Moteurs Le Rhône, начавшая свою работу с 1910 года. Одними из самых известных ее двигателей были Le Rhône 9C (мощность 80 л.с.) и Le Rhône 9J (110 л.с.). Характерной их особенностью было наличие специальных трубопроводов от картера к цилиндрам для подвода топливо-воздушной смеси (немного похоже на входные коллектора современных ДВС).
Двигатель Le Rhone 9C.
Ротативный двигатель Le Rhone 9J.
Le Rhône и Gnome первоначально соперничали, но потом объединились и с 1915 года уже работали совместно под названием Société des Moteurs Gnome et Rhône. Двигатель 9J был, вобщем-то, уже их совместным продуктом.
Интересно, что вышеупомянутая германская фирма Motorenfabrik Oberursel в 1913 году закупила лицензии на производство теперь уже французских ротативных двигателей Gnome (хотя и была родоначальницей этого брэнда, можно сказать :-)) и чуть позже двигателей Le Rhône. Их она выпускала под своими наименованиями: Gnome, как U-серия и Le Rhône, как UR-серия ( от немецкого слова Umlaufmotor, обозначающего ротативный двигатель).
Например, двигатель Oberursel U.0 был аналогом французского Gnome 7 Lambda и устанавливался первоначально на самолет Fokker E.I., а двигатель Oberursel U.III – это копия двухрядного Gnome 14 Lambda-Lambda.
Истребитель Fokker E.I с двигателем Oberursel U.0 .
Германский двухрядный Oberursel U.III, копия Gnome 14 Lambda-Lambda.
Вообще фирма Motorenfabrik Oberursel всю войну в довольно большом количестве производила двигатели-клоны французских моделей, которые потом ставились на самолеты, являвшиеся противниками французов и их союзников в воздушных боях. Вот такие фокусы жизни :-)…
Среди других известных двигателестроительных фирм значится также французская фирма Société Clerget-Blin et Cie ( интересное для русского уха слово Blin в названии означает фамилию одного из учредителей, промышленника Эжена Блина :-)) со своим известным движком Clerget 9B.
Двигатель Clerget 9B.
Двигатель Clerget 9B на истребителе Sopwith 1½ Strutter.
Истребитель Sopwith 1 1/2 Strutter с двигателем Clerget 9B.
Многие двигатели производились в Великобритании по лицензиям. На этих же заводах выпускали английские двигатели разработки Walter Owen Bentley (того самого Бентли) Bentley BR.1 (заменившие Clerget 9B на истребителях Sopwith Camel) и Bentley BR.2 для истребителей Sopwith 7F.1 Snipe.
На двигателях Bentley в конструкции поршней впервые были применены алюминиевые сплавы. До этого на всех движках цилиндры были чугунные.
Ротативный двигатель Bentley BR1.
Ротативный двигатель Bentley BR2.
Истребитель Sopwith 7F.1 Snipe с двигателем Bentley BR.2 .
Теперь вспомним о других особенностях ротативного двигателя, которые, так сказать, плюсов ему не прибавляют 🙂 (чаще всего как раз наоборот).
Немного об управлении. Современный (стационарный, конечно :-)) поршневой двигатель, неважно рядный он или звездообразный, управляется относительно легко. Карбюратор (либо инжектор) формирует нужный состав топливо-воздушной смеси и с помощью дроссельной заслонки пилот может регулироват подачу ее в цилиндры и, тем самым, менять обороты двигателя. Для этого по сути дела существует ручка (или педаль, как хотите :-)) газа.
У ротативного двигателя все не так просто :-). Несмотря на разницу конструкций, большинство ротативных двигателей имели на цилиндрах управляемые впускные клапана, через которые и поступала топливо-воздушная смесь. Но вращение цилиндров не позволяло применять обычный карбюратор, который бы поддерживал оптимальное соотношение воздух-топливо за дроссельной заслонкой. Состав смеси, поступающей в цилиндры нужно было корректировать для достижения оптимального соотношения и устойчивой работы двигателя.
Для этого обычно существовал дополнительный воздушный клапан («bloctube») . Пилот устанавливал рычаг газа в нужное положение (чаще всего полностью открывая дроссель) и потом рычагом регулировки подачи воздуха добивался устойчивой работы двигателя на максимальных оборотах, производя так называемую тонкую регулировку. На таких оборотах обычно и проходил полет.
Из-за большой инерционности двигателя (масса цилиндров все же немаленькая :-)), такая регулировка часто делалась «методом тыка», то есть определить нужную величину регулировки можно было только на практике, и эта практика была необходима для уверенного управления. Все зависело от конструкции двигателя и опыта пилота.
Весь полет проходил на максимальной частоте вращения движка и если ее по какой-либо причине надо было снизить, например для посадки, то действия по управлению должны были быть обратного направления. То есть пилоту нужно было прикрыть дроссель и потом опять регулировать подачу воздуха в двигатель.
Но такое «управление» было, как вы понимаете, достаточно громоздким и требующим времени, которое в полете не всегда есть, особенно на посадке. Поэтому гораздо чаще применялся метод отключения зажигания. Чаще всего это делалось через специальное устройство, позволяющее отключать зажигание полностью или в отдельных цилиндрах. То есть цилиндры без зажигания переставали работать и двигатель в целом терял мощность, что и нужно было пилоту.
Этот метод управления широко применялся на практике, но тянул за собой и кучу проблем. Топливо, вместе, кстати, с маслом, несмотря на отключение зажигания, продолжало поступать в двигатель и, несгорев, благополучно его покидало и затем скапливалось под капотом. Так как движок очень горячий, то опасность серьезного пожара налицо. Тогдашние «легкие этажерки» горели очень легко и быстро :-).
Пример защитных капотов на двигателе (защита от масла двигатель Gnome 7 Lambda ) на самолете Sopwith Tabloid.
Поэтому капоты для двигателей имели внизу вырез примерно на одну треть периметра или на худой конец серьезные дренажные отводы, чтобы вся эта гадость могла быть удалена набегающим потоком. Чаще всего, конечно, она размазывалась по фюзеляжу.
Кроме того свечи в неработающих цилиндрах могли оказаться залитыми и замасленными и повторный запуск поэтому был не гарантирован.
К 1918 году французская двигателестроительная фирма Société Clerget-Blin et Cie (ротативные двигатели Clerget 9B), исходя из очевидной опасности использования способа снижения мощности путем отключения зажигания, в руководстве по эксплуатации своих двигателей рекомендовала следующий метод управления.
При необходимости снижения мощности двигателя пилот перекрывает подачу топлива закрытием дросселя (ручкой газа). При этом зажигание не отключается, и свечи продолжают «искрить» (предохраняя себя от замасливания). Винт вращается в результате эффекта авторотации, и при необходимости запуска топливный клапан просто открывается в то же положение, что и до закрытия. Двигатель запускается…
Однако, по отзывам пилотов, которые в наши дни летают на восстановленных или точных копиях самолетов того времени, все-таки самый удобный режим снижения мощности – это отключение зажигания, несмотря на всю «грязь», которую при этом извергают ротативные двигатели :-).
Самолеты с такими движками вообще особой чистотой не отличались. Про топливо в отключенных цилиндрах я уже сказал, но ведь было еще и масло. Дело в том, что из-за вращающегося блока цилиндров, возможность откачки топлива из картера была весьма проблематична, поэтому организовать полноценную систему смазки было нельзя.
Схема топливо- и маслопитания ротативного двигателя Gnome 7 Omega.
Но без смазки никакой механизм работать не будет, поэтому она, конечно, существовала, но в о-о-очень упрощенном виде. Масло подавалось прямо в цилиндры, в топливо-воздушную смесь.На большинстве двигателей для этого существовал небольшой насос, подававший масло через полый (неподвижный, как уже известно :-)) вал по специальным каналам.
В качестве смазывающего масла использовалось касторовое, самое лучшее по тем временам масло ( природное растительное) для этих целей. Оно, кроме того не смешивалось с топливом, что улучшало условия смазки. Да и сгорало в цилиндрах оно только частично.
Пример замасливания (темные пятна) двигателя Gnome 7 Omega полусгоревшим касторовым маслом.
А удалялось оно оттуда после выполнения своих функций вместе с отработанным газами через выпускной клапан. И расход его при этом был очень даже немаленький. Средний движок, мощностью около 100 л.с. (≈75 кВт, 5-7 цилиндров) за час работы расходовал более двух галлонов (английских) масла. То есть около 10 литров вылетало «на ветер».
Ну что тут скажешь… Бедные механики :-). Масло, сгоревшее и несовсем, топливная смесь, оставшаяся после дросселирования движка, сажа… все это оседало на самолете, и все это нужно было отмывать. Причем масло это отмывалось очень плохо. Из-за этого на старых снимках самолеты частенько «щеголяют» грязными пятнами на крыле и фюзеляже.
Но и летчики – люди мужественные :-). Ведь из движка выходила касторка. А это, как известно, очень хорошее слабительное (в аптеках раньше продавалась, не знаю, как сейчас). Конечно, двигатель был закрыт капотом, и снизу, как я уже говорил, был вырез для удаления всей грязи. Но ведь кабина открытая и воздушный поток – штука не всегда управляемая. Если чистая касторка попадала на лицо и потом внутрь… Последствия предугадать…. наверное было не сложно :-)…
Следующая особенность ротативных двигателей, которую я бы тоже не назвал положительной была связана с управляемостью аэропланов, на которых стояли такие движки. Немалая масса вращающегося блока представляла собой по сути дела большой гироскоп, поэтому гироскопический эффект был неизбежен :-).
Пока самолет летел прямолинейно, его влияние не было сильно заметно, но стоило начать совершать какие-либо полетные эволюции, как сразу проявлялась гироскопическая прецессия. Из-за этого и вкупе с большим крутящим моментом массивного блока цилиндров при выбранном правом вращении винта самолет очень неохотно поворачивал влево и при этом задирал нос, но зато быстро делал правые развороты с большой тенденцией к опусканию носа.
Такой эффект с одной стороны очень мешал (особенно молодым и неопытным пилотам), а с другой был полезен при проведении воздушных боев , в так называемых «собачьих свалках» (dogfights). Это, конечно, для опытных летчиков, которые могли с толком использовать эту особенность.
Очень характерен в этом плане был известный самолет Sopwith Camel F.1 Королевских ВВС, считавшийся лучшим истребителем Первой Мировой. На нем стоял ротативный двигатель Clerget 9B ( как примечание добавлю, что в последствии также ставился и английский Bentley BR.1(150 л.с.)). Мощный (130 л.с.), но достаточно капризный двигатель, чувствительный к составу топлива и к маслу. Мог запросто отказать на взлете. Но именно благодаря ему и особенностям компоновки фюзеляжа (рассредоточению полезного оборудования) Camel был очень маневренен.
Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B .
Истребитель Sopwith Camel F.1 (реплика).
Маневренность эта, правда, доходила до крайности. В управлении истребитель был необычайно строг и вообще имел кое-какие неприятные особенности. Например, большое желание войти в штопор на малой скорости :-). Он абсолютно не подходил для обучения молодых пилотов. По некоторой статистике за время войны в боевых действиях на этом аэроплане погибло 415 пилотов, а в летных происшествиях – 385. Цифры красноречивые…
Однако опытные пилоты, хорошо его освоившие, могли извлечь большую пользу из его особенностей и делали это. Интересно, что из-за нежелания Camel-а быстро разворачиваться влево, многие пилоты предпочитали делать это, так сказать, «через правое плечо» :-). Поворот вправо на 270º получался значительно быстрее, чем влево на 90º .
Основным и достойным противником для Sopwith Camel F.1 был немецкий триплан Fokker Dr.I с двигателем Oberursel UR.II (полный аналог французского Le Rhône 9J). На таком воевал Барон Ма́нфред А́льбрехт фон Рихтго́фен (Manfred Albrecht Freiherr von Richthofen), знаменитый «Красный барон».
Триплан Fokker Dr.I
Германский двигатель Oberursel-UR-2. Копия Le Rhône 9J.
Истребитель-триплан Fokker Dr.I (современная реплика, правда двигатель у нее не ротативный).
Fokker DR1, современная реплика с настоящим ротативным двигателем.
Триплан Fokker Dr.I незадолго до гибели "Красного Барона".
За время войны ротативные двигатели достигли своего полного расцвета. При имеющихся запросах армии, несмотря на свои недостатки они очень хорошо подходили для решения, так сказать, триединой задачи «мощность – вес – надежность». Особенно, что касается легких истребителей. Ведь именно на них в подавляющем большинстве такие движки стояли.
Более крупные и тяжелые самолеты продолжали летать, используя традиционные рядные движки.
Однако авиация развивалась бурными темпами. Требовалась все большая мощность двигателей. Для стационарных рядных это достигалось путем увеличения максимального количества оборотов. Возможности совершенствования в этом направлении были. Улучшались системы зажигания и газораспределения, принципы образования топливовоздушной смеси. Применялись все более совершенные материалы.
Это позволило к концу Первой Мировой войны поднять максимальную величину оборотов стационарного двигателя с 1200 до 2000 об/мин.
Однако, для ротационного двигателя этот было невозможно. Организовать правильное смесеобразование было нельзя. Все приходилось делать «на глазок», поэтому расход топлива (как и масла) был, мягко говоря, немаленьким 🙂 (в том числе, кстати, из-за постоянной работы на больших оборотах).
Какие-либо внешние регулировочные работы на двигателе, пока он находится в запущенном состоянии само собой были невозможны.
Повысить частоту вращения тоже не получалось, потому что сопротивление воздуха быстро вращающемуся блоку цилиндров было достаточно большим. Более того, при увеличении скорости вращения, сопротивление росло еще быстрее. Ведь, как известно, скоростной напор пропорционален квадрату скорости ( ρV2/2, где ρ – плотность воздуха, V – скорость потока). То есть если скорость просто растет, то сопротивление растет в квадрате (примерно :-)).
При попытках на некоторых моделях двигателей начала войны поднять обороты с 1200 об/мин до 1400 об/мин сопротивление поднималось на 38%. То есть получалось, что возросшая мощность двигателя больше тратилась на преодоление сопротивления, чем на создание полезной тяги воздушного винта.
Немецкой фирмой Siemens AG была сделана попытка обойти эту проблему с другой стороны. Был выполнен 11-цилиндровый двигатель так называемой биротативной схемы (наименование Siemens-Halske Sh.III ). В нем блок цилиндров вращался в одну сторону с частотой 900 об/мин., а вал (ранее неподвижный) в другую с той же частотой. Суммарная относительная частота составила 1800 об/мин. Это позволило достичь мощности в 170 л.с.
Биротативный двигатель Siemens-Halske Sh.III .
Истребитель Siemens-Schuckert D.IV .
Истребитель Siemens-Schuckert D.IV в берлинском музее.
Этот двигатель имел меньшее сопротивление воздуху при вращении и меньший крутящий момент, мешающий управлению. Устанавливался на истребителе Siemens-Schuckert D.IV , который по мнению многих специалистов стал одним из лучших маневренных истребителей времен войны. Однако производиться начал поздно и сделан был в небольшом количестве экземпляров.
Существующее положение Siemens-Halske Sh.III не поправил и не смог опять поднять ротативные двигатели на должную высоту.
Недостатков у них, как видите, хватало. Ко всему прочему могу еще добавить, что движки эти были достаточно дороги. Ведь из-за большой быстро вращающейся массы все детали двигателя должны были быть хорошо отбалансированы и четко подогнаны. Плюс сами материалы были недешевы. Это приводило к тому, что, например, двигатель Monosoupape по ценам 1916 года стоил порядка 4000$ (что в переводе на курс года 2000-го составляет примерно 65000$). Это при том, что в движке-то, вобщем-то, по нынешним понятиям :-), ничего особенного-то нет.
Ко всему прочему моторесурс всех таких двигателей был невысок (вплоть до 10-ти часов между ремонтами) и менять их приходилось часто, несмотря на высокую стоимость.
Все эти недостатки копились и в конце концов чаша оказалась переполнена. Ротативный двигатель широко использовался и совершенствовался (по мере возможности) вплоть до конца войны. Самолеты с такими движками некоторое время использовались во время гражданской войны в России и иностранной интервенции. Но в целом их популярность быстро пошла на спад.
Совершенствование науки и производства привели к тому, что на сцену уверенно вышел последователь ротативного двигателя – радиальный или звездообразный двигатель с воздушным охлаждением, который не сходит с нее и по сей день, работая, между прочим, в содружестве с рядным поршневым авиационным двигателем с жидкостным охлаждением.
Ротативный двигатель, оставив яркий след в истории авиации, занимает теперь почетное место в музеях и на исторических выставках.
На этом заканчиваю :-). В заключение как всегда кое-какое интересное видео. Первый ролик — запуск восстановленного двигателя Гном 1918 года выпуска. Далее три ролика о работе двигателя и полетах восстановленного Sopwith Camel F.1, а также Fokker Dr.I (на заднем плане :-)). Интересного вам просмотра и до встречи…
P.S. Один из моих читателей (Александр) совершенно справедливо указал мне на то, что в ролике, где вместе с Сопвичем летает современная реплика германского триплана, движок у этого триплана не ротативный. Абсолютно верно. Я, увлекшись Сопвичем, не обратил на это внимание :-). Прошу прощения у читателей и помещаю ролик (и фото), где в полете современная реплика Фоккера с настоящим ротативным движком. Самолет здесь классно показан :-)…
Фотографии кликабельны.
No related posts.
avia-simply.ru
В современной авиационной индустрии шансы авиаконструктора-одиночки получить серьезное финансирование для реализации своего проекта почти равны нулю – техника и технологии настолько устоялись, что придумать что-то действительно новое кажется невероятным.
Но немецкий изобретатель Пат Пиблс сумел не только предложить новую концепцию ЛА с «вентиляторным крылом» (FanWing), но и заручиться поддержкой своих работ от финансовых программ ЕС.
Модель ЛА Пиблса с «вентиляторным крылом»
Концепция «вентиляторного крыла» является для современной авиации примером нестандартной схемы ЛА, предусматривающей использование вращающегося ротора перед передней кромкой крыла. Ротор обеспечивает как движение ЛА, так и дополнительную подъемную силу на малых скоростях полета.
Схема работы ротора Пиблса
«Вентиляторное крыло» использует тот же принцип, что и крыльчатый движитель на морских кораблях - в первую очередь на морских буксирах или тральщиках, где требуется быстро менять направление движения. Главным «ноу хау» проекта Пиблса является запатентованный шарнир, позволяющий менять угол наклона лопастей ротора «без трения»:
Схема шарнира ротора
Пиблс пошел по пути конструкторов-одиночек, создав для проверки своей концепции серию из дистанционно управляемых летающих моделей с постепенным увеличением размеров и сложности конструкции. Летающая по ангару «табуретка», быстро меняющая направление движения, действительно впечатляет!
«Летающая табуретка» во время испытаний
В случае получения достаточного финансирования следующим шагом должно стать создание сверхлегкого двухместного летательного аппарата. Дальше должен подключиться DLR и в рамках финансируемого ЕС проекта SOAR («самолета с открытым ротором») провести исследования по оптимизации ротора и крыла для оценки возможности создания полноценного грузового ЛА. Основной смысл концепции нового летательного аппарата – обеспечение ЛА возможности короткого взлета с площадок, сравнимых с вертолетными при стоимости перевозок, сравнимой с осуществляемой на обычных самолетах.
Проект SOAR предусматривает решить проблему перевозки воздушным транспортом грузовых морских контейнеров стандарта ISO, используемых сейчас как на морском, так и на наземном транспорте, но не самолетами из-за своих габаритов и большого веса. Сейчас контейнерные грузы, отправляемые воздушным транспортом, приходится либо перегружать в навал в отсек самолета, либо использовать легкие авиационные контейнеры, несовместимые с другими типами контейнеров.
Сторонники самолета-«контейнеровоза» указывают на привлекательность концепции SOAR, предусматривающей доставку стандартных 20-футовых контейнеров ISO, в первую очередь для развивающих стран, не имеющих серьезной наземной транспортной инфраструктуры для оказания транспортных услуг типа «доставки до двери» в развитых странах, а также и для воинских перевозок. В этом плане главной привлекательной особенностью концепции «вентиляторного крыла» является возможность осуществления короткого взлета и посадки.
Объем запланированного финансирования НИР на два года относительно небольшой – 783 тыс. евро (1,05 млн долл.), но если экспертная оценка перспективности данной работы будет подтверждена немецким авиационным институтом DLR, бельгийским институтом гидродинамики фон Кармана (VKI) и Саарским университетом, то дополнительные вливания не заставят себя ждать.
Работы по проекту SOAR начались с продувки в бельгийском VKI 1,5-метровой модели с ротором диаметром 50 см с целью оптимизации конструкции крыло-ротор: подборки различных профилей лопаток ротора, выбора углов атаки, скорости вращения ротора, соотношение объемов входного и выходного потока, углов атаки передней кромки крыла. Продувки включают визуализацию воздушных потоков, особенно образующейся ротором разряженной зоны, создающей основную подъемную силу ЛА данной конфигурации.
DLR в свою очередь проводит оценку взлетно-посадочных характеристик, эксплуатационных скоростей, экономичности и стоимость жизненного цикла грузового «вентиляторного крыла», способного нести до 10 т полезной нагрузки. По оценке консультанта проекта SOAR Джорджа Сейфэнга при взлетной дистанции 100 м этот ЛА сможет развивать скорость до 270 км/ч на высоте 6000 м.
Предполагаемый вид ЛА типа SOAR
afirsov.livejournal.com
Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B.
Основные принципы самолето- и двигателестроения быстро принимали устойчивые очертания. Появлялось все больше моделей двигателей для аэропланов, а вместе с ними как новые победы, так и новые проблемы в двигателестроении. Конструкторы и инженеры стремились (как это, вобщем-то, происходит и сейчас :-) ) максимально облегчить двигатели и при этом сохранить или даже увеличить их тяговую эффективность.
На этой волне и появился ротативный двигатель для тогдашних аэропланов. Почему именно для аэропланов? Да потому что сам по себе этот тип двигателя был разработан даже значительно раньше первого полета братьев Райт.
Однако обо всем по порядку. Что из себя представляет ротативный двигатель…. На английском rotary engine (что, кстати, на мой взгляд странно, потому что этим же словом обозначается роторный двигатель (двигатель Ванкеля)). Это двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры с поршнями ( их нечетное количество) расположены радиально в виде звезды, обычно четырехтактный.
Рабочее топливо — бензин, воспламенение происходит от свечей зажигания.
По внешнему виду он очень похож на появившийся практически одновременно с ним и хорошо нам сегодня известный радиальный (звездообразный) поршневой двигатель. Но это только в неработающем состоянии. При запуске ротативный двигатель на неосведомленного о нем человека производит сильное впечатление.
Работа ротативного двигателя.
Происходит это потому, что уж очень необычно, на первый взгляд, выглядит его работа. Ведь вместе с винтом вращается и весь блок цилиндров, то есть, по сути дела весь двигатель. А вал, на котором происходит это вращение закреплен неподвижно. Однако в механическом плане ничего необычного тут нет. Просто дело привычки :-) .
Топливо-воздушная смесь из-за вращения цилиндров не может быть подведена к ним обычным порядком, поэтому попадает туда из картера, куда подводится через полый неподвижный вал от карбюратора (или устройства его заменяющего).
Впервые в истории патент на ротативный двигатель получил французский изобретатель Félix Millet в 1888 году. Тогда этот двигатель поставили на мотоцикл и показали его на всемирной парижской выставке в 1889 году.
Ротативный двигатель Félix Millet на мотоцикле.
Позже двигатели Félix Millet ставились на автомобили, один из которых принял участие в первой в мире автомобильной гонке Paris–Bordeaux–Paris в 1895 году, а с 1900 года эти двигатели ставили на автомобили французской фирмы Darracq.
В дальнейшем инженеры-изобретатели стали обращать внимание на ротативный двигатель уже с точки зрения применения его в авиации.
Первым в этом плане был бывший ньюйоркский часовщик Stephen Balzer, создавший свой ротативный двигатель в 1890 году и ставший автором (совместно с инженером Charles M. Manly) первого в истории двигателя, разработанного конкретно для аэроплана, известного под названием Manly-Balzer engine.
Практически одновременно с ним работал американский инженер Adams Farwell, строивший автомобили с ротативными двигателями с 1901 года.
Открытый картер двигателя Le Rhône 9J.
По некоторым сведениям принципы конструкции его двигателей были взяты за основу производителями знаменитых впоследствии двигателей «Гном».
Что же так привлекало инженеров в ротативном двигателе? Что в нем такого полезного для авиации?
Есть две основные особенности, которые и являются его главными положительными качествами. Первая — это самый малый (по тому времени) вес по сравнению с двигателями той же мощности. Дело в том, что частоты вращения тогдашних двигателей были невысокие и для получения необходимой мощности (в среднем тогда порядка 100 л.с. (75 кВт)) циклы воспламенения топливовоздушной смеси давали о себе знать весьма ощутимыми толчками.
Чтобы этого избежать двигатели снабжались массивными маховиками, что, естественно, влекло за собой утяжеление конструкции. Но для ротативного двигателя маховик был не нужен, потому, что вращался сам двигатель, имеющий достаточную массу для стабилизации хода.
Такие двигатели отличались плавностью и равномерностью хода. Зажигание производилось последовательно в каждом цилиндре через один по кругу.
Второй особенностью было хорошее охлаждение. Металлургическая промышленность в те времена была не настолько развита, как сейчас и качество сплавов (в плане термостойкости) было не слишком высоким. Поэтому требовалось хорошее охлаждение.
Скорости полета самолетов были не высокие, поэтому простое охлаждение набегающим потоком стационарного движка было недостаточным. А ротативный двигатель здесь находился в более выгодном положении, потому что сам вращался с достаточной для эффективного охлаждения скоростью и цилиндры хорошо обдувались воздухом. При этом они могли быть как гладкими, так и оребренными. Охлаждение было достаточно эффективным даже при работе двигателя на земле.
Теперь отвлечемся на пару полезных роликов о работе ротативного двигателя. Первый – это моделирование его работы на компьютере. Во втором показана работа “внутренностей” двигателя Le Rhône.
Расцвет ротативных двигателей пришелся на первую мировую войну. В то время авиация уже достаточно серьезно участвовала в боевых действиях и воздушные бои не были редкостью. Самолеты и двигатели для них производились всеми крупными участниками войны.
Из двигателестроительных одной из самых известных была французская фирма Société des Moteurs Gnome, в свое время занимавшаяся производством двигателей внутреннего сгорания для промышленного производства. В 1900 году она купила лицензию на производство маленького одноцилиндрового стационарного двигателя (мощность 4 л.с.) Gnom у немецой фирмы Motorenfabrik Oberursel. Это движок продавался во Франции под французским наименованием Gnome и при этом настолько успешно, что наименование это было использовано в названии фирмы.
Ротативный двигатель Gnome 7 Omega.
В дальнейшем на базе Гнома был разработан ротативный двигатель Gnome Omega, имевший немалое количество модификаций и устанавливавшийся на самые различные самолеты. Известны так же другие массово производившиеся двигатели этой фирмы. Например, Gnome 7 Lambda – семицилиндровый, мощностью 80 л.с. и его продолжение Gnome 14 Lambda-Lambda (160 л.с.), двухрядный ротативный двигатель с 14-ю цилиндрами.
Двигатель Gnome Monosoupape.
Широко известен двигатель Gnome Monosoupape (один клапан), начавший выпускаться в 1913 году и считавшийся одним из лучших двигателей в начальный период войны. Этот «лучший двигатель» :-) имел всего один клапан, использовавшийся и для выхлопа и для забора воздуха. Для поступления топлива в цилиндр из картера, в юбке цилиндра был сделан ряд специальных отверстий. Двигатель был бескарбюраторный и из-за упрощенной системы управления был легче и потреблял, к тому же меньше масла.
Подвод топлива в цилиндр Gnome Monosoupape. Crank Case - картер, Ports - подводящие отверстия.
Управления у него не было практически никакого. Был только топливный кран, подававший бензин через специальную форсунку (или распылитель) в полый неподвижный вал и далее в картер. Этим краном можно было пытаться обогащать или обеднять топливо-воздушную смесь в очень узком диапазоне, от чего было мало толку.
Пытались использовать с целью управления изменение фаз газораспределения, но быстро от этого отказались, потому что начали гореть клапана. В итоге движок постоянно работал на максимальных оборотах (как, впрочем и все ротативные двигатели :-) ) и управлялся только отключением зажигания (об этом чуть ниже :-) ).
Другой известной французской фирмой, производившей ротативный двигатели была фирма Société des Moteurs Le Rhône, начавшая свою работу с 1910 года. Одними из самых известных ее двигателей были Le Rhône 9C (мощность 80 л.с.) и Le Rhône 9J (110 л.с.). Характерной их особенностью было наличие специальных трубопроводов от картера к цилиндрам для подвода топливо-воздушной смеси (немного похоже на входные коллектора современных ДВС).
Двигатель Le Rhone 9C.
Ротативный двигатель Le Rhone 9J.
Le Rhône и Gnome первоначально соперничали, но потом объединились и с 1915 года уже работали совместно под названием Société des Moteurs Gnome et Rhône. Двигатель 9J был, вобщем-то, уже их совместным продуктом.
Интересно, что вышеупомянутая германская фирма Motorenfabrik Oberursel в 1913 году закупила лицензии на производство теперь уже французских ротативных двигателей Gnome (хотя и была родоначальницей этого брэнда, можно сказать :-) ) и чуть позже двигателей Le Rhône. Их она выпускала под своими наименованиями: Gnome, как U-серия и Le Rhône, как UR-серия ( от немецкого слова Umlaufmotor, обозначающего ротативный двигатель).
Например, двигатель Oberursel U.0 был аналогом французского Gnome 7 Lambda и устанавливался первоначально на самолет Fokker E.I., а двигатель Oberursel U.III – это копия двухрядного Gnome 14 Lambda-Lambda.
Истребитель Fokker E.I с двигателем Oberursel U.0 .
Германский двухрядный Oberursel U.III, копия Gnome 14 Lambda-Lambda.
Вообще фирма Motorenfabrik Oberursel всю войну в довольно большом количестве производила двигатели-клоны французских моделей, которые потом ставились на самолеты, являвшиеся противниками французов и их союзников в воздушных боях. Вот такие фокусы жизни :-) …
Среди других известных двигателестроительных фирм значится также французская фирма Société Clerget-Blin et Cie ( интересное для русского уха слово Blin в названии означает фамилию одного из учредителей, промышленника Эжена Блина :-) ) со своим известным движком Clerget 9B.
Двигатель Clerget 9B.
Двигатель Clerget 9B на истребителе Sopwith 1½ Strutter.
Истребитель Sopwith 1 1/2 Strutter с двигателем Clerget 9B.
Многие двигатели производились в Великобритании по лицензиям. На этих же заводах выпускали английские двигатели разработки Walter Owen Bentley (того самого Бентли) Bentley BR.1 (заменившие Clerget 9B на истребителях Sopwith Camel) и Bentley BR.2 для истребителей Sopwith 7F.1 Snipe.
На двигателях Bentley в конструкции поршней впервые были применены алюминиевые сплавы. До этого на всех движках цилиндры были чугунные.
Ротативный двигатель Bentley BR1.
Ротативный двигатель Bentley BR2.
Истребитель Sopwith 7F.1 Snipe с двигателем Bentley BR.2
Теперь вспомним о других особенностях ротативного двигателя, которые, так сказать, плюсов ему не прибавляют :-) (чаще всего как раз наоборот).
Немного об управлении. Современный (стационарный, конечно :-) ) поршневой двигатель, неважно рядный он или звездообразный, управляется относительно легко. Карбюратор (либо инжектор) формирует нужный состав топливо-воздушной смеси и с помощью дроссельной заслонки пилот может регулировать подачу ее в цилиндры и, тем самым, менять обороты двигателя. Для этого по сути дела существует ручка (или педаль, как хотите :-) ) газа.
У ротативного двигателя все не так просто :-) . Несмотря на разницу конструкций, большинство ротативных двигателей имели на цилиндрах управляемые впускные клапана, через которые и поступала топливо-воздушная смесь. Но вращение цилиндров не позволяло применять обычный карбюратор, который бы поддерживал оптимальное соотношение воздух-топливо за дроссельной заслонкой. Состав смеси, поступающей в цилиндры нужно было корректировать для достижения оптимального соотношения и устойчивой работы двигателя.
Для этого обычно существовал дополнительный воздушный клапан (“bloctube”) . Пилот устанавливал рычаг газа в нужное положение (чаще всего полностью открывая дроссель) и потом рычагом регулировки подачи воздуха добивался устойчивой работы двигателя на максимальных оборотах, производя так называемую тонкую регулировку. На таких оборотах обычно и проходил полет.
Из-за большой инерционности двигателя (масса цилиндров все же немаленькая :-) ), такая регулировка часто делалась «методом тыка», то есть определить нужную величину регулировки можно было только на практике, и эта практика была необходима для уверенного управления. Все зависело от конструкции двигателя и опыта пилота.
Весь полет проходил на максимальной частоте вращения движка и если ее по какой-либо причине надо было снизить, например для посадки, то действия по управлению должны были быть обратного направления. То есть пилоту нужно было прикрыть дроссель и потом опять регулировать подачу воздуха в двигатель.
Но такое «управление» было, как вы понимаете, достаточно громоздким и требующим времени, которое в полете не всегда есть, особенно на посадке. Поэтому гораздо чаще применялся метод отключения зажигания. Чаще всего это делалось через специальное устройство, позволяющее отключать зажигание полностью или в отдельных цилиндрах. То есть цилиндры без зажигания переставали работать и двигатель в целом терял мощность, что и нужно было пилоту.
Этот метод управления широко применялся на практике, но тянул за собой и кучу проблем. Топливо, вместе, кстати, с маслом, несмотря на отключение зажигания, продолжало поступать в двигатель и, несгорев, благополучно его покидало и затем скапливалось под капотом. Так как движок очень горячий, то опасность серьезного пожара налицо. Тогдашние «легкие этажерки» горели очень легко и быстро :-) .
Пример защитных капотов на двигателе (защита от масла двигатель Gnome 7 Lambda ) на самолете Sopwith Tabloid.
Поэтому капоты для двигателей имели внизу вырез примерно на одну треть периметра или на худой конец серьезные дренажные отводы, чтобы вся эта гадость могла быть удалена набегающим потоком. Чаще всего, конечно, она размазывалась по фюзеляжу.
Кроме того свечи в неработающих цилиндрах могли оказаться залитыми и замасленными и повторный запуск поэтому был не гарантирован.
К 1918 году французская двигателестроительная фирма Société Clerget-Blin et Cie (ротативные двигатели Clerget 9B), исходя из очевидной опасности использования способа снижения мощности путем отключения зажигания, в руководстве по эксплуатации своих двигателей рекомендовала следующий метод управления.
При необходимости снижения мощности двигателя пилот перекрывает подачу топлива закрытием дросселя (ручкой газа). При этом зажигание не отключается, и свечи продолжают «искрить» (предохраняя себя от замасливания). Винт вращается в результате эффекта авторотации, и при необходимости запуска топливный клапан просто открывается в то же положение, что и до закрытия. Двигатель запускается…
Однако, по отзывам пилотов, которые в наши дни летают на восстановленных или точных копиях самолетов того времени, все-таки самый удобный режим снижения мощности – это отключение зажигания, несмотря на всю «грязь», которую при этом извергают ротативные двигатели :-) .
Самолеты с такими движками вообще особой чистотой не отличались. Про топливо в отключенных цилиндрах я уже сказал, но ведь было еще и масло. Дело в том, что из-за вращающегося блока цилиндров, возможность откачки топлива из картера была весьма проблематична, поэтому организовать полноценную систему смазки было нельзя.
Схема топливо- и маслопитания ротативного двигателя Gnome 7 Omega.
Но без смазки никакой механизм работать не будет, поэтому она, конечно, существовала, но в о-о-очень упрощенном виде. Масло подавалось прямо в цилиндры, в топливо-воздушную смесь.На большинстве двигателей для этого существовал небольшой насос, подававший масло через полый (неподвижный, как уже известно :-) ) вал по специальным каналам.
В качестве смазывающего масла использовалось касторовое, самое лучшее по тем временам масло ( природное растительное) для этих целей. Оно, кроме того не смешивалось с топливом, что улучшало условия смазки. Да и сгорало в цилиндрах оно только частично.
Пример замасливания (темные пятна) двигателя Gnome 7 Omega полусгоревшим касторовым маслом.
А удалялось оно оттуда после выполнения своих функций вместе с отработанным газами через выпускной клапан. И расход его при этом был очень даже немаленький. Средний движок, мощностью около 100 л.с. (≈75 кВт, 5-7 цилиндров) за час работы расходовал более двух галлонов (английских) масла. То есть около 10 литров вылетало «на ветер».
Ну что тут скажешь… Бедные механики :-) . Масло, сгоревшее и не совсем, топливная смесь, оставшаяся после дросселирования движка, сажа… все это оседало на самолете, и все это нужно было отмывать. Причем масло это отмывалось очень плохо. Из-за этого на старых снимках самолеты частенько «щеголяют» грязными пятнами на крыле и фюзеляже.
Но и летчики – люди мужественные :-) . Ведь из движка выходила касторка. А это, как известно, очень хорошее слабительное (в аптеках раньше продавалась, не знаю, как сейчас). Конечно, двигатель был закрыт капотом, и снизу, как я уже говорил, был вырез для удаления всей грязи. Но ведь кабина открытая и воздушный поток – штука не всегда управляемая. Если чистая касторка попадала на лицо и потом внутрь… Последствия предугадать…. наверное было не сложно :-) …
Следующая особенность ротативных двигателей, которую я бы тоже не назвал положительной была связана с управляемостью аэропланов, на которых стояли такие движки. Немалая масса вращающегося блока представляла собой по сути дела большой гироскоп, поэтому гироскопический эффект был неизбежен :-) .
Пока самолет летел прямолинейно, его влияние не было сильно заметно, но стоило начать совершать какие-либо полетные эволюции, как сразу проявлялась гироскопическая прецессия. Из-за этого и вкупе с большим крутящим моментом массивного блока цилиндров при выбранном правом вращении винта самолет очень неохотно поворачивал влево и при этом задирал нос, но зато быстро делал правые развороты с большой тенденцией к опусканию носа.
Такой эффект с одной стороны очень мешал (особенно молодым и неопытным пилотам), а с другой был полезен при проведении воздушных боев , в так называемых «собачьих свалках» (dogfights). Это, конечно, для опытных летчиков, которые могли с толком использовать эту особенность.
Очень характерен в этом плане был известный самолет Sopwith Camel F.1 Королевских ВВС, считавшийся лучшим истребителем Первой Мировой. На нем стоял ротативный двигатель Clerget 9B ( как примечание добавлю, что в последствии также ставился и английский Bentley BR.1(150 л.с.)). Мощный (130 л.с.), но достаточно капризный двигатель, чувствительный к составу топлива и к маслу. Мог запросто отказать на взлете. Но именно благодаря ему и особенностям компоновки фюзеляжа (рассредоточению полезного оборудования) Camel был очень маневренен.
Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B .
Истребитель Sopwith Camel F.1 (реплика).
Маневренность эта, правда, доходила до крайности. В управлении истребитель был необычайно строг и вообще имел кое-какие неприятные особенности. Например, большое желание войти в штопор на малой скорости :-) . Он абсолютно не подходил для обучения молодых пилотов. По некоторой статистике за время войны в боевых действиях на этом аэроплане погибло 415 пилотов, а в летных происшествиях – 385. Цифры красноречивые…
Однако опытные пилоты, хорошо его освоившие, могли извлечь большую пользу из его особенностей и делали это. Интересно, что из-за нежелания Camel-а быстро разворачиваться влево, многие пилоты предпочитали делать это, так сказать, «через правое плечо» :-) . Поворот вправо на 270º получался значительно быстрее, чем влево на 90º .
Основным и достойным противником для Sopwith Camel F.1 был немецкий триплан Fokker Dr.I с двигателем Oberursel UR.II (полный аналог французского Le Rhône 9J). На таком воевал Барон Ма́нфред А́льбрехт фон Рихтго́фен (Manfred Albrecht Freiherr von Richthofen), знаменитый «Красный барон».
Триплан Fokker Dr.I
Германский двигатель Oberursel-UR-2. Копия Le Rhône 9J.
Истребитель-триплан Fokker Dr.I (современная реплика, правда двигатель у нее не ротативный).
Fokker DR1, современная реплика с настоящим ротативным двигателем.
Триплан Fokker Dr.I незадолго до гибели "Красного Барона".
За время войны ротативные двигатели достигли своего полного расцвета. При имеющихся запросах армии, несмотря на свои недостатки они очень хорошо подходили для решения, так сказать, триединой задачи «мощность – вес – надежность». Особенно, что касается легких истребителей. Ведь именно на них в подавляющем большинстве такие движки стояли.
Более крупные и тяжелые самолеты продолжали летать, используя традиционные рядные движки.
Однако авиация развивалась бурными темпами. Требовалась все большая мощность двигателей. Для стационарных рядных это достигалось путем увеличения максимального количества оборотов. Возможности совершенствования в этом направлении были. Улучшались системы зажигания и газораспределения, принципы образования топливовоздушной смеси. Применялись все более совершенные материалы.
Это позволило к концу Первой Мировой войны поднять максимальную величину оборотов стационарного двигателя с 1200 до 2000 об/мин.
Однако, для ротационного двигателя этот было невозможно. Организовать правильное смесеобразование было нельзя. Все приходилось делать «на глазок», поэтому расход топлива (как и масла) был, мягко говоря, немаленьким :-) (в том числе, кстати, из-за постоянной работы на больших оборотах).
Какие-либо внешние регулировочные работы на двигателе, пока он находится в запущенном состоянии само собой были невозможны.
Повысить частоту вращения тоже не получалось, потому что сопротивление воздуха быстро вращающемуся блоку цилиндров было достаточно большим. Более того, при увеличении скорости вращения, сопротивление росло еще быстрее. Ведь, как известно, скоростной напор пропорционален квадрату скорости ( ρV2/2, где ρ – плотность воздуха, V – скорость потока). То есть если скорость просто растет, то сопротивление растет в квадрате (примерно :-) ).
При попытках на некоторых моделях двигателей начала войны поднять обороты с 1200 об/мин до 1400 об/мин сопротивление поднималось на 38%. То есть получалось, что возросшая мощность двигателя больше тратилась на преодоление сопротивления, чем на создание полезной тяги воздушного винта.
Немецкой фирмой Siemens AG была сделана попытка обойти эту проблему с другой стороны. Был выполнен 11-цилиндровый двигатель так называемой биротативной схемы (наименование Siemens-Halske Sh.III ). В нем блок цилиндров вращался в одну сторону с частотой 900 об/мин., а вал (ранее неподвижный) в другую с той же частотой. Суммарная относительная частота составила 1800 об/мин. Это позволило достичь мощности в 170 л.с.
Биротативный двигатель Siemens-Halske Sh.III .
Истребитель Siemens-Schuckert D.IV .
Истребитель Siemens-Schuckert D.IV в берлинском музее.
Этот двигатель имел меньшее сопротивление воздуху при вращении и меньший крутящий момент, мешающий управлению. Устанавливался на истребителе Siemens-Schuckert D.IV , который по мнению многих специалистов стал одним из лучших маневренных истребителей времен войны. Однако производиться начал поздно и сделан был в небольшом количестве экземпляров.
Существующее положение Siemens-Halske Sh.III не поправил и не смог опять поднять ротативные двигатели на должную высоту.
Недостатков у них, как видите, хватало. Ко всему прочему могу еще добавить, что движки эти были достаточно дороги. Ведь из-за большой быстро вращающейся массы все детали двигателя должны были быть хорошо отбалансированы и четко подогнаны. Плюс сами материалы были недешевы. Это приводило к тому, что, например, двигатель Monosoupape по ценам 1916 года стоил порядка 4000$ (что в переводе на курс года 2000-го составляет примерно 65000$). Это при том, что в движке-то, вобщем-то, по нынешним понятиям :-) , ничего особенного-то нет.
Ко всему прочему моторесурс всех таких двигателей был невысок (вплоть до 10-ти часов между ремонтами) и менять их приходилось часто, несмотря на высокую стоимость.
Все эти недостатки копились и в конце концов чаша оказалась переполнена. Ротативный двигатель широко использовался и совершенствовался (по мере возможности) вплоть до конца войны. Самолеты с такими движками некоторое время использовались во время гражданской войны в России и иностранной интервенции. Но в целом их популярность быстро пошла на спад.
Совершенствование науки и производства привели к тому, что на сцену уверенно вышел последователь ротативного двигателя – радиальный или звездообразный двигатель с воздушным охлаждением, который не сходит с нее и по сей день, работая, между прочим, в содружестве с рядным поршневым авиационным двигателем с жидкостным охлаждением.
Ротативный двигатель, оставив яркий след в истории авиации, занимает теперь почетное место в музеях и на исторических выставках.
На этом заканчиваю :-) . В заключение как всегда кое-какое интересное видео. Первый ролик – запуск восстановленного двигателя Гном 1918 года выпуска. Далее три ролика о работе двигателя и полетах восстановленного Sopwith Camel F.1, а также Fokker Dr.I (на заднем плане :-) ). Интересного вам просмотра и до встречи…
P.S. Один из моих читателей (Александр) совершенно справедливо указал мне на то, что в ролике, где вместе с Сопвичем летает современная реплика германского триплана, движок у этого триплана не ротативный. Абсолютно верно. Я, увлекшись Сопвичем, не обратил на это внимание :-) . Прошу прощения у читателей и помещаю ролик (и фото), где в полете современная реплика Фоккера с настоящим ротативным движком. Самолет здесь классно показан :-) …
topwar.ru
Турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД) – это двигатель, занимающий промежуточное положение между турбовинтовым (ТВД) и турбовентиляторным реактивным двигателем (ТВРД). Уже по его названию можно сделать вывод, что в себе он сочетает преимущества использования воздушного винта и вентилятора.
Как известно, ТВД является наиболее экономичным типом моторов, использование которого позволяет значительно сократить расходы на топливо, но при этом он довольно шумный и не может развивать сверхзвуковые скорости. Тяга в ТВД образуется преимущественно за счет вращения лопастей воздушного винта, имеющего довольно большой диаметр, а реактивная ее составляющая не превышает 10-20%.
В свою очередь, ТВРД представляет собой реактивный двухконтурный двигатель, конструкция и принцип работы которого позволяют уменьшить расход топлива в сравнении с обычными турбореактивными двигателями. Самолеты с ТВРД могут развивать сверхзвуковые скорости, а экономия топлива обеспечивается наличием второго контура – кольцевого канала, опоясывающего внутренний корпус. Вентилятор в таком двигателе не создает непосредственно тягу, как воздушный винт, а является, по сути, компрессором низкого давления, нагнетающим воздух в первый и второй контур.
ТВВД оснащается одним или двумя винтовентиляторами, которые одновременно нагнетают воздух в первый контур, представляющий собой обычный турбореактивный двигатель, и создает дополнительную тягу. ТВВД – это вид двухконтурных турбореактивных двигателей с очень высокой степенью двухконтурности (в среднем 20-50, но может доходить и до 90). Под степенью двухконтурности имеется в виду отношения количества воздуха, прошедшего по второму контуру, к количеству воздуха, прошедшего через первый. Чем выше этот показатель, тем более эффективным является двигатель.
ТВВД, как и другие представители семейства газотурбинных двигателей, состоит из компрессора, камеры сгорания топлива, газовой турбины и сопла. Кроме того, этот тип мотора имеет дополнительную турбину, приводящую в движение винтовентилятор через редуктор. В этом отношении ТВВД схож с ТВД, где воздушный винт тоже соединен с приводной турбиной через редуктор, понижающий угловую скорость вращения и увеличивающую момент, правда, лопасти винтовентилятора меньше лопастей винта почти в 2 раза и он играет немного другую роль в общей работе мотора. Турбина в двигателе вращается со скоростью, достигающей 20-30 тыс. оборотов, но ни винт, ни винтовентилятор не могут эффективно работать при такой скорости, именно поэтому и используется редуктор. Вместе с тем его наличие в конструкции – это «слабое звено». Обычно в ТВВД используются планетарные редукторы, а они считаются самыми неэффективными среди всех видов шестеренчатых передач. Они чувствительны к повышенным нагрузкам, требовательны к качеству масла и к его рабочим параметрам. Вместе с тем особенности геометрии лопастей винтовентилятора позволяют повысить его КПД до 80-90% при полетах на дозвуковых скоростях, что перекрывает все конструктивные недостатки.
ТВВД установленный на самолете АН-70
Принцип работы ТВВД в общих чертах напоминает принцип работы двухконтурного турбореактивного двигателя, коим он в определенной степени и является. Поток воздуха попадает в первый контур – корпус двигателя. Там он попадает в осевой компрессор на его подвижные лопатки, которые сжимают его и вытесняют в направлении неподвижные лопаток, придающих ему осевое направление движения. Ряд неподвижных и подвижных лопаток – это ступень компрессора, и чем больше таких ступеней, тем выше степень сжатия воздуха.
После сжатия в компрессоре воздушный поток под давлением поступает в камеру сгорания, где находятся топливные форсунки и воспламенители. Сама камера сгорания может быть кольцевой или же состоять из нескольких отдельных жаровых труб. В ней воздух перемешивается с впрыснутым через форсунки топливом, образуя топливный заряд, который воспламеняется и сгорает, образуя расширенные газы.
Продукты горения в виде газов, находящихся под высоким давлением, выходят из камеры сгорания и попадают на лопасти турбины. Турбина, как и компрессор, имеет неподвижные и подвижные лопатки, только устанавливаются они наоборот: сначала газы проходят через неподвижные лопасти, выравнивая свое направление, а затем попадают на подвижные, отдавая им часть своей энергии. За счет воздействия газов на лопатки турбина вращается, приводя в движение компрессор, закрепленный с ней на одном валу. Как и компрессор, турбина состоит из нескольких ступеней, но их количество не превышает 5-ти.
В турбовинтовентиляторном двигателе кроме основной турбины есть еще одна, вращающая винтовентилятор, и эти турбины работают независимо одна от другой. Вал привода вентилятора обычно размещается внутри вала привода компрессора, при расположении винтовентилятора в передней части двигателя. Если винтовентилятор располагается в задней части ТВВД, то свободная турбина связана напрямую с винтами через корпус, что упрощает конструкцию. Турбина винтовентилятора размещена за основной турбиной и приводится в движение все теми же газами.
После прохождения турбин отработанные газы, все еще имеющие высокую скорость и температуру, выходят наружу через сопло, образуя реактивную тягу. Сопло в самом простом исполнении – это сужающаяся труба, но в некоторых случаях можно регулировать ее сечение и даже направленность выхода реактивного потока.
На сегодняшний момент в мире встречаются ТВВД 2 основных компоновок, по расположению винтовентилятора.
а — винтовентилятор впереди; б — винтовентилятор в обтекателе; в — винтовентилятор сзади
В отличие от ТВРД ТВВД не имеет второго контура, как такового, то есть у него нет внешнего корпуса. Винтовентилятор может оснащаться обтекателем, который иногда ошибочно принимается за внешний корпус второго контура, но это совсем не обязательно – он может выполняться и полностью открытым. Сам винтовентилятор – это винт с укороченными лопастями сложной геометрической формы. Их саблевидная форма позволяет не просто пропускать воздух, создавая тягу, но и частично сжимать его и направлять на компрессор, а также уменьшать волновое аэродинамическое сопротивление. Двигатель может иметь один винтовентилятор или два, вращающихся в противоположные стороны. Разное направление вращения – это еще одна причина использования планетарного редуктора.
В сравнении с турбовинтовым двигателем турбовинтовентиляторный менее шумный, при его работе уровень вибраций гораздо ниже. Если же сравнить его с турбовентиляторным реактивным двигателем, то, благодаря высокой степени двухконтурности, он сжигает меньше топлива при одинаковой мощности (экономия составляет порядка 25-30%).
Несмотря на свою высокую эффективность, ТВВД пока не нашли массового применения в авиации. На сегодняшний день одним из немногих таких двигателей, который действительно используется на самолетах, является Д-27. Это творение Запорожского машиностроительного конструкторского бюро «Прогресс» им. академика А.Г. Ивченко, которое изначально планировалось устанавливать на самолеты АН-70, АН-120, ЯК-44 и БЕ-42. Из всех перечисленных этот двигатель был установлен только на самолет АН-70, который и сейчас успешно используется в гражданской авиации. Остальные же разработки были остановлены или полностью прекращены, что особенно жаль, учитывая, что аналогов Д-27 нет во всем мире.
Из других разработок ТВВД стоит также отметить Д-236 на основе Д-36 и НК-93. К сожалению, ни первый, ни второй так и не были установлены на действующие модели самолетов, а тестировались исключительно на стендах.
двигатель Д-27 
двигатель НК-93 Как было отмечено выше, ТВВД в «чистом виде» представлены только моделью Д-27, но среди двигателей зарубежного производства есть модели, напоминающие их по своему строению и принципу работы. Среди них наиболее известным является GE36 (Ultra High Bypass Turbofan или Unducted fan UDF) – двигатель с открытым ротором. Это не ТВВД в привычном понимании, но все же общие черты у них есть. В случае с GE36 открытые лопасти винта расположены не перед компрессором, а на задней части корпуса двигателя, поэтому он не нагнетает воздух в первый контур, как вентилятор или винтовентилятор. Привод винта осуществляется за счет свободной турбины, а его лопасти имеют сложную саблевидную форму. Использование такого двигателя позволяет сэкономить до 35% топлива в сравнении с ТВРД, но при этом при работе он создает много шума. Пока GE36 не устанавливается на самолеты, но работы по его усовершенствованию все же продолжаются.
Двигатель General Electric GE36
ТВВД – это перспективное направление в разработке авиационных двигателей, дающее возможность экономии расхода топлива при полетах на дозвуковых скоростях без потерь мощности. Возможно, в будущем все же возобновятся работы по их конструированию и усовершенствованию.
На последок видео работы турбовинтовентиляторного двигателя в совокупи с машиной КБ Антонова АН- 70 и полет АН-70 с ТВВД Д-27.
zewerok.ru
