Что приводит в движение самолет с поршневым двигателем - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что приводит в движение самолет с поршневым двигателем

Как работают турбореактивные двигатели? Какие бывают ТРД?

Турбореактивный двигатель (периодически мы будем его называть сокращенно ТРД) — сколько в этом названии величественного, сразу представляются самолеты, ракеты, космос. Безусловно тот толчок научно-технического прогресса, который произошел благодаря изобретению реактивного двигателя, сыграл очень большую роль в развитии транспорта, и не только авиационного. Также на близкой нашему порталу железной дороге за счет турбореактивной тяги работают такие локомотивы как газотурбовозы, и РЖД считает их довольно перспективными, правда в рамках «штучной» эксплуатации. Водный транспорт тоже не уступает, в мире полно всяких авторских катеров с газотурбинными установками, способными развивать бешенное ускорение, и конечно экранопланы, вроде заржавевшего «Каспийского монстра», используют реактивную тягу для движения.

В данном материале мы не будем обсуждать трехэтажные формулы, учить фамилии конструкторов и первооткрывателей. Особенностью рубрики является попытка простого объяснения работы сложных технических устройств в области транспорта. Также поговорим о видах и принципах работы турбореактивных двигателей. Но начнем мы с обратного: как же ТРД удается перемещать летательные аппараты и экранопланы, что дало толчок к развитию ТРД?

Как турбореактивные двигатели перемещают летательные аппараты и экранопланы

Представьте себе ситуацию, будто вы сидите посреди большой пустой комнаты на стуле с колесиками, но дотянуться ногами до пола не можете, и предметов вокруг, от которых можно оттолкнуться тоже нет, а вам нужно как-то переместиться в сторону выхода. Задача эта совершенно не решаема, если у вас нет при себе никаких предметов, включая одежду. Но если при вас есть хоть что-то, обладающее массой, вы можете со всей силы отбросить это в сторону, противоположную выходу. Удивительным образом стул двинется в сторону выхода, и если вдруг в кармане вы обнаружите пару гантелей или гирю, особых проблем с путешествием не будет.

Главный принцип здесь заключается в следующем: если мы бросаем какой-либо предмет в сторону, на нас действует точно такая же сила, как и на предмет, только противоположно направленная. Если мы хотим кинуть волейбольный мяч, придав ему ускорение рукой, то наша рука почувствует удар — это и есть та сила, действующая в противоположном полету мяча направлении. Поскольку мяч гораздо легче, чем человек, он вынужден отлететь на большое расстояние, при приложенной силе. Но если с той же силой удара, что приложена к мячу, долбануть по гире, которая всего в четыре раза легче человека, то сила удара уже заставит кости сломаться.

Когда человечество получило доступ к поршневым двигателям высокой на тот момент мощности, пришла идея создания летательных аппаратов, известных ныне как самолеты. На валу поршневого движка внутреннего сгорания устанавливался винт с лопастями, отбрасывающий большой объем воздуха, в противоположном полету направлении. Однако скорость полетов на ДВС с воздушным винтом была весьма ограничена, а растущей индустриализации требовались все большие скорости, и тогда вспомнили про газовую турбину.

Движение летательного аппарата с турбореактивными двигателями происходит за счет отбрасывания двигателем газовой смеси с высокой скоростью и в большом объеме, в противоположную движению самолета сторону. Все довольно просто. Воздух — это газовая смесь, и каждый газ, входящий в данную смесь, обладает массой, плотностью, объемом и температурой. Реактивная сила, создаваемая двигателем, зависит от скорости истекания газовой струи и ее массе (или объема при заданной плотности). Чем выше любой из множителей, тем выше сила отталкивания самолета в противоположном направлении.

Принцип действия турбореактивного двигателя

Академическое понятие ТРД выглядит так:
Турбореактивный двигатель — газотурбинный двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию струй газов, вытекающих из реактивного сопла.

Поясним некоторые моменты: газотурбинный двигатель — это основа любого ТРД, рассматривая далее виды турбореактивных двигателей, данный факт будет хорошо прослеживаться. Под химической энергией имеется в виду высвобождение большого количества теплоты за счет сгорания топлива в присутствии кислорода. Что же касается сопла, то струя газа не всегда имеет максимальную кинетическую энергию при выходе из него, почему — рассмотрим далее.

Основной принцип работы любого газотурбинного двигателя — тепловое расширение воздуха за счет сгорания топлива, и как следствие образование реактивной струи — быстродвижущегося потока газов.

Как это работает

Турбина — это колесо с лопатками (своего рода лопастями), направленных к потоку газов под некоторым углом. Соответственно чем быстрее движется этот поток, тем большее усилие воздействует на лопатки, заставляя их поворачивать турбинное колесо. Надо сказать, что справедливо и обратное утверждение: если турбинное колесо вращается не за счет реактивной струи, то лопатки начинают увлекать за особой воздушный поток, словно вентилятор. Кстати лопасти винта самолета, мельницы или ветрогенератора используют похожий принцип, что и турбинное колесо, только в последнем случае давление, температура и скорость потока куда выше.

Обратите внимание на иллюстрацию работы классической турбореактивной установки, или иначе говоря газотурбинной установки. Мы видим общий вал, на котором расположены кольца (колеса) с лопатками (их все можно также назвать турбинными кольцами (колесами), так как они ни чем не отличаются). С левой стороны изображена «холодная» а справа «горячая» части турбины. Давайте рассмотрим рабочий процесс данного двигателя, слева на право, с самого момента запуска:

  • Изначально окружающий воздух через воздухозаборник контактирует с компрессором низкого давления. Специальный турбостартер (в случае больших двигателей) за счет создания высокого давления воздуха, подаваемого на лопатки одного из турбинных колец, раскручивает вал турбины, приводя в движение компрессор низкого и высокого давления, а также турбинные колеса.
  • Лопатки компрессора низкого давления начинают «проталкивать» воздушный поток к лопаткам компрессора более высокого давления, которое в свою очередь перемещает воздух к следующему компрессору, и с каждым последующим переходом давление воздуха продолжает расти, а также растет и скорость потока. Проходя через лопатки последнего компрессора поток оказывается в просторной камере сгорания, в которой расположены топливные форсунки и свечи для поджига топлива, словно в автомобиле, только гораздо мощнее.
  • Как только давление и скорость потока воздуха достигнут необходимых показателей, через форсунки начинает подаваться жидкий керосин, либо любой горючий газ, а свечи зажигания дают искру. После воспламенения топлива в камере сгорания резко возрастает давление, так как весь объем газовой смеси (включая воздушную смесь), вынужден увеличиться в несколько сотен раз за счет температурного расширения. В этот момент турбостартер (или электростартер), раскручивающий вал турбины, отключается.
  • Весь горячий газ из камеры сгорания под огромным давлением и скоростью встречает на своем пути главную часть двигателя — турбинные колеса, которые вращают вал всей турбины (либо напрямую, либо через редуктор). За счет того, что турбинные колеса изначально вращаются гораздо медленнее, не соответствуя скорости только что разогретого в камере сгорания газа, поток начинает раскручивать турбину, теряя при этом часть кинетической энергии. Таким образом турбина работает самостоятельно, без участия стартера.
  • Пройдя последнее турбинное колесо поток газа вырывается наружу через специально созданное сужение, называемое соплом. За счет сужения скорость потока газа увеличивается еще немного, что создаст большую реактивную силу.

Турбореактивный двигатель

Виды турбореактивных двигателей в авиации

Турбореактивные установки используются сейчас во многих областях техники, сохраняя единый принцип действия. В основе различий в типах ТРД лежит использование кинетической энергии газа, оставшейся после прохождения турбинных колес. Ее можно использовать как напрямую — то есть как реактивную струю, а можно направить еще на ряд турбинных колес, только уже вращающих другие валы. С каждым таким колесом струя газа будет терять энергию, и последующее использование ее реактивных качеств будет уже неоправданным, но как оказалось большим самолетам лучше всего летать не за счет непосредственно реактивной струи газа из камеры сгорания, а за счет большого винта, либо за счет вентилятора огромного диаметра.

Читать еще:  Что можно сделать из эл двигателей стиральных машин

Такое раздельное использование газовой струи ввело в обиход двигателестроителей такое понятие как «двухконтурность» турбореактивных двигателей. Контур — это один путь для воздушной струи через двигатель, соответственно один контур — это всегда главная газовая турбина, а второй контур это вентилятор огромного диаметра, создающий гораздо более массивный воздушный поток. Если объем одного контура превышает объем другого, речь идет о большой или малой степени двухконтурности.

Турбовинтовой двигатель

Начнем с двигателей с самым большим показателем степени двухконтурности (это условное выражение, так как подобные двигатели не принято называть двухконтурными) — Турбовинтовых ТРД.

Во главе угла газовая турбина, есть и компрессор низкого и высокого давления, и воздухозаборник, правда не прямоточный, а также камера сгорания и турбина отбора мощности, так сказать, да, чуть не забыл про сопло. Хотя от него в данном двигателе толку никакого нет. Струя газа после камеры сгорания тратит 5% своей энергии на вращение компрессоров, и 90% на вращение турбинного колеса, установленного на валу воздушного винта, через планетарный редуктор для увеличения мощности, за счет снижения оборотов. Таким образом реактивная струя вращает массивный винт, который действительно очень большой. Самолеты на поршневых двигателях не могли о таких винтах даже мечтать.

Сейчас большая авиация уже отказалась от таких двигателей в пользу турбовентиляторных ТРД, однако на малой авиации турбовиновые машины не теряют популярность. Даже на небольшие самолеты есть возможность установки турбовинтовых моторов, так как они гораздо надежней поршневых двигателей внутреннего сгорания, однако производство ТРД всегда обходится дороже, так как там важна точность обработки материалов и их качество, ведь работать предстоит при высоких давлениях, скоростях и температурах.

Турбовентиляторный двигатель

Вот здесь можно разгуляться по степеням двухконтурности, каких соотношений только в мире не найти. В свое время инженеры заметили, что вентилятор, состоящий из большого количества лопастей (как большой компрессор ТРД), способен создавать более быстрый и стабильный поток воздуха, нежели винт, но и это не все прелести. Многие из нас, кто родом из СССР, наверняка помнят, что было, когда где-то в небе пролетал самолет. Неважно какая у него была высота, хоть все 11 км, всегда у земли был слышен грохот реактивных машин или винтов. Жизнь возле аэропортов вообще представляла из себя сущий кошмар, с трясущимися стенами. Но вот сейчас все это в прошлом. Разве что военные учения с их турбовинтовыми бомбардировщиками, напомнят о прошлых временах в авиации.

Так вот турбовентиляторный ТРД подарил нам тишину. Их гигантский размер и высокая мощность не требуют высоких оборотов, а значит не производят сильный шум.

Как можно видеть из схемы, основное отличие от турбовинтового двигателя заключается в том, что отбор реактивной мощности идет на вращение вентилятора, а не винта. Турбовентиляторный двигатель создает движущую реактивную струю на 70% за счет вентилятора, 30% выходящих из сопла газов.

Турбовентиляторный двигатель

Турбовальные и иные виды ТРД

Я думаю мне удалось продемонстрировать связь всех видов ТРД друг с другом, и огромное множество применений этого революционного изобретения рассматривать не имеет смысла. Скажем лишь, что не только самолеты используют реактивную мощность, но и вертолеты.

На вертолетах ТРД установлен таким образом, чтобы струи газа, выходящие из сопла, были направлены назад. Это помогает уменьшить расход топлива и скорость при движении вперед. А вот основной потребитель мощности, через вал и редуктор реактивной турбины, установлен перпендикулярно турбодвигателю — на крыше. В принципе через редуктор можно передать вращательное движение от вала куда угодно и как угодно. Такие ТРД называют турбовальными.

Двигатель для турбовинтовых самолетов также вариация турбовального двигателя

Что приводит в движение самолет с поршневым двигателем

Первенец с поршневыми моторами

Решая задачу, поставленную в послевоенные годы Главным управлением ГВФ, ОКБ-240 в 1945 году предложило проект четырехмоторного пассажирского самолета Ил-18 с герметичной кабиной вентиляционного типа. Создавая пассажирские лайнеры, конструкторы, как и на Ил-12, окончательно отказались от носовой кабины штурмана. Рабочие места штурмана, радиста и бортмеханика расположили за креслами пилотов. Все это упростило компоновку и сократило площадь остекления кабины экипажа, что в целом положительно сказалось и на весе планера.

Имелся вариант компоновки и без штурмана-нави-гатора, что в те годы было довольно смелым решением и отражало взгляды руководителей зарубежных авиакомпаний на пассажирский авиалайнер. Однако для Советского Союза с его скудными средствами радионавигации отказ от штурмана, тем более при использовании машины для военных целей, оказался неприемлем. Впрочем, на Ил-18 задача размещения рабочего места навигатора решалась безболезненно путем соответствующей перекомпоновки кабины экипажа.

Выбор фюзеляжа диаметром 3,5 метра позволил разместить по пять пассажирских кресел в ряд, а багаж и грузы — в подпольном пространстве. Данное решение оказалось настолько удачным, что такой же диаметр фюзеляжа впоследствии сохранился и на лайнере Ил-18 с турбовинтовыми двигателями (ТВД).

Первые наброски машины были сделаны в бригаде общих видов под руководством В.М. Германова, а компоновка Ил-18 утверждена С.В. Ильюшиным в апреле 1945 года.

Первый вариант Ил-18 с поршневыми двигателями

О самолете Ил-18 с поршневыми двигателями в архивах сохранилось очень мало сведений. В частности, в отчете завода № 240 за 1946 год сказано, что проектирование машины закончено. Причем кроме специального варианта разработали пассажирский — на 67 мест. Все проектирование заняло восемь месяцев. Что это за специальный вариант, в документах не раскрывается, но, видимо, речь шла о машине в варианте «салон», используя современную терминологию — варианте VIP. Другого объяснения я не имею.

Нормальным считался вариант первого класса с размещением 60 кресел для пассажиров (по пять в ряд, три кресла справа и два слева с проходом шириной 0,44 метра с шагом не менее 960 мм) в герметичном отсеке фюзеляжа объемом около 130 м 3 , при шести членах экипажа. В перегрузочном варианте размещалось 66 пассажиров.

Для полета на предельные расстояния в ночное время проработали компоновку на 28 спальных мест, а десантно-транспортный вариант обеспечивал перевозку до 90 солдат. Большой объем салона допускал различные варианты размещения пассажиров, для которых на борту предусмотрели все удобства, включая гардероб, до трех туалетных помещений и буфет. Салон отличался хорошо продуманным интерьером без декоративных излишеств и создавал необходимый уют пассажирам.

Уже тогда, во избежание появления трещин в районе вырезов в фюзеляже, перешли от прямоугольных иллюминаторов к круглым. Наддув кабины пилотов и пассажирского салона осуществлялся от турбокомпрессоров, установленных на двигателях. При полетах на больших высотах нагрузка от избыточного давления воспринималась цилиндрическим корпусом и двумя сферическими перегородками, передней из которых являлась носовая часть фюзеляжа.

Другой особенностью машины стало крыло, размах которого в 12 раз превышал среднюю аэродинамическую хорду (САХ). Такое удлинение несущей поверхности, свойственное самолетам, летающим на большие расстояния, снижало ее индуктивное сопротивление. При этом нагрузка на крыло в зависимости от полетного веса изменялась от 300 до 340 кг/м 2 . Для обеспечения требуемых взлетно-посадочных характеристик несущую поверхность оснастили щелевыми закрылками типа «Фаулера», улучшавшими взлетно-посадочные характеристики, что в совокупности с выбранными размерами колес шасси допускало эксплуатацию машины с грунтовых аэродромов.

Для снижения лобового сопротивления на взлетно-посадочных режимах и защиты ниш уборки основных опор шасси от грязи створки их отсеков закрывались.

Крыло и оперение имели электротермические противообледенительные устройства. Лопасти воздушных винтов омывались спирто-глицириновой смесью, а лобовые стекла кабины пилотов — антифризом.

Читать еще:  Что меняют в замене масла в двигатель акцент

Начиная с Ил-12, на всех самолетах, созданных в ОКБ-240, шасси имело носовую опору. Не стал исключением и Ил-18.

По сведениям, полученным из ОКБ, Ил-18 разрабатывался сначала с дизельными двигателями АЧ-72. Но таких дизелей в «природе» и даже в проектах не существовало. Скорее всего, речь шла об опытном двигателе АЧ-32. Однако этот мотор, как и его предшественники АЧ-30 и АЧ-31, видимо, обладал низкой надежностью и был капризен в эксплуатации, особенно на больших высотах. Единственным реальным двигателем для машины с герметичной кабиной были звездообразные моторы АШ-72ТК, развивавшие по 1900 л.с. на высоте 9000 м. Именно под них в 1945 году Владимир Михайлович Мясищев предложил копировать американский бомбардировщик В-29 фирмы «Боинг».

Решение об организации серийного производства двигателей АШ-72ТК правительство приняло в ноябре 1945 года. Однако эти планы в начале следующего года пришлось пересмотреть в пользу более перспективного и мощного мотора АШ-73ТК с приводным центробежным нагнетателем и турбокомпрессорами ТК-19. Заводские и государственные испытания АШ-73ТК запланировали на октябрь 1946 года и август 1947-го соответственно.

Первые серийные двигатели АШ-73ТК имели ресурс 25 часов, затем он возрос до 50 часов, а среднестатистический налет на один отказ не превышал 3,5 часа. Забегая вперед, отмечу, что по этой причине 25 июня 1947 года на взлете разрушился один из двигателей самолета, но все обошлось, и машина благополучно приземлилась на аэродроме.

На Ил-18 установили ALU-73 без турбокомпрессоров, с винтами АВ-16НМ-95 двойного действия, при этом диаметр пропеллеров на внутренних двигателях был 4,8 м, а на внешних — 5,055 м, что, видимо, связано с необходимостью снижения уровня шума в салоне. Отсутствие же турбокомпрессоров значительно ухудшило почти все параметры машины.

В 1946 году руководство Главного управления ГВФ утвердило требования (соответствовавшие передовым западным образцам) к перспективным летательным аппаратам, предназначенным для перевозки пассажиров и гражданских грузов. В их числе был и пассажирский лайнер с герметичной кабиной и четырьмя моторами ALU-72, предназначавшийся для транспортировки 60 пассажиров (коммерческая нагрузка 8000 кг) с крейсерской скоростью 490 км/ч (максимальная — 600 км/ч) на расстояние до 3000 км (максимальная дальность — 6000 км). Практический потолок задавался в 10 км. Предполагалось, что пассажирский Ил-18 будет использоваться на авиалиниях, связывающих Москву с городами Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока.

Первый прототип Ил-18 «Москва» с турбовинтовыми двигателями над строящейся столицей

Под эти требования и рассчитывался Ил-18, но с четырьмя двигателями АШ-73ТК номинальной мощностью по 2000 л.с. Максимальная коммерческая нагрузка согласно проекту доходила до 7600 кг. При этом его расчетные скорость 600 км/ч и нормальная дальность 3000 км соответствовали требованиям ГВФ, но максимальная дальность получалась на 1000 км ниже.

Параллельно с разработкой и постройкой машины проходила наземная отработка наиболее ответственных ее узлов и агрегатов, что в будущем стало гарантом надежности турбовинтового самолета Ил-18.

В марте 1946-го ведущим инженером по машине назначили В.Н. Бугайского, занимавшегося Ил-18 до апреля 1947-го, до его назначения главным инженером предприятия. Постройка Ил-18 проходила в довольно сложных условиях, поскольку в 1946 году значительная часть производства переводилась на опытный завод № 482, который вошел в состав ОКБ-240 после расформирования ОКБ В.М. Мясищева. Для сокращения сроков сдачи машины многие агрегаты и узлы приходилось изготавливать по эскизам.

Окончательная сборка машины осуществлялась на новой территории, примыкающей к Центральному аэродрому столицы. Несмотря на трудности, связанные с переездом ОКБ-240 на новую базу, самолет построили раньше срока и выкатили на аэродром в конце июля 1946 года. 17 августа экипаж В.К. Коккинаки (второй пилот и бортмеханик — его братья К.К. Коккинаки и П.К. Коккинаки) впервые опробовал машину в полете. До конца года выполнили 16 полетов и в декабре начали дооборудование машины по чертежам нормального стандарта.

По оценкам летчиков-испытателей, Ил-18 был самолетом довольно приятным в пилотировании, допускал полет на скорости свыше 250 км/ч по прибору с брошенной ручкой. Он мог летать на трех и даже двух двигателях, но в этих случаях вес машины не должен был превышать 42 500 и 36 000 кг соответственно.

На основании апрельского 1947 года постановления правительства Ил-18 модифицировали в десантно-транспортный с установкой двигателей АШ-73ТК, которые завод № 19 должен был поставить не позднее 1 июня. Проектом майского 1947 года приказа Министерства авиационной промышленности Ил-18 с АШ-73ТК должны были подготовить к воздушному параду, запланированному на 18 августа, при этом предусматривалось к 10 июля завершить статические испытания машины. Работа шла в ускоренном темпе, и не зря, ведь авиационный праздник состоялся на полмесяца раньше. Кроме пилотов братьев Коккинаки, в экипаж машины входили В. Семенов, А. Виноградов, П. Голубев, П. Малютин и В. Ерофеев.

По плану Министерства авиационной промышленности на 1947 год самолет Ил-18 с АШ-73ТК и экипажем из шести человек должен был летать на расстояние до 2700 км с 67 пассажирами и на 4000 км — с 28 пассажирами. При этом его максимальная скорость задавалась не ниже 425 км/ч у земли и 575 км/ч на высоте 9000 метров. Практический потолок — 10 000 м. Подниматься на высоту 5000 м он должен был за 13,7 минуты. Длина разбега задавалась не более 800 м.

В.К. Коккинаки, С.В. Ильюшин и B.H. Бугайский у самолета Ил-18 «Москва»

Заводские испытания Ил-18 завершились осенью 1947 года, при этом совершили 41 полетов. Но передача машины на государственные испытания задерживалась из-за отсутствия двигателей АШ-73ТК. В одном из документов, теперь уже бывшего Министерства авиационной промышленности, удалось обнаружить, что фюзеляж самолета так и не был полностью герметизирован, и это, в том числе и установку высотного оборудования, планировалось сделать после получения моторов АШ-73ТК.

В следующем, 1948 году Ил-18 в третий раз показали на традиционном воздушном празднике в Тушине, и тогда же машину доработали в последний раз, превратив в буксировщик сверхтяжелого грузового планера Ил-32, полетный вес которого доходил до 16 000 кг. Но после этих испытаний и последовавшего отказа от принятия на вооружение грузового планера работы по доводке Ил-18 прекратили. Аналогичная участь постигла и четырехмоторный самолет Ту-70, созданный в ОКБ-156 под руководством А.Н. Туполева на базе американского бомбардировщика В-29, хотя на этом лайнере стояли полноценные двигатели АШ-73ТК с турбокомпрессорами.

Осенью 1949 года из Министерства обороны обратились с просьбой продемонстрировать буксировку планера Ил-32 самолетом Ил-18 высшему командованию Вооруженных Сил Советского Союза на сборах на подмосковном аэродроме Чкаловская. Но как следует из ответа начальника одного из главков Министерства авиационной промышленности Шишкина, «Ил-18 не узаконен как буксировщик и не подготовлен для полетов». Видимо, на этом биография лайнера и завершилась.

История создания и принцип работы турбореактивного двигателя

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

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

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

Читать еще:  Что будет если поставить турбину на обычный двигатель

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

Поколения турбореактивных двигателей

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

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

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

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

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

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

Уважаемые читатели! Подписывайтесь на нас в Твиттере, Вконтакте, Одноклассниках или Facebook.

IT News

  • Новости науки
  • Новости игр
  • Новости IT
  • Другие новости
  • Физика
  • Погода и климат
  • Человеческое тело
  • Подводный мир
  • Все о транспорте

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Как действует винтовой самолет

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Дата Категория: Транспорт

До того как были разработаны реактивные двигатели, на всех самолетах стояли пропеллеры, то есть воздушные винты, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания наподобие автомобильных.

Все лопасти воздушного винта имеют в поперечном сечении форму, напоминающую сечение крыла самолета. При вращении пропеллера воздушный поток обтекает переднюю поверхность каждой лопасти быстрее задней. И получается, что перед воздушным винтом давление меньше, чем за ним. Так возникает сила тяги, направленная вперед. А величина этой силы тем больше, чем выше скорость вращения воздушного винта.

(На изображении сверху)Воздушный поток двигается быстрее по передней поверхности лопасти вращающегося пропеллера. Это уменьшает давление воздуха спереди и заставляет самолет двигаться вперед.

Винтовой самолет взлетает в воздух благодаря силе тяги, создаваемой при вращении лопастей воздушного винта.

Концы вращающихся лопастей пропеллера описывают в воздухе спираль. Количество воздуха, которое гонит через себя пропеллер, зависит от размера лопастей и скорости вращения. Дополнительные лопасти и более мощные двигатели могут увеличить полезную работу воздушного винта.

Почему лопасти у воздушного винта имеют закрученную форму

Если бы эти лопасти были плоскими, воздух равномерно бы распределялся по их поверхности, вызывая лишь сопротивление вращению винта. Но когда лопасти искривлены, то воздушный поток, соприкасающийся с их поверхностью, в каждой точке на поверхности лопасти приобретает свое направление. Такая форма лопасти позволяет ей более эффективно рассекать воздух и сохранять самое выгодное соотношение между силой тяги и сопротивлением воздуха.

Воздушные винты с изменяемым углом наклона. Угол, под которым лопасть установлена во втулке несущего винта, называется углом начального конуса. На некоторых самолетах это угол можно менять и таким образом делать максимально полезной работу винта при различных полетных условиях, то есть при взлете, наборе высоты или в крейсерском полете.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector