Что приводит в движение самолет с поршневыми двигателями - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

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

Что приводит в движение самолет с поршневыми двигателями

Тысяча градусов под капотом: как появились и почему вымерли газотурбинные легковушки?

Благодаря бесспорным успехам мощных газотурбинных силовых агрегатов они давным-давно вытеснили поршневые двигатели из многих смежных отраслей хозяйства и воздушного транспорта. Что же касается легковых автомобилей, то «газотурбинная эйфория», родившаяся вскоре после Второй мировой войны, через двадцать с небольшим лет тихо и навсегда скончалась, оставив истории лишь несколько единичных образцов столь необычной техники.

Это незаметное для мировой автомобильной индустрии событие выглядело тем более странным, что создание самоходных повозок с газотурбинными устройствами началось ещё в конце XVII века, и в дальнейшем, вплоть до 1950-х годов, их неспешно доделывали, превратив в особые компактные «моторы» для транспортных нужд. Примером уникальной самодвижущейся древности с такого рода «двигателем» считается тележка с паровым котлом, которую в 1672 году изобрёл фламандский миссионер и учёный Фердинанд Вербист. Его идея заключалась в направлении струи горячего пара на горизонтальное колесо с лопатками, приводившее в движение два передних колеса.​

Макет самоходной повозки Фердинанда Вербиста с древним прообразом газотурбинной установки

Так что же это за уникально простой, компактный и мощный газотурбинный двигатель (ГТД) в одновальном исполнении для легковушек? В обобщенной конструктивной схеме он снабжался радиальным компрессором, засасывавшим воздух в камеры сгорания, куда впрыскивалось недорогое жидкое топливо. При воспламенении горючей смеси раскаленные газы раскручивали как компрессор-нагнетатель воздуха, так и тяговую турбину с шестеренчатым редуктором, понижавшим число оборотов до значения, приемлемого для привода колес автомобиля.

Упрощенная схема автомобильного ГТД: 1 — компрессор, 2 — тяговая турбина, 3 — турбина компрессора

Газотурбинные автомобили компании Rover

Первый в мире газотурбинный автомобиль Rover Jet-1 удивлял всех прохожих в Лондоне. 1950 год

Опробование второго более мощного турбоавтомобиля Rover Jet-1. 1952 год (фото R. Gerelli)

Публичная демонстрация автомобиля Jet-1 сопровождалась шумной рекламной кампанией (фото R. Gerelli)

Презентация Jet-1 состоялась в марте 1950 года. Через два года начались испытания модернизированного варианта с 230-сильной турбиной Т-8. Такой ГТД отличался плавностью работы, но слишком высокая рабочая температура потребовала применения редких и дорогих материалов, а расход авиационного керосина достигал 50 литров на 100 километров.

Единственная сохранившаяся машина Rover Jet-1 образца 1950 года в лондонском Музее науки (фото автора)

В 1956 году фирма Rover вернулась к ГТД второго поколения с новой 100-сильной турбиной 2S/100 и теплообменником производства компании British Leyland. Ее смонтировали в задней части полноприводного автомобиля Т-3 с двухместным стеклопластиковым кузовом на сварной раме с алюминиевыми усилителями и дисковыми тормозами. Максимальная скорость достигала 170 км/ч, расход топлива сократился до 22 литров, но в то время компания уже не могла выделить крупных средств на продолжение этих работ.

Испытания уникального полноприводного концепт-кара Rover T-3 с задней установкой ГТД. 1956 год

Газотурбинный автомобиль-купе T-3 в экспозиции Heritage Motor Centre в Гайдоне

Несмотря на огромные расходы, в 1961-м появилась переднеприводная легковушка Т-4 с 140-сильным агрегатом 2S/140 переднего расположения и четырехместным несущим кузовом для будущей серийной модели Rover-2000. Она стала самой быстроходной дорожной машиной с ГТД (около 200 км/ч) и с места до «сотни» разгонялась за восемь секунд.

Фото 1. Последняя газотурбинная машина компании Rover с кузовом, созданным для серийной модели Rover-2000

Дополнением к серии Т-4 был удлиненный приземистый спортивный вариант Rover-BRM с задним приводом и двухместным кузовом купе, созданный совместно с фирмой BRM. До середины 1970-х он служил престижным и дорогим дорожным автомобилем и участвовал в крупных международных автогонках.

Престижный дорожный вариант спортивного автомобиля Rover-BRM с газовой турбиной. 1965 год

Газотурбинный уникум FIAT

Спортивная газотурбинная машина FIAT Turbina в Museo dell’ Automobile di Torino. 1954 год

Автомобиль FIAT Turbina с задним силовым агрегатом и автоматической трансмиссией модели 8001

Главной особенностью 300-сильного ГТД заднего расположения была особая трансмиссия модели 8001, автоматически регулировавшая рабочие режимы компрессора и тяговой турбины. При этом свежий воздух засасывался спереди и подавался к заднему компрессору по центральному тоннелю.

При желании на этой схеме можно разглядеть всю «механическую мельницу» машины FIAT Turbina

Автомобиль получил стальную трубчатую раму и независимую подвеску всех колес со стабилизаторами поперечной устойчивости. После испытаний и демонстрации на Туринском автосалоне в нём выявили множество недостатков, и дальнейшие работы пришлось прекратить.

«Огненные птицы» от корпорации General Motors

Известный дизайнер Харли Эрл во главе своего «огненного семейства» уникальных автомобилей Firebird

В декабре 1953 года с первой экспериментальной газотурбинной машиной Firebird XP-21 (Firebird I) сразу же произошел конфуз: ее приняли за поставленный на четыре больших колеса одноместный реактивный истребитель с короткими крылышками, хвостовым стабилизатором и задним соплом.

Странное авиационно-автомобильное сочетание по-американски — концепт-кар Firebird XP-21. 1953 год

Нелетающий истребитель GM Firebird XP-21 со спрятанным в корпусе ГТД и декоративным оперением

Но, присмотревшись, под стеклопластиковым кузовом можно было увидеть 380-сильный ГТД GT-302 компании Allison, весивший около 350 кг и разгонявший бутафорский самолет до 370 км/ч. Он снабжался по-автомобильному независимой подвеской и внутренними тормозными барабанами.

Необычный газотурбинный автомобиль-самолет Firebird I в экспозиции GM Heritage Center

Через три года был представлен более строгий четырехместный вариант Firebird II (XP-43) с новым ГТД GT-304 в 200 сил при рабочем режиме 25 тысяч оборотов в минуту и дисковыми тормозами. На этот раз он был похож на гоночный автомобиль с передним остроконечным обтекателем и упрятанными в него фарами, небольшими боковыми крыльями, прозрачной крышей-фонарём и хвостовым оперением. В отличие от первенца его напичкали мелкими оригинальностями: двухсекционные двери, бортовой компьютер, блок автоматического переключения световых приборов.

Второй газотурбинный вариант Firebird II, напоминавший рекордно-гоночный автомобиль. 1956 год

Харли Эрл с удовольствием позирует у своего уникального газотурбинного детища GM Firebird II

Вскоре за ним появилась третья приземистая шестиметровая «сказочная огненная птица» Firebird III (XP-73) с 225-сильным двигателем GT-305 и самолетным фонарём, ощетинившаяся всеми своими стеклопластиковыми кузовными панелями и ножевидными кромками дверей, крыльев и всевозможных хвостов. Для питания бортовых систем, кондиционера и круиз-контроля служил миниатюрный бензиновый движок в 10 сил.

Третий газотурбинный уникум Firebird III с уймой полезных и бесполезных крыльев и крылышек. 1958 год

Что приводит в движение самолет с поршневыми двигателями

Оказывается, поршневые двигатели раза в четыре боле экономичны, чем самые экономичные турбовинтовые.
При нынешней дороговизне «овса» для пассажирских магистральных самолётов, поршневые авиадвигатели оказались незаслуженно забытыми.
А на самом ли деле авиалайнеры с поршневыми двигателями могут иметь более высокую топливную эффективность по сравнению с пассажирскими авиаланерами аналогичной перевозочной ёмкости, но имеющими ТВД?
Ведь поршневые двигатели, кроме высокой топливной экономичности (в разы) горздо тяжелее (в разы) турбореактивных двигателей. Самолёты с ПД имеют меньшую скорость, чем самолёты с ТВД.
Интересно, есть ли сравнительные расчёты топливной эффективности пассажирских самолетов с ПД и ТВД?

Для иллюстрации — самолет Ил-18 с поршневыми двигателями:

Ильюшин Ил-18 (ПЕРВЫЙ)
http://www.airwar.ru/enc/aline .
Весной победного 1945 г., во время постройки первого опытного самолета Ил-12, С. В. Ильюшин приступил к проектированию многоместного дальнего пассажирского самолета Ил-18, на который предполагалосьустановить четыре мощных авиационных дизеля АЧ-72 А. Д. Чаромского.
Новый самолет должен был обеспечить перевозку 60. 65 пассажиров на расстояние до 5000 км с крейсерской скоростью 450 км/ч на высоте 7500 м и эксплуатироваться совместно с парком самолетов Ли-2 и Ил-12, параметры и летно-технические характеристики которых наиболее полно соответствовали условиям эксплуатации на авиалиниях малой и средней протяженности. Предполагалось, что относительно небольшое число самолетов Ил-18 будет совершать беспосадочные полеты по наиболее протяженным внутренним и зарубежным воздушным линиям, например, по таким авиамагистралям как Москва — Закавказье, Москва — среднеазиатские республики, Москва — промышленные районы Урала — Дальний Восток. По этим маршрутам в то время велось основное движение авиапассажиров, почты и грузов дальнего следования. Такой комплексный подход к формированию перспективного парка пассажирских самолетов ГВФ осуществлялся в Советском Союзе впервые.
По своему внешнему виду и многим конструктивным решениям новая машина напоминала первый вариант проекта высотного четырехдвигательного самолета Ил-12, но имела по сравнению с ним значительно большие геометрические размеры и массу.
Модификация Ил-18
Размах крыла, м 41.10
Длина самолета, м 29.86
Высота самолета, м 9.40
Площадь крыла, м2 140.0
Масса, кг
пустого самолета 28490
нормальная взлетная 42500
максимальная взлетная 47500
Тип двигателя 4 ПД АШ-73ТК
Мощность, л.с. 4 х 2400
Максимальная скорость, км/ч 565
Крейсерская скорость, км/ч 450
Практическая дальность, км 4000
Практический потолок, м 9000
Экипаж, чел 5-6
Полезная нагрузка: до 66 пассажиров или 28 спальных мест или 90 десантников и до 7600 кг груза

А ещё учтите, что стоимость поршневого двигателя в десятки раз меньше стоимости ТРД. Правда ресурс у ПД меньше раза в четыре чем у ТРД.

ТРД — ПД:
Ведь поршневые двигатели, кроме высокой топливной экономичности (в разы) горздо тяжелее (в разы) турбореактивных двигателей.

Современные методы проектирования и композитные материалы позволят в бОльшей мере компенсировать этот недостаток.

Читать еще:  Вибрации двигателя на холостом ходу приора 16 клапанов

Да.
Но как быть с актуальной ныне топливной эффективностью поршневых двигателей, далеко недостижимой турбреактивными двигателями даже теоретически?
Если возникнет экономическая дилемма — лёгкий, современный, дорогой, но неэкономичный по топливу турбореактивный двигатель или тяжеловатый, дешёвый, но очень экономичный по топливу поршневой двигатель, способный по скорости, расстоянию перевезти аналогичное количество пассажиров с затратами топлива раза в четыре ниже, чем ТРД, какой экономисты выберут двигатель?

Ил-18 (Первый)
http://www.airwar.ru/enc/aline .
Новый самолет должен был обеспечить перевозку 60. 65 пассажиров на расстояние до 5000 км с крейсерской скоростью 450 км/ч на высоте 7500 м
Взлетно-посадочная механизация крыла, состоявшая из щелевых закрылков Фаулера, и параметры колес шасси позволяли эксплуатировать самолет с бетонированных и грунтовых полос длиной менее 1000 м.

Я удивлен — нынче что, регресс?
Современным, подобным авиалайнерам требуется раза в два более длинная полоса. Это тоже положительный экономический фактор в плане более низких требований к аэродромной инфраструктуре.

Странно: дискуссия началась со сравнения ПД-ТВД, а продолжается сравнением ПД-ТРД.
Как-то подменили тему.

Вспомните В36 с 6 ПД.
Или Bristol Brabazon c 8-ю.

Кстати, а о реальной надежности мощных ПД с великим множеством цилиндров не вспомнить ли?
Если я правильно помню, до 28 цилиндров, т.е. 112 на 4-моторный самолет на 100 мест вместо 2-х камер сгорания самлета с ГТД.

А о реально доступных потолках не вспомнить ли?

Или есть желание побултыхаться на 7000 (в лучшем случае) м?

Лучше уж сразу по-простому, на ядре. Как Мюнхгаузен.

Странно: дискуссия началась со сравнения ПД-ТВД, а продолжается сравнением ПД-ТРД.
Как-то подменили тему.

Тема подменена в самом первом посте. Имя «ТРД — ПД: «, а дальше всё ТВД.

Я думаю, что ПД вполне может быть эффективен на некоторых типах самолётов. Ессно надо делать всё с использованием современных материалов и нанотехнологий.

Про Ил-18 слышал хорошие отзывы(надёжность, топливная эффективность). Почему его не реанимируют?

Yan: Бред, ПД никогда не заменит ТРД. Думаю, что уже через 10-15 лет все 5местные бизнесджет будут поголовно строить с ТРДД. У него масса преимущест. Даже французский Кри-Кри уже летает с ТРД, а что же говорить о самолетах большей размерности.

Подробнее плиз. Как насчёт топливной эффективности? Для БПЛА?

Дембель с Флэнкера 2.5:

Вы так до дирижаблей договоритесь )))

А откуда паромщику знать азы авиационной науки?
Director, ты ведь из инженерно-сапёрных войск?

Самый быстрый самолет с поршневым двигателем.
———
После войны различные модификации Р-51 появлялись как гражданские гоночные самолеты. Один, оснащенный двигателем Роллс-Ройс Грифон мощностью 3800 л.с., установил мировой рекорд скорости для самолетов с поршневым двигателем — 803, 139 км в час.
1983. На модифицированном самолете Норт Американ Р-51D «Мустанг» (США) Ф.Тейлор достиг скорости 832, 12 км/ч — мировой рекорд для самолета с поршневыми двигателями.
21 августа 1989 г. Лайл Шелтон на самолете Рэр Биэр — модифицированный вариант модели Грумман F8F Биэркэт — установил рекорд скорости для этого класса летательных аппаратов, утвержденный Международной авиационной федерацией (ФАИ). Он пролетел дистанцию 3 км в районе Лас-Вегаса, шт. Невада, США, со скоростью 850, 24 км/ч.

Самый быстрый турбовинтовой самолет.

Созданный в Советском Союзе самолет Ту-95/142, оснащенный четырьмя моторами мощностью 11 033 кВт (14 795 л. с.) с двумя соосными 4-лопастными винтами каждый, развивает максимальную скорость, соответствующую 0, 82 М-числа, или 925 км/ч.

http://www.cofe.ru/avia/L/phot .
P2V-1, прозванный «Морская черепаха» («The Turtle»), установил в 1946г. мировой рекорд по дальности полета среди самолетов с поршневыми двигателями.

Ил-18
————
При проектировании пассажирского самолета, в связи с большими расходами топлива реактивным двигателем, наряду с решением главных проблем — обеспечением безопасности полета и максимального уровня комфорта для пассажиров — было необходимо определить его экономические характеристики.
Чтобы реализовать наиболее благоприятные в экономическом отношении условия эксплуатации, рассчитали, что пассажирский самолет должен перевозить 50. 85 пассажиров с багажом на расстояние до 3000 км, а крейсерскую высоту полета 8 000. 11 000 м определили из условия минимального крейсерского расхода топлива.
В ОКБ продолжалась работа над оптимизацией облика высокоэкономичного самолета, так как опыт проектирования Ил-16 показал, что несмотря на резкий рост производительности скоростного реактивного пассажирского самолета, характеризуемой произведением крейсерской скорости полета на коммерческую нагрузку, его экономические характеристики ещё далеки от наилучших.
Увеличение объема послевоенных пассажирских перевозок было возможно только при внедрении в эксплуатацию высокоэкономичных пассажирских самолетов, которые позволили бы резко снизить цены на авиабилеты и тем самым сделать воздушный транспорт доступным для всего населения.
Основываясь на результатах проведенных исследований, С.В. Ильюшин выступил с инициативой создания высокоэкономичного пассажирского самолета Ил-18, низкие эксплуатационные расходы которого позволяли бы снизить стоимость билета на самолет до уровня стоимости купейного железнодорожного билета.

Ну, если пожалуйста, то
Не кипятитесь, Director, пожалуйста 🙂
Пройдет само-собой.
Не надо так осаждать других.

А топливную эффективность пассажирского самолёта с поршневыми двигателями нужно сравнить с уже достигнутой таковой у самолётов с ТВД. Сопоставляя их, можно говорить о лучших/худших характеристиках ТВД/ПД:

Set:
Так и с самолетом Ан-24/26-100 — ты на нем летал чисто по-паксовски?
Не летал.
А я летал. Вполне комфортный и просторный самолет. Да, ТВД издает более высокий уровень шума, но не настолько, что бы нельзя разговаривать с рядом сидящим особо не напрягаясь. Но тут уж никуда не денешься — практически весь мировой парк внутрирегиональных воздушных судов представляют собой самолёты с двумя ТВД в качестве силовой установки: что наш Ан-24/26-100, что французский АЕR-42, что канадский Bombardier Q300, что российско-украинский Ан-140 — ничем они особым в качестве комфорта для пассажиров особо не различаются — примерно одинаковый уровень.
А в костромском Ан-26-100 салон абсолютно новый.
Ан-24РВ:
http://cdn-www.airliners.net/a .
ATR-42:
http://gallery.aviacia.ru/main .
Ан-140:
http://chupikin.narod.ru/PVD/M .
Bombardier Q300:
http://img0.liveinternet.ru/im .
Пассажирский пилотаж на ATR-42:
http://www.livejournal.ru/gadg .
Стоимость одного АТР-42 составила около 4 млн долларов, это в два раза дешевле российских аналогов. Но и это не главный козырь АТР-42. При таком же числе пассажиров, как и у АН-24 (около 60 кресел), француз имеет крейсерскую скорость 450 километров в час и расходует около 480 килограммов керосина на 1 час полета, что примерно на треть меньше российских аналогов. Диапазон полетов «француза» — около 1000 километров.
При замене Ан-24 на, например, Bombardier Dash-8 Q300 можно добиться повшения топливной эффективности почти в 2 раза, и скромного такого уменьшения стоимости билетов за этот счёт тоже эток в два раза. т.е.. до тысяч 3-х, а в случае с лоукостом и интернет-приобретением билетов — и того меньше — тысяч до 2, 5.
Ан-140 против Ан-24
Новому самолету предстоит еще довольно долго конкурировать с рассеянными в изобилии по территории стран бывшего СССР самолетами Ан-24, поэтому задача радикального повышения потребительских характеристик Ан-140 рассматривалась разработчиками как одна из приоритетных.
У Ан-140 крейсерская скорость выше почти на 100 км/ч и достигает 520-540 км/ч, а часовой расход топлива у нового самолета 600-610 кг/ч, приведенный расход топлива на типовом маршруте дальностью 800 км у нового самолета почти на 40% ниже, чем у Ан-24.
Удельный расход топлива также ниже: 23 г/пасс.км против 39 г/пасс.км.
Дальность полета с 52 пассажирами у Ан-140 — 2400 км против 1200 — у Ан-24. Потребная длина ВПП для Ан-140 — 1400 м против 1800-1850 для Ан-24.
Ил-114 со взлетным весом 23.5т и с PL=6т — 670 кг/час;
Ан-24 со взлетным весом 21.8т и с PL=5т — 890 кг/час;
Ан-140-100 со взлетным весом 21.5т и с PL=6т — 600 кг/час;
ATR-42-320 средневзвешенный расход 580 кг/час
Шведский Saab-340 или канадский Bombardier Dash-8 Q300 в час потребляют около 400 кг/час топлива
Bombardier Dash-8 Q300 http://ru.wikipedia.org/wiki/D .
Ну вот почему Ан-24 тратит на 54 пассажира минимум 900 кг (часто и тонну) топлива на 430 км, а Saab-340 при меньших размерах — на 37 пассажиров 880 кг на 926 км?
Причем во втором случае это — расход на полет (реальный, т.е. учитывая повышенный расход на взлете), а в первом — расход на час крейсерского полета. Разница в 1.5 раза, а если учесть указанный фактор — то и в 1.7-1.8 наберется как минимум. Получается, что при сравнимом размере совковые самолеты вдвое прожорливей, ну или в 1.8-1.9 раза — как минимум.

Да, друзья, при анализе-сопоставлении авиационных ПД и ТВД, следует учесть, что научно-исследовательские работы по поршневым авиационным двигателям были прекращены примерно в 1951 г. в связи с переходом на газотурбинную тематику, поэтому технико-экономические показатели поршневых двигателей следует закладывать в сравнительный анализ максимально достигнутые эксперементально и на практике. Ведь, думаю. будь продолжены эти работы, может быть были бы достигнут в настоящее время ещё более высокие показатели.

Журнал Двигатель №6 (24) ноябрь-декабрь 2002
Ю.Бехли «Основные вехи развития отечественных авиационных поршневых двигателей»
Для повышения экономичности на форсированных режимах, связанных с работой на переобогащенных смесях, исследовались возможности использования тепловой, кинетической и химической энергии выхлопных газов.
Было экспериментально показано, что в схеме турбопоршневого двигателя легкого топлива использование всех видов энергии выхлопных газов позволяет иметь эффективный к.п.д. на расчетной высоте 10000 м, равный 44…49 %, а для двигателя тяжелого топлива — до 53 %. Результаты данных исследований были широко использованы при создании турбопоршневого двигателя ВД-4К.

Читать еще:  В чем разница между двигателями змз и умз

Не сравнивайте «рекордные» самолеты с серийными. Тем более, речь идет не об одномоторных самолетах. Насчет уровня шума — ок, может Вы и правы. Может и можно что-то сделать. (Вроде «пояса Хрущева» ;-)))) )

Пока это больше относилось к тому, как ты пишешь. К тому, что ты пишешь по идее тоже можно относиться скептически. Не ко всему конечно.

Хорошая провокация!
ГТД имеют приемлемые характеристики при мощности более 1000л.с.
Новейший ТВ7-117С (мощность 2500л.с.) имеет удельный расход 180г/э.л.с.час., что сопостовимо с быстроходными дизелями и лучше бензиновых ПД.

Хорошая провокация!
ГТД имеют приемлемые характеристики при мощности более 1000л.с.
Новейший ТВ7-117С (мощность 2500л.с.) имеет удельный расход 180г/э.л.с.час., что сопостовимо с быстроходными дизелями и лучше бензиновых ПД.

Было бы интереснее сравнение с японскими ПД, которые ставят на гоночные мотоциклы. Думаю можно считать серийно.

Сравнение с существующими старыми двигателями не очень интересно, потому что там нет такого уровня достижений, как в японских ПД.

«Рождение палубной авиации»: как разрабатывались самолеты вертикального взлета и посадки

Самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) Як-141 стал результатом многолетних и напряженных работ ОКБ им. А.С. Яковлева. В начале осени 1991 года два летных образца прибыли в Североморск для испытаний на борту тяжелого авианесущего крейсера «Адмирал флота Советского Союза Горшков». 26 сентября 30 лет назад летчик Андрей Синицын совершил первую посадку опытной машины на палубу крейсера. Спустя еще три дня был осуществлен первый взлет с палубы корабля. Цель испытаний заключалась в определении совместимости систем самолета с крейсером — результат был положительный.

Во всем диапазоне высот Як-141 при полете на максимальном форсажном режиме превышал скорость звука, а по своим характеристикам, оборудованию, вооружению опытный истребитель соответствовал уровню машин четвертого поколения, чем превосходил зарубежных конкурентов. Предполагалось, что за несколько лет удастся доработать опытный самолет и до уровня пятого поколения, после чего запустить в серию, но реальность пошла другим путем…

Рождение идеи самолета вертикального взлета и посадки

По воспоминаниям Александра Яковлева, во время поездки во Францию в 1963 году, в Ле-Бурже, его поразил опытный британский СВВП Harrier. По возвращении он подробно рассказал об этом секретарю ЦК КПСС Дмитрию Устинову, который курировал тогда оборонную промышленность. «Вскоре Дмитрий Федорович собрал широкое совещание с участием конструкторов, ученых и работников ВВС для обсуждения организации и у нас работ по созданию самолета вертикального взлета и посадки, — вспоминал авиаконструктор. — Однако отношение подавляющего большинства участников к этому было негативное».

К этому времени в ОКБ Яковлева уже велась работа над СВВП в инициативном порядке, а разработка легкого и компактного турбореактивного двигателя Р-19-300 дала ей новый импульс. В перспективной программе работ, подготовленной Государственным комитетом по авиационной технике в 1963 году, появилась строка о планах по производству машины, названной Як-36, и постройке ее в Иркутске начиная с 1967 года.

Самолет в том году показали высшему политическому и военному руководству страны, включая Леонида Брежнева (до смещения Никиты Хрущева и прихода к власти курировал вопросы военно-промышленного комплекса), им заинтересовались представители Военно-морского флота (ВМФ). Массовый же зритель увидел реактивную новинку в июле на авиационном параде в Домодедово. Под крылом самолета любители авиатехники могли наблюдать подвешенные блоки ракет, но они были лишь макетами — демонстрировался опытный самолет с небольшой грузоподъемностью.

27 декабря 1967 года вышло постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР о создании легкого штурмовика вертикального взлета и посадки Як-36М. Этим же постановлением предусматривалась разработка истребителя (впоследствии Як-141). Через два года, в январе 1969-го, главком ВВС Константин Вершинин утвердил тактико-технические требования к штурмовику, на который установили два подъемно-маршевых двигателя Р-27В-300 и один подъемный двигатель РД-36-35; поворотные сопла обеспечивали управление вектором тяги. Самолет предназначался «для авиационной поддержки боевых действий сухопутных войск в тактической и ближайшей оперативной глубине расположения противника (до 150 км от линии фронта), а также при базировании самолета на кораблях…»

Несмотря на ряд благоприятных для самолета решений, руководство ВВС весьма скептически оценивало перспективы Як-36М на боевой службе штурмовых полков. На мой взгляд, это несколько странно, ведь многие сверхзвуковые машины нуждались в длинных бетонированных аэродромах, а взлетно-посадочные полосы и рулежные дорожки — наиболее уязвимые части боевой авиации. Появление СВВП могло решить эту проблему.

Тем временем еще в 1956 году главнокомандующим ВМФ стал адмирал флота Советского Союза Сергей Горшков, который предложил руководству страны новые положения морской стратегии, ориентированные на перспективы развития мощного океанского флота, включая атомные ракетоносцы и авианесущие корабли. Одной из главных задач стали поиск подводных лодок-​ракетоносцев вероятного противника и слежка за ними, что позволяло при необходимости мгновенно их уничтожить. Для этой цели первоначально хотели применять вертолеты корабельного базирования, но затем командование пришло к выводу о необходимости иметь на борту и авиационную группу. Главком лично побывал в ОКБ Яковлева (его туда направил Дмитрий Устинов), и военные моряки вновь с большим интересом отнеслись уже к Як-36М.

Без аварий на опытных машинах

Для проверки возможности использования СВВП на тяжелых крейсерах типа «Киев» специалисты Черноморского судостроительного завода сначала построили на аэродроме Летно-исследовательского института им. М.М. Громова отсек корабля с участком полетной палубы для проведения экспериментов. Первая же опытная посадка Як-36М на палубу крейсера «Москва» состоялась 18 ноября 1972 года, пилотировал самолет летчик-испытатель Михаил Дексбах. Через три дня командующий ВВС ВМФ маршал авиации Иван Борзов дал указание командиру крейсера записать в вахтенный журнал: «День рождения палубной авиации».

Еще одной решенной задачей, по словам ведущего конструктора ОКБ, стало применение системы автоматического катапультирования летчика при остром дефиците времени в аварийных ситуациях на вертикальных и переходных режимах полета (хотя, особенно поначалу, отмечались случаи самопроизвольного срабатывания катапульт).

Не без труда проходило освоение СВВП летным составом в связи с новыми специфическими отличиями в технике пилотирования — «Яки» имели два типа двигателя, каждый со своими особенностями управления.

Тем не менее «за время летных испытаний Як-З6М не был потерян ни один опытный самолет, в то время как в Англии разбились три из шести опытных Harrier», писал Юрий Лунев, который долгое время был представителем заказчика при ОКБ А.С. Яковлева и ведущим инженером по СВВП, в статье «Як-38 — тернистый путь первопроходца». «Немалая заслуга в успешном проведении работы принадлежала первому заместителю генерального конструктора Кериму Бекирбаеву, заместителю главного конструктора Станиславу Мордовину, начальнику летно-испытательного комплекса Олегу Долгих, ведущим инженерам и механикам», — подчеркивает он.

Неприятности на серийных самолетах

После окончания государственных испытаний и рекомендации принять самолет на вооружение в 1974 году в крымском городе Саки сформировали специальную группу из десяти летчиков морской авиации, которая летом того же года совместно с группой инженерно-технического состава приступила к теоретическому изучению опытных Як-З6М на Саратовском авиационном заводе, его силовой установки — на предприятиях в Москве и Рыбинске, а также средств спасения.

Серийное производство СВВП началось с Як-36М под обозначением Як-38 в 1973 году в Саратове (первоначально планировалось на Иркутском заводе). За 15 лет там изготовили 231 самолет, включая 50 единиц Як-38М и 38 Як-38У. С 1976 по 1991 год «тридцать восьмые» и их модификации находились на вооружении трех корабельных штурмовых авиаполков и участвовали в дальних походах наших авианесущих крейсеров типа «Киев» Северного и Тихоокеанского флотов. Наиболее интенсивным периодом полетов стал переход крейсера из Североморска в Средиземное море и обратно — тогда, с 15 декабря 1978 по 28 марта 1979 года, было выполнено 355 вылетов.

Реактивный двигатель: современные варианты исполнения

Реактивными двигателями называют такие устройства, которые создают нужную для процесса движения силу тяги преобразованием внутренней энергии горючего в кинетическую энергию реактивных струй в рабочем теле. Рабочее тело стремительно проистекает из двигателя, и по закону сохранения импульса формируется реактивная сила, которая толкает двигатель в противолежащем направлении. Чтобы разогнать рабочее тело может применяться как расширение газов, нагретых самыми разнообразными способами до высоких температур, а также и другими физическими процессами, в частности, ускорением заряженных частиц в электростатическом поле.

Реактивные двигатели сочетают в себе собственно двигатели с движителями. Имеется в виду, что они создают тяговые усилия исключительно взаимодействием с рабочими телами, без опор, либо контактами с остальными телами. То есть обеспечивают сами себе собственное продвижение, при этом промежуточные механизмы не принимают никакого участия. Вследствие этого в основном они используются для того, чтобы приводить в движение воздушные судна, ракеты и, конечно же, космические аппараты.

Что такое тяга двигателя?

Тягой двигателей называют реактивную силу, которая проявляется газодинамическими силами, давлением и трением, приложенными к внутренним и внешним сторонам двигателя.

Читать еще:  Что будет если перелить уровень масла в двигателе

Тяги различаются на:

  • Внутренние (реактивные тяги), когда не учитывается внешнее сопротивление;
  • Эффективные, учитывающие внешнее сопротивление силовых установок.

Отправная энергия запасается на борту летательных или других аппаратов, оснащенных реактивными двигателями (химическим горючим, ядерным топливом), или может притекать снаружи (например, солнечная энергия).

Как формируется реактивная тяга?

Для формирования реактивной тяги (тяги двигателя), которая используется реактивными двигателями, потребуются:

  • Источники исходной энергии, которые превращаются в кинетическую энергию реактивных струй;
  • Рабочие тела, которые в качестве реактивных струй будут выбрасываться из реактивных двигателей;
  • Сам реактивный двигатель в качестве преобразователя энергии.

Как получить рабочее тело?

Для приобретения рабочего тела в реактивных двигателях могут использоваться:

  • Вещества, отбираемые из окружающей среды (к примеру, вода, либо воздух);
  • Вещества, находящиеся в баках аппаратов или в камерах реактивных двигателей;
  • Смешанные вещества, поступающие из окружающей среды и запасаемые на бортах аппаратов.

Современные реактивные двигатели главным образом используют химическую энергию. Рабочие тела представляют собой смесь раскаленных газов, которые являются продуктами сгорания химического горючего. Когда работает реактивный двигатель, химическая энергия от сгорающих веществ преобразуется в тепловую энергию от продуктов сгорания. В то же время тепловая энергия от горячих газов превращается в механическую энергию от поступательных движений реактивных струй и аппаратов, на которых установлены двигатели.

Принцип работы реактивного двигателя

В реактивных двигателях струи воздушных потоков, которые попадают в двигатели, встречаются с обращающимися с колоссальной скоростью турбинами компрессоров, которые засасывают воздух из окружающей среды (при помощи встроенных вентиляторов). Следовательно, происходит решение двух задач:

  • Первичное забирание воздуха;
  • Охлаждение в целом всего двигателя.

Лопатки турбин компрессоров производят сжатие воздуха приблизительно от 30 и более раз, совершают «проталкивания» его (нагнетание) в камеру сгорания (происходит генерирование рабочего тела). Вообще камеры сгорания выполняют к тому же и роли карбюраторов, производя смешивание топлива с воздухом.

Это могут быть, в частности, смеси воздуха и керосина, как в турбореактивных двигателях современных реактивных самолетах, либо смеси жидкого кислорода и спирта, такими обладают кое-какие жидкостные ракетные двигатели, либо еще какое-то твердое топливо в пороховых ракетах. Как только образовалась топливно-воздушная смесь, происходит ее воспламенение с выделением энергии в виде тепла. Таким образом, топливом в реактивных двигателях могут быть только такие вещества, которые в результате химических реакций в двигателях (при возгорании) выделяют тепло, при этом образуя множество газов.

При возгорании совершается существенное разогревание смеси и деталей вокруг с объемным расширением. Собственно говоря, реактивные двигатели пользуются для продвижения управляемыми взрывами. Камеры сгорания в реактивных двигателях – это одни из самых горячих элементов (температурный режим в них может достигать до 2700 °С), и они требуют постоянного интенсивного охлаждения.

Реактивные двигатели снабжены соплами, через которые из них вовне с огромной скоростью вытекают накаленные газы, которые являются продуктами сгорания топлива. В некоторых двигателях газы оказываются в соплах сразу же после камер сгорания. Это относится, например, к ракетным или прямоточным двигателям.

Турбореактивные двигатели функционируют несколько иначе. Так, газы, после камер сгорания, вначале проходят турбинами, которым отдают свою тепловую энергию. Это делается для того, чтобы привести в движение компрессоры, которые послужат для сжатия воздуха перед камерой сгорания. В любом случае, сопла остаются последними частями двигателей, через которые протекут газы. Собственно они и формируют непосредственно реактивную струю.

В сопла направляют холодный воздух, который нагнетается при помощи компрессоров, чтобы охлаждать внутренние детали двигателей. Реактивные сопла могут обладать различными конфигурациями и конструкциями исходя из разновидностей двигателей. Так, когда скорость проистекания должна быть выше скорости звука, тогда соплам придаются формы расширяющихся труб или же вначале суживающиеся, а далее расширяющиеся (так называемые сопла Лаваля). Только с трубами такой конфигурации газы разгоняются до сверхзвуковых скоростей, при помощи чего реактивные самолеты перешагивают «звуковые барьеры».

Исходя из того, задействуется ли в процессе работы реактивных двигателей окружающая среда, они подразделяются на основные классы воздушно-реактивных двигателей (ВРД) и ракетных двигателей (РД). Все ВРД являются тепловыми двигателями, рабочие тела которых образуются тогда, когда происходит реакция окисления горючих веществ с кислородом воздушных масс. Поступающие из атмосферы воздушные потоки составляют основу рабочих тел ВРД. Таким образом, аппараты с ВРД несут на борту источники энергии (топливо), но большая часть рабочих тел черпается из окружающей среды.

К аппаратам ВРД относятся:

  • Турбореактивные двигатели (ТРД);
  • Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД);
  • Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД);
  • Гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД).

В противоположность воздушно-реактивным двигателям все компоненты рабочих тел РД находятся на борту аппаратов, оснащенных ракетными двигателями. Отсутствие движителей, взаимодействующих с окружающей средой, а также присутствие всех составляющих рабочих тел на борту аппаратов делают ракетные двигатели пригодными для функционирования в космическом пространстве. Имеется также комбинация ракетных двигателей, представляющих собой некое совмещение двух основных разновидностей.

Кратко об истории реактивного двигателя

Считается, что реактивный двигатель изобрели Ганс фон Охайн и выдающийся немецкий инженер-конструктор Фрэнк Виттл. Первый патент на действующий газотурбинный двигатель получил именно Фрэнк Виттл в 1930 году. Тем не менее, первая рабочая модель была собрана собственно Охайном. В конце лета 1939 года в небе появилось первое реактивное воздушное судно – He-178 (Хейнкель-178), который был снаряжен двигателем HeS 3, разработанным Охайном.

Как устроен реактивный двигатель?

Устройство реактивных двигателей довольно-таки простое и в то же время чрезвычайно сложное. Оно простое по принципу действия. Так, забортный воздух (в ракетных двигателях – жидкий кислород) засасывается в турбину. После чего он там начинает смешиваться с горючим и сгорать. На краю турбины образуется так называемое «рабочее тело» (ранее упоминаемая реактивная струя), которое продвигает летательный или космический аппарат.

При всей простоте, на самом деле это целая наука, ведь в середине таких двигателей рабочий температурный режим может достигать более тысячи градусов по Цельсию. Одной из важнейших проблем в турбореактивном двигателестроении является создание неплавящихся деталей из металлов, которые сами поддаются плавлению.

Устройство реактивного двигателя

В начале, перед каждой турбиной всегда располагается вентилятор, засасывающий воздушные массы из окружающей среды в турбины. Вентиляторы обладают большой площадью, а также колоссальной численностью лопастей специальных конфигураций, материалом для которых послужил титан. Сразу за вентиляторами располагаются мощные компрессоры, которые необходимы для нагнетания воздуха под огромным давлением в камеры сгорания. После камер сгорания горящие топливовоздушные смеси направляются в саму турбину.

Турбины состоят из множества лопаток, на которые оказывают давление реактивные потоки, которые и приводят турбины во вращение. Далее турбины вращают валы, на которых «насажены» вентиляторы и компрессоры. Собственно так, система становится замкнутой и нуждается исключительно в подводе топлива и воздушных масс.

Вслед за турбинами потоки направляются в сопла. Сопла реактивных двигателей являются последними, но не самыми последними по своей значимости частями в реактивных двигателях. Они формируют непосредственные реактивные струи. В сопла направляются холодные воздушные массы, нагнетаемые вентиляторами для охлаждения «внутренностей» двигателей. Эти потоки ограничивают манжеты сопел от сверхгорячих реактивных потоков и не позволяют им расплавляться.

Отклоняемый вектор тяги

Реактивные двигатели обладают соплами самых разнообразных конфигураций. Самыми передовыми считаются подвижные сопла, размещенные на двигателях, у которых имеется отклоняемый вектор тяги. Они могут сдавливаться и расширяться, а также отклоняться на существенные углы – так регулируются и направляются непосредственно реактивные потоки. Благодаря этому воздушные судна с двигателями, имеющими отклоняемый вектор тяги, становятся чрезвычайно маневренными, потому что процессы маневрирования происходят не только вследствие действий механизмов крыльев, но также прямо самими двигателями.

Типы реактивных двигателей

Имеется несколько основных разновидностей реактивных двигателей. Так, классическим реактивным двигателем можно назвать авиадвигатель в самолете F-15. Большинство таких двигателей используются преимущественно на истребителях самых разнообразных модификаций.

Двухлопастные турбовинтовые двигатели

В этой разновидности турбовинтовых двигателей мощность турбин через понижающие редукторы направляется для вращения классических винтов. Наличие таких двигателей позволяет большим воздушным суднам осуществлять полеты с максимально приемлемыми скоростями и при этом расходовать меньшее количество авиатоплива. Нормальная крейсерская скорость у турбовинтовых воздушных суден может быть 600—800 км/ч.

Турбовентиляторные реактивные двигатели

Эта разновидность двигателей является более экономичной в семействе двигателей классических типов. Главной отличительной характеристикой в них является то, что на входе ставятся вентиляторы больших диаметров, которые подают воздушные потоки не только для турбин, но и создают довольно-таки мощные потоки вне их. Вследствие этого, можно достичь повышенной экономичности, путем усовершенствования КПД. Они используются на лайнерах и больших воздушных суднах.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели

Эта разновидность двигателей функционирует таким образом, что не нуждается в подвижных деталях. Воздушные массы нагнетаются в камеру сгорания непринужденным путем, благодаря торможению потоков об обтекатели входных отверстий. В дальнейшем совершается все то же, что и в обыкновенных реактивных двигателях, а именно воздушные потоки смешиваются с топливом и выходят как реактивные струи из сопел. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели применяются в поездах, в воздушных суднах, в «беспилотниках», в ракетах, кроме того они могут устанавливаться на велосипеды или скутеры.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector