Военноморските сили на САЩ планират в бъдеще да модернизират системите за задвижване с газови турбини, инсталирани в момента на техните самолети и кораби, като заменят конвенционалните двигатели с цикъл на Брайтън с двигатели с ротационна детонация. Очаква се това да спести гориво в размер на около 400 милиона долара годишно. Серийното използване на нови технологии обаче е възможно, според експерти, не по-рано от десетилетие.
Разработването на ротационни или въртящи се ротационни двигатели в Америка се извършва от изследователската лаборатория на ВМС на САЩ. Според първоначалните оценки новите двигатели ще имат Още сила, а също и около една четвърт по-икономичен конвенционални двигатели. В същото време основните принципи на работа на електроцентралата ще останат същите - газовете от изгореното гориво ще се вливат в газовата турбина, въртейки нейните лопатки. Дори в сравнително далечно бъдеще, когато целият американски флот ще бъде захранван с електричество, според лабораторията на ВМС на САЩ газовите турбини, модифицирани до известна степен, все още ще отговарят за генерирането на енергия.
Спомнете си, че изобретяването на пулсиращ въздух реактивен двигателе в края на деветнадесети век. Автор на изобретението е шведският инженер Мартин Виберг. Новите електроцентрали станаха широко разпространени по време на Втората световна война, въпреки че бяха значително по-ниски в своите технически спецификацииавиационни двигатели, съществували по това време.
Трябва да се отбележи, че на този моментвреме американският флот има 129 кораба, които използват 430 газотурбинни двигатели. Всяка година разходите за осигуряването им с гориво са около 2 милиарда долара. В бъдеще, когато модерни двигателище бъдат заменени с нови, като обемът на разходите за горивния компонент също ще се промени.
Двигатели вътрешно горенекоито се използват в момента работят по цикъла на Брайтън. Ако дефинираме същността на тази концепция с няколко думи, тогава всичко се свежда до последователно смесване на окислителя и горивото, допълнително компресиране на получената смес, след това палеж и изгаряне с разширяване на продуктите от горенето. Това разширение се използва точно за задвижване, задвижване на буталата, завъртане на турбината, тоест извършване на механични действия, осигуряващи постоянно налягане. Процесът на изгаряне на горивната смес се движи с дозвукова скорост - този процес се нарича дафлаграция.
Що се отнася до новите двигатели, учените възнамеряват да използват експлозивно изгаряне в тях, тоест детонация, при която горенето става със свръхзвукова скорост. И въпреки че понастоящем явлението детонация все още не е напълно проучено, известно е, че при този тип горене възниква ударна вълна, която, разпространявайки се през смес от гориво и въздух, предизвиква химическа реакция, следствието от която е освобождаването на доста голямо количество топлинна енергия. Когато ударната вълна преминава през сместа, тя се нагрява, което води до детонация.
При разработването на нов двигател се планира да се използват определени разработки, получени в процеса на разработване на детонационен пулсиращ двигател. Принципът му на действие е, че предварително компресирана горивна смес се подава в горивната камера, където се запалва и детонира. Продуктите от горенето се разширяват в дюзата, изпълнявайки механични действия. След това целият цикъл се повтаря отначало. Но недостатъкът на пулсиращите двигатели е, че цикличната честота е твърде ниска. В допълнение, дизайнът на самите тези двигатели става по-сложен, тъй като броят на пулсациите се увеличава. Това се дължи на необходимостта от синхронизиране на работата на клапаните, които отговарят за подаването на горивната смес, както и директно на самите цикли на детонация. Пулсиращите двигатели също са много шумни, изискват голямо количество гориво за работа и работата е възможна само при постоянно дозирано впръскване на гориво.
Ако сравним детонационните ротационни двигатели с пулсиращи, тогава принципът на тяхната работа е малко по-различен. По-специално, новите двигатели осигуряват постоянна незатихваща детонация на горивото в горивната камера. Това явление се нарича спинова или ротационна детонация. За първи път е описан през 1956 г. от съветския учен Богдан Войцеховски. И този феномен е открит много по-рано, още през 1926 г. Пионерите са британците, които забелязват, че в някои системи има ярка светеща "глава", която се движи спираловидно, вместо детонационна вълна, която има плоска форма.
Войцеховски, използвайки фоторекордер, който самият той конструира, заснема предната част на вълната, която се движи в пръстеновидната горивна камера в горивната смес. Спиновата детонация се различава от равнинната по това, че в нея възниква единична напречна ударна вълна, след това следва нагрят газ, който не е реагирал, и вече зад този слой има зона на химическа реакция. И точно такава вълна предотвратява изгарянето на самата камера, която Марлен Топчян нарече „сплескана поничка“.
Трябва да се отбележи, че детонационни двигатели вече са били използвани в миналото. По-специално, става дума за пулсиращ въздушно-реактивен двигател, който е бил използван от германците в края на Втората световна война на крилати ракети V-1. Производството му беше доста просто, използването е доста лесно, но в същото време този двигател не беше много надежден за решаване на важни задачи.
Освен това през 2008 г. Rutang Long-EZ, експериментален самолет, оборудван с двигател с импулсна детонация, излита. Полетът продължи само десет секунди на надморска височина от тридесет метра. През това време електроцентралата е развила тяга от около 890 нютона.
Експериментален модел на двигателя, представен от американската лаборатория на ВМС на САЩ, представлява пръстеновидна конусовидна горивна камера с диаметър 14 сантиметра от страната на горивото и 16 сантиметра от страната на дюзата. Разстоянието между стените на камерата е 1 сантиметър, докато "тръбата" е с дължина 17,7 сантиметра.
Като горивна смес се използва смес от въздух и водород, която се подава под налягане от 10 атмосфери в горивната камера. Температурата на сместа е 27,9 градуса. Имайте предвид, че тази смес е призната за най-удобна за изследване на явлението спинова детонация. Но според учените ще бъде напълно възможно да се използва горивна смес в новите двигатели, състояща се не само от водород, но и от други горими компоненти и въздух.
Експериментални изследвания ротационен двигателпоказа своята по-голяма ефективност и мощност в сравнение с двигателите с вътрешно горене. Друго предимство е значителната икономия на гориво. В същото време по време на експеримента беше установено, че изгарянето на горивната смес в ротационен "пробен" двигател е неравномерно, така че е необходимо да се оптимизира конструкцията на двигателя.
Продуктите от горенето, които се разширяват в дюзата, могат да бъдат събрани в една газова струя с помощта на конус (това е така нареченият ефект на Коанда), след което тази струя се изпраща към турбината. Под въздействието на тези газове турбината ще се върти. Така част от работата на турбината може да се използва за задвижване на кораби и частично за генериране на енергия, която е необходима за корабното оборудване и различни системи.
Самите двигатели могат да бъдат произведени без движещи се части, което значително ще опрости дизайна им, което от своя страна ще намали цената на електроцентралата като цяло. Но това е само в перспектива. Преди пускането на нови двигатели в масово производство е необходимо да се решат много трудни задачи, една от които е изборът на трайни топлоустойчиви материали.
Имайте предвид, че в момента двигателите с ротационна детонация се считат за едни от най-обещаващите двигатели. Те също се разработват от учени от Тексаския университет в Арлингтън. Създадената от тях електроцентрала се нарича „двигател непрекъсната детонация". В същия университет се провеждат изследвания за избор на различни диаметри на пръстеновидни камери и различни горивни смеси, които включват водород и въздух или кислород в различни пропорции.
Русия също се развива в тази посока. И така, през 2011 г., според управляващия директор на научно-производствената асоциация "Сатурн" И. Федоров, учените от Научно-техническия център "Люлка" разработват пулсиращ въздушно-реактивен двигател. Работата се извършва паралелно с развитието обещаващ двигател, наречен "Продукт 129" за Т-50. Освен това Федоров каза още, че асоциацията провежда изследвания за създаването на модерни самолети от следващия етап, за които се предполага, че са безпилотни.
В същото време ръководителят не уточни за какъв пулсиращ двигател говори. В момента са известни три вида такива двигатели - безклапанни, вентилни и детонационни. Междувременно общоприет е фактът, че пулсиращите двигатели са най-простите и евтини за производство.
Към днешна дата няколко големи отбранителни фирми провеждат изследвания за създаването на пулсиращи високопроизводителни реактивни двигатели. Сред тези фирми са американските Pratt & Whitney и General Electric и френската SNECMA.
По този начин можем да направим някои изводи: създаването на нов обещаващ двигател има определени трудности. Основният проблем в момента се крие в теорията: какво точно се случва, когато ударно-детонационната вълна се движи в кръг, се знае само в общи линии и това значително усложнява процеса на оптимизиране на разработките. Ето защо нова технология, въпреки че има много голяма привлекателност, но в мащаба на индустриалното производство е трудно осъществим.
Въпреки това, ако изследователите успеят да се справят с теоретичните въпроси, ще може да се говори за истински пробив. В крайна сметка турбините се използват не само в транспорта, но и в енергетиката, в която повишаването на ефективността може да има още по-силен ефект.
Използвани материали:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/
Историята на авиацията се характеризира с продължаваща борба за увеличаване на скоростта на самолетите. Първият официално регистриран световен рекорд за скорост, поставен през 1906 г., е само 41,3 километра в час. До 1910 г. скоростта на най-добрите самолети се е увеличила до 110 километра в час. Изтребителят РБВЗ-16, построен в Руско-Балтийския завод още в началния период на Първата световна война, имаше максимална скорост на полета от 153 километра в час. И до началото на Втората световна война те вече не бяха отделни машини - хиляди самолети летяха със скорости над 500 километра в час.
От механиката е известно, че мощността, необходима за осигуряване на движението на самолета, е равна на произведението на силата на тягата и неговата скорост. Така мощността нараства пропорционално на куба на скоростта. Следователно, за да се удвои скоростта на полета на витлов самолет, е необходимо мощността на двигателите му да се увеличи осем пъти. Това води до увеличаване на теглото на електроцентралата и значително увеличаване на разхода на гориво. Както показват изчисленията, за да се удвои скоростта на самолета, което води до увеличаване на теглото и размера му, е необходимо да се увеличи мощността бутален двигател 15-20 пъти.
Но започвайки от скорост на полета 700-800 километра в час и приближавайки се до скоростта на звука, съпротивлението на въздуха нараства още по-рязко. В допълнение, ефективността на витлото е достатъчно висока само при скорости на полета, които не надвишават 700-800 километра в час. При по-нататъшно увеличаване на скоростта тя рязко намалява. Ето защо, въпреки всички усилия на конструкторите на самолети, дори най-добрите изтребители с бутални двигатели с капацитет 2500-3000 Конски силимаксималната скорост на хоризонтален полет не надвишава 800 километра в час.
Както можете да видите, за да овладеете голяма надморска височина и допълнително да увеличите скоростта, нов самолетен двигател, чиято тяга и мощност няма да намаляват с увеличаване на скоростта на полета, а ще се увеличават.
И такъв двигател беше създаден. Това е самолетен реактивен двигател. Той беше много по-мощен и по-лек от обемистите инсталации с витло. Използването на този двигател в крайна сметка позволи на авиацията да преодолее звуковата бариера.
Принцип на действие и класификация на реактивните двигатели
За да разберем как работи реактивният двигател, нека си припомним какво се случва, когато се стреля с което и да е огнестрелно оръжие. Всеки, който е стрелял с пушка или пистолет, знае ефекта на отката. По време на изстрела праховите газове с голяма сила се натискат равномерно във всички посоки. Вътрешните стени на цевта, дъното на куршума или снаряда и дъното на гилзата, задържани от затвора, изпитват този натиск.
Силите на натиск върху стените на цевта са взаимно балансирани. Налягането на праховите газове върху куршума (снаряда) го изхвърля от пушката (пистолета), а налягането на газовете върху дъното на гилзата е причината за отката.
Recoil се прави лесно и е източник на непрекъснато движение. Представете си например, че поставим пехотна тежка картечница на лека количка. След това, с непрекъсната стрелба от картечница, тя ще се търкаля под въздействието на удари на отката в посока, обратна на посоката на стрелба.
Този принцип е в основата на работата на реактивен двигател. Източникът на движение в реактивния двигател е реакцията или отката на газова струя.
Затворен съд съдържа сгъстен газ. Налягането на газа се разпределя равномерно върху стените на съда, който остава неподвижен. Но ако една от крайните стени на съда бъде отстранена, тогава компресираният газ, който се стреми да се разшири, ще започне бързо да изтича от дупката.
Налягането на газа върху стената, противоположна на отвора, вече няма да бъде балансирано и съдът, ако не е фиксиран, ще започне да се движи. Важно е да се отбележи, че колкото по-голямо е налягането на газа, толкова по-голяма е скоростта на изтичането му и толкова по-бързо ще се движи съдът.
За да работи реактивен двигател, е достатъчно да изгорите барут или друго горимо вещество в резервоара. Тогава свръхналягането в съда ще принуди газовете да текат непрекъснато под формата на струя от продукти на горенето в атмосферата със скорост, която е по-голяма, колкото по-високо е налягането вътре в самия резервоар и толкова по-ниско е налягането отвън. Изтичането на газове от съда става под въздействието на сила на натиск, съвпадаща с посоката на струята, излизаща през отвора. Следователно неизбежно ще се появи друга сила със същата величина и противоположна посока. Тя ще накара танка да се движи.
Тази сила се нарича сила реактивна тяга.
Всички реактивни двигатели могат да бъдат разделени на няколко основни класа. Помислете за групирането на реактивните двигатели според вида на използвания в тях окислител.
Първата група включва реактивни двигатели със собствен окислител, така наречените ракетни двигатели. Тази група от своя страна се състои от два класа: PRD - прахово-реактивни двигатели и LRE - течни реактивни двигатели.
При прахоструйните двигатели горивото съдържа едновременно гориво и необходимия за изгарянето му окислител. Най-простият PRD е добре познатата ракета за фойерверки. В такъв двигател барутът изгаря за няколко секунди или дори части от секундата. Реактивната тяга, развита в този случай, е доста значителна. Захранването с гориво е ограничено от обема на горивната камера. 
Структурно PRD е изключително проста. Може да се използва като инсталация, която не работи дълго време, но все пак създава достатъчно голяма теглителна сила.
В реактивните двигатели с течно гориво съставът на горивото съдържа някои запалима течност(обикновено керосин или алкохол) и течен кислород или някакво вещество, съдържащо кислород (като водороден прекис или азотна киселина). Кислородът или негов заместител, необходим за изгарянето на горивото, обикновено се нарича окислител. По време на работа на LRE горивото и окислителят се подават непрекъснато в горивната камера; продуктите от горенето се изхвърлят навън през дюзата.
Течните и прахообразните двигатели, за разлика от останалите, могат да работят в безвъздушно пространство.
Втората група се формира от въздушно-реактивни двигатели - WFD, използващи окислител от въздуха. Те от своя страна се делят на три класа: ПВРД (ramjet), пулсиращи реактивни двигатели (puVRD) и турбореактивни двигатели (турбореактивни двигатели).
При РДВ с директен поток (или без компресор) горивото се изгаря в горивната камера в атмосферен въздух, компресиран от собственото си скоростно налягане. Въздухът се компресира според закона на Бернули. Съгласно този закон, когато течност или газ се движат през разширяващ се канал, скоростта на струята намалява, което води до увеличаване на налягането на газа или течността.
За да направите това, ramjet има дифузьор - разширяващ се канал, през който атмосферният въздух навлиза в горивната камера.
Площта на изходния участък на дюзата обикновено е много по-голяма от площта на входящия участък на дифузора. В допълнение, налягането се разпределя по различен начин върху повърхността на дифузора и има по-големи стойности, отколкото по стените на дюзата. В резултат на действието на всички тези сили възниква реактивна тяга.
Ефективността на РДВ с директен поток при скорост на полета от 1000 километра в час е приблизително 8-9%. И с увеличаване на тази скорост с коефициент 2, ефективността в някои случаи може да достигне 30% - по-висока от тази на бутален самолетен двигател. Но трябва да се отбележи, че ramjet има значителен недостатък: такъв двигател не осигурява тяга на място и следователно не може да осигури независимо излитане на самолета.
Турбореактивният двигател (TRD) е по-сложен. По време на полет насрещният въздух преминава през предния вход на компресора и се компресира няколко пъти. Въздухът, компресиран от компресора, влиза в горивната камера, където се впръсква течно гориво (обикновено керосин); газовете, образувани при изгарянето на тази смес, се подават към лопатките на газова турбина.
Дискът на турбината е монтиран на същия вал като колелото на компресора, така че горещите газове, преминаващи през турбината, я карат да се върти заедно с компресора. От турбината газовете влизат в дюзата. Тук налягането им пада, а скоростта им се увеличава. Газовата струя, излизаща от двигателя, създава реактивна тяга.
За разлика от ramjet WFD, турбореактивният двигател е в състояние да развие тяга дори когато работи на място. Той може самостоятелно да осигури излитането на самолета. За стартиране на турбореактивния двигател се използват специални стартови устройства: електрически стартери и газотурбинни стартери.
Ефективността на турбореактивен двигател при скорости на полета до звукови е много по-висока от тази на реактивен двигател с директен поток. И само при свръхзвукови скорости от порядъка на 2000 километра в час разходът на гориво за двата типа двигатели става приблизително еднакъв.
Кратка история на развитието на реактивната авиация
Най-известният и прост реактивен двигател е праховата ракета, изобретена преди много векове в древен Китай. Естествено, праховата ракета се оказа първият реактивен двигател, който се опита да се използва като самолетна електроцентрала.
В самото начало на 30-те години на миналия век в СССР започва работа, свързана със създаването на реактивен двигател за самолети. Съветският инженер F.A. Zander още през 1920 г. изрази идеята за висока надморска височина ракетоплан. Неговият двигател OR-2, работещ на бензин и течен кислород, е бил предназначен за инсталиране на експериментален самолет.
В Германия, с участието на инженерите Valle, Senger, Opel и Stammer, започвайки от 1926 г., систематично се провеждат експерименти с прахови ракети, монтирани на кола, велосипед, мотриса и накрая на самолет. През 1928 г. са получени първите практически резултати: ракетна кола показва скорост от около 100 км / ч, а мотриса - до 300 км / ч. През юни същата година е извършен първият полет на самолет с прахово-струен двигател. На височина 30 м. Този самолет прелетя 1,5 км., Задържайки се във въздуха само една минута. Малко повече от година по-късно полетът е повторен и е достигната скорост на полета от 150 км / ч.
До края на 30-те години на ХХ в различни странипроведе изследователска, дизайнерска и експериментална работа по създаването на самолети с реактивни двигатели.
През 1939 г. полетните изпитания на директен поток реактивни двигатели(ramjet) на самолета I-15, проектиран от Н. Н. Поликарпов. В долните равнини на самолета като допълнителни двигатели са монтирани прямореактивни двигатели, проектирани от И. А. Меркулов. Първите полети бяха проведени от опитен пилот-изпитател П. Е. Логинов. На дадена височина той ускорява колата до максимална скорост и включва реактивни двигатели. Тягата на допълнителните ПВРД увеличи максималната скорост на полета. През 1939 г. е разработен надежден старт на двигателя по време на полет и стабилността на процеса на горене. По време на полет пилотът може многократно да включва и изключва двигателя и да регулира тягата му. На 25 януари 1940 г., след заводски изпитания на двигателите и проверка на безопасността им в много полети, се провежда официален тест - полет на самолет с ПВРД. Започвайки от централното летище Фрунзе в Москва, пилотът Логинов включи реактивни двигатели на малка височина и направи няколко кръга над района на летището.
Тези полети на пилота Логинов през 1939 и 1940 г. са първите полети на самолет със спомагателни ПВРД. След него пилотите-изпитатели Н. А. Сопоцко, А. В. Давидов и А. И. Жуков участваха в тестването на този двигател. През лятото на 1940 г. тези двигатели са монтирани и тествани на изтребителя I-153 Chaika, проектиран от Н. Н. Поликарпов. Те увеличиха скоростта на самолета с 40-50 км / ч.
Въпреки това, при скорости на полет, които могат да бъдат развити от самолети с витло, допълнителните некомпресирани VJE консумират много гориво. ПВРД има още един важен недостатък: такъв двигател не осигурява тяга на място и следователно не може да осигури независимо излитане на самолета. Това означава, че самолетът подобен двигателтрябва да бъде оборудван с някакъв вид спомагателна стартова електроцентрала, например витло, в противен случай няма да се издигне във въздуха.
В края на 30-те - началото на 40-те години на нашия век са разработени и тествани първите самолети с реактивни двигатели от друг тип.
В СССР е извършен и един от първите човешки полети на самолет с течно-пропеливен двигател (LPRE). През февруари 1940 г. съветският пилот В. П. Федоров изпробва във въздуха LRE на домашен дизайн. Летателните тестове бяха предшествани от много подготвителна работа. LRE, проектиран от инженера L.S. Dushkin с регулируема тяга, премина цялостни фабрични тестове на стенда. След това е инсталиран на планер, проектиран от S.P. Королев. След като двигателят премина успешно наземни тестове на планер, започнаха полетни тестове. Реактивният самолет е бил теглен от конвенционален витлов самолет на височина 2 км. На тази надморска височина пилотът Федоров откачи кабела и след като прелетя известно разстояние от теглещия самолет, включи ракетния двигател. Двигателят работеше стабилно до пълното изчерпване на горивото. В края на моторния полет пилотът успешно се плъзга и каца на летището.
Тези летателни тестове бяха важна стъпка към създаването на високоскоростен реактивен самолет.
Скоро съветският дизайнер V.F. Bolkhovitinov проектира самолет, на който ракетният двигател с течно гориво на L.S. Dushkin е използван като електроцентрала. Въпреки трудностите на военното време, още през декември 1941 г. двигателят е построен. По същото време е създаден и самолет. Проектирането и конструирането на този първи в света изтребител с течно гориво бяха завършени за рекордно време: само за 40 дни. В същото време течеше подготовка за летателни изпитания. Провеждане на първите изпитания във въздуха нова кола, който получи марката "BI", беше поверен на пилота-изпитател капитан Г.Я.Бахчиванджи.
На 15 май 1942 г. е извършен първият полет на боен самолет с ракетен двигател. Беше малък моноплан със заострен нос с прибираща се ходова част и задно колело. В предния отсек на фюзелажа са разположени две 20 мм оръдия, боеприпаси за тях и радиооборудване. Следва пилотската кабина, затворена с фенер, и резервоари за гориво. Двигателят беше разположен в опашната част. Полетните тестове бяха успешни.
През годините на Великия Отечествена войнаСъветските авиоконструктори са работили и върху други видове изтребители с ракетни двигатели. Конструкторският екип, ръководен от Н. Н. Поликарпов, създаде бойния самолет Малютка. Друг екип от дизайнери, ръководен от М. К. Тихонравов, разработи реактивен изтребител от марката "302".
Работата по създаването на бойни реактивни самолети също беше широко извършена в чужбина.
През юни 1942 г. се състоя първият полет на немския реактивен изтребител-прехващач Ме-163, проектиран от Месершмит. Само деветата версия на този самолет е пусната в масово производство през 1944 г.
За първи път този самолет с ракетен двигател е използван в бойна ситуация в средата на 1944 г. по време на нахлуването на съюзниците във Франция. Предназначен е за борба с вражески бомбардировачи и изтребители над германска територия. Самолетът беше моноплан без хоризонтална опашка, което беше възможно благодарение на голямата стреловидност на крилото.
Фюзелажът получи рационализирана форма. Външните повърхности на самолета бяха много гладки. В предния отсек на фюзелажа е поставена вятърна мелница за задвижване на генератора на електрическата система на самолета. В задната част на фюзелажа е монтиран двигател - ракетен двигател с тяга до 15 kN. Между корпуса на двигателя и кората на колата е имало огнеупорно уплътнение. Горивните резервоари бяха поставени в крилата, а с окислители - във фюзелажа. На самолета не е имало конвенционален колесник. Излитането е станало с помощта на специална стартова количка и задно колело. Веднага след излитането тази количка беше изпусната, а опашното колело беше прибрано в фюзелажа. Самолетът се управляваше с помощта на рул, монтиран, както обикновено, зад кила, и асансьори, поставени в равнината на крилото, които в същото време бяха елерони. Кацането беше извършено на стоманена ски за кацане с дължина около 1,8 метра с плъзгач с ширина 16 сантиметра. Обикновено самолетът излита с помощта на тягата на двигателя, монтиран върху него. Въпреки това, както е замислено от дизайнера, е възможно да се използват окачени ракети за изстрелване, които се изпускат след излитане, както и възможността да бъдат теглени от друг самолет до желаната височина. Когато ракетният двигател работеше в режим на пълна тяга, самолетът можеше да се издига почти вертикално. Размахът на крилата на самолета е 9,3 метра, дължината му е около 6 метра. Полетното тегло при излитане е 4,1 тона, при кацане - 2,1 тона; следователно, за цялото време на моторен полет, самолетът стана почти два пъти по-лек - изразходва около 2 тона гориво. Разстоянието при излитане беше повече от 900 метра, скоростта на изкачване беше до 150 метра в секунда. Самолетът достигна височина от 6 километра 2,5 минути след излитането. Таванът на колата беше 13,2 километра. При непрекъсната работаПолетът на LRE продължи до 8 минути. Обикновено при достигане на бойната височина двигателят не работи непрекъснато, а периодично и самолетът или планира, или се ускорява. В резултат на това общата продължителност на полета може да се увеличи до 25 минути или дори повече. Този режим на работа се характеризира със значителни ускорения: когато ракетният двигател беше включен със скорост 240 километра в час, самолетът достигна скорост от 800 километра в час след 20 секунди (през това време прелетя 5,6 километра със среден ускорение от 8 квадратни метра в секунда). В близост до земята този самолет развива максимална скорост от 825 километра в час, а в диапазона на надморска височина от 4-12 километра максималната му скорост нараства до 900 километра в час.
През същия период в редица страни се провежда интензивна работа по създаването на въздушно-реактивни двигатели (РДД) различни видовеи дизайни. В Съветския съюз, както вече беше споменато, беше тестван WFD с директен поток, инсталиран на боен самолет.
В Италия през август 1940 г. е извършен първият 10-минутен полет на реактивния моноплан Campini-Caproni SS-2. На този самолет е инсталиран така нареченият моторно-компресорен WFD (този тип WFD не е взет предвид при прегледа на реактивните двигатели, тъй като се оказа нерентабилен и не получи разпространение). Въздухът влиза през специален отвор в предната част на фюзелажа в тръба с променливо сечение, където се натиска от компресор, който получава въртене от звездообразен бутален авиационен двигател с мощност 440 конски сили, разположен отзад.
След това поток сгъстен въздухизми този бутален мотор с въздушно охлаждане и загря малко. Преди да влезе в горивната камера, въздухът се смесва с изгорели газовеот този мотор. В горивната камера, където се впръсква горивото, в резултат на изгарянето му температурата на въздуха се повишава още повече.
Газово-въздушната смес, изтичаща от дюзата в задната част на фюзелажа, създава реактивната тяга на тази електроцентрала. Площта на изходната част на струйната дюза се регулира с помощта на конус, който може да се движи по оста на дюзата. Кабината беше разположена в горната част на фюзелажа над тръбата за въздушен поток, преминаваща през целия фюзелаж. През ноември 1941 г. този самолет прелита от Милано до Рим (с междинна спирка в Пиза за зареждане с гориво) с продължителност 2,5 часа и Средната скоростПолетът беше 210 километра в час.
Както можете да видите, реактивен самолет с двигател, направен по такава схема, се оказа неуспешен: той беше лишен от основното качество на реактивния самолет - способността да достига висока скорост. Освен това разходът му на гориво беше много висок.
През май 1941 г. в Англия е извършен първият изпитателен полет на експерименталния самолет Глостър "Е-28/39" с турбореактивен двигател с центробежен компресор по конструкцията на Уитъл.
При 17 хиляди оборота в минута този двигател развива тяга от около 3800 нютона. Експерименталният самолет беше едноместен изтребител с един турбореактивен двигател, разположен във фюзелажа зад пилотската кабина. Самолетът имаше триколесни колесници, които можеха да се прибират по време на полет.
Година и половина по-късно, през октомври 1942 г., е извършено първото летателно изпитание на американския реактивен боен самолет Erkomet R-59A с два турбореактивни двигателя на Whittle. Това беше моноплан със средно разположено крило и високо монтирана опашка.
Носът на фюзелажа беше силно преместен напред. Самолетът е оборудван с триколка; полетното тегло на машината беше почти 5 тона, таванът - 12 километра. По време на летателните изпитания е постигната скорост от 800 километра в час.
Сред другите самолети с турбореактивен двигател от този период трябва да се отбележи изтребителят Gloucester Meteor, чийто първи полет се състоя през 1943 г. Този едноместен изцяло метален моноплан се оказа един от най-успешните реактивни изтребители за периода. Два турбореактивни двигателя бяха монтирани на ниско конзолно крило. Серийните бойни самолети развиват скорост от 810 километра в час. Продължителността на полета беше около 1,5 часа, таванът беше 12 километра. Самолетът имаше 4 автоматични оръдия с калибър 20 mm. Колата имаше добра маневреност и управляемост при всички скорости.
Този самолет е първият реактивен изтребител, използван в бойни въздушни операции на съюзническата авиация в борбата срещу германските снаряди V-1 през 1944 г. През ноември 1941 г. на специална рекордна версия на тази машина е поставен световен рекорд за скорост на полета - 975 километра в час.
Това е първият официално регистриран рекорд, поставен от реактивен самолет. По време на този рекорден полет турбореактивните двигатели развиват тяга от приблизително 16 килонютона всеки, а разходът на гориво съответства на дебит от приблизително 4,5 хиляди литра на час.
По време на Втората световна война в Германия са разработени и тествани няколко типа бойни самолети с турбореактивни двигатели. Посочваме двумоторния изтребител Ме-262, който развива максимална скорост от 850-900 километра в час (в зависимост от височината на полета) и четиримоторния бомбардировач Arado-234.
Fighter "Me-262" беше най-разработеният и завършен дизайн сред многобройните видове немски реактивни машинипериод на втората световна война. Бойното превозно средство е въоръжено с четири 30 мм автоматични оръдия.
В последния етап на Великата отечествена война през февруари 1945 г., три пъти Герой съветски съюзИ. Кожедуб в една от въздушните битки над територията на Германия за първи път свали вражески реактивен самолет - "Ме-262". В този въздушен двубой предимството в маневреността, а не в скоростта се оказа решаващо (максималната скорост на витловия изтребител Ла-5 на височина 5 километра беше 622 километра в час, а на реактивния изтребител Ме-262 на същата надморска височина беше около 850 километра в час).
Интересно е да се отбележи, че първият германец реактивен самолетоборудван с турбореактивен двигател с аксиален компресор, а максималната тяга на двигателя е по-малка от 10 килонютона. В същото време британските реактивни изтребители са оборудвани с турбореактивен двигател с центробежен компресор, който развива около два пъти по-голяма тяга.
Още в началния период на развитие на реактивните двигатели предишните познати форми на самолети претърпяха повече или по-малко значителни промени. Изглеждаше много необичайно, например, английският реактивен изтребител "Вампир" с двулъчева конструкция.
Още по-необичаен за окото беше експерименталният английски реактивен самолет „Летящо крило“. Този самолет без фюзелаж и без опашка е направен под формата на крило, в което се помещава екипажът, горивото и др. Органите за стабилизиране и управление също бяха монтирани на самото крило. Предимството на тази схема е минималното съпротивление. Известни трудности представлява решаването на проблема за стабилността и управляемостта на „Летящото крило“.
По време на разработването на този самолет се очакваше стреловидното крило да постигне голяма стабилност при полет, като същевременно значително намали съпротивлението. Британската авиационна компания De Haviland, която построи самолета, възнамеряваше да го използва за изследване на феномена на свиваемостта на въздуха и стабилността на полета при високи скорости. Стреловидността на крилото на този изцяло метален самолет беше 40 градуса. Електрическата установка се състоеше от един турбореактивен двигател. В краищата на крилата в специални обтекатели имаше парашути против въртене.
През май 1946 г. Flying Wing е тестван за първи път в изпитателен полет. И през септември същата година, по време на следващия тестов полет, той се разби и се разби. Пилотът, който го управлява, загина трагично.
В нашата страна по време на Великата отечествена война започва обширна изследователска работа по създаването на бойни самолети с турбореактивни двигатели. Войната постави задачата - да се създаде боен самолет с не само висока скорост, но и със значителна продължителност на полета: в крайна сметка разработените реактивни изтребители с LRE имаха много кратка продължителност на полета - само 8-15 минути. Разработени са бойни самолети с комбинирана силова установка - витлова и реактивна. Така например изтребителите La-7 и La-9 бяха оборудвани с реактивни ускорители.
Работата по един от първите съветски реактивни самолети започва през 1943-1944 г.
Това бойно превозно средство е създадено от конструкторски екип, ръководен от генерал от Инженерната авиационна служба Артем Иванович Микоян. Това беше изтребител I-250 с комбинирана силова установка, която се състоеше от бутален самолетен двигател течно охлажданетип "VK-107 A" с витло и VRD, чийто компресор се завърташе от бутален двигател. Въздухът влезе във въздухозаборника под карданния вал, премина през канала под пилотската кабина и влезе в компресора на WFD. Зад компресора бяха монтирани дюзи за подаване на гориво и оборудване за запалване. Реактивният поток излизаше през дюза в задната част на фюзелажа. I-250 прави първия си полет през март 1945 г. По време на полетните изпитания бяха постигнати скорости, значително надвишаващи 800 километра в час.
Скоро същият екип от дизайнери създава изтребителя MIG-9. На него са монтирани два турбореактивни двигателя тип РД-20. Всеки двигател развива тяга до 8800 нютона при 9,8 хиляди оборота в минута. Двигателят тип RD-20 с аксиален компресор и регулируема дюза имаше пръстеновидна горивна камера с шестнадесет горелки около дюзите за впръскване на гориво. На 24 април 1946 г. пилотът-изпитател А. Н. Гринчик извършва първия полет на самолета МИГ-9. Подобно на самолета BI, тази машина се различава малко по своя дизайн от буталните самолети. И все пак замяната на буталния двигател с реактивен увеличи скоростта с около 250 километра в час. Максималната скорост на МИГ-9 надвишава 900 километра в час. В края на 1946 г. тази машина е пусната в серийно производство.
През април 1946 г. е извършен първият полет на реактивен изтребител, проектиран от А. С. Яковлев. За да се улесни преходът към производството на тези самолети с турбореактивен двигател, беше използван сериен витлов изтребител Як-3, в който предният фюзелаж и средната част на крилото бяха преобразувани, за да се поберат в реактивен двигател. Този изтребител е използван като учебно-реактивен самолет на нашите ВВС.
През 1947-1948 г. съветският реактивен изтребител, проектиран от А. С. Яковлев „Як-23“, който имаше по-висока скорост, премина летателни изпитания.
Това беше постигнато чрез инсталиране на него на турбореактивен двигател тип РД-500, който развива тяга до 16 килонютона при 14,6 хиляди оборота в минута. "Як-23" беше едноместен изцяло метален моноплан със средно крило.
При създаването и тестването на първия реактивен самолет нашите дизайнери се сблъскаха с нови проблеми. Оказа се, че едно увеличаване на тягата на двигателя все още не е достатъчно, за да летите със скорост, близка до скоростта на разпространение на звука. Изследванията на свиваемостта на въздуха и условията за възникване на ударни вълни се провеждат от съветски учени от 30-те години на миналия век. Те придобиха особено голям мащаб през 1942-1946 г. след летателните изпитания на реактивния изтребител BI и другите наши реактивни машини. В резултат на тези изследвания до 1946 г. беше повдигнат въпросът за радикална промяна в аеродинамичния дизайн на високоскоростните реактивни самолети. Задачата беше да се създаде реактивен самолет със стреловидно крило и оперение. Заедно с това възникнаха свързани задачи - изискваше се нова механизация на крилото, различна система за управление и др.
Упоритата творческа работа на изследователски, дизайнерски и производствени екипи беше увенчана с успех: новите местни реактивни самолети по нищо не отстъпваха на световната авиационна техника от този период. Сред високоскоростните реактивни машини, създадени в СССР през 1946-1947 г., той се отличава с висок тактически полет и експлоатационни характеристикиреактивен изтребител, проектиран от А. И. Микоян и М. И. Гуревич „МИГ-15“, със стреловидно крило и оперение. Използването на стреловидно крило и оперение увеличи скоростта на хоризонталния полет без значителни промени в неговата стабилност и управляемост. Увеличаването на скоростта на самолета също беше до голяма степен улеснено от увеличаването на захранването му: на него беше инсталиран нов турбореактивен двигател с центробежен компресор "RD-45" с тяга от около 19,5 килонютона при 12 хиляди оборота в минута . Хоризонталната и вертикалната скорост на тази машина надминава всичко, постигнато преди това на реактивните самолети.
Тестовите пилоти Героите на Съветския съюз И. Т. Иващенко и С. Н. Анохин участваха в тестването и усъвършенстването на самолета. Самолетът имаше добри летателни и тактически данни и беше лесен за управление. За изключителна издръжливост, лекота на поддръжка и лекота на работа той получи прякора "войнишки самолет".
Конструкторското бюро, работещо под ръководството на С. А. Лавочкин, едновременно с пускането на МИГ-15 създаде нов реактивен изтребител Ла-15. Имаше стреловидно крило, разположено над фюзелажа. Имаше мощни бордови оръжия. От всички съществуващи тогава изтребители със стреловидно крило, La-15 имаше най-малкото полетно тегло. Благодарение на това самолетът Ла-15 с двигател РД-500, който имаше по-малка тяга от двигателя РД-45, монтиран на МИГ-15, имаше приблизително същите тактически летателни данни като МИГ-15".
Размахът и специалният профил на крилата и оперението на реактивните самолети драстично намаляват въздушното съпротивление при полет със скоростта на звука. Сега, по време на вълновата криза, съпротивлението се увеличи не 8-12 пъти, а само 2-3 пъти. Това се потвърждава от първите свръхзвукови полети на съветски реактивни самолети.
Използването на реактивна техника в гражданската авиация
Скоро реактивните двигатели започнаха да се инсталират на самолети на гражданската авиация.
През 1955 г. многоместният пътнически реактивен самолет Комета-1 започва да работи в чужбина. Това пътнически автомобилс четири турбореактивни двигателя развива скорост от около 800 километра в час на надморска височина от 12 километра. Самолетът може да превозва 48 пътници.
Обхватът на полета беше около 4 хиляди километра. Теглото с пътници и пълен запас от гориво е 48 тона. Размахът на крилата, с малък размах и сравнително тънък профил, е 35 метра. Площ на крилото - 187 квадратни метра, дължина на самолета - 28 метра. Въпреки това, след голяма авария на този самолет в Средиземно море, експлоатацията му беше прекратена. Скоро започна да се използва конструктивна версия на този самолет, Комета-3.
Интерес представляват данните за американски пътнически самолет с четири турбовитлови двигателя Lockheed Elektra, предназначен за 69 души (включително екипаж от двама пилоти и бординженер). Номер пътнически местаможе да се увеличи до 91. Кабината е уплътнена, входната врата е двойна. Крейсерска скоросттази кола - 660 километра в час. Теглото на празния самолет е 24,5 тона, полетното тегло е 50 тона, включително 12,8 тона гориво за полета и 3,2 тона резервно гориво. Зареждането с гориво и поддръжката на самолета на междинните летища отне 12 минути. Производството на самолета започва през 1957 г.
От 1954 г. американската компания Boeing провежда изпитания на самолета Boeing 707 с четири турбореактивни двигателя. Скоростта на самолета е 800 километра в час, височината на полета е 12 километра, обхватът е 4800 километра. Този самолет е бил предназначен за използване във военната авиация като "въздушен танкер" - за зареждане на бойни самолети с гориво във въздуха, но може да бъде преустроен и за използване в гражданската транспортна авиация. В последния случай на автомобила могат да бъдат монтирани 100 пътнически места.
През 1959 г. започва експлоатацията на френския пътнически самолет Caravel. Самолетът имаше кръгъл фюзелаж с диаметър 3,2 метра, който беше оборудван с херметизиран отсек с дължина 25,4 метра. В това отделение имаше пътническа кабина със 70 места. Самолетът имаше стреловидно крило, наклонено назад под ъгъл от 20 градуса. Излетното тегло на самолета е 40 тона. Електроцентралата се състоеше от два турбореактивни двигателя с тяга от 40 килонютона всеки. Скоростта на самолета е била около 800 километра в час.
В СССР още през 1954 г. по един от въздушните маршрути доставката на спешни товари и поща се извършва с високоскоростен реактивен самолет Ил-20.
От пролетта на 1955 г. реактивните пощенски и товарни самолети Ил-20 започнаха да летят по въздушния маршрут Москва-Новосибирск. На борда на самолетите има матрици на столични вестници. Благодарение на използването на тези самолети, жителите на Новосибирск получават московски вестници в същия ден като московчани.
На авиационния фестивал на 3 юли 1955 г. на летище Тушино край Москва, нов реактивен пътнически самолет, проектиран от А. Н. Туполев „ТУ-104.
Този самолет с два турбореактивни двигателя с тяга от 80 килонютона всеки имаше отлични аеродинамични форми. Можеше да превозва 50 пътници, а в туристическата версия - 70. Височината на полета надвишаваше 10 километра, теглото на полета беше 70 тона. Самолетът имаше отлична звуко- и топлоизолация. Колата е пломбирана, въздухът в кабината е взет от компресорите на турбореактивния двигател. В случай на повреда на един турбореактивен двигател, самолетът може да продължи да лети на друг. Обхватът на полет без спиране беше 3000-3200 километра. Скоростта на полета може да достигне 1000 километра в час.
На 15 септември 1956 г. самолетът Ту-104 извършва първия редовен полет с пътници по маршрута Москва-Иркутск. След 7 часа и 10 минути полетно време, след като измина 4570 километра с кацане в Омск, самолетът кацна в Иркутск. Времето за пътуване в сравнение с летенето на бутални самолети е намалено почти три пъти. На 13 февруари 1958 г. самолетът Ту-104 започва първия си (технически) полет по авиолинията Москва-Владивосток, една от най-дългите у нас.
"ТУ-104" беше високо оценен както у нас, така и в чужбина. Чуждестранни експерти, говорейки в пресата, казаха, че започвайки редовен превоз на пътници на реактивни самолети "ТУ-104", Съветският съюз е изпреварил с две години САЩ, Англия и други западни страни в масовата експлоатация на пътнически турбореактивен двигател самолети: американският реактивен самолет "Boeing-707" и английският Comet-IV влизат във въздушните линии едва в края на 1958 г., а френският Caravel през 1959 г.
Гражданската авиация използва и самолети с турбовитлови двигатели (TVD). Тази електроцентрала е подобна по дизайн на турбореактивен двигател, но има витло, монтирано на същия вал с турбина и компресор от предната страна на двигателя. Турбината тук е подредена по такъв начин, че горещите газове, идващи от горивните камери в турбината, й дават по-голямата част от енергията си. Компресорът консумира много по-малко енергия, отколкото развива газова турбина, а излишната мощност на турбината се предава на карданния вал.
TVD е междинен тип авиационна електроцентрала. Въпреки че газовете, напускащи турбината, се изхвърлят през дюза и тяхната реакция генерира известна тяга, основната тяга се генерира от работещо витло, както при конвенционален самолет с витло.
Театърът на операциите не е придобил популярност в бойната авиация, тъй като не може да осигури такава скорост като чисто реактивните двигатели. Не е подходящ и за експресни линии на гражданската авиация, където скоростта е решаващ фактор, а въпросите за икономичността и цената на полета изчезват на заден план. Турбовитловите двигатели обаче трябва да се използват на маршрути с различна дължина, полетите по които се извършват със скорости от порядъка на 600-800 километра в час. В същото време трябва да се има предвид, че както показва опитът, транспортирането на пътници на тях на разстояние от 1000 километра е с 30% по-евтино, отколкото на витлови самолети с бутални авиационни двигатели.
През 1956-1960 г. в СССР се появяват много нови самолети, оборудвани за театър. Сред тях са Ту-114 (220 пътника), Ан-10 (100 пътника), Ан-24 (48 пътника), Ил-18 (89 пътника).
GE Aviation разработва нов революционен реактивен двигател, който съчетава най-добри характеристикитурбореактивни и турбовентилаторни двигатели, като същевременно притежават свръхзвукова скорост и ефективно използване на горивото, според zitata.org.
В момента проектът USAF ADVENT разработва нови двигатели, които пестят гориво с 25 процента и са оборудвани с нови функции.
В авиацията има два основни типа реактивни двигатели: турбовентилатори с нисък байпас, обикновено наричани турбореактивни двигатели, и турбовентилаторни двигатели с висок байпас. Турбовентилаторните двигатели с нисък байпас са оптимизирани за висока производителност, задвижвайки различни изтребители, като същевременно използват невероятно големи количества гориво. Резултатът от работата на стандартен турбореактивен двигател зависи от няколко елемента (компресор, горивна камера, турбини и дюзи).
За разлика от тях, турбореактивните двигатели с висок байпас са най-мощните устройства за гражданска авиация, оптимизирани за тежкотоварно, икономично задвижване, но се представят слабо при свръхзвукови скорости. Конвенционален турбореактивен двигател с ниско налягане получава въздушен поток от вентилатор, който се задвижва от реактивна турбина. След това въздушният поток от вентилатора заобикаля горивните камери, действайки като голямо витло.
Двигателят ADVENT (ADaptive VERsitile ENgine Technology) има трети външен байпас, който може да се отваря и затваря в зависимост от условията на полет. По време на излитане, за да се намали коефициентът на байпас, третият байпас е затворен. В резултат на това през компресора за високо налягане се генерира голям въздушен поток за увеличаване на тягата. Ако е необходимо, се отваря трети байпас за увеличаване на коефициента на байпас и намаляване на разхода на гориво.
Допълнителен байпасен канал е разположен в горната и долната част на двигателя. Този трети канал ще бъде отворен или затворен като част от променлив цикъл. Ако каналът е отворен, коефициентът на байпас ще се увеличи, намалявайки разхода на гориво и увеличавайки звуковия диапазон с до 40 процента. Ако каналите са затворени, допълнителен въздух се изтласква през компресорите за високо и ниско налягане, което със сигурност увеличава тягата, увеличава задвижването и осигурява свръхзвукови характеристики при излитане.
Дизайнът на двигателя ADVENT се основава на нови производствени технологии като 3D печат на сложни охлаждащи компоненти и супер здрави, но леки керамични композити. Те позволяват производството на високоефективни реактивни двигатели, работещи при температури над точката на топене на стоманата.
Инженерите са разработили нов двигателза лесни полети. „Искаме двигателят да бъде невероятно надежден и да позволи на пилота да се съсредоточи върху мисията си“, казва Абе Леватер, ръководител на проекта в GE Aviation. Поехме отговорност и разработихме двигател, който е оптимизиран за всякакъв вид полет.“
В момента GE тества основните компоненти на двигателя и планира да го пусне в средата на 2013 г. Видеото по-долу показва новия двигател ADVENT в действие.
Тук и сега летите с известно опасение и през цялото време се връщате към миналото, когато самолетите бяха малки и лесно можеха да планират в случай на неизправност, но тук това е все повече и повече. Нека да прочетем и разгледаме такъв авиационен двигател.
американска компания Дженерал Електрикв момента тества най-големия реактивен двигател в света. Новостта се разработва специално за новия Boeing 777X.
Рекордьорът на реактивния двигател е наречен GE9X. Имайки предвид факта, че първите Боинги с това чудо на техниката ще се издигнат в небето не по-рано от 2020 г. Компания Ген Electric могат да бъдат уверени в бъдещето си. Всъщност в момента общият брой на поръчките за GE9X надхвърля 700 единици.
Сега включете калкулатора. Един такъв двигател струва 29 милиона долара. Що се отнася до първите тестове, те се провеждат в околностите на град Пийбълс, Охайо, САЩ. Диаметърът на лопатката на GE9X е 3,5 метра, а входът е с размери 5,5 м х 3,7 м. Един двигател ще може да произведе 45,36 тона реактивна тяга.
Според GE нито един търговски двигател в света няма това висока степенстепен на компресия (коефициент на компресия 27:1), като GE9X.
Дизайнът на двигателя активно използва композитни материали, които могат да издържат на температури до 1,3 хиляди градуса по Целзий. Отделните части на устройството са създадени с помощта на 3D печат.
GE9X ще бъде инсталиран на широкофюзелажния самолет Boeing 777X за дълги разстояния. Компанията вече е получила поръчки за повече от 700 двигателя GE9X на стойност 29 милиарда долара от Emirates, Lufthansa, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific и други.
Сега се подлагат на първите тестове пълен двигател GE9X. Тестването започна още през 2011 г., когато бяха тествани компоненти. Този сравнително ранен преглед беше извършен, за да предостави данни от тестове и да започне процеса на сертифициране, каза GE, тъй като компанията планира да инсталира такива двигатели за полетни тестове още през 2018 г.
Двигателят GE9X е разработен за самолета 777X и ще задвижва 700 самолета. Това ще струва на компанията 29 милиарда долара. Под капака на двигателя има 16 лопатки от четвърто поколение графитни влакна, които нагнетяват въздух в 11-степенния компресор. Последният повишава налягането 27 пъти. Източник: "Агенция за иновации и развитие",
Горивната камера и турбината могат да издържат на температури до 1315°C, което позволява по-ефективно използване на горивото и по-ниски емисии.
Освен това GE9X е оборудван с горивни инжектори, отпечатан на 3D принтер. Тази сложна система вятърни тунелии тайни, които компанията пази в тайна. Източник: "Агенция за иновации и развитие"
GE9X има компресорна турбина с ниско налягане и допълнителна задвижваща скоростна кутия. Последният задвижва горивната помпа, маслената помпа, хидравличната помпа за системата за управление на самолета. За разлика от предишния двигател GE90, който имаше 11 оси и 8 спомагателни звена, новият GE9X е оборудван с 10 оси и 9 агрегата.
Намаляването на броя на осите не само намалява теглото, но също така намалява броя на частите и опростява веригата за доставки. Вторият двигател GE9X се планира да бъде готов за тестване през следващата година.
Двигателят GE9X включва много части и възли, изработени от леки и топлоустойчиви композитни материали с керамична матрица (CMC). Тези материали са в състояние да издържат на температури до 1400 градуса по Целзий и това е позволило значително повишаване на температурата в горивната камера на двигателя.
„Колкото повече температура можете да получите в двигателя, толкова по-ефективен ще бъде той“, казва Рик Кенеди от GE Aviation. пълно изгарянегориво, то се изразходва по-малко и емисиите са намалени вредни веществав околната среда."
От голямо значение при производството на някои компоненти на двигателя GE9X са модерните технологии за 3D печат. С тяхна помощ някои части, включително горивни инжектори, са създадени с толкова сложни форми, които не могат да бъдат получени чрез традиционна механична обработка.
„Сложната конфигурация на горивните канали е строго пазена търговска тайна", казва Рик Кенеди. „Благодарение на тези канали горивото се разпределя и атомизира в горивната камера по най-равномерния начин."
Трябва да се отбележи, че последните тестове са първият път, когато двигателят GE9X е пуснат в напълно сглобена форма. И развитието на този двигател, придружено от стендови тестове на отделни компоненти, е извършено през последните няколко години.
В заключение трябва да се отбележи, че въпреки факта, че двигателят GE9X държи титлата на най-големия реактивен двигател в света, той не държи рекорда за силата на реактивната тяга, която създава. Абсолютният рекордьор по този показател е предишното поколение двигател GE90-115B, способен да развие 57 833 тона (127 500 паунда) тяга.
Ракетните двигатели са един от върховете технически прогрес. Материали, работещи на границата, стотици атмосфери, хиляди градуси и стотици тонове тяга - това не може да не радва. Но има много различни двигатели, кои са най-добрите? Чии инженери ще се изкачат на подиума? Най-после дойде времето да отговоря на този въпрос с цялата откровеност.
За съжаление не можете да кажете от външния вид на двигателя колко е страхотен. Трябва да се ровите в скучните цифри на характеристиките на всеки двигател. Но има много, кой да изберете?
По-силен
Е, вероятно, колкото по-мощен е двигателят, толкова по-добър е той? повече ракета, повече товароносимост, изследването на космоса започва да се движи по-бързо, нали? Но ако погледнем лидера в тази област, ни очаква известно разочарование. Най-голямата тяга от всички двигатели, 1400 тона, е от страничния бустер на космическата совалка.
Въпреки цялата мощност, бустерите на твърдо гориво трудно могат да се нарекат символ на технологичния прогрес, тъй като структурно те са просто стоманен (или композитен, но няма значение) цилиндър с гориво. Второ, тези бустери изчезнаха заедно със совалките през 2011 г., което подкопава впечатлението за техния успех. Да, тези, които следят новините за новата американска свръхтежка ракета SLS, ще ми кажат, че за нея се разработват нови ускорители на твърдо гориво, чиято тяга вече ще бъде 1600 тона, но, първо, тази ракета няма да лети скоро, не по-рано от края на 2018 г. И второ, концепцията „вземете повече сегменти с гориво, така че тягата да е още по-голяма“ е обширен път на развитие, ако желаете, можете да поставите още повече сегменти и да получите още повече тяга, границата все още не е достигната тук , и е незабележимо, че този път е довел до техническо съвършенство.
Второто място по тягата се държи от домашния течен двигател РД-171М - 793 тона.
Четири горивни камери са един двигател. И човек за мащаб
Изглежда - ето го, нашият герой. Но ако това е най-добрият двигател, къде е неговият успех? Добре, ракетата „Енергия“ загина под развалините на разпадналия се Съветски съюз, а „Зенит“ беше довършена от политиката на руско-украинските отношения. Но защо Съединените щати купуват от нас не този прекрасен двигател, а половината от размера на RD-180? Защо РД-180, който започна като "половина" на РД-170, сега произвежда повече от половината от тягата на РД-170 - цели 416 тона? Странно. Неясен.
Третото и четвъртото място по сила на тягата се заемат от двигатели от ракети, които вече не летят. По някаква причина твърдото гориво UA1207 (714 тона), което беше на Титан IV, и звездата на лунната програма, двигателят F-1 (679 тона), по някаква причина не бяха подпомогнати да оживеят днесизключителна производителност. Може би някой друг параметър е по-важен?
По-ефикасно
Какъв показател определя ефективността на двигателя? Ако ракетен двигателизгаря гориво, за да ускори ракетата, тогава колкото по-ефективно прави това, толкова по-малко гориво трябва да изразходваме, за да летим до орбита / Луна / Марс / Алфа Кентавър. В балистиката, за да се оцени такава ефективност, има специален параметър - специфичен импулс.Специфичен импулспоказва за колко секунди двигателят може да развие тяга от 1 нютон на един килограм гориво
Рекордьори по тяга се оказват най-добрият случай, в средата на списъка, когато са сортирани по специфичен импулс, с F-1 със солидни бустери дълбоко в опашката. Изглежда, че това е най-важната характеристика. Но нека погледнем лидерите в списъка. С показател от 9620 секунди малко известният електрически реактивен двигател HiPEP заема първо място.
Това не е огън в микровълновата, а истински ракетен двигател. Вярно, той все още има много далечен роднина на микровълновата ...
Двигателят HiPEP е разработен за затворен проектсонда за изследване на луните на Юпитер и работата по нея е спряна през 2005 г. При тестовете прототипът на двигателя, според официален доклад на НАСА, развива специфичен импулс от 9620 секунди, консумирайки 40 kW енергия.
Второто и третото място са заети от VASIMR (5000 секунди) и NEXT (4100 секунди), които все още не са летели, показали са своите характеристики на тестови стендове. А двигателите, които излетяха в космоса (например серия домашни SPD двигатели от OKB Fakel), имат производителност до 3000 секунди.
Двигатели от серията SPD. Кой каза "готини високоговорители с подсветка"?
Защо тези двигатели все още не са заменили всички останали? Отговорът е лесен, ако разгледаме другите им параметри. Тягата на електрическите реактивни двигатели се измерва, уви, в грамове, а в атмосферата те изобщо не могат да работят. Следователно няма да работи да се сглоби свръхефективна ракета-носител на такива двигатели. А в космоса те изискват киловати енергия, което не всички сателити могат да си позволят. Следователно електрическите задвижващи двигатели се използват главно само в междупланетни станции и геостационарни комуникационни спътници.
Добре, добре, ще каже читателят, да зарежем електрическите двигатели. Кой ще държи рекорда за специфичен импулс сред химическите двигатели?
С показател от 462 секунди домашният KVD1 и американският RL-10 ще бъдат сред лидерите сред химическите двигатели. И ако KVD1 е летял само шест пъти като част от индийската ракета GSLV, тогава RL-10 е успешен и уважаван двигател за горни етапи и горни етапи, който работи перфектно от много години. На теория е възможно да се сглоби ракета носител изцяло от такива двигатели, но тягата на един двигател от 11 тона означава, че десетки от тях ще трябва да бъдат поставени на първа и втора степен, а няма хора, които искат направите това.
Възможно ли е да се комбинират висока тяга и висок специфичен импулс? Химическите двигатели се противопоставят на законите на нашия свят (е, водородът с кислород със специфичен импулс по-голям от ~ 460 не гори, физиката го забранява). Имаше проекти за атомни двигатели (,), но това все още не е отишло по-далеч от проектите. Но като цяло, ако човечеството може да пресича висока тяга с висок специфичен импулс, това ще направи космоса по-достъпен. Има ли други показатели, по които можете да оцените двигателя?
по-интензивен
Ракетен двигател изхвърля маса (продукти от горенето или работен орган), за да създадете сцепление. Колкото по-голямо е налягането в горивната камера, толкова по-голяма е тягата и главно в атмосферата специфичният импулс. Двигател с повече високо наляганев горивната камера ще бъде по-ефективен от двигател с ниско налягане, използващ същото гориво. И ако сортираме списъка с двигатели по налягане в горивната камера, тогава пиедесталът ще бъде зает от Русия / СССР - в нашето дизайнерско училище те се опитаха да направят всичко възможно ефективни двигателис високи настройки. Първите три места са заети от семейство кислородно-керосинови двигатели, базирани на RD-170: RD-191 (259 atm), RD-180 (258 atm), RD-171M (246 atm).
Горивна камера РД-180 в музея. Обърнете внимание на броя на шпилките, държащи капака на горивната камера и разстоянието между тях. Можете ясно да видите колко трудно е да задържите тези, които искат да откъснат капака, 258 атмосфери налягане
Четвъртото място принадлежи на съветския РД-0120 (216 атм), който държи лидерството сред водородно-кислородните двигатели и лети два пъти на ракетата-носител "Енергия". Петото място е и с нашия двигател - РД-264 на горивна двойка асиметричен диметилхидразин / азотен тетроксид на ракетата носител Днепър работи с налягане от 207 атм. И едва на шесто място ще бъде двигателят на американската космическа совалка RS-25 с двеста и три атмосфери.
по-надежден
Колкото и обещаващо да е работата на двигателя, ако той избухва всеки друг път, няма голяма полза от него. Съвсем наскоро, например, Orbital беше принудена да се откаже от използването на десетилетия стари двигатели NK-33 с много висока производителност, защото инцидент на тестов стенд и приказно красива нощна експлозия на двигател на ракетата носител Antares поставиха под въпрос целесъобразността от по-нататъшно използване на тези двигатели. Сега Антарес ще бъде прехвърлен на руския РД-181.
Линк към голяма снимка
Обратното също е вярно - популярен ще бъде двигател, който няма изключителна тяга или специфични импулсни стойности, но е надежден. Колкото по-дълга е историята на използване на двигателя, толкова повече статистики и толкова повече грешки е успял да хване при инциденти, които вече са се случили. Двигателите РД-107/108 на Союз произлизат от самите двигатели, които изстреляха първия Спутник и Гагарин, и въпреки подобренията днес имат доста ниски параметри. Но най-високата надеждност в много отношения го плаща.
по-достъпни
Двигател, който не можете да построите или купите, няма стойност за вас. Този параметър не може да бъде изразен в числа, но от това не става по-малко важен. Частните компании често не могат да купуват готови двигателискъпи и принудени да правят свои собствени, макар и по-прости. Въпреки факта, че не блестят с характеристики, това са най-добрите двигатели за техните разработчици. Например, налягането в горивната камера на двигателя Merlin-1D на SpaceX е само 95 атмосфери, крайъгълен камък, който съветските инженери преминаха през 60-те години на миналия век и САЩ през 80-те години. Но Мъск може да произвежда тези двигатели в своите производствени мощности и да ги получава в правилните количества, десетки на година, което е страхотно.
Двигател Merlin-1D. Отработените газове от газовия генератор като на атласите преди шестдесет години, но налични
TWR
Тъй като говорим за "Merlins" на SpaceX, не може да не споменем характеристиката, която пиарите и феновете на SpaceX пробутваха по всякакъв начин - съотношението тяга към тегло. Съотношението тяга към тегло (известно още като специфична тяга или TWR) е съотношението на тягата на двигателя към неговото тегло. Двигателите на Merlin са далеч напред в този параметър, те го имат над 150. Уебсайтът на SpaceX пише, че това прави двигателя "най-ефективният създаван някога", и тази информация се разпространява от PR хора и фенове на други ресурси. Имаше дори тиха война в английската Wikipedia, когато този параметър беше избутан навсякъде, където беше възможно, което доведе до факта, че тази колона беше напълно премахната от таблицата за сравнение на двигателя. Уви, в подобно твърдение има много повече PR, отколкото истина. В чист вид съотношението тяга към тегло на един двигател може да се получи само на стенд, а при изстрелване на истинска ракета двигателите ще са под процент от масата й, а разликата в масата на двигателите няма да повлияят на нищо. Въпреки че двигател с висок TWR ще бъде по-напреднал от двигател с нисък TWR, това е по-скоро мярка. техническа простотаи напрежението на двигателя. Например, по отношение на съотношението тяга към тегло, двигателят F-1 (94) превъзхожда RD-180 (78), но по отношение на специфичния импулс и налягане в горивната камера F-1 ще бъде забележимо по-нисък. А поставянето на съотношението тяга към тегло на пиедестал като най-важна характеристика за ракетен двигател е най-малкото наивно.Цена
Този параметър има много общо с достъпността. Ако сами направите двигателя, тогава цената може да бъде изчислена. Ако купувате, тогава този параметър ще бъде посочен изрично. За съжаление, този параметър не може да се използва за изграждане на красива маса, тъй като цената е известна само на производителите, а цената за продажба на двигател също не винаги се публикува. Времето също влияе на цената, ако през 2009 г. RD-180 беше оценен на $9 милиона, сега се оценява на $11-15 милиона.Заключение
Както може би се досещате, въведението е написано по малко провокативен начин (съжалявам). Всъщност ракетните двигатели нямат един параметър, по който могат да бъдат построени и ясно да кажат кой е най-добрият. Ако се опитате да изведете формулата за най-добрия двигател, ще получите нещо подобно:Най-добрият ракетен двигател е този, който които можете да произведете/купите, докато ще има натиснете в диапазона, от който се нуждаете(не прекалено голям или малък) и ще бъде толкова ефективен ( специфичен импулс, налягане в горивната камера) че ценаняма да стане непоносимо за вас.
Скучно е? Но най-близо до истината.
И в заключение малък хит парад от двигатели, които аз лично смятам за най-добрите:
Семейство РД-170/180/190. Ако сте от Русия или можете да закупите руски двигатели и трябва мощни двигателидо първата стъпка, тогава страхотен вариантще има семейство RD-170/180/190. Ефективни, с висока производителност и отлична статистика за надеждност, тези двигатели са в челните редици на технологичния прогрес.
Be-3 и RocketMotorTwo. Двигателите на частни компании, занимаващи се със суборбитален туризъм, ще бъдат в космоса само за няколко минути, но това не пречи човек да се любува на красотата на използваните технически решения. Водороден двигател BE-3, широк обхват с повторно задействане и дроселиране, до 50 тона тяга и оригинален дизайн с отворена фаза, разработен от сравнително малък екип, е страхотен. Що се отнася до RocketMotorTwo, с целия скептицизъм към Branson и SpaceShipTwo, не мога да не се възхищавам на красотата и простотата на веригата. хибриден двигателс твърдо гориво и газообразен окислител.
F-1 и J-2През 60-те години това са най-мощните двигатели в своя клас. И е невъзможно да не обичаме двигателите, които ни дадоха такава красота.
