Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тяга турбореактивного двигателя

Турбореактивный двигатель — Turbojet

турбореактивный — это воздушно-реактивный двигатель , обычно используемый в самолетах. Он состоит из газовой турбины с движущимся соплом . Газовая турбина имеет воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину (которая приводит в движение компрессор). Сжатый воздух из компрессора нагревается за счет сжигания топлива в камере сгорания, а затем расширяется через турбину. Затем выхлоп турбины расширяется в движущем сопле, где он ускоряется до высокой скорости для создания тяги. Два инженера, Фрэнк Уиттл в Соединенном Королевстве и Ханс фон Охайн в Германии , независимо друг от друга разработали концепцию практических двигателей в конце 1930-е годы.

Хотя турбореактивный двигатель был первой формой газотурбинной силовой установки для авиации, он в значительной степени был заменен другими разработками первоначальной концепции. Во время работы турбореактивные двигатели обычно создают тягу за счет ускорения относительно небольшого количества воздуха до очень высоких сверхзвуковых скоростей, тогда как турбовентиляторные двигатели ускоряют большее количество воздуха для уменьшения трансзвуковой скорости. Турбореактивные двигатели были заменены на более медленных самолетах на турбовинтовые , поскольку они имеют лучший удельный расход топлива . На средних скоростях, когда пропеллер уже неэффективен, турбовинтовые двигатели были заменены на турбовентиляторные. Турбореактивный двухконтурный двигатель тише и имеет лучший расход топлива в зависимости от дальности полета, чем турбореактивный двигатель. Турбореактивные двигатели могут быть высокоэффективными для сверхзвуковых самолетов.

Турбореактивные двигатели имеют низкую эффективность на низких скоростях транспортного средства, что ограничивает их полезность в транспортных средствах, отличных от самолетов. В отдельных случаях турбореактивные двигатели использовались для питания транспортных средств, отличных от самолетов, обычно для попыток установления рекордов наземной скорости . В тех случаях, когда транспортные средства «приводятся в действие от турбины», это чаще всего происходит за счет использования двигателя с турбонаддувом , усовершенствования газотурбинного двигателя, в котором дополнительная турбина используется для привода вращающегося выходного вала. Они распространены в вертолетах и ​​судах на воздушной подушке. Турбореактивные двигатели использовались на «Конкорде» и на более дальних версиях Ту-144 , которые требовались для длительных сверхзвуковых полетов. Турбореактивные двигатели по-прежнему широко используются в крылатых ракетах средней дальности из-за их высокой скорости истечения, небольшой лобовой площади и относительной простоты. Они также все еще используются на некоторых сверхзвуковых истребителях, таких как МиГ-25 , но большинство из них тратят мало времени на сверхзвуковые путешествия, поэтому используют турбовентиляторные двигатели и форсажные камеры для увеличения скорости выхлопа для сверхзвуковых спринтов.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Ранние разработки
  • 3 Конструкция
    • 3.1 Воздухозаборник
    • 3.2 Компрессор
    • 3.3 Камера сгорания
    • 3.4 Турбина
    • 3.5 Сопло
    • 3.6 Увеличение тяги
      • 3.6.1 Форсажная камера
  • 4 Чистая тяга
  • 5 Улучшения цикла
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература
  • 9 Внешние ссылки

История

Первый патент на использование газовой турбины для питания самолета был подан в 1921 году француз Максим Гийом . Его двигатель должен был быть турбореактивным с осевым потоком, но он так и не был сконструирован, так как требовал значительного прогресса по сравнению с современными компрессорами.

. В 1928 году курсант британского колледжа RAF Cranwell Фрэнк Уиттл официально представил свои идеи турбореактивного двигателя своему начальству. В октябре 1929 г. он развил свои идеи дальше. 16 января 1930 года в Англии Уиттл подал свой первый патент (выданный в 1932 году). В патенте показан двухступенчатый осевой компрессор , питающий односторонний центробежный компрессор . Практические осевые компрессоры стали возможны благодаря идеям А.А. Гриффит в основополагающей статье 1926 года («Аэродинамическая теория конструкции турбины»). Позднее Уиттл сосредоточился только на более простом центробежном компрессоре по ряду практических причин. 12 апреля 1937 года Уиттл запустил первый турбореактивный двигатель, Power Jets WU . Он работал на жидком топливе и включал автономный топливный насос. Команда Уиттла испытала почти панику, когда двигатель не останавливался, разгоняясь даже после отключения топлива. Оказалось, что топливо просочилось в двигатель и скопилось в лужах, поэтому двигатель не остановился, пока не сгорело все вытекшее топливо. Уиттл не смог заинтересовать правительство своим изобретением, и разработка продолжалась медленными темпами.

В Германии Ханс фон Охайн запатентовал аналогичный двигатель в 1935 году.

27 августа 1939 года Heinkel He 178 стал первым в мире самолетом, летавшим с турбореактивным двигателем. с летчиком-испытателем Эрихом Варсицем за штурвалом, став первым практическим реактивным самолетом. Gloster E.28 / 39 (также известный как «Gloster Whittle», «Gloster Pioneer» или «Gloster G.40») был первым британским самолетом с реактивным двигателем, который летал. Он был разработан для испытания реактивного двигателя Уиттла в полете, что привело к созданию Gloster Meteor.

Первые два действующих турбореактивных самолета, Messerschmitt Me 262 , а затем Gloster Meteor , вступил в строй в 1944 году, ближе к концу Второй мировой войны .

Воздух втягивается во вращающийся компрессор через впускное отверстие и сжимается до более высокого давления перед входом в камеру сгорания. Топливо смешивается со сжатым воздухом и горит в камере сгорания. Продукты сгорания покидают камеру сгорания и расширяются через турбину , где мощность отбирается для привода компрессора. Выхлопные газы турбины по-прежнему содержат значительную энергию, которая преобразуется в сопле двигателя в высокоскоростную струю.

Читать еще:  Двигатель wordpress для чего

Первыми реактивными двигателями были турбореактивные двигатели с центробежным компрессором (как в Heinkel HeS 3 ) или осевыми компрессорами (как в Junkers Jumo 004 ), который дал двигатель меньшего диаметра, но более длинный. За счет замены пропеллера, используемого в поршневых двигателях, на высокоскоростную выхлопную струю можно было достичь более высоких скоростей самолета.

Одним из последних приложений для турбореактивного двигателя был Concorde , в котором использовался двигатель Olympus 593 . Во время проектирования было установлено, что турбореактивный двигатель является оптимальным для крейсерского полета с удвоенной скоростью звука, несмотря на преимущество турбореактивных двигателей для более низких скоростей. Конкорду требовалось меньше топлива для создания заданной тяги на милю со скоростью 2,0 Маха, чем современному двухконтурному ТРДД, например General Electric CF6 при оптимальной скорости 0,86 Маха.

Турбореактивные двигатели. оказал значительное влияние на коммерческую авиацию . Помимо обеспечения более высоких скоростей полета турбореактивные двигатели обладали большей надежностью, чем поршневые двигатели, причем некоторые модели демонстрировали рейтинг надежности диспетчеризации, превышающий 99,9%. Предварительно реактивные коммерческие самолеты были спроектированы с четырьмя двигателями отчасти из-за опасений по поводу отказов в полете. Маршруты зарубежных полетов были проложены таким образом, чтобы самолеты находились в пределах часа от посадочной площадки, что увеличивало продолжительность полетов. Повышение надежности турбореактивного двигателя позволило создать трех- и двухмоторный двигатель и увеличить число прямых перелетов на большие расстояния.

Высокотемпературные сплавы были обратным выступом , ключевой технологией. это замедлило прогресс в области реактивных двигателей. Реактивные двигатели не британского производства, построенные в 1930-х и 1940-х годах, приходилось ремонтировать каждые 10 или 20 часов из-за выхода из строя и других повреждений лопастей. Однако в британских двигателях использовались сплавы Nimonic , которые позволяли длительное использование без капитального ремонта, двигатели, такие как Rolls-Royce Welland и Rolls-Royce Derwent , а к 1949 г. de Havilland Goblin , прошедший типовые испытания в течение 500 часов без обслуживания. Лишь в 1950-х годах технология суперсплавов позволила другим странам производить экономически практичные двигатели.

Первый патент на использование газовой турбины для привода самолета был подан в 1921 году французом. Максим Гийом. [2] Его двигатель должен был быть турбореактивным с осевым потоком, но так и не был сконструирован, так как требовал значительного прогресса по сравнению с современными компрессорами. [3]

В 1928 году британские RAF College Cranwell кадет [4] Фрэнк Уиттл официально представил свои идеи турбореактивного двигателя начальству. В октябре 1929 г. он развил свои идеи дальше. [5] 16 января 1930 года в Англии Уиттл подал свой первый патент (выданный в 1932 году). [6] В патенте показана двухступенчатая осевой компрессор подача одностороннего центробежный компрессор. Практические осевые компрессоры стали возможны благодаря идеям от А.А. Гриффит в основополагающей статье 1926 года («Аэродинамическая теория конструкции турбины»). Позже Уиттл сконцентрировался только на более простом центробежном компрессоре по ряду практических причин. У Уиттла был запущен первый турбореактивный двигатель, Power Jets WU12 апреля 1937 года. Он работал на жидком топливе и включал автономный топливный насос. Команда Уиттла испытала почти панику, когда двигатель не останавливался, разгоняясь даже после отключения топлива. Оказалось, что топливо просочилось в двигатель и скопилось в лужах, поэтому двигатель не остановился, пока не сгорело все вытекшее топливо. Уиттл не смог заинтересовать правительство своим изобретением, и разработка продолжалась медленными темпами.

В Германии Ганс фон Охайн запатентовал аналогичный двигатель в 1935 году. [7]

27 августа 1939 г. Heinkel He 178 стал первым в мире самолетом, летавшим на турбореактивном двигателе, с пилотом-испытателем Эрих Варсиц на пульте управления, [8] таким образом став первым практическим реактивным самолетом. В Gloster E.28 / 39, (также известный как «Глостер Уиттл», «Глостер Пионер» или «Глостер G.40») был первым британским самолетом с реактивным двигателем, который летал. Он был разработан для испытания реактивного двигателя Уиттла в полете, что привело к созданию Gloster Meteor. [9]

Первые два действующих турбореактивных самолета, Messerschmitt Me 262 а затем Глостер Метеор, вступил в строй в 1944 г., ближе к концу Вторая Мировая Война. [10] [11]

Воздух всасывается во вращающийся компрессор через впускное отверстие и сжимается до более высокого давления перед поступлением в камеру сгорания. Топливо смешивается со сжатым воздухом и горит в камере сгорания. Продукты сгорания покидают камеру сгорания и расширяются через турбина куда мощность извлекается для привода компрессора. Выхлопные газы турбины по-прежнему содержат значительную энергию, которая преобразуется в сопле двигателя в высокоскоростную струю.

Первые реактивные двигатели были турбореактивными, с либо центробежный компрессор (как в Heinkel HeS 3), или же осевые компрессоры (как в Юнкерс Юмо 004), что дало меньший диаметр, но более длинный двигатель. Путем замены пропеллера, используемого в поршневых двигателях, на высокоскоростную выхлопную струю, можно было получить более высокие скорости самолета.

Одна из последних заявок на турбореактивный двигатель была Конкорд который использовал Олимп 593 двигатель. В ходе проектирования было обнаружено, что турбореактивный двигатель является оптимальным для крейсерского полета с удвоенной скоростью звука, несмотря на преимущество турбореактивных двигателей для более низких скоростей. Конкорду требовалось меньше топлива для создания заданной тяги на милю со скоростью 2,0 Маха, чем современному ТРДД с большим байпасом, таким как General Electric CF6 при оптимальной скорости 0,86 Маха. [12]

Читать еще:  Что такое специальные конструкции двигателей

Турбореактивные двигатели оказали значительное влияние на коммерческая авиация. Помимо обеспечения более высоких скоростей полета турбореактивные двигатели обладали большей надежностью, чем поршневые двигатели, причем некоторые модели демонстрировали рейтинг надежности диспетчеризации, превышающий 99,9%. Предварительно реактивные коммерческие самолеты были спроектированы с четырьмя двигателями отчасти из-за опасений по поводу отказов в полете. Маршруты зарубежных полетов были проложены таким образом, чтобы самолеты находились в пределах часа от посадочной площадки, что увеличивало продолжительность полетов. Повышенная надежность турбореактивного двигателя позволила создать трех- и двухмоторную конструкцию и увеличить число прямых перелетов на дальние расстояния. [13]

Жаропрочные сплавы были обратный выступ, ключевая технология, которая ускорила развитие реактивных двигателей. Реактивные двигатели не британского производства, построенные в 1930-х и 1940-х годах, приходилось ремонтировать каждые 10 или 20 часов из-за отказ от ползучести и другие виды повреждений лезвий. Однако британские двигатели использовали Нимоник сплавы, которые позволяли длительное использование без капитального ремонта, двигатели, такие как Роллс-Ройс Велланд и Роллс-Ройс Дервент, [14] и к 1949 г. де Хэвилленд Гоблин, существование типовые испытания на 500 часов без обслуживания. [15] Только в 1950-х годах суперсплав Технология позволила другим странам производить экономичные двигатели. [16]

Почему российский ВМ-Т «Атлант» действительно крутой самолет

6 января 1982 года на взлетно-посадочную полосу в сверхсекретном советском летно-исследовательском центре в Жуковском выкатился странный «зверь». На первый взгляд это воздушное судно, чей облик сбивал с толку, было похоже на гигантский дирижабль с маленьким самолетом, прикрепленным внизу. В действительности все оказалось не совсем так. Это был самолет, известный как ВМ-Т «Атлант», поверх которого крепился округлый грузовой контейнер, заполненный секретным советским оборудованием. Согласитесь, название вполне подходящее.

Большие ракеты — большие проблем

Шестью годами ранее, в 1976 году, в СССР началась разработка многоразового орбитального корабля «Буран» и универсальной ракетно-космической транспортной системы «Энергия» — отечественных аналогов американского корабля «Шаттл» и твердотопливного ракетного ускорителя. Но по сравнению с США у нас был явный недостаток — география. Не имея таких береговых линий, как в Америке, советские инженеры поняли: крупногабаритные блоки ВКС «Буран» нельзя перевезти с завода на космодром по железной дороге (традиционный метод доставки компонентов ракеты из промышленного центра страны на удаленную стартовую площадку в Байконуре).

Сперва в Москве решили организовать строительство ракетной системы прямо около места запуска (подобно тому, как это было с ракетой-носителем Н-1, все испытательные запуски которой были неудачными), но почти сразу отказались от этой идеи. Переброс большой команды инженеров и конструкторов практически в полупустыню, за тысячи километров от ближайшего населенного пункта, стоил бы слишком дорого. Вместо этого советские эксперты решили рассмотреть вариант перевозки на всех возможных видах транспорта, включая негабаритную магистраль и увеличенную железную дорогу.

Разработчики уникального космического комплекса быстро поняли, что лучший вариант транспортировки — воздушный, однако ни один из существовавших на тот момент советских самолетов не мог выдержать такой нагрузки.

Вертолет Ми-26 поднимает самолет Ту-134, 2009 год.

Новый транспортный вертолет Ми-26 мог поднимать груз весом до 26 тонн и выглядел достаточно многообещающе, чтобы начать серию мучительных летных испытаний, во время которых использовалась комбинация из двух, трех и даже четырех воздушных судов, чтобы поднять и перевезти необходимый груз. Но во время одной из попыток небольшая турбулентность вызвала сильные колебания подвешенного муляжа, заставив испуганных пилотов сбросить нагрузку.

Так как вариант с вертолетами был отложен, а советские самолеты были слишком малы для необходимых целей, советское руководство приняло решение изготовить на заказ транспортное воздушное судно, размеры которого подошли бы для перевозки ракеты и орбитального аппарата.

И вот спустя некоторое время на чертежной доске появилась всемирно известная на сегодняшний день транспортная машина Ан-225 «Мрия» — самолет сверхбольшой грузоподъемности, который мог перевозить до 225 тонн груза (для сравнения: полностью загруженная орбита «Бурана» весила чуть более 100 тонн). Инженеры в конструкторском бюро Антонова даже рассматривали возможность конструирования более крупного самолета «Геракл», который мог бы служить летающей стартовой площадкой для большого космического самолета. Но проект так и остался на бумаге.

В то время как «Мрия», казалось, была лучшим выбором для перевозки космической ракеты и орбитальной системы, строительство самолета значительно отставало от «Бурана» и «Энергии», поэтому инженеры были вынуждены искать временный вариант.

Невероятная альтернатива

Еще в 1950-х годах конструкторское бюро В. Мясищева разработало для СССР один из первых способов доставки ядерных ракет, с дальностью, достаточной для достижения самой удаленной точки Северной Америки, где были сосредоточены ядерные объекты и хранилища ядерных боеприпасов. Стратегический бомбардировщик 3М был четырехмоторным самолетом со стреловидным крылом. Самолет был оснащен турбореактивными двигателями РД (ВД-7), но его самой отличительной чертой стало «велосипедное» шасси, расположенное под фюзеляжем, с небольшими вспомогательными колесами на крыльях.

Но бомбардировщик оказался достаточно тяжелым и не смог достичь необходимой дальности полета, а большой вес межконтинентальной баллистической ракеты лишь усугубил ситуацию. В течение 1960-х и 1970-х годов самолеты 3М заслужили весьма неоднозначную репутацию в советских военно-воздушных силах из-за многочисленных смертельных авиационных происшествий.

Читать еще:  Что такое прогазовка двигателя

ВМ-Т «Атлант» имел четыре конфигурации — ОГТ, 1ГТ, 2ГТ, 3ГТ — с минимальным весом. На фото конфигурация, 1ГТ, весила 31,5 тонны и несла резервуар с жидким водородом.

Если бы не было советской космической программы и острой потребности в транспортировке космического корабля «Буран», бомбардировщик 3M мог бы спокойно уйти в отставку. Но Владимир Мясищев сумел доказать, что необходимо перейти к более легкой конструкции, и вновь приступил к работе в 1977 году, построив 5 версий самолета для различных компонентов системы «Энергия-Буран».

Корпус бомбардировщика был растянут почти на 5 метров для размещения груза, хвост был заменен двойными вертикальными стабилизаторами для лучшей устойчивости полета на более низкой скорости, были установлены более мощные двигатели (ВД-7МД) с форсажной камерой для создания дополнительной тяги во время взлета. И несмотря на то, что 3M-Т не мог перевезти полностью собранный орбитальный корабль «Буран» или хотя бы одну ступень ракеты-носителя «Энергия», он подходил для транспортировки основных частей системы (не более 50 тонн) для их дальнейшей сборки на космодроме Байконур.

Импровизированный авиатранспортер должен был стать одним из самых шокирующих изобретений в истории авиации. Водородный топливный бак «Энергии» вместе с аэродинамическими кожухами имел длину почти 350 метров и диаметр 8 метров. Диаметр же фюзеляжа 3М чуть превышал 3 метра. Когда в 1984 году самолет начал перевозить негабаритный груз на Байконур, он получил неофициальное прозвище «летающая бочка».

ЗМ-Т в действии

Загрузка корабля «Буран»

Помимо сложности управления необычной структурой в воздухе, пилотам 3М пришлось тщательно следить за внутренним давлением внутри резервуаров самой ракеты «Энергия»: его потеря могла препятствовать снижению самолета. Ведь повышение атмосферного давления на более низкой высоте могло разрушить всю конструкцию, что, вероятно, привело бы к страшной авиакатастрофе. Что еще хуже, транспортная версия 3M (ЗМ-Т) не была застрахована от технических проблем, которые стали причиной плохой репутации военной версии.

Во время одного летного испытания в 1983 году 3М несущий макет орбитального корабля «Буран» соскользнул с взлетно-посадочной полосы и застрял в грязи. Операция по восстановлению была достаточно продолжительной для того, чтобы американские спутники-шпионы могли запечатлеть изображения секретной машины и зарисовка этого инцидента, сделанная художником, попала в западную прессу.

Во время другого полета, в 1988 году, на этот раз с настоящей ВКС «Буран», два двигателя на левом крыле 3М-Т заглохли из-за утечки топлива. К счастью, самолет уже заходил на посадку, и пилот благополучно приземлился на полосе при мощности двух работающих двигателей.

В общей сложности 3М-Т совершил более 150 рейсов с переброской грузов, доставляя компоненты на Байконур с ракетного завода города Куйбышева (Самара) и с Раменского аэродрома возле Жуковского, чтобы собрать шаттл «Буран» (который был фактически построен на механическом заводе в Тушино и перевезен в Раменское на барже).

В декабре 1988 года наконец свет увидел Ан-225 «Мрия» с большей грузоподъемностью, и от 3М-Т быстро отказались. И всю программу «Энергия-Буран» вскоре ждала та же участь — МТКС «забуксовала» в последние дни существования Советского Союза.

Фото: АНАТОЛИЙ ЗАК, АЛЕКСАНДР МАРКИН / WIKIMEDIA COMMONS, ВИТАЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ КУЗЬМИН

Поскольку многие российские аэрокосмические фирмы буквально боролись за выживание после постсоветского экономического упадка, создатели 3M-T пытались найти иностранных покупателей их воздушного судна, предлагая Европейскому космическому агентству использовать его в качестве носителя для мини-шаттла «Гермес». Но «встреча» самолетов так и не состоялась, и все другие идеи использовать 3M-T ни к чему не привели.

Перед тем как впервые представить воздушное судно публике в начале 1990-х, название 3M-T изменили на ВМ-Т «Атлант», где буквы ВМ обозначают инициалы авиаконструктора Владимира Мясищева.

В 2013 году один из трех существующих самолетов ВМ-Т впервые появился на взлетно-посадочной полосе в Раменском, недалеко от Жуковского, где проходил Московский международный авиакосмический салон. И все с трепетом и некоторой тоской рассматривали советские разработки, которые никогда не взлетят в воздух — передвигающийся «Атлант», везущий части ракеты «Энергия».

Тактико-технические характеристики Ту-124

— Производитель: Харьковский авиазавод
— Первый полёт: 29 марта 1960 года
— Начало эксплуатации: 1962 год
— Конец эксплуатации: Аэрофлот — 1979 год, МО СССР — 1983 год
— Единиц произведено: 165

Экипаж Ту-124

Вместимость Ту-124

— 56 пассажиров или 5000 кг коммерческого груза

Двигатели Ту-124

— Тип двигателя: 2 ТРДД Соловьев Д-20П
— Тяга, кгс: 2 х 5400

Размеры Ту-124

— длина: 31,58 м
— размах крыла: 25,55 м
— площадь крыла: 119,37 м²
— высота: 8,08 м

Вес Ту-124

— Масса максимальная взлетная: 38,0 т
— Масса пустого: 22,5 т

Скорость Ту-124

— Максимальная скорость: 970 км/ч
— Крейсерская скорость: 780 км/ч

Дальность полёта Ту-124

— 2100 км с максимальной коммерческой нагрузкой

Практический потолок Ту-124

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector