Was ist der beste Raketenmotor? Rotationsdetonationstriebwerke – eine wirtschaftliche Perspektive Kurze Geschichte der Entwicklung von Strahlflugzeugen.

SRB für Weltraumstartsystem

SRB-seitige Festtreibstoff-Booster für das Space Launch System. Die SLS-Trägerraketentriebwerke der NASA wurden entwickelt, um Nutzlasten zu den erdnächsten Planeten zu transportieren und liefern mehr Schub als jedes andere jemals gebaute Triebwerk: 16,00 tf. Jeder von ihnen verbrennt 5 Tonnen Treibstoff pro Sekunde.

Wenn wir die Wärmeenergie, die jeder von ihnen in 2 Minuten Betrieb erzeugt, in Strom umwandeln, kommen wir auf 2,3 Millionen Kilowattstunden. Dies reicht aus, um eine Stadt mit 92.000 Haushalten den ganzen Tag über mit Strom zu versorgen. Zwei SRB-Booster, komplett mit einem RS-25-Motor, können fast 3.000 Tonnen Fracht heben (das sind etwa 9 Boeing 747).

SLS hat die Beschleunigertests bereits bestanden, der erste Start ist für Ende 2018 geplant.

Seitlicher Booster MTKK Space Shuttle

Seitlicher Booster MTKK Space Shuttle - 14 00 tf Schub. SLS-Booster sind leistungsstärker, aber sie sind noch nicht geflogen, sodass die Space-Shuttle-Booster immer noch den Titel der leistungsstärksten Triebwerke im Weltraum tragen. Sie besitzen auch den Titel der größten Rakete von denen, die für die Wiederverwendung gebaut wurden.

Ein Paar solcher Booster beförderte das Space Shuttle 46 Kilometer weit. Nach weiteren 20 Kilometern Flug durch Trägheit werden sie vom Shuttle getrennt und stürzen ins Meer, wo sie von einem Spezialschiff aufgenommen werden.

RD-170/171

Die vom Energomash Design Bureau entwickelten RD-170-Vierkammer-Flüssigbrennstoffmotoren und ihre nachfolgenden Modifikationen sind die leistungsstärksten Flüssigbrennstoffmotoren. Schub im Vakuum - 806,4 tf. Der Motor einer seiner Modifikationen (RD-171M) erwies sich als 5% leistungsstärker. Seit 1985 wird der RD-170 zum Starten der Zenit-Rakete und dann der Zenit-3SL verwendet.

F-1 Das Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk F-1 wurde von der amerikanischen Firma Rocketdyne für die Trägerrakete Saturn V entworfen und gebaut.Fünf F-1 wurden benötigt, um den Saturn anzuheben / Jeder erzeugte 790 Tonnen Schub im Vakuum, und alle fünf verbrauchten 12.710 Liter Kraftstoff pro Sekunde. Bis zur Entwicklung der vorherigen drei Triebwerke blieb es das stärkste Raketentriebwerk der Welt.

Schließt die Top 5 der leistungsstärksten anderen amerikanischen Flüssigbrennstoff-Raketentriebwerke - UA1207 (7,116 t / s im Vakuum). Es wurde zum Start von Raketen der Titan-Familie der vierten Generation verwendet; es war UA1207, das die Cassini-Sonde in die Stratosphäre brachte dann setzte es seinen Weg zum Saturn fort.

Ein Düsenflugzeug ist ein Flugzeug, das durch die Verwendung von Düsentriebwerken in der Luft fliegt. Sie können Turbojet, Direktfluss, pulsierender Typ, Flüssigkeit sein. Auch Düsenflugzeuge können mit einem Raketentriebwerk ausgestattet werden. In der modernen Welt nehmen Jet-angetriebene Flugzeuge die Mehrheit aller modernen Flugzeuge ein.

Kurze Geschichte der Entwicklung von Düsenflugzeugen

Als Beginn der Geschichte der Düsenflugzeuge in der Welt gilt das Jahr 1910, als ein rumänischer Designer und Ingenieur namens Anri Konada ein Flugzeug auf Basis eines Kolbenmotors entwarf. Der Unterschied zu Standardmodellen war die Verwendung eines Flügelzellenkompressors, der das Auto in Bewegung setzte. Besonders aktiv behauptete der Konstrukteur in der Nachkriegszeit, dass sein Apparat mit einem Düsentriebwerk ausgestattet sei, obwohl er zunächst kategorisch das Gegenteil behauptete.

Beim Studium des Designs des ersten Düsenflugzeugs von A. Konada können mehrere Schlussfolgerungen gezogen werden. Erstens zeigen die Konstruktionsmerkmale des Autos, dass der vordere Motor und seine Abgase den Piloten getötet hätten. Die zweite Entwicklungsoption könnte nur ein Brand im Flugzeug sein. Genau davon sprach der Designer, beim ersten Start wurde das Heckteil durch Feuer zerstört.

Was die in den 1940er Jahren hergestellten Jet-Flugzeuge betrifft, so hatten sie ein völlig anderes Design, als der Motor und der Pilotensitz entfernt wurden, und infolgedessen erhöhte dies die Sicherheit. An Stellen, an denen die Flammen der Motoren mit dem Rumpf in Kontakt kamen, wurde ein spezieller hitzebeständiger Stahl eingebaut, der keine Verletzungen oder Schäden am Rumpf verursachte.

Erste Prototypen und Entwicklungen

Flugzeuge mit Strahltriebwerk haben natürlich deutlich mehr Vorteile als Flugzeuge mit Kolbenmotoren.

Ein Flugzeug deutscher Herkunft unter der Bezeichnung He 178 wurde am 27.08.1939 erstmals geflogen.

1941 stieg ein ähnlicher Apparat britischer Designer mit dem Namen Gloster E.28 / 39 in den Himmel.

Raketengetriebene Fahrzeuge

Die in Deutschland geschaffene He 176 führte am 20.07.1939 die erste Trennung von der Landebahn durch.

Das sowjetische Flugzeug BI-2 startete im Mai 1942.

Flugzeuge mit einem Motor mit mehreren Kompressoren (sie gelten als bedingt flugfähig)

Die Campini N.1, ein in Italien hergestelltes Flugzeug, flog erstmals Ende August 1940. Es wurde eine Fluggeschwindigkeit von 375 km / h erreicht, was noch weniger ist als beim Kolbenpendant.

Das japanische Flugzeug „Oka“ mit einem Tsu-11-Triebwerk war für den einmaligen Einsatz bestimmt, da es sich um ein Bombenflugzeug mit einem Kamikaze-Piloten an Bord handelte. Aufgrund der Kriegsniederlage wurde die Brennkammer nicht endgültig fertiggestellt.

Durch das Ausleihen von Technologie aus Frankreich waren die Amerikaner auch in der Lage, ihr eigenes düsengetriebenes Modell herzustellen, das zur Bell P-59 wurde. Das Auto hatte zwei Strahltriebwerke. Erstmals wurde im Oktober 1942 eine Trennung von der Landebahn registriert. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Maschine recht erfolgreich war, da sie in Massenproduktion hergestellt wurde. Das Gerät hatte einige Vorteile gegenüber Kolben-Gegenstücken, nahm aber dennoch nicht an Feindseligkeiten teil.

Erste erfolgreiche Jet-Prototypen

Deutschland:

Das erstellte Jumo-004-Triebwerk wurde für mehrere Versuchs- und Serienflugzeuge verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass dies das erste Kraftwerk der Welt ist, das wie moderne Jäger einen Axialkompressor hatte. Die USA und die UdSSR erhielten viel später einen ähnlichen Motortyp.

Das Flugzeug Me.262 mit dem eingebauten Triebwerk des Typs Jumo-004 hob am 18.07.1942 erstmals ab und absolvierte nach 43 Monaten seinen ersten Einsatz. Die Vorteile in der Luft dieses Jägers waren erheblich. Aufgrund der Inkompetenz des Managements kam es zu einer Verzögerung beim Start der Serie.

Der Strahlaufklärungsbomber vom Typ Ar 234 wurde im Sommer 1943 hergestellt und war ebenfalls mit einem Jumo-004-Triebwerk ausgestattet. Es wurde in den letzten Kriegsmonaten aktiv eingesetzt, da nur er in einer Situation mit starker Dominanz feindlicher Streitkräfte arbeiten konnte.

​ Großbritannien:

• Der erste von den Briten hergestellte Düsenjäger war der Gloster Meteor, der im März 43 gebaut und am 27.07.1944 in Dienst gestellt wurde. Am Ende des Krieges bestand die Hauptaufgabe des Jägers darin, deutsche Flugzeuge abzufangen, die V-1-Marschflugkörper trugen.

Vereinigte Staaten von Amerika:

Der erste Düsenjäger in den Vereinigten Staaten war das Gerät unter der Bezeichnung Lockheed F-80. Im Januar 1944 wurde erstmals eine Trennung von der Landebahn registriert. Das Flugzeug war mit einem Triebwerk vom Typ Allison J33 ausgestattet, das als modifizierte Version des Triebwerks des Gloster Meteor gilt. Die Feuertaufe fand im Koreakrieg statt, wurde aber bald durch das Flugzeug F-86 Sabre ersetzt.

1945 war das erste flugzeugträgergestützte Jagdflugzeug mit Düsenantrieb fertig, es wurde als FH-1 Phantom bezeichnet.

Der US-Düsenbomber war 1947 fertig, es war der B-45 Tornado. Die Weiterentwicklung ermöglichte die Entwicklung des B-47 Stratojet mit dem AllisonJ35-Triebwerk. Dieser Motor war eine eigenständige Entwicklung ohne die Einführung von Technologien aus anderen Ländern. Als Ergebnis entstand ein Bomber, der heute noch im Einsatz ist, nämlich die B-52.

DIE UdSSR:

Das erste Düsenflugzeug in der UdSSR war die MiG-9. Der erste Start - 24.05.1946. Insgesamt kamen 602 solcher Flugzeuge aus den Fabriken an.

Die Yak-15 ist ein düsengetriebenes Jagdflugzeug, das bei der Air Force im Einsatz war. Dieses Flugzeug gilt als Übergangsmodell vom Kolben zum Jet.

Die MiG-15 wurde im Dezember 1947 hergestellt. Aktiv im militärischen Konflikt in Korea eingesetzt.

Der Düsenbomber Il-22 wurde 1947 hergestellt und war der erste in der Weiterentwicklung von Bombern.

Überschalldüsen

Der einzige trägergestützte Bomber in der Geschichte der Luftfahrt mit Überschallantriebsfähigkeiten ist das Flugzeug A-5 Vigilent.

Trägergestützte Überschalljäger - F-35 und Yak-141.

In der Zivilluftfahrt wurden nur zwei Passagierflugzeuge geschaffen, die mit Überschallgeschwindigkeit fliegen konnten. Die erste wurde 1968 in der UdSSR hergestellt und als Tu-144 bezeichnet. 16 solcher Flugzeuge wurden hergestellt, aber nach einer Reihe von Unfällen wurde die Maschine außer Betrieb genommen.

Der zweite Personenkraftwagen dieses Typs wurde 1969 von Frankreich und Großbritannien hergestellt. Insgesamt wurden 20 Flugzeuge gebaut, der Betrieb dauerte von 1976 bis 2003.

Aufzeichnungen von Düsenflugzeugen

Der Airbus A380 bietet Platz für 853 Personen an Bord.

Boeing 747 war 35 Jahre lang das größte Passagierflugzeug mit einer Passagierkapazität von 524 Personen.

Fracht:

An-225 „Mriya“ ist das einzige Flugzeug der Welt, das eine Nutzlastkapazität von 250 Tonnen hat. Es wurde ursprünglich für den Transport des Buran-Weltraumsystems hergestellt.

An-124 Ruslan ist eines der größten Flugzeuge der Welt mit einer Nutzlastkapazität von 150 Tonnen.

Es war das größte Frachtflugzeug vor dem Aufkommen von Ruslan, die Tragfähigkeit beträgt 118 Tonnen.

Maximale Fluggeschwindigkeit

Das Flugzeug Lockheed SR-71 erreicht Geschwindigkeiten von 3.529 km/h. Hergestellt 32 Flugzeuge, kann nicht mit vollen Tanks abheben.

MiG-25 - normale Fluggeschwindigkeit von 3.000 km / h, Beschleunigung bis zu 3.400 km / h möglich.

Zukünftige Prototypen und Entwicklungen

Passagier:

Groß:

• Hochgeschwindigkeits-Zivil.
• Tu-244.

Business Class:

SSBJ, Tu-444.

SAI Ruhig, Aerion SBJ.

Hyperschall:

• Reaktionsmaschinen A2.

Verwaltete Labore:

Ruhiger Spike.

Tu-144LL mit Triebwerken der Tu-160.

Unbemannt:

• X-51
• X-43.

Flugzeugklassifizierung:

Die US-Marine plant für die Zukunft, die derzeit in ihren Flugzeugen und Schiffen installierten Gasturbinen-Antriebssysteme zu modernisieren und herkömmliche Brayton-Zyklus-Triebwerke durch Rotationsdetonationstriebwerke zu ersetzen. Dadurch sollen jährlich rund 400 Millionen Dollar Treibstoff eingespart werden. Der serielle Einsatz neuer Technologien ist Experten zufolge jedoch frühestens in einem Jahrzehnt möglich.

Die Entwicklung von Rotations- oder Rotationsmotoren in Amerika wird vom US Navy Research Laboratory durchgeführt. Die neuen Motoren sollen nach ersten Schätzungen mehr Leistung haben und zudem rund ein Viertel effizienter sein als herkömmliche Motoren. Gleichzeitig bleiben die grundlegenden Funktionsprinzipien des Kraftwerks gleich - die Gase aus dem verbrannten Brennstoff strömen in die Gasturbine und drehen ihre Schaufeln. Auch in relativ ferner Zukunft, wenn die gesamte US-Flotte elektrisch angetrieben wird, werden nach Angaben des US-Navy-Labors teilweise modifizierte Gasturbinen für die Energieerzeugung zuständig sein.

Denken Sie daran, dass die Erfindung des pulsierenden Luftstrahltriebwerks auf das Ende des neunzehnten Jahrhunderts fällt. Urheber der Erfindung war der schwedische Ingenieur Martin Wiberg. Neue Kraftwerke verbreiteten sich während des Zweiten Weltkriegs, obwohl sie in ihren technischen Eigenschaften den damals existierenden Flugmotoren deutlich unterlegen waren.

Es sei darauf hingewiesen, dass die US-Flotte derzeit 129 Schiffe hat, die 430 Gasturbinentriebwerke verwenden. Die Kosten für die Versorgung mit Treibstoff belaufen sich jedes Jahr auf etwa 2 Milliarden Dollar. Wenn in Zukunft moderne Motoren durch neue ersetzt werden, wird sich auch die Höhe der Kraftstoffkosten ändern.

Gegenwärtig verwendete Verbrennungsmotoren arbeiten nach dem Brayton-Zyklus. Wenn wir die Essenz dieses Konzepts in wenigen Worten definieren, dann läuft alles auf das sequentielle Mischen des Oxidationsmittels und des Brennstoffs, die weitere Verdichtung des resultierenden Gemischs, die Brandstiftung und die Verbrennung mit der Ausdehnung der Verbrennungsprodukte hinaus. Diese Expansion wird genau verwendet, um die Kolben in Bewegung zu setzen, die Turbine zu drehen, dh mechanische Aktionen auszuführen und einen konstanten Druck bereitzustellen. Der Verbrennungsprozess des Kraftstoffgemisches bewegt sich mit Unterschallgeschwindigkeit - dieser Vorgang wird als Daflagration bezeichnet.

Bei neuen Motoren beabsichtigen Wissenschaftler, eine explosive Verbrennung zu verwenden, dh eine Detonation, bei der die Verbrennung mit Überschallgeschwindigkeit erfolgt. Und obwohl das Phänomen der Detonation derzeit noch nicht vollständig untersucht wurde, ist bekannt, dass bei dieser Art der Verbrennung eine Stoßwelle entsteht, die sich durch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch ausbreitet und eine chemische Reaktion verursacht, deren Folge ist die Freisetzung einer ziemlich großen Menge an thermischer Energie. Wenn die Stoßwelle das Gemisch durchdringt, erwärmt es sich, was zur Detonation führt.

Bei der Entwicklung eines neuen Motors ist geplant, bestimmte Entwicklungen zu verwenden, die bei der Entwicklung eines pulsierenden Detonationsmotors erzielt wurden. Sein Funktionsprinzip besteht darin, dass ein vorkomprimiertes Kraftstoffgemisch in die Brennkammer geleitet wird, wo es gezündet und zur Detonation gebracht wird. Verbrennungsprodukte dehnen sich in der Düse aus und führen mechanische Aktionen aus. Dann wiederholt sich der ganze Zyklus von vorne. Der Nachteil von pulsierenden Motoren ist jedoch, dass die Taktfrequenz zu niedrig ist. Außerdem wird die Konstruktion dieser Motoren selbst komplexer, wenn die Zahl der Pulsationen zunimmt. Dies liegt an der Notwendigkeit, den Betrieb der Ventile, die für die Zufuhr des Kraftstoffgemisches verantwortlich sind, sowie direkt mit den Detonationszyklen selbst zu synchronisieren. Pulsierende Motoren sind außerdem sehr laut, benötigen viel Kraftstoff zum Betrieb und arbeiten nur mit konstant dosierter Kraftstoffeinspritzung.

Wenn wir Detonationsrotationsmotoren mit pulsierenden vergleichen, ist das Funktionsprinzip etwas anders. So sorgen insbesondere neue Motoren für eine ständige ungedämpfte Detonation des Kraftstoffs im Brennraum. Dieses Phänomen wird Spin oder rotierende Detonation genannt. Es wurde erstmals 1956 von dem sowjetischen Wissenschaftler Bogdan Voitsekhovsky beschrieben. Und dieses Phänomen wurde schon viel früher entdeckt, im Jahr 1926. Die Pioniere waren die Briten, die bemerkten, dass es in bestimmten Systemen einen hell leuchtenden "Kopf" gab, der sich spiralförmig bewegte, anstatt einer Detonationswelle, die eine flache Form hatte.

Voitsekhovsky fotografierte mit einem von ihm selbst entworfenen Fotorecorder die Front der Welle, die sich in der ringförmigen Brennkammer im Kraftstoffgemisch bewegte. Die Spindetonation unterscheidet sich von der ebenen Detonation dadurch, dass in ihr eine einzelne Querstoßwelle entsteht, dann folgt ein erhitztes Gas, das nicht reagiert hat, und bereits hinter dieser Schicht befindet sich eine chemische Reaktionszone. Und genau eine solche Welle verhindert die Verbrennung der Kammer selbst, die Marlen Topchyan "einen abgeflachten Donut" nannte.

Es sei darauf hingewiesen, dass in der Vergangenheit bereits Detonationsmotoren verwendet wurden. Insbesondere handelt es sich um ein pulsierendes Luftstrahltriebwerk, das von den Deutschen am Ende des Zweiten Weltkriegs für V-1-Marschflugkörper eingesetzt wurde. Seine Herstellung war recht einfach, die Verwendung recht einfach, aber gleichzeitig war dieser Motor nicht sehr zuverlässig, um wichtige Aufgaben zu lösen.

Außerdem startete 2008 die Rutang Long-EZ, ein Versuchsflugzeug, das mit einem Impulsdetonationstriebwerk ausgestattet war. Der Flug dauerte nur zehn Sekunden in einer Höhe von dreißig Metern. In dieser Zeit hat das Kraftwerk eine Schubkraft von etwa 890 Newton entwickelt.

Ein experimentelles Modell des Motors, das vom amerikanischen Labor der US Navy vorgestellt wurde, ist eine ringförmige kegelförmige Brennkammer mit einem Durchmesser von 14 Zentimetern auf der Kraftstoffseite und 16 Zentimetern auf der Seite der Düse. Der Abstand zwischen den Wänden der Kammer beträgt 1 Zentimeter, während die "Röhre" eine Länge von 17,7 Zentimetern hat.

Als Brennstoffgemisch wird ein Gemisch aus Luft und Wasserstoff verwendet, das unter einem Druck von 10 Atmosphären in die Brennkammer geleitet wird. Die Temperatur der Mischung beträgt 27,9 Grad. Beachten Sie, dass diese Mischung als die geeignetste für die Untersuchung des Phänomens der Spin-Detonation gilt. Aber laut Wissenschaftlern wird es durchaus möglich sein, in neuen Motoren ein Kraftstoffgemisch zu verwenden, das nicht nur aus Wasserstoff, sondern auch aus anderen brennbaren Komponenten und Luft besteht.

Experimentelle Studien eines Wankelmotors haben seine größere Effizienz und Leistung im Vergleich zu Verbrennungsmotoren gezeigt. Ein weiterer Vorteil sind erhebliche Kraftstoffeinsparungen. Gleichzeitig wurde während des Experiments festgestellt, dass die Verbrennung des Kraftstoffgemisches in einem rotierenden "Versuchs"-Motor ungleichmäßig ist, so dass es notwendig ist, das Motordesign zu optimieren.

Die Verbrennungsprodukte, die sich in der Düse ausdehnen, können mit einem Kegel zu einem Gasstrahl gesammelt werden (dies ist der sogenannte Coanda-Effekt), und dieser Strahl wird dann zur Turbine geleitet. Unter dem Einfluss dieser Gase dreht sich die Turbine. So kann ein Teil der Arbeit der Turbine zum Antrieb von Schiffen und ein Teil zur Erzeugung von Energie verwendet werden, die für Schiffsausrüstung und verschiedene Systeme benötigt wird.

Die Motoren selbst können ohne bewegliche Teile hergestellt werden, was ihre Konstruktion erheblich vereinfacht, was wiederum die Kosten des Kraftwerks insgesamt senkt. Aber das ist nur perspektivisch. Bevor neue Motoren in die Massenproduktion gehen, müssen viele schwierige Aufgaben gelöst werden, darunter die Auswahl langlebiger, hitzebeständiger Materialien.

Beachten Sie, dass Rotationsdetonationsmotoren derzeit als einer der vielversprechendsten Motoren gelten. Sie werden auch von Wissenschaftlern der University of Texas in Arlington entwickelt. Das Kraftwerk, das sie erschufen, wurde „kontinuierlicher Detonationsmotor“ genannt. An der gleichen Universität wird an der Auswahl verschiedener Durchmesser von Ringkammern und verschiedener Kraftstoffmischungen geforscht, die Wasserstoff und Luft oder Sauerstoff in unterschiedlichen Anteilen enthalten.

Auch Russland entwickelt sich in diese Richtung. Laut dem Geschäftsführer des Saturn-Forschungs- und Produktionsvereins I. Fedorov entwickeln Wissenschaftler des Lyulka Scientific and Technical Center im Jahr 2011 ein pulsierendes Luftstrahltriebwerk. Die Arbeiten werden parallel zur Entwicklung eines vielversprechenden Motors mit dem Namen "Product 129" für den T-50 durchgeführt. Darüber hinaus sagte Fedorov, dass der Verband an der Schaffung fortschrittlicher Flugzeuge der nächsten Stufe forsche, die unbemannt sein sollen.

Gleichzeitig gab der Kopf nicht an, von welcher Art von pulsierendem Motor er sprach. Derzeit sind drei Arten solcher Motoren bekannt - ventillos, Ventil und Detonation. Inzwischen ist allgemein anerkannt, dass pulsierende Motoren am einfachsten und billigsten herzustellen sind.

Bis heute forschen mehrere große Verteidigungsunternehmen an der Entwicklung pulsierender Hochleistungsstrahltriebwerke. Zu diesen Firmen gehören die amerikanische Pratt & Whitney und General Electric sowie die französische SNECMA.

Daraus können wir bestimmte Schlussfolgerungen ziehen: Die Schaffung eines neuen vielversprechenden Motors ist mit bestimmten Schwierigkeiten verbunden. Das Hauptproblem liegt derzeit in der Theorie: Was genau passiert, wenn sich die Schock-Detonationswelle im Kreis bewegt, ist nur allgemein bekannt, was die Optimierung von Entwicklungen erheblich erschwert. Daher ist die neue Technologie, obwohl sie sehr attraktiv ist, im Maßstab der industriellen Produktion kaum realisierbar.

Gelingt es Forschern jedoch, sich mit theoretischen Fragestellungen auseinanderzusetzen, kann von einem echten Durchbruch gesprochen werden. Schließlich werden Turbinen nicht nur im Verkehr, sondern auch im Energiesektor eingesetzt, in dem sich eine Effizienzsteigerung noch stärker auswirken kann.

Verwendete Materialien:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/

10. Dezember 2012

Fortsetzung der Artikelserie (nur weil ich noch einen Aufsatz brauche, jetzt zum Thema "Motoren") - ein Artikel über ein sehr vielversprechendes und vielversprechendes SABRE-Motorprojekt. Generell wurde in Runet viel über ihn geschrieben, aber größtenteils sehr chaotische Notizen und Lobeshymnen auf den Websites von Nachrichtenagenturen, aber die Artikel auf der englischen Wikipedia sahen für mich sehr gut aus, sie sind im Allgemeinen angenehm detailreich und Details - Artikel in der englischen Wikipedia.

Dieser Beitrag (und mein zukünftiger Aufsatz) basierte also auf dem Artikel, der ursprünglich unter http://en.wikipedia.org/wiki/SABRE_(rocket_engine) zu finden war, ein kleiner Gag und eine Erklärung wurden ebenfalls hinzugefügt und im Internet gesammelt , Anschauungsmaterial (das ist was, aber Wikipedia-Artikel unterscheiden sich nicht in Bildreichtum)

Folgendes folgt

SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) – Ein von Reaction Engines Limited entwickeltes Konzept, ein vorgekühlter luftatmender Hyperschall-Hybrid-Raketenmotor. Das Triebwerk wird entwickelt, um dem Luft- und Raumfahrtsystem Skylon eine einstufige orbitale Einsetzfähigkeit zu bieten. SABRE ist eine Weiterentwicklung der LACE-Serie und LACE-ähnlicher Motoren, die Anfang/Mitte der 1980er Jahre von Alan Bond im Rahmen des HOTOL-Projekts entwickelt wurden.

Strukturell ist dies ein Motor mit einem kombinierten Arbeitszyklus, der zwei Betriebsmodi hat. Der Air-Jet-Modus kombiniert einen Turbolader mit einem leichten Wärmetauscher-Kühler, der sich direkt hinter dem Lufteinlasskegel befindet. Bei hoher Drehzahl kühlt der Wärmetauscher die vom Lufteinlass komprimierte heiße Luft, was ein ungewöhnlich hohes Verdichtungsverhältnis im Motor ermöglicht. Die komprimierte Luft wird dann wie bei einem herkömmlichen Raketentriebwerk in die Brennkammer geleitet, wo sie den flüssigen Wasserstoff zündet. Niedrige Lufttemperaturen ermöglichen die Verwendung von Leichtmetallen und reduzieren das Gesamtgewicht des Triebwerks – was für das Erreichen der Umlaufbahn sehr wichtig ist. Wir fügen hinzu, dass SABRE im Gegensatz zu den LACE-Konzepten, die diesem Motor vorausgingen, die Luft nicht verflüssigt, was zu einer höheren Effizienz führt.

Abb.1. Skylon-Raumfahrtflugzeug und SABRE-Motor

Nach dem Schließen des Lufteinlasskegels bei einer Geschwindigkeit von M = 5,14 und einer Höhe von 28,5 km arbeitet das System in einem Hochleistungs-Raketentriebwerk mit geschlossenem Kreislauf weiter und verbraucht flüssigen Sauerstoff und flüssigen Wasserstoff aus den Tanks an Bord, was Skylon ermöglicht Umlaufgeschwindigkeit erreichen, nachdem sie die Atmosphäre in steilem Steigflug verlassen haben.

Außerdem wurde auf der Grundlage des SABRE-Triebwerks ein luftatmender Jet namens Scimitar für das vielversprechende A2-Hyperschall-Passagierflugzeug entwickelt, das im Rahmen des von der Europäischen Union finanzierten LAPCAT-Programms entwickelt wurde.

Im November 2012 gab Reaction Engines den erfolgreichen Abschluss einer Reihe von Tests bekannt, die die Leistung des Motorkühlsystems bestätigen, eines der Haupthindernisse für den Projektabschluss. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat auch den SABRE-Motorwärmetauscher bewertet und bestätigt, dass die Technologie vorhanden ist, die erforderlich ist, um den Motor in Metall zu verwandeln.

Abb.2. SABRE-Motormodell

Geschichte

Die Idee für einen vorgekühlten Motor kam erstmals 1955 bei Robert Carmichael. Es folgte die Idee eines Flüssiglufttriebwerks (LACE), das ursprünglich von Marquardt und General Dynamics in den 1960er Jahren im Rahmen der Arbeiten der US Air Force am Aerospaceplane-Projekt untersucht wurde.
Das LACE-System befindet sich direkt hinter dem Überschalllufteinlass – so strömt komprimierte Luft direkt in den Wärmetauscher, wo sie sofort gekühlt wird, indem etwas an Bord gespeicherter flüssiger Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird. Die resultierende flüssige Luft wird dann verarbeitet, um flüssigen Sauerstoff zu extrahieren, der in den Motor eintritt. Allerdings ist die Wasserstoffmenge, die durch den Wärmetauscher strömt und erhitzt wird, viel größer, als im Motor verbrannt werden kann, und sein Überschuss läuft einfach über Bord ab (trotzdem erhöht er auch den Schub).

1989, als die Finanzierung des HOTOL-Projekts eingestellt wurde, gründeten Bond und andere Reaction Engines Limited, um die Forschung fortzusetzen. Der Wärmetauscher des RB545-Motors (der im HOTOL-Projekt verwendet werden sollte) hatte einige Probleme mit der Zerbrechlichkeit des Designs sowie dem relativ hohen Verbrauch an flüssigem Wasserstoff. Es war auch unmöglich, es zu verwenden - das Patent für den Motor gehörte Rolls Royce, und das wichtigste Argument - der Motor wurde als streng geheim erklärt. Daher fuhr Bond mit der Entwicklung einer neuen SABRE-Engine fort und entwickelte die Ideen des vorherigen Projekts weiter.

Ab November 2012 wurde die Geräteprüfung zum Thema „Wärmetauschertechnologie kritisch für ein Luft/Flüssigsauerstoff-Hybridraketentriebwerk“ abgeschlossen. Dies war ein Meilenstein im SABRE-Entwicklungsprozess, der potenziellen Investoren die Realisierbarkeit der Technologie demonstrierte. Der Motor basiert auf einem Wärmetauscher, der die einströmende Luft auf -150 °C (-238 °F) herunterkühlen kann. Die gekühlte Luft vermischt sich mit flüssigem Wasserstoff und verbrennt, um Schub für den Atmosphärenflug bereitzustellen, bevor beim Fliegen außerhalb der Atmosphäre auf flüssigen Sauerstoff aus Tanks umgeschaltet wird. Erfolgreiche Tests dieser kritischen Technologie haben bewiesen, dass der Wärmetauscher die Anforderungen des Triebwerks erfüllen kann, um genügend Sauerstoff aus der Atmosphäre zu gewinnen, um unter Flugbedingungen in geringer Höhe mit hoher Effizienz zu arbeiten.

Auf der Farnborough Airshow 2012 hielt David Willetts, Minister für Universitäten und Wissenschaft des Vereinigten Königreichs, zu diesem Anlass eine Rede. Insbesondere sagte er, dass dieser von Reaction Engines entwickelte Motor das Spielfeld in der Raumfahrtindustrie wirklich beeinflussen kann. Der erfolgreich abgeschlossene Test des Vorkühlsystems ist ein Beweis für das hohe Lob, das die UK Space Agency dem Triebwerkskonzept im Jahr 2010 entgegenbrachte. Der Minister fügte hinzu, dass, wenn es ihnen eines Tages gelingt, diese Technologie für ihre eigenen kommerziellen Flüge einzusetzen, dies zweifellos eine fantastische Errungenschaft in ihrer Größenordnung sein wird.

Der Minister wies auch darauf hin, dass es eine geringe Chance gibt, dass die Europäische Weltraumorganisation zustimmt, Skylon zu finanzieren, sodass Großbritannien bereit sein sollte, das Raumschiff größtenteils aus eigenen Mitteln zu bauen.

Abb. 3. Luft- und Raumfahrtflugzeug Skylon - Layout

Die nächste Phase des SABRE-Programms umfasst Bodentests eines maßstabsgetreuen Modells des Triebwerks, das in der Lage ist, den vollständigen Zyklus zu demonstrieren. Die ESA drückte ihr Vertrauen in den erfolgreichen Bau des Demonstrators aus und erklärte, dass er „einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung dieses Programms und einen Durchbruch in der Frage der Antriebssysteme auf der ganzen Welt“ darstellen werde.

Design

Abb.4. SABRE-Motorlayout

Wie das RB545 ähnelt das SABRE-Design eher einem traditionellen Raketentriebwerk als einem Luftstrahl. Das vorgekühlte Hybrid-Jet/Raketen-Triebwerk verwendet flüssigen Wasserstoffkraftstoff in Kombination mit einem Oxidationsmittel, das entweder als gasförmige Luft von einem Kompressor oder als flüssiger Sauerstoff aus Kraftstofftanks von einer Turbopumpe zugeführt wird.

An der Vorderseite des Motors befindet sich ein einfacher axialsymmetrischer kegelförmiger Lufteinlass, der die Luft mit nur zwei reflektierten Stoßwellen auf Unterschallgeschwindigkeit abbremst.

Ein Teil der Luft gelangt durch den Wärmetauscher in den zentralen Teil des Triebwerks und der Rest gelangt durch den Ringkanal in den zweiten Kreislauf, der ein herkömmlicher Staustrahl ist. Der zentrale Teil hinter dem Wärmetauscher ist ein Turbolader, der von gasförmigem Helium angetrieben wird, das durch einen geschlossenen Kanal des Brayton-Kreislaufs zirkuliert. Vom Kompressor komprimierte Luft tritt mit hohem Druck in die vier Brennkammern des Kombiraketentriebwerks ein.

Abb.5. Vereinfachter SABRE-Motorzyklus

Wärmetauscher

Die Luft, die mit Über-/Überschallgeschwindigkeit in den Motor eintritt, wird nach dem Bremsen und Verdichten im Lufteinlass sehr heiß. Hohe Temperaturen in Düsentriebwerken wurden traditionell durch die Verwendung schwerer Legierungen auf Kupfer- oder Nickelbasis, durch Absenken des Verdichtungsverhältnisses des Kompressors sowie durch Absenken der Drehzahl bewältigt, um ein Überhitzen und Schmelzen der Struktur zu vermeiden. Für ein einstufiges Raumfahrzeug sind solche schweren Materialien jedoch nicht anwendbar, und es wird der maximal mögliche Schub benötigt, um die Umlaufbahn in kürzester Zeit zu erreichen, um die Schwere der Verluste zu minimieren.

Bei der Verwendung von gasförmigem Helium als Wärmeträger wird die Luft im Wärmetauscher deutlich von 1000°C auf -150°C abgekühlt und gleichzeitig eine Luftverflüssigung oder Wasserdampfkondensation an den Wärmetauscherwänden vermieden.

Abb.6. Modellieren Sie eines der Wärmetauschermodule

Frühere Versionen des Wärmetauschers, wie sie im HOTOL-Projekt verwendet wurden, leiteten Wasserstoffbrennstoff direkt durch den Wärmetauscher, aber die Verwendung von Helium als Zwischenkreislauf zwischen Luft und kaltem Brennstoff beseitigte das Problem der Wasserstoffsprödigkeit des Wärmetauscherdesigns . Eine starke Abkühlung der Luft verspricht jedoch gewisse Probleme - es muss verhindert werden, dass der Wärmetauscher durch gefrorenen Wasserdampf und andere Fraktionen blockiert wird. Im November 2012 wurde ein Muster eines Wärmetauschers demonstriert, der atmosphärische Luft in 0,01 s auf -150 °C abkühlen kann.
Eine der Innovationen des SABRE-Wärmetauschers ist die spiralförmige Anordnung der Kältemittelrohre, die eine deutliche Effizienzsteigerung verspricht.

Abb.7. SABRE-Wärmetauscher-Prototyp

Kompressor

Bei einer Geschwindigkeit von M = 5 und einer Höhe von 25 Kilometern, was 20 % der für den Eintritt in die Umlaufbahn erforderlichen Umlaufgeschwindigkeit und -höhe entspricht, tritt die im Wärmetauscher gekühlte Luft in einen ganz gewöhnlichen Turbolader ein, der strukturell denen ähnelt, die in herkömmlichen Turbojets verwendet werden Motoren, bieten jedoch aufgrund der extrem niedrigen Einlasslufttemperatur ein ungewöhnlich hohes Verdichtungsverhältnis. Dadurch kann die Luft auf 140 Atmosphären komprimiert werden, bevor sie in die Brennräume des Haupttriebwerks eintritt. Im Gegensatz zu Turbostrahltriebwerken wird der Turbolader von einer Turbine angetrieben, die sich in einem Heliumkreislauf befindet, und nicht durch die Wirkung von Verbrennungsprodukten, wie bei herkömmlichen Turbostrahltriebwerken. Der Turbolader arbeitet also mit der vom Gel im Wärmetauscher erzeugten Wärme.

Heliumkreislauf

Wärme wird von Luft auf Helium übertragen. Heißes Helium aus dem Helium-Luft-Wärmetauscher wird im Helium-Wasserstoff-Wärmetauscher gekühlt, wobei Wärme an flüssigen Wasserstoffbrennstoff abgegeben wird. Der Kreislauf, in dem Helium zirkuliert, arbeitet nach dem Brayton-Zyklus, sowohl zur Kühlung des Motors an kritischen Stellen als auch zum Antrieb von Leistungsturbinen und zahlreichen Motorkomponenten. Mit der restlichen thermischen Energie wird ein Teil des Wasserstoffs verdampft, der in einem externen, direkt durchströmten Kreislauf verbrannt wird.

Schalldämpfer

Um Helium zu kühlen, wird es durch einen Stickstofftank gepumpt. Derzeit wird anstelle von flüssigem Stickstoff Wasser für Tests verwendet, das verdampft, die Temperatur des Heliums senkt und die Geräusche der Abgase übertönt.

Motor

Aufgrund der Tatsache, dass der Hybrid-Raketenantrieb einen Standschub weit von null hat, kann das Flugzeug in einem normalen, luftatmenden Modus ohne Unterstützung starten, ähnlich wie bei herkömmlichen Turbojet-Triebwerken. Wenn Sie den atmosphärischen Druck erhöhen und senken, wird immer mehr Luft zum Kompressor geleitet, und die Kompressionseffizienz im Lufteinlass nimmt nur ab. In diesem Modus kann das Strahltriebwerk in einer viel höheren Höhe betrieben werden, als dies sonst möglich wäre.
Wenn die Geschwindigkeit M = 5,5 erreicht ist, wird das Strahltriebwerk ineffizient und schaltet ab, und nun gelangt der an Bord gespeicherte flüssige Sauerstoff und flüssige Wasserstoff in das Raketentriebwerk bis zum Erreichen der Umlaufgeschwindigkeit (entsprechend M = 25). Die Turbopumpenaggregate werden vom gleichen Heliumkreislauf angetrieben, der nun in speziellen „Vorbrennkammern“ Wärme erhält.
Eine ungewöhnliche Konstruktionslösung für das Kühlsystem der Brennkammer - anstelle von flüssigem Wasserstoff wird ein Oxidationsmittel (Luft / flüssiger Sauerstoff) als Kühlmittel verwendet, um einen übermäßigen Wasserstoffverbrauch und eine Verletzung des stöchiometrischen Verhältnisses (Brennstoff-Oxidator-Verhältnis) zu vermeiden.

Der zweite wichtige Punkt ist die Strahldüse. Die Effizienz der Strahldüse hängt von ihrer Geometrie und dem atmosphärischen Druck ab. Während die Düsengeometrie gleich bleibt, ändert sich der Druck mit der Höhe erheblich, daher verlieren Düsen, die in der unteren Atmosphäre hocheffizient sind, ihre Wirksamkeit in größeren Höhen erheblich.
Bei herkömmlichen mehrstufigen Systemen wird dies überwunden, indem einfach für jede Stufe und die entsprechende Flugphase eine andere Geometrie verwendet wird. Aber in einem einstufigen System verwenden wir die ganze Zeit dieselbe Düse.

Abb.8. Vergleich verschiedener Strahldüsen in Atmosphäre und Vakuum

Als Ausgang ist die Verwendung einer speziellen Expansion-Deflection-Düse (ED-Düse) geplant - einer im Rahmen des STERN-Projekts entwickelten einstellbaren Strahldüse, die aus einer traditionellen Glocke (wenn auch relativ kürzer als üblich) und einem einstellbaren zentralen Körper besteht der den Gasstrom zu den Wänden umlenkt. Durch die Änderung der Position des zentralen Körpers kann sichergestellt werden, dass der Auspuff nicht die gesamte Fläche des unteren Abschnitts einnimmt, sondern nur einen ringförmigen Abschnitt, wobei die von ihm eingenommene Fläche dem atmosphärischen Druck angepasst wird.

Außerdem ist es in einem Mehrkammertriebwerk möglich, den Schubvektor einzustellen, indem die Querschnittsfläche und somit der Beitrag zum Gesamtschub jeder Kammer geändert wird.

Abb.9. Strahldüse Expansion-Deflection (ED-Düse)

Gerader Kreislauf

Die Weigerung, Luft zu verflüssigen, erhöhte die Effizienz des Motors und senkte die Kühlmittelkosten durch Verringerung der Entropie. Aber auch eine einfache Luftkühlung benötigt mehr Wasserstoff, als im primären Motorkreislauf verbrannt werden kann.

Überschüssiger Wasserstoff wird über Bord gelassen, aber nicht einfach so, sondern in mehreren Brennkammern verbrannt, die sich im äußeren ringförmigen Luftkanal befinden, der den direkt durchströmten Teil des Motors bildet, der Luft erhält, die die Wärme umgeht Austauscher. Der zweite Durchlaufkreislauf reduziert Verluste durch Luftwiderstand, der nicht in den Wärmetauscher eingetreten ist, und liefert auch einen Teil des Schubs.
Bei niedrigen Drehzahlen umgeht eine sehr große Luftmenge den Wärmetauscher / Kompressor, und mit zunehmender Drehzahl gelangt die meiste Luft im Gegenteil in den Kompressor, um die Effizienz aufrechtzuerhalten.
Dies unterscheidet das System von einem Turbo-Staustrahltriebwerk, bei dem alles genau umgekehrt ist - bei niedrigen Geschwindigkeiten strömen große Luftmassen durch den Kompressor und bei hohen Geschwindigkeiten umgehen sie ihn durch einen Staustrahlkreislauf, der so effizient wird, dass er dauert die Hauptrolle.

Leistung

Es wird angenommen, dass das Schub-zu-Gewicht-Verhältnis von SABRE über 14 Einheiten liegt, während das Schub-zu-Gewicht-Verhältnis herkömmlicher Strahltriebwerke im Bereich von 5 und bei Überschall-Staustrahltriebwerken nur bei 2 liegt. Diese hohe Leistung ist auf die Verwendung von unterkühlter Luft zurückzuführen, die sehr dicht wird und weniger Kompression erfordert, und, was noch wichtiger ist, aufgrund niedriger Betriebstemperaturen ist es möglich geworden, Leichtmetalle für den Großteil der Motorkonstruktion zu verwenden. Die Gesamtleistung verspricht höher zu sein als bei RB545 oder Überschall-Staustrahltriebwerken.

Der Motor hat einen hohen spezifischen Impuls in der Atmosphäre, der 3500 Sekunden erreicht. Zum Vergleich: Ein herkömmliches Raketentriebwerk hat bestenfalls einen spezifischen Impuls von etwa 450, und selbst ein vielversprechendes "thermisches" Atomraketentriebwerk verspricht, nur 900 Sekunden zu erreichen.

Die Kombination aus hoher Treibstoffeffizienz und geringer Triebwerksmasse verleiht Skylon die Fähigkeit, die Umlaufbahn in einer einzigen Stufe zu erreichen, während es als Luftstrahl bis zu einer Geschwindigkeit von M = 5,14 und einer Höhe von 28,5 km betrieben wird. In diesem Fall erreicht das Luft- und Raumfahrzeug eine Umlaufbahn mit einer großen Nutzlast im Verhältnis zum Startgewicht, die zuvor von keinem nichtnuklearen Fahrzeug erreicht werden konnte.

Wie beim RB545 erhöht die Idee der Vorkühlung die Masse und Komplexität des Systems, was unter normalen Umständen das Gegenteil des Konstruktionsprinzips von Raketensystemen ist. Außerdem ist der Wärmetauscher ein sehr aggressiver und komplexer Teil des SABRE-Motordesigns. Es ist allerdings anzumerken, dass angenommen wird, dass die Masse dieses Wärmetauschers um eine Größenordnung geringer ist als bei bestehenden Proben, und Experimente haben gezeigt, dass dies erreicht werden kann. Der experimentelle Wärmetauscher erreichte einen Wärmeaustausch von fast 1 GW/m2, was als Weltrekord gilt. Kleine Module des zukünftigen Wärmetauschers wurden bereits hergestellt.

Verluste durch das Mehrgewicht des Systems werden in einem geschlossenen Kreislauf (Wärmetauscher-Turbolader) kompensiert, ebenso wie das Mehrgewicht der Skylon-Flügel durch die Erhöhung des Gesamtgewichts des Systems ebenfalls mehr zur Gesamteffizienzsteigerung beiträgt als es verringert . Dies wird meist durch unterschiedliche Flugrouten ausgeglichen. Gewöhnliche Trägerraketen starten vertikal mit extrem niedrigen Geschwindigkeiten (wenn wir eher von tangentialer als von normaler Geschwindigkeit sprechen). Diese auf den ersten Blick ineffiziente Bewegung ermöglicht es Ihnen, die Atmosphäre schnell zu durchdringen und bereits in einer luftlosen Umgebung tangentiale Geschwindigkeit zu erreichen, ohne zu verlieren Geschwindigkeit durch Luftreibung .

Gleichzeitig ermöglicht die hohe Kraftstoffeffizienz des SABRE-Motors einen sehr sanften Steigflug (bei dem die tangentiale Komponente der Geschwindigkeit stärker zunimmt als die normale Komponente der Geschwindigkeit), die Luft trägt eher dazu bei, als dass sie das System verlangsamt (Oxidationsmittel und Arbeitsflüssigkeit für den Motor, Auftrieb für die Flügel), was zu einem viel geringeren Kraftstoffverbrauch führt, um eine Umlaufgeschwindigkeit zu erreichen.

Einige Eigenschaften

Schub ins Leere - 2940 kN
Schub auf Meereshöhe - 1960 kN
Schub-Gewichts-Verhältnis (Motor) - etwa 14 (in der Atmosphäre)
Spezifischer Impuls im Vakuum - 460 Sek
Spezifischer Impuls auf Meereshöhe - 3600 Sek

Vorteile

Im Gegensatz zu herkömmlichen Raketentriebwerken und wie andere Arten von Luftstrahltriebwerken kann ein hybrides Strahltriebwerk Luft zum Verbrennen von Treibstoff verwenden, wodurch das erforderliche Treibmittelgewicht reduziert und dadurch das Nutzlastgewicht erhöht wird.

Ramjet- und Scramjet-Triebwerke müssen viel Zeit in der unteren Atmosphäre verbringen, um Geschwindigkeiten zu erreichen, die ausreichen, um die Umlaufbahn zu erreichen, was das Problem der starken Erwärmung im Hyperschall sowie den erheblichen Gewichtsverlust und die Komplexität des Wärmeschutzes in den Vordergrund rückt.

Ein hybrides Strahltriebwerk wie SABRE muss in der unteren Atmosphäre nur eine niedrige Hyperschallgeschwindigkeit erreichen (zur Erinnerung: Hyperschall ist alles nach M = 5, daher ist M = 5,14 der Anfang des Hyperschallgeschwindigkeitsbereichs), bevor es in einen geschlossenen Kreislauf von übergeht Betrieb und steiler Aufstieg mit einer Reihe von Geschwindigkeiten im Raketenmodus.

Im Gegensatz zu einem Ramjet oder Scramjet ist der SABRE in der Lage, einen hohen Schub von Null Geschwindigkeit bis M = 5,14, vom Boden bis in große Höhen, mit hoher Effizienz über den gesamten Bereich zu liefern. Darüber hinaus bedeutet die Fähigkeit, Schub bei Nulldrehzahl zu erzeugen, dass der Motor am Boden getestet werden kann, was die Entwicklungskosten erheblich senkt.

Es gibt auch einige Links für Ihre Aufmerksamkeit.

Die Geschichte der Luftfahrt ist geprägt von einem andauernden Kampf um die Geschwindigkeitssteigerung von Flugzeugen. Der erste offiziell registrierte Geschwindigkeitsweltrekord von 1906 lag bei nur 41,3 Stundenkilometern. Bis 1910 war die Geschwindigkeit der besten Flugzeuge auf 110 Stundenkilometer gestiegen. Das Kampfflugzeug RBVZ-16, das in der Anfangszeit des Ersten Weltkriegs im russisch-baltischen Werk gebaut wurde, hatte eine maximale Fluggeschwindigkeit von 153 Stundenkilometern. Und zu Beginn des Zweiten Weltkriegs waren sie keine separaten Maschinen mehr - Tausende von Flugzeugen flogen mit Geschwindigkeiten von über 500 Stundenkilometern.
Aus der Mechanik ist bekannt, dass die zur Bewegung des Flugzeugs erforderliche Leistung gleich dem Produkt aus Schubkraft und Geschwindigkeit ist. Somit steigt die Leistung proportional zum Würfel der Geschwindigkeit. Um die Fluggeschwindigkeit eines Propellerflugzeugs zu verdoppeln, ist es daher notwendig, die Leistung seiner Triebwerke um das Achtfache zu erhöhen. Dies führt zu einer Gewichtszunahme des Kraftwerks und zu einer deutlichen Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Wie Berechnungen zeigen, muss die Leistung des Kolbenmotors um das 15- bis 20-fache erhöht werden, um die Geschwindigkeit eines Flugzeugs zu verdoppeln, was zu einer Erhöhung seines Gewichts und seiner Größe führt.
Aber ab einer Fluggeschwindigkeit von 700-800 Stundenkilometern und nähert sich der Schallgeschwindigkeit, steigt der Luftwiderstand noch stärker an. Darüber hinaus ist der Wirkungsgrad des Propellers nur bei Fluggeschwindigkeiten von nicht mehr als 700-800 Stundenkilometern hoch genug. Mit einer weiteren Erhöhung der Geschwindigkeit nimmt sie stark ab. Trotz aller Bemühungen der Flugzeugkonstrukteure hatten daher selbst die besten Kampfflugzeuge mit Kolbenmotoren mit einer Leistung von 2500 bis 3000 PS eine maximale horizontale Fluggeschwindigkeit von nicht mehr als 800 Stundenkilometern.
Wie man sieht, wurde zur Bewältigung großer Höhen und zur weiteren Steigerung der Geschwindigkeit ein neues Flugtriebwerk benötigt, dessen Schubkraft und Leistung mit zunehmender Fluggeschwindigkeit nicht abfallen, sondern zunehmen würden.
Und so ein Motor wurde geschaffen. Dies ist ein Flugzeugstrahltriebwerk. Es war viel leistungsstärker und leichter als sperrige Propelleranlagen. Die Verwendung dieses Motors ermöglichte es der Luftfahrt schließlich, die Schallmauer zu durchbrechen.

Das Funktionsprinzip und die Klassifizierung von Strahltriebwerken

Um zu verstehen, wie ein Düsentriebwerk funktioniert, erinnern wir uns daran, was passiert, wenn eine Schusswaffe abgefeuert wird. Jeder, der schon einmal mit einem Gewehr oder einer Pistole geschossen hat, kennt die Wirkung des Rückstoßes. Zum Zeitpunkt des Schusses drücken Pulvergase mit großer Kraft gleichmäßig in alle Richtungen. Die Innenwände des Laufs, der Boden des Geschosses oder Projektils und der Boden der vom Bolzen gehaltenen Patronenhülse erfahren diesen Druck.
Die Druckkräfte auf die Fasswände sind gegenseitig ausgeglichen. Der Druck von Pulvergasen auf die Kugel (Projektil) wirft sie aus dem Gewehr (Gewehr) und der Druck der Gase auf dem Boden der Patronenhülse ist die Ursache für den Rückstoß.
Der Rückstoß ist einfach herzustellen und eine Quelle kontinuierlicher Bewegung. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, wir stellen ein schweres Maschinengewehr der Infanterie auf einen leichten Karren. Dann rollt es bei ununterbrochenem Schießen mit einem Maschinengewehr unter dem Einfluss von Rückstoßstößen in die der Schussrichtung entgegengesetzte Richtung.
Dieses Prinzip ist die Grundlage für den Betrieb eines Strahltriebwerks. Die Bewegungsquelle in einem Strahltriebwerk ist die Reaktion oder der Rückstoß eines Gasstrahls.
Ein geschlossenes Gefäß enthält ein komprimiertes Gas. Der Druck des Gases wird gleichmäßig auf die Wände des Gefäßes verteilt, das bewegungslos bleibt. Wenn jedoch eine der Endwände des Behälters entfernt wird, beginnt das komprimierte Gas, das sich ausdehnen möchte, schnell aus dem Loch zu strömen.
Der Druck des Gases an der dem Loch gegenüberliegenden Wand wird nicht mehr ausgeglichen, und das Gefäß beginnt sich zu bewegen, wenn es nicht fixiert ist. Es ist wichtig zu beachten, dass je größer der Druck des Gases ist, desto größer ist die Geschwindigkeit seines Ausströmens und desto schneller bewegt sich das Gefäß.
Um ein Düsentriebwerk zu betreiben, genügt es, Schießpulver oder andere brennbare Substanzen im Tank zu verbrennen. Dann zwingt der Überdruck im Behälter die Gase dazu, kontinuierlich in Form eines Strahls von Verbrennungsprodukten mit einer Geschwindigkeit in die Atmosphäre zu strömen, die umso größer ist, je höher der Druck im Inneren des Reservoirs selbst und je niedriger der Außendruck ist. Das Ausströmen von Gasen aus dem Behälter erfolgt unter dem Einfluss einer Druckkraft, die mit der Richtung des durch das Loch austretenden Strahls zusammenfällt. Folglich wird unweigerlich eine andere Kraft gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung auftreten. Sie wird den Panzer bewegen.

Diese Kraft wird Schubkraft genannt.
Alle Strahltriebwerke können in mehrere Hauptklassen eingeteilt werden. Betrachten Sie die Gruppierung von Strahltriebwerken nach der Art des darin verwendeten Oxidationsmittels.
Zur ersten Gruppe gehören Strahltriebwerke mit eigenem Oxidationsmittel, die sogenannten Raketentriebwerke. Diese Gruppe wiederum besteht aus zwei Klassen: PRD - Pulverstrahltriebwerke und LRE - Flüssigkeitsstrahltriebwerke.
Bei Treibstrahltriebwerken enthält der Treibstoff gleichzeitig Treibstoff und das für seine Verbrennung notwendige Oxidationsmittel. Die einfachste PRD ist die bekannte Feuerwerksrakete. In einem solchen Motor brennt Schießpulver innerhalb weniger Sekunden oder sogar Sekundenbruchteile aus. Der in diesem Fall entwickelte Strahlschub ist ziemlich signifikant. Die Brennstoffzufuhr wird durch das Volumen der Brennkammer begrenzt.
Strukturell ist die PRD außergewöhnlich einfach. Es kann als Anlage verwendet werden, die lange Zeit nicht funktioniert, aber dennoch eine ausreichend große Zugkraft erzeugt.
In Strahltriebwerken mit Flüssigtreibstoff enthält die Kraftstoffzusammensetzung etwas brennbare Flüssigkeit (normalerweise Kerosin oder Alkohol) und flüssigen Sauerstoff oder eine sauerstoffhaltige Substanz (z. B. Wasserstoffperoxid oder Salpetersäure). Sauerstoff oder ein Ersatz dafür, der für die Verbrennung von Brennstoff notwendig ist, wird allgemein als Oxidationsmittel bezeichnet. Während des LRE-Betriebs werden Brennstoff und Oxidator kontinuierlich in die Brennkammer zugeführt; Verbrennungsprodukte werden durch die Düse nach außen ausgestoßen.
Flüssigkeits- und Pulverstrahltriebwerke sind im Gegensatz zu den anderen in der Lage, in einem luftleeren Raum zu arbeiten.
Die zweite Gruppe bilden Luftstrahltriebwerke - WFD, die ein Oxidationsmittel aus der Luft verwenden. Sie werden wiederum in drei Klassen unterteilt: Staustrahltriebwerke (Ramjet), pulsierende Strahltriebwerke (puVRD) und Turbojet-Triebwerke (Turbojet-Triebwerke).
In einer WRRL mit Direktstrom (oder ohne Kompressor) wird der Kraftstoff in der Brennkammer in atmosphärischer Luft verbrannt, die durch ihren eigenen Geschwindigkeitsdruck komprimiert wird. Luft wird nach dem Gesetz von Bernoulli komprimiert. Wenn sich eine Flüssigkeit oder ein Gas durch einen expandierenden Kanal bewegt, nimmt nach diesem Gesetz die Geschwindigkeit des Strahls ab, was zu einer Erhöhung des Drucks des Gases oder der Flüssigkeit führt.
Dazu verfügt der Staustrahl über einen Diffusor - einen sich erweiternden Kanal, durch den atmosphärische Luft in die Brennkammer eintritt.
Die Fläche des Auslassabschnitts der Düse ist normalerweise viel größer als die Fläche des Einlassabschnitts des Diffusors. Außerdem verteilt sich der Druck anders über die Oberfläche des Diffusors und hat größere Werte als an den Wänden der Düse. Als Ergebnis der Wirkung all dieser Kräfte entsteht ein Reaktionsschub.
Der Wirkungsgrad einer direkt durchströmten WRRL bei einer Fluggeschwindigkeit von 1000 km/h beträgt ca. 8-9 %. Und bei einer Erhöhung dieser Geschwindigkeit um den Faktor 2 kann der Wirkungsgrad in einigen Fällen 30% erreichen - höher als der eines Kolbenflugmotors. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der Staustrahl einen erheblichen Nachteil hat: Ein solches Triebwerk liefert keinen Schub und kann daher keinen unabhängigen Start des Flugzeugs ermöglichen.
Das Turbojet-Triebwerk (TRD) ist komplexer. Im Flug gelangt die ankommende Luft durch den vorderen Einlass zum Kompressor und wird mehrfach komprimiert. Die vom Kompressor komprimierte Luft tritt in die Brennkammer ein, wo flüssiger Kraftstoff (normalerweise Kerosin) eingespritzt wird; die bei der Verbrennung dieses Gemisches entstehenden Gase werden den Schaufeln einer Gasturbine zugeführt.
Die Turbinenscheibe ist auf derselben Welle wie das Verdichterrad montiert, sodass die durch die Turbine strömenden heißen Gase sie zusammen mit dem Verdichter in Rotation versetzen. Von der Turbine treten die Gase in die Düse ein. Hier sinkt ihr Druck und ihre Geschwindigkeit steigt. Der aus dem Triebwerk austretende Gasstrahl erzeugt Strahlschub.
Im Gegensatz zu einem Staustrahl-WFD ist ein Turbojet-Triebwerk in der Lage, Schub zu entwickeln, selbst wenn es auf der Stelle operiert. Er kann selbstständig für den Start des Flugzeugs sorgen. Zum Starten des Turbojet-Triebwerks werden spezielle Startvorrichtungen verwendet: Elektrostarter und Gasturbinenstarter.
Der Wirkungsgrad eines Turbojet-Triebwerks bei bis zu Schallfluggeschwindigkeiten ist viel höher als der eines Direktstrom-Jet-Triebwerks. Und erst bei Überschallgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 2000 Kilometern pro Stunde wird der Kraftstoffverbrauch für beide Motortypen ungefähr gleich.

Eine kurze Geschichte der Entwicklung der Jet Aviation

Das berühmteste und einfachste Strahltriebwerk ist die Pulverrakete, die vor vielen Jahrhunderten im alten China erfunden wurde. Natürlich stellte sich heraus, dass die Pulverrakete das erste Strahltriebwerk war, das versucht wurde, als Flugzeugantrieb eingesetzt zu werden.
Zu Beginn der 1930er Jahre begannen in der UdSSR Arbeiten zur Schaffung eines Strahltriebwerks für Flugzeuge. Der sowjetische Ingenieur F. A. Zander äußerte bereits 1920 die Idee eines Höhenraketenflugzeugs. Sein mit Benzin und flüssigem Sauerstoff betriebenes OR-2-Triebwerk war für den Einbau in ein Versuchsflugzeug vorgesehen.
In Deutschland wurden unter Beteiligung der Ingenieure Valle, Senger, Opel und Stammer ab 1926 systematisch Experimente mit Pulverraketen durchgeführt, die an einem Auto, Fahrrad, Triebwagen und schließlich an einem Flugzeug montiert waren. 1928 wurden die ersten praktischen Ergebnisse erzielt: Ein Raketenauto zeigte eine Geschwindigkeit von etwa 100 km / h und ein Triebwagen - bis zu 300 km / h. Im Juni desselben Jahres wurde der Erstflug eines Flugzeugs mit Pulverstrahltriebwerk durchgeführt. In einer Höhe von 30 m. Dieses Flugzeug flog 1,5 km und hielt nur eine Minute in der Luft. Etwas mehr als ein Jahr später wurde der Flug wiederholt und eine Fluggeschwindigkeit von 150 km/h erreicht.
Bis Ende der 30er Jahre unseres Jahrhunderts wurden in verschiedenen Ländern Forschungs-, Konstruktions- und Versuchsarbeiten durchgeführt, um Flugzeuge mit Strahltriebwerken herzustellen.

1939 fanden in der UdSSR Flugtests mit Staustrahltriebwerken (Staustrahltriebwerken) an dem von N. N. Polikarpov entworfenen I-15-Flugzeug statt. In den unteren Ebenen des Flugzeugs wurden als zusätzliche Motoren Ramjet-Triebwerke installiert, die von I. A. Merkulov entworfen wurden. Die ersten Flüge wurden von einem erfahrenen Testpiloten P. E. Loginov durchgeführt. In einer bestimmten Höhe beschleunigte er das Auto auf Höchstgeschwindigkeit und schaltete Strahltriebwerke ein. Der Schub der zusätzlichen Staustrahltriebwerke erhöhte die maximale Fluggeschwindigkeit. 1939 wurden ein zuverlässiger Motorstart im Flug und die Stabilität des Verbrennungsprozesses erarbeitet. Im Flug konnte der Pilot den Motor wiederholt ein- und ausschalten und seinen Schub anpassen. Am 25. Januar 1940 fand nach Werkstests der Motoren und Überprüfung ihrer Sicherheit bei vielen Flügen ein offizieller Test statt - der Flug eines Flugzeugs mit einem Staustrahltriebwerk. Ausgehend vom Frunse Central Aerodrome in Moskau schaltete Pilot Loginov in geringer Höhe Düsentriebwerke ein und drehte mehrere Kreise über dem Flugplatzgelände.
Diese Flüge des Piloten Loginov in den Jahren 1939 und 1940 waren die ersten Flüge mit einem Flugzeug mit zusätzlichen Staustrahltriebwerken. Nach ihm nahmen die Testpiloten N. A. Sopotsko, A. V. Davydov und A. I. Zhukov am Testen dieses Motors teil. Im Sommer 1940 wurden diese Motoren in das von N. N. Polikarpov entworfene Jagdflugzeug I-153 Chaika eingebaut und getestet. Sie erhöhten die Geschwindigkeit des Flugzeugs um 40-50 km / h.

Bei Fluggeschwindigkeiten, die von Propellerflugzeugen entwickelt werden könnten, verbrauchten zusätzliche unkomprimierte VJEs jedoch viel Treibstoff. Der Staustrahl hat einen weiteren wichtigen Nachteil: Ein solches Triebwerk liefert keinen Schub an Ort und Stelle und kann daher keinen unabhängigen Start des Flugzeugs ermöglichen. Dies bedeutet, dass ein Flugzeug mit einem solchen Motor unbedingt mit einer Art Hilfsstarttriebwerk, beispielsweise einem Propeller, ausgestattet sein muss, sonst hebt es nicht ab.
In den späten 30er - frühen 40er Jahren unseres Jahrhunderts wurden die ersten Flugzeuge mit Strahltriebwerken anderer Typen entwickelt und getestet.

Einer der ersten menschlichen Flüge in einem Flugzeug mit Flüssigtreibstoffmotor (LPRE) wurde ebenfalls in der UdSSR durchgeführt. Der sowjetische Pilot V. P. Fedorov testete im Februar 1940 in der Luft ein LRE inländischer Bauart. Den Flugtests ging viel Vorarbeit voraus. Der von Ingenieur L. S. Dushkin entworfene LRE mit einstellbarem Schub hat umfassende Werkstests auf dem Stand bestanden. Dann wurde es auf einem von S. P. Korolev entworfenen Segelflugzeug installiert. Nachdem der Motor die Bodentests an einem Segelflugzeug erfolgreich bestanden hatte, begannen die Flugtests. Das Strahlflugzeug wurde von einem konventionellen Propellerflugzeug auf eine Höhe von 2 km geschleppt. In dieser Höhe hakte Pilot Fedorov das Kabel aus und schaltete, nachdem er in einiger Entfernung vom Schleppflugzeug geflogen war, den Raketenmotor ein. Der Motor lief gleichmäßig, bis der Kraftstoff vollständig verbraucht war. Am Ende des Motorfluges glitt der Pilot erfolgreich ab und landete auf dem Flugplatz.
Diese Flugtests waren ein wichtiger Schritt zur Schaffung eines Hochgeschwindigkeits-Düsenflugzeugs.

Bald entwarf der sowjetische Konstrukteur V. F. Bolkhovitinov ein Flugzeug, in dem der Flüssigtreibstoff-Raketenmotor von L. S. Dushkin als Kraftwerk eingesetzt wurde. Trotz der Schwierigkeiten des Krieges wurde der Motor bereits im Dezember 1941 gebaut. Gleichzeitig wurde auch ein Flugzeug erstellt. Das Design und der Bau dieses weltweit ersten Flüssigtreibstoff-Jägers wurden in Rekordzeit abgeschlossen: nur 40 Tage. Gleichzeitig liefen die Vorbereitungen für Flugtests. Die Durchführung der ersten Tests in der Luft der neuen Maschine, die den Markennamen "BI" erhielt, wurde dem Testpiloten Captain G.Ya.Bakhchivandzhi anvertraut.
Am 15. Mai 1942 fand der Erstflug eines Kampfflugzeugs mit Raketentriebwerk statt. Es war ein kleiner, spitzer Eindecker mit Einziehfahrwerk und Spornrad. Zwei Kanonen des Kalibers 20 mm, Munition für sie und Funkgeräte wurden im vorderen Fach des Rumpfes untergebracht. Als nächstes kamen das Cockpit, das von einer Laterne verschlossen war, und die Kraftstofftanks. Der Motor befand sich im Heckteil. Flugtests waren erfolgreich.
Während des Großen Vaterländischen Krieges arbeiteten sowjetische Flugzeugkonstrukteure auch an anderen Arten von Jägern mit Raketentriebwerken. Das Designteam unter der Leitung von N. N. Polikarpov entwarf das Kampfflugzeug Malyutka. Ein weiteres Team von Designern unter der Leitung von M.K.Tikhonravov entwickelte einen Düsenjäger der Marke „302“.
Auch im Ausland wurde in großem Umfang an der Entwicklung von Kampfflugzeugen gearbeitet.
Im Juni 1942 fand der Erstflug des von Messerschmitt entworfenen deutschen Me-163-Düsenjäger-Abfangjägers statt. Erst die neunte Version dieses Flugzeugs ging 1944 in Serie.
Zum ersten Mal wurde dieses Flugzeug mit Raketenantrieb Mitte 1944 während der alliierten Invasion in Frankreich in einer Kampfsituation eingesetzt. Es sollte feindliche Bomber und Jäger über deutschem Gebiet bekämpfen. Das Flugzeug war ein Eindecker ohne horizontales Leitwerk, was durch die große Pfeilung des Flügels möglich war.

Der Rumpf erhielt eine stromlinienförmige Form. Die Außenflächen des Flugzeugs waren sehr glatt. Im vorderen Rumpfabteil wurde eine Windmühle platziert, um den Generator des elektrischen Systems des Flugzeugs anzutreiben. Im hinteren Rumpf wurde ein Motor eingebaut - ein Raketentriebwerk mit einem Schub von bis zu 15 kN. Zwischen dem Motorgehäuse und der Autohaut befand sich eine feuerfeste Dichtung. Kraftstofftanks wurden in den Flügeln und mit Oxidationsmitteln im Rumpf platziert. Es gab kein herkömmliches Fahrwerk im Flugzeug. Der Start erfolgte mit Hilfe eines speziellen Startwagens und Spornrads. Unmittelbar nach dem Start wurde dieser Wagen abgesetzt und das Spornrad in den Rumpf eingefahren. Das Flugzeug wurde mit einem Seitenruder gesteuert, das wie üblich hinter dem Kiel installiert war, und Höhenrudern im Flügel, die auch Querruder waren. Die Landung erfolgte auf einem etwa 1,8 Meter langen Stahllandeski mit einer 16 Zentimeter breiten Kufe. Normalerweise startete das Flugzeug mit dem Schub des darauf installierten Triebwerks. Wie vom Konstrukteur konzipiert, war es jedoch möglich, hängende Startraketen zu verwenden, die nach dem Start abgeworfen wurden, sowie die Möglichkeit, von einem anderen Flugzeug auf die gewünschte Höhe geschleppt zu werden. Wenn das Raketentriebwerk im Vollschubmodus betrieben wurde, konnte das Flugzeug fast senkrecht steigen. Die Spannweite des Flugzeugs betrug 9,3 Meter, seine Länge etwa 6 Meter. Das Fluggewicht beim Start betrug 4,1 Tonnen, bei der Landung 2,1 Tonnen; Folglich wurde das Flugzeug für die gesamte Zeit eines Motorflugs fast doppelt so leicht - es verbrauchte etwa 2 Tonnen Treibstoff. Die Startstrecke betrug mehr als 900 Meter, die Steiggeschwindigkeit betrug bis zu 150 Meter pro Sekunde. Das Flugzeug erreichte 2,5 Minuten nach dem Start eine Höhe von 6 Kilometern. Die Obergrenze des Autos betrug 13,2 Kilometer. Bei Dauerbetrieb des LRE dauerte der Flug bis zu 8 Minuten. Normalerweise arbeitete der Motor beim Erreichen der Kampfhöhe nicht kontinuierlich, sondern periodisch, und das Flugzeug plante oder beschleunigte. Dadurch konnte die Gesamtflugdauer auf 25 Minuten oder sogar mehr erhöht werden. Diese Betriebsart ist durch erhebliche Beschleunigungen gekennzeichnet: Wurde der Raketenmotor mit einer Geschwindigkeit von 240 Stundenkilometern eingeschaltet, erreichte das Flugzeug nach 20 Sekunden eine Geschwindigkeit von 800 Stundenkilometern (in dieser Zeit flog es im Durchschnitt 5,6 Kilometer). Beschleunigung von 8 Metern pro Quadratsekunde). In Bodennähe entwickelte dieses Flugzeug eine Höchstgeschwindigkeit von 825 Kilometern pro Stunde, und im Höhenbereich von 4 bis 12 Kilometern erhöhte sich seine Höchstgeschwindigkeit auf 900 Kilometer pro Stunde.

Im gleichen Zeitraum wurde in mehreren Ländern intensiv an der Schaffung von Luftstrahltriebwerken (AJE) verschiedener Typen und Bauarten gearbeitet. In der Sowjetunion wurde, wie bereits erwähnt, eine an einem Kampfflugzeug installierte direkt durchströmte WRRL getestet.
In Italien wurde im August 1940 der erste 10-Minuten-Flug des Eindecker-Jets Campini-Caproni SS-2 durchgeführt. In diesem Flugzeug wurde der sogenannte Motorkompressor-WRRL installiert (dieser Typ von WRRL wurde bei der Überprüfung von Strahltriebwerken nicht berücksichtigt, da er sich als unrentabel herausstellte und nicht vertrieben wurde). Die Luft trat durch ein spezielles Loch an der Vorderseite des Rumpfes in ein Rohr mit variablem Querschnitt ein, wo sie von einem Kompressor gepresst wurde, der von einem dahinter befindlichen sternförmigen Kolbenflugzeugmotor mit einer Leistung von 440 PS in Rotation versetzt wurde.
Dann spülte ein Druckluftstrom über diesen luftgekühlten Kolbenmotor und erwärmte sich etwas. Vor dem Eintritt in den Brennraum wurde die Luft mit den Abgasen dieses Motors vermischt. Im Brennraum, wo der Kraftstoff eingespritzt wurde, stieg die Lufttemperatur infolge seiner Verbrennung noch weiter an.
Das aus der Düse im hinteren Rumpf strömende Gas-Luft-Gemisch erzeugte den Strahlschub dieses Triebwerks. Die Fläche des Austrittsabschnitts der Strahldüse wurde mittels eines Kegels reguliert, der sich entlang der Düsenachse bewegen konnte. Das Cockpit befand sich oben am Rumpf über dem durch den gesamten Rumpf verlaufenden Luftstromrohr. Im November 1941 unternahm dieses Flugzeug einen Flug von Mailand nach Rom (mit Zwischenlandung in Pisa zum Auftanken), der 2,5 Stunden dauerte, mit einer durchschnittlichen Fluggeschwindigkeit von 210 Stundenkilometern.

Wie Sie sehen, erwies sich ein Düsenflugzeug mit einem nach einem solchen Schema hergestellten Triebwerk als erfolglos: Es wurde der Hauptqualität eines Düsenflugzeugs beraubt - der Fähigkeit, hohe Geschwindigkeiten zu entwickeln. Außerdem war sein Kraftstoffverbrauch sehr hoch.
Im Mai 1941 fand in England der erste Testflug des Versuchsflugzeugs Gloucester "E-28/39" mit einem von Whittle entworfenen Turbojet-Triebwerk mit Zentrifugalkompressor statt.
Bei 17.000 Umdrehungen pro Minute entwickelte dieser Motor einen Schub von etwa 3800 Newton. Das Versuchsflugzeug war ein einsitziges Jagdflugzeug mit einem Strahltriebwerk, das sich im Rumpf hinter dem Cockpit befand. Das Flugzeug hatte ein im Flug einziehbares dreirädriges Fahrwerk.

Eineinhalb Jahre später, im Oktober 1942, wurde der erste Flugtest des amerikanischen Düsenjägers Erkomet R-59A mit zwei von Whittle entworfenen Turbojet-Triebwerken durchgeführt. Es war ein Mitteldecker mit einem hoch montierten Leitwerk.
Die Nase des Rumpfes wurde stark nach vorne bewegt. Das Flugzeug war mit einem Dreiradfahrwerk ausgestattet; Das Fluggewicht der Maschine betrug fast 5 Tonnen, die Decke - 12 Kilometer. Bei Flugtests wurde eine Geschwindigkeit von 800 Stundenkilometern erreicht.

Unter anderen Flugzeugen mit einem Turbojet-Triebwerk aus dieser Zeit ist das Jagdflugzeug Gloucester Meteor zu erwähnen, dessen Erstflug 1943 stattfand. Dieser einsitzige Ganzmetall-Eindecker erwies sich als einer der erfolgreichsten Düsenjäger seiner Zeit. Zwei Turbojet-Triebwerke waren auf einem niedrigen Auslegerflügel montiert. Serienkampfflugzeuge entwickelten eine Geschwindigkeit von 810 Stundenkilometern. Die Flugdauer betrug etwa 1,5 Stunden, die Decke 12 Kilometer. Das Flugzeug hatte 4 automatische Geschütze im Kaliber 20 mm. Das Auto hatte eine gute Manövrierfähigkeit und Kontrollierbarkeit bei allen Geschwindigkeiten.

Dieses Flugzeug war der erste Düsenjäger, der 1944 im Kampfflugbetrieb der alliierten Luftfahrt im Kampf gegen die deutschen V-1-Geschosse eingesetzt wurde. Im November 1941 wurde auf einer speziellen Rekordversion dieser Maschine ein Geschwindigkeitsweltrekord aufgestellt - 975 Kilometer pro Stunde.
Dies war der erste offiziell aufgezeichnete Rekord, der von einem Düsenflugzeug aufgestellt wurde. Bei diesem Rekordflug entwickelten die Turbojet-Triebwerke jeweils einen Schub von etwa 16 Kilonewton, und der Treibstoffverbrauch entsprach einer Durchflussmenge von etwa 4,5 Tausend Litern pro Stunde.

Während des Zweiten Weltkriegs wurden in Deutschland mehrere Typen von Kampfflugzeugen mit Strahltriebwerken entwickelt und erprobt. Lassen Sie uns auf den zweimotorigen Me-262-Jäger verweisen, der eine Höchstgeschwindigkeit von 850-900 Stundenkilometern (abhängig von der Flughöhe) und den viermotorigen Arado-234-Bomber entwickelte.

Der Me-262-Jäger war das am weitesten entwickelte und raffinierteste Design unter den zahlreichen Typen deutscher Strahlmaschinen während des Zweiten Weltkriegs. Das Kampffahrzeug war mit vier 30-mm-Automatikkanonen bewaffnet.
In der Endphase des Großen Vaterländischen Krieges im Februar 1945 schoss der dreimalige Held der Sowjetunion I. Kozhedub in einer der Luftschlachten über dem Territorium Deutschlands zum ersten Mal ein feindliches Düsenflugzeug ab - Me-262. In diesem Luftduell erwies sich der Vorteil der Manövrierfähigkeit und nicht der Geschwindigkeit als entscheidend (die Höchstgeschwindigkeit des Propellerjägers La-5 in einer Höhe von 5 Kilometern betrug 622 Stundenkilometer und des Düsenjägers Me-262 in gleicher Höhe etwa 850 Kilometer pro Stunde).
Es ist interessant festzustellen, dass die ersten deutschen Jets mit Turbostrahltriebwerken mit Axialkompressor ausgestattet waren und der maximale Triebwerksschub weniger als 10 Kilonewton betrug. Gleichzeitig wurden britische Düsenjäger mit einem Strahltriebwerk mit Radialkompressor ausgestattet, das etwa doppelt so viel Schub entwickelte.

Bereits in der Anfangszeit der Entwicklung von Strahltriebwerken erfuhren die ehemals bekannten Flugzeugformen mehr oder weniger starke Veränderungen. Sehr ungewöhnlich sah zum Beispiel der englische Düsenjäger "Vampire" aus zwei Balken aus.
Noch ungewöhnlicher für das Auge war das englische Versuchsflugzeug „Flying Wing“. Dieses rumpf- und schwanzlose Flugzeug wurde in Form eines Flügels hergestellt, der die Besatzung, den Treibstoff usw. beherbergte. Am Flügel selbst wurden auch Stabilisierungs- und Kontrollkörper installiert. Der Vorteil dieses Schemas ist der minimale Luftwiderstand. Bekannte Schwierigkeiten bereitet die Lösung des Problems der Stabilität und Steuerbarkeit des „Flying Wing“.

Bei der Entwicklung dieses Flugzeugs wurde erwartet, dass der Pfeilflügel eine große Stabilität im Flug erreichen und gleichzeitig den Luftwiderstand erheblich reduzieren würde. Das britische Luftfahrtunternehmen De Haviland, das das Flugzeug baute, wollte damit die Phänomene der Luftkompressibilität und Flugstabilität bei hohen Geschwindigkeiten untersuchen. Die Pfeilung des Flügels dieses Ganzmetallflugzeugs betrug 40 Grad. Das Kraftwerk bestand aus einem Strahltriebwerk. An den Enden der Flügel in speziellen Verkleidungen befanden sich Anti-Spin-Fallschirme.
Im Mai 1946 wurde der Flying Wing zum ersten Mal in einem Testflug getestet. Und im September desselben Jahres stürzte und stürzte er beim nächsten Testflug ab. Der Pilot, der es steuerte, starb auf tragische Weise.

In unserem Land begannen während des Großen Vaterländischen Krieges umfangreiche Forschungsarbeiten zur Schaffung von Kampfflugzeugen mit Turbostrahltriebwerken. Der Krieg stellte die Aufgabe, ein Kampfflugzeug mit nicht nur hoher Geschwindigkeit, sondern auch einer erheblichen Flugdauer zu schaffen: Immerhin hatten die entwickelten Düsenjäger mit Flüssigtreibstofftriebwerken eine sehr kurze Flugdauer - nur 8-15 Minuten. Kampfflugzeuge wurden mit einem kombinierten Triebwerk - Propeller und Jet - entwickelt. So wurden beispielsweise die Jagdflugzeuge La-7 und La-9 mit Strahltriebwerken ausgerüstet.
Die Arbeiten an einem der ersten sowjetischen Düsenflugzeuge begannen bereits 1943-1944.

Dieses Kampffahrzeug wurde von einem Designteam unter der Leitung von General des Aviation Engineering Service Artem Ivanovich Mikoyan entwickelt. Es war ein I-250-Jäger mit einem kombinierten Triebwerk, das aus einem flüssigkeitsgekühlten Kolbenflugmotor des Typs VK-107 A mit Propeller und einem WFD bestand, dessen Kompressor von einem Kolbenmotor angetrieben wurde. Die Luft trat in den Lufteinlass unter der Propellerwelle ein, strömte durch den Kanal unter dem Cockpit und trat in den WFD-Kompressor ein. Hinter dem Kompressor waren Düsen für die Kraftstoffversorgung und Zündausrüstung installiert. Der Jetstream trat durch eine Düse im hinteren Rumpf aus. Die I-250 absolvierte ihren Erstflug im März 1945. Bei Flugtests wurden Geschwindigkeiten von deutlich über 800 Stundenkilometern erreicht.
Bald entwarf dasselbe Team von Designern den Düsenjäger MIG-9. Darauf wurden zwei Strahltriebwerke vom Typ RD-20 installiert. Jeder Motor entwickelte einen Schub von bis zu 8800 Newton bei 9,8 Tausend Umdrehungen pro Minute. Der Motor vom Typ RD-20 mit einem Axialkompressor und einer einstellbaren Düse hatte eine ringförmige Brennkammer mit sechzehn Brennern um die Kraftstoffeinspritzdüsen herum. Am 24. April 1946 unternahm der Testpilot A. N. Grinchik den ersten Flug mit dem Flugzeug MIG-9. Wie das BI-Flugzeug unterschied sich diese Maschine in ihrer Konstruktion kaum von Kolbenflugzeugen. Doch der Ersatz des Kolbenmotors durch ein Strahltriebwerk erhöhte die Geschwindigkeit um etwa 250 Kilometer pro Stunde. Die Höchstgeschwindigkeit der MIG-9 überstieg 900 Stundenkilometer. Ende 1946 ging diese Maschine in die Massenproduktion.

Im April 1946 wurde der erste Flug mit einem Düsenjäger durchgeführt, der von A.S. Yakovlev entworfen wurde. Um den Übergang zur Produktion dieser Flugzeuge mit Turbojet-Triebwerken zu erleichtern, wurde der Serienjäger Yak-3 mit Propellerantrieb verwendet, bei dem der vordere Rumpf und der mittlere Teil der Tragfläche für ein Jet-Triebwerk umgebaut wurden. Dieser Jäger wurde als Jet-Trainingsflugzeug unserer Luftwaffe eingesetzt.
In den Jahren 1947-1948 bestand der von A. S. Yakovlev entworfene sowjetische Düsenjäger „Yak-23“, der eine höhere Geschwindigkeit hatte, Flugtests.
Dies wurde durch den Einbau eines Turbojet-Triebwerks vom Typ RD-500 erreicht, das bei 14,6 Tausend Umdrehungen pro Minute einen Schub von bis zu 16 Kilonewton entwickelte. "Yak-23" war ein einsitziger Ganzmetall-Eindecker mit einem Mittelflügel.

Beim Entwerfen und Testen des ersten Düsenflugzeugs standen unsere Designer vor neuen Problemen. Es stellte sich heraus, dass eine Erhöhung des Triebwerksschubs immer noch nicht ausreicht, um mit einer Geschwindigkeit nahe der Szu fliegen. Untersuchungen zur Kompressibilität von Luft und den Bedingungen für das Auftreten von Stoßwellen wurden seit den 1930er Jahren von sowjetischen Wissenschaftlern durchgeführt. Sie erwarben einen besonders großen Maßstab in 1942-1946 nach Flugtests des BI-Düsenjägers und unserer anderen Düsenmaschinen. Als Ergebnis dieser Studien wurde 1946 die Frage nach einer radikalen Änderung des aerodynamischen Designs von Hochgeschwindigkeits-Düsenflugzeugen aufgeworfen. Die Aufgabe bestand darin, Düsenflugzeuge mit gepfeilten Flügeln und Gefieder zu bauen. Damit einhergehend ergaben sich verwandte Aufgaben - eine neue Flügelmechanisierung, ein anderes Steuerungssystem usw. waren erforderlich.

Die beharrliche kreative Arbeit von Forschungs-, Design- und Produktionsteams war von Erfolg gekrönt: Die neuen heimischen Düsenflugzeuge standen der damaligen Weltluftfahrttechnik in nichts nach. Unter den 1946-1947 in der UdSSR hergestellten Hochgeschwindigkeits-Düsenjägern zeichnet sich der von A. I. Mikojan und M. I. Gurevich entworfene MIG-15-Düsenjäger mit geschwungenem Flügel und Gefieder durch seine hohen taktischen und operativen Eigenschaften aus. Die Verwendung eines gepfeilten Flügels und eines Leitwerks erhöhte die Geschwindigkeit des Horizontalflugs ohne wesentliche Änderungen seiner Stabilität und Steuerbarkeit. Die Erhöhung der Geschwindigkeit des Flugzeugs wurde auch maßgeblich durch eine Erhöhung der Stromversorgung erleichtert: Ein neues Turbostrahltriebwerk mit einem Zentrifugalkompressor "RD-45" mit einem Schub von etwa 19,5 Kilonewton bei 12.000 Umdrehungen pro Minute wurde darauf installiert . Die horizontalen und vertikalen Geschwindigkeiten dieser Maschine übertrafen alles, was bisher bei Düsenflugzeugen erreicht wurde.
Die Testpiloten Heroes of the Soviet Union I. T. Ivashchenko und S. N. Anokhin nahmen an der Erprobung und Verfeinerung des Flugzeugs teil. Das Flugzeug hatte gute Flug- und taktische Daten und war einfach zu bedienen. Für außergewöhnliche Ausdauer, Wartungsfreundlichkeit und einfache Bedienung erhielt er den Spitznamen "Soldatenflugzeug".
Das Konstruktionsbüro, das unter der Leitung von S. A. Lavochkin arbeitete, schuf gleichzeitig mit der Veröffentlichung der MIG-15 einen neuen Düsenjäger La-15. Es hatte einen gepfeilten Flügel, der sich über dem Rumpf befand. Es hatte mächtige Bordwaffen. Von allen damals existierenden Kehrflügeljägern hatte die La-15 das kleinste Fluggewicht. Dank dessen hatte das Flugzeug La-15 mit dem RD-500-Triebwerk, das weniger Schub hatte als das auf der MIG-15 installierte RD-45-Triebwerk, ungefähr die gleichen taktischen Flugdaten wie die MIG-15“.

Die Pfeilung und das spezielle Profil der Flügel und des Gefieders von Düsenflugzeugen reduzierten den Luftwiderstand beim Fliegen mit Schallgeschwindigkeit dramatisch. Jetzt, während der Wellenkrise, stieg der Widerstand nicht um das 8-12-fache, sondern nur um das 2-3-fache. Dies wurde durch die ersten Überschallflüge sowjetischer Düsenflugzeuge bestätigt.

Der Einsatz von Jet-Technologie in der zivilen Luftfahrt

Bald wurden Strahltriebwerke in Flugzeuge der Zivilluftfahrt eingebaut.
1955 nahm das mehrsitzige Passagierflugzeug Kometa-1 den Betrieb im Ausland auf. Dieser Personenwagen mit vier Strahltriebwerken hatte eine Geschwindigkeit von etwa 800 Kilometern pro Stunde in einer Höhe von 12 Kilometern. Das Flugzeug konnte 48 Passagiere befördern.
Die Flugreichweite betrug etwa 4 Tausend Kilometer. Das Gewicht mit Passagieren und einer vollen Kraftstoffversorgung betrug 48 Tonnen. Die Flügelspannweite mit einem kleinen Schwung und einem relativ dünnen Profil beträgt 35 Meter. Flügelfläche - 187 Quadratmeter, Flugzeuglänge - 28 Meter. Nach einem schweren Unfall dieses Flugzeugs im Mittelmeer wurde der Betrieb jedoch eingestellt. Bald wurde eine konstruktive Version dieses Flugzeugs, der Comet-3, eingesetzt.

Interessant sind die Daten eines amerikanischen Passagierflugzeugs mit vier Lockheed Elektra-Turboprop-Triebwerken, ausgelegt für 69 Personen (einschließlich einer Besatzung von zwei Piloten und einem Flugingenieur). Die Anzahl der Passagiersitze konnte auf 91 erhöht werden. Die Kabine ist versiegelt, die Vordertür ist doppelt. Die Reisegeschwindigkeit dieses Autos beträgt 660 Kilometer pro Stunde. Das Gewicht des leeren Flugzeugs beträgt 24,5 Tonnen, das Fluggewicht 50 Tonnen, einschließlich 12,8 Tonnen Treibstoff für den Flug und 3,2 Tonnen Ersatztreibstoff. Das Betanken und Warten des Flugzeugs auf Zwischenflugplätzen dauerte 12 Minuten. Die Produktion des Flugzeugs begann 1957.

Seit 1954 testet das amerikanische Unternehmen Boeing das Flugzeug Boeing 707 mit vier Turbojet-Triebwerken. Die Geschwindigkeit des Flugzeugs beträgt 800 Stundenkilometer, die Flughöhe 12 Kilometer, die Reichweite 4800 Kilometer. Dieses Flugzeug war für den Einsatz in der Militärluftfahrt als "Lufttanker" vorgesehen - zum Betanken von Kampfflugzeugen mit Treibstoff in der Luft, konnte aber auch für den Einsatz in der zivilen Transportluftfahrt umgebaut werden. Im letzteren Fall konnten 100 Passagiersitze in das Auto eingebaut werden.
1959 wurde der Betrieb des französischen Passagierflugzeugs Caravel aufgenommen. Das Flugzeug hatte einen runden Rumpf mit einem Durchmesser von 3,2 Metern, der mit einem 25,4 Meter langen Druckraum ausgestattet war. Dieses Abteil beherbergte eine Passagierkabine mit 70 Sitzplätzen. Das Flugzeug hatte einen Pfeilflügel, der in einem Winkel von 20 Grad nach hinten geneigt war. Das Startgewicht des Flugzeugs beträgt 40 Tonnen. Das Kraftwerk bestand aus zwei Strahltriebwerken mit einem Schub von je 40 Kilonewton. Die Geschwindigkeit des Flugzeugs betrug etwa 800 Kilometer pro Stunde.
In der UdSSR wurde bereits 1954 auf einer der Flugrouten die Zustellung dringender Fracht und Post mit dem Hochgeschwindigkeits-Düsenflugzeug Il-20 durchgeführt.

Seit dem Frühjahr 1955 flogen Il-20-Jetpost- und Frachtflugzeuge auf der Flugroute Moskau-Nowosibirsk. An Bord der Flugzeuge befinden sich Matrizen der Zeitungen der Hauptstadt. Dank des Einsatzes dieser Flugzeuge erhielten die Einwohner von Nowosibirsk Moskauer Zeitungen am selben Tag wie die Moskauer.

Beim Luftfahrtfest am 3. Juli 1955 auf dem Flugplatz Tushino bei Moskau wurde ein neues Düsenpassagierflugzeug von A. N. Tupolev „TU-104.
Dieses Flugzeug mit zwei Strahltriebwerken mit einem Schub von jeweils 80 Kilonewton hatte hervorragende aerodynamische Formen. Es konnte 50 Passagiere und in der Touristenversion 70 befördern. Die Flughöhe überstieg 10 Kilometer, das Fluggewicht betrug 70 Tonnen. Das Flugzeug hatte eine hervorragende Schall- und Wärmeisolierung. Das Auto wurde versiegelt, die Luft in der Kabine wurde den Kompressoren des Turbojet-Triebwerks entnommen. Bei Ausfall eines Strahltriebwerks könnte das Flugzeug mit einem anderen weiterfliegen. Die Reichweite eines Nonstop-Fluges betrug 3000-3200 Kilometer. Die Fluggeschwindigkeit könnte 1000 Kilometer pro Stunde erreichen.

Am 15. September 1956 unternahm das Flugzeug Tu-104 den ersten regulären Flug mit Passagieren auf der Strecke Moskau-Irkutsk. Nach 7 Stunden 10 Minuten Flugzeit, nachdem sie 4570 Kilometer mit einer Landung in Omsk zurückgelegt hatte, landete das Flugzeug in Irkutsk. Die Reisezeit im Vergleich zum Fliegen mit Kolbenflugzeugen wurde um fast das Dreifache reduziert. Am 13. Februar 1958 startete das Flugzeug Tu-104 seinen ersten (technischen) Flug mit der Fluggesellschaft Moskau-Wladiwostok, einem der längsten in unserem Land.

"TU-104" wurde sowohl in unserem Land als auch im Ausland hoch geschätzt. Ausländische Experten, die in der Presse sprachen, erklärten, dass die Sowjetunion durch den Beginn des regulären Passagiertransports mit dem Düsenflugzeug "TU-104" den Vereinigten Staaten, England und anderen westlichen Ländern im Massenbetrieb von Passagier-Turbojets zwei Jahre voraus war Flugzeuge: Das amerikanische Düsenflugzeug "Boeing-707" und der englische Comet-IV gingen erst Ende 1958 in die Luftlinien ein, und die französische Karavelle 1959.
Die zivile Luftfahrt setzte auch Flugzeuge mit Turboprop-Triebwerken (TVD) ein. Dieses Kraftwerk ähnelt im Aufbau einem Turbojet-Triebwerk, hat jedoch einen Propeller, der auf derselben Welle mit einer Turbine und einem Kompressor an der Vorderseite des Triebwerks installiert ist. Die Turbine ist dabei so angeordnet, dass die aus den Brennkammern in die Turbine kommenden heißen Gase ihr den größten Teil ihrer Energie abgeben. Der Kompressor verbraucht viel weniger Leistung als die Gasturbine, und die überschüssige Leistung der Turbine wird auf die Propellerwelle übertragen.

TVD ist ein Zwischentyp eines Flugzeugtriebwerks. Obwohl die aus der Turbine austretenden Gase durch eine Düse ausgestoßen werden und ihre Reaktion einen gewissen Schub erzeugt, wird der Hauptschub wie bei einem herkömmlichen Propellerflugzeug durch einen laufenden Propeller erzeugt.
Das Einsatzgebiet hat in der Kampfluftfahrt keine Popularität erlangt, da es keine solche Geschwindigkeit wie reine Strahltriebwerke bieten kann. Auch auf Expresslinien der zivilen Luftfahrt, wo Geschwindigkeit entscheidend ist und die Wirtschaftlichkeit und Kosten des Fluges in den Hintergrund treten, ist es ungeeignet. Turboprops sollten jedoch auf Strecken unterschiedlicher Länge eingesetzt werden, auf denen Flüge mit Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 600-800 Stundenkilometern durchgeführt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Beförderung von Passagieren auf ihnen erfahrungsgemäß über eine Distanz von 1000 Kilometern um 30 % günstiger ist als auf Propellerflugzeugen mit Kolbenflugmotoren.
In den Jahren 1956-1960 tauchten in der UdSSR viele neue mit Theater ausgerüstete Flugzeuge auf. Darunter Tu-114 (220 Passagiere), An-10 (100 Passagiere), An-24 (48 Passagiere), Il-18 (89 Passagiere).