Jaki jest najlepszy silnik rakietowy? Obrotowe silniki detonacyjne – perspektywa ekonomiczna Krótka historia rozwoju samolotów odrzutowych.

SRB dla kosmicznego systemu startowego

Boczne dopalacze na paliwo stałe SRB do Space Launch System. Zaprojektowane, aby dostarczać ładunek na planety najbliżej Ziemi, silniki rakietowe NASA SLS zapewniają większy ciąg niż jakikolwiek inny silnik, jaki kiedykolwiek zbudowano: 1600 tf. Każdy z nich spala 5 ton paliwa na sekundę.

Jeśli zamienimy energię cieplną, którą każdy z nich wytwarza w ciągu 2 minut pracy, na energię elektryczną, otrzymamy 2,3 miliona kilowatogodzin. To wystarczy, aby w ciągu dnia w pełni zasilić miasto składające się z 92 000 domów. Dwa dopalacze SRB wraz z silnikiem RS-25 będą w stanie unieść prawie 3000 ton ładunku (to około 9 Boeingów 747).

SLS przeszedł już testy akceleratorów, pierwszy start planowany jest na koniec 2018 roku.

Boczny wzmacniacz promu kosmicznego MTKK

Boczny wzmacniacz promujący prom kosmiczny MTKK - ciąg 14 00 tf. Dopalacze SLS są mocniejsze, ale jeszcze nie latały, więc dopalacze promu kosmicznego nadal mają tytuł najpotężniejszych silników w kosmosie. Posiadają również tytuł największej rakiety, jaką kiedykolwiek zbudowano do ponownego użycia.

Para takich akceleratorów uniosła prom kosmiczny o 46 kilometrów. Po przebyciu kolejnych 20 kilometrów bezwładności oddzielają się od promu i wpadają do oceanu, gdzie są zabierane przez specjalny statek.

RD-170/171

Czterokomorowe silniki na paliwo płynne RD-170 i ich późniejsze modyfikacje opracowane w KB Energomash to najmocniejsze silniki na paliwo płynne. Ciąg próżniowy - 806,4 tf. Silnik jednej z jego modyfikacji (RD-171M) okazał się o 5% mocniejszy. Od 1985 roku RD-170 był używany do wystrzeliwania pocisków Zenit, a następnie Zenit-3SL.

F-1 Silnik rakietowy na paliwo ciekłe F-1 został zaprojektowany i zbudowany przez amerykańską firmę Rocketdyne dla rakiety nośnej Saturn V. Pięć F-1 było potrzebnych do uniesienia Saturna / Każdy wytworzył 790 ton ciągu w próżni, a wszystkie pięć zużyło 12 710 litrów paliwa na sekundę... Do czasu opracowania trzech poprzednich silników pozostał najpotężniejszym silnikiem rakietowym na świecie.

Zamyka pierwszą piątkę najpotężniejszych innych amerykańskich silników rakietowych na paliwo płynne - UA1207 (7,116 t/s w próżni. Służył do wystrzeliwania rakiet czwartej generacji rodziny Titan; to właśnie UA1207 przeniósł sondę Cassini w stratosferę, która następnie kontynuował swoją drogę do Saturna.

Samolot odrzutowy to samolot, który lata w powietrzu dzięki zastosowaniu silników odrzutowych w swojej konstrukcji. Mogą być turboodrzutowe, przepływowe, pulsacyjne, płynne. Ponadto samoloty odrzutowe mogą być wyposażone w silnik rakietowy. We współczesnym świecie samoloty z napędem odrzutowym zajmują większość wszystkich nowoczesnych samolotów.

Krótka historia rozwoju samolotów odrzutowych

Za początek historii samolotów odrzutowych na świecie uważa się rok 1910, kiedy to rumuński projektant i inżynier Anri Konada stworzył samolot oparty na silniku tłokowym. Różnica w stosunku do standardowych modeli polegała na zastosowaniu sprężarki łopatkowej, która wprawiała maszynę w ruch. W okresie powojennym konstruktor zaczął szczególnie aktywnie przekonywać, że jego aparat jest wyposażony w silnik odrzutowy, choć początkowo stwierdził kategorycznie odwrotnie.

Studiując projekt pierwszego samolotu odrzutowego A. Konady, można wyciągnąć kilka wniosków. Po pierwsze, cechy konstrukcyjne samochodu wskazują, że silnik z przodu i jego spaliny zabiłyby pilota. Drugą opcją rozwoju mógł być tylko pożar w samolocie. Dokładnie o tym mówił projektant, podczas pierwszego startu część ogonowa została zniszczona przez ogień.

Samoloty odrzutowe produkowane w latach 40. miały zupełnie inną konstrukcję z usuniętym silnikiem i fotelem pilota, co w efekcie zwiększyło bezpieczeństwo. W miejscach, w których płomień silników zetknął się z kadłubem, zainstalowano specjalną stal żaroodporną, która nie powodowała obrażeń ani uszkodzeń kadłuba.

Pierwsze prototypy i opracowania

Oczywiście samoloty z napędem turboodrzutowym mają znacznie więcej zalet niż samoloty z napędem tłokowym.

Samolot niemieckiego pochodzenia pod oznaczeniem He 178 został po raz pierwszy wzniesiony w powietrze 27.08.1939.

W 1941 roku podobny aparat brytyjskich projektantów o nazwie Gloster E.28/39 wzbił się w powietrze.

Aparatura z napędem rakietowym

Utworzony w Niemczech 176 wykonał pierwszy start z pasa startowego 20 lipca 1939 roku.

Radziecki samolot BI-2 wystartował w maju 1942 roku.

Samoloty z silnikiem wielosprężarkowym (są uważane za warunkowo nadające się do lotu)

Campini N.1 - Made in Italy, samolot wystartował po raz pierwszy pod koniec sierpnia 1940 roku. osiągnięto prędkość lotu 375 km / h, czyli nawet mniej niż analog tłoka.

Japoński samolot „Oka” z silnikiem Tsu-11 był przeznaczony do jednorazowego użytku, ponieważ był to samolot bombowy z pilotem kamikadze na pokładzie. Z powodu klęski wojennej komora spalania nigdy nie została ukończona.

Dzięki technologii zapożyczonej we Francji Amerykanie byli również w stanie zbudować własny samolot z napędem odrzutowym, który stał się Bell P-59. Samochód miał dwa silniki odrzutowe. Po raz pierwszy przerwę od pasa startowego zarejestrowano w październiku 1942 r. Należy zauważyć, że ta maszyna była dość udana, ponieważ jej produkcja odbywała się seryjnie. Urządzenie miało pewne zalety w stosunku do odpowiedników tłokowych, ale nadal nie brało udziału w działaniach wojennych.

Pierwsze udane prototypy odrzutowców

Niemcy:

Stworzony silnik Jumo-004 był używany w kilku samolotach eksperymentalnych i produkcyjnych. Należy zauważyć, że jest to pierwsza elektrownia na świecie, która ma sprężarkę osiową, podobnie jak współczesne myśliwce. Stany Zjednoczone i ZSRR otrzymały podobny typ silnika znacznie później.

Samolot Me.262 z zainstalowanym silnikiem Jumo-004 wystartował po raz pierwszy 18 lipca 1942 roku i po 43 miesiącach wykonał swoją pierwszą misję bojową. Zalety w powietrzu tego myśliwca były znaczące. Nastąpiło opóźnienie w uruchomieniu serii z powodu niekompetencji kierownictwa.

Odrzutowy bombowiec rozpoznawczy Ar 234 został wyprodukowany latem 1943 roku i był również wyposażony w silnik Jumo-004. Był aktywnie wykorzystywany w ostatnich miesiącach wojny, ponieważ tylko mógł działać w sytuacji z silną przewagą sił wroga.

​ Wielka Brytania:

• Pierwszym myśliwcem odrzutowym wyprodukowanym przez Brytyjczyków był Gloster Meteor, który powstał w marcu 1943 roku i został przyjęty na uzbrojenie 27.07.1944. Pod koniec wojny głównym zadaniem myśliwca było przechwytywanie niemieckich samolotów z pociskami manewrującymi V-1.

USA:

Pierwszym myśliwcem odrzutowym w Stanach Zjednoczonych było urządzenie o nazwie Lockheed F-80. Po raz pierwszy odstęp od pasa startowego został odnotowany w styczniu 1944 roku. Samolot został wyposażony w silnik Allison J33, który jest uważany za zmodyfikowaną wersję silnika zainstalowanego na aparacie Gloster Meteor. Chrzest bojowy miał miejsce podczas wojny koreańskiej, ale wkrótce został zastąpiony przez samolot F-86 Sabre.

Pierwszy myśliwiec pokładowy z napędem odrzutowym został ukończony w 1945 roku, oznaczony jako FH-1 Phantom.

Amerykański bombowiec odrzutowy B-45 Tornado był gotowy w 1947 roku. Dalszy rozwój umożliwił stworzenie B-47 Stratojet z silnikiem AllisonJ35. Ten silnik był niezależnym opracowaniem bez wprowadzania technologii z innych krajów. W efekcie powstał bombowiec, który nadal jest w eksploatacji, a mianowicie B-52.

ZSRR:

Pierwszym samolotem odrzutowym w ZSRR był MiG-9. Pierwszy start - 24.05.1946. W sumie z fabryk otrzymano 602 takie samoloty.

Jak-15 to myśliwiec z napędem odrzutowym, który służył w siłach powietrznych. Ten samolot jest uważany za model przejściowy od tłoka do odrzutowca.

MiG-15 został wyprodukowany w grudniu 1947 roku. Był aktywnie wykorzystywany w konflikcie militarnym w Korei.

Bombowiec odrzutowy Ił-22 został wyprodukowany w 1947 roku, był pierwszym w dalszym rozwoju bombowców.

Naddźwiękowy samolot odrzutowy

Jedynym bombowcem pokładowym w historii budowy samolotów z naddźwiękowym napędem jest samolot A-5 Vigilent.

Naddźwiękowe myśliwce pokładowe - F-35 i Jak-141.

W lotnictwie cywilnym powstały tylko dwa samoloty pasażerskie z możliwością latania z prędkością ponaddźwiękową. Pierwsza z nich została wyprodukowana na terenie ZSRR w 1968 roku i oznaczona jako Tu-144. Wyprodukowano 16 takich samolotów, ale po serii wypadków samochód został wycofany z eksploatacji.

Drugi pojazd osobowy tego typu został wyprodukowany przez Francję i Wielką Brytanię w 1969 roku. W sumie zbudowano 20 samolotów, eksploatacja trwała od 1976 do 2003 roku.

Rekordy samolotów odrzutowych

Airbus A380 może pomieścić na pokładzie 853 osoby.

Boeing 747 jest największym samolotem pasażerskim od 35 lat, o pojemności 524 pasażerów.

Fracht:

An-225 „Mriya” to jedyny pojazd na świecie o ładowności 250 ton. Został pierwotnie wyprodukowany do transportu systemu kosmicznego Buran.

An-124 Ruslan to jeden z największych samolotów na świecie o nośności 150 ton.

Był to największy samolot transportowy przed pojawieniem się Rusłana, ładowność wynosi 118 ton.

Maksymalna prędkość lotu

Samolot Lockheed SR-71 osiąga prędkość 3529 km/h. Wyprodukowano 32 samoloty, nie mogą startować z pełnymi zbiornikami.

MiG-25 - normalna prędkość lotu 3000 km/h, możliwe przyspieszenie do 3400 km/h.

Przyszłe prototypy i rozwój

Pasażer:

Wielki:

• Cywilna dużych prędkości.
• Tu-244.

Klasa biznesowa:

SSBJ, Tu-444.

NOK cichy, Aerion SBJ.

Naddźwiękowy:

• Silniki reakcyjne A2.

Zarządzane laboratoria:

Cichy kolec.

Tu-144LL z silnikami z Tu-160.

Bezzałogowy:

• X-51
• X-43.

Klasyfikacja samolotów:

Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych planuje w przyszłości zmodernizować elektrownie z turbiną gazową, które są obecnie zainstalowane na jej samolotach i statkach, zastępując konwencjonalne silniki cyklu Brighton silnikami rotacyjnymi z detonacją. Z tego powodu oczekuje się, że oszczędności paliwa wyniosą około 400 milionów dolarów rocznie. Jednak seryjne wykorzystanie nowych technologii jest, zdaniem ekspertów, możliwe nie wcześniej niż za dekadę.

Rozwój silników rotacyjnych lub wirujących w Ameryce jest prowadzony przez Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej USA. Według wstępnych szacunków nowe silniki będą mocniejsze, a także o około jedną czwartą oszczędniejsze od silników konwencjonalnych. Jednocześnie podstawowe zasady działania elektrowni pozostaną takie same - gazy ze spalonego paliwa dostaną się do turbiny gazowej obracając jej łopatki. Według laboratorium US Navy, nawet w stosunkowo odległej przyszłości, kiedy cała flota amerykańska będzie zasilana energią elektryczną, turbiny gazowe nadal będą odpowiadać za wytwarzanie energii, w pewnym stopniu zmodyfikowanej.

Przypomnijmy, że wynalazek pulsującego silnika odrzutowego sięga końca XIX wieku. Wynalazcą był szwedzki inżynier Martin Wiberg. Nowe elektrownie rozpowszechniły się w czasie II wojny światowej, chociaż ich parametry techniczne były znacznie gorsze od istniejących wówczas silników lotniczych.

Należy zauważyć, że w tym momencie flota amerykańska liczy 129 statków, które wykorzystują 430 silników z turbiną gazową. Każdego roku koszt zaopatrzenia ich w paliwo to około 2 miliardy dolarów. W przyszłości, gdy nowoczesne silniki zostaną zastąpione nowymi, zmieni się również wielkość kosztów paliwa.

Obecnie używane silniki spalinowe pracują w cyklu Brightona. Jeśli w kilku słowach zdefiniujesz istotę tego pojęcia, wszystko sprowadza się do sukcesywnego mieszania utleniacza i paliwa, dalszego sprężania powstałej mieszanki, a następnie - podpalenia i spalania z rozszerzaniem produktów spalania. Ta ekspansja służy tylko do napędzania, poruszania tłokami, obracania turbiny, czyli wykonywania czynności mechanicznych, zapewniając stałe ciśnienie. Proces spalania mieszanki paliwowej przebiega z prędkością poddźwiękową – proces ten nazywa się dufflagacją.

Jeśli chodzi o nowe silniki, naukowcy zamierzają zastosować w nich spalanie wybuchowe, czyli detonację, w której spalanie następuje z prędkością ponaddźwiękową. I choć w chwili obecnej zjawisko detonacji nie zostało jeszcze w pełni zbadane, wiadomo, że przy tego typu spalaniu powstaje fala uderzeniowa, która rozchodzi się przez mieszaninę paliwa i powietrza, powodując reakcję chemiczną, której efektem jest uwolnienie dość dużej ilości energii cieplnej. Gdy fala uderzeniowa przechodzi przez mieszaninę, nagrzewa się, co prowadzi do detonacji.

Przy opracowywaniu nowego silnika planuje się wykorzystanie pewnych osiągnięć, które uzyskano w trakcie opracowywania silnika pulsacyjnego detonacji. Jego zasada działania polega na tym, że wstępnie sprężona mieszanka paliwowa jest podawana do komory spalania, gdzie jest zapalana i detonowana. Produkty spalania rozszerzają się w dyszy, wykonując czynności mechaniczne. Następnie cały cykl powtarza się od początku. Jednak wadą silników pulsujących jest zbyt niska częstotliwość powtarzania cykli. Ponadto konstrukcja samych silników staje się bardziej złożona w przypadku wzrostu liczby pulsacji. Wynika to z konieczności synchronizacji działania zaworów, które odpowiadają za dostarczanie mieszanki paliwowej, a także bezpośrednio przez same cykle detonacyjne. Silniki pulsujące są również bardzo hałaśliwe, potrzebują dużo paliwa do pracy, a praca jest możliwa tylko przy stałym dozowanym wtrysku paliwa.

Jeśli porównamy detonacyjne silniki rotacyjne z pulsacyjnymi, to zasada ich działania jest nieco inna. W ten sposób w szczególności nowe silniki zapewniają stałą, ciągłą detonację paliwa w komorze spalania. Zjawisko to nazywa się spinem lub detonacją obrotową. Po raz pierwszy został opisany w 1956 roku przez radzieckiego naukowca Bogdana Voitsekhovskiego. Zjawisko to zostało odkryte znacznie wcześniej, w 1926 roku. Pionierami byli Brytyjczycy, którzy zauważyli, że w niektórych układach pojawiła się jasna świecąca „głowa”, która poruszała się po spirali zamiast płaskiej fali detonacyjnej.

Wojcchowski za pomocą zaprojektowanego przez siebie aparatu fotograficznego sfotografował front fali, który poruszał się w pierścieniowej komorze spalania w mieszance paliwowej. Detonacja spinowa różni się od detonacji płaskiej tym, że powstaje w niej pojedyncza poprzeczna fala uderzeniowa, po której następuje ogrzany gaz, który nie przereagował, a już za tą warstwą znajduje się strefa reakcji chemicznej. I to właśnie taka fala zapobiega spaleniu samej komory, którą Marlene Topchiyan nazwała „spłaszczonym pączkiem”.

Należy zauważyć, że silniki detonacyjne były już używane w przeszłości. W szczególności mówimy o pulsującym silniku odrzutowym, który był używany przez Niemców pod koniec II wojny światowej w pociskach manewrujących V-1. Jego produkcja była dość prosta, jego użytkowanie było dość łatwe, jednak silnik ten nie był zbyt niezawodny w rozwiązywaniu ważnych problemów.

Co więcej, w 2008 r. wystartował Rutang Long-EZ, eksperymentalny samolot wyposażony w pulsacyjny silnik detonacyjny. Lot trwał tylko dziesięć sekund na wysokości trzydziestu metrów. W tym czasie elektrownia wytworzyła ciąg rzędu 890 Newtonów.

Eksperymentalny prototyp silnika, zaprezentowany przez amerykańskie laboratorium Marynarki Wojennej USA, to komora spalania w kształcie pierścieniowego stożka o średnicy 14 cm po stronie dopływu paliwa i 16 cm po stronie dyszy. Odległość między ściankami komory wynosi 1 centymetr, natomiast „tuba” ma długość 17,7 centymetra.

Jako mieszankę paliwową stosuje się mieszankę powietrza i wodoru, która jest dostarczana pod ciśnieniem 10 atmosfer do komory spalania. Temperatura mieszaniny wynosi 27,9 stopni. Należy zauważyć, że ta mieszanina jest uznawana za najwygodniejszą do badania zjawiska detonacji spinowej. Jednak zdaniem naukowców w nowych silnikach będzie można zastosować mieszankę paliwową składającą się nie tylko z wodoru, ale także z innych palnych składników i powietrza.

Badania eksperymentalne silnika rotacyjnego wykazały jego większą sprawność i moc w porównaniu z silnikami spalinowymi. Kolejną zaletą jest znaczna oszczędność paliwa. Jednocześnie podczas eksperymentu okazało się, że spalanie mieszanki paliwowej w obrotowym „testowym” silniku jest nierównomierne, dlatego konieczna jest optymalizacja konstrukcji silnika.

Produkty spalania, które rozprężają się w dyszy, można zebrać w jednym strumieniu gazu za pomocą stożka (jest to tzw. efekt Coandy), a następnie strumień ten można przesłać do turbiny. Turbina będzie się obracać pod wpływem tych gazów. Tym samym częściowo praca turbiny może być wykorzystana do napędzania statków, a częściowo do generowania energii, która jest niezbędna dla urządzeń pokładowych i różnych systemów.

Same silniki mogą być produkowane bez ruchomych części, co znacznie uprości ich konstrukcję, co z kolei obniży koszt całej elektrowni. Ale to tylko perspektywa. Przed wprowadzeniem nowych silników do produkcji seryjnej konieczne jest rozwiązanie wielu trudnych problemów, a jednym z nich jest dobór trwałych materiałów żaroodpornych.

Należy zauważyć, że obecnie silniki detonacyjne są uważane za jedne z najbardziej obiecujących silników. Opracowują je również naukowcy z University of Texas w Arlington. Elektrownia, którą stworzyli, została nazwana „silnikiem do ciągłej detonacji”. Na tej samej uczelni prowadzone są badania nad doborem różnych średnic komór pierścieniowych i różnych mieszanek paliwowych, które zawierają w różnych proporcjach wodór i powietrze lub tlen.

Rozwój w tym kierunku postępuje również w Rosji. Tak więc w 2011 roku, według dyrektora zarządzającego stowarzyszenia badawczo-produkcyjnego Saturn I. Fiodorowa, naukowcy z Centrum Naukowo-Technicznego Lyulka opracowują pulsujący silnik odrzutowy. Prace prowadzone są równolegle z rozwojem obiecującego silnika o nazwie „Produkt 129” dla T-50. Ponadto Fiodorow powiedział też, że stowarzyszenie prowadzi badania nad stworzeniem obiecujących samolotów kolejnego etapu, które mają być bezzałogowe.

Jednocześnie szef nie sprecyzował, o jaki silnik pulsujący chodzi. W chwili obecnej znane są trzy typy takich silników - bezzaworowe, zaworowe i detonacyjne. Tymczasem powszechnie przyjmuje się, że silniki pulsacyjne są najprostsze i najtańsze w produkcji.

Obecnie kilka dużych firm zbrojeniowych prowadzi badania nad wysokowydajnymi pulsacyjnymi silnikami odrzutowymi. Do firm tych należą amerykański Pratt & Whitney i General Electric oraz francuska SNECMA.

Można więc wyciągnąć pewne wnioski: stworzenie nowego obiecującego silnika ma pewne trudności. Główny problem w tej chwili jest teoretyczny: co dokładnie dzieje się, gdy detonacyjna fala uderzeniowa porusza się po okręgu, wiadomo tylko ogólnie, a to znacznie komplikuje proces optymalizacji konstrukcji. Dlatego nowa technologia, choć jest bardzo atrakcyjna, jest mało realna w skali produkcji przemysłowej.

Jeśli jednak badaczom uda się uporządkować pytania teoretyczne, będzie można mówić o prawdziwym przełomie. W końcu turbiny znajdują zastosowanie nie tylko w transporcie, ale także w energetyce, w której wzrost wydajności może mieć jeszcze silniejszy wpływ.

Użyte materiały:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonacja/

10 grudnia 2012 r.

Kontynuując serię artykułów (tylko dlatego, że potrzebuję jeszcze jednego eseju, teraz na temat "silników") - artykuł o bardzo obiecującym i obiecującym projekcie silnika SABRE. Ogólnie dużo o nim napisano w Runecie, ale w większości bardzo chaotyczne notatki i pochwały na stronach agencji informacyjnych, ale artykuł na angielskiej Wikipedii naprawdę mi się spodobał, ogólnie są przyjemnie bogate w szczegóły i szczegóły - artykuły na angielskiej Wikipedii.

Tak więc ten post (i moje przyszłe streszczenie) powstał na podstawie artykułu, pierwotnie znajdującego się pod adresem: http://en.wikipedia.org/wiki/SABRE_(silnik_rakietowy), dodano też mały gag i objaśnienia oraz zebrano materiał ilustracyjny na temat Internet

Następujące następujące:

SABRE (synergistyczny silnik rakietowy z oddychaniem powietrzem) to koncepcja opracowana przez Reaction Engines Limited, hipersoniczny hybrydowy silnik rakietowo-rakietowy z oddychaniem powietrzem i wstępnym chłodzeniem. Silnik jest projektowany w celu zapewnienia jednostopniowej orbity dla systemu lotniczego Skylon. SABRE to ewolucyjny rozwój silników LACE i LACE-like opracowanych przez Alana Bonda na początku/połowie lat 80. w ramach projektu HOTOL.

Strukturalnie jest to pojedynczy silnik o połączonym cyklu pracy, który ma dwa tryby pracy. Tryb Air-jet łączy turbosprężarkę z lekką chłodnicą z wymiennikiem ciepła umieszczoną bezpośrednio za stożkiem wlotu powietrza. Przy dużej prędkości wymiennik ciepła schładza gorące powietrze sprężone przez powietrze wlotowe, co pozwala uzyskać niezwykle wysoki stopień sprężania w silniku. Sprężone powietrze jest następnie podawane do komory spalania jak w konwencjonalnym silniku rakietowym, gdzie zapala ciekły wodór. Niska temperatura powietrza pozwala na stosowanie lekkich stopów i zmniejszenie całkowitej masy silnika - co jest bardzo ważne przy wejściu na orbitę. Dodajemy, że w przeciwieństwie do koncepcji LACE, które poprzedziły ten silnik, SABRE nie skrapla powietrza, co czyni go bardziej wydajnym.

Rys. 1. Samoloty lotnicze Skylon i silnik SABRE

Po zamknięciu stożka wlotu powietrza przy prędkości M = 5,14 i wysokości 28,5 km, system kontynuuje pracę w zamkniętym cyklu wysokowydajnego silnika rakietowego, który zużywa ciekły tlen i ciekły wodór z pokładowych zbiorników, umożliwiając Skylonowi Osiągnąć prędkość orbitalną po wyjściu z atmosfery w stromym wzniesieniu.

Również na bazie silnika SABRE opracowano odrzutowiec o nazwie Scimitar dla perspektywicznego naddźwiękowego samolotu pasażerskiego A2, który jest rozwijany w ramach programu LAPCAT finansowanego przez Unię Europejską.

W listopadzie 2012 r. firma Reaction Engines ogłosiła pomyślne zakończenie serii testów potwierdzających funkcjonalność układu chłodzenia silnika, co jest jedną z głównych przeszkód w realizacji projektu. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) oceniła również chłodnicę wymiennika ciepła silnika SABRE i potwierdziła dostępność technologii wymaganej do przekształcenia silnika w metal.

Rys. 2. Model silnika SABRE

Fabuła

Pomysł na silnik z chłodzeniem wstępnym pojawił się po raz pierwszy w 1955 roku Robertowi Carmichaelowi. Następnie pojawił się pomysł na silnik na skroplony powietrze (LACE), pierwotnie badany przez Marquardt i General Dynamics w latach 60. XX wieku w ramach projektu Aerospaceplane Sił Powietrznych USA.
System LACE znajduje się bezpośrednio za naddźwiękowym wlotem powietrza - więc sprężone powietrze trafia bezpośrednio do wymiennika ciepła, gdzie jest natychmiast schładzane przy użyciu części ciekłego wodoru przechowywanego na pokładzie jako paliwo. Powstałe ciekłe powietrze jest następnie przetwarzane w celu wydobycia ciekłego tlenu, który dostaje się do silnika. Jednak ilość ogrzanego wodoru przechodzącego przez wymiennik ciepła jest znacznie większa niż można spalić w silniku, a jego nadmiar jest po prostu wyrzucany za burtę (jednak powoduje to również pewien wzrost ciągu).

W 1989 roku, kiedy zaprzestano finansowania projektu HOTOL, Bond i inni utworzyli Reaction Engines Limited, aby kontynuować badania. Wymiennik ciepła silnika RB545 (który miał być wykorzystany w projekcie HOTOL) miał pewne problemy z kruchością konstrukcji, a także stosunkowo dużym zużyciem ciekłego wodoru. Nie dało się też z niego skorzystać - patent na silnik należał do Rolls Royce'a, a najważniejszym argumentem było to, że silnik został ogłoszony jako ściśle tajny. Dlatego Bond przystąpił do opracowania nowego silnika SABRE, rozwijając idee zawarte w poprzednim projekcie.

Od listopada 2012 r. zakończono testy sprzętu pod hasłem „Kluczowa technologia wymiennika ciepła dla hybrydowego silnika rakietowego zasilanego powietrzem/ciekłym tlenem”. Był to ważny kamień milowy w procesie opracowywania SABRE i pokazał, że technologia jest opłacalna dla potencjalnych inwestorów. Silnik oparty jest na wymienniku ciepła zdolnym do schłodzenia wchodzącego powietrza do -150°C (-238°F). Schłodzone powietrze miesza się z ciekłym wodorem i spala, zapewniając ciąg dla lotu atmosferycznego, przed przejściem na ciekły tlen ze zbiorników podczas wylatywania z atmosfery. Pomyślne testy tej krytycznej technologii potwierdziły, że wymiennik ciepła może zaspokoić zapotrzebowanie silnika na wystarczającą ilość tlenu z atmosfery, aby działać z wysoką wydajnością w warunkach lotu na małej wysokości.

Podczas Farnborough Airshow w 2012 r. przemówienie w tej sprawie wygłosił David Willetts, brytyjski sekretarz stanu ds. uniwersytetów i nauki. W szczególności powiedział, że ten silnik, opracowany przez Reaction Engines, może naprawdę wpłynąć na warunki gry w przemyśle kosmicznym. Pomyślne testy układu wstępnego chłodzenia są świadectwem uznania koncepcji silnika przez brytyjską agencję kosmiczną w 2010 roku. Minister dodał też, że jeśli kiedyś uda im się wykorzystać tę technologię do realizacji własnych lotów komercyjnych, będzie to niewątpliwie fantastyczne osiągnięcie.

Minister zaznaczył też, że jest małe prawdopodobieństwo, że Europejska Agencja Kosmiczna zgodzi się na finansowanie Skylonu, więc Wielka Brytania powinna być gotowa do budowy statku kosmicznego, głównie z własnych środków.

Rys. 3. Samoloty lotnicze Skylon - układ

Kolejna faza programu SABRE obejmuje testy naziemne przeskalowanego modelu silnika zdolnego do zademonstrowania pełnego cyklu. ESA wyraziła zaufanie do udanej budowy demonstratora i stwierdziła, że ​​będzie to „ważny kamień milowy w rozwoju tego programu i przełom w dziedzinie napędów na całym świecie”.

Projekt

Rys. 4. Układ silnika SABRE

Podobnie jak RB545, projekt SABRE jest bliższy tradycyjnemu silnikowi rakietowemu niż odrzutowi powietrza. Wstępnie schłodzony hybrydowy silnik Jet/Rocket wykorzystuje płynne paliwo wodorowe w połączeniu z utleniaczem dostarczanym w postaci gazowego powietrza przez sprężarkę lub ciekłego tlenu dostarczanego ze zbiorników paliwa przez turbopompę.

Z przodu silnika znajduje się prosty, osiowo symetryczny wlot powietrza w kształcie stożka, który hamuje powietrze do prędkości poddźwiękowych za pomocą zaledwie dwóch odbitych fal uderzeniowych.

Część powietrza przez wymiennik ciepła do centralnej części silnika, a reszta przez kanał pierścieniowy do drugiego obwodu, którym jest konwencjonalny silnik strumieniowy. Centralna część, zlokalizowana za wymiennikiem ciepła, to turbosprężarka napędzana gazowym helem krążącym w zamkniętym kanale obiegu Brightona. Sprężone przez sprężarkę powietrze jest podawane pod wysokim ciśnieniem do czterech komór spalania kombinowanego silnika rakietowego.

Rys. 5. Uproszczony cykl silnika SABRE

Wymiennik ciepła

Powietrze wchodzące do silnika przy prędkościach super/hiperdźwiękowych staje się bardzo gorące po zahamowaniu i sprężeniu w wlocie powietrza. Wysokie temperatury w silnikach odrzutowych były tradycyjnie obsługiwane przez stosowanie ciężkich stopów na bazie miedzi lub niklu, poprzez zmniejszenie stopnia sprężania sprężarki, a także zmniejszenie prędkości, aby uniknąć przegrzania i stopienia konstrukcji. Jednak w przypadku jednostopniowego statku kosmicznego takie ciężkie materiały nie mają zastosowania, a maksymalny możliwy ciąg jest wymagany do wejścia na orbitę w jak najkrótszym czasie, aby zminimalizować dotkliwość strat.

W przypadku stosowania gazowego helu jako nośnika ciepła, powietrze w wymienniku ciepła jest znacznie schładzane od 1000°C do -150°C, przy czym unika się skraplania powietrza lub kondensacji pary wodnej na ściankach wymiennika ciepła.

Rys. 6. Modeluj jeden z modułów wymiennika ciepła

Poprzednie wersje wymiennika ciepła, takie jak te stosowane w projekcie HOTOL, przepuszczały paliwo wodorowe bezpośrednio przez wymiennik ciepła, ale zastosowanie helu jako obiegu pośredniczącego między powietrzem a zimnym paliwem usunęło problem kruchości wodoru w konstrukcji wymiennika ciepła . Jednak ostre chłodzenie powietrzem obiecuje pewne problemy - konieczne jest zapobieganie blokowaniu wymiennika ciepła przez zamarzniętą parę wodną i inne frakcje. W listopadzie 2012 roku zademonstrowano próbkę wymiennika ciepła, zdolnego do schłodzenia powietrza atmosferycznego do temperatury -150°C w czasie 0,01 s.
Jedną z innowacji wymiennika SABRE jest spiralne ułożenie rurek z czynnikiem chłodniczym, co obiecuje znacznie zwiększyć jego wydajność.

Rys. 7. Prototyp wymiennika ciepła SABRE

Kompresor

Przy prędkości M=5 i wysokości 25 kilometrów, czyli 20% prędkości orbitalnej i wysokości wymaganej do wejścia na orbitę, powietrze schłodzone w wymienniku ciepła trafia do bardzo zwykłej turbosprężarki, konstrukcyjnie podobnej do tej stosowanej w konwencjonalnych turboodrzutowcach silniki, ale zapewniają niezwykle wysoki stopień sprężania, ze względu na wyjątkowo niską temperaturę dopływającego powietrza. Pozwala to na sprężanie powietrza do 140 atmosfer przed wprowadzeniem go do komór spalania głównego silnika. W przeciwieństwie do silników turboodrzutowych turbosprężarka jest napędzana przez turbinę umieszczoną w obiegu helu, a nie w wyniku działania produktów spalania, jak w konwencjonalnych silnikach turboodrzutowych. W ten sposób turbosprężarka pracuje na cieple wytworzonym przez żel w wymienniku ciepła.

Cykl helu

Ciepło jest przekazywane z powietrza do helu. Gorący hel z wymiennika ciepła hel-powietrze jest chłodzony w wymienniku ciepła hel-wodór, oddając ciepło do ciekłego paliwa wodorowego. Obwód helu działa zgodnie z cyklem Brightona, zarówno w celu chłodzenia silnika w krytycznych punktach, jak i napędzania turbin napędowych i wielu elementów silnika. Pozostała część energii cieplnej jest wykorzystywana do odparowania części wodoru, który jest spalany w zewnętrznym obiegu o przepływie bezpośrednim.

Tłumik

Aby schłodzić hel, jest on przepompowywany przez zbiornik z azotem. Obecnie do testów nie stosuje się ciekłego azotu, a wodę, która odparowuje, obniżając temperaturę helu i tłumiąc hałas ze spalin.

Silnik

Ze względu na fakt, że hybrydowy silnik rakietowy ma ciąg daleki od zera statycznego, samolot może wystartować w normalnym trybie odrzutowym, bez pomocy, jak te wyposażone w konwencjonalne silniki turboodrzutowe. W miarę wznoszenia się i spadku ciśnienia atmosferycznego do sprężarki trafia coraz więcej powietrza, a wydajność sprężania na wlocie powietrza tylko spada. W tym trybie silnik odrzutowy może pracować na znacznie większej wysokości niż byłoby to normalnie możliwe.
Po osiągnięciu prędkości M = 5,5 silnik odrzutowy przestaje działać i wyłącza się, a teraz zmagazynowany na pokładzie ciekły tlen i ciekły wodór trafiają do silnika rakiety, aż do osiągnięcia prędkości orbitalnej (porównywalnej do M = 25). Jednostki turbopomp są napędzane tym samym obiegiem helu, który teraz odbiera ciepło w specjalnych „komorach wstępnego spalania”.
Nietypowe rozwiązanie konstrukcyjne układu chłodzenia komory spalania - jako chłodziwo zamiast ciekłego wodoru zastosowano utleniacz (powietrze/ciekły tlen), aby uniknąć nadmiernego zużycia wodoru i naruszenia stosunku stechiometrycznego (stosunek paliwa do utleniacza ).

Drugim ważnym punktem jest dysza strumieniowa. Wydajność dyszy strumieniowej zależy od jej geometrii i ciśnienia atmosferycznego. Podczas gdy geometria dyszy pozostaje niezmieniona, ciśnienie zmienia się znacząco wraz z wysokością, dlatego dysze, które są bardzo wydajne w niższej atmosferze, znacznie tracą swoją skuteczność wraz z osiąganiem wyższych wysokości.
W tradycyjnych, wielostopniowych systemach można to przezwyciężyć, stosując po prostu różne geometrie dla każdego etapu i odpowiadającej mu fazy lotu. Ale w systemie jednostopniowym cały czas używamy tej samej dyszy.

Rys. 8. Porównanie pracy różnych dysz strumieniowych w atmosferze i próżni

Jako wyjście planowane jest zastosowanie specjalnej dyszy Expansion-Deflection (Dysza ED) – regulowanej dyszy strumieniowej opracowanej w ramach projektu STERN, która składa się z tradycyjnego dzwonka (choć stosunkowo krótszego niż zwykły) oraz regulowany korpus centralny, który odchyla przepływ gazu do ścian. Zmieniając położenie korpusu centralnego można zapewnić, że wydech nie zajmuje całej powierzchni dolnego wycięcia, a jedynie odcinek pierścieniowy, dostosowując zajmowaną powierzchnię zgodnie z ciśnieniem atmosferycznym.

Również w silniku wielokomorowym można regulować wektor ciągu, zmieniając pole przekroju, a tym samym udział w całkowitym ciągu każdej komory.

Rys. 9. Dysza rozprężno-odchylająca (dysza ED)

Obieg z bezpośrednim przepływem

Odrzucenie skraplania powietrza zwiększyło sprawność silnika, zmniejszając koszt chłodziwa poprzez zmniejszenie entropii. Jednak nawet proste chłodzenie powietrzem wymaga więcej wodoru niż można spalić w pierwotnym obwodzie silnika.

Nadmiar wodoru jest wyrzucany za burtę, ale nie tylko w ten sposób, ale spalany jest w szeregu komór spalania, które znajdują się w zewnętrznym pierścieniowym kanale powietrznym, który stanowi część silnika o przepływie bezpośrednim, do którego przedostało się powietrze wejście z pominięciem wymiennika ciepła. Drugi obieg o przepływie bezpośrednim zmniejsza straty spowodowane oporem powietrza, które nie dostaje się do wymiennika ciepła, a także zapewnia część ciągu.
Przy niskich prędkościach bardzo duża ilość powietrza omija wymiennik ciepła / sprężarkę, a wraz ze wzrostem prędkości, w celu utrzymania wydajności, większość powietrza dostaje się do sprężarki.
Odróżnia to system od silnika turbo-direct-flow, w którym wszystko jest dokładnie odwrotne - przy niskich prędkościach duże masy powietrza przechodzą przez sprężarkę, a przy dużych prędkościach - omijając go, przez obwód z bezpośrednim przepływem, który staje się sprawne, że przejmuje wiodącą rolę.

Wydajność

Szacuje się, że stosunek ciągu do masy SABRE wynosi ponad 14 jednostek, podczas gdy stosunek ciągu do masy konwencjonalnych silników odrzutowych mieści się w granicach 5, a tylko 2 w przypadku naddźwiękowych silników strumieniowych. Ta wysoka wydajność wynika z zastosowania przechłodzonego powietrza, które staje się bardzo gęste i wymaga mniejszej kompresji, a co ważniejsze, niskie temperatury pracy umożliwiają stosowanie lekkich stopów w większości konstrukcji silnika. Ogólna wydajność zapowiada się na wyższą niż RB545 lub naddźwiękowe silniki strumieniowe.

Silnik ma wysoki impuls właściwy w atmosferze, który osiąga 3500 sek. Dla porównania, konwencjonalny silnik rakietowy ma impuls właściwy co najwyżej około 450, a nawet obiecujący „termiczny” silnik rakietowy obiecuje osiągnąć zaledwie 900 sekund.

Połączenie wysokiej wydajności paliwowej i niskiej masy silnika daje Skylonowi możliwość wchodzenia na orbitę w trybie jednostopniowym, jednocześnie operując jako odrzutowiec do prędkości M=5,14 i wysokości 28,5 km. W tym przypadku pojazd lotniczy wejdzie na orbitę z dużą ładownością w stosunku do masy startowej, czego wcześniej nie mógł osiągnąć żaden pojazd niejądrowy.

Podobnie jak w przypadku RB545, pomysł wstępnego chłodzenia zwiększa masę i złożoność systemu, co normalnie byłoby antytezą projektowania systemów rakietowych. Również wymiennik ciepła jest bardzo agresywną i złożoną częścią konstrukcji silnika SABRE. To prawda, należy zauważyć, że zakłada się, że masa tego wymiennika ciepła jest o rząd wielkości mniejsza niż w przypadku istniejących próbek, a eksperymenty wykazały, że można to osiągnąć. Eksperymentalny wymiennik ciepła osiągnął transfer ciepła na poziomie prawie 1 GW/m2, co jest uważane za rekord świata. Małe moduły przyszłego wymiennika ciepła zostały już wyprodukowane.

Straty wynikające z dodatkowego ciężaru systemu są kompensowane w obiegu zamkniętym (wymiennik ciepła-turbosprężarka), podobnie jak dodatkowy ciężar skrzydeł Skylon zwiększa całkowitą wagę systemu, a także przyczynia się do ogólnego wzrostu wydajności ponad aby go zmniejszyć. Jest to w dużej mierze równoważone przez różne tory lotu. Konwencjonalne pojazdy nośne startują pionowo, z bardzo małymi prędkościami (jeśli mówimy o prędkości stycznej, a nie normalnej), ten pozornie nieefektywny ruch pozwala szybko przebić atmosferę i uzyskać prędkość styczną już w bezpowietrznym środowisku, bez utraty prędkości z powodu tarcia o powietrze ...

Jednocześnie wysoka wydajność paliwowa silnika SABRE pozwala na bardzo delikatne podnoszenie (przy którym styczna niż normalna składowa prędkości rośnie bardziej), powietrze raczej wspomaga niż spowalnia układ (dopalacz i płyn roboczy dla silnika, unoszenie skrzydeł), co skutkuje znacznie mniejszym zużyciem paliwa w celu osiągnięcia prędkości orbitalnej.

Niektóre cechy

Pusty ciąg - 2940 kN
Ciąg na poziomie morza - 1960 kN
Stosunek ciągu do masy (silnik) - około 14 (w atmosferze)
Impuls właściwy w próżni - 460 sek
Impuls właściwy na poziomie morza - 3600 sek

Zalety

W przeciwieństwie do tradycyjnych silników rakietowych i innych typów silników odrzutowych, hybrydowy silnik odrzutowy może wykorzystywać powietrze do spalania paliwa, zmniejszając wymaganą masę paliwa, zwiększając w ten sposób masę ładunku.

Silniki strumieniowe i scramjet muszą spędzać dużo czasu w niższej atmosferze, aby osiągnąć prędkość wystarczającą do wejścia na orbitę, co wysuwa na pierwszy plan problem intensywnego nagrzewania się w hiperdźwiękach, a także utratę w wyniku znacznej masy i złożoność ochrony termicznej.

Hybrydowy silnik odrzutowy, taki jak SABRE, musi jedynie osiągnąć niską prędkość hipersoniczną (przypomnijmy: hiperdźwięk to wszystko po M = 5, zatem M = 5,14 to początek zakresu prędkości hipersonicznych) w niższej atmosferze, przed przejściem na cykl zamknięty i strome podjazdy z przyspieszeniem w trybie rakietowym.

W przeciwieństwie do silników strumieniowych lub scramjet, SABRE jest w stanie zapewnić wysoki ciąg od zerowej prędkości do M = 5,14, od ziemi po duże wysokości, z wysoką wydajnością w całym zakresie. Ponadto możliwość tworzenia ciągu przy zerowej prędkości oznacza, że ​​silnik można przetestować na ziemi, co znacznie obniża koszty rozwoju.

Zwracamy również uwagę na szereg linków.

Historia lotnictwa charakteryzuje się nieustanną walką o zwiększenie prędkości samolotów. Pierwszy oficjalnie zarejestrowany światowy rekord prędkości, ustanowiony w 1906 roku, wynosił tylko 41,3 km/h. Do 1910 roku prędkość najlepszych samolotów wzrosła do 110 kilometrów na godzinę. Samolot myśliwski RBVZ-16, zbudowany w rosyjsko-bałtyckich zakładach w początkowym okresie I wojny światowej, miał maksymalną prędkość lotu 153 km/h. A na początku II wojny światowej nie było już oddzielnych maszyn - tysiące samolotów latało z prędkością przekraczającą 500 kilometrów na godzinę.
Z mechaniki wiadomo, że moc potrzebna do zapewnienia ruchu samolotu jest równa iloczynowi siły ciągu i jego prędkości. W ten sposób moc rośnie proporcjonalnie do sześcianu prędkości. W konsekwencji, aby podwoić prędkość lotu samolotu śmigłowego, konieczne jest ośmiokrotne zwiększenie mocy jego silników. Prowadzi to do wzrostu masy elektrowni i znacznego wzrostu zużycia paliwa. Z obliczeń wynika, że ​​aby podwoić prędkość samolotu, prowadząc do wzrostu jego masy i gabarytów, konieczne jest 15-20-krotne zwiększenie mocy silnika tłokowego.
Ale zaczynając od prędkości lotu 700-800 kilometrów na godzinę i zbliżając się do prędkości dźwięku, opór powietrza wzrasta jeszcze bardziej. Ponadto sprawność śmigła jest dość wysoka tylko przy prędkościach lotu nieprzekraczających 700-800 kilometrów na godzinę. Wraz z dalszym wzrostem prędkości gwałtownie spada. Dlatego pomimo wszelkich wysiłków konstruktorów samolotów, nawet najlepsze samoloty myśliwskie z silnikami tłokowymi o mocy 2500-3000 koni mechanicznych nie miały maksymalnej prędkości lotu poziomej przekraczającej 800 kilometrów na godzinę.
Jak widać, aby opanować duże wysokości i dalej zwiększać prędkość, potrzebny był nowy silnik samolotu, którego ciąg i moc nie zmniejszyłyby się, ale rosłyby wraz ze wzrostem prędkości lotu.
I taki silnik powstał. To jest samolotowy silnik odrzutowy. Był znacznie potężniejszy i lżejszy niż nieporęczne instalacje napędzane śmigłem. Zastosowanie tego silnika w końcu pozwoliło lotnictwu przekroczyć barierę dźwięku.

Zasada działania i klasyfikacja silników odrzutowych

Aby zrozumieć, jak działa silnik odrzutowy, pamiętajmy, co się dzieje, gdy strzela się z dowolnej broni palnej. Każdy, kto strzelał z pistoletu lub pistoletu, zna efekt odrzutu. W momencie strzału gazy proszkowe naciskają równomiernie we wszystkich kierunkach z ogromną siłą. Naciskowi podlegają wewnętrzne ścianki lufy, spód pocisku lub pocisku oraz spód tulei trzymanej przez zamek.
Siły nacisku na ścianki beczki są wzajemnie zrównoważone. Ciśnienie gazów miotających na kulę (pocisk) wyrzuca ją z karabinu (broni), a ciśnienie gazów na dnie tulei jest przyczyną odrzutu.
Odrzut jest łatwy do wykonania i jest źródłem ciągłego ruchu. Wyobraźmy sobie na przykład, że na lekkim wózku umieściliśmy karabin maszynowy piechoty. Następnie, przy nieustannym strzelaniu z karabinu maszynowego, będzie się toczyć pod wpływem wstrząsów odrzutu w kierunku przeciwnym do kierunku ostrzału.
Na tej zasadzie opiera się działanie silnika odrzutowego. Źródłem ruchu w silniku odrzutowym jest reakcja lub odrzut strumienia gazu.
Zamknięty pojemnik zawiera sprężony gaz. Ciśnienie gazu rozkłada się równomiernie na ściankach naczynia, które pozostaje nieruchome. Ale jeśli jedna z końcowych ścian naczynia zostanie usunięta, sprężony gaz, mający tendencję do rozszerzania się, zacznie szybko wypływać z otworu.
Ciśnienie gazu na ścianie naprzeciwko otworu nie będzie już zrównoważone, a naczynie, jeśli nie zostanie zamocowane, zacznie się poruszać. Należy zauważyć, że im wyższe ciśnienie gazu, tym większa szybkość jego wypływu i tym szybciej naczynie się porusza.
Aby uruchomić silnik odrzutowy, wystarczy spalić w zbiorniku proch strzelniczy lub inną palną substancję. Wówczas nadciśnienie w zbiorniku wymusi ciągły wypływ gazów w postaci strumienia produktów spalania do atmosfery w tempie tym wyższym, im wyższe ciśnienie wewnątrz samego zbiornika i niższe na zewnątrz. Wypływ gazów z naczynia następuje pod wpływem siły nacisku zgodnej z kierunkiem strumienia wychodzącego przez otwór. W konsekwencji nieuchronnie pojawi się inna siła o równej wielkości i przeciwnym kierunku. To ona sprawi, że czołg się poruszy.

Siła ta nazywana jest siłą ciągu odrzutowego.
Wszystkie silniki odrzutowe można podzielić na kilka głównych klas. Rozważ pogrupowanie silników odrzutowych według rodzaju zastosowanego w nich utleniacza.
Do pierwszej grupy należą silniki odrzutowe z własnym utleniaczem, tzw. silniki rakietowe. Ta grupa z kolei składa się z dwóch klas: PRD - proszkowe silniki odrzutowe i LPRE - silniki odrzutowe na ciecz.
W silnikach odrzutowych na paliwo pędne paliwo zawiera jednocześnie paliwo i środek utleniający niezbędny do jego spalania. Najprostszym PRD jest dobrze znana rakieta z fajerwerkami. W takim silniku proszek wypala się w ciągu kilku sekund lub nawet ułamków sekundy. Wytworzony w tym przypadku ciąg odrzutowy jest dość znaczący. Dopływ paliwa jest ograniczony objętością komory spalania.
Z konstruktywnego punktu widzenia JDP jest niezwykle prosty. Może być używany jako jednostka działająca przez krótki czas, ale wciąż wytwarzająca wystarczająco dużą siłę uciągu.
W ciekłych silnikach odrzutowych paliwo składa się z palnej cieczy (zwykle nafty lub alkoholu) i ciekłego tlenu lub jakiejś substancji zawierającej tlen (takiej jak nadtlenek wodoru lub kwas azotowy). Tlen lub substancja go zastępująca, która jest niezbędna do spalania paliwa, potocznie nazywana jest utleniaczem. Podczas pracy silnika na paliwo ciekłe paliwo i utleniacz są w sposób ciągły podawane do komory spalania; produkty spalania są wyrzucane na zewnątrz przez dyszę.
Cieczowe i proszkowe silniki strumieniowe, w przeciwieństwie do innych, mogą pracować w przestrzeni pozbawionej powietrza.
Drugą grupę tworzą silniki odrzutowe – WFD, wykorzystujące utleniacz z powietrza. Te z kolei dzielą się na trzy klasy: silniki strumieniowe (silniki strumieniowe), pulsacyjne VRM (PuVRD) i silniki turboodrzutowe (silniki turboodrzutowe).
W VRM o przepływie bezpośrednim (lub bezsprężarkowym) paliwo jest spalane w komorze spalania w powietrzu atmosferycznym sprężonym przez własne ciśnienie o dużej prędkości. Sprężanie powietrza odbywa się zgodnie z prawem Bernoulliego. Zgodnie z tym prawem, gdy ciecz lub gaz przemieszcza się przez rozszerzający się kanał, prędkość strumienia maleje, co prowadzi do wzrostu ciśnienia gazu lub cieczy.
W tym celu w strumieniu strumieniowym znajduje się dyfuzor - rozszerzający się kanał, przez który powietrze atmosferyczne dostaje się do komory spalania.
Powierzchnia wylotu dyszy jest zwykle znacznie większa niż powierzchnia wlotu dyfuzora. Dodatkowo ciśnienie rozkłada się inaczej na powierzchni dyfuzora i ma większe wartości niż na ściankach dyszy. W wyniku działania wszystkich tych sił powstaje ciąg odrzutowy.
Sprawność strumieniowego silnika strumieniowego przy prędkości lotu 1000 kilometrów na godzinę wynosi około 8-9%. A przy dwukrotnym wzroście tej prędkości sprawność w niektórych przypadkach może osiągnąć 30% - więcej niż w przypadku tłokowego silnika lotniczego. Należy jednak zauważyć, że silnik strumieniowy ma znaczną wadę: taki silnik nie zapewnia ciągu na miejscu, a zatem nie może zapewnić samodzielnego startu samolotu.
Silnik turboodrzutowy (silnik turboodrzutowy) jest bardziej skomplikowany. W locie nadlatujące powietrze przechodzi przez przedni wlot do sprężarki i jest kilkakrotnie sprężane. Sprężone przez sprężarkę powietrze dostaje się do komory spalania, gdzie wtryskiwane jest paliwo płynne (najczęściej nafta); Gazy powstałe podczas spalania tej mieszanki są podawane na łopatki turbiny gazowej.
Tarcza turbiny jest zamocowana na tym samym wale co koło sprężarki, dzięki czemu gorące gazy przechodzące przez turbinę wprawiają ją w ruch obrotowy wraz ze sprężarką. Z turbiny gazy wchodzą do dyszy. Tutaj ich ciśnienie spada, a prędkość rośnie. Strumień gazu opuszczający silnik wytwarza ciąg strumieniowy.
W przeciwieństwie do silnika strumieniowego VRM, silnik turboodrzutowy jest zdolny do rozwijania ciągu nawet podczas pracy na miejscu. Potrafi samodzielnie zapewnić start samolotu. Do uruchomienia silnika turboodrzutowego stosuje się specjalne urządzenia rozruchowe: rozruszniki elektryczne i rozruszniki turbiny gazowej.
Sprawność silnika turboodrzutowego przy maksymalnych prędkościach lotu jest znacznie wyższa niż w przypadku silnika strumieniowego. I tylko przy prędkościach naddźwiękowych rzędu 2000 kilometrów na godzinę zużycie paliwa dla obu typów silników staje się w przybliżeniu takie samo.

Krótka historia rozwoju samolotów odrzutowych

Najbardziej znanym i najprostszym silnikiem odrzutowym jest rakieta prochowa, wynaleziona wiele wieków temu w starożytnych Chinach. Oczywiście rakieta prochowa okazała się pierwszym silnikiem odrzutowym, który próbowano wykorzystać jako elektrownię lotniczą.
Na samym początku lat 30. w ZSRR rozpoczęto prace nad stworzeniem silnika odrzutowego do samolotów. Już w 1920 roku radziecki inżynier F.A. Tsander przedstawił pomysł samolotu rakietowego na dużej wysokości. Jego silnik OR-2, zasilany benzyną i ciekłym tlenem, był przeznaczony do montażu na prototypowym samolocie.
W Niemczech przy udziale inżynierów Valiera, Sengera, Opla i Stammera od 1926 r. systematycznie prowadzono eksperymenty z rakietami prochowymi montowanymi na samochodzie, rowerze, wagonie i wreszcie na samolocie. W 1928 roku uzyskano pierwsze praktyczne wyniki: samochód rakietowy pokazywał prędkość około 100 km/h, a wagon kolejowy – do 300 km/h. W czerwcu tego samego roku odbył się pierwszy lot samolotu z prochowym silnikiem odrzutowym. Na wysokości 30 m. Samolot ten przeleciał 1,5 km, pozostając w powietrzu tylko przez minutę. Nieco ponad rok później lot powtórzono i osiągnięto prędkość lotu 150 km/h.
Do końca lat 30. naszego wieku w różnych krajach prowadzono prace badawcze, projektowe i eksperymentalne nad stworzeniem samolotu z silnikami odrzutowymi.

W 1939 r. w ZSRR odbyły się próby w locie silników strumieniowych (silników strumieniowych) na samolocie I-15 zaprojektowanym przez NN Polikarpowa. Silnik strumieniowy zaprojektowany przez I.A. Merkulova został zainstalowany na dolnych płaszczyznach samolotu jako silniki dodatkowe. Pierwsze loty wykonał doświadczony pilot testowy P.E. Loginov. Na danej wysokości przyspieszył samochód do maksymalnej prędkości i włączył silniki odrzutowe. Ciąg dodatkowych silników strumieniowych zwiększał maksymalną prędkość lotu. W 1939 roku opracowano niezawodne uruchamianie silnika w locie oraz stabilność procesu spalania. W locie pilot mógł wielokrotnie włączać i wyłączać silnik oraz regulować jego ciąg. 25 stycznia 1940 r., po rozpracowaniu w fabryce silników i sprawdzeniu ich bezpieczeństwa, na wielu lotach odbył się oficjalny test - lot samolotu z silnikiem strumieniowym. Startując z lotniska centralnego Frunze w Moskwie, pilot Loginov włączył silniki odrzutowe na małej wysokości i wykonał kilka okrążeń nad lotniskiem.
Te loty pilota Loginowa w 1939 i 1940 r. były pierwszymi lotami na samolocie z pomocniczymi silnikami strumieniowymi. Idąc za nim, w testowaniu tego silnika wzięli udział piloci testowi N.A. Sopotsko, A.V. Davydov i A.I. Zhukov. Latem 1940 roku silniki te zostały zainstalowane i przetestowane na myśliwcu I-153 „Czajka” zaprojektowanym przez NN Polikarpova. Zwiększyli prędkość samolotu o 40-50 km/h.

Jednak przy prędkościach lotu, które mogłyby być osiągane przez samoloty z napędem śmigłowym, dodatkowe bezsprężarkowe silniki odrzutowe zużywały dużo paliwa. Siłownik ma jeszcze jedną ważną wadę: taki silnik nie zapewnia ciągu w miejscu, a zatem nie może zapewnić niezależnego startu samolotu. Oznacza to, że samolot z podobnym silnikiem musi być koniecznie wyposażony w jakiś rodzaj pomocniczego napędu startowego, na przykład napędzany śmigłem, w przeciwnym razie nie wystartuje.
Pod koniec lat 30. - na początku lat 40. naszego wieku opracowano i przetestowano pierwsze samoloty z silnikami odrzutowymi innych typów.

Jeden z pierwszych lotów człowieka na samolocie z odrzutowym silnikiem na paliwo ciekłe (LPRE) odbył się również w ZSRR. Radziecki pilot V.P. Fiodorow w lutym 1940 r. przetestował w powietrzu rosyjski silnik na paliwo ciekłe. Testy w locie poprzedzone były wieloma pracami przygotowawczymi. Silnik na paliwo płynne o zmiennym ciągu, zaprojektowany przez inżyniera L.S. Dushkina, przeszedł kompleksowe testy fabryczne na stoisku. Następnie został zainstalowany na szybowcu zaprojektowanym przez S.P. Korolev. Po pomyślnym przejściu przez silnik testów naziemnych na szybowcu, rozpoczęto próby w locie. Odrzutowiec był holowany przez konwencjonalny samolot śmigłowy na wysokość 2 km. Na tej wysokości pilot Fiodorow odczepił kabel i po przebyciu pewnej odległości od holującego samolotu włączył silnik na paliwo ciekłe. Silnik pracował stabilnie, aż do całkowitego zużycia paliwa. Pod koniec lotu na silniku pilot spojrzał bezpiecznie i wylądował na lotnisku.
Te testy w locie były ważnym krokiem w kierunku stworzenia szybkiego samolotu odrzutowego.

Wkrótce radziecki konstruktor W.F.Bolchowinow zaprojektował samolot, w którym jako elektrownię wykorzystano LPRE L.S. Duszkina. Mimo trudów wojny silnik został zbudowany już w grudniu 1941 roku. W tym samym czasie powstawał samolot. Projekt i budowa pierwszego na świecie myśliwca na paliwo ciekłe zakończono w rekordowym czasie: zaledwie 40 dni. Jednocześnie trwały przygotowania do prób w locie. Pilot testowy kapitan G.Ya.Bakhchivandzhi został wyznaczony do przeprowadzenia pierwszych testów w powietrzu nowej maszyny, która otrzymała znak „BI”.
15 maja 1942 roku odbył się pierwszy lot samolotu bojowego z LPRE. Był to mały jednopłat o ostrym nosie, z chowanym podwoziem i tylnym kołem. W przednim przedziale kadłuba umieszczono dwa działa kalibru 20 mm, amunicję do nich i sprzęt radiowy. Dalej znajdował się kokpit osłonięty daszkiem oraz zbiorniki paliwa. Silnik znajdował się w części ogonowej. Testy w locie zakończyły się sukcesem.
Podczas Wielkiej Wojny Ojczyźnianej radzieccy projektanci samolotów pracowali nad innymi typami myśliwców z LPRE. Zespół projektowy, kierowany przez NN Polikarpowa, stworzył samolot bojowy Malyutka. Inny zespół projektantów, kierowany przez MK Tichonrawowa, opracował myśliwiec odrzutowy marki „302”.
Prace nad stworzeniem bojowych samolotów odrzutowych były szeroko prowadzone za granicą.
W czerwcu 1942 roku odbył się pierwszy lot niemieckiego myśliwca przechwytującego „Me-163” zaprojektowanego przez Messerschmitta. Dopiero dziewiąta wersja tego samolotu została wprowadzona do masowej produkcji w 1944 roku.
Po raz pierwszy ten samolot z silnikiem na paliwo płynne został użyty w sytuacji bojowej w połowie 1944 roku podczas inwazji sił alianckich na Francję. Miał walczyć z bombowcami i myśliwcami wroga nad terytorium Niemiec. Samolot był jednopłatowcem bez usterzenia poziomego, co było możliwe dzięki dużemu załamaniu skrzydła.

Kadłub został usprawniony. Zewnętrzne powierzchnie samolotu były bardzo gładkie. W przedniej komorze kadłuba znajdował się wiatrak napędzający prądnicę instalacji elektrycznej samolotu. W części ogonowej kadłuba zainstalowano silnik na paliwo ciekłe o ciągu do 15 kN. Między obudową silnika a poszyciem pojazdu znajdowała się ogniotrwała uszczelka. Zbiorniki paliwa znajdowały się w skrzydłach, a te z utleniaczami wewnątrz kadłuba. W samolocie nie było konwencjonalnego podwozia. Start odbył się za pomocą specjalnego wózka startowego i tylnego koła. Natychmiast po starcie ten wózek został upuszczony, a tylne koło zostało schowane do kadłuba. Samolot sterowany był za pomocą steru, zamontowanego jak zwykle za kilem, oraz wind umieszczonych w płaszczyźnie skrzydła, będących jednocześnie lotkami. Lądowanie przeprowadzono na stalowej narcie do lądowania o długości około 1,8 metra z płozą o szerokości 16 centymetrów. Zwykle samolot startował za pomocą ciągu zamontowanego na nim silnika. Jednak zgodnie z zamysłem konstruktora możliwe było zastosowanie podwieszanych rakiet startowych, które zrzucano po starcie, a także możliwość holowania przez inny samolot na pożądaną wysokość. Gdy silnik rakietowy pracował w trybie pełnego ciągu, samolot mógł wznosić się prawie pionowo. Rozpiętość skrzydeł samolotu wynosiła 9,3 metra, jego długość około 6 metrów. Masa lotu podczas startu wynosiła 4,1 tony, podczas lądowania 2,1 tony; W efekcie przez cały czas lotu samolot stał się prawie dwukrotnie lżejszy - zużył około 2 ton paliwa. Rozbieg miał ponad 900 metrów, prędkość wznoszenia dochodziła do 150 metrów na sekundę. Samolot osiągnął wysokość 6 kilometrów 2,5 minuty po starcie. Sufit auta wynosił 13,2 kilometra. Przy ciągłej pracy silnika rakietowego lot trwał do 8 minut. Zwykle po osiągnięciu wysokości bojowej silnik nie pracował w sposób ciągły, ale okresowo, a samolot był planowany lub przyspieszany. W rezultacie całkowity czas lotu można wydłużyć do 25 minut lub nawet więcej. Ten tryb pracy charakteryzuje się znacznym przyspieszeniem: gdy silnik na paliwo ciekłe został uruchomiony z prędkością 240 kilometrów na godzinę, samolot osiągnął prędkość 800 kilometrów na godzinę po 20 sekundach (w tym czasie przeleciał 5,6 kilometra z średnie przyspieszenie 8 metrów na sekundę kwadratu). Na ziemi samolot ten rozwijał maksymalną prędkość 825 kilometrów na godzinę, a na wysokości 4-12 kilometrów jego maksymalna prędkość wzrosła do 900 kilometrów na godzinę.

W tym samym okresie w wielu krajach prowadzono intensywne prace nad stworzeniem silników odrzutowych (WFD) różnych typów i konstrukcji. W Związku Radzieckim, jak już wspomniano, testowano strumieniowy WFD zainstalowany na myśliwcu.
We Włoszech w sierpniu 1940 roku wykonano pierwszy 10-minutowy lot jednopłatowca Campini-Caproni SS-2. Samolot ten był wyposażony w tak zwaną sprężarkę silnikową VRM (ten typ VRM nie był brany pod uwagę w przeglądzie silników odrzutowych, ponieważ okazał się nieopłacalny i nie otrzymał dystrybucji). Powietrze wpadało przez specjalny otwór w przedniej części kadłuba do rury o zmiennym przekroju, gdzie było sprężane przez kompresor, który otrzymał obrót z umieszczonego z tyłu silnika promieniowego o mocy 440 koni mechanicznych.
Następnie strumień sprężonego powietrza przemył ten chłodzony powietrzem silnik tłokowy i nieco się rozgrzał. Przed wejściem do komory spalania powietrze było mieszane ze spalinami z tego silnika. W komorze spalania, do której wtryskiwano paliwo, w wyniku jego spalania temperatura powietrza jeszcze bardziej wzrosła.
Wypływająca z dyszy w tylnej części kadłuba mieszanka gazowo-powietrzna wytworzyła ciąg odrzutowy tej elektrowni. Powierzchnia sekcji wylotowej dyszy strumieniowej kontrolowana była za pomocą stożka, który mógł poruszać się wzdłuż osi dyszy. Kokpit znajdował się w górnej części kadłuba nad rurą przepływu powietrza, która przebiega przez cały kadłub. W listopadzie 1941 roku samolot ten poleciał z Mediolanu do Rzymu (z międzylądowaniem w Pizie na tankowanie), co trwało 2,5 godziny, a średnia prędkość lotu wynosiła 210 kilometrów na godzinę.

Jak widać, samolot odrzutowy z silnikiem wykonanym według tego schematu okazał się nieudany: został pozbawiony głównej cechy samolotu odrzutowego - zdolności do rozwijania dużych prędkości. Ponadto jego zużycie paliwa było bardzo wysokie.
W maju 1941 roku odbył się w Anglii pierwszy lot testowy eksperymentalnego samolotu Gloucester „E-28/39” z silnikiem turboodrzutowym ze sprężarką odśrodkową Whittle.
Przy 17 tysiącach obrotów na minutę silnik ten rozwijał ciąg około 3800 niutonów. Eksperymentalny samolot był myśliwcem jednomiejscowym z jednym silnikiem turboodrzutowym umieszczonym w kadłubie za kokpitem. Samolot posiadał trójkołowe podwozie chowane w locie.

Półtora roku później, w październiku 1942 roku, przeprowadzono pierwszy test w locie amerykańskiego myśliwca odrzutowego „Ercomet” R-59A z dwoma silnikami turboodrzutowymi zaprojektowanymi przez Whittle'a. Był to średniopłatowy jednopłat z wysoko umieszczonym ogonem.
Nos kadłuba był mocno wysunięty do przodu. Samolot był wyposażony w trójkołowe podwozie; masa w locie pojazdu wynosiła prawie 5 ton, pułap 12 kilometrów. Podczas prób w locie osiągnięto prędkość 800 kilometrów na godzinę.

Wśród innych samolotów turboodrzutowych tego okresu na uwagę zasługuje myśliwiec Gloucester Meteor, którego pierwszy lot odbył się w 1943 roku. Ten jednomiejscowy, całkowicie metalowy jednopłat okazał się jednym z najbardziej utytułowanych myśliwców odrzutowych tamtego okresu. Na dolnym skrzydle wspornikowym zainstalowano dwa silniki turboodrzutowe. Seryjny samolot bojowy rozwijał prędkość 810 kilometrów na godzinę. Lot trwał około 1,5 godziny, pułap 12 kilometrów. Samolot posiadał 4 armaty automatyczne kalibru 20 mm. Samochód miał dobrą manewrowość i sterowność przy wszystkich prędkościach.

Samolot ten był pierwszym myśliwcem odrzutowym użytym w alianckich operacjach walki powietrznej przeciwko niemieckim pociskom V-1 w 1944 roku. W listopadzie 1941 r. na specjalnej, rekordowej wersji tej maszyny ustanowiono światowy rekord prędkości wynoszący 975 kilometrów na godzinę.
Był to pierwszy oficjalnie zarejestrowany rekord ustanowiony w samolocie odrzutowym. Podczas tego rekordowego lotu silniki turboodrzutowe rozwijały ciąg około 16 kiloniutonów każdy, a zużycie paliwa odpowiadało zużyciu około 4,5 tys. litrów na godzinę.

Podczas II wojny światowej w Niemczech opracowano i przetestowano kilka typów samolotów bojowych z silnikami turboodrzutowymi. Zwróćmy uwagę na dwusilnikowy myśliwiec Me-262, który rozwijał prędkość maksymalną 850-900 kilometrów na godzinę (w zależności od wysokości lotu) oraz czterosilnikowy bombowiec Arado-234.

Myśliwiec Me-262 był najbardziej dopracowaną i dopracowaną konstrukcją spośród wielu typów niemieckich samolotów odrzutowych podczas II wojny światowej. Pojazd bojowy był uzbrojony w cztery automatyczne działka kal. 30 mm.
W końcowej fazie Wielkiej Wojny Ojczyźnianej w lutym 1945 r. trzykrotnie Bohater Związku Radzieckiego I. Kozhedub w jednej z bitew powietrznych nad terytorium Niemiec po raz pierwszy zestrzelił samolot odrzutowy wroga - „Me-262” . W tym powietrznym pojedynku decydującą przewagą była zwrotność, a nie prędkość (maksymalna prędkość śmigłowego myśliwca Ła-5 na wysokości 5 km wynosiła 622 km/h, a myśliwca odrzutowego Me-262 przy ta sama wysokość - około 850 kilometrów na godzinę).
Warto zauważyć, że pierwsze niemieckie samoloty odrzutowe były wyposażone w silnik turboodrzutowy ze sprężarką osiową, a maksymalny ciąg silnika wynosił mniej niż 10 kiloniutonów. W tym samym czasie brytyjskie myśliwce odrzutowe zostały wyposażone w silnik turboodrzutowy ze sprężarką odśrodkową, która rozwija około dwukrotnie większą siłę ciągu.

Już w początkowym okresie rozwoju silników odrzutowych dawne znane formy samolotów ulegały mniej lub bardziej znaczącym zmianom. Na przykład brytyjski myśliwiec odrzutowy „Wampir” o dwóch wiązkach wyglądał bardzo nietypowo.
Jeszcze bardziej nieznajomy był dla oka eksperymentalny angielski odrzutowiec „Flying Wing”. Ten bezkadłubowy i bezogonowy samolot został wykonany w formie skrzydła, w którym mieściła się załoga, paliwo itp. Organy stabilizacyjne i sterujące zostały również zainstalowane na samym skrzydle. Zaletą tego toru jest minimalny opór. Znane trudności przedstawia rozwiązanie problemu stabilności i sterowności „Latającego Skrzydła”.

Podczas opracowywania tego samolotu oczekiwano, że wygięcie skrzydła zapewni dużą stabilność w locie, a jednocześnie znacznie zmniejszy opór. Brytyjska firma lotnicza „De Haviland”, która zbudowała samolot, zamierzała wykorzystać go do badania zjawisk ściśliwości powietrza i stabilności lotu przy dużych prędkościach. Skok skrzydła tego całkowicie metalowego samolotu wynosił 40 stopni. Elektrownia składała się z jednego silnika turboodrzutowego. Na końcach skrzydeł, w specjalnych owiewkach, znajdowały się spadochrony przeciwśmigłowe.
W maju 1946 roku samolot Flying Wing został po raz pierwszy przetestowany w locie próbnym. A we wrześniu tego samego roku, podczas kolejnego lotu testowego, rozbił się i rozbił. Pilot, który nim pilotował, zginął tragicznie.

W naszym kraju podczas Wielkiej Wojny Ojczyźnianej rozpoczęto szeroko zakrojone prace badawcze nad stworzeniem samolotów bojowych z silnikami turboodrzutowymi. Wojna postawiła sobie za zadanie - stworzyć myśliwiec, który będzie miał nie tylko dużą prędkość, ale także znaczny czas lotu: w końcu opracowane myśliwce odrzutowe z silnikami na paliwo ciekłe miały bardzo krótki czas lotu - tylko 8-15 minut. Samoloty bojowe zostały opracowane z połączonym systemem napędowym - napędzanym śmigłem i odrzutowym. Na przykład myśliwce Ła-7 i Ła-9 były wyposażone w dopalacze odrzutowe.
Prace nad jednym z pierwszych sowieckich samolotów odrzutowych rozpoczęły się w latach 1943-1944.

Ten pojazd bojowy został stworzony przez zespół projektowy kierowany przez generała Służby Inżynierii Lotniczej Artema Iwanowicza Mikojana. Był to myśliwiec I-250 z kombinowaną elektrownią, która składała się z chłodzonego cieczą tłokowego silnika lotniczego typu VK-107 A ze śmigłem i WFD, którego sprężarka była obracana przez silnik tłokowy. Powietrze wchodziło do wlotu powietrza pod wałem napędowym, przechodziło przez kanał pod kokpitem i wchodziło do sprężarki VRD. Za sprężarką zainstalowano wtryskiwacze paliwa i urządzenia zapłonowe. Strumień odrzutowy wyszedł przez dyszę w kadłubie rufowym. I-250 wykonał swój pierwszy lot w marcu 1945 roku. Podczas testów w locie osiągnięto prędkość znacznie ponad 800 kilometrów na godzinę.
Wkrótce ten sam zespół konstruktorów stworzył myśliwiec odrzutowy MIG-9. Zainstalowano na nim dwa silniki turboodrzutowe typu „RD-20”. Każdy silnik rozwijał ciąg do 8800 niutonów przy 9,8 tys. obrotów na minutę. Silnik RD-20 ze sprężarką osiową i regulowaną dyszą miał pierścieniową komorę spalania z szesnastoma palnikami wokół dysz wtrysku paliwa. 24 kwietnia 1946 roku pilot doświadczalny A.N. Grinchik wykonał pierwszy lot na samolocie MIG-9. Podobnie jak samolot BI, ten samolot niewiele różnił się konstrukcją od samolotów tłokowych. A jednak zastąpienie silnika tłokowego silnikiem odrzutowym zwiększyło prędkość o około 250 kilometrów na godzinę. Maksymalna prędkość MIG-9 przekroczyła 900 kilometrów na godzinę. Pod koniec 1946 maszyna ta została wprowadzona do produkcji seryjnej.

W kwietniu 1946 roku wykonano pierwszy lot myśliwcem odrzutowym zaprojektowanym przez A.S. Jakowlewa. Aby ułatwić przejście do produkcji tych samolotów z silnikami turboodrzutowymi, zastosowano seryjny myśliwiec śmigłowy Jak-3, w którym przedni kadłub i środkowa część skrzydła zostały przystosowane do silnika odrzutowego. Ten myśliwiec był używany jako trenażer odrzutowy dla naszych sił powietrznych.
W latach 1947-1948 radziecki myśliwiec odrzutowy zaprojektowany przez A.S. Jakowlewa „Jak-23”, który miał większą prędkość, przeszedł testy w locie.
Udało się to osiągnąć dzięki zainstalowaniu na nim silnika turboodrzutowego typu RD-500, który rozwijał ciąg do 16 kiloniutonów przy 14,6 tys. obrotów na minutę. „Jak-23” był pojedynczym, całkowicie metalowym jednopłatem ze środkowym skrzydłem.

Nasi projektanci stanęli przed nowymi wyzwaniami przy tworzeniu i testowaniu pierwszego samolotu odrzutowego. Okazało się, że sam wzrost ciągu silnika nie wystarczy do wykonania lotu z prędkością zbliżoną do prędkości propagacji dźwięku. Badania ściśliwości powietrza i warunków występowania fal uderzeniowych prowadzone są przez radzieckich naukowców od lat 30. XX wieku. Stały się one szczególnie rozpowszechnione w latach 1942-1946 po testach w locie myśliwca odrzutowego BI i innych naszych pojazdów odrzutowych. W wyniku tych badań do 1946 r. pojawiła się kwestia radykalnej zmiany konstrukcji aerodynamicznej szybkich samolotów odrzutowych. Zadaniem było stworzenie samolotu odrzutowego ze skośnymi skrzydłami i ogonem. Wraz z tym pojawiły się zadania pokrewne - wymagana była nowa mechanizacja skrzydeł, inny system sterowania itp.

Wytrwała praca twórcza zespołów badawczych, projektowych i produkcyjnych została zwieńczona sukcesem: nowe krajowe samoloty odrzutowe w niczym nie ustępowały światowej technologii lotniczej tamtego okresu. Wśród szybkich samolotów odrzutowych stworzonych w ZSRR w latach 1946-1947 myśliwiec odrzutowy zaprojektowany przez AI Mikojana i MI Gurevicha „MIG-15” ze skośnym skrzydłem i ogonem wyróżnia się wysokimi właściwościami taktycznymi w locie i operacyjnym . Zastosowanie skośnego skrzydła i usterzenia sterowego zwiększyło prędkość lotu poziomego bez znaczących zmian w jego stabilności i sterowności. Wzrostowi prędkości samolotu sprzyjał również w dużej mierze wzrost stosunku mocy do masy: zainstalowano nowy silnik turboodrzutowy ze sprężarką odśrodkową RD-45 o ciągu około 19,5 kiloniutonów przy 12 tys. obrotów na minutę. Prędkości poziome i pionowe tej maszyny przewyższały wszystko, co wcześniej osiągano w samolotach odrzutowych.
W testach i udoskonalaniu samolotu wzięli udział piloci testowi Bohaterowie Związku Radzieckiego I. Iwaszczenko i S.N. Anokhin. Samolot miał dobre dane lotu i taktyczne oraz był łatwy w obsłudze. Za wyjątkową wytrzymałość, łatwość konserwacji i łatwość sterowania otrzymał przydomek „samolot żołnierski”.
Biuro projektowe, działające pod kierownictwem S.A. Ławoczkina, jednocześnie z wydaniem MIG-15, stworzyło nowy myśliwiec odrzutowy Ła-15. Miał skośne skrzydło umieszczone nad kadłubem. Miał potężną broń na pokładzie. Ze wszystkich myśliwców o skośnych skrzydłach, jakie istniały w tym czasie, Ła-15 miał najmniejszą masę w locie. Dzięki temu samolot Ła-15 z silnikiem RD-500, który miał mniejszy ciąg niż silnik RD-45 zainstalowany na MIG-15, miał w przybliżeniu takie same dane lotu i taktyczne jak MIG-15".

Zakrzywienie i specjalny profil skrzydeł i ogona samolotu odrzutowego radykalnie zmniejszyły opór powietrza podczas lotu z prędkością rozchodzenia się dźwięku. Teraz, w czasie kryzysu falowego, opór wzrósł nie 8-12 razy, ale tylko 2-3 razy. Potwierdziły to również pierwsze naddźwiękowe loty sowieckich samolotów odrzutowych.

Zastosowanie technologii odrzutowej w lotnictwie cywilnym

Wkrótce na samolotach cywilnych zaczęto instalować silniki odrzutowe.
W 1955 roku wielomiejscowy odrzutowiec pasażerski „Kometa-1” rozpoczął działalność za granicą. Ten samochód osobowy z czterema silnikami turboodrzutowymi miał prędkość około 800 kilometrów na godzinę na wysokości 12 kilometrów. Samolot mógł przewozić 48 pasażerów.
Zasięg lotu wynosił około 4 tysięcy kilometrów. Waga z pasażerami i pełnym zapasem paliwa wynosiła 48 ton. Rozpiętość skrzydeł, która charakteryzuje się lekkim wygięciem i stosunkowo cienkim profilem, wynosi 35 metrów. Powierzchnia skrzydeł to 187 metrów kwadratowych, długość samolotu to 28 metrów. Jednak po poważnym wypadku tego samolotu na Morzu Śródziemnym przerwano jego eksploatację. Wkrótce zaczęto używać konstruktywnej wersji tego samolotu - "Kometa-3".

Interesujące są dane dotyczące amerykańskiego samolotu pasażerskiego z czterema silnikami turbośmigłowymi Lockheed Electra, przeznaczonego dla 69 osób (w tym załogi składającej się z dwóch pilotów i inżyniera pokładowego). Liczba miejsc pasażerskich może zostać zwiększona do 91. Kabina jest ciśnieniowa, drzwi wejściowe są podwójne. Prędkość przelotowa tego samochodu wynosi 660 kilometrów na godzinę. Masa własna samolotu to 24,5 tony, masa lotu to 50 ton, w tym 12,8 tony paliwa na lot i 3,2 tony zapasowego. Tankowanie i serwisowanie samolotu na lotniskach pośrednich trwało 12 minut. Samolot został zwodowany w 1957 roku.

Od 1954 roku amerykańska firma Boeing testuje samolot Boeing-707 z czterema silnikami turboodrzutowymi. Prędkość samolotu wynosi 800 kilometrów na godzinę, wysokość lotu 12 kilometrów, a zasięg 4800 kilometrów. Samolot ten był przeznaczony do użytku w lotnictwie wojskowym jako „cysterna powietrzna” – do tankowania samolotów bojowych paliwem w powietrzu, ale mógł zostać przerobiony do użytku w cywilnym lotnictwie transportowym. W tym drugim przypadku w samochodzie można było zamontować 100 miejsc pasażerskich.
W 1959 roku rozpoczęła się eksploatacja francuskiego samolotu pasażerskiego „Caravel”. Samolot miał okrągły kadłub o średnicy 3,2 metra, który został wyposażony w przedział ciśnieniowy o długości 25,4 metra. W tym przedziale mieściła się kabina pasażerska z 70 miejscami siedzącymi. Samolot miał skośne skrzydło nachylone do tyłu pod kątem 20 stopni. Masa startowa samolotu to 40 ton. Elektrownia składała się z dwóch silników turboodrzutowych o ciągu 40 kiloniutonów każdy. Prędkość samolotu wynosiła około 800 kilometrów na godzinę.
W ZSRR już w 1954 r. na jednej z tras lotniczych dostarczanie pilnych ładunków i poczty odbywało się szybkim samolotem odrzutowym „Ił-20.

Wiosną 1955 r. na trasie lotniczej Moskwa-Nowosybirsk zaczął kursować odrzutowy samolot transportowo-pocztowy Ił-20. Na pokładach samolotów - macierze stołecznych gazet. Dzięki wykorzystaniu tych samolotów mieszkańcy Nowosybirska otrzymali moskiewskie gazety tego samego dnia co Moskali.

Na festiwalu lotniczym 3 lipca 1955 r. na lotnisku Tushino pod Moskwą po raz pierwszy pokazano nowy odrzutowy samolot pasażerski zaprojektowany przez A.N. Tupolewa „TU-104”.
Ten samolot z dwoma silnikami turboodrzutowymi o ciągu 80 kiloniutonów każdy miał doskonałe kształty aerodynamiczne. Mogła przewozić 50 pasażerów, a w wersji turystycznej - 70. Wysokość lotu przekraczała 10 kilometrów, waga lotu wynosiła 70 ton. Samolot miał doskonałą izolację akustyczną i cieplną. Samochód został uszczelniony, powietrze do kabiny zabrano ze sprężarek silników turboodrzutowych. W przypadku awarii jednego silnika turboodrzutowego samolot mógł kontynuować lot na drugim. Zasięg lotu bez międzylądowań wynosił 3000-3200 kilometrów. Prędkość lotu mogła osiągnąć 1000 kilometrów na godzinę.

15 września 1956 roku samolot Tu-104 wykonał swój pierwszy regularny lot z pasażerami na trasie Moskwa-Irkuck. Po 7 godzinach i 10 minutach lotu, po pokonaniu 4570 kilometrów z lądowaniem w Omsku, samolot wylądował w Irkucku. Czas podróży w porównaniu do lotu samolotami tłokowymi został skrócony prawie trzykrotnie. 13 lutego 1958 r. samolot Tu-104 wystartował w swój pierwszy (techniczny) lot linią lotniczą Moskwa-Władywostok, jedną z najdłuższych w naszym kraju.

"TU-104" cieszył się dużym uznaniem zarówno w kraju jak i za granicą. Zagraniczni eksperci, wypowiadając się w druku, stwierdzili, że po rozpoczęciu regularnych przewozów pasażerskich samolotami odrzutowymi „TU-104” Związek Radziecki wyprzedził o dwa lata Stany Zjednoczone, Anglię i inne kraje zachodnie w masowej eksploatacji pasażerskich samolotów turboodrzutowych: Amerykański samolot odrzutowy "Boeing-707 "A brytyjski" Comet-IV " wystartował na liniach lotniczych dopiero pod koniec 1958 roku, a francuski "Caravel" - w 1959 roku.
W lotnictwie cywilnym wykorzystywano również samoloty z silnikami turbośmigłowymi (TVD). Ta elektrownia jest podobna w budowie do silnika turboodrzutowego, ale ma śmigło pneumatyczne na tym samym wale z turbiną i sprężarką z przodu silnika. Turbina jest ustawiona w taki sposób, że gorące gazy dochodzące z komór spalania do turbiny oddają jej większość swojej energii. Sprężarka zużywa znacznie mniej energii niż turbina gazowa, a nadwyżka mocy turbiny przekazywana jest na wał napędowy.

TVD jest elektrownią lotniczą typu pośredniego. Chociaż gazy opuszczające turbinę są wyrzucane przez dyszę, a ich reakcja wytwarza pewien ciąg, główny ciąg jest generowany przez działające śmigło, jak w konwencjonalnym samolocie napędzanym śmigłem.
Teatr działań nie stał się powszechny w lotnictwie bojowym, ponieważ nie może zapewnić takiej prędkości ruchu, jak silniki czysto odrzutowe. Nie nadaje się również na ekspresowe linie lotnictwa cywilnego, gdzie prędkość jest decydującym czynnikiem, a kwestie ekonomii i kosztu lotu schodzą na dalszy plan. Wskazane jest jednak stosowanie samolotów turbośmigłowych na trasach o różnej długości, na których loty odbywają się z prędkością rzędu 600-800 kilometrów na godzinę. Należy pamiętać, że jak pokazało doświadczenie, przewóz pasażerów na nich na dystansie 1000 kilometrów jest o 30% tańszy niż na samolotach śmigłowych z silnikami tłokowymi.
W latach 1956-1960 w ZSRR pojawiło się wiele nowych samolotów z teatrem działania. Wśród nich są TU-114 (220 pasażerów), An-10 (100 pasażerów), An-24 (48 pasażerów), Ił-18 (89 pasażerów).