SRB pentru Sistemul de Lansare Spațială
Boosters laterale de combustibil solid SRB pentru Space Launch System. Proiectate pentru a livra marfă către cele mai apropiate planete de Pământ, propulsoarele de rachete SLS ale NASA oferă mai multă forță decât orice alt motor construit vreodată: 1600 tf. Fiecare dintre ele arde 5 tone de combustibil pe secundă.
Dacă convertim energia termică, pe care fiecare dintre ele o generează în 2 minute de funcționare, în energie electrică, obținem 2,3 milioane de kilowați-oră. Acest lucru este suficient pentru a alimenta pe deplin un oraș cu 92.000 de case pe tot parcursul zilei. Două propulsoare SRB, complete cu un motor RS-25, vor fi capabile să ridice aproape 3.000 de tone de marfă (adică aproximativ 9 Boeing 747).
SLS a trecut deja de testele acceleratoarelor, prima pornire fiind programată pentru sfârșitul anului 2018.
Naveta spațială MTKK de rapel lateral
Booster lateral Naveta spațială MTKK - tracțiune 14 00 tf. Booster-urile SLS sunt mai puternice, dar nu au zburat încă, așa că booster-urile navetei spațiale încă dețin titlul de cele mai puternice motoare din spațiu. Ei dețin, de asemenea, titlul de cea mai mare rachetă construită vreodată pentru reutilizare.
O pereche de astfel de acceleratoare au ridicat Naveta Spațială 46 de kilometri. După ce au zburat încă 20 de kilometri prin inerție, se separă de navetă și cad în ocean, de unde sunt preluați de o navă specială.
RD-170/171
Motoarele cu patru camere cu combustibil lichid RD-170 și modificările lor ulterioare dezvoltate la KB Energomash sunt cele mai puternice motoare care funcționează cu combustibil lichid. Impingerea vidului - 806,4 tf. Motorul uneia dintre modificările sale (RD-171M) s-a dovedit a fi cu 5% mai puternic. Din 1985, RD-170 a fost folosit pentru a lansa racheta Zenit, iar apoi Zenit-3SL.
F-1 Motorul rachetei cu combustibil lichid F-1 a fost proiectat și construit de compania americană Rocketdyne pentru vehiculul de lansare Saturn V. Au fost necesare cinci F-1 pentru a ridica Saturn / Fiecare a creat 790 de tone de forță în vid, iar toate cele cinci au cheltuit 12.710 litri de combustibil pe secunda... Până la dezvoltarea celor trei motoare anterioare, acesta a rămas cel mai puternic motor de rachetă din lume.
Închide primele cinci cele mai puternice un alt motor de rachetă american cu combustibil lichid - UA1207 (7,116 t / s în vid. A fost folosit pentru a lansa rachete din familia Titan de a patra generație; UA1207 a fost cel care a adus sonda Cassini în stratosferă, care apoi a continuat drumul spre Saturn.
Un avion cu reacție este o aeronavă care zboară în aer prin utilizarea motoarelor cu reacție în proiectarea sa. Pot fi turboreactor, cu flux direct, de tip pulsatoriu, lichide. De asemenea, aeronavele cu reacție pot fi echipate cu un motor de tip rachetă. În lumea modernă, avioanele cu reacție ocupă majoritatea avioanelor moderne.
O scurtă istorie a dezvoltării avioanelor cu reacție
Începutul istoriei avioanelor cu reacție în lume este considerat a fi anul 1910, când un designer și inginer român pe nume Anri Konada a creat o aeronavă bazată pe un motor cu piston. Diferența față de modelele standard a fost utilizarea unui compresor cu palete, care a pus mașina în mișcare. În perioada postbelică, designerul a început să afirme în mod deosebit de activ că aparatul său era echipat cu un motor cu reacție, deși inițial a afirmat categoric contrariul.
Studiind proiectarea primei aeronave cu reacție a lui A. Konada, se pot trage câteva concluzii. În primul rând, caracteristicile de design ale mașinii indică faptul că motorul din față și gazele sale de eșapament l-ar ucide pe pilot. A doua opțiune de dezvoltare ar putea fi doar un incendiu în avion. Exact despre asta vorbea designerul, la prima lansare secțiunea de coadă a fost distrusă de incendiu.
În ceea ce privește aeronavele cu reacție care au fost fabricate în anii 1940, acestea aveau un design complet diferit, cu motorul și scaunul pilotului îndepărtate și, ca urmare, acest lucru a sporit siguranța. În locurile în care flacăra motoarelor a intrat în contact cu fuzelaj, a fost instalat un oțel special rezistent la căldură, care nu a provocat răni sau deteriorare a corpului.
Primele prototipuri și dezvoltări
Desigur, aeronavele propulsate cu turboreacție au semnificativ mai multe avantaje decât aeronavele propulsate cu piston.
Aeronava de origine germană sub denumirea He 178 a fost luată pentru prima dată în aer pe 27.08.1939.
În 1941, un aparat similar al designerilor britanici numit Gloster E.28 / 39 a urcat în cer.
Aparate propulsate de rachete
El 176, creat în Germania, a făcut prima decolare de pe pistă pe 20 iulie 1939.
Aeronava sovietică BI-2 a decolat în mai 1942.
Aeronavă cu motor multi-compresor (sunt considerate adecvate pentru zbor)
Campini N.1 - Fabricat în Italia, aeronava a decolat pentru prima dată la sfârșitul lui august 1940. a fost atinsă o viteză de zbor de 375 km/h, care este chiar mai mică decât analogul pistonului.
Aeronava japoneză „Oka” cu motorul Tsu-11 a fost destinată utilizării unice, deoarece era un avion cu bombă cu un pilot kamikaze la bord. Din cauza înfrângerii în război, camera de ardere nu a fost niciodată finalizată.
Cu tehnologia împrumutată în Franța, americanii au reușit să-și construiască și propria lor aeronave cu propulsie cu reacție, care a devenit Bell P-59. Mașina avea două motoare cu reacție. Pentru prima dată, decalajul de la pistă a fost înregistrat în octombrie 1942. Trebuie remarcat faptul că această mașină a avut un succes destul de mare, deoarece producția sa a fost realizată în serie. Dispozitivul a avut unele avantaje față de omologii cu piston, dar totuși nu a luat parte la ostilități.
Primele prototipuri de jet de succes
Germania:
Motorul Jumo-004 creat a fost folosit pentru mai multe avioane experimentale și de producție. De remarcat faptul că aceasta este prima centrală electrică din lume care are un compresor axial, precum luptătorii moderni. SUA și URSS au primit un tip similar de motor mult mai târziu.
Aeronava Me.262 cu motor Jumo-004 instalat a decolat pentru prima dată pe 18 iulie 1942, iar după 43 de luni a făcut prima sa misiune de luptă. Avantajele din aerul acestui luptător au fost semnificative. A avut loc o întârziere în lansarea seriei din cauza incompetenței conducerii.
Bombardierul de recunoaștere cu reacție Ar 234 a fost fabricat în vara anului 1943 și a fost echipat și cu un motor Jumo-004. A fost folosit activ în ultimele luni de război, deoarece numai el putea funcționa într-o situație cu o puternică predominanță a forțelor inamice.
Regatul Unit:
- Primul avion de luptă cu reacție fabricat de britanici a fost Gloster Meteor, care a fost creat în martie 1943 și a fost adoptat pe 27/07/1944. La sfârșitul războiului, principala sarcină a luptătorului a fost să intercepteze avioanele germane care transportau rachete de croazieră V-1.
Statele Unite ale Americii:
Primul avion de luptă din Statele Unite a fost dispozitivul numit Lockheed F-80. Pentru prima dată, decalajul de la pistă a fost înregistrat în ianuarie 1944. Aeronava era echipată cu un motor Allison J33, care este considerat o versiune modificată a motorului instalat pe aparatul Gloster Meteor. Botezul focului a avut loc în războiul din Coreea, dar a fost înlocuit în curând cu aeronava F-86 Sabre.
Primul avion de luptă cu motor cu reacție a fost finalizat în 1945, denumit FH-1 Phantom.
Bombardierul cu reacție american a fost gata în 1947, B-45 Tornado. Dezvoltarea ulterioară a permis crearea B-47 Stratojet cu un motor AllisonJ35. Acest motor a fost o dezvoltare independentă fără introducerea de tehnologii din alte țări. Drept urmare, a fost fabricat un bombardier, care este încă în funcțiune, și anume B-52.
URSS:
Primul avion cu reacție din URSS a fost MiG-9. Prima decolare - 24.05.1946. Un total de 602 de astfel de avioane au fost primite de la fabrici.
Yak-15 este un avion de luptă cu reacție care a fost în serviciu cu Forțele Aeriene. Această aeronavă este considerată a fi un model de tranziție de la piston la jet.
MiG-15 a fost fabricat în decembrie 1947. A fost folosit activ în conflictul militar din Coreea.
Bombardierul cu reacție Il-22 a fost fabricat în 1947, a fost primul în dezvoltarea ulterioară a bombardierelor.
Aeronavă supersonică cu reacție
Singurul bombardier de punte din istoria construcției de avioane cu capacități de propulsie supersonică este aeronava A-5 Vigilent.
Luptători supersonici de tip punte - F-35 și Yak-141.
În aviația civilă, doar două avioane de pasageri au fost create cu capacitatea de a zbura la viteze supersonice. Primul a fost fabricat pe teritoriul URSS în 1968 și a fost desemnat ca Tu-144. 16 dintre aceste avioane au fost fabricate, dar după o serie de accidente, mașina a fost scoasă din funcțiune.
Al doilea vehicul de pasageri de acest tip a fost produs de Franța și Marea Britanie în 1969. Au fost construite în total 20 de avioane, operațiunile a durat din 1976 până în 2003.
Înregistrările aeronavelor cu reacție
Airbus A380 poate găzdui 853 de persoane la bord.
Boeing 747 a fost cea mai mare aeronavă de pasageri timp de 35 de ani, cu o capacitate de 524 de pasageri.
Marfa:
An-225 „Mriya” este singurul vehicul din lume cu o capacitate de transport de 250 de tone. A fost fabricat inițial pentru transportul sistemului spațial Buran.
An-124 Ruslan este una dintre cele mai mari avioane din lume, cu o capacitate de transport de 150 de tone.
A fost cel mai mare avion de marfă înainte de apariția Ruslanului, capacitatea de transport este de 118 tone.
Viteza maximă de zbor
Aeronava Lockheed SR-71 atinge o viteză de 3.529 km/h. Fabricat 32 de avioane, nu poate decola cu tancurile pline.
MiG-25 - viteza normală de zbor de 3.000 km/h, este posibilă o accelerație de până la 3.400 km/h.
Prototipuri și dezvoltări viitoare
Pasager:
Mare:
- Civil de mare viteză.
- Tu-244.
Clasa business:
SSBJ, Tu-444.
SAI Quiet, Aerion SBJ.
Hipersonic:
- Motoare de reacție A2.
Laboratoare conduse:
Spike liniștit.
Tu-144LL cu motoare de la Tu-160.
fără echipaj:
- X-51
- X-43.
Clasificarea aeronavei:
| A |
| B |
| V |
| G |
| D |
| ȘI |
| LA |
| L |
Marina SUA intenționează să modernizeze centralele electrice cu turbine cu gaz instalate în prezent pe aeronavele și navele sale, înlocuind motoarele convenționale cu ciclu Brighton cu motoare rotative de detonare. Datorită acestui fapt, se așteaptă ca economiile de combustibil să se ridice la aproximativ 400 de milioane de dolari anual. Cu toate acestea, utilizarea în serie a noilor tehnologii este posibilă, potrivit experților, nu mai devreme de un deceniu.
Dezvoltarea motoarelor rotative sau rotative în America este realizată de Laboratorul de Cercetare al Marinei SUA. Potrivit estimărilor inițiale, noile motoare vor fi mai puternice și, de asemenea, cu aproximativ un sfert mai economice decât motoarele convenționale. În același timp, principiile de bază ale funcționării centralei vor rămâne aceleași - gazele din combustibilul ars vor intra în turbina cu gaz, rotind paletele acesteia. Potrivit laboratorului US Navy, chiar și într-un viitor relativ îndepărtat, când întreaga flotă americană va fi alimentată cu energie electrică, turbinele cu gaz vor fi în continuare responsabile de generarea energiei, într-o oarecare măsură modificate.
Amintiți-vă că invenția motorului cu reacție pulsatorie datează de la sfârșitul secolului al XIX-lea. Inventatorul a fost inginerul suedez Martin Wiberg. Noile centrale electrice s-au răspândit în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, deși erau semnificativ inferioare ca caracteristici tehnice față de motoarele de aeronave care existau la acea vreme.
Trebuie remarcat faptul că, în acest moment, flota americană are 129 de nave, care utilizează 430 de motoare cu turbină cu gaz. În fiecare an, costul furnizării lor de combustibil este de aproximativ 2 miliarde de dolari. În viitor, când motoarele moderne vor fi înlocuite cu altele noi, se va modifica și volumul costurilor cu combustibilul.
Motoarele cu ardere internă utilizate în prezent funcționează pe ciclul Brighton. Dacă definiți esența acestui concept în câteva cuvinte, atunci totul se reduce la amestecarea succesivă a oxidantului și combustibilului, comprimarea suplimentară a amestecului rezultat, apoi - incendierea și arderea cu expansiunea produselor de ardere. Această expansiune este folosită doar pentru a conduce, a muta pistoanele, a roti o turbină, adică pentru a efectua acțiuni mecanice, oferind o presiune constantă. Procesul de ardere al amestecului de combustibil se mișcă cu o viteză subsonică - acest proces se numește duflagration.
În ceea ce privește noile motoare, oamenii de știință intenționează să folosească arderea explozivă în ele, adică detonarea, în care arderea are loc la viteză supersonică. Și deși în prezent fenomenul detonației nu a fost încă studiat pe deplin, se știe că la acest tip de ardere apare o undă de șoc, care se propagă prin amestecul de combustibil și aer, determinând o reacție chimică, care are ca rezultat eliberarea de o cantitate destul de mare de energie termică. Când unda de șoc trece prin amestec, aceasta se încălzește, ceea ce duce la detonare.
În dezvoltarea unui nou motor, este planificată utilizarea anumitor dezvoltări care au fost obținute în procesul de dezvoltare a unui motor cu detonare pulsatorie. Principiul său de funcționare este că un amestec de combustibil precomprimat este introdus în camera de ardere, unde este aprins și detonat. Produsele de ardere se extind în duză, efectuând acțiuni mecanice. Apoi întregul ciclu se repetă de la început. Dar dezavantajul motoarelor cu pulsații este că rata de repetare a ciclurilor este prea mică. În plus, designul acestor motoare în sine devine mai complex în cazul creșterii numărului de pulsații. Acest lucru se datorează necesității de a sincroniza funcționarea supapelor, care sunt responsabile pentru alimentarea amestecului de combustibil, precum și direct de ciclurile de detonare în sine. Motoarele cu pulsații sunt, de asemenea, foarte zgomotoase, au nevoie de mult combustibil pentru a funcționa, iar lucrul este posibil doar cu injecția constantă de combustibil.
Dacă comparăm motoarele rotative cu detonare cu cele cu pulsații, atunci principiul funcționării lor este ușor diferit. Astfel, în special, noile motoare asigură o detonare continuă constantă a combustibilului în camera de ardere. Acest fenomen se numește spin sau detonație rotativă. A fost descris pentru prima dată în 1956 de omul de știință sovietic Bogdan Voitsekhovsky. Și acest fenomen a fost descoperit mult mai devreme, în 1926. Pionierii au fost britanicii, care au observat că în anumite sisteme a apărut un „cap” strălucitor, care se mișca în spirală, în locul unei undă de detonare plată.
Voitsekhovsky, folosind un înregistrator foto pe care el însuși l-a proiectat, a fotografiat frontul de undă, care se mișca într-o cameră de ardere inelară într-un amestec de combustibil. Detonația în rotație diferă de detonația plană prin aceea că în ea apare o singură undă transversală de șoc, urmată de un gaz încălzit care nu a reacționat și deja în spatele acestui strat există o zonă de reacție chimică. Și tocmai un astfel de val este cel care împiedică arderea camerei în sine, pe care Marlene Topchiyan a numit-o „o gogoașă aplatizată”.
Trebuie remarcat faptul că motoarele de detonare au fost deja folosite în trecut. În special, vorbim despre motorul cu reacție de aer pulsat, care a fost folosit de germani la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial pe rachetele de croazieră V-1. Producția sa a fost destul de simplă, utilizarea sa a fost destul de ușoară, totuși, acest motor nu era foarte fiabil pentru rezolvarea problemelor importante.
Mai departe, în 2008, a decolat Rutang Long-EZ, o aeronavă experimentală echipată cu un motor cu detonare pulsatorie. Zborul a durat doar zece secunde la o altitudine de treizeci de metri. În acest timp, centrala a dezvoltat o putere de ordinul a 890 de Newtoni.
Prototipul experimental al motorului, prezentat de laboratorul american al Marinei SUA, este o cameră de ardere inelară în formă de con, având un diametru de 14 centimetri pe partea de alimentare cu combustibil și 16 centimetri pe partea duzei. Distanța dintre pereții camerei este de 1 centimetru, în timp ce „tubul” are 17,7 centimetri lungime.
Un amestec de aer și hidrogen este utilizat ca amestec de combustibil, care este furnizat la o presiune de 10 atmosfere în camera de ardere. Temperatura amestecului este de 27,9 grade. Rețineți că acest amestec este recunoscut ca fiind cel mai convenabil pentru studierea fenomenului de detonare spin. Însă, potrivit oamenilor de știință, în noile motoare va fi posibilă utilizarea unui amestec de combustibil format nu numai din hidrogen, ci și din alte componente combustibile și aer.
Studiile experimentale ale unui motor rotativ au arătat eficiența și puterea acestuia mai mari în comparație cu motoarele cu ardere internă. Un alt avantaj este economia semnificativă de combustibil. În același timp, în timpul experimentului a fost dezvăluit că arderea amestecului de combustibil în motorul rotativ „de test” este neuniformă, de aceea este necesară optimizarea designului motorului.
Produsele de ardere care se extind în duză pot fi colectate într-un singur flux de gaz folosind un con (acesta este așa-numitul efect Coanda), iar apoi acest flux poate fi trimis la turbină. Turbina se va roti sub influența acestor gaze. Astfel, parțial activitatea turbinei poate fi folosită pentru propulsarea navelor și parțial pentru a genera energie, care este necesară pentru echipamentele de bord și diferite sisteme.
Motoarele în sine pot fi produse fără piese în mișcare, ceea ce le va simplifica foarte mult proiectarea, ceea ce, la rândul său, va reduce costul centralei în ansamblu. Dar acest lucru este doar în perspectivă. Înainte de a lansa noi motoare în producția de serie, este necesar să se rezolve multe probleme dificile, dintre care una este selectarea materialelor durabile rezistente la căldură.
Rețineți că în acest moment, motoarele cu detonare rotativă sunt considerate unul dintre cele mai promițătoare motoare. Ele sunt, de asemenea, dezvoltate de oamenii de știință de la Universitatea din Texas din Arlington. Centrala electrică pe care au creat-o a fost numită „motor cu detonare continuă”. La aceeași universitate se efectuează cercetări privind selecția camerelor inelare de diferite diametre și diferite amestecuri de combustibili, care includ hidrogen și aer sau oxigen în proporții diferite.
Dezvoltarea în această direcție este în curs și în Rusia. Așadar, în 2011, potrivit directorului general al asociației de cercetare și producție Saturn I. Fedorov, oamenii de știință de la Centrul Științific și Tehnic Lyulka dezvoltă un motor cu jet de aer pulsat. Lucrarea se desfășoară în paralel cu dezvoltarea unui motor promițător numit „Produsul 129” pentru T-50. În plus, Fedorov a mai spus că asociația efectuează cercetări privind crearea de avioane promițătoare din etapa următoare, care ar trebui să fie fără pilot.
În același timp, șeful nu a precizat ce fel de motor pulsatoriu era în discuție. În momentul de față, sunt cunoscute trei tipuri de astfel de motoare - fără supapă, supapă și detonare. Între timp, este general acceptat că motoarele cu pulsații sunt cele mai simple și mai ieftine de fabricat.
Astăzi, mai multe firme mari de apărare efectuează cercetări asupra motoarelor cu reacție pulsatoare de înaltă performanță. Aceste firme includ americanii Pratt & Whitney și General Electric și francezul SNECMA.
Astfel, se pot trage anumite concluzii: crearea unui nou motor promițător are anumite dificultăți. Problema principală în acest moment este în teorie: ce se întâmplă exact când unda de șoc detonativă se mișcă într-un cerc este cunoscut doar în termeni generali, iar acest lucru complică foarte mult procesul de optimizare a proiectelor. Prin urmare, noua tehnologie, deși este foarte atractivă, este greu fezabilă la scara producției industriale.
Cu toate acestea, dacă cercetătorii reușesc să rezolve întrebările teoretice, se va putea vorbi despre o adevărată descoperire. La urma urmei, turbinele sunt folosite nu numai în transport, ci și în sectorul energetic, în care o creștere a eficienței poate avea un efect și mai puternic.
Materiale folosite:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/
10 decembrie 2012
Continuând seria articolelor (doar pentru că mai am nevoie de un eseu, acum pe tema „motoarelor”) – un articol despre un proiect de motor SABRE foarte promițător și promițător. În general, în Runet s-au scris multe despre el, dar în cea mai mare parte, note și laude foarte haotice pe site-urile agențiilor de presă, dar articolul de pe Wikipedia în engleză mi-a părut foarte mult, sunt în general plăcut bogat în detalii și detalii - articole pe Wikipedia în engleză.
Așa că această postare (și rezumatul meu viitor) s-a bazat pe articol, aflat inițial la: http://en.wikipedia.org/wiki/SABRE_(rocket_engine), au fost adăugate, de asemenea, un mic gag și explicații și a colectat material ilustrativ pe internetul
Urmează următoarele
SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) este un concept dezvoltat de Reaction Engines Limited, un motor de rachetă/rachetă hibrid hipersonic cu respirație de aer cu pre-răcire. Motorul este proiectat pentru a oferi o capacitate de orbită într-o singură etapă pentru sistemul aerospațial Skylon. SABRE este o dezvoltare evolutivă a motoarelor LACE și LACE, dezvoltate de Alan Bond la începutul / mijlocul anilor 1980, ca parte a proiectului HOTOL.
Din punct de vedere structural, acesta este un singur motor cu un ciclu de funcționare combinat, care are două moduri de funcționare. Modul cu jet de aer combină un turbocompresor cu un schimbător de căldură-răcitor ușor situat direct în spatele conului de admisie a aerului. La viteză mare, schimbătorul de căldură răcește aerul cald comprimat de aerul de admisie, ceea ce permite un raport de compresie neobișnuit de mare în motor. Aerul comprimat este apoi introdus într-o cameră de ardere, ca un motor de rachetă convențional, unde aprinde hidrogenul lichid. Temperatura scăzută a aerului permite utilizarea aliajelor ușoare și reducerea greutății totale a motorului - ceea ce este foarte critic pentru intrarea pe orbită. Adăugăm că, spre deosebire de conceptele LACE care au precedat acest motor, SABRE nu lichefiază aerul, ceea ce îl face mai eficient.
Fig. 1. Aeronavă aerospațială Skylon și motor SABRE
După închiderea conului de admisie a aerului la o viteză de M = 5,14 și o altitudine de 28,5 km, sistemul continuă să funcționeze într-un ciclu închis al unui motor rachetă de înaltă performanță care consumă oxigen lichid și hidrogen lichid din rezervoarele de la bord, permițând lui Skylon să atinge viteza orbitală după ce a părăsit atmosfera în urcare abruptă.
De asemenea, pe baza motorului SABRE, a fost dezvoltat un avion cu reacție, numit Scimitar, pentru promițătorul avion hipersonic de pasageri A2, care este dezvoltat în cadrul programului LAPCAT finanțat de Uniunea Europeană.
În noiembrie 2012, Reaction Engines a anunțat finalizarea cu succes a unei serii de teste care validează funcționalitatea sistemului de răcire a motorului, unul dintre principalele obstacole în calea finalizării proiectului. Agenția Spațială Europeană (ESA) a evaluat și schimbătorul de căldură-răcitor al motorului SABRE și a confirmat disponibilitatea tehnologiei necesare pentru a transforma motorul în metal.
Fig. 2. Model de motor SABRE
Istorie
Ideea unui motor prerăcit i-a venit pentru prima dată lui Robert Carmichael în 1955. Aceasta a fost urmată de ideea unui motor cu aer lichefiat (LACE), studiat inițial de Marquardt și General Dynamics în anii 1960, ca parte a proiectului Aerospaceplane al Forțelor Aeriene ale SUA.
Sistemul LACE este situat direct în spatele prizei de aer supersonice - astfel încât aerul comprimat intră direct în schimbătorul de căldură, unde este răcit instantaneu folosind o parte din hidrogenul lichid stocat la bord ca combustibil. Aerul lichid rezultat este apoi procesat pentru a extrage oxigenul lichid, care intră în motor. Cu toate acestea, cantitatea de hidrogen încălzit trecută prin schimbătorul de căldură este mult mai mare decât poate fi arsă în motor, iar excesul său este pur și simplu descărcat peste bord (cu toate acestea, dă și o oarecare creștere a forței).
În 1989, când finanțarea proiectului HOTOL a fost întreruptă, Bond și alții au format Reaction Engines Limited pentru a continua cercetarea. Schimbătorul de căldură al motorului RB545 (care ar fi trebuit să fie folosit în proiectul HOTOL) a avut unele probleme cu fragilitatea structurii, precum și un consum relativ mare de hidrogen lichid. De asemenea, era imposibil să-l folosești - brevetul pentru motor aparținea Rolls Royce, iar cel mai important argument a fost că motorul a fost declarat secret. Prin urmare, Bond a continuat să dezvolte un nou motor SABRE, dezvoltând ideile expuse în proiectul anterior.
Începând cu noiembrie 2012, testarea echipamentelor a fost finalizată sub tema „Tehnologia schimbătorului de căldură critică pentru motorul de rachetă hibrid alimentat cu aer/oxigen lichid”. Acesta a fost o etapă importantă în procesul de dezvoltare SABRE și a demonstrat viabilitatea tehnologiei potențialilor investitori. Motorul se bazează pe un schimbător de căldură capabil să răcească aerul de intrare până la -150 ° C (-238 ° F). Aerul răcit se amestecă cu hidrogenul lichid și arde, oferind forță pentru zborul atmosferic, înainte de a trece la oxigen lichid din rezervoare, atunci când zboară în afara atmosferei. Testarea cu succes a acestei tehnologii critice a confirmat că schimbătorul de căldură poate satisface cererea motorului pentru suficient oxigen din atmosferă pentru a funcționa cu eficiență ridicată în condiții de zbor la joasă altitudine.
La Farnborough Airshow din 2012, David Willetts, secretarul de stat al Regatului Unit pentru universități și știință, a ținut un discurs pe această temă. În special, el a spus că acest motor, dezvoltat de Reaction Engines, ar putea afecta într-adevăr condițiile jocului în industria spațială. Testarea cu succes a sistemului de prerăcire este o dovadă a aprecierii conceptului de motor de către Agenția Spațială din Marea Britanie în 2010. Ministrul a mai adăugat că dacă într-o zi vor reuși să folosească această tehnologie pentru a efectua propriile zboruri comerciale, va fi, fără îndoială, o realizare fantastică.
Ministrul a mai menționat că există puține probabilități ca Agenția Spațială Europeană să fie de acord să finanțeze Skylon, așa că Marea Britanie ar trebui să fie pregătită să construiască nava spațială, mai ales cu fonduri proprii.
Fig. 3. Aeronavă aerospațială Skylon - aspect
Următoarea fază a programului SABRE implică testarea la sol a unui model la scară a unui motor capabil să demonstreze un ciclu complet. ESA și-a exprimat încrederea în construcția cu succes a demonstratorului și a declarat că va reprezenta „o piatră de hotar importantă în dezvoltarea acestui program și o descoperire în propulsie la nivel mondial”.
Proiecta
Fig. 4. Dispunerea motorului SABRE
La fel ca RB545, designul SABRE este mai aproape de un motor de rachetă tradițional decât de un jet de aer. Motorul hibrid prerăcit Jet/Rachetă utilizează combustibil cu hidrogen lichid în combinație cu un oxidant furnizat fie ca aer gazos printr-un compresor, fie oxigen lichid furnizat din rezervoarele de combustibil printr-o pompă turbo.
În partea din față a motorului se află o priză de aer simplă, simetrică axial, în formă de con, care frânează aerul la viteze subsonice folosind doar două unde de șoc reflectate.
O parte din aer prin schimbătorul de căldură către partea centrală a motorului, iar restul trece prin canalul inelar către al doilea circuit, care este un motor ramjet convențional. Partea centrală, situată în spatele schimbătorului de căldură, este un turbocompresor antrenat de heliu gazos care circulă într-un canal închis al ciclului Brighton. Aerul comprimat de compresor este alimentat la presiune ridicată către cele patru camere de ardere ale motorului rachetă cu ciclu combinat.
Fig. 5. Ciclu motor SABRE simplificat
Schimbător de căldură
Aerul care intră în motor la viteze super/hipersonice devine foarte fierbinte după ce a fost frânat și comprimat în admisia de aer. Temperaturile ridicate din motoarele cu reactie au fost in mod traditional tratate prin utilizarea aliajelor grele pe baza de cupru sau nichel, prin reducerea raportului de compresie al compresorului, precum si reducerea turatiei, pentru a evita supraincalzirea si topirea structurii. Cu toate acestea, pentru o navă spațială cu o singură etapă, astfel de materiale grele sunt inaplicabile, iar forța maximă posibilă este necesară pentru a intra pe orbită în cel mai scurt timp posibil pentru a minimiza severitatea pierderilor.
Când se utilizează heliu gazos ca purtător de căldură, aerul din schimbătorul de căldură este răcit substanțial de la 1000 ° C la -150 ° C, evitând în același timp lichefierea aerului sau condensarea vaporilor de apă pe pereții schimbătorului de căldură.
Fig. 6. Modelați unul dintre modulele schimbătorului de căldură
Versiunile anterioare ale schimbătorului de căldură, cum ar fi cele utilizate în proiectul HOTOL, treceau combustibilul cu hidrogen direct prin schimbătorul de căldură, dar utilizarea heliului ca circuit intermediar între aer și combustibil rece a eliminat problema fragilității hidrogenului în proiectarea schimbătorului de căldură. . Cu toate acestea, răcirea ascuțită cu aer promite anumite probleme - este necesar să se prevină blocarea schimbătorului de căldură de către vaporii de apă înghețați și alte fracții. În noiembrie 2012, a fost demonstrată o probă dintr-un schimbător de căldură, capabil să răcească aerul atmosferic la -150 ° C în 0,01 s.
Una dintre inovațiile schimbătorului de căldură SABRE este plasarea în spirală a tuburilor cu agentul frigorific, care promite să-i crească semnificativ eficiența.
Fig. 7. Un prototip al schimbătorului de căldură SABRE
Compresor
La o viteză de M = 5 și o altitudine de 25 de kilometri, care reprezintă 20% din viteza orbitală și altitudinea necesară pentru a intra pe orbită, aerul răcit într-un schimbător de căldură intră într-un turbocompresor foarte obișnuit, similar din punct de vedere structural cu cel folosit la turboreactor convențional. motoare, dar oferind un raport de compresie neobisnuit de mare.datorita temperaturii extrem de scazute a aerului de intrare. Acest lucru permite ca aerul să fie comprimat la 140 de atmosfere înainte de a fi alimentat în camerele de ardere ale motorului principal. Spre deosebire de motoarele cu turboreacție, un turbocompresor este antrenat de o turbină situată într-un circuit cu heliu, mai degrabă decât din acțiunea produselor de combustie, ca în motoarele cu turboreacție convenționale. Astfel, turbocompresorul funcționează cu căldura generată de gelul din schimbătorul de căldură.
Ciclul heliului
Căldura este transferată din aer în heliu. Heliul fierbinte din schimbătorul de căldură heliu-aer este răcit în schimbătorul de căldură heliu-hidrogen, dând căldură combustibilului cu hidrogen lichid. Circuitul de heliu funcționează conform ciclului Brighton, atât pentru a răci motorul în punctele critice, cât și pentru a antrena turbinele de putere și numeroase componente ale motorului. Restul energiei termice este folosită pentru a evapora o parte din hidrogen, care este ars într-un circuit extern, cu flux direct.
Toba de esapament
Pentru a răci heliul, acesta este pompat printr-un rezervor de azot. În prezent, nu azotul lichid este folosit pentru teste, ci apa, care se evaporă, scăzând temperatura heliului și atenuând zgomotul de la gazele de eșapament.
Motor
Datorită faptului că motorul rachetă hibrid are o forță statică departe de zero, aeronava poate decola într-un mod normal, cu jet de aer, fără asistență, precum cele echipate cu motoare turborreactor convenționale. Pe măsură ce urcați și coborâți presiunea atmosferică, tot mai mult aer este direcționat către compresor, iar eficiența compresiei în admisia de aer scade doar. În acest mod, motorul cu reacție poate funcționa la o altitudine mult mai mare decât ar fi posibil în mod normal.
Când se atinge viteza M = 5,5, motorul cu jet de aer devine ineficient și se oprește, iar acum oxigenul lichid și hidrogenul lichid stocat la bord intră în motorul rachetei, până la atingerea vitezei orbitale (comparabilă cu M = 25). Unitățile de turbopompe sunt antrenate de același circuit cu heliu, care acum primește căldură în „camere de precombustie” speciale.
O soluție de proiectare neobișnuită pentru sistemul de răcire a camerei de ardere - un oxidant (aer/oxigen lichid) este utilizat ca lichid de răcire în loc de hidrogen lichid, pentru a evita consumul excesiv de hidrogen și încălcarea raportului stoechiometric (raportul dintre combustibil și oxidant). ).
Al doilea punct important este duza cu jet. Eficiența unei duze cu jet depinde de geometria acesteia și de presiunea atmosferică. În timp ce geometria duzei rămâne neschimbată, presiunea se modifică semnificativ odată cu înălțimea, prin urmare, duzele care sunt foarte eficiente în atmosfera inferioară își pierd semnificativ eficacitatea odată cu atingerea altitudinilor mai mari.
În sistemele tradiționale, cu mai multe etape, acest lucru este depășit prin simpla utilizare a geometriilor diferite pentru fiecare etapă și faza corespunzătoare a zborului. Dar într-un sistem cu o singură etapă, folosim aceeași duză tot timpul.
Fig. 8. Comparație între funcționarea diferitelor duze cu jet în atmosferă și vid
Ca o cale de ieșire, se plănuiește să se utilizeze o duză specială de expansiune-deflexie (duză ED) - o duză cu jet reglabilă dezvoltată în cadrul proiectului STERN, care constă dintr-un clopot tradițional (deși relativ mai scurt decât cel obișnuit) și un corp central reglabil care deviază fluxul de gaz către pereți. Prin schimbarea poziției corpului central, este posibil să ne asigurăm că evacuarea nu ocupă întreaga zonă a tăieturii inferioare, ci doar o secțiune inelară, ajustând zona pe care o ocupă în funcție de presiunea atmosferică.
De asemenea, într-un motor cu mai multe camere, puteți regla vectorul de tracțiune prin modificarea ariei secțiunii transversale și, prin urmare, a contribuției la forța totală a fiecărei camere.
Fig. 9. Duză cu jet de expansiune-deflexie (duză ED)
Circuit cu flux direct
Respingerea lichefierii aerului a crescut eficiența motorului, reducând costul lichidului de răcire prin reducerea entropiei. Cu toate acestea, chiar și o simplă răcire cu aer necesită mai mult hidrogen decât poate fi ars în circuitul primar al motorului.
Excesul de hidrogen este evacuat peste bord, dar nu doar așa, ci este ars într-o serie de camere de ardere, care sunt situate în canalul de aer inelar exterior, care formează partea cu flux direct a motorului, în care aerul care a intrat. ocolind schimbătorul de căldură intră. Al doilea circuit, cu flux direct, reduce pierderile datorate rezistenței aerului care nu intră în schimbătorul de căldură și oferă, de asemenea, o parte din forță.
La turații mici, o cantitate foarte mare de aer ocolește schimbătorul de căldură/compresorul, iar pe măsură ce viteza crește, pentru a menține eficiența, cea mai mare parte a aerului, dimpotrivă, intră în compresor.
Acest lucru distinge sistemul de un motor turbo cu flux direct, unde totul este exact invers - la turații mici, mase mari de aer trec prin compresor, iar la viteze mari - ocolindu-l printr-un circuit cu flux direct, care devine atât de eficient că are un rol principal.
Performanţă
Raportul estimat tracțiune-greutate al SABRE este de peste 14 unități, în timp ce raportul tracțiune-greutate al motoarelor cu reacție convenționale este de 5 și doar 2 pentru motoarele cu reacție supersonice. Această performanță ridicată provine din utilizarea aerului suprarăcit, care devine foarte dens și necesită o compresie mai mică și, mai important, temperaturile scăzute de funcționare fac posibilă utilizarea aliajelor ușoare pentru cea mai mare parte a designului motorului. Performanța generală promite să fie mai mare decât motoarele RB545 sau ramjet supersonice.
Motorul are un impuls specific ridicat în atmosferă, care ajunge la 3500 sec. Pentru comparație, un motor de rachetă convențional are un impuls specific în cel mai bun caz de aproximativ 450 și chiar și un motor de rachetă nuclear „termic” promițător promite să atingă doar 900 de secunde.
Combinația dintre eficiența ridicată a combustibilului și masa redusă a motorului îi conferă lui Skylon capacitatea de a ajunge pe orbită într-un mod cu o singură etapă, în timp ce funcționează ca un jet de aer până la o viteză de M = 5,14 și o altitudine de 28,5 km. În acest caz, vehiculul aerospațial va ajunge pe o orbită cu o sarcină utilă mare în raport cu greutatea la decolare, ceea ce nu ar fi putut fi realizat anterior de niciun vehicul nenuclear.
La fel ca RB545, ideea de pre-răcire crește masa și complexitatea sistemului, care ar fi în mod normal antiteza modului în care sunt proiectate sistemele de rachete. De asemenea, schimbătorul de căldură este o parte foarte agresivă și complexă a designului motorului SABRE. Adevărat, trebuie remarcat faptul că masa acestui schimbător de căldură se presupune a fi cu un ordin de mărime mai mică decât probele existente, iar experimentele au arătat că acest lucru poate fi realizat. Schimbătorul de căldură experimental a realizat un transfer de căldură de aproape 1 GW / m2, ceea ce este considerat un record mondial. Modulele mici ale viitorului schimbător de căldură au fost deja fabricate.
Pierderile din greutatea suplimentară a sistemului sunt compensate într-un ciclu închis (schimbător de căldură-turbocompresor), la fel cum greutatea suplimentară a aripilor Skylon mărește greutatea totală a sistemului și, de asemenea, contribuie la creșterea generală a eficienței mai mult decât să o scadă. Acest lucru este în mare parte compensat de diferite rute de zbor. Vehiculele convenționale de lansare se lansează pe verticală, cu viteze extrem de mici (dacă vorbim de viteză tangenţială și nu normală), această mișcare aparent ineficientă vă permite să străpungeți rapid atmosfera și să câștigați viteză tangenţială deja într-un mediu fără aer, fără a pierde viteza din cauza frecării împotriva aerul...
În același timp, eficiența ridicată a combustibilului motorului SABRE permite o ridicare foarte blândă (la care componenta tangențială a vitezei decât cea normală crește mai mult), aerul favorizează mai degrabă decât încetinește sistemul (oxidant și fluid de lucru pentru motor, lift pentru aripi), rezultând un consum mult mai mic de combustibil pentru a atinge viteza orbitală.
Unele caracteristici
Impingerea golului - 2940 kN
Impingerea la nivelul mării - 1960 kN
Raportul tracțiune-greutate (motor) - aproximativ 14 (în atmosferă)
Impuls specific în vid - 460 sec
Impulsul specific la nivelul mării - 3600 sec
Avantaje
Spre deosebire de motoarele cu rachetă tradiționale și ca și alte tipuri de motoare cu reacție, un motor cu reacție hibrid poate folosi aer pentru a arde combustibil, reducând greutatea necesară a propulsorului, crescând astfel greutatea sarcinii utile.
Motoarele ramjet și scramjet trebuie să petreacă o perioadă mare de timp în atmosfera inferioară pentru a atinge o viteză suficientă pentru a intra pe orbită, ceea ce aduce în prim-plan problema încălzirii intense în hipersunet, precum și pierderea ca urmare a greutății semnificative. și complexitatea protecției termice.
Un motor cu reacție hibrid precum SABRE trebuie doar să atingă o viteză hipersonică scăzută (reamintim: hipersunetul este totul după M = 5, prin urmare M = 5,14 este chiar începutul intervalului de viteză hipersonică) în atmosfera inferioară, înainte de a trece la un ciclu închis. de funcționare și o ascensiune abruptă cu accelerare în modul rachetă.
Spre deosebire de un motor ramjet sau scramjet, SABRE este capabil să ofere tracțiune mare de la viteza zero la M = 5,14, de la sol la altitudini mari, cu eficiență ridicată pe întreaga gamă. În plus, capacitatea de a crea tracțiune la turație zero înseamnă că motorul poate fi testat la sol, ceea ce reduce semnificativ costurile de dezvoltare.
O serie de link-uri sunt, de asemenea, oferite atenției dumneavoastră.
Istoria aviației este caracterizată de o luptă continuă pentru creșterea vitezei aeronavelor. Primul record mondial de viteză înregistrat oficial, stabilit în 1906, a fost de doar 41,3 kilometri pe oră. Până în 1910, viteza celei mai bune aeronave a crescut la 110 kilometri pe oră. Avionul de vânătoare RBVZ-16, construit la Uzina ruso-baltică încă din perioada inițială a Primului Război Mondial, avea o viteză maximă de zbor de 153 de kilometri pe oră. Și până la începutul celui de-al Doilea Război Mondial, nu mai existau mașini separate - mii de avioane zburau cu viteze care depășeau 500 de kilometri pe oră.
Din mecanică se știe că puterea necesară pentru a asigura mișcarea unei aeronave este egală cu produsul dintre forța de împingere și viteza acesteia. Astfel, puterea crește proporțional cu cubul vitezei. În consecință, pentru a dubla viteza de zbor a unei aeronave cu elice, este necesară creșterea puterii motoarelor sale de opt ori. Aceasta duce la o creștere a greutății centralei și la o creștere semnificativă a consumului de combustibil. Calculele arată că pentru a dubla viteza aeronavei, ceea ce duce la o creștere a greutății și dimensiunii acesteia, este necesară creșterea puterii motorului cu piston de 15-20 de ori.
Dar plecând de la o viteză de zbor de 700-800 de kilometri pe oră și pe măsură ce se apropie de viteza sunetului, rezistența aerului crește și mai puternic. În plus, eficiența elicei este destul de mare doar la viteze de zbor care nu depășesc 700-800 de kilometri pe oră. Odată cu o creștere suplimentară a vitezei, aceasta scade brusc. Prin urmare, în ciuda tuturor eforturilor designerilor de aeronave, chiar și cele mai bune avioane de luptă cu motoare cu piston cu o capacitate de 2500-3000 de cai putere nu au avut o viteză maximă de zbor orizontală care să depășească 800 de kilometri pe oră.
După cum puteți vedea, pentru a stăpâni altitudini mari și a crește și mai mult viteza, era nevoie de un nou motor de avion, a cărui forță și putere nu ar scădea, ci crește odată cu creșterea vitezei de zbor.
Și un astfel de motor a fost creat. Acesta este un motor cu reacție de avion. Era mult mai puternic și mai ușor decât instalațiile voluminoase cu elice. Utilizarea acestui motor a permis în cele din urmă aviației să treacă bariera sunetului.
Principiul de funcționare și clasificarea motoarelor cu reacție
Pentru a înțelege cum funcționează un motor cu reacție, să ne amintim ce se întâmplă când se trage orice armă de foc. Oricine a tras cu o armă sau un pistol știe efectul reculului. În momentul împușcării, gazele pulbere presează uniform în toate direcțiile cu o forță extraordinară. Pereții interiori ai țevii, partea inferioară a glonțului sau proiectilului și partea inferioară a manșonului ținut de culpă sunt supuse acestei presiuni.
Forțele de presiune asupra pereților butoiului sunt echilibrate reciproc. Presiunea gazelor propulsoare pe glonț (proiectil) îl aruncă din pușcă (armă), iar presiunea gazelor de pe fundul manșonului este cauza reculului.
Recul este ușor de realizat și o sursă de mișcare continuă. Să ne imaginăm, de exemplu, că am așezat o mitralieră de infanterie pe un cărucior ușor. Apoi, cu trageri neîncetate dintr-o mitralieră, se va rostogoli sub influența zgomoturilor de recul în direcția opusă direcției focului.
Funcționarea unui motor cu reacție se bazează pe acest principiu. Sursa de mișcare a unui motor cu reacție este reacția sau reculul jetului de gaz.
Vasul închis conține gaz comprimat. Presiunea gazului este distribuită uniform pe pereții vasului, care rămâne staționar. Dar dacă unul dintre pereții de capăt ai vasului este îndepărtat, atunci gazul comprimat, care are tendința de a se extinde, va începe să curgă rapid din gaură.
Presiunea gazului pe peretele opus găurii nu va mai fi echilibrată, iar vasul, dacă nu este fixat, va începe să se miște. Este important de reținut că, cu cât presiunea gazului este mai mare, cu atât este mai mare rata de ieșire a acestuia și cu atât vasul se va mișca mai repede.
Pentru a opera un motor cu reacție, este suficient să ardeți praful de pușcă sau alte substanțe combustibile în rezervor. Apoi, excesul de presiune din vas va forța gazele să curgă continuu sub forma unui jet de produse de ardere în atmosferă cu o viteză mai mare, cu cât presiunea în interiorul rezervorului în sine este mai mare și presiunea în exterior este mai mică. Ieșirea gazelor din vas are loc sub influența forței de presiune care coincide cu direcția jetului care iese prin orificiu. În consecință, va apărea inevitabil o altă forță de mărime egală și direcție opusă. Ea este cea care va face tancul să se miște.
Această forță se numește forța de împingere a jetului.
Toate motoarele cu reacție pot fi împărțite în mai multe clase principale. Luați în considerare gruparea motoarelor cu reacție în funcție de tipul de oxidant utilizat în acestea.
Prima grupă include motoarele cu reacție cu propriul lor oxidant, așa-numitele motoare rachetă. Acest grup, la rândul său, este format din două clase: PRD - motoare cu reacție de pulbere și LPRE - motoare cu reacție lichidă.
În motoarele cu reacție cu propulsie, combustibilul conține simultan combustibil și un agent oxidant necesar arderii acestuia. Cel mai simplu PRD este cunoscuta rachetă cu artificii. Într-un astfel de motor, pulberea se arde în câteva secunde sau chiar în fracțiuni de secundă. Forța de jet dezvoltată în acest caz este destul de semnificativă. Alimentarea cu combustibil este limitată de volumul camerei de ardere. 
Din punct de vedere constructiv, JDP-ul este extrem de simplu. Poate fi folosit ca unitate care funcționează pentru o perioadă scurtă de timp, dar creând totuși o forță de tracțiune suficient de mare.
În motoarele cu reacție lichidă, combustibilul este compus dintr-un lichid combustibil (de obicei kerosen sau alcool) și oxigen lichid sau o substanță care conține oxigen (cum ar fi peroxidul de hidrogen sau acidul azotic). Oxigenul sau o substanță care îl înlocuiește, care este necesară pentru arderea combustibilului, se numește în mod obișnuit agent oxidant. În timpul funcționării motorului cu propulsie lichidă, combustibilul și oxidantul sunt alimentate continuu în camera de ardere; produsele de ardere sunt ejectate în exterior prin duză.
Motoarele cu reacție cu lichid și pulbere, spre deosebire de altele, sunt capabile să funcționeze într-un spațiu fără aer.
Al doilea grup este format din motoare cu reacție de aer - WFD, folosind un oxidant din aer. Ele, la rândul lor, sunt împărțite în trei clase: motoare ramjet (ramjet), VRM pulsating (PuVRD) și motoare turboreactor (motoare turborreactor).
Într-un VRM cu flux direct (sau fără compresor), combustibilul este ars într-o cameră de ardere în aer atmosferic comprimat de propria sa presiune de mare viteză. Compresia aerului se realizează conform legii lui Bernoulli. Conform acestei legi, atunci când un lichid sau un gaz se deplasează printr-un canal de expansiune, viteza jetului scade, ceea ce duce la o creștere a presiunii gazului sau lichidului.
Pentru aceasta, în ramjet este prevăzut un difuzor - un canal de expansiune prin care aerul atmosferic intră în camera de ardere.
Zona de ieșire a duzei este de obicei mult mai mare decât zona de intrare a difuzorului. În plus, presiunea este distribuită diferit pe suprafața difuzorului și are valori mai mari decât pe pereții duzei. Ca urmare a acțiunii tuturor acestor forțe, apare tracțiunea jetului.
Eficiența unui motor cu reacție de aer ramjet la o viteză de zbor de 1000 de kilometri pe oră este de aproximativ 8-9%. Și cu o creștere a acestei viteze de 2 ori, eficiența în unele cazuri poate ajunge la 30% - mai mare decât cea a unui motor de avion cu piston. Dar trebuie remarcat faptul că ramjetul are un dezavantaj semnificativ: un astfel de motor nu oferă tracțiune pe loc și, prin urmare, nu poate asigura o decolare independentă a aeronavei.
Motorul turboreactor (motor turboreactor) este mai complicat. În zbor, aerul care se apropie trece prin admisia frontală către compresor și este comprimat de mai multe ori. Aerul comprimat de compresor intră în camera de ardere, unde se injectează combustibil lichid (de obicei kerosen); Gazele formate în timpul arderii acestui amestec sunt alimentate în paletele turbinei cu gaz.
Discul turbinei este fixat pe același arbore cu roata compresorului, astfel încât gazele fierbinți care trec prin turbină o pun în rotație împreună cu compresorul. Din turbină, gazele intră în duză. Aici presiunea lor scade, iar viteza lor crește. Jetul de gaz care părăsește motorul creează o tracțiune a jetului.
Spre deosebire de un ramjet VRM, un motor turborreactor este capabil să dezvolte tracțiune chiar și atunci când funcționează la fața locului. El poate asigura independent decolarea aeronavei. Pentru pornirea motorului cu turboreacție se folosesc dispozitive speciale de pornire: demaroare electrice și demaroare de turbină cu gaz.
Eficiența unui motor turboreactor la viteze de zbor până la sunet este mult mai mare decât cea a unui motor ramjet. Și numai la viteze supersonice de ordinul a 2000 de kilometri pe oră, consumul de combustibil pentru ambele tipuri de motoare devine aproximativ același.
O scurtă istorie a dezvoltării avioanelor cu reacție
Cel mai faimos și mai simplu motor cu reacție este racheta cu pulbere, inventată cu multe secole în urmă în China antică. Desigur, racheta cu pulbere s-a dovedit a fi primul motor cu reacție, pe care au încercat să-l folosească ca centrală electrică pentru avioane.
La începutul anilor 30 în URSS, au început lucrările la crearea unui motor cu reacție pentru avioane. În 1920, inginerul sovietic F.A. Tsander a propus ideea unui avion-rachetă de mare altitudine. Motorul său OR-2, care funcționa pe benzină și oxigen lichid, era destinat instalării pe un prototip de aeronavă.
În Germania, cu participarea inginerilor Valier, Senger, Opel și Stammer, începând cu 1926, au fost efectuate în mod sistematic experimente cu rachete cu pulbere instalate pe o mașină, bicicletă, vagon și, în final, pe un avion. În 1928, au fost obținute primele rezultate practice: o mașină-rachetă a arătat o viteză de aproximativ 100 km / h, iar un vagon - până la 300 km / h. În iunie același an, a fost efectuat primul zbor al unei aeronave cu motor cu reacție cu pulbere. La o altitudine de 30 m. Acest avion a zburat 1,5 km, rămânând în aer doar un minut. Puțin mai mult de un an mai târziu, zborul a fost repetat și s-a atins o viteză de zbor de 150 km/h.
Până la sfârșitul anilor 30 ai secolului nostru, cercetarea, proiectarea și lucrările experimentale privind crearea de aeronave cu motoare cu reacție au fost efectuate în diferite țări.
În 1939, în URSS, au avut loc teste de zbor ale motoarelor ramjet (motoare ramjet) pe aeronava I-15 proiectată de NN Polikarpov. Motorul ramjet proiectat de I.A. Merkulov a fost instalat pe planurile inferioare ale aeronavei ca motoare suplimentare. Primele zboruri au fost efectuate de un pilot de testare experimentat P.E. Loginov. La o altitudine dată, a accelerat mașina până la viteza maximă și a pornit motoarele cu reacție. Forța motoarelor ramjet suplimentare a crescut viteza maximă de zbor. În 1939, s-a stabilit pornirea fiabilă a motorului în zbor și stabilitatea procesului de ardere. În zbor, pilotul putea să pornească și să oprească în mod repetat motorul și să-și ajusteze forța. La 25 ianuarie 1940, după ce fabrica a lucrat la motoarele și a verificat siguranța acestora, a avut loc un test oficial pe multe zboruri - un zbor al unei aeronave cu motor ramjet. Pornind de la Aerodromul Central Frunze din Moscova, pilotul Loginov și-a pornit motoarele cu reacție la o altitudine joasă și a făcut mai multe cercuri peste zona aerodromului.
Aceste zboruri ale pilotului Loginov în 1939 și 1940 au fost primele zboruri pe o aeronavă cu motoare ramjet auxiliare. În urma lui, piloții de testare N.A. Sopotsko, A.V. Davydov și A.I. Jukov au luat parte la testarea acestui motor. În vara anului 1940, aceste motoare au fost instalate și testate pe avionul de luptă I-153 „Chaika” proiectat de NN Polikarpov. Au crescut viteza aeronavei cu 40-50 km/h.
Cu toate acestea, la viteze de zbor care ar putea fi dezvoltate de aeronavele cu elice, motoarele suplimentare cu reacție de aer fără compresor consumau mult combustibil. ramjetul are un alt dezavantaj important: un astfel de motor nu oferă tracțiune pe loc și, prin urmare, nu poate asigura o decolare independentă a aeronavei. Aceasta înseamnă că o aeronavă cu un motor similar trebuie să fie în mod necesar echipată cu un fel de centrală auxiliară de lansare, de exemplu, una cu elice, altfel nu va decola.
La sfârșitul anilor 30 - începutul anilor 40 ai secolului nostru, au fost dezvoltate și testate primele aeronave cu motoare cu reacție de alte tipuri.
Unul dintre primele zboruri umane pe un avion cu motor cu reacție cu propulsie lichidă (LPRE) a fost efectuat și în URSS. Pilotul sovietic V.P. Fedorov a testat, în februarie 1940, un motor cu propulsie lichidă de fabricație rusă în aer. Testele de zbor au fost precedate de multă muncă pregătitoare. Motorul cu propulsie lichidă cu propulsie variabilă proiectat de inginerul L.S. Dushkin a fost supus unor teste complete din fabrică la stand. Apoi a fost instalat pe un planor proiectat de S.P. Korolev. După ce motorul a trecut cu succes testele la sol pe un planor, au început testele de zbor. Avionul a fost remorcat de o aeronavă convențională cu elice la o altitudine de 2 km. La această înălțime, pilotul Fedorov a desprins cablul și, după ce a zburat la o anumită distanță de aeronava de remorcare, a pornit motorul cu propulsie lichidă. Motorul a mers constant până când combustibilul a fost consumat complet. La sfârșitul zborului cu motor, pilotul a aruncat o privire în siguranță și a aterizat pe aerodrom.
Aceste teste de zbor au reprezentat un pas important spre crearea unui avion cu reacție de mare viteză.
În curând, designerul sovietic V.F.Bolhovitinov a proiectat o aeronavă pe care LPRE-ul lui L.S. Dushkin a fost folosit ca centrală electrică. În ciuda dificultăților din timpul războiului, motorul a fost deja construit în decembrie 1941. În același timp, aeronava era în curs de creare. Proiectarea și construcția primului avion de luptă cu propulsie lichidă din lume a fost finalizată în timp record: doar 40 de zile. În același timp, erau în curs de pregătire pentru testele de zbor. Pilotul de testare Căpitanul G.Ya.Bakhchivandzhi a fost desemnat să efectueze primele teste în aerul noii mașini, care a primit marca „BI”.
Pe 15 mai 1942 a avut loc primul zbor al unei aeronave de luptă cu un LPRE. Era un monoplan mic, cu nasul ascuțit, cu un tren de aterizare retractabil și o roată din coadă. În compartimentul frontal al fuzelajului au fost plasate două tunuri de calibrul 20 mm, muniție pentru acestea și echipamente radio. Mai departe, au fost amplasate carlinga, acoperită cu un baldachin, și rezervoare de combustibil. Motorul era situat în secțiunea de coadă. Testele de zbor au avut succes.
În timpul Marelui Război Patriotic, designerii de avioane sovietici au lucrat la alte tipuri de luptători cu LPRE. Echipa de proiectare, condusă de NN Polikarpov, a creat aeronava de luptă Malyutka. O altă echipă de designeri, condusă de M.K. Tikhonravov, a dezvoltat un avion de luptă cu marca „302”.
Lucrările la crearea avioanelor cu reacție de luptă au fost desfășurate pe scară largă în străinătate.
În iunie 1942, a avut loc primul zbor al avionului de luptă-interceptor german „Me-163” proiectat de Messerschmitt. Doar cea de-a noua versiune a acestui avion a fost pusă în producție de masă în 1944.
Pentru prima dată, această aeronavă cu motor cu propulsie lichidă a fost folosită într-o situație de luptă la mijlocul anului 1944, în timpul invaziei Franței de către forțele aliate. Era destinat să lupte împotriva bombardierelor și luptătorilor inamici pe teritoriul german. Aeronava era un monoplan fără coadă orizontală, ceea ce a fost posibil datorită întinderii mari a aripii.
Fuzelajul a fost raționalizat. Suprafețele exterioare ale aeronavei erau foarte netede. În compartimentul din nas al fuselajului era o moară de vânt pentru a conduce generatorul sistemului electric al aeronavei. În secțiunea de coadă a fuzelajului, a fost instalat un motor cu propulsie lichidă cu o tracțiune de până la 15 kN. Între carcasa motorului și pielea vehiculului era o garnitură refractară. Rezervoarele de combustibil erau amplasate în aripi, iar cele cu oxidanți erau amplasate în interiorul fuzelajului. Nu exista un tren de aterizare convențional în avion. Decolarea a avut loc folosind un cărucior special de lansare și o roată din coadă. Imediat după decolare, acest cărucior a fost aruncat, iar roata din coadă a fost retrasă în fuzelaj. Aeronava era controlată prin intermediul unei cârme, instalată, ca de obicei, în spatele chilei, și ascensoare amplasate în planul aripii, care erau tot elerone. Aterizarea s-a efectuat pe un schi de aterizare din oțel lung de aproximativ 1,8 metri cu un alergător de 16 centimetri lățime. De obicei, avionul a decolat folosind forța motorului instalat pe el. Cu toate acestea, așa cum a fost conceput de proiectant, a fost posibil să se utilizeze rachete de lansare suspendate, care au fost aruncate după decolare, precum și posibilitatea de a fi remorcate de o altă aeronavă la înălțimea dorită. Când motorul rachetei funcționa în modul de tracțiune maximă, aeronava putea urca aproape vertical. Anvergura aripilor aeronavei a fost de 9,3 metri, lungimea sa a fost de aproximativ 6 metri. Greutatea zborului la decolare a fost de 4,1 tone, la aterizare - 2,1 tone; În consecință, pe toată durata zborului cu motor, aeronava a devenit aproape de două ori mai ușoară - a consumat aproximativ 2 tone de combustibil. Cursa de decolare a fost mai mare de 900 de metri, rata de urcare a fost de până la 150 de metri pe secundă. Avionul a atins o înălțime de 6 kilometri la 2,5 minute după decolare. Plafonul mașinii era de 13,2 kilometri. Cu funcționarea continuă a motorului rachetei, zborul a durat până la 8 minute. De obicei, la atingerea altitudinii de luptă, motorul nu funcționa continuu, ci periodic, iar avionul era fie planificat, fie accelerat. Ca urmare, durata totală a zborului ar putea fi mărită la 25 de minute sau chiar mai mult. Acest mod de operare se caracterizează printr-o accelerație semnificativă: atunci când motorul cu propulsie lichidă a fost pornit cu o viteză de 240 de kilometri pe oră, aeronava a atins o viteză de 800 de kilometri pe oră după 20 de secunde (în acest timp a zburat 5,6 kilometri cu un accelerație medie de 8 metri pe secundă pătrat). La sol, acest avion a dezvoltat o viteză maximă de 825 de kilometri pe oră, iar în intervalul de altitudine de 4-12 kilometri, viteza sa maximă a crescut la 900 de kilometri pe oră.
În aceeași perioadă, s-au desfășurat lucrări intense în mai multe țări pentru a crea motoare cu reacție de aer (WFD) de diferite tipuri și modele. În Uniunea Sovietică, așa cum sa menționat deja, a fost testat un ramjet WFD instalat pe un avion de luptă.
În Italia, în august 1940, a fost efectuat primul zbor de 10 minute al avionului monoplan Campini-Caproni SS-2. Această aeronavă a fost echipată cu un așa-numit motor-compresor VRM (acest tip de VRM nu a fost luat în considerare în revizuirea motoarelor cu reacție, deoarece s-a dovedit a fi neprofitabil și nu a primit distribuție). Aerul pătrundea printr-o deschidere specială din partea din față a fuzelajului într-un tub cu secțiune variabilă, unde era comprimat de un compresor, care primea rotație de la un motor cu piston radial de 440 de cai putere situat în spate.
Apoi, un curent de aer comprimat a trecut peste acest motor cu piston răcit cu aer și s-a încălzit oarecum. Înainte de a intra în camera de ardere, aerul a fost amestecat cu gazele de eșapament de la acest motor. În camera de ardere, unde a fost injectat combustibilul, ca urmare a arderii acestuia, temperatura aerului a crescut și mai mult.
Amestecul gaz-aer care curge din duza din secțiunea de coadă a fuzelajului a creat forța de propulsie a acestei centrale electrice. Zona secțiunii de ieșire a duzei cu jet a fost controlată prin intermediul unui con care se putea deplasa de-a lungul axei duzei. Carlinga era situată în partea de sus a fuzelajului, deasupra tubului de flux de aer care străbate întregul fuzelaj. În noiembrie 1941, acest avion a zburat de la Milano la Roma (cu escală la Pisa pentru realimentare), care a durat 2,5 ore, iar viteza medie de zbor a fost de 210 kilometri pe oră.
După cum puteți vedea, un avion cu reacție cu un motor realizat conform acestei scheme s-a dovedit a nu avea succes: a fost lipsit de calitatea principală a unui avion cu reacție - capacitatea de a dezvolta viteze mari. În plus, consumul lui de combustibil era foarte mare.
În mai 1941, în Anglia a avut loc primul zbor de probă al aeronavei experimentale Gloucester „E-28/39” cu un turboreactor cu un compresor centrifugal cu design Whittle.
La 17 mii de rotații pe minut, acest motor a dezvoltat o tracțiune de aproximativ 3800 de Newtoni. Aeronava experimentală era un avion de luptă cu un singur loc, cu un motor turboreactor, situat în fuzelajul din spatele cockpitului. Aeronava avea un tren de aterizare triciclu retractabil în zbor.
Un an și jumătate mai târziu, în octombrie 1942, a fost efectuat primul test de zbor al avionului de luptă american „Ercomet” R-59A cu două motoare turborreactor proiectate de Whittle. Era un monoplan cu aripa mijlocie cu o unitate de coadă înaltă.
Boza fuzelajului era puternic mișcată înainte. Aeronava era echipată cu un tren de aterizare triciclu; greutatea de zbor a vehiculului era de aproape 5 tone, plafonul era de 12 kilometri. În timpul testelor de zbor, s-a atins o viteză de 800 de kilometri pe oră.
Printre alte avioane cu turboreacție din această perioadă, trebuie remarcat avionul de luptă Gloucester Meteor, al cărui prim zbor a avut loc în 1943. Acest monoplan integral metalic cu un singur loc s-a dovedit a fi unul dintre cele mai de succes avioane cu reacție ale perioadei. Două motoare turboreactor au fost instalate pe o aripă joasă în consolă. Avionul de luptă în serie a dezvoltat o viteză de 810 de kilometri pe oră. Durata zborului a fost de aproximativ 1,5 ore, plafonul a fost de 12 kilometri. Aeronava avea 4 tunuri automate de calibrul 20 mm. Mașina avea o bună manevrabilitate și control la toate vitezele.
Această aeronavă a fost primul avion de luptă cu reacție folosit în operațiunile de luptă aeriană aliate împotriva obuzelor V-1 germane în 1944. În noiembrie 1941, un record mondial de viteză de 975 de kilometri pe oră a fost stabilit pe o versiune record specială a acestei mașini.
Acesta a fost primul record înregistrat oficial stabilit într-un avion cu reacție. În timpul acestui zbor record, motoarele turboreactor au dezvoltat o tracțiune de aproximativ 16 kilonewtoni fiecare, iar consumul de combustibil corespundea unui consum de aproximativ 4,5 mii litri pe oră.
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, în Germania au fost dezvoltate și testate mai multe tipuri de avioane de luptă cu motoare cu turboreacție. Să ne referim la avionul de vânătoare bimotor Me-262, care a dezvoltat o viteză maximă de 850-900 de kilometri pe oră (în funcție de altitudinea de zbor) și bombardierul cu patru motoare Arado-234.
Avionul de luptă Me-262 a fost cel mai elaborat și mai rafinat design dintre numeroasele tipuri de avioane cu reacție germane din timpul celui de-al Doilea Război Mondial. Vehiculul de luptă era înarmat cu patru tunuri automate de 30 mm.
În etapa finală a Marelui Război Patriotic, în februarie 1945, de trei ori Erou al Uniunii Sovietice I. Kozhedub într-una dintre luptele aeriene asupra teritoriului Germaniei a doborât pentru prima dată avionul cu reacție al inamicului - „Me-262” . În acest duel aerian, avantajul decisiv a fost în manevrabilitate, și nu în viteză (viteza maximă a avionului de luptă cu elice La-5 la o altitudine de 5 kilometri a fost de 622 de kilometri pe oră, iar a avionului de luptă cu reacție Me-262 la aceeași altitudine - aproximativ 850 de kilometri pe oră).
Este interesant de remarcat faptul că primele aeronave cu reacție germane au fost echipate cu un turboreactor cu un compresor axial, iar tracțiunea maximă a motorului a fost mai mică de 10 kilonewtoni. În același timp, avioanele de luptă britanice au fost echipate cu un motor turborreactor cu un compresor centrifugal, care dezvoltă aproximativ de două ori forța.
Deja în perioada inițială de dezvoltare a motoarelor cu reacție, fostele forme familiare de aeronave au suferit modificări mai mult sau mai puțin semnificative. De exemplu, avionul de luptă britanic „Vampire” cu două fascicule arăta foarte neobișnuit.
Și mai necunoscut ochiului era avionul cu reacție englezesc experimental „Flying Wing”. Această aeronavă fără fuzelaj și fără coadă a fost realizată sub forma unei aripi, care adăpostește echipajul, combustibilul etc. Corpurile de stabilizare și control au fost instalate și pe aripa propriu-zisă. Avantajul acestui circuit este rezistența minimă. Dificultățile cunoscute sunt prezentate de soluționarea problemei stabilității și controlabilității „Aripii Zburătoare”.
La dezvoltarea acestei aeronave, era de așteptat ca întinderea aripii să ofere o mare stabilitate în zbor, reducând în același timp în mod semnificativ rezistența. Firma britanică de aviație „De Haviland”, care a construit aeronava, intenționa să o folosească pentru a studia fenomenele de compresibilitate a aerului și stabilitatea zborului la viteze mari. Întinderea aripii acestui avion integral din metal a fost de 40 de grade. Centrala electrică era formată dintr-un motor turboreactor. La capetele aripilor, în carene speciale, se aflau parașute anti-elice.
În mai 1946, aeronava Flying Wing a fost testată pentru prima dată într-un zbor de testare. Și în septembrie același an, în timpul următorului zbor de probă, s-a prăbușit și s-a prăbușit. Pilotul care a pilotat-o a murit tragic.
În țara noastră, în timpul Marelui Război Patriotic, au început ample lucrări de cercetare privind crearea de avioane de luptă cu motoare turborreactor. Războiul a stabilit sarcina - să creeze un avion de luptă care nu are doar viteză mare, ci și o durată semnificativă de zbor: la urma urmei, avioanele de luptă cu reacție dezvoltate cu motoare cu propulsie lichidă au avut o durată de zbor foarte scurtă - doar 8-15 minute. Avioanele de luptă au fost dezvoltate cu un sistem de propulsie combinat - propulsat cu elice și cu reacție. De exemplu, avioanele de vânătoare La-7 și La-9 au fost echipate cu propulsoare cu reacție.
Lucrările la unul dintre primele avioane cu reacție sovietice au început în 1943-1944.
Acest vehicul de luptă a fost creat de o echipă de proiectare condusă de generalul Serviciului de Inginerie Aviației Artem Ivanovich Mikoyan. Era un avion de luptă I-250 cu o centrală electrică combinată, care consta dintr-un motor de avion cu piston răcit cu lichid de tip VK-107 A cu o elice și un WFD, al cărui compresor era rotit de un motor cu piston. Aerul a intrat în priza de aer de sub arborele elicei, a trecut prin canalul de sub carlingă și a intrat în compresorul VRD. În spatele compresorului au fost instalate injectoare de combustibil și echipamente de aprindere. Jetul a ieșit printr-o duză din fuzelajul de la pupa. I-250 a făcut primul său zbor înapoi în martie 1945. În timpul testelor de zbor, s-a atins o viteză de peste 800 de kilometri pe oră.
Curând, aceeași echipă de designeri a creat avionul de luptă MIG-9. Pe el au fost instalate două motoare turborreactor de tip „RD-20”. Fiecare motor dezvoltat a propulsat până la 8800 Newtoni la 9,8 mii de rotații pe minut. Motorul RD-20 cu un compresor axial și o duză reglabilă avea o cameră de ardere inelară cu șaisprezece arzătoare în jurul duzelor de injecție de combustibil. Pe 24 aprilie 1946, pilotul de testare A.N. Grinchik a efectuat primul zbor cu aeronava MIG-9. La fel ca aeronava BI, această aeronavă diferă puțin prin design de aeronava cu piston. Și totuși, înlocuirea motorului cu piston cu un motor cu reacție a crescut viteza cu aproximativ 250 de kilometri pe oră. Viteza maximă a MIG-9 a depășit 900 de kilometri pe oră. La sfârșitul anului 1946, această mașină a fost pusă în producție de masă.
În aprilie 1946, primul zbor a fost efectuat pe un avion de luptă proiectat de A.S. Yakovlev. Pentru a facilita trecerea la producția acestor aeronave cu motoare turboreactor, a fost folosit un avion de luptă cu elice în serie „Yak-3”, în care fuzelajul frontal și partea de mijloc a aripii au fost convertite pentru a se potrivi cu un motor cu reacție. Acest avion de luptă a fost folosit ca antrenor cu reacție pentru forțele noastre aeriene.
În 1947-1948, un avion de luptă sovietic proiectat de A.S. Yakovlev „Yak-23”, care avea o viteză mai mare, a trecut testele de zbor.
Acest lucru a fost realizat datorită instalării pe acesta a unui motor turborreactor de tip „RD-500”, care a dezvoltat o tracțiune de până la 16 kilonewtoni la 14,6 mii de rotații pe minut. „Yak-23” a fost un singur monoplan integral metalic cu o aripă intermediară.
Designerii noștri s-au confruntat cu noi provocări în crearea și testarea primului avion cu reacție. S-a dovedit că doar o creștere a forței motorului nu este suficientă pentru a efectua un zbor cu o viteză apropiată de viteza de propagare a sunetului. Studiile privind compresibilitatea aerului și condițiile de apariție a undelor de șoc au fost efectuate de oamenii de știință sovietici încă din anii 1930. Au devenit deosebit de răspândite în 1942-1946, după testele de zbor ale avionului de luptă BI și ale celorlalte vehicule cu reacție. Ca urmare a acestor studii, până în 1946, s-a pus problema unei schimbări radicale în designul aerodinamic al aeronavelor cu reacție de mare viteză. Sarcina a fost de a crea avioane cu reacție cu aripi și coada înclinate. Odată cu aceasta, au apărut sarcini conexe - au fost necesare o nouă mecanizare a aripii, un alt sistem de control etc.
Munca de creație persistentă a echipelor de cercetare, proiectare și producție a fost încununată de succes: noile avioane interne cu reacție nu erau cu nimic inferioare tehnologiei aviației mondiale din acea perioadă. Printre aeronavele cu reacție de mare viteză create în URSS în anii 1946-1947, avionul de luptă cu reacție proiectat de AI Mikoyan și MI Gurevich „MIG-15”, cu o aripă și coada înclinate, se remarcă prin caracteristicile sale tactice și operaționale înalte de zbor. . Folosirea unei aripi înclinate și a unui antrenament a crescut viteza de zbor orizontală fără modificări semnificative ale stabilității și controlabilității acesteia. O creștere a vitezei aeronavei a fost, de asemenea, facilitată în mare măsură de o creștere a raportului putere-greutate: a fost instalat un nou motor turborreactor cu un compresor centrifugal RD-45 cu o tracțiune de aproximativ 19,5 kilonewtoni la 12 mii de rotații pe minut. Vitezele orizontale și verticale ale acestei mașini au depășit tot ceea ce s-a realizat anterior pe avioanele cu reacție.
Piloții de testare Eroii Uniunii Sovietice I.T. Ivașcenko și S.N. Anokhin au participat la testele și perfecționarea aeronavei. Aeronava avea date bune de zbor și tactice și era ușor de operat. Pentru rezistența excepțională, ușurința de întreținere și ușurința de control, a primit porecla de „avion soldat”.
Biroul de proiectare, care lucrează sub conducerea S.A. Lavochkin, simultan cu lansarea MIG-15, a creat un nou avion de luptă La-15. Avea o aripă înclinată situată deasupra fuzelajului. Avea arme puternice la bord. Dintre toți luptătorii cu aripi înclinate care existau la acea vreme, La-15 avea cea mai mică greutate de zbor. Datorită acestui fapt, aeronava La-15 cu motorul RD-500, care avea o tracțiune mai mică decât motorul RD-45 instalat pe MIG-15, avea aproximativ aceleași date de zbor și tactice ca și MIG-15”.
Întinderea și profilul special al aripilor și cozii aeronavelor cu reacție au redus dramatic rezistența aerului atunci când zboară cu viteza de propagare a sunetului. Acum, în timpul crizei valurilor, rezistența a crescut nu de 8-12 ori, ci doar de 2-3 ori. Acest lucru a fost confirmat și de primele zboruri supersonice ale avioanelor cu reacție sovietice.
Aplicarea tehnologiei cu reacție în aviația civilă
Curând, motoarele cu reacție au început să fie instalate pe aeronavele civile.
În 1955, avionul de pasageri cu mai multe locuri „Kometa-1” a început să opereze în străinătate. Acest autoturism cu patru motoare turboreactor avea o viteză de aproximativ 800 de kilometri pe oră la o altitudine de 12 kilometri. Avionul putea transporta 48 de pasageri.
Raza de zbor a fost de aproximativ 4 mii de kilometri. Greutatea cu pasagerii și alimentarea completă cu combustibil a fost de 48 de tone. Anvergura aripilor, care are o întindere ușoară și un profil relativ subțire, este de 35 de metri. Suprafața aripii este de 187 de metri pătrați, lungimea aeronavei este de 28 de metri. Cu toate acestea, după un accident major al acestei aeronave în Marea Mediterană, funcționarea acesteia a fost întreruptă. În curând, a început să fie utilizată o versiune constructivă a acestei aeronave - „Kometa-3”.
De interes sunt datele despre o aeronavă americană de pasageri cu patru motoare cu turbopropulsoare Lockheed Electra, concepute pentru 69 de persoane (inclusiv un echipaj format din doi piloți și un inginer de zbor). Numărul de locuri pentru pasageri ar putea fi crescut la 91. Cabina este presurizată, ușa de la intrare este dublă. Viteza de croazieră a acestei mașini este de 660 de kilometri pe oră. Greutatea în gol a aeronavei este de 24,5 tone, greutatea de zbor este de 50 de tone, inclusiv 12,8 tone de combustibil pentru zbor și 3,2 tone de combustibil de rezervă. Alimentarea și întreținerea aeronavei pe aerodromurile intermediare a durat 12 minute. Aeronava a fost lansată în 1957.
Din 1954, firma americană Boeing testează aeronava Boeing-707 cu patru motoare turborreactor. Viteza aeronavei este de 800 de kilometri pe oră, altitudinea de zbor este de 12 kilometri, iar raza de acțiune este de 4800 de kilometri. Această aeronavă a fost destinată utilizării în aviația militară ca „cisternă aeriană” - pentru realimentarea aeronavelor de luptă cu combustibil în aer, dar putea fi convertită pentru utilizarea în aviația civilă de transport. În acest din urmă caz, pe mașină ar putea fi instalate 100 de locuri pentru pasageri.
În 1959, a început operarea aeronavei franceze de pasageri „Caravel”. Aeronava avea un fuzelaj circular cu diametrul de 3,2 metri, care era echipat cu un compartiment presurizat de 25,4 metri lungime. Acest compartiment adăpostea o cabină de pasageri cu 70 de locuri. Aeronava avea o aripă înclinată înclinată înapoi la un unghi de 20 de grade. Greutatea la decolare a aeronavei este de 40 de tone. Centrala electrică era formată din două motoare turborreactor cu o tracțiune de 40 de kilonewtoni fiecare. Viteza avionului era de aproximativ 800 de kilometri pe oră.
În URSS, deja în 1954, pe una dintre rutele aeriene, livrarea de mărfuri și poștă urgentă a fost efectuată de avioanele cu reacție de mare viteză „Il-20.
În primăvara anului 1955, aeronava cu reacție Il-20 a început să circule pe ruta aeriană Moscova-Novosibirsk. La bordul avioanelor - matrice ale ziarelor capitalei. Datorită utilizării acestor avioane, locuitorii din Novosibirsk au primit ziarele din Moscova în aceeași zi cu moscoviții.
La festivalul de aviație din 3 iulie 1955, pe aerodromul Tushino de lângă Moscova, a fost prezentat pentru prima dată un nou avion cu reacție de pasageri proiectat de A.N. Tupolev „TU-104”.
Această aeronavă cu două motoare turboreactor cu o tracțiune de 80 de kilonewtoni fiecare avea forme aerodinamice excelente. Putea transporta 50 de pasageri, iar în varianta turistică - 70. Altitudinea de zbor depășea 10 kilometri, greutatea zborului era de 70 de tone. Aeronava avea o izolare fonică și termică excelentă. Mașina a fost sigilată, aerul din cabină a fost preluat de la compresoarele motoarelor cu turboreacție. În cazul defecțiunii unui turboreactor, avionul ar putea continua să zboare pe celălalt. Raza de acțiune a unui zbor non-stop a fost de 3000-3200 de kilometri. Viteza de zbor ar putea ajunge la 1000 de kilometri pe oră.
Pe 15 septembrie 1956, aeronava Tu-104 a efectuat primul zbor regulat cu pasageri pe ruta Moscova-Irkutsk. După 7 ore și 10 minute de zbor, după ce a depășit 4570 de kilometri cu o aterizare la Omsk, avionul a aterizat la Irkutsk. Timpul de călătorie în comparație cu zborul cu aeronavele cu piston a fost redus de aproape trei ori. Pe 13 februarie 1958, aeronava Tu-104 a decolat în primul zbor (tehnic) pe compania aeriană Moscova-Vladivostok, una dintre cele mai lungi din țara noastră.
„TU-104” a fost foarte apreciat atât în țara noastră, cât și în străinătate. Experții străini, vorbind în scris, au spus că, după ce a început transportul regulat de pasageri cu avioanele cu reacție „TU-104”, Uniunea Sovietică a fost cu doi ani înaintea Statelor Unite, Angliei și altor țări occidentale în exploatarea în masă a aeronavelor cu turboreacție de pasageri: Aeronava americană „Boeing-707 „Și britanicul” Comet-IV „a intrat pe liniile aeriene abia la sfârșitul anului 1958, iar francezul „Caravel” - în 1959.
În aviația civilă s-au folosit și aeronave cu motoare turbopropulsoare (TVD). Această centrală este similară ca structură cu un motor turboreactor, dar are o elice cu aer pe același arbore cu turbina și compresorul din partea din față a motorului. Turbina este dispusă în așa fel încât gazele fierbinți care vin din camerele de ardere în turbină îi oferă cea mai mare parte a energiei lor. Compresorul consumă mult mai puțină putere decât turbina cu gaz, iar puterea în exces a turbinei este transferată la arborele elicei.
TVD este un tip intermediar de centrală electrică a aeronavei. Deși gazele care ies din turbină sunt evacuate prin duză și reacția lor generează o oarecare forță, forța principală este creată de o elice funcțională, ca într-o aeronavă convențională cu elice.
Teatrul de operațiuni nu a devenit larg răspândit în aviația de luptă, deoarece nu poate oferi o asemenea viteză de mișcare ca motoarele cu reacție. De asemenea, este nepotrivit pe liniile expres ale aviației civile, unde viteza este un factor decisiv, iar problemele legate de economie și costul zborului trec în fundal. Cu toate acestea, este recomandabil să folosiți aeronave cu turbopropulsoare pe rute de diferite lungimi, zboruri pe care se fac cu viteze de ordinul 600-800 de kilometri pe oră. Trebuie avut în vedere faptul că, după cum a demonstrat experiența, transportul pasagerilor pe o distanță de 1000 de kilometri este cu 30% mai ieftin decât la aeronavele cu elice cu motoare cu piston.
În 1956-1960, în URSS au apărut multe aeronave noi cu teatru de operare. Printre acestea se numără TU-114 (220 de pasageri), An-10 (100 de pasageri), An-24 (48 de pasageri), Il-18 (89 de pasageri).