Вверх на электричестве: электросамолёты будущего. Двигатель самолет

Авиа двигатели. Виды и типы двигателей для самолетов и вертолетов

Именно благодаря использованию авиа двигателей, прогресс развития современной авиации продолжает развиваться. Первые самолёты которые не были оснащены двигателями практически не получили своего практического применения, так как не могли перевозить более одного человека, да и значительные расстояния преодолеваемые такими воздушными судами большими никак не назовёшь.

Все авиа двигатели принято разделять на 9 основных категорий.

Паровые авиа двигатели;
Поршневые авиа двигатели;
Атомные авиа двигатели;
Ракетные авиа двигатели;
Реактивные авиа двигатели;
Газотурбинные авиа двигатели;
Турбовинтовые авиа двигатели;
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели;
Турбовентиляторные авиа двигатели.

Паровые авиа двигатели

Паровые авиа двигатели практически не нашли своего практического применения в авиации из-за низкого КПД своей работы. Главным принципом работы парового авиационного двигателя является преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение винтов за счёт энергии пара.

Стоит отметить, что первоначально паровые авиа двигатели предполагалось использовать на заре авиации, когда источник пара был наиболее доступным, однако из-за массивности своей конструкции паровые двигатели не смогли поднимать воздушные суда.

Поршневые авиа двигатели

Поршневой авиа двигатель представляет собой обычный двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяемого газа превращает поступательное движение поршня во вращательное движение винта. Такие авиа двигатели нашли своё применение, и применяются и по сегодняшний день из-за простоты своего функционирования и недорогостоящего изготовления.

КПД поршневого авиационного двигателя, как правило, не превышает 55 %, однако это ничуть не смущает современных авиаконструкторов, так как у этого двигателя имеется высокая надёжность.

Атомные авиа двигатели

Первые атомные авиа двигатели начали появляться в середине минувшего века, когда начались мирные исследования атома. Основным принципом работы атомного авиационного двигателя является осуществление контролируемой цепной ядерной реакции, что позволяло выдавать огромную мощность, при сравнительно небольшом уровне затрат.

Атомные авиа двигатели практически одновременно появились и в США и в СССР, однако сама идея того, что самолёт, пусть и с весьма компактным атомным реактором на своём борту может упасть и это впоследствии приведёт к катастрофе, заставила отказаться от этой идеи.

В США атомный авиационный двигатель применялся на самолёте Convair NB-36H, а в СССР на самолётах Ту-95 и Ан-22.

Ракетные авиа двигатели

Первые ракетные авиа двигатели появились в начале 40 годов прошлого столетия в Германии, когда немцы всеми усилиями пытались создать быстрый самолёт, который мог бы принести им победу во Второй мировой войне. Тем не менее, стоит отметить, что наука в те годы не позволяла совершить точный расчёт некоторых параметров, поэтому проект так и не был реализован. Впоследствии ракетные авиа двигатели испытывались исключительно с возможностью их применения для разгона самолётов в стратосфере, но применимость их весьма ограничена, и потому на сегодняшний день они практически не используются.

Основным недостатком ракетного авиационного двигателя является практически полное отсутствие управляемости на высоких скоростях.

Реактивные авиа двигатели

Реактивные двигатели весьма распространены на сегодняшний день в авиации и авиаконструкторском деле. Принцип работы этих авиа двигателей основывается на то, что необходимая тяга для воздушного судна создаётся за счёт преобразования в кинетическую энергию реактивную струи внутренней энергии авиационного топлива.

Реактивные двигатели весьма надёжны и эффективны и потому в ближайшее время стоит ожидать их дальнейшего совершенствования и развития.

Газотурбинные авиа двигатели

Принцип работы газотурбинного авиационного двигателя основывается на сжатии и нагреве газа, энергия которого впоследствии преобразуется в механическую работу, заставляя вращаться газовую турбину. Первые двигатели данного класса появились в Германии ещё в начале 40-х годов прошлого века, и на сегодняшний день они по-прежнему продолжают широко применяться в военной авиации, в частности устанавливаются на самолётах Су-27, МиГ-29, F-22, F-35 и т.д.

Газотурбинные авиа двигатели весьма эффективны на сравнительно небольших скоростях перемещения воздушных судов, и потому их применение в гражданской авиации также весьма обоснованно.

Турбовинтовые авиа двигатели

Турбовинтовые авиа двигатели представляют собой своеобразную разновидность газотурбинный авиационных двигателей, принцип действия которых основывается на том, что энергия горячих газов преобразуется во вращение винта, а около 10% от совокупной энергии превращается в толкающую реактивную струю.

Турбовинтовые авиа двигатели имеют хороший КПД и надёжны, что делает их эффективными и применимыми в гражданской авиации на многих воздушных судах.

Пульсирующие воздушно-реактивные авиа двигатели

Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели не нашли применения в современной авиации из-за неудовлетворительной своей эффективности. Главной особенностью их функционирования является то, что работают они на принципе воздушно-реактивного двигателя. С той лишь разницей, что топливо в камеру сгорания подаётся периодически, создавая своеобразные импульсы, позволяющие двигать объект в заданном направлении.

Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели эффективны лишь при однократном своём использовании, в последующих же случаях, их использование снижает и саму надёжность и увеличивает затраты.

Турбовентиляторные авиа двигатели

Принцип работы турбовентиляторных авиационных двигателей сводится к тому, что подаваемый за счёт вентилятора воздух. Обеспечивает полное сгорание топлива за счёт избытка кислорода, что делает такие авиа двигатели и более эффективными и в тоже время наиболее экологически чистыми. Применяются подобные турбовентиляторные авиа двигатели как правило на крупных авиалайнерах, так как практически всегда у них имеется большая конструкция за счёт необходимости нагнетания дополнительного объёма воздуха.

avia.pro

Двигатель самолета - это его сердце

Здравствуйте, друзья!

Сегодня поговорим на в некотором роде околомедицинскую тему :-).

Вот оно... Сердце... Неправда ли симпатичное?

Когда я проходил службу в авиационном полку в легендарном польском городе Бжег, то у нас в главном ангаре технико-эксплуатационной части полка (ТЭЧ ап) на высоте второго этажа, там где находились лаборатории групп обслуживания авиационного оборудования, был укреплен огромный транспарант с надписью большими красными буквами: «Двигатель – это сердце самолета. Береги его, как собственное сердце.»

Как бы пафосно это не звучало, но мысль верная. Ведь двигатель самолета – это главный, да что там, единственный источник энергии для летательного аппарата. Эту необходимую энергию я позволю себе разделить на две части: энергия жизнеобеспечения и энергия движения.

С энергией движения все понятно. Двигатель работает, тяга есть (будь это реактивная тяга или тяга воздушного винта, неважно) и самолет летит. Чего же еще нужно? 🙂 Так это и было на первых летательных аппаратах времен Первой мировой. Но современный аппарат – это целый комплекс различных систем, которые надо снабжать энергией различного вида, чтобы они работали бесперебойно и самолет не просто летел, а еще и летел правильно, в нужную сторону на нужной высоте и с нужной скоростью. Чтобы все поставленные задачи выполнялись корректно, а людям, находящимся на борту было комфортно работать и перевозимый груз был бы в целости и сохранности.

ангар ТЭЧ нашего полка

И как бы непривычно это не звучало, в конечном итоге этот самый комфорт обеспечивает двигатель самолета. Он например вращает роторы электрогенераторов, которые обеспечивают самолет электроэнергией. На современном ЛА ее потребителей, как говорится, «выше крыши» и без нее современный лайнер слеп, глух и практически нем.

Гидравлическая система, та самая, которая ведает уборкой-выпуском шасси, управлением самолетом в полете и другими жизненно-важными функциями. Давление (достаточно высокое, надо сказать) в ее магистралях создается насосами, которые тоже приводятся от двигателя.

Воздух повышенного давления, который используется в системах кондиционирования различного назначения, в системах наддува, обдува, антиобледенения и т.д. тоже забирается от двигателя.

И так далее и тому подобное. Вобщем двигатель самолета — настоящий источник жизни. Так что лозунг в нашей ТЭЧ был совершенно правильный. Существуют конечно специальные наземные агрегаты для приведения в действие систем самолета автономно от двигателя и проведения специальных проверок в период регламентных и ремонтных работ. Возвращаясь к медицинской теме, – это как для человека аппарат искусственной почки или искусственного легкого. Но ведь человек стаким аппаратом прикован к постели, а самолет, соответственно к бетонке :-). Прямо как в песне Ю. Антонова «только в полете живут самолеты».

Двигатель самолета (или двигатели в комплексе, если их несколько) совершенно справедливо называют авиационной силовой установкой (источник силы и жизни для летательного аппарата).

Ил-76, один из обладателей ВСУ

И ради той же справедливости стоит сказать, что в состав силовой установки определенного вида самолетов входит так называемая вспомогательная силовая установка (ВСУ). Это по сути дела миниатюрный двигатель, который выполняет функции жизнеобеспечения на стоянке и используется, когда нет доступа к наземным источникам энергопитания или это нецелесообразно. Обычно ВСУ стоит на больших транспортных и пассажирских самолетах, которые частенько работают в отрыве от своих баз. Этакое маленькое запасное сердечко. Запустил его и самолет оживает.

Полететь он конечно не сможет, но это и не нужно. Для этого будет использован двигатель самолета. Настоящее сердце, дающее жизнь… А жизнь – это полет, скорость и высота…

Фотографии кликабельны.

No related posts.

avia-simply.ru

Самолёт с атомным двигателем » Военное обозрение

Начнем с того, что в 1950-е гг. в СССР, в отличие от США, создание атомного бомбардировщика воспринималось не просто как желательная, пусть даже очень, но как жизненно необходимая задача. Это отношение сформировалось среди высшего руководства армии и военно-промышленного комплекса в результате осознания двух обстоятельств. Во-первых, огромного, подавляющего преимущества Штатов с точки зрения самой возможности атомной бомбардировки территории потенциального противника. Действуя с десятков военно-воздушных баз в Европе, на Ближнем и Дальнем Востоке, самолеты США, даже обладая дальностью полета всего 5-10 тыс. км, могли достичь любой точки СССР и вернуться обратно. Советские же бомбардировщики вынуждены были работать с аэродромов на собственной территории и для аналогичного рейда на США должны были преодолеть 15-20 тыс. км. Самолетов с такой дальностью в СССР не было вообще. Первые советские стратегические бомберы М-4 и Ту-95 могли «накрыть» лишь самый север США и сравнительно небольшие участки обоих побережий. Но даже этих машин в 1957 г. насчитывалось всего 22. А количество американских самолетов, способных наносить удары по СССР, достигло к тому времени 1800! Причем это были первоклассные бомбардировщики-носители атомного оружия В-52, В-36, В-47, а через пару лет к ним присоединились сверхзвуковые В-58.

Во-вторых, задача создания реактивного бомбардировщика необходимой дальности полета с обычной силовой установкой в 1950-е гг. представлялась непреодолимо сложной. Тем более, сверхзвукового, потребность в котором диктовалась стремительным развитием средств ПВО. Полеты первого в СССР сверхзвукового стратегического носителя М-50 показали, что с грузом 3-5 т даже при двух дозаправках в воздухе его дальность едва может достичь 15000 км. Но как дозаправляться на сверхзвуковой скорости, да к тому же над территорией противника, ответить не мог никто. Необходимость дозаправок значительно снижала вероятность выполнения боевой задачи, а кроме того, такой полет требовал огромного количества топлива – в сумме более 500 т для заправляемого и заправляющего самолетов. То есть только за один вылет полк бомбардировщиков мог израсходовать более 10 тыс. т керосина! Даже простое накопление таких запасов топлива вырастало в огромную проблему, не говоря уже о безопасном хранении и защите от возможных ударов с воздуха.

В то же время в стране существовала мощная научно-производственная база для решения различных задач применения ядерной энергии. Свое начало она брала от Лаборатории № 2 Академии наук СССР, организованной под руководством И.В.Курчатова в самый разгар Великой отечественной войны - в апреле 1943 г. Вначале главной задачей ученых-ядерщиков было создание урановой бомбы, однако затем начался активный поиск других возможностей использования нового вида энергии. В марте 1947 г. – лишь на год позже, чем в США – в СССР впервые на государственном уровне (на заседании Научно-технического совета Первого главного управления при Совете Министров) подняли проблему использования тепла ядерных реакций в энергосиловых установках. Совет принял решение начать систематические исследования в этом направлении с целью разработки научных основ получения с помощью деления ядер электроэнергии, а также приведения в движение кораблей, подводных лодок и самолетов.

Однако, чтобы идея пробила себе дорогу, понадобилось еще три года. За это время успели подняться в небо первые М-4 и Ту-95, в Подмосковье начала работать первая в мире атомная электростанция, началась постройка первой советской атомной подлодки. Наша агентура в США стала передавать сведения о проводимых там масштабных работах по созданию атомного бомбардировщика. Эти данные воспринимались как подтверждение перспективности нового вида энергии для авиации. Наконец, 12 августа 1955 г. вышло Постановление Совета Министров СССР № 1561-868, предписывавшее ряду предприятий авиационной промышленности начать работы по атомной тематике. В частности, ОКБ-156 А.Н.Туполева, ОКБ-23 В.М.Мясищева и ОКБ-301 С.А.Лавочкина должны были заняться проектированием и постройкой летательных аппаратов с ядерными силовыми установками, а ОКБ-276 Н.Д.Кузнецова и ОКБ-165 А.М.Люльки - разработкой таких СУ.

Наиболее простая в техническом отношении задача была поставлена перед ОКБ-301, возглавлявшимся С.А.Лавочкиным – разработать экспериментальную крылатую ракету «375» с ядерным прямоточным воздушно-реактивным двигателем конструкции ОКБ-670 М.М.Бондарюка. Место обычной камеры сгорания в этом двигателе занимал реактор, работавший по открытому циклу – воздух протекал прямо сквозь активную зону. За основу конструкции планера ракеты были приняты разработки по межконтинентальной крылатой ракете «350» с обычным ПВРД. Несмотря на сравнительную простоту, тема «375» не получила сколько-нибудь значительного развития, а смерть С.А.Лавочкина в июне 1960 г. и вовсе поставила точку в этих работах.

Коллективу Мясищева, занятому тогда созданием М-50, предписывалось выполнить предварительный проект сверхзвукового бомбардировщика «со специальными двигателями главного конструктора А.М.Люлька». В ОКБ тема получила индекс «60», ведущим конструктором по ней назначили Ю.Н.Труфанова. Поскольку в самых общих чертах решение задачи виделось в простом оснащении М-50 двигателями на ядерной энергии, причем работающими по открытому циклу (из соображений простоты), то считалось, что М-60 станет первым в СССР атомным самолетом. Однако уже к середине 1956 г. выяснилось, что так просто поставленную задачу не решить. Оказалось, что машина с новой СУ обладает целым рядом специфических особенностей, с которыми авиаконструкторы никогда ранее не сталкивались. Новизна возникших проблем была столь большой, что никто в ОКБ, да и во всей могучей советской авиапромышленности даже понятия не имел, с какой стороны подойти к их решению.

Первой проблемой стала защита людей от радиоактивного излучения. Какой она должна быть? Сколько должна весить? Как обеспечить нормальное функционирование экипажа, заключенного в непроницаемую толстостенную капсулу, в т.ч. обзор с рабочих мест и аварийное покидание? Вторая проблема – резкое ухудшение свойств привычных конструкционных материалов, вызванное мощными потоками радиации и тепла, исходящими от реактора. Отсюда - необходимость создавать новые материалы. Третья - необходимость разработки совершенно новой технологии эксплуатации атомных самолетов и постройки соответствующих авиабаз с многочисленными подземными сооружениями. Ведь оказалось, что после остановки двигателя открытого цикла ни один человек к нему не сможет подойти еще 2-3 месяца! А значит, есть необходимость в дистанционном наземном обслуживании самолета и двигателя. Ну и, конечно, проблемы безопасности - в самом широком понимании, особенно в случае аварии такого самолета.

Осознание этих и многих других проблем камня на камне не оставило от первоначальной идеи использовать планер М-50. Конструкторы сосредоточились на поиске новой компоновки, в рамках которой упомянутые проблемы представлялись решаемыми. При этом основным критерием выбора расположения атомной силовой установки на самолете было признано максимальное ее удаление от экипажа. В соответствии с этим был разработан эскизный проект М-60, на котором четыре атомных ТРД располагались в хвостовой части фюзеляжа попарно в «два этажа», образуя единый ядерный отсек. Самолет имел схему среднеплана с тонким свободнонесущим трапециевидным крылом и таким же горизонтальным оперением, расположенным на вершине киля. Ракетное и бомбовое вооружение планировалось размещать на внутренней подвеске. Длина самолета должна была составлять порядка 66 м, взлетная масса - превысить 250 т, а крейсерская скорость полета – 3000 км/ч на высоте 18000-20000 м.

Экипаж предполагалось разместить в глухой капсуле с мощной многослойной защитой из специальных материалов. Радиоактивность атмосферного воздуха исключала возможность использования его для наддува кабины и дыхания. Для этих целей пришлось использовать кислородно-азотную смесь, получаемую в специальных газификаторах путем испарения жидких газов, находящихся на борту. Отсутствие визуального обзора должно было компенсироваться перископами, телевизионным и радиолокационным экранами, а также установкой полностью автоматической системы управления самолетом. Последняя должна была обеспечивать все этапы полета, включая взлет и посадку, выход на цель и т.д. Это логически подводило к идее беспилотного стратегического бомбардировщика. Однако в ВВС настаивали на пилотируемом варианте как более надежном и гибком в использовании.

Ядерные турбореактивные двигатели для М-60 должны были развивать взлетную тягу порядка 22500 кгс. ОКБ А.М.Люльки разрабатывало их в двух вариантах: «соосной» схемы, в которой кольцевой реактор располагался позади обычной камеры сгорания, и сквозь него проходил вал турбокомпрессора; и схемы «коромысло» - с изогнутой проточной частью и выведением реактора за пределы вала. Мясищевцы пытались применить и тот, и другой тип двигателя, находя в каждом из них как преимущества, так и недостатки. Но главный вывод, который содержался в Заключении к предварительному проекту М-60, звучал так: «…наряду с большими трудностями создания двигателя, оборудования и планера самолета возникают совершенно новые проблемы обеспечения наземной эксплуатации и защиты экипажа, населения и местности в случае вынужденной посадки. Эти задачи… еще не решены. В то же время именно возможностью решения этих проблем определяется целесообразность создания пилотируемого самолета с атомным двигателем». Воистину пророческие слова!

Чтобы перевести решение названных проблем в практическую плоскость, В.М.Мясищев начал разработку проекта летающей лаборатории на основе М-50, на которой один атомный двигатель размещался бы в носовой части фюзеляжа. А с целью радикального повышения живучести баз атомных самолетов в случае начала войны было предложено вообще отказаться от использования бетонных ВПП, а атомный бомбардировщик превратить в сверхзвуковую (!) летающую лодку М-60М. Этот проект разрабатывался параллельно сухопутному варианту и сохранял с ним значительную преемственность. Конечно, при этом крыло и воздухозаборники двигателей были максимально подняты над водой. Взлетно-посадочные устройства включали в себя носовую гидролыжу, подфюзеляжные выдвижные подводные крылья и поворотные поплавки боковой устойчивости на концах крыла.

Проблемы перед конструкторами стояли сложнейшие, однако работа шла, и складывалось впечатление, что все трудности можно преодолеть в сроки, существенно меньшие, чем повысить дальность полета обычных самолетов. В 1958 г. В.М.Мясищев по заданию Президиума ЦК КПСС подготовил доклад «Состояние и возможные перспективы стратегической авиации», в котором однозначно утверждал: «...В связи со значительной критикой проектов М-52К и М-56К [бомбардировщики на обычном топливе, – авт.] Министерством обороны по линии недостаточности радиуса действия таких систем, нам представляется полезным сосредоточить все работы по стратегическим бомбардировщикам на создании сверхзвуковой бомбардировочной системы с атомными двигателями, обеспечивающей необходимые дальности полета для разведки и для точечного бомбометания подвесными самолетами-снарядами и ракетами по подвижным и неподвижным целям».

Мясищев имел в виду, прежде всего, новый проект стратегического бомбардировщика-ракетоносца с ядерной силовой установкой закрытого цикла, которую проектировало ОКБ Н.Д.Кузнецова. Эту машину он рассчитывал создать за 7 лет. В 1959 г. для нее была выбрана аэродинамическая схема «утка» с треугольными крылом и передним оперением значительной стреловидности. Шесть ядерных турбореактивных двигателей предполагалось расположить в хвостовой части самолета и объединить в один или два пакета. Реактор размещался в фюзеляже. В качестве теплоносителя предполагалось использовать жидкий металл: литий или натрий. Двигатели имели возможность работать и на керосине. Закрытый цикл работы СУ позволял сделать кабину экипажа вентилируемой атмосферным воздухом и намного снизить вес защиты. При взлетной массе примерно 170 т масса двигателей с теплообменниками предполагалась 30 т, защита реактора и кабины экипажа 38 т, полезная нагрузка 25 т. Длина самолета получалась около 46 м при размахе крыла примерно 27 м.

Проект атомного противолодочного самолёта Ту-114

Первый полет М-30 планировался на 1966 г., однако ОКБ-23 Мясищева не успело даже приступить к рабочему проектированию. Постановлением правительства ОКБ-23 Мясищева привлекли к разработке многоступенчатой баллистической ракеты конструкции ОКБ-52 В.Н.Челомея, а осенью 1960 г. ликвидировали как самостоятельную организацию, сделав филиалом №1 этого ОКБ и полностью переориентировав на ракетно-космическую тематику. Таким образом, задел ОКБ-23 по атомным самолетам не был воплощен в реальные конструкции.

topwar.ru

Реактивный двигатель самолета

Реактивный двигатель самолета — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Для всех реактивных двигателей общим является то, что в процессе сгорания топлива и с последующим преобразованием потенциальной энергии продуктов сгорания в кинетическую происходит ускорение потока газов, и таким образом возникает тяга. Сила тяги (кг) является основной характеристикой двигателя.

Реактивные двигатели делятся на три группы:

жидкостные
пороховые
воздушно-реактивные

Для работы жидкостных реактивных двигателей не требуется кислород, содержащийся в воздухе. Двигатель может работать в сильно разряженной атмосфере. Для сгорания топлива должен быть предусмотрен запас окислителя. Наиболее известные комбинации — топливо-окислитель: спирт и кислород, водород и кислород, бензин и азотная кислота, водород и фтор, диборан и кислород и т. д.

В качестве горючего в пороховых реактивных двигателях используется порох.

В воздушно-реактивных двигателях используется кислород, содержащийся в воздухе. В качестве топлива выступает керосин и очень редко — другой вид жидкого топлива.

Воздушно-реактивные двигатели, в свою очередь, классифицируются по двум признакам:

бескомпрессорные (прямоточные, пульсирующие)
компрессорные

В первом случае сжатие воздуха происходит за счет скоростного напора, во втором — за счет работы компрессора или мотокомпрессора.

В прямоточных воздушно-реактивных двигателях воздух атмосферы попадает во входной патрубок, при этом скорость воздуха уменьшается до 0, давление р повышается, температура t также возрастает. Под большим давлением воздух поступает в камеру сгорания, куда одновременно через форсунки поступает топливо. Горение происходит непрерывно. Продукты сгорания расширяются в реактивном стиле и выталкиваются в атмосферу. Особенностью двигателя, помимо его простоты конструкции, является то, что величина тяги зависит от скорости полета (скоростного напора) — тяга пропорциональна квадрату скорости полета.

Также существует пульсирующий воздушно-реактивный двигатель.

Иностранные двигатели в отечественных самолетах ВОВ

Реактивная авиация во Второй мировой войне

Avia.pro

avia.pro

Поршневой двигатель самолета.

История поршневых двигателей насчитывает на несколько десятилетий больше, чем история самой авиации. Они сдвинули с места первый автомобиль, подняли в небо первый самолет и первый вертолет, прошли две Мировые войны и до сих пор используются в 99.9% автомобилей мира. Однако в авиации на сегодняшний день поршневые двигатели практически полностью вытеснены газотурбинными двигателями и используются исключительно в малоразмерных персональных либо спортивных самолетах.

Это произошло по причине того, что даже самый простой и неэффективный газотурбинный двигатель имеет большую удельную мощность (единица мощности на единицу массы двигателя), чем самый современный поршневой, а в авиации масса – исключительно важный параметр. Кроме того, газотурбинный двигатель более универсальный и может двигать самолет за счет реактивной струи, исключительно этот факт позволил самолетам достичь скоростей в 2, 3 или даже 4 раза выше скорости звука.

Но вернемся к поршневым двигателям. Как же они устроены? На схеме продемонстрировано устройство цилиндра четырехтактного бензинового двигателя воздушного охлаждения: 1 – впускной патрубок (подача топливно-воздушной смеси в цилиндр), 2 – стенка цилиндра (в данном случае ребристая с внешней стороны, для повышения охлаждаемой площади, поскольку цилиндр имеет воздушное охлаждение), 3 – поршень (возвратно-поступательным движением обеспечивает впуск смеси, ее сжатие, получение энергии и дальнейший вывод отработанных газов), 4, 5 – шатун и коленвал (преобразование возвратно-поступательного импульса в крутящий момент), 6 – свеча зажигания (дает искру, которая поджигает смесь), 7 – выхлопной патрубок (вывод отработанных газов), 8 – впускной и выпускной клапаны («открывают» цилиндр для входа смеси (впускной) и выхода отработанных газов (выпускной), герметизируют цилиндр во время сжатия и воспламенения. Следует отметить, что изображен лишь пример конструкции, но ее вариации могут быть значительными, к примеру цилиндры дизельных двигателей не имеют свечей зажигания, а если двигатель жидкостного охлаждения – отсутствуют «ребра», но присутствуют каналы для прогона охлаждающей жидкости и т.д. По количеству тактов (действия, происходящие поочередно в цилиндре двигателя) различают 3 типа двигателя – двухтактный, четырехтактный и шеститактный. Наиболее широко используемым является четырехтактный двигатель, четыре его такта показаны на схеме.

Коэффициент полезного действия самых современных поршневых двигателей не превышает 25-30%, т.е. реально около 70% всей энергии, получаемой во время сгорания топлива, превращается в тепло, которое необходимо выводить из двигателя. Система охлаждения очень важный компонент в силовой установке и во многом определяет ее характеристики. По типу вывода тепла (иначе охлаждения) двигатели подразделяются на воздушный и жидкостный тип.

И если в автомобилях воздушное охлаждение практически не используется, из-за своей низкой эффективности на малых скоростях и ее полного отсутствия при остановке, то в поршневой авиации двигатели воздушного охлаждения очень и очень широко используются, ведь имеют ряд преимуществ перед двигателями жидкостного охлаждения. А именно меньшая масса, соответственно большая удельная мощность и более простая, а значит и более надежная конструкция. Кроме того, из-за большой силы набегающего потока во время полета, эффективность охлаждения обычно достаточна для нормальной работы двигателя.

Большинство поршневых двигателей – многоцилиндровые, это необходимо для повышения мощности и общей их эффективности. В связи с этим их классифицируют по расположению цилиндров относительно коленвала. В пик своего развития, авиационные двигатели имели до 24 цилиндров, а некоторые, несерийные экземпляры и более. И основными, наиболее широко используемыми вариантами расположения цилиндров является V-образное, рядное и звездообразное.

Различить их нетрудно, ведь если смотреть спереди они и выглядят как буква V в первом случае, один ряд (колонна) – во втором случае, и звезда (или при наличии большого количества цилиндров - скорее блюдечко) в третьем. Традиционно два первых типа используют систему жидкостного охлаждения, в то время как последний – воздушного. Соответственно кроме вышеназванных преимуществ и недостатков двигателей по типу их охлаждения, можно еще добавить, что рядные двигатели компактные, могут быть установлены в перевернутом положении, но при наличии большого количества цилиндров, они получаются очень уж длинными.

V-образные имеют 2 цилиндра в ряду, соответственно они имеют в два раза меньшую длину, чем рядные, но зато менее компактны, хотя также могут быть установлены в перевернутом положении, имеют большее фронтальное сечение, а значит и большее лобовое сопротивление. Звездообразные, или радиальные двигатели, имеют цилиндры, распложенные вокруг коленвала, соответственно они наиболее громоздкие, имеют просто таки огромное фронтальное сечение и лобовое сопротивление, но благодаря этому могут эффективно охлаждаться набегающим потоком и имеют очень незначительные показатели длины.

Другие агрегаты

avia.pro

Электрические самолёты будущего | Журнал Популярная Механика

Наиболее реальными на сегодня кажутся перспективы электросамолетов, построенных по гибридной схеме. Это означает, что движитель летательного аппарата (винт или винтовентилятор) будет приводиться в движение электромотором, а вот электричество он получит от генератора, вращаемого… газотурбинным двигателем (или другим ДВС). На первый взгляд такая схема кажется странной: от ГТД хотят отказаться в пользу электродвигателя, но не собираются этого делать.

Гибридных проектов в мире тоже уже немало, однако нас в первую очередь интересует Россия. Работы по электросамолету, в частности с гибридной схемой, велись в разных научных институтах авиационного профиля — таких, как ЦАГИ или ЦИАМ. Сегодня эти и некоторые другие учреждения объединены (с 2014 года) под эгидой Научно-исследовательского центра «Институт имени Н. Е. Жуковского», призванного стать единым мощным «мозговым трестом» отрасли. Задача комплексирования в рамках центра всех работ по электроавиации возложена на Сергея Гальперина, которого мы уже цитировали в начале статьи.

Эскиз одного из вариантов российского регионального самолета с гибридной силовой установкой (ГТД — электрогенератор — электромотор)

1. Вспомогательная силовая установка на топливных элементах	Водородные топливные элементы Турбокомпрессор для обеспечения высотности
2. Турбовальный газотрубный двигатель	Для вращения генератора Вспомогательное или основное энергопитание
3. Электрогенератор	На основе высокотмпературной сверхпроводимости при мощностях выше 500−800 кВт
4. Система передачи энергии	На основе высокотемпературной сверхпроводимости или кабель с жидкостным охлаждением
5. Аккумуляторные батареи	Буфер энергии Вспомогательное или основное энергообеспечение
6. Электродвигатель	На основе высокотемпературной сверхпроводимости при мощностях выше 500−800 кВт

Взлет на батарейке

«Переход на электродвигатели в авиации открывает немало интересных перспектив, — говорит Сергей Гальперин, — но рассчитывать на создание коммерческого электросамолета с приличной для российских условий дальностью на чисто химических источниках энергии (батареях или топливных элементах) в ближайшем будущем не приходится: слишком разнится энергетический потенциал килограмма керосина и килограмма аккумуляторов. Гибридная схема могла бы стать разумным компромиссом. Надо понимать, что ГТД, непосредственно создающий тягу, и ГТД, который будет приводить в движение вал генератора, — это совсем не одно и то же.

Дело в том, что у самолета в ходе полета значительно изменяются энергетические потребности. На взлете авиационный двигатель развивает мощность, близкую к максимальной, а при движении на крейсерском участке (то есть большую часть полета) энергопотребление самолета снижается в 5−6 раз. Таким образом, традиционная силовая установка должна уметь работать в широком диапазоне режимов (не всегда оптимальных с точки зрения экономики) и быстро переходить от одного к другому. Ничего подобного не потребуется от ГТД в гибридной установке. Он будет подобен газовым турбинам электростанций, которые работают всегда в одном и том же, самом экономически выгодном режиме. Работают годами, без остановки».

Ce-liner Концепт полностью электрического самолета, разработанный немецким исследовательским институтом Bauhaus Luftfahrt. Авторы полагают, что прогресс в области электробатарей позволит их детищу пролетать до 1300 км на одной зарядке уже к 2030 году, а к 2040-му — до 3000 км.

С помощью генератора ГТД сможет вырабатывать энергию для непосредственного питания электродвигателей, а также для создания запаса в аккумуляторах. Помощь аккумуляторов понадобится как раз на взлете. Но поскольку работа электромоторов на взлетном режиме продлится всего несколько минут, запас энергии не должен быть очень большим и батареи на борту могут быть вполне приемлемыми по размеру и весу. У ГТД при этом никакого взлетного режима не будет — его дело спокойно вырабатывать электричество. Таким образом, в отличие от авиадвигателя ГТД в гибридном электросамолете будет менее мощным, более надежным и экологичным, проще по конструкции, а значит, дешевле и, наконец, будет обладать большим ресурсом.

Дуем на крыло

При этом переход на электродвигатели открывает перспективы принципиальных новшеств в конструкции гражданских самолетов будущего. Одна из наиболее обсуждаемых тем — создание распределенных силовых установок. Сегодня классическая схема компоновки лайнера предполагает две точки приложения тяги, то есть два, редко четыре, мощных двигателя, висящих на пилонах под крылом. В электросамолетах рассматривается схема размещения большого числа электродвигателей вдоль крыла, а также на его концах. Зачем это нужно?

Дело опять же в разнице взлетного и крейсерского режимов. На взлете при малой скорости набегающего потока летательному аппарату для создания подъемной силы необходимо крыло большой площади. На крейсерской скорости широкое крыло мешает, создавая избыточную подъемную силу. Проблема решается за счет сложной механизации — выдвижных закрылков и предкрылков. Самолеты меньшего размера, взлетающие с небольших аэродромов и имеющие для этого большие крылья, вынуждены идти на крейсерском участке с неоптимальным углом атаки, что приводит к дополнительному расходу топлива.

www.popmech.ru

Дизельный двигатель для учебных самолетов » Военное обозрение

На протяжении последних десятилетий отечественное самолетостроение не вело серьезных работ в направлении легких поршневых учебно-тренировочных самолетов. Фактически, за несколько лет был создан только Як-152, да и то, его перспективы выглядят в достаточной мере туманными. В первую очередь, стоит отметить недостаточный интерес к проекту со стороны потенциальных заказчиков. Закупка новой техники обойдется в определенную сумму, а эксплуатационные расходы могут быть выше, чем ожидается.

Выходом из сложившейся ситуации может стать новый двигатель, при помощи которого перспективный Як-152 получит более высокие летные характеристики, а также не ухудшит экономические нюансы эксплуатации в сравнении со своим «предком» Як-52. Несколько лет назад российские авиастроители договорились с немецкой компанией RED Aircraft GmbH на предмет разработки перспективных двигателей для легких поршневых самолетов. Договором предусматривается создание двух авиационных дизельных двигателей. Они известны под обозначениями RED A03/V12 и RED A05/V6. Главное отличие этих моторов – количество цилиндров. RED A03/V12 имеет 12 цилиндров, расположенных по V-образной системе, а RED A05/V6, соответственно, шесть, что отражено в их названиях.

Впервые о начале работ над проектом стало известно осенью 2010 года, когда из Германии пришла новость о завершении сборки опытного образца 12-цилиндрового дизеля. Вскоре его установили на немного доработанный самолет Як-52, который получил новую мотораму. В ноябре 2010 года сообщалось, что новый двигатель имеет мощность в 500-700 лошадиных сил (первое время точных данных не было), а расход топлива составляет примерно 30 литров в час при скорости полета в 250 км/ч на двух третях мощности двигателя. Такие цифры заинтересовали любителей авиации, однако вскоре интерес пропал вместе с новыми сообщениями. Последующие несколько месяцев RED Aircraft потратили на доводку нового двигателя и демонстрации его на авиационных салонах.

Недавно появилась очередная новость о двигателе RED A03/V12. Руководство компании-разработчика заявило, что к концу текущего 2012 года испытания нового двигателя будут завершены, а в следующем году начнется сборка первого самолета Як-152, оснащенного дизелем. После изготовления опытного дизельного прототипа нового учебно-тренировочного самолета начнутся испытания и работы по получению всех необходимых документов. При наличии интереса со стороны заказчиков, серийное производство Як-152 с двигателями RED A03/V12 может начаться уже в 2014 году.

В нашей стране экспериментальный Як-52 с мотором RED A03/V12 впервые был продемонстрирован на Чемпионате мира по пилотажу на Як-52, прошедшем в июне этого года. Как и на более ранних зарубежных мероприятиях, опытный самолет экспонировался со снятым капотом. Кроме того, все желающие могли рассмотреть двигатель, стоящий на отдельной подставке, и задать свои вопросы непосредственным руководителям авиамоторного проекта. На составе авторов проекта стоит остановиться отдельно. Основателем компании RED Aircraft является известный в определенных кругах моторист и гонщик В. Райхлин. В прессе часто отмечается, что он является первым в мире инженером, которому удалось создать дизельный двигатель, способный стабильно работать на авиационном керосине и при этом сохранять достаточную для авиации надежность. В то же время, в эксплуатации уже находится несколько авиационных дизелей с возможностью использования керосина. Так что спишем утверждения о «первом в мире» на рекламу нового проекта. Также определенный интерес представляет «финансовая поддержка» проекта. Основным инвестором дизельной программы является холдинг «Финам». Примечательно, что аэродром в Большом Грызлове, на котором прошел июньский чемпионат, принадлежит именно этой организации и носит ее название.

Немного о конструктивных решениях, примененных в двигателях A03/V12 и A05/V6. Утверждается, что ряд узлов и агрегатов был спроектирован почти с нуля, а главная «изюминка» проекта – система EECU (Electronic Engine Control Unit – Электронный блок управления двигателем) – является полностью собственной разработкой RED Aircraft. В ведение этой аппаратуры входит контроль над работой двигателя в целом и его систем в отдельности, а также корректировка различных параметров для сохранения требуемого режима работы. Еще одно интересное решение касается всех прочих систем двигателя. Топливная и электрическая схемы двигателя, равно как турбонаддув и охлаждение, разделены на два независимых друг от друга контура. Благодаря такому решению, при отказе одного из контуров двигатель сохраняет работоспособность, хотя и теряет часть мощности. Тем не менее, и на оставшихся оборотах и лошадиных силах самолет может дотянуть до аэродрома. Естественно, без выполнения сложного пилотажа.

Большинство работ по доводке двигателя RED A03/V12 было закончено еще в конце прошлого года. В ходе испытательных полетов и регулировок сотрудники RED Aircraft определяли оптимальные режимы работы мотора. Кроме того, для повышения экономичности и эффективности работы двигателя пришлось уделить внимание взаимодействию двигателя и воздушного винта. В результате всех доработок удельный расход топлива (авиационный керосин) был доведен до уровня в 160 г/л.с.∙ч, а максимальная мощность, на которой двигатель может работать в течение длительного времени, достигла 480 лошадиных сил. Эта мощность сохраняется до высоты в три тысячи метров, где находится первая граница высотности. Что касается максимальной мощности на взлетном режиме, то она оказалась равной 500 л.с., а не 700, как говорилось ранее.

В целом, дизельные двигатели компании RED Aircraft являются достаточно интересным проектом, имеющим неплохие перспективы. Однако все радужные планы могут быть разрушены экономической ситуацией. Двигатели A03/V12 и A05/V6 предназначаются, в первую очередь, для перспективных отечественных учебно-тренировочных самолетов. Вряд ли этот сегмент авиационного рынка России можно назвать в достаточной мере развитым и массовым. Как следствие, спрос на новые Як-152 может быть недостаточным, что повлияет и на выпуск двигателей для него. Будем надеяться, в ближайшее время ремоторизированный Як-152 (в исходном проекте он оснащался бензиновым двигателем М-14Х) не только поднимется в воздух, но и привлечет внимание заказчиков, как в нашей стране, так и за рубежом. По итогам реакции на первый полет нового самолета можно будет делать более реалистичные выводы о перспективах самолета и двигателя.

По материалам сайтов:http://red-aircraft.com/http://yak.ru/http://bmpd.livejournal.com/http://pkk-avia.livejournal.com/http://mfavs.ru/

topwar.ru