Что приводит в движение самолеты с поршневым двигателем - АвтоКлуб Toyota
Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что приводит в движение самолеты с поршневым двигателем

Авиационные газотурбинные двигатели

Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

Авиационные ГТД можно можно разделить на:

  • турбореактивные двигатели (ТРД)
  • двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)
  • Турбовинтовые двигатели (ТВД)
  • Турбовальные двигатели (ТВаД)

Притом, ТРД и ТРДД могут содержать в себе форсажную камеру, в таком случае они будут ТРДФ и ТРДДФ соответственно. В этой статье мы их рассматривать не будем.

Начнём с турбореактивных двигателей.

Этапы развития аппаратов тяжелее воздуха

Можно выделить следующие этапы развития аппаратов тяжелее воздуха.

1. Аппараты с грубыми аэродинамическими формами

Этап охватывает период со дня первого полета самолета братьев Райт до некоторой условной границы — 20–30-е годы XX века.

Понимание того, какие требования нужно предъявлять к конструкции и форме самолета, чтобы осуществить желание человека перемещаться в пространстве быстро и в любом направлении, пришло к конструкторам и испытателям самолетов не сразу. В процессе развития авиации пришлось придать самолету «аэродинамические формы», то есть убрать все выступающие части (такие, например, как шасси) и сделать обтекаемыми те детали, которые убрать не представляется возможным. Наконец, потребовалось создать для летчика комфортные условия полета. Для всего этого авиации пришлось проделать долгий и небезопасный путь.

2. «Эра поршневых двигателей»

Этап характеризуется развитием военной и возникновением почтово-пассажирской авиации. Начался с окончанием Первой мировой войны.

Начиная с 1918 года были запущены два процесса. Первый — фактическое начало подготовки новой войны, что привело к стремительному качественному и количественному росту военно-воздушных сил крупнейших стран мира (Франции, Англии, США, позднее Германии). Достаточно сказать о таком параметре, как скорость полета, которая возросла со 140 км/ч, характерных для самолетов первого периода, до 300–400 км/ч, то есть в 2–3 раза.

Второй процесс — демилитаризации авиации. Начался во Франции. Для почтовых перевозок использовались сначала оставшиеся не у дел военные самолеты, а позднее — специально проектируемые. Вслед за почтовым сообщением появилось и пассажирское. На одной из почтовых линий в Северной Африке работал Антуан де Сент-Экзюпери.

3. Завершение развития самолетов с поршневыми двигателями, появление реактивной авиации

Этап начался условно с 1940 года. В это время в СССР, Германии и Англии проводились работы по реактивным летательным аппаратам. В СССР и Германии разрабатывали самолет с ракетным двигателем, а в Англии — с газотурбинным двигателем (ГТД). Позднее в Германии приступили к разработке своего самолета с ГТД.

Одновременно совершенствовались самолеты с поршневыми двигателями. Испытание новых скоростных самолетов выявило новые, неизвестные ранее, явления. Например, флаттер — возбуждение колебаний элементов конструкции самолета под действием аэродинамических сил, что приводило в ряде случаев к разрушению самолета в воздухе.

Неожиданный «сюрприз» преподнесли первые реактивные самолеты. При достижении некоторой скорости самолет произвольно переходил в пикирование, иначе говоря «опускал нос», и из этого положения аппарат вывести не удавалось. Потребовались дополнительные теоретические и экспериментальные исследования, в результате чего современные самолеты приобрели привычный для нас облик.

4. Реактивная эра

Современный этап развития. Появление реактивных двигателей привело к увеличению высот и скоростей полета в несколько раз — с предельной для самолетов второй мировой войны скорости 700 км/ч и высоты полета до 10 км до скорости более 2000 км/ч и высот полета более 20 км.

Был преодолен так называемый «звуковой барьер». Современные самолеты летают со скоростями, превышающими скорость звука в 2–3 раза (отношение скорости полета самолета к скорости звука, равной примерно 340 м/с, обычно обозначают М — «число Маха»).

Был преодолен «тепловой барьер», связанный с полетом на сверхзвуковой скорости, когда повышение температуры корпуса самолета оказывалось больше допустимого. Для решения проблемы потребовалось применение новых материалов и специальных мер. Например, на Ту-144 применялось охлаждение корпуса топливом.

Читать еще:  Горит чек на приоре двигатель работает нормально причина

Наконец, современные самолеты освоили космические высоты, ранее недостижимые для подобных летательных аппаратов.

Интересно, что.

  • Первыми движение с шестью степенями свободы (как у самолета) освоили цирковые акробаты, у акробатов же была подсмотрена и знаменитая фигура высшего пилотажа — «Петля Нестерова».
  • Совершенствование аэродинамики и применение оригинальных решений в управлении полетом рождает совершенно невообразимые фигуры, одна из них так и называется «Абракадабра».
  • Как ни печально, но именно войны стимулировали развитие авиации.
  • Введение брони в конструкцию самолета Ил-2 до сих пор считается блестящим примером инженерно-технического решения и включено во все учебники по Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).
  • При преодолении самолетом звукового барьера раздается сильный хлопок, и можно видеть конус более плотного воздуха, сформированный ударной волной.
  • Для каждого самолета существует своя высота, на которой он может развить максимальную скорость.

Драма большой поршневой авиации: проекты из прошлого

Bristol Brabazon

Так назывался экспериментальный британский пассажирский лайнер с трансконтинентальными возможностями. Расшифруем. Bristol – это город в Англии, а также одна из старейших и давно поглощенных авиастроительных компаний страны. Brabazon – фамилия подполковника, английского лорда и пионера британской авиации. В военные годы лорд Джон Брабазон возглавлял Министерство транспорта, но потом был вынужден подать в отставку после того, как выразил надежду на взаимное уничтожение СССР и Германии в ходе Сталинградской битвы. Это был скандал. Тем не менее в 1943 году подполковник возглавил правительственную комиссию, в задачу которой входило определение послевоенного будущего британского авиапрома.

Комиссией было установлено несколько типов самолетов, в которых Британия будет нуждаться после окончания боев в Европе. Среди них был так называемый Type 1 – вместительный пассажирский самолет, способный совершать трансатлантические полеты. Накануне и во время войны компания Bristol пыталась разрабатывать сверхтяжелый дальний бомбардировщик, но проект оказался невостребованным: в войне с Гитлером вполне хватало американских бомберов и местных «Ланкастеров». Однако предложенный комиссией Брабазона Type 1 вдохновил конструкторов и менеджмент Bristol. Заявка была подана и Bristol получила правительственный заказ на строительство двух прототипов.

В основу нового пассажирского лайнера были положены разработки по несостоявшемуся бомбардировщику. В результате у конструктора Лесли Фрайса получился один из самых больших пассажирских самолетов в мире, и самый большой из когда-либо произведенных в Британии. Достаточно сказать, что размахом крыльев он превосходил Boeing 747, который появится только через пару десятилетий, а диаметром фюзеляжа – самый современный A350 XWB (напомним, что XWB – это extra wide body, «сверхширокий фюзеляж»). Самолет оснастили восьмеркой поршневых двигателей Bristol Centaurus (2650 л.с. каждый) – ранее такие устанавливались на истребители Hawker Tempest и Hawker Sea Fury. Лайнер обеспечивал дальность 8900 км при скорости 400 км/ч.

Первый полет первого и единственного образца был совершен 4 сентября 1949 года, в следующем году он уже красовался на авиасалоне в Фарнборо. Тем не менее Bristol Brabazon, названный в честь лорда-покровителя, оказался ошибкой и тупиком. И дело не только в поршневых двигателях в эпоху, когда на крыло уже становилась реактивная и турбовинтовая пассажирская авиация, но и в чисто маркетинговом просчете. При огромных размерах самолет должен был брать на борт около 100 человек, которым предлагались просто царские условия: огромное пространство на каждого пассажира, плюс бар, кинотеатр, лаунж. В общем, подсчитали и прослезились: в экономику авиаперевозок послевоенного времени такой шик никак не вписывался. Проект закрыли, самолет утилизировали наряду со вторым, недостроенным опытным образцом. Кстати, его проектировали уже под турбовинтовые силовые установки.

Lockheed Сonstellation

Одной из причин неудач британского авиапрома, приведшей к его почти полному исчезновению, были успехи американских конкурентов (мы об этом рассказывали в нашей статье «Жертвы конкуренции и катастроф: куда подевались британские лайнеры»). Даже в «поршневом» сегменте американцам удалось сработать успешнее. В 1939 г. авиакомпания TWA, крупным акционером которой являлся легендарный Говард Хьюз, предложила фирме Lockheed разработать самолет вместимостью 40 пассажиров и дальностью свыше 5600 км, что достаточно для перелета через Атлантику. Конструкторы Келли Джонсон и Рон Хиббард превысили заданный показатель. Самолет Lockheed Constellation (т.е. «Созвездие»), отправившийся в первый полет в январе 1943 года имел дальность 7300 км и мог развивать скорость до 550 км/ч (сравним с 400 км/ч неудачливого «Брабазана»).

Читать еще:  Давление масла в двигателе м 412 как повысить

Во время войны было выпущено 22 машины в военно-транспортном варианте С-69С, а уже в 1945 г. началась коммерческая эксплуатация гражданского самолета в авиакомпаниях, прежде всего TWA и Pan American. В разных модификациях «Созвездие» мог принимать на борт до 109 пассажиров. Машину оснастили четырьмя поршневым звездообразными турбированными 18-цилиндровыми двигателями Wright R-3350 Turbo Compound (мощность порядка 2500 л.с. ). Несмотря на то, что на больших дистанциях Constellation быстро вытеснили самолеты с газотурбинными двигателями, эти рабочие лошадки с причудливо выгнутыми фюзеляжами и тремя килями еще долго работали у военных и на местных линиях на разных континентах вплоть до 1990-х годов. Стоит упомянуть, что и другие производители – Boeing и Douglas — имели в своем ассортименте машины близкого класса. Например, отличавшийся высочайшим уровнем комфорта также поршневой Boeing 377, который являлся по сути глубокой модификацией знаменитой «суперкрепости» — тяжелого бомбардировщика B-29.

Были у B-29 и другие, не вполне официальные, потомки. Как известно, советский бомбардировщик Ту-4 – это нелицензионный клон американской «суперкрепости», созданный методом обратной разработки (реверс-инжиниринга). Времена менялись, у США появилось ядерное оружие, а Советский союз вот-вот собирался им обзавестись. Чтобы не остаться беззащитными и получить возможность при необходимости ответить Америке, понадобился бомбардировщик с большей дальностью и большей боевой нагрузкой. Кроме того, и американский авиапром не стоял на месте, произведя глубокую модернизацию B-29 под именем B-50.

ОКБ Туполева пошло в том же направлении, начав в ответ работы над модификацией Ту-4, которая получила название Ту-80. Потом в США появился межконтинентальный стратегический бомбардировщик B-36 и задача для советских авиаконструкторов стала еще сложнее. Следующей ступенью стал Ту-85 – бомбардировщик с практической дальностью 12000 км при бомбовой нагрузке 5 т. На высоте 10 000 м он мог развивать скорость 638 км/ч. Первый полет опытного экземпляра Ту-85 состоялся в январе 1951 года. Самолет оснастили четырьмя турбокомпаундными (то есть дополнительно использующими энергию турбин) поршневым двигателем со звездчатым расположением блоков цилиндров (четыре цилиндра – 6 лучей). Охлаждение силовых установок – жидкостное с дополнительным воздушным. Существовала и конкурирующая силовая установка на воздушном охлаждении — АШ-2ТК – но она так и не была доведена до нужной кондиции. В том же 1951 году проект Ту-85 был закрыт.

Опыт боев в Корее показал, что поршневому бомбардировщику не хватает скорости для борьбы с реактивными истребителями. Поэтому туполевцы перешли к проектированию турбовинтового бомбардировщика Ту-95, поздние модификации которого находятся в рядах российских ВКС до сих пор. В его создании, разумеется, были учтены наработки по Ту-80 и ТУ-85, что позволяет некоторым злым языкам на Западе называть нашего «Медведя» модификацией B-29 Superfortress.

Convair B-36

Convair B-36 Peacemaker («Миротворец») – шестимоторный бомбардировщик, в котором Советский Союз видел угрозу и на который ответил, разработав Ту-85, изначально не проектировался как оружие холодной войны. Потребность в тяжелом дальнем бомбардировщике стала ощущаться у американцев в начале 1941 года, когда все еще сохранялась возможность падения Англии. В этом случае США (при условии вступления в войну, а дело было до Пирл-Харбора) лишились бы аэродромов Великобритании, и бомбы для Гитлера пришлось бы возить через океан, желательно побыстрее, без дозаправок и вне досягаемости немецких зениток. Несколько позже обсуждалась возможность бомбить Японию с аэродромов на Гавайях.

Поначалу военные запросили нечто фантастическое – рабочий потолок 14 000м, максимальная скорость 720 км/ч и дальность 19 000 км. Им объяснили, что существующие технологии пока не позволяют соответствовать этим запросам. Тогда требования снились: потолок 12000 м, дальность 16000 км, максимальная скорость 700 км/ч. Самолет впервые поднялся в воздух уже после окончания войны – в 1946 г., а в 1948 году был принят на вооружение.

Читать еще:  Влияние неисправности вакуумного усилителя тормозов на работу двигателя

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.

Радиальный авиационный поршневой двигатель

В настоящее время радиальные поршневые моторы опять стали востребованы в авиации. Они активно применяются в спортивных моделях самолетов, либо в изготовленных по персональным заказам. Все они малых размеров. Устройство авиационного поршневого двигателя радиального вида, в отличие от иных моторов, заключается в том, что его цилиндры расположены вокруг коленвала через равные углы, как радиальные лучи (звездочки). Это и дало ему название — звездообразный. Такие моторы оборудуются выхлопной системой, которая расходится радиальными лучами. Более того, двигатель этого типа может иметь несколько звезд — отсеков. Это возможно вследствие того, что коленвал увеличивают в длину. Как правило, радиальные двигатели изготавливают с нечетным количеством цилиндров. Это позволяет подавать искру в цилиндр через один. Но делают и радиальные моторы с четным числом цилиндров, однако их количество должно быть больше двух.

Самым большим недостатком двигателей радиального типа является возможность проникновения масла к нижним цилиндрам мотора, когда самолет находится на стоянке. Эта проблема достаточно часто приводит к возникновению мгновенного гидроудара, что влечет поломку всего кривошипно-шатунного механизма. Для недопущения таких проблем перед пуском мотора требуется постоянная проверка состояния нижних цилиндров на предмет отсутствия проникновения к ним масла.

К достоинствам двигателей радиального типа относят их малые габариты, простоту эксплуатации и приличную мощность. Обычно их устанавливают на самолеты спортивных моделей.

Перспективные разработки

Авиаконструкторы стараются избавиться от недостатков винтовых самолетов. Среди наиболее перспективных разработок выделяют:

  • турбовентиляторный двигатель;
  • саблевидные лопасти;
  • разработка сверхзвуковых воздушных изделий.

Разработка турбовентиляторного двигателя — реализованный проект, который позволил получить высококачественные двигатели. Многие турбовентиляторные двигатели сейчас используются на пассажирских авиалайнерах. Эти двигатели отличает повышенная экономичность, что является существенным фактором в пассажироперевозках.

Для решения проблемы эффекта запирания крутящий момент двигателя разделяется между двумя соосными винтовыми изделиями. Таким образом достигается более высокая скорость при полете. Наиболее успешным самолетом, который использует данный метод, считается Ту-95. Стоит отметить, что для решения проблемы реактивных моментов на вертолете также используются соосные лопасти несущих винтов.

Создание усовершенствованных винтомоторных установок ведется до сих пор, однако составить конкуренцию турбовентиляторным или реактивным вариантам они не могут. Несмотря на это, винтовые судна обладают некоторыми особенностями, которые позволяют использовать их для решения узкоспециализированных задач.

Отечественные поршневые авиационные моторы

История производства поршневых моторов в России начинается с 1910 года. Массовый выпуск начался в годы Первой мировой войны. В Советском Союзе советские поршневые авиационные двигатели собственной конструкции стали создавать с 1922 года. С ростом промышленного производства, в том числе авиационного, страна стала массово выпускать поршневые моторы 4-х производителей. Это были двигатели В. Климова, А. Швецова, завода № 29, А. Микулина.

После войны начинается процесс модернизации авиации СССР. Проектируются и создаются авиадвигатели для новых самолетов. Активно развивается реактивное самолетостроение. В 1947 году вся военная авиация, работающая на высоких скоростях, переходит на реактивную тягу. Поршневые авиадвигатели применяются только на учебных, спортивных, пассажирских и военно-транспортных самолетах.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector