Пламенный мотор

Пламенный мотор


Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, а также сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы.

ИСТОРИЯ


Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.

Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, когда братья Райт запускали свой первый самолет «Флайер-1», российский ученый опубликовал труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором разработал основы теории реактивного движения. Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Циолковскому потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.

Пламенный мотор

Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки


Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.

В СССР разработкой турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался легендарный авиаконструктор Архип Люлька. Еще в апреле 1940 года он запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Архип Люлька не нашел поддержки у руководства страны. С началом войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в срочном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1.

Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А.М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).

Пламенный мотор


ПРИНЦИП РАБОТЫ

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по принципу обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.

При этом понятно, что работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. Поэтому газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием – охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.

Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.

Пламенный мотор


Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.

Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. Ее раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку-пропеллер. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии.

После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.

ПОКОЛЕНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.

К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15 и на самолеты ИЛ-28, ТУ-14.

Пламенный мотор

Истребитель МИГ-15


ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.

Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.
Первоисточник: http://rostec.ru/news/4513237


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Загрузка...
Комментарии 17
  1. НИВХ 23 апреля 2014 08:41
    Тема достойная более широкого раскрытия и не в пределах одной статьи.
    НИВХ
  2. Sirocco 23 апреля 2014 08:48

    [quote]Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, российский ученый опубликовал труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором разработал основы теории реактивного движения. ][/quote][/quote][quote]Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии.[/quote] На счет Германии у меня возникли сомнения, а возникли они после просмотра передачи про К.Э.Циолковского, и его творения, первый в мире аэростат из металла, чертежи которого он предъявил в Императорскую академию наук. По иронии судьбы этот аппарат был сделан через пару лет немцами, а чертежи этого чуда передали из этой ИАН, и судя по всему, не только эти чертежи, но и другие от других конструкторов. Это и объясняет эту прыть с которой запад вырвался вперед. К слову, та же система действовала и действует поныне, обратите внимание, кто работает в США, хоть по электронике, физике, и химии.
    1. melman 23 апреля 2014 10:43
      Как обычное русское "если бы это было возможно, его бы уже сделали англичане"
  3. DiViZ 23 апреля 2014 09:54
    Эту информацию я в википедии могу найти. Вы бы лучше рассказали как там дела с двигателями 5го поколения. На т50 сначала должны ставить старые двигатели а затем доработанные. И хотелось бы узнать о двигателях 6го поколения, будут ли они существовать.
  4. inkass_98 23 апреля 2014 10:16
    , в учебнике физики можно получить больше информации. Хорошо бы эту тему шире осветить.
  5. nvn_co 23 апреля 2014 13:18
    Не в обиду конечно автору, но, что этой статьей автор хотел донести?
  6. serrrrgo 23 апреля 2014 13:42
    Дело в том, что этот сайт на досуге читает гораздо большее количество людей чем учебники физики, потому многим будет интересно и полезно.
  7. 52гим 23 апреля 2014 15:40
    автор! Раскрой тему ширше и глубче! На сайт лазют не только те, кто учился физике за восьмой класс в 1986 году, но и просто заинтересованные люди, которые рады бы понять и разобраться, да нет ни времени, ни толкового советчика.Уровень образования упал, а педивикия не дает полного понимания предмета.Например , расскажите интересующимся о дрыгателях с центробежным компрессором, их применение, об отклонениях в "генеральной "линии развития ТРД. У Вас есть интересная "инфа", так поделитесь,не жадничайте! Не корысти ради, токмо волею пославшей меня молодежи! И почему у А.Люльки все-таки АЛ-7 вышел "горбатым"?
  8. propolsky 23 апреля 2014 16:01
    Больная тема для нашей авиапромышленности. Вместе с прекрасной аэродинамикой самолетов, тяжелый, а часто и трагический путь двигателестроения... Не все так шикарно и уверенно.
  9. dizelniy 23 апреля 2014 16:57
    Можно было бы смолчать, но ведь молодёжь воспримет это за чистую монету. "Кровавый" большевистский режим в самый трудный год своего существования - 1918, в декабре месяце за подписью В.И. Ленина издаёт указ о создании ЦАГИ под руководствам Н.Е. Жуковского(отец русской авиации в терминологии советского времени) и выделяет деньги. Через пол года в ЦАГИ создаётся винтомоторная группа. Её руководитель Б.С. Стечкин со своим коллективом работают над научными основами создания газотурбинных двигателей. Такая теория была разработана и опубликована в 1929г. получив широкий отклик и признание. Параллельно инженер Базаров разрабатывает проект реактивного двигателя с центробежным компрессором. Впервые в мире. Проект развития не получил, однако на Коломенском заводе создают турбовинтовой двигатель мощностью 1500 л.с. с температурой перед турбиной в 1500 градусов. Было применено охлаждение турбины водой. Двигатель отработал на стенде 50 ч. А.И. Люлька передал для регистрации свою заявку на двухконтурный двигатель 22 апреля 1941г. В этом же году переданы на Ленинградский завод и чертежи на изготовление двигателя ТР-1 с расчётной тягой 800 кг. В Германии эксплуатационной готовности ТРД достиг в 1943г. после череды неудач. Двигатель ТР-1 к 1946г. выпускали малой серией для опытных самолётов различных КБ. Су-11 в тексте не тот самолёт на котором стоял этот мотор. На фото серийный самолёт Су-11 с двигателем АЛ-7Ф. Су-11 с двумя моторами под крылом в серию не пошёл. А.И. Люлька занимался исключительно реализацией своих идей. "Кровавому" Сталину удалось разглядеть гения и перспективу его идей. В результате мы получили двигатели АЛ-5;7;21;31. Источник "ТРД" издания Пермского университета.
    dizelniy
  10. Takashi 23 апреля 2014 16:59
    Двигателестроение - вообще очень больная тема для России. Если капнуть по ближе, то нормальных движков - нет.
    1. i.xxx-1971 13 июня 2014 20:16
      Особенно РД-180 наверное фуфло американское
      i.xxx-1971
    2. i.xxx-1971 13 июня 2014 20:16
      Особенно РД-180 наверное фуфло американское
      i.xxx-1971
  11. dizelniy 23 апреля 2014 17:09
    Цитата: Takashi
    Двигателестроение - вообще очень больная тема для России. Если капнуть по ближе, то нормальных движков - нет.

    Если КАПНУТЬ то их и не увидишь. Мы пережили деиндустриализацию, потерю правильной мотивации, из-за этого деньги стали "пилить", а не вкладывать в производство. Сейчас настраивается, очень болезненно механизм управления отраслью, рабочих кадров мало, зарплаты низкие и т.д.
    dizelniy
  12. skitden 24 апреля 2014 18:34
    интересная статья.+
    skitden
  13. gridasov 25 апреля 2014 20:24
    Современные турбины имеют ключевой недостаток, о котором так вслух и сказать-то нельзя. Это еще слабо сказано. Алгоритм физического процесса организации гидро газо динамического потока организуется принципиально не логично. Это и вызывает необходимость использования чистого углеводородного топлива , а не устойчивых эмульсионных смесей, к тому же подготовленных в момент использования. Более того нет необходимости решать сложные , а точнее невыполнимые задачи охлаждения лопаток турбин. Но самая главная проблема состоит в том , что на современных физических принципах и алгоритмах процесса ,невозможно на порядки увеличить скорость неразрушающегося вращения ротора. Это в свою очередь не позволяет не только правильно сбалансировать энергосодержательность потока на "входе и выпуске", но и увеличить производительность самого потока "жидкости или газа". Не будет понимания основ физического процесса , не будет результата. Анализ высоко потенциальных энергетических комплексных процессов на частных и приближенных алгебраических решениях невозможно. Тело движется в среде и это формирует пространство сопряженных взаимодействий. Не зная того , как и почему образуются магнитные силовые потоки и где и почему образуются участки критической поляризации , невозможно двигаться вперед.
  14. rubin6286 26 апреля 2014 19:21
    Становление советского реактивного двигателестроения и реактивной авиации в конце 40-х годов в основе своей имело немецкие технологии, промышленные образцах и осуществлялось при участии немецких специалистов. Целые заводы вывозились по репарациям в СССР, где возникали новые лаборатории, КБ, производственные цеха и корпуса. Этим же путем шли другие страны-победительницы и разница, на первых порах, была в том, что у русских для создания реактивной авиации не было вообще ничего, а союзники располагали не только широкой производственной и научной базой, но и немалыми экономическими возможностями.
    Утверждая о том, что немецкие решения в области реактивной авиации нигде не получили в дальнейшем развития, автор просто не владеет достаточной информацией. Про это раньше мало писали и еще меньше рассказывали. Купленные и скопированные в послевоенные годы английские авиадвигатели «Дервент» и «Нин», устанавливавшиеся в дальнейшем на МиГ-9, МиГ-15,Ла-15 создавались при активном участии немецких специалистов. Немецкие двигатели стояли на первом аргентинском реактивном самолете, спроектированном Куртом Танком в 50-х годах и на индийском «Хиндустан-24». В этот же период много немецких наработок в области двигателей использовали французы при создании самолетов с комбинированной (ТРД + ЖРД) силовой установкой – «Ледюк», «Тридан». Вилли Мессершмитт оказывал техническую и консультационную поддержку при создании американских самолетов Ф-102 «Вуду» и Ф-8 «Крусейдер». Немецкий опыт, конечно, пригодился всем, но советские конструкторы в решении практических задач пошли значительно дальше. Поступившие на вооружение в 50-х годах самолеты ТУ-16,Ил-28,Миг-19,Як-25 имели уже отечественные турбореактивные двигатели, не уступавшие западным образцам.

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня