Repülőgép hajtómű

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. december 24-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 8 szerkesztést igényelnek .

A levegősugaras motor (WRD) egy termikus sugárhajtómű , amelynek munkaközege atmoszférikus levegő és üzemanyag égéstermékeinek keveréke . Az üzemanyag elégetésekor a munkafolyadék felmelegszik, és kitágulva nagy sebességgel kifolyik a motorból, sugárhajtást hozva létre .

A VKI-ket főként a légkörben repülésre tervezett járművek meghajtására használják. A WFD-ket az égésterekbe jutó levegő elősűrítésének módja szerint osztják fel: kompresszor nélküli, amelyben a levegőt csak a légáramlás sebességi nyomása sűríti, és kompresszor, amelyben a levegőt kompresszor sűríti.

Nyilvánvalóan először ezt a kifejezést nyomtatott kiadványban használta 1929 - ben B. S. Stechkin a "Technology of the Air Flotta" folyóiratban, ahol megjelent "A légi sugárhajtómű elmélete" című cikke. . Magyarul ez a kifejezés felel meg a legpontosabban az airbreathing jet engine kifejezésnek .

Történelem

A gázturbinás motor első szabadalmát az angol John Barber adta ki 1791 -ben . Az első légsugárhajtóműves repülőgép-projekteket a XIX. század 60-as éveiben hozta létre P. Maffiotti ( Spanyolország ), Ch. de Louvrier ( Franciaország ) és N. A. Teleshov ( Oroszország ) [1 ] ] . 1913. november 15-én az "Aérophile" magazinban René Laurent először publikált egy sugárhajtású hajtómű diagramját . [2]

Az első repülőgép, amely a von Ohain által tervezett HeS 3 turbóhajtóművel emelkedett az egekbe , a He 178 volt. (Heinkel Németország cég), Erich Warzitz pilótahajó -kapitány üzemeltette (1939. augusztus 27.). Ez a repülőgép sebességében (700 km/h) felülmúlta korának összes dugattyús vadászgépét, amelyek maximális sebessége nem haladta meg a 650 km/h-t, , ugyanakkor kevésbé volt gazdaságos, és ennek eredményeként kisebb volt a működési sugár. Emellett nagyobb volt a fel- és leszállási sebessége, mint a dugattyús repülőgépeknek, amihez hosszabb, jobb felületű kifutópályára volt szükség.

A Szovjetunióban először 1943 márciusában, A. M. Lyulka által kifejlesztett valódi vadászgép VKI -vel rendelkező projektjét javasolta az OKB-301 vezetője M. I. Gudkov . A repülőgép neve Gu-VRD [3] . A projektet a szakértők elutasították, elsősorban azért, mert nem hittek a VFD relevanciájában és előnyeiben a dugattyús repülőgép-hajtóművekkel összehasonlítva.

1944 augusztusa óta Németországban megkezdődött a Messerschmitt Me.262 sugárhajtású vadászbombázó sorozatgyártása, amely két Junkers által gyártott Jumo-004 turbóhajtóművel volt felszerelve . 1944 novembere óta pedig elkezdték gyártani az első Arado Ar 234 Blitz sugárhajtású bombázót ugyanazokkal a motorokkal. A Hitler-ellenes koalíció szövetségeseinek egyetlen sugárhajtású repülőgépe, amely hivatalosan is részt vett a második világháborúban , a Gloucester Meteor (Nagy-Britannia) volt F. Whittle által tervezett Rolls-Royce Derwent 8-as turbóhajtóművel (amelynek tömeggyártása még korábban kezdődött ). mint a németek).

A háború utáni években a sugárhajtóművek gyártása új lehetőségeket nyitott meg a repülésben: a hangsebességet meghaladó repülések, a dugattyús repülőgépek teherbírásánál sokszorosan nagyobb teherbírású repülőgépek létrehozása.

A Szovjetunió első soros sugárhajtású repülőgépe a Yak-15 vadászrepülőgép volt ( 1946 ), amelyet rövid időn belül fejlesztettek ki a Yak-3 repülőgépváz és az elfogott Jumo-004 hajtómű adaptációja alapján, a hajtóműépítési tervben. V. Ya. Klimov irodája RD-10 [4] jelzéssel .

1947 - ben_ sikeresen teljesítette az A. M. Lyulka tervezőirodájában (ma az UMPO fióktelepe) kifejlesztett első szovjet TR-1 turbósugárhajtómű [5] állami tesztjeit .

Az A. A. Mikulin Tervezőirodában kifejlesztett, két RD-3M-500 (AM-3M-500) turbóhajtóművel felszerelt Tu-104 ( 1955 ) a Szovjetunió első sugárhajtású utasszállító repülőgépe lett .

Az 1913-ban szabadalmaztatott ramjet motor ( ramjet ) tervezésének egyszerűségével vonzotta a tervezőket, de ami a legfontosabb, azzal a potenciális képességével, hogy szuperszonikus sebességgel és a légkör legmagasabb, legritkább rétegeiben, azaz olyan körülmények között tud működni. amelyekben más típusú Az 1930-as években az USA -ban (William Avery), a Szovjetunióban ( F. A. Zander , B. S. Stechkin , Yu. A. Pobedonostsev) végeztek kísérleteket ilyen típusú motorokkal .

1937-ben a francia tervező, René Leduc megbízást kapott a francia kormánytól egy kísérleti sugárhajtású repülőgép fejlesztésére. Ezt a munkát a háború félbeszakította, és a befejezése után folytatódott. 1946. november 19-én megtörtént az első menetelő sugárhajtású apparátus [6] . Aztán tíz év leforgása alatt számos további kísérleti járművet gyártottak és teszteltek ebből a sorozatból, köztük a legénységgel [7] . és 1957-ben a francia kormány megtagadta e munkálatok folytatását - a turbóhajtómű rohamosan fejlődő iránya akkoriban ígéretesebbnek tűnt.

Mivel számos hátránya van a pilóta repülőgépeken való használatnak (nulla tolóerő a helyén, alacsony hatásfok alacsony repülési sebességnél), a ramjet az előnyben részesített ramjet típus pilóta nélküli eldobható lövedékekhez és cirkálórakétákhoz, egyszerűsége, és ezért olcsósága és olcsósága miatt. megbízhatóság. Az 1950-es évek óta számos kísérleti repülőgépet és sorozatgyártású cirkálórakétát készítettek különféle célokra ilyen típusú hajtóművekkel az Egyesült Államokban.

A Szovjetunióban 1954 és 1960 között az OKB-301 S. A. Lavochkin [8] vezetésével kifejlesztette a Burya cirkálórakétát , amely nukleáris tölteteket [9] volt hivatott szállítani interkontinentális távolságokra, és sugárhajtóművet használt . fő motor . 1957-ben már szolgálatba állt az R-7 ICBM , amelynek ugyanaz a célja, és S. P. Koroljev vezetésével fejlesztették ki . Ez megkérdőjelezte a "Vihar" továbbfejlesztésének megvalósíthatóságát. A korszerűbb hazai fejlesztések közül említhetők a menetelő sugárhajtóműves hajóelhárító cirkáló rakéták : P-800 Oniks , P-270 Mosquito .

Az impulzussugaras hajtóművet (PUVRD) Martin Wiberg svéd feltaláló találta fel a 19. században . A leghíresebb (és az egyetlen sorozatos) repülőgép az Argus-Werken által gyártott Argus As-014 PUVRD-vel a német V-1 lövedék volt . A háború után Franciaországban ( SNECMA ) és az USA-ban ( Pratt & Whitney , General Electric ) folytatódtak az impulzusos sugárhajtóművek kutatása, emellett egyszerűségük és olcsóságuk miatt az ilyen típusú kismotorok igen népszerűvé váltak. a repülőgépmodellezők között és az amatőr repülésben megjelentek olyan kereskedelmi cégek, amelyek eladásra gyártanak PuVRD -t és a hozzájuk való szelepeket (kopóalkatrészek). [tíz]

Általános működési elvek

A VKI -k sokfélesége ellenére , amelyek jelentősen különböznek egymástól tervezésükben, jellemzőikben és alkalmazási körükben, számos olyan elv különböztethető meg, amelyek minden víz-keretirányelvben közösek, és megkülönböztetik őket más típusú hőmotoroktól .

A VKI termodinamikája

VRD - hőmotor . A hő munkává alakításának folyamatának termodinamikáját a sugárhajtómű és a turbósugárhajtómű esetében a Brayton-ciklus , a sugárhajtású motorok esetében pedig a Humphrey-ciklussal írja le . Mindkét esetben az a hasznos munka, amely miatt a sugáráram keletkezik, a fúvókában lévő munkafolyadék adiabatikus expanziója során történik, amíg annak statikus nyomása ki nem egyenlítődik a külső, atmoszférikus nyomással. Így a VKI esetében kötelező a következő feltétel: a munkaközeg nyomásának a tágulási fázis kezdete előtt meg kell haladnia a légköri nyomást, és minél nagyobb - annál nagyobb a termodinamikai ciklus hasznos munkája , és annál nagyobb a hatásfoka motor. De abban a környezetben, ahonnan a munkafolyadékot veszik, légköri nyomáson van. Ezért a WFD működéséhez valamilyen módon növelni kell a munkafolyadék nyomását a motorban a légköri nyomáshoz képest.

A WFD-k fő típusai (egyenes, pulzáló és turbósugárhajtású) mindenekelőtt a szükséges nyomásnövekedés elérésének műszaki módjában különböznek, és ami előre meghatározza egy ilyen típusú motor kialakítását.

Bármilyen típusú víz-keretirányelv legfontosabb műszaki paramétere a teljes nyomásnövekedés mértéke – a motor égésterében uralkodó nyomás és a statikus külső légnyomás aránya. A sugárhajtómű termikus hatásfoka ettől a paramétertől függ (lásd: Brayton -ciklus és Humphrey-ciklus ).

Sugárhajtás

VRD - egy sugárhajtómű , amely a motor fúvókán keresztül kiáramló munkafolyadék sugáráramának köszönhetően fejleszt tolóerőt . Ebből a szempontból a VKI hasonló egy rakétahajtóműhöz (RD), de abban különbözik az utóbbitól, hogy a munkaközeg nagy részét a környezetből – a légkörből, beleértve az oxigént is – veszi ki, amelyet a VKI-ben oxidálószerként használnak . Ennek köszönhetően a VRD előnyben van a rakétahajtóművel szemben a légkörben való repülés során. Ha egy rakétahajtóművel felszerelt repülőgépnek üzemanyagot és oxidálószert is szállítania kell , amelynek tömege az üzemanyag típusától függően 2-8-szor nagyobb, mint az üzemanyag tömege, akkor a fedélzetén víz- keretirányelvvel felszerelt berendezésnek kell lennie. csak üzemanyag -ellátás , és egy és Ugyanazon üzemanyagtömeg esetén egy rakétahajtóművel rendelkező berendezés energiaforrása többszöröse, mint egy rakétahajtóműves rakétaé.

A WFD munkaközege a fúvóka kimeneténél a tüzelőanyag égéstermékeinek és az oxigén kiégése után visszamaradó levegőfrakciók. Ha körülbelül 3,4 kg tiszta oxigén szükséges 1 kg kerozin (a rakétahajtóművek szokásos üzemanyaga) teljes oxidációjához, akkor, mivel a légköri levegő csak 23 tömegszázalék oxigént tartalmaz, 14,8 kg levegő szükséges a teljes oxidációhozez a tüzelőanyag, és így a munkafolyadék tömegének legalább 94%-a a kezdeti légköri levegőből áll. A gyakorlatban a víz-keretirányelvben általában túl sok a levegőáramlás (néha többször is az üzemanyag teljes oxidációjához szükséges minimumhoz képest), például turbóhajtóműves motorokban az üzemanyag tömegárama 1%. - a légáramlás 2%-a. [11] Ez lehetővé teszi a VKI működésének elemzésekor, hogy sok esetben a pontosság jelentős vesztesége nélkül a VKI munkaközegét mind a kilépésnél, mind a bemenetnél ugyanannak az anyagnak, a légköri levegőnek tekintsük. , és a munkafolyadék áramlási sebessége a motor áramlási részének bármely szakaszán azonos.

A WFD dinamikája a következőképpen ábrázolható: a munkafolyadék repülési sebességgel lép be a motorba, és a fúvókából kiáramló sugár sebességével távozik belőle. Az impulzusegyensúlyból a WJEsugár tolóerejének egyszerű kifejezését kapjuk: [11]

(egy)

ahol  a tolóerő,  a repülési sebesség,  a sugár kiáramlási sebessége (a hajtóműhöz viszonyítva),  a munkafolyadék tömegének a motoron áthaladó második áramlási sebessége. Nyilvánvaló, hogy a WJE csak abban az esetben hatékony (tolóerőt hoz létre), ha a munkafolyadék kiáramlási sebessége a motor fúvókájából meghaladja a repülési sebességet: .

A hősugárhajtómű fúvókájából kiáramló gáz sebessége függ a munkaközeg kémiai összetételétől, abszolút hőmérsékletétől a fúvóka bemeneténél, valamint a munkaközeg tágulási fokától a motor fúvókájában (a munkaközeg arányától). nyomás a fúvóka bemeneténél a nyomás a szakaszán).

A munkaközeg kémiai összetétele minden VKI esetében azonosnak tekinthető, mivel a hőmérséklet és a munkaközeg által a motor működése során elért tágulási foka tekintetében nagy különbségek vannak a különböző típusú VKI-k és a VKI-k különböző mintái között. azonos típusú.

A fentiek alapján megfogalmazhatóak a VKI fő hátrányai a RD-hez képest :

Repülési hatékonyság

Minden motoros repülőgép esetében a hajtómű által termelt mechanikai energiának csak egy részét fordítják a jármű mozgásba hozására, pl. gyorsulásán , a húzóerő leküzdésében , mászáskor pedig a gravitációban. A maradék, amely energiaveszteség, a sugársugár maradék mozgásának kinetikus energiájává alakul át a feltételesen mozdulatlan külső környezethez (a VKI esetében - a légkörhöz) képest.

A VKI, mint légcsavar hatékonysága meghatározza a repülési vagy tolóerő hatásfokát - a hajtómű által generált mechanikai energia relatív arányát, amelyet az eszköz mozgásba hozására fordítanak, a következő képlet fejezi ki :

(2)

Azok. ez a repülési sebesség és a repülési és a sugársebesség számtani átlagának aránya. Az (1) és (2) képletet összevetve arra a következtetésre juthatunk, hogy minél nagyobb a különbség a fúvókából kiinduló gázáram és a repülési sebesség között, annál nagyobb a motor tolóereje és annál kisebb a repülési hatásfok. Ha a repülési sebesség és a gázok kiáramlása a fúvókából egyenlő, akkor a repülési hatásfok 1, azaz 100%, de a motor tolóereje 0. Emiatt a VKI tervezése kompromisszum az általa létrehozott tolóerő és a repülési hatékonyság között.

Az elfogadható kompromisszum keresése a bypass turbó- , turbóventilátor- és turbóprop hajtóművek megalkotásához vezetett , amelyek jelenleg a legelterjedtebb repülőgép-hajtóművek, mind a nagy sebességű, a harci, mind a gazdaságos, utasszállító és szállítómotorok (lásd: Turbojet motor ).

Scramjet motor

A ramjet motor ( ramjet , eng.  Ramjet ) készülék szempontjából a legegyszerűbb a ramjet kategóriájában . A motor működéséhez szükséges nyomásnövekedés a szembejövő légáram lefékezésével érhető el.

A ramjet munkafolyamat röviden a következőképpen írható le:

  • A repülési sebességgel a motor beömlőnyílásába belépő levegő lelassul és összenyomódik, az égéstér bemeneténél a munkaközeg nyomása a motor áramlási útjának teljes hosszában eléri a maximális értéket.
  • Az égéstérben lévő sűrített levegő a hozzá szállított tüzelőanyag oxidációja miatt felmelegszik, miközben a munkaközeg belső energiája megnő.
  • A fúvókában kitágulva a munkaközeg a szembejövő áramlás sebességénél nagyobb sebességgel felgyorsul és kiürül, ami sugár tolóerőt hoz létre.

Szerkezetileg a ramjet rendkívül egyszerű eszközzel rendelkezik. A motor egy égéstérből áll, amelybe a levegő a diffúzorból, az üzemanyag pedig az üzemanyag-befecskendezőkből kerül be. Az égéstér a fúvóka bejáratával végződik, általában szűkül-tágul .

A repülési sebességtől függően a sugárhajtóműveket szubszonikusra , szuperszonikusra és hiperszonikusra osztják . Ez a felosztás az egyes csoportok tervezési jellemzőinek köszönhető.

Szubszonikus ramjet motorok

A szubszonikus ramjet motorokat úgy tervezték, hogy 0,5 és 1 közötti Mach-számú sebességgel repüljenek . A fékezés és a légsűrítés ezekben a motorokban a bemeneti eszköz – a diffúzor – táguló csatornájában történik .

A szubszonikus sebességnél (maximum - 1,9 M = 1-nél) a légfékezés során tapasztalható alacsony nyomásnövekedés miatt ezeknek a motoroknak nagyon alacsony a termikus hatásfoka (16,7% M = 1-nél ideális folyamatban, a veszteségek figyelembevétele nélkül). , emiatt versenyképtelennek bizonyultak más típusú repülőgép-hajtóművekhez képest, és jelenleg nem gyártják őket tömegesen.

Szuperszonikus ramjet motorok

Az SPVRD 1-5 Mach tartományban történő repülésekhez készült . A szuperszonikus gázáramlás lassulása mindig szakaszosan (ugrásszerűen) következik be lökéshullám kialakulásával, amelyet lökéshullámnak is neveznek . Minél intenzívebb a lökéshullám, vagyis minél nagyobb az áramlási sebesség változása az elején, annál nagyobb a nyomásveszteség, amely meghaladhatja az 50%-ot.

A nyomásveszteség minimalizálható, ha a kompressziót nem egy, hanem több egymást követő kisebb intenzitású lökéshullámban szervezzük meg, amelyek mindegyike után az áramlási sebesség csökken. Az utolsó ugrásnál a sebesség szubszonikussá válik, és a táguló diffúzor csatornában folyamatosan további lassulás és légsűrítés lép fel.

A szuperszonikus sebességtartományban a ramjet sokkal hatékonyabb, mint a szubszonikus. Például 3 Mach-nál egy ideális sugárhajtóműnél a nyomásviszony 36,7, ami összevethető a turbómotorok nagynyomású kompresszoraival (például az AL-31FP turbjet motornál ez az érték 23), a termikus hatásfok pedig elméletileg eléri a 64,3%-ot. A valódi ramjeteknél ezek a számok alacsonyabbak, de még a veszteségeket is figyelembe véve a 3-tól 5-ig terjedő repülési Mach-számtartományban a szuperszonikus ramjet -ek hatékonysága jobb, mint az összes többi típusú ramjet .

Az SPVRD üzemi sebességét felülről korlátozó tényező a pangó levegő hőmérséklete, amely M>5-nél meghaladja az 1500 °C-ot, és a munkaközeg jelentős többletmelegítése az égéstérben problémássá válik a hőállóság korlátozása miatt. szerkezeti anyagok.

Hiperszonikus ramjet

A hiperszonikus sugárhajtómű ( scramjet , eng.  Scramjet ) a hangsebesség ötszörösét meghaladó repülési sebességgel ( M > 5) működő sugárhajtómű, amelyet sztratoszférában történő repülésre terveztek . A hiperszonikus sugárhajtású repülőgép lehetséges célja az  újrafelhasználható űrhajóhordozó legalsó fokozata.

Elméletileg a scramjet hajtómű nagyobb repülési sebesség elérését teszi lehetővé a scramjet hajtóműhöz képest, mivel a beömlő levegő áramlása a scramjet motorba csak részben lassul le, így a munkaközeg áramlása a teljes áramlásban a motor útja szuperszonikus marad. Ebben az esetben az áramlás megtartja kezdeti kinetikus energiájának nagy részét, és a hőmérsékletének növekedése lassítás és kompresszió során viszonylag kicsi. Ez lehetővé teszi a munkaközeg jelentős felmelegítését, szuperszonikus áramlásban égetve az üzemanyagot, és kitágulva a repülési sebességet meghaladó sebességgel áramlik ki a fúvókából.

Különböző országokban számos program létezik hiperszonikus ramjet hajtóművek fejlesztésére , de a 21. század elején ez a típusú hajtómű továbbra is hipotetikus, nincs egyetlen minta sem, amely átment volna a repülési teszteken, ami megerősíti sorozatgyártásának gyakorlati megvalósíthatóságát. .

Nukleáris ramjet

Az 50 -es évek második felében , a hidegháború idején atomreaktoros ramjet projekteket fejlesztettek ki az USA-ban és a Szovjetunióban . Ezeknek a motoroknak az energiaforrása nem a tüzelőanyag elégetésének kémiai reakciója, hanem az égéstér helyén elhelyezett atomreaktor által termelt hő. Az ilyen ramjet bemeneti nyílásából a levegő áthalad a reaktormagon, lehűti és felmelegíti magát, és kitágulva a repülési sebességet meghaladó sebességgel áramlik ki a fúvókán.

Az ilyen hajtóművel rendelkező repülőgép lehetséges célja egy interkontinentális cirkálórakéta, egy nukleáris töltéshordozó. A nukleáris víz-keretirányelv fő előnye a reaktor energiaforrása, amely elegendő bármilyen cél eléréséhez a Földön.

Mindkét országban kompakt, alacsony erőforrású atomreaktorokat hoztak létre, amelyek belefértek egy nagy rakéta méretébe. 1964-ben az Egyesült Államokban a Pluto és Tory nukleáris sugárhajtómű-kutatási programok keretében a Tory-IIC nukleáris sugárhajtású hajtómű próbapadi tüzelési tesztjeit végezték el. Repülési teszteket nem végeztek, a programot 1964 júliusában lezárták.

Hatókör

A ramjet a helyén és alacsony repülési sebességnél nem működik. A hatásos kezdeti sebesség eléréséhez egy ilyen motorral rendelkező eszköznek segédhajtásra van szüksége, amelyet például egy szilárd rakétaerősítő , vagy egy hordozórepülőgép biztosíthat, amelyről egy sugárhajtású eszközt indítanak el . A ramjet alacsony repülési sebesség melletti hatástalansága gyakorlatilag elfogadhatatlanná teszi a pilóta nélküli repülőgépeken való használatát, de a Mach 2-5 tartományban repülő pilóta nélküli, harci, eldobható cirkálórakétákhoz egyszerűsége, alacsony költsége és megbízhatósága miatt előnyösebb. . Jelenleg a ramjet hajtóműveket föld-levegő , levegő-levegő , levegő-föld cirkáló rakéták , pilóta nélküli felderítő repülőgépek és repülő célpontok fenntartó motorjaként használják. A ramjet fő versenytársa ebben a résben a rakétamotor .

Impulzussugárhajtómű

A pulzáló sugárhajtómű ( PUVRD , angol kifejezés angol.  Pulsejet ), ahogy a neve is sugallja, pulzációs üzemmódban működik, a tolóerő nem folyamatosan fejlődik, mint egy ramjet vagy turbjet motor , hanem egymás után következő impulzusok sorozataként több tíz hertzes frekvenciával nagy motoroknál, 250 Hz-ig kis motoroknál.

Szerkezetileg a P at WFD egy hengeres égéskamra, hosszú, kisebb átmérőjű hengeres fúvókával. A kamra eleje egy bemeneti diffúzorhoz csatlakozik, amelyen keresztül a levegő belép az égéstérbe. A befúvó és az égéstér közé egy légszelep van beépítve, amely a kamrában és a diffúzor kimeneténél a nyomáskülönbség hatására működik: amikor a diffúzorban a nyomás meghaladja a kamrában lévő nyomást, a szelep kinyílik és levegőt enged be a kamrába, amikor a nyomásviszony megfordul, akkor zár.

A P munkaciklusa a VKI -ben a következőképpen írható le:

  1. A levegőszelep nyitva van, levegő jut az égéstérbe, a fúvóka befecskendezi az üzemanyagot, és a kamrában tüzelőanyag-keverék képződik.
  2. A tüzelőanyag-keverék meggyullad és ég, a nyomás az égéstérben meredeken megemelkedik, és elzárja a levegőszelepet és a visszacsapó szelepet az üzemanyag-útban. Az égéstermékek kitágulnak a fúvókán, sugárhajtást hozva létre .
  3. A kamrában leesik a nyomás, a diffúzorban lévő levegő nyomása alatt a levegőszelep kinyílik és a levegő elkezd beáramlani a kamrába, az üzemanyagszelep is kinyílik, a motor az 1-es fázisba megy.

A PUVRD önrezgések üzemmódjában működik , amelyek időben koordinálják minden részének működését. Ezen önrezgések gyakorisága a motor méretétől függ: minél kisebb a motor, annál nagyobb a pulzálási frekvencia.

Az égési folyamat elindításához a kamrába gyújtógyertyát helyeznek, amely nagyfrekvenciás elektromos kisülési sorozatot hoz létre, és az üzemanyag-keverék meggyullad. Több tíz motorciklus után az égéstér falai annyira felmelegszenek, hogy az üzemanyag-keverék meggyullad belőlük, és nincs szükség gyújtógyertyára.

A P égéstérben a VKI -nél a motor működéséhez szükséges nyomásnövekedés részben - a diffúzorban (nyitott szelep mellett) érkező légáram fékezése miatt érhető el, részben pedig - a tüzelőanyag zárt térfogatú égetésére, amelyet zárt szelep, a kamra oldalfalai és a levegőoszlop tehetetlensége korlátoz egy hosszú fúvókában (lásd Humphrey ciklus ). A legtöbb PJ nulla sebességgel tud működni .

Impulzusmotor módosítások

A P -nek más módosításai is vannak a VKI -ben .

  • Szelep nélküli PuVRD , egyébként - U alakú PuVRD. Ezek a motorok nem rendelkeznek mechanikus légszelepekkel, és hogy a munkafolyadék fordított mozgása ne vezessen a tolóerő csökkenéséhez, a motor traktusa latin "U" betűvel készül, amelynek végei el vannak forgatva. vissza a készülék irányába.
  • Detonation PuVRD ( eng.  Pulse detonation engine ) – olyan motorok, amelyekben az üzemanyag-keverék elégése detonációs üzemmódban történik (és nem deflagráció ).

Hatókör

A PuVRD-t zajosnak és pazarlónak , de egyszerűnek és olcsónak jellemzik . A magas zaj- és rezgésszint a nagyon lüktető működési módnak köszönhető.

A PUVRD-t legfeljebb 0,5 Mach üzemi sebességű eldobható pilóta nélküli légi járművekre telepítik : repülő célokra , felderítő drónokra , múltban és cirkálórakétákra .

A PuVRD-t egyszerűségük és alacsony költségük miatt az amatőr repülésben és repülőgépmodellezésben használják.

Turbóhajtómű

A turbóhajtóműben ( TRD , eng.  turbojet engine ) a munkaközeg összenyomódása az égéstér bemeneténél és a motoron átáramló nagy értékű légáram a szembejövő légáram és a kompresszor , amely a turbóhajtómű traktusában közvetlenül a szívóberendezés után, az égéstér előtt helyezkedik el. A kompresszort egy vele egy tengelyre szerelt turbina hajtja, amely az égéstérben felmelegített munkaközeggel működik, amelyből sugár keletkezik. A kompresszorban a teljes légnyomás a kompresszor által végzett mechanikai munka következtében megnő. A legtöbb turbóhajtómű égéstere gyűrű alakú.

Az égéstérből a felmelegített munkaközeg belép a turbinába, kitágul, mozgásba hozza és energiájának egy részét adja, majd miután a fúvókában kitágul és kiáramlik, sugártolóerőt hoz létre. A kompresszornak köszönhetően a turbósugárhajtómű álló helyzetből indulhat és alacsony repülési sebességgel tud működni, ami egy repülőgép hajtóművének elengedhetetlen feltétele , miközben a motortraktusban a nyomást és a légáramlást csak a kompresszor biztosítja.

A fordulatszám-tartomány, amelyben a turbósugárhajtómű hatékonyan működik, alacsonyabb értékek felé tolódik el, mint a sugárhajtóműves motoré . A turbina-kompresszor egység, amely lehetővé teszi a nagy áramlási sebesség és a munkafolyadék magas fokú kompressziójának létrehozását az alacsony és közepes repülési sebességek tartományában, akadályozza a motor hatásfokának növelését a zónában. nagy sebességek.

Hatókör

Az 1960-as és 1970-es évekig a turbóhajtóműveket aktívan használták katonai és kereskedelmi repülőgépek motorjaként. Jelenleg a gazdaságosabb bypass turbóventilátoros motorok (TRDD) egyre szélesebb körben elterjedtek .

Bypass turbóhajtómű

Bypass turbojet motor (TRD, eng.  Turbofan ) - TRD olyan kialakítással, amely lehetővé teszi a motor külső áramkörén áthaladó további levegőtömeg mozgatását. Ez a kialakítás nagyobb repülési hatékonyságot biztosít a hagyományos turbósugárhajtóművekhez képest. A turbóventillátor-motorok koncepcióját elsőként A. M. Lyulka javasolta a hazai repülőgép-motoriparban [13] . Az 1937 óta végzett kutatások alapján A. M. Lyulka kérelmet nyújtott be egy bypass turbóhajtómű feltalálására (a szerzői oklevelet 1941. április 22-én mutatták be). [tizennégy]

Miután áthaladt a bemeneten, a levegő belép az alacsony nyomású kompresszorba, az úgynevezett ventilátorba . A ventilátor után a levegő két áramra oszlik. A levegő egy része belép a külső körbe, és az égésteret megkerülve sugársugárt képez a fúvókában. A levegő másik része a belső körön halad át, teljesen megegyezik a fent említett turbóhajtóművel .

A turbóventilátoros motorok egyik legfontosabb paramétere a bypass arány, vagyis a külső körön áthaladó légáramlás és a belső körön áthaladó légáram aránya. Ahol és a levegő áramlik át a belső és külső körökön, ill.

Ha visszatérünk az (1) és (2) képletekhez, akkor a tömegösszeadás elve a következőképpen értelmezhető. A turbóventilátoros hajtóműben a (2) képlet szerint le van írva az az elve, hogy a hajtómű repülési hatékonyságát a fúvókából kilépő munkaközeg kilégzési sebessége és a repülési sebesség közötti különbség csökkentésével növeljük. A tolóerő csökkenését, amely az (1) képlet szerint a fordulatszámok közötti különbség csökkenését okozza, kompenzálja a motoron áthaladó légáramlás növekedésével. A motoron keresztüli légáramlás növekedésének következménye a motor bemeneti nyílás elülső részének területének növekedése, ami a motor bemeneti nyílás átmérőjének növekedését eredményezi, ami az elülső ellenállás növekedéséhez vezet. és tömeg. Más szóval, minél nagyobb a bypass arány, annál nagyobb a motor átmérője, ceteris paribus.

Minden turbóventilátoros motor 2 csoportra osztható: keverőárammal a turbina mögött és keverés nélkül.

Egy kevert áramlású turbóventilátoros motorban (TRDDsm) a külső és belső körökből érkező levegő egyetlen keverőkamrába jut. A keverőkamrában ezek az áramlások összekeverednek, és egyetlen fúvókán, egyetlen hőmérsékleten hagyják el a motort. A TRDSM hatékonyabb, azonban a keverőkamra jelenléte a motor méreteinek és tömegének növekedéséhez vezet.

A turbóventilátoros motorok a turbóventilátorokhoz hasonlóan állítható fúvókákkal és utánégetőkkel is felszerelhetők. Általában ezek a turbóventilátor-motorok alacsony bypass-aránnyal a szuperszonikus katonai repülőgépekhez.

További eszközök a turbóventilátoros motorok és a turbóventilátoros motorok hatékonyságának növelésére

Afterburner

Bár a turbóhajtóműben túl sok oxigén van az égéstérben, ez a teljesítménytartalék közvetlenül - az égéstérben az üzemanyag-fogyasztás növelésével - a turbinába belépő munkaközeg hőmérsékletének korlátozása miatt nem realizálható. A korlátozást a turbinalapátok hőállósága szabja meg. Ezt a tartalékot a turbina és a fúvóka között elhelyezett utóégetővel felszerelt motorokban használják . Utóégető üzemmódban ebben a kamrában további mennyiségű tüzelőanyag ég el, a munkaközeg belső energiája a fúvókában történő kitágulás előtt megnő, aminek következtében a kiáramlási sebessége nő, és a motor tolóereje bizonyos esetekben nő, több mint 1,5-szeresére, amit a harci repülőgépek nagy sebességgel repülve vagy az emelkedési sebesség növelésére használnak. A turbóhajtómű üzemidejét eleinte időben korlátozták a fúvókakialakítás hőállósági követelményei alapján. A 3. generációs vadászgépektől kezdve azonban ezeket a korlátozásokat feloldották. Az utóégetővel jelentősen megnő az üzemanyag-fogyasztás, az utóégetős turbóhajtóművek gyakorlatilag nem találtak alkalmazást a kereskedelmi repülésben, kivéve a Tu-144- es és a Concorde repülőgépeket , amelyek repülése már leállt.

Állítható fúvókák

Azok a TRD-k, amelyekben a sugár áramlási sebessége szubszonikus és szuperszonikus is lehet a motor különböző üzemmódjainál, állítható fúvókákkal vannak felszerelve. Ezek a fúvókák hosszirányú elemekből, úgynevezett szárnyakból állnak, amelyek egymáshoz képest mozgathatók, és egy speciális, általában hidraulikus vagy mechanikus meghajtással mozgathatók, amely lehetővé teszi a fúvóka geometriájának megváltoztatását a pilóta vagy egy automatikus motorvezérlő rendszer parancsára. Ezzel egyidejűleg megváltozik a fúvóka kritikus (legszűkebb) és kimeneti szakaszának mérete, ami lehetővé teszi a hajtómű működésének optimalizálását repülés közben különböző sebességgel és hajtómű üzemmóddal. Az állítható fúvókákat elsősorban a katonai repülésben használják turbóventilátoros motorokon és utóégetős turbóventilátoros motorokon. [egy]

Tolóerővektor vezérlés (VCT) / Tolóerővektor eltérés (TVT)

A speciális forgófúvókák egyes turbóventilátoros motoroknál lehetővé teszik a fúvókából kiáramló munkafolyadék áramlásának a motor tengelyéhez viszonyított eltérítését. Az OVT további veszteségeket okoz a hajtómű tolóerejében az áramlás elforgatásával kapcsolatos további munkák elvégzése miatt, és megnehezíti a repülőgép irányítását. Ezeket a hiányosságokat azonban teljes mértékben kompenzálja a manőverezőképesség jelentős növekedése, valamint a repülőgép felszállási és leszállási futása, a függőleges fel- és leszállásig bezárólag. Az OVT-t kizárólag a katonai repülésben használják.

Turbóventilátor motor

A 2-nél nagyobb bypass-arányú bypass turbojet motort (TRDD) turbóventilátornak nevezzük . Ezeknek a motoroknak a felső bypass aránya elérheti a 11-et ( en:Rolls-Royce Trent 1000 ). A nagy bypass arányú turbóventilátoros motorok általában keverőkamra nélkül készülnek. Az ilyen motorok nagy bemeneti átmérője miatt a külső áramköri fúvókát gyakran lerövidítik, hogy csökkentsék a motor tömegét és csökkentsék a légellenállást a külső körpályán.

Alkalmazási terület

Elmondhatjuk, hogy az 1960 -as évektől a mai napig a repülőgépmotor-iparban - a turbóventilátoros motorok korszaka . A különféle típusú turbóventilátoros hajtóművek a repülőgépekben használt sugárhajtóművek legelterjedtebb osztályát alkotják, a nagy sebességű, alacsony bypass-elfogó vadászrepülőgépektől a nagy bypass turbóventilátorral felszerelt óriás kereskedelmi és katonai szállító repülőgépekig.

Turbóprop

Szerkezetileg a turbólégcsavaros motor (TVD) hasonló a turbóhajtóműhöz , amelyben a motor által kifejlesztett teljesítményt általában nem közvetlenül, hanem egy sebességváltón keresztül továbbítják a propeller tengelyéhez .

A turbóprop motorokat a közlekedésben és a polgári repülésben használják .

Turbótengely motor

A turbótengelyes motorok szerkezetileg olyan turbósugárhajtóművek, amelyeknél egy további turbinafokozat által kifejlesztett teljesítmény a teljesítményleadó tengelyre jut át, leggyakrabban egy sebességváltón keresztül. Mivel a turbina és a kompresszor tengelye, valamint a teljesítményleadó tengely között nincs mechanikus kapcsolat, csak gázdinamikus kapcsolat van, a turbótengelyes motorok a közvetett reakcióú VKI közé tartoznak . Ezek a motorok szigorúan véve nem sugárhajtóművek, a turbina kipufogógáz-reakciója nem több, mint a teljes tolóerő 10%-a, de hagyományosan légsugárhajtóműveknek nevezik őket.

Helikopter propellerek vezetésére szolgál.

Turbóprop motor

A színház működési jellemzőinek javítása érdekében speciális , többlapátos, változtatható menetemelkedésű (VIS) légcsavarokat használnak egy vagy két lapátsorral. Az ilyen VSP-k nagyobb terhelésnek vannak kitéve a söpört területre csökkentett légcsavarátmérő mellett, de megtartják viszonylag magas , 0,8-0,85 hatásfokot . Az ilyen légcsavarokat propfan -nak (VV), a motort pedig nyitott propfan-nal rendelkező turbopropfan -nak (TVVD) nevezik. [tizenöt]

Az ilyen típusú hajtóműveknek csak egy sorozatmodellje ismert széles körben - a D-27 ( A. G. Ivchenko akadémikusról elnevezett ZMKB "Progress", Zaporozhye, Ukrajna. ), A 670 km/h utazósebességű Yak-44 repülőgépen használják. , valamint az An-70- en 750 km/h utazósebességgel.

A D-27- es motornál a hideg levegő áramlását két koaxiális, ellentétes forgású, többlapátos szablya alakú légcsavar hozza létre, amelyeket egy szabad négyfokozatú turbina, egy turbótengelyes motor hajt. Az erőt egy sebességváltón keresztül továbbítják a propellerekhez.

Különböző típusú rakétahajtóművek összehasonlítása más repülőgép-hajtóművekkel

A sugárhajtóművek hatékonyságát általában a fajlagos impulzussal becsülik meg  - a motor teljes tolóerő-impulzusának és az üzemanyag tömegének arányával (vagy a tolóerő és a második üzemanyag-fogyasztás arányával, ha a tolóerő állandó és nem változik az idő múlásával). Ez a mutató egyben a motor hatékonyságának mérőszáma is. Az alábbi diagram grafikusan mutatja be ennek a mutatónak a felső értékeit a különböző típusú sugárhajtóművekre, a repülési sebességtől függően, Mach-szám formájában kifejezve , amely lehetővé teszi az egyes hajtóművek alkalmazhatósági tartományának megtekintését.

A diagramból az következik, hogy a fajlagos impulzus tekintetében a rakétahajtóművek (RD) lényegesen alulmúlják az összes típusú VKI-t. Ez azzal magyarázható, hogy az RD üzemanyag-fogyasztásába beletartozik az oxidálószer, amit az RD a légkörből vesz fel, így az RD fajlagos impulzusa szilárd hajtóanyagú rakétamotornál maximum 270 mp, rakétánál 450 mp. motor .

A propellermotor specifikációiban általában nem szerepel a tolóerő és a specifikus impulzus. Ezeknél a motoroknál a jellemző paraméter a teljesítmény, nem a tolóerő. A csavaros motorok hatékonyságának és gazdaságosságának jellemzésére a fajlagos üzemanyag-fogyasztást használják  - az óránkénti üzemanyag-fogyasztás és a kifejlesztett teljesítmény arányát. A dugattyús ICE -k turbópropákkal való hatékonyságának összehasonlításához megadhatjuk ennek a mutatónak az értékét az ilyen típusú motorok két speciális típusára:

Dugattyú ASh-82  - 0,381 kg / h.p.h TVD NK-12  - 0,158 kg / LE óra .

Így a turbólégcsavaros motor (1 LE -re vetítve ) 2,5-szer gazdaságosabb, mint a dugattyús motor, és ez az egyik fő oka annak, hogy a WFD lecserélte a „nagy repülőgépek” dugattyús motorjait. Ráadásul a tömegjellemzők tekintetében a WFD-k jelentősen felülmúlják a dugattyúsokat.

A repülőgép-hajtóművek tömegjellemzőjeként általában a következő mutatókat használják: fajlagos teljesítmény - a hajtómű teljesítményének tömegéhez viszonyított aránya (propelleres motoroknál), vagy fajlagos tolóerő - a tolóerő és a hajtómű tömegének aránya a Föld felszínén. (VKI- és rakétahajtóművekhez). A következő táblázat ezeket a számokat mutatja néhány különböző típusú repülőgép- és rakétahajtóműre vonatkozóan.

Repülőgépek és rakétahajtóművek fajsúly ​​jellemzői

Motor típusa		 Kijelölés Repülőgép Fajlagos
tolóerő
(tolóerő/tömeg) 		Fajlagos
teljesítmény
kW/kg
dugattyús
motor		 Ash-82 Il-12 , Il-14 * 1.46
TVD NK-12 Tu-95 , Tu-114 , An-22 * 3.8
Pouvrd Argus As-014 V-1 lövedék 3
Hibrid
turbojet / ramjet		 Pratt & Whitney J58-P4 SR-71 Blackbird 5.3
turbóventilátor
_		 GE90-1150B Boeing 777 6.3
TRD AL-31FP Szu-30 8.22
RDTT SRB űrrepülőgép Space Shuttle Booster 13.5
LRE NK-33-1 Űrhajók
Szojuz-2 , Szojuz-2-3		 128

.* Csavaros motorok esetében ez a szám nincs megadva.

Lásd még

Irodalom

  • Kazandzhan P. K., Alekseev L. P., Govorov A. N., Konovalov N. E., Yu. N. Nechaev, Pavlenko V. F., Fedorov R. M.  Teoriya sugárhajtóművek. M. Katonai Könyvkiadó. 1955
  • Stechkin B.S.  válogatott művei. A hőgépek elmélete. — M.: Nauka, 1977. — 410 p.
  • V. M. Akimov, V. I. Bakulev, R. I. Kurziner, V. V. Poljakov, V. A. Sosunov, S. M. Shlyakhtenko. Szerkesztette: S. M. Shlyakhtenko. Légsugárhajtóművek elmélete és számítása. Tankönyv középiskoláknak. 2. kiadás, átdolgozva és bővítve. M.: Mashinostroenie, 1987
  • Kulagin VV  Repülőgép-hajtóművek és erőművek elmélete, számítása és tervezése. Szerk. 2. M. Mérnöki. 2003.
  • Klyachkin A. L. A légsugárhajtóművek elmélete, M., 1969

Linkek

Jegyzetek

  1. ↑ Sobolev D. A. A repülőgép története. A kezdeti időszak .. - M . : ROSSPEN, 1995. - 343 p.
  2. ↑ René Lorin. Une tapasztalat egyszerű relatív au propulseur à réaction directe. L'Aerophile. Párizs, 1913. november 15., p. 514 . Letöltve: 2021. december 22. Az eredetiből archiválva : 2021. december 22.
  3. ↑ Archivált másolat (a hivatkozás nem elérhető) . Letöltve: 2016. március 23. Az eredetiből archiválva : 2011. május 18.. 
  4. ↑ RD-10 . Letöltve: 2008. április 10. Az eredetiből archiválva : 2008. május 3..
  5. ↑ npo-saturn.ru Archivált : 2009. február 7. a Wayback Machine -nél
  6. ↑ Leduc 010 cikk a francia Wikipédián
  7. ↑ Leduc 021 és Leduc 022 francia Wikipédia - cikk
  8. ↑ NPO őket. S.A. Lavochkin (elérhetetlen link) . Hozzáférés dátuma: 2012. január 24. Az eredetiből archiválva : 2010. február 10. 
  9. ↑ airbase.ru/sb/russia/lavochkin/la/350/index.htm La-350 Burya stratégiai cirkálórakéta
  10. ↑ Archivált másolat (a hivatkozás nem elérhető) . Letöltve: 2008. április 16. Az eredetiből archiválva : 2008. február 29.. 
  11. ↑ 1 2 A sugárhajtóművek elmélete és számítása. Tankönyv középiskoláknak. Szerzők: V. M. Akimov, V. I. Bakulev, R. I. Kurziner, V. V. Polyakov, V. A. Sosunov, S. M. Shlyakhtenko. Szerkesztette: S. M. Shlyakhtenko. 2. kiadás, átdolgozva és bővítve. M.: Mashinostroenie, 1987
  12. ↑ A szelep nélküli PUJE számos kivitelének illusztrált leírása (angol nyelven) . Letöltve: 2008. április 17. Az eredetiből archiválva : 2010. szeptember 28..
  13. ↑ Arkhip Lyulka archiválva : 2016. március 5., a Wayback Machine - 100 Great.
  14. ↑ Motorok archiválva : 2012. május 5., a Wayback Machine - Echo of Russia. Társadalmi-politikai folyóirat.
  15. ↑ Turbóprop motorok és helikopter gázturbinás motorok Archivált 2011. június 18. a Wayback Machine -nél
 Motorok
Légsugár
Főbb típusok
Tömörítetlen
Turbóhajtómű
Módosítások
és hibrid rendszerek
Lásd még: Gázturbinás motorok
Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor