Турбовентиляторный двигатель (тврд) и его дальнйшее развитие

Какими бывают реактивные моторы?

В настоящее время существует множество типов реактивных двигателей, поэтому классификация их довольно сложна.

Классификация авиационных двигателей

Подобные силовые установки можно разделить на две большие группы:

Ракетный двигатель. Он несет все компоненты для создания рабочего тела, поэтому способен работать в любой среде, в том числе и безвоздушном пространстве.

Благодаря такому принципу работы ВРД имеет большие преимущества перед ракетными двигателями при использовании в пределах земной атмосферы. Любая ракета, кроме топлива, должна нести еще и окислитель, масса которого может в несколько раз превышать вес горючего. В отдельную категорию следует выделить силовые установки, для работы которых используется ядерная или электрическая энергия. С точки зрения энергетической эффективности, химические ракеты уже достигли предела своих возможностей, поэтому для покорения далекого космоса человечеству придется использовать что-то другое.

ВРД можно разделить на две большие группы:

• винтовые;
• реактивные.

К первой категории относятся устройства, у которых двигатель и тепловая машина не совмещаются в одном агрегате – их условно можно назвать турбовинтовыми. У таких моторов мощность, вырабатываемая турбиной, заставляет вращаться лопасти винта. Именно он создает большую часть тяги (80-85%). У двигателей второй группы тепловая машина и движитель образуют единое целое, а тяга создается за счет газового потока из сопла.

Во вторую группу входят следующие типы моторов:

• турбореактивный (ТРД);
• турбовентиляторный (ТРД с высокой степенью двухконтурности);
• прямоточный;
• ракетно-прямоточный;
• пульсирующий воздушно-реактивный (ПуВРД).

Вторая жизнь НК-12

Низкий удельный расход топлива позволял Ту-95 без посадки и дозаправки преодолевать до 15 тыс. км. Стратегический бомбардировщик получил четыре турбовинтовых мотора. Боевая нагрузка самолёта составила 12 т. Концепция «Медведя» оказалась настолько удачной, что он по-прежнему находится на вооружении и выполняет регулярные полёты над Норвежским морем и вблизи берегов Аляски.

Также по теме

«Фактически это новый самолёт»: каким будет модернизированный стратегический бомбардировщик Ту-160М

К концу 2021 года Минобороны России получит первый построенный с нуля стратегический ракетоносец серии Ту-160М. Об этом сообщил…

В настоящее время ПАО «Туполев» проводит очередную модернизацию Ту-95. Как сообщил 24 декабря министр обороны РФ Сергей Шойгу, в 2020 году ВКС России получат шесть обновлённых «Медведей». На самолёты будут установлены современные навигационные, радиотехнические системы, а также комплексы радиоэлектронной борьбы.

Вместе с Ту-95 отечественные инженеры неоднократно совершенствовали НК-12. Модернизация затрагивала замену материалов и аппаратуры управления. В итоге мощность силовой установки на взлётном режиме возросла до 15 тыс. л. с. При этом двигатель сохранил главные достоинства, заложенные Кузнецовым: надёжность, экономичность, неприхотливость в эксплуатации.

В советский период модификации НК-12, помимо Ту-95, были установлены на самолёт дальнего радиолокационного обнаружения Ту-126, противолодочный самолёт Ту-142, дальнемагистральный пассажирский лайнер Ту-114, тяжёлый транспортный самолёт Ан-22 «Антей» и транспортно-десантный экраноплан А-90 «Орлёнок».

В 1970-е годы на основе НК-12 отечественные инженеры разработали турбовальный газоперекачивающий агрегат (НК-12СТ), который генерировал необходимую мощность (6300 кВт) и частоту вращения ротора (8200 об/мин). Усовершенствованные версии этого индустриального двигателя продолжают использовать российские добывающие компании.

Как пояснил RT Дмитрий Дьяконов, мощные турбовинтовые двигатели будут совершенствоваться как в России, так и за рубежом. В частности, конструкторы будут менять геометрию лопастей и изготавливать новые материалы для их производства. Сегодня ТВД востребованы в транспортной и региональной авиации.

«Уместно напомнить, что после модернизации новую жизнь получит бомбардировщик Ту-95. Несмотря на почтенный возраст, эта машина способна выполнять поставленные командованием современные задачи стратегического сдерживания. Велика вероятность, что отечественный самолёт, как и американский B-52, отметит столетие боевой службы», — сказал Дьяконов.

• Транспортный самолёт Ан-22
• РИА Новости

Владимир Попов также считает, что не стоит ожидать скорого окончания эры турбовинтовых агрегатов. Как прогнозирует аналитик, в современных условиях им нет равных по показателю экономичности расхода топлива. Более того, не исчерпан модернизационный потенциал нынешних ТВД, включая НК-12.

«Условным недостатком турбовинтовых двигателей по сравнению с реактивными образцами является дозвуковая крейсерская скорость. Также они могут работать только в плотных слоях атмосферы. Однако списывать их в утиль нецелесообразно. Они по-прежнему конкурентоспособны и широко эксплуатируются в разных странах мира. Сохранение Ту-95 в составе ВКС — дополнительное тому подтверждение», — резюмировал Попов.

Авиационные двигатели

В начале 1950-х годов была создана серия авиадвигателей ВП-760, ВП-1300, ВП-2650 — пятилучевых двухтактных звёзд мощностью от 40 до 130 л. с. и весом от 25 до 100 кг, сотрудника Пермского моторостроительного завода 19, авиационного инженера Валентина Валентиновича Полякова (поршневики; вращающийся золотниковый ГРМ и двухступенчатые поршни, совмещённые с нагнетательными, никакого отношения к Ванкелю не имеют) созданных для лёгкой авиационной техники и прошедших успешные испытания в небольшой серии в ДОСААФ. Позднее, в 1990-х годах, в были созданы ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Несмотря на ряд попыток установки двигателя Ванкеля на самолётах (опытные образцы испытывались в разных странах с 1950-х годов), он не нашёл широкого применения в авиации. В настоящее время (2011) двигатель Ванкеля устанавливается на некоторые модели мотопланеров Schleicher.

В 2019 году российские учёные из Центрального института авиационного моторостроения им. П. И. Баранова и Фонда перспективных исследований решили эту проблему, создав РПД на основе материалов нового поколения — интеркерамоматричных и металлокерамоматричных композитов. Согласно результатам испытаний, износ этих элементов пренебрежительно мал. Все они сохранили свою работоспособность, подтвердив возможность и перспективность применения композиционных материалов для изготовления наиболее нагруженных и проблемных элементов РПД. В новом отечественном двигателе применена также специально разработанная для РПД система турбонаддува с охлаждением воздуха и новая система управления.

Компрессор и турбина.

В газотурбинных двигателях процессы сжатия и расширения осуществляются лопаточными машинами. В лопаточных машинах изменение энергии потока, приводящее к его сжатию или расширению, вызвано движением лопаток, которые поворачивают поток и изменяют его скорость, в отличие от поршневых двигателей, в том числе роторного, в которых степень сжатия зависит главным образом от положения поршня.

Компрессоры авиационных двигателей довольно разнообразны. Наиболее широко применяется осевой компрессор (рис. 3), состоящий из перемежающихся рядов вращающихся (рабочих) и неподвижных (направляющих) лопаток; ряд рабочих и ряд направляющих лопаток составляют ступень компрессора. Рабочие лопатки совершают работу за счет внешней энергии и увеличивают энергию потока. В направляющем аппарате происходит торможение потока, ускоренного в рабочем колесе, и растет давление, а с ним вместе и температура. Каждая ступень компрессора последовательно увеличивает давление рабочего тела, в результате чего в многоступенчатом компрессоре достигается высокая степень повышения давления.

Турбина работает в принципе так же, как компрессор, за исключением того, что на рабочих лопатках поток совершает работу; при этом его энергия уменьшается. Мощность, вырабатываемая турбиной, частично идет на вращение компрессора, а частично – на вращение винта, вентилятора или ротора вертолета.

И в компрессоре, и в турбине действующие на лопатку силы пропорциональны плотности набегающего потока и квадрату его скорости в относительном движении. «Мощность лопатки» равна действующей на лопатку силе, умноженной на ее скорость. Итак, если скорость потока в относительном движении примерно равна окружной скорости лопатки, то мощность, передаваемая потоку или отбираемая от него, пропорциональна кубу скорости лопатки. Расход через рабочее колесо пропорционален окружной скорости лопатки, поэтому мощность на единицу массы расхода пропорциональна квадрату скорости лопатки. Относительное повышение температуры в компрессоре пропорционально квадрату числа Маха лопатки. Поэтому желательно, чтобы окружные скорости лопаток в авиационном компрессоре были околозвуковыми или сверхзвуковыми (при нормальных условиях 300 м/с или более). Такие скорости значительно выше скоростей поршня (примерно 10 м/с) в поршневом двигателе.

Высокие окружные скорости лопаточных машин приводят к большим центробежным нагрузкам во вращающихся лопатках и в диске, на котором они смонтированы; это выдвигает жесткие требования к проектированию и изготовлению лопаточных машин. Материал для турбин должен выдерживать высокие нагрузки при высоких температурах. Эти требования вместе с необходимостью малого веса и хорошей надежностью приводят к высокой стоимости газотурбинных двигателей. Появление новых прочных и легких материалов позволяет увеличить обороты компрессора и турбины и получить более высокие степени повышения давления или при данной степени повышения давления уменьшить число ступеней.

В погоне за мощностью

Опрошенные RT эксперты считают, что развитие технологий электродвижения является общемировым трендом гражданской авиации, для которой ключевое значение имеют экономичный расход топлива и повышение экологических стандартов.

«Технологии движутся в сторону уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и экономичности. Гибридные силовые установки сейчас используются в автомобилях. Но ничего не мешает оснащать ими летательные аппараты. Естественно, этим стоит заниматься и в нашей стране», — заявил в беседе с RT обозреватель журнала «Арсенал Отечества» Дмитрий Дрозденко.

• Экспериментальный комплекс авиационных двигателей ЦИАМ

В то же время эксперт обратил внимание, что на текущий момент перспективные электродвигатели не вырабатывают мощность, необходимую для обеспечения крейсерского полёта подавляющего большинства лайнеров гражданской авиации, включая Ил-114-300. 

В свою очередь, заслуженный пилот России, член комиссии при президенте по вопросам развития авиации Юрий Сытник подчеркнул в беседе с RT, что электродвигатель ЦИАМ и его модификации будут применяться в авиации лёгкого класса — в пассажирских перевозках, сельском хозяйстве и мониторинге территорий.

По словам эксперта, «на текущем этапе появление электродвигателей способно стать стимулом для развития малой авиации, а в перспективе технологии электродвижения будут применяться на узкофюзеляжных самолётах». 

Конструктивные особенности поршневых двигателей

Авиационные поршневые двигатели имеют большое число цилиндров (от 5 до 24), хорошие экономические характеристики, способны работать в перевёрнутом состоянии и обладают большей надёжностью.

Способ охлаждения – воздушное, или жидкостное — определяет конструкцию двигателя.

В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры объединяют по 4-6 штук в блоки (ряды), они имеют общую рубашку, внутри которой циркулирует охлаждающая жидкость. В одном двигателе может быть несколько (2, 4 или 6) блоков, размещаемых вдоль оси двигателя.

В двигателях с воздушным охлаждением цилиндры располагают в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, по 5-9 штук; вместе эти цилиндры напоминают звезду. У мощных двигателей могло быть до четырех звёзд (до 20-24 цилиндров). Цилиндры охлаждаются потоком встречного воздуха, для более эффективного охлаждения наружная поверхность корпусов цилиндров делается ребристой.

Помимо звездообразных двигателей, нашли свое применение в авиастроении и оппозитные двигатели. Их часто устанавливают на легкие и небольшие самолеты, так как их мощности вполне достаточно для полета на высоких скоростях.

Оппозитный поршневой двигатель П-020

К 1942 году поршневые моторы практически исчерпали свои возможности. Пропеллеры по своей конструкции так же достигли высшей точки эффективности. Увеличение числа цилиндров, применение нагнетателей, сложных систем впрыска воды, спирта или химикатов в топливо усложняло конструкцию и давало лишь небольшой эффект.

***

Одним из наиболее удивительных поршневых авиадвигателей, изготовленных во время Второй мировой войны, был американской опытный звездообразный двигатель жидкостного охлаждения «Райт R-2160 Торнадо», в котором 42 цилиндра располагались в семь рядов в шести радиальных блоках. По замыслу конструкторов, «Торнадо», имевший небольшой диаметр, позволял авиаконструкторам разрабатывать фюзеляжи с небольшим поперечным сечением.

Однако «Торнадо» требовалась довольно тяжелая и сложная система радиаторов охлаждающей жидкости, которая сводила на нет любое аэродинамическое преимущество от малого поперечного сечения двигателя.

Котельников В. Р., Хробыстова О. В., Зрелов В. А., Пономарёв В. А. Двигатели боевых самолетов России /Под общ. ред. В. В. Горошникова. — Рыбинск : Медиарост, 2017. -616 с.: илл.

1. Jean Joseph Etienne Lenoir (1822-1900). []
2. В настоящее время — Запорожье. []
3. Лидером в разработке авиационных двигателей с жидкостным охлаждением была Германия []
4. В постройке двигателей с воздушным охлаждением лидером была Франция []
5. Поршневой ДВС, в котором угол между рядами цилиндров составляет 180 градусов, а противостоящие поршни двигаются зеркально по отношению друг к другу и одновременно достигают верхней мёртвой точки. []
6. Пропеллер, или винт проектируется под конкретный двигатель. []

Армейская и истребительная авиации

Для того чтобы вести лидирующую ступень в воздушном пространстве, ее нужно сначала занять, этим занимается истребительная авиация. Она борется за превосходство путем уничтожения воздушных судов противника, уходя в тактическую глубину. Вести воздушный бой нелегко, поэтому пилоты выполняют такие маневры на истребителях, самые известные из которых — МиГ-29 и Су-27.

Армейская или войсковая авиация — вид авиации ВВС, напрямую подчиняющийся сухопутным войскам РФ. С помощью нее совершается десантирование военных, проводится разведка и поддерживаются боевым огнем сухопутные войска. Подразделяется на штурмовую, транспортную, специального назначения и разведывательную. Плюсом является то, что помимо самолетов армейцы располагают и вертолетами, например Ми-24, Ка-52, Ми-28.

Классы реактивных двигателей:

Все реактивные двигатели подразделяют на 2 класса:

• Воздушно-реактивные – тепловые двигатели, использующие энергию окисления воздуха, получаемого из атмосферы. В этих двигателях рабочее тело представлено смесью продуктов горения с остальными элементами отобранного воздуха.
• Ракетные – двигатели, которые на борту содержат все необходимые компоненты и способны работать даже в безвоздушном пространстве.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель – самый простой в классе ВРД по конструкции. Требуемое для работы устройства повышение давления образуется путем торможения встречного воздушного потока.

Рабочий процесс ПВРД можно кратко описать следующим образом:

Во входное устройство двигателя поступает воздух со скоростью полета, кинетическая его энергия преобразуется во внутреннюю, давление и температура воздуха повышаются. На входе в камеру сгорания и по всей длине проточной части наблюдается максимальное давление.

• Нагревание сжатого воздуха в камере сгорания происходит путем окисления подаваемого воздуха, при этом внутренняя энергия рабочего тела увеличивается.
• Далее поток сужается в сопле, рабочее тело достигает звуковой скорости, а вновь при расширении – сверхзвуковой. За счет того, что рабочее тело движется со скоростью, превышающей скорость встречного потока, внутри создается реактивная тяга.

В конструктивном плане ПВРД является предельно простым устройством. В составе двигателя есть камера сгорания, внутрь которой горючее поступает из топливных форсунок, а воздух – из диффузора. Камера сгорания заканчивается входом в сопло, которое является суживающейся-расширяющимся.

Развитие технологии смесевого твердого топлива повлекло за собой использование этого горючего в ПВРД. В камере сгорания располагается топливная шашка с центральным продольным каналом. Проходя по каналу, рабочее тело постепенно окисляет поверхность топлива и нагревается само. Применение твердого горючего еще более упрощает состоящую конструкцию двигателя: топливная система становится ненужной.

Смесевое топливо по своему составу в ПВРД отличается от применяемого в РДТТ. Если в ракетном двигателе большую часть состава топлива занимает окислитель, то в ПВРД он используется в небольших пропорциях для активирования процесса горения.

Наполнитель смесевого топлива ПВРД преимущественно состоит из мелкодисперсного порошка бериллия, магния или алюминия. Их теплота окисления существенно превосходит теплоту сгорания углеводородного горючего. В качестве примера твердотопливного ПВРД можно привести маршевый двигатель крылатой противокорабельной ракеты «П-270 Москит».

Тяга ПВРД зависит от скорости полета и определяется исходя из влияния нескольких факторов:

• Чем больше показатель скорости полета, тем большим будет расход воздуха, проходящего через тракт двигателя, соответственно, большее количество кислорода будет проникать в камеру сгорания, что увеличивает расход топлива, тепловую и механическую мощность мотора.
• Чем больше расход воздуха сквозь тракт двигателя, тем выше будет создаваемая мотором тяга. Однако существует некий предел, расход воздуха сквозь тракт мотора не может увеличиваться неограниченно.
• При возрастании скорости полета увеличивается уровень давления в камере сгорания. Вследствие этого увеличивается термический КПД двигателя.
• Чем больше разница между скоростью полета аппарата и скоростью прохождения реактивной струи, тем больше тяга двигателя.

Зависимость тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя от скорости полета можно представить следующим образом: до того момента, пока скорость полета намного ниже скорости прохождения реактивной струи, тяга будет увеличиваться вместе с ростом скорости полета. Когда скорость полета приближается к скорости реактивной струи, тяга начинает падать, миновав определенный максимум, при котором наблюдается оптимальная скорость полета.

В зависимости от скорости полета выделяют такие категории ПВРД:

• дозвуковые;
• сверхзвуковые;
• гиперзвуковые.

Каждая из групп имеет свои отличительные особенности конструкции.

История создания военной авиации

Самолет Сикорского «Илья Муромец» — первый в мире четырехмоторный бомбардировщик

Первые аэропланы долгое время использовались почти исключительно в развлекательных и спортивных целях. Но уже в 1911 году, в ходе вооруженного конфликта между Италией и Турцией, самолеты были применены в интересах армии. Вначале это были разведывательные полеты, первый из которых состоялся 23 октября, а уже 1 ноября итальянский лётчик Гавоти применил оружие по наземным целям, сбросив на них несколько обычных ручных гранат.

К началу Первой мировой войны великие державы успели обзавестись воздушными флотами. Состояли они в основном из аэропланов-разведчиков. Истребителей не было вовсе, а бомбардировщики имелись только у России – это были знаменитые самолеты «Илья Муромец». К сожалению, наладить полноценный серийный выпуск этих машин так и не удалось, так что их общее количество не превысило 80 экземпляров. Между тем Германия во второй половине войны производила собственные бомбардировщики сотнями.

В феврале 1915 года на Западном фронте появился первый в мире истребитель, созданный французским летчиком Роланом Гарросом. Придуманное им приспособление для стрельбы через воздушный винт было довольно примитивным, хотя и работающим, однако, уже в мае того же года немцы ввели в строй собственные истребители, оборудованные полноценным синхронизатором. С этого момента воздушные бои стали всё более частым явлением.

Немецкий истребитель Fokker Dr.I. Один из таких самолетов использовался лучшим асом Первой мировой войны Манфредом фон Рихтгофеном

После окончания Первой мировой войны самолеты продолжали быстро развиваться: увеличивалась их скорость, дальность полета и грузоподъемность. В то же время появилась и так называемая «доктрина Дуэ», названная в честь её автора, итальянского генерала, который считал, что добиться победы в войне можно одними только воздушными бомбардировками, методично уничтожая оборонный и промышленный потенциал противника, подрывая его моральный дух и волю к сопротивлению.

Как показали дальнейшие события, эта теория далеко не всегда оправдывает себя, но именно она во многом определила последующие направления развития военной авиации во всём мире. Наиболее заметной попыткой реализовать «доктрину Дуэ» на практике стали стратегические бомбардировки Германии в ходе Второй мировой войны. В итоге военная авиация внесла огромный вклад в последующий разгром «Третьего Рейха», правда, обойтись без активных действий сухопутных войск всё же не удалось.

Армады дальних бомбардировщиков считались главным ударным инструментом и в послевоенный период. Именно в те годы появились реактивные самолеты, которые во многом изменили само представление о военной авиации. Огромные «летающие крепости» стали всего лишь удобной мишенью для советских скоростных и отлично вооруженных «МиГов».

B-29 – американский стратегический бомбардировщик 40-х годов, первый носитель ядерного оружия

Это означало, что бомбардировщики тоже должны стать реактивными, что вскоре и произошло. В эти годы самолеты становились всё более сложными. Если во время Второй мировой для обслуживанием истребителя занимался всего один авиатехник, то в последующие годы приходилось привлекать целую бригаду специалистов.

Во время войны во Вьетнаме на первый план вышли многоцелевые самолеты, способные к ударам по наземным целям, а также к воздушному бою. Таким был американский F-4 Phantom, ставший в какой-то мере источником вдохновения для советских конструкторов, разрабатывавших МиГ-23. В то же время конфликт во Вьетнаме в очередной раз показал, что одних только бомбардировок, даже самых интенсивных, для победы недостаточно: боевая авиация без помощи сухопутных войск способна принудить к капитуляции лишь морально сломленного, заранее готового к поражению противника.

В 70-80-е годы прошлого века в небе появились истребители четвертого поколения. Они отличались от своих предшественников не только лётными характеристиками, но составом вооружения. Применение высокоточных средств поражения в очередной раз изменило облик воздушной войны: произошел переход от массированных авиаударов к «точечным».

Су-27 (слева) и F-15 – лучшие истребители 80-х годов прошлого века

Выручит жидкий азот

«Электрический самолет предоставляет множество возможностей для оптимизации, — говорит Сергей Гальперин. — Можно экспериментировать, например, с комбинированием тянущего и толкающего винтов. Электродвигатели гораздо выигрышней по сравнению с ГТД в конвертопланах, так как безопасный поворот электромотора в горизонтальное положение не представляет такой сложной инженерной проблемы, как в случае с традиционными двигателями. В электросамолете можно обеспечить полную интеграцию всех систем, создать новую систему управления. Даже гибридные машины будут производить меньше шума и вредных выбросов».

Как и аккумуляторы, электромоторы по мере увеличения мощности наращивают массу, объем и тепловыделение. Требуются новые технологии, которые сделали бы их более мощными и легкими. Для отечественных разработчиков гибридных силовых установок настоящим прорывом стало сотрудничество с российской компанией «СуперОкс» — одним из пяти крупнейших в мире поставщиков материалов со свойствами высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Сейчас «СуперОкс» разрабатывает электродвигатели со статором из сверхпроводящих материалов (охлаждаемых жидким азотом). Эти моторы с хорошими для авиации характеристиками станут основой гибридной силовой установки для регионального самолета, который, возможно, поднимется в небо в середине будущего десятилетия. В этом году на авиасалоне «МАКС» специалистами ЦИАМ был представлен демонстратор такой установки мощностью 10 кВт. Планируемый самолет будет оснащен гибридной силовой установкой с двумя двигателями мощностью 500 кВт каждый.

«Прежде чем говорить о гибридном электросамолете, — рассказывает Гальперин, — необходимо испытать нашу установку на земле, а затем в летающей лаборатории. Мы надеемся, что это будет Як-40. В нос машины вместо радара мы сможем поставить 500-киловаттный ВТСП-электродвигатель. В хвост вместо центрального двигателя установим турбогенератор. Двух оставшихся двигателей «Яка» будет вполне достаточно, чтобы испытать наше детище в большом диапазоне высот (до 8000 м) и скоростей (до 500 км/ч). И даже если гибридная установка откажет, самолет спокойно сможет завершить полет и приземлиться». Лаборатория-демонстратор по плану будет оборудована в 2019 году. Цикл испытаний предварительно назначен на 2020 год.

Умные небеса

Электрическая и гибридная тяга занимает значительное место в планах крупнейших мировых авиапроизводителей. Вот так выглядят основные черты пассажирской авиации середины нынешнего века согласно программе Smarter Skies компании AIRBUS.

«Зеленый» полет

Самолеты будущего сконструируют таким образом, чтобы максимально уменьшить углеводородный след в атмосфере. Распространение получат газотурбинные двигатели на водороде, гибридные схемы и полностью электрические самолеты на батареях. Предполагается, что батареи будут подзаряжаться от экологически чистых источников электричества. Возможно появление в районе аэродромов крупных ветропарков или солнечных электростанций.

Свобода в небе

Интеллектуальные лайнеры будут самостоятельно прокладывать маршруты исходя из параметров экологичности и топливной эффективности на основе анализа данных о погоде и состоянии атмосферы. Также они смогут собираться в формации наподобие птичьих стай, что позволит снизить лобовое сопротивление для отдельных входящих в формацию ЛА и уменьшить энергозатраты на полет.

Скорее от земли

Новые силовые установки и аэродинамика лайнеров позволят им взлетать по максимально возможной крутой траектории, чтобы уменьшить шум в районе аэропортов и как можно скорее достичь крейсерского эшелона, где самолет демонстрирует оптимальные экономические характеристики.

Посадка без двигателя

Самолеты будущего смогут заходить на посадку в планирующем режиме. Это сэкономит топливо, уменьшит уровень шума в районе аэропортов. Также снизится посадочная скорость. Это позволит сократить длину взлетно-посадочных полос.

Никакого выхлопа

Аэропорты будущего полностью откажутся от ДВС, сжигающих топливо. Для руления лайнеры будут оснащены электрическими мотор-колесами. Как альтернатива — скоростные беспилотные электротягачи, которые смогут быстро доставлять самолеты от перрона к ВПП и наоборот.

Статья «Вверх на электричестве» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№1, Январь 2018).

Описание презентации Классификация основных типов авиационных двигателей ПОДГОТОВИЛ КУРСАНТ 341 по слайдам

Классификация основных типов авиационных двигателей ПОДГОТОВИЛ КУРСАНТ 341 УЧ. ГРУППЫ СААКЯН ДЕНИС

Классификация типов авиационных двигателей

В ГА в основном на ЛА используют 3 типа двигателей: Винто-моторные (поршневые). ПАД Турбовинтовые двигатели. ТВД Турбореактивные двигатели. ТРД

Винто-моторные (поршневые). ПАД 1 — поршень; 2 — шатун; 3 — коленчатый вал; 4 — впускной клапан; 5 — выпускной клапан; 6 — цилиндр двигателя

Современные ПАД представляют собой звездообразные четырехтактные двигатели, работающие на бензине. Охлаждение цилиндров поршневых двигателей выполняется, как правило, воздушным. Ранее в авиации находили применение поршневые двигатели и с водяным охлаждением цилиндров. Поршневые двигатели различают по способу смесеобразования топлива с воздухом. Образование смеси осуществляется либо непосредственно в цилиндрах, либо в специальном устройстве, называемом карбюратором, откуда в цилиндр поступает готовая смесь. В зависимости от способа смесеобразования поршневые авиационные двигатели подразделяются на карбюраторные и двигатели с непосредственным впрыском.

Работа ПАД Сгорание топлива в поршневом двигателе осуществляется в цилиндрах, при этом тепловая энергия преобразуется в механическую, так как под действием давления образующихся газов происходит поступательное движение поршня. Поступательное движение поршня в свою очередь преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя через шатун, являющийся связующим звеном между цилиндром с поршнем и коленчатым валом.

Турбовинтовые двигатели. ТВД 1 — воздушный винт; 2 — редуктор; 3 — компрессор; 4 — камера сгорания; 5 — турбина; 6 — выходное устройство

Значение ТВД и их характеристика Для современных самолетов, обладающих большой грузоподъемностью и дальностью полета, нужны двигатели, которые могли бы развить необходимые тяги при минимальном удельном весе. Этим требованиям удовлетворяют турбореактивные двигатели. Однако они неэкономичны по сравнению с винтомоторными установками на небольших скоростях полета. В связи с этим некоторые типы самолетов, предназначенные для полетов с относительно невысокими скоростями и с большой дальностью, требуют постановки двигателей, которые сочетали бы в себе преимущества ТРД с преимуществами винтомоторной установки на малых скоростях полета. К таким двигателям относятся турбовинтовые двигатели (ТВД).

Работа ТВД Назначение основных элементов ТВД ничем не отличается от назначения тех же элементов ТРД. Рабочий процесс ТВД также аналогичен рабочему процессу ТРД. Так же, как и в ТРД, воздушный поток, предварительно сжатый во входном устройстве, подвергается основному сжатию в компрессоре, и далее поступает в камеру сгорания, в которую одновременно через форсунки впрыскивается топливо. Образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушной смеси газы обладают высокой потенциальной энергией. Они устремляются в газовую турбину, где, почти полностью расширяясь, производят работу, которая затем передается компрессору, воздушному винту и приводам агрегатов. За турбиной давление газа практически равно атмосферному. В современных турбовинтовых двигателях сила тяги, получаемая только за счет реакции вытекающей из двигателя газовой струи, составляет 10— 20% суммарной силы тяги.

Турбореактивные двигатели. ТРД 1 — входное устройство; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — газовая турбина; 5 — выходное устройство

Работа. ТРД В полете воздушный поток, набегающий на двигатель, проходит через входное устройство в компрессор. Во входном устройстве происходит предварительное сжатие воздуха и частичное преобразование кинетической энергии движущегося воздушного потока в потенциальную энергию давления. Более значительному сжатию воздух подвергается в компрессоре. В турбореактивных двигателях с осевым компрессором при быстром вращении ротора лопатки компрессора, подобно лопастям вентилятора, прогоняют воздух в сторону камеры сгорания. В установленных за рабочими колесами каждой ступени компрессора спрямляющих аппаратах вследствие диффузорной формы межлопаточных каналов происходит преобразование приобретенной в колесе кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. В двигателях с центробежным компрессором сжатие воздуха происходит за счет воздействия центробежной силы. Воздух, входя в компрессор, подхватывается лопатка быстро вращающейся крыльчатки и под действием центробежной силы отбрасывается от центра к окружности колеса компрессора. Чем быстрее вращается крыльчатка, тем большее давление создается компрессором. Благодаря компрессору ТРД могут создавать тягу при работе на месте.