Авиационный двигатель

Rolls -Royce Merlin установлен в сохранившемся Avro York.

Авиационный двигатель , часто называемый авиационным двигателем , является силовым компонентом самолета силовой установки . Летательные аппараты, использующие силовые компоненты, называются полетами с приводом . ^[1] Большинство авиационных двигателей представляют собой либо поршневые двигатели , либо газовые турбины , хотя некоторые из них имеют ракетные двигатели , а в последние годы во многих небольших БПЛА используются электродвигатели .

Обрабатывающая промышленность

В коммерческой авиации основными западными производителями турбовентиляторных двигателей являются Pratt & Whitney (дочернее предприятие Raytheon Technologies ), General Electric , Rolls-Royce и CFM International (совместное предприятие Safran Aircraft Engines и General Electric). Среди российских производителей - Объединенная двигателестроительная корпорация , "Авиадвигатель" и "Климов" . Китайская корпорация Aeroengine была образована в 2016 году в результате слияния нескольких более мелких компаний. ^{[ нужна ссылка ]}

Крупнейшим производителем турбовинтовых двигателей для авиации общего назначения является компания Pratt & Whitney. ^[2] General Electric объявила в 2015 году о выходе на рынок. ^[2]

История развития

1848: Джон Стрингфеллоу изготовил паровой двигатель для модели самолета с размахом крыльев 10 футов, которая совершила первый полет с двигателем, хотя и с незначительной полезной нагрузкой.
1903: Чарли Тейлор построил рядный двигатель , в основном из алюминия, для Wright Flyer (12 лошадиных сил).
1903: Двигатель Мэнли-Бальцера устанавливает стандарты для более поздних радиальных двигателей . ^[3]
1906: Леон Левавассер с водяным охлаждением производит успешный двигатель V8 для самолетов.
1908: Рене Лорен патентует конструкцию прямоточного воздушно-реактивного двигателя .
1908: Луи Сеген разработал Gnome Omega , первый в мире роторный двигатель , который будет производиться серийно. с двигателем Gnome В 1909 году самолет Farman III выиграл приз за наибольшую беспосадочную дальность полета на Реймсском Гранде Семен д'Авиация, установив мировой рекорд дальности полета в 180 километров (110 миль).
1910: Coandă-1910 , неудачный самолет с канальным вентилятором, представленный на Парижском аэросалоне, с поршневым двигателем. Самолет никогда не летал, но был подан патент на направление выхлопных газов в воздуховод для увеличения тяги. ^[4]^[5]^[6]^[7]
1914: Огюст Рато предлагает использовать компрессор с приводом от выхлопных газов – турбонагнетатель – для улучшения характеристик на большой высоте; ^[3] не принимается после испытаний ^[8]
1917-18: под номером R.30/16 в Idflieg Пример Imperial German Luftstreitkräfte компании тяжелого бомбардировщика Zeppelin-Staaken R.VI становится первым из известных летающих самолетов с нагнетателем и Mercedes D.II. рядным шестицилиндровым двигателем R.30/16 в центральной части фюзеляжа установлен механический нагнетатель Brown-Boveri для четырех двигателей Mercedes D.IVa .
1918: Сэнфорд Александр Мосс подхватывает идею Рато и создает первый успешный турбокомпрессор. ^[3]^[9]
1926: Armstrong Siddeley Jaguar IV (S), первый серийный двигатель с наддувом для самолетов; ^[10]^{[номер 1]} двухрядный радиальный с шестеренчатым центробежным нагнетателем .
1930: Фрэнк Уиттл подал свой первый патент на турбореактивный двигатель .
Июнь 1939 года: Heinkel He 176 — первый успешный самолет, оснащенный исключительно жидкостным ракетным двигателем.
Август 1939 года: турбореактивный двигатель Heinkel HeS 3 приводит в движение новаторский немецкий самолет Heinkel He 178 .
1940: Jendrassik Cs-1 , первый в мире турбовинтовой двигатель . На вооружение не принят.
1943 Daimler-Benz DB 670 , запуск первого турбовентиляторного двигателя.
1944: Выпущен на вооружение Messerschmitt Me 163 B Komet , первый в мире боевой самолет с ракетным двигателем.
1945: Взлетел первый самолет с турбовинтовым двигателем - модифицированный Gloster Meteor с двумя двигателями Rolls-Royce Trent .
1947: Bell X-1 превысил скорость звука. Ракетный самолет
1948: 782 мощностью 100 л.с., первый турбовальный двигатель, применяемый в самолетах; в 1950 году использовался для разработки более крупного двигателя Turbomeca Artouste мощностью 280 л.с. (210 кВт) .
1949: Leduc 010 , первый в мире прямоточным воздушно -реактивным двигателем. полет самолета с
1950: Rolls-Royce Conway , первый в мире серийный турбовентиляторный двигатель , поступает на вооружение.
1968: Вводится в эксплуатацию турбовентиляторный двигатель General Electric TF39 с большим двухконтурным режимом, обеспечивающий большую тягу и гораздо более высокий КПД.
2002: HyShot ГПВРД совершил полет в пикировании.
2004: НАСА X-43 , первый ГПВРД, поддерживающий высоту.
2020: Pipistrel E-811 — первый электрический авиационный двигатель, получивший сертификат типа от EASA . На нем установлен Pipistrel Velis Electro , первый полностью электрический самолет, сертифицированный EASA. ^[11]

Валовые двигатели

Поршневые (поршневые) двигатели

Рядный двигатель

В этом разделе для ясности термин «рядный двигатель» относится только к двигателям с одним рядом цилиндров, как он используется в автомобильном языке, но в авиационных терминах словосочетание «рядный двигатель» также охватывает V-образные и оппозитные двигатели ( как описано ниже) и не ограничивается двигателями с одним рядом цилиндров. Обычно это делается для того, чтобы отличить их от радиальных двигателей .

Рядный двигатель обычно имеет четное количество цилиндров, но встречаются трех- и пятицилиндровые двигатели. Самым большим преимуществом рядного двигателя является то, что он позволяет спроектировать самолет с малой лобовой площадью для минимизации лобового сопротивления. Если коленчатый вал двигателя расположен над цилиндрами, его называют перевернутым рядным двигателем: это позволяет установить воздушный винт высоко вверх, чтобы увеличить дорожный просвет, что позволяет укоротить шасси. К недостаткам рядного двигателя можно отнести плохую удельную мощность , поскольку картер и коленчатый вал длинные и, следовательно, тяжелые. Рядный двигатель может иметь либо воздушное, либо жидкостное охлаждение, но жидкостное охлаждение является более распространенным, поскольку трудно обеспечить достаточный поток воздуха для непосредственного охлаждения задних цилиндров.

Рядные двигатели были обычным явлением в ранних самолетах; один использовался в Wright Flyer , самолете, совершившем первый полет с управляемым двигателем. Однако вскоре стали очевидны присущие этой конструкции недостатки, и от рядной конструкции отказались, став редкостью в современной авиации.

Другие конфигурации авиационного рядного двигателя, такие как X-двигатели , U-двигатели , H-двигатели и т. д., см. в разделе Рядный двигатель (аэронавтика) .

V-образный двигатель

Цилиндры в этом двигателе расположены в два рядных ряда, обычно наклоненных на 60–90 градусов друг от друга и приводящих в движение общий коленчатый вал. Подавляющее большинство V-образных двигателей имеют водяное охлаждение. V-образная конструкция обеспечивает более высокое соотношение мощности и веса, чем рядный двигатель, сохраняя при этом небольшую площадь лобовой части. Пожалуй, самым известным примером такой конструкции является легендарный двигатель Rolls-Royce Merlin объемом 27 литров (1649 дюймов). ³) Двигатель V12 с углом развала 60° использовался, в частности, на самолетах Spitfires , сыгравших важную роль в битве за Британию .

Горизонтально-оппозитный двигатель

Горизонтально-оппозитный двигатель, также называемый плоским или оппозитным двигателем, имеет два ряда цилиндров на противоположных сторонах расположенного в центре картера. Двигатель бывает либо с воздушным, либо с жидкостным охлаждением, но преобладают версии с воздушным охлаждением. Оппозитные двигатели устанавливаются с коленчатым валом в горизонтальном положении на самолетах , но могут быть установлены с вертикальным коленчатым валом на вертолетах . Из-за расположения цилиндров возвратно-поступательные силы имеют тенденцию компенсироваться, что приводит к плавной работе двигателя. Двигатели оппозитного типа имеют высокую удельную мощность, поскольку имеют сравнительно небольшой и легкий картер. Кроме того, компактное расположение цилиндров уменьшает лобовую площадь двигателя и обеспечивает упрощенную установку, сводящую к минимуму аэродинамическое сопротивление. Эти двигатели всегда имеют четное количество цилиндров, поскольку цилиндр на одной стороне картера «противостоит» цилиндру на другой стороне.

Оппозитные четырех- и шестицилиндровые поршневые двигатели с воздушным охлаждением на сегодняшний день являются наиболее распространенными двигателями, используемыми в небольших самолетах авиации общего назначения , требующими мощности до 400 лошадиных сил (300 кВт) на двигатель. Самолеты, которым требуется более 400 лошадиных сил (300 кВт) на двигатель, обычно оснащаются газотурбинными двигателями .

Двигатель конфигурации H

Двигатель конфигурации H представляет собой, по сути, пару горизонтально-оппозитных двигателей, расположенных вместе, с двумя коленчатыми валами, соединенными вместе.

Радиальный двигатель

Этот тип двигателя имеет один или несколько рядов цилиндров, расположенных вокруг расположенного в центре картера . Каждый ряд обычно имеет нечетное количество цилиндров для обеспечения плавной работы. Радиальный двигатель имеет только один ход кривошипа на ряд и относительно небольшой картер, что обеспечивает благоприятное соотношение мощности и веса . Поскольку расположение цилиндров подвергает воздействию воздуха большую часть теплоотдающих поверхностей двигателя и имеет тенденцию нейтрализовать возвратно-поступательные силы, радиальные двигатели имеют тенденцию охлаждаться равномерно и работать плавно. В нижних цилиндрах, расположенных под картером, может собираться масло, если двигатель был остановлен в течение длительного периода времени. Если это масло не удалить из цилиндров перед запуском двигателя, может произойти серьезное повреждение из-за гидростатической блокировки .

У большинства радиальных двигателей цилиндры расположены равномерно вокруг коленчатого вала, хотя некоторые ранние двигатели, иногда называемые полурадиальными или веерными двигателями, имели неравномерное расположение. Самым известным двигателем этого типа является двигатель Anzani, который был установлен на самолете Bleriot XI , использовавшемся для первого перелета через Ла-Манш в 1909 году. Эта конструкция имела тот недостаток, что требовала тяжелого противовеса для коленчатого вала, но ее использовали, чтобы избежать свечи зажигания смазываются.

В конструкциях военных самолетов большая лобовая площадь двигателя служила дополнительным слоем брони для пилота. Кроме того, двигатели с воздушным охлаждением без уязвимых радиаторов немного менее подвержены повреждениям в бою и иногда продолжают работать даже при повреждении одного или нескольких цилиндров. Однако большая лобовая площадь привела и к появлению самолета с аэродинамически неэффективной увеличенной лобовой площадью.

Роторный двигатель

Роторные двигатели имеют цилиндры, расположенные по кругу вокруг картера, как и в радиальном двигателе (см. выше), но коленчатый вал прикреплен к планеру, а воздушный винт прикреплен к корпусу двигателя, так что картер и цилиндры вращаются. Преимущество этой компоновки состоит в том, что удовлетворительный поток охлаждающего воздуха поддерживается даже на низких скоростях полета, сохраняя преимущество в весе и простоту обычного двигателя с воздушным охлаждением без одного из их основных недостатков. Первым практическим роторным двигателем был Gnome Omega, разработанный братьями Сеген и впервые поднятый в воздух в 1909 году. Его относительная надежность и хорошее соотношение мощности и веса кардинально изменили авиацию. ^[12] До Первой мировой войны большинство рекордов скорости было установлено с использованием самолетов с двигателями Gnome, а в первые годы войны роторные двигатели доминировали на типах самолетов, для которых скорость и маневренность имели первостепенное значение. Для увеличения мощности были построены двигатели с двумя рядами цилиндров.

Однако гироскопические эффекты тяжелого вращающегося двигателя создавали проблемы с управляемостью самолетов, а двигатели также потребляли большое количество масла, поскольку в них использовалась смазка с полной потерей, масло смешивалось с топливом и выбрасывалось с выхлопными газами. касторовое масло Для смазки использовалось , поскольку оно не растворяется в бензине, а образующиеся пары вызывали у пилотов тошноту. Конструкторы двигателей всегда знали о многих ограничениях роторного двигателя, поэтому, когда двигатели статического типа стали более надежными и имели лучший удельный вес и расход топлива, дни роторных двигателей были сочтены.

Двигатель Ванкеля

Силовая установка от Schleicher ASH 26e самозапускающегося моторного планера , снятая с планера и установленная на испытательном стенде для технического обслуживания на предприятии Alexander Schleicher GmbH & Co в Поппенхаузене , Германия . Против часовой стрелки сверху слева: ступица гребного винта, мачта с направляющей ремня, радиатор, двигатель Ванкеля, кожух глушителя.

Ванкеля — это роторный двигатель. Двигатель Ванкеля примерно в два раза меньше веса и размера традиционного четырехтактного поршневого двигателя равной выходной мощности и намного проще по сложности. В самолетах соотношение мощности к весу очень важно, поэтому двигатель Ванкеля является хорошим выбором. Поскольку двигатель обычно имеет алюминиевый корпус и стальной ротор, а алюминий при нагревании расширяется больше, чем сталь, двигатель Ванкеля не заклинивает при перегреве, в отличие от поршневого двигателя. Это важный фактор безопасности при использовании в авиации. Значительное развитие этих конструкций началось после Второй мировой войны , но в то время авиационная промышленность отдавала предпочтение использованию газотурбинных двигателей. Считалось, что турбореактивные или турбовинтовые двигатели могут приводить в движение все самолеты, от самых больших до самых маленьких. Двигатель Ванкеля не нашел широкого применения в авиации, но использовался компанией Mazda в популярной линейке спортивных автомобилей . Французская компания Citroën разработала двигатель Ванкеля. РЭ-2 [ фр ] Вертолет , 1970-е годы. ^[13]

В наше время двигатель Ванкеля используется в мотопланерах, где компактность, малый вес и плавность хода имеют решающее значение. ^[14]

Ныне несуществующая фирма MidWest из Ставертона разработала и произвела одно- и двухроторные авиационные двигатели серии MidWest AE . Эти двигатели были разработаны на основе мотора Norton Classic мотоцикла . Двухвинтовая версия устанавливалась на ARV Super2 и Rutan Quickie . Одновинтовой двигатель ставился на мотопланер Chevvron и Schleicher ASH мотопланеры . После распада MidWest все права были проданы компании Diamond of Austria, которая с тех пор разработала версию двигателя MkII.

В качестве экономически эффективной альтернативы сертифицированным авиационным двигателям некоторые двигатели Ванкеля, снятые с автомобилей и переоборудованные для использования в авиации, были установлены на самодельные экспериментальные самолеты . Агрегаты Mazda мощностью от 100 лошадиных сил (75 кВт) до 300 лошадиных сил (220 кВт) могут стоить лишь небольшую часть стоимости традиционных двигателей. Впервые такие преобразования произошли в начале 1970-х годов; ^{[ нужна ссылка ]} По состоянию на 10 декабря 2006 года Национальный совет по безопасности на транспорте располагает только семью сообщениями об инцидентах с самолетами с двигателями Mazda, и ни один из них не связан с неисправностями из-за конструктивных или производственных недостатков.

Циклы сгорания

Наиболее распространенным циклом сгорания для авиационных двигателей является четырехтактный с искровым зажиганием. Двухтактное искровое зажигание также используется для небольших двигателей, тогда как дизельный двигатель с воспламенением от сжатия используется редко.

Начиная с 1930-х годов предпринимались попытки создать практичный авиационный дизельный двигатель . В целом дизельные двигатели более надежны и гораздо лучше подходят для длительной работы на средней мощности. Легкие сплавы 1930-х годов не справлялись с гораздо более высокими степенями сжатия дизельных двигателей, поэтому они обычно имели плохое соотношение мощности к весу и по этой причине были редкостью, хотя радиальный двигатель Clerget 14F Diesel (1939 г.) ) имеет такое же соотношение мощности и веса, как и бензиновый радиальный двигатель. Усовершенствования в дизельной технологии в автомобилях (приводящие к гораздо лучшему соотношению мощности и веса), гораздо лучшая топливная эффективность дизеля и высокое относительное налогообложение AVGAS по сравнению с Jet A1 в Европе - все это привело к возрождению интереса к использованию дизелей для самолетов. . Компания Thielert Aircraft Engines переоборудовала дизельные автомобильные двигатели Mercedes, сертифицировала их для использования в самолетах и стала OEM-поставщиком для Diamond Aviation их легкого близнеца. Финансовые проблемы преследовали Тилерта, поэтому дочерняя компания Diamond — Austro Engine — разработала новый Турбодизель АЕ300 , также на базе двигателя Mercedes. ^[15] Конкурирующие новые дизельные двигатели могут повысить топливную экономичность и снизить уровень выбросов свинца для малых самолетов, что представляет собой самое большое изменение в двигателях легких самолетов за последние десятилетия.

Силовые турбины

Турбовинтовой

В то время как военным истребителям требуется очень высокая скорость, многим гражданским самолетам она не нужна. Тем не менее, конструкторы гражданских самолетов хотели извлечь выгоду из высокой мощности и низких эксплуатационных расходов, которые предлагал газотурбинный двигатель. Так родилась идея соединить газотурбинный двигатель с традиционным гребным винтом. Поскольку газовые турбины оптимально вращаются на высокой скорости, турбовинтовой двигатель оснащен коробкой передач , которая снижает скорость вала, чтобы законцовки гребного винта не достигали сверхзвуковой скорости. Часто турбины, приводящие в движение пропеллер, отделены от остальных вращающихся компонентов, поэтому они могут вращаться с оптимальной скоростью (так называемый двигатель со свободной турбиной). Турбовинтовой двигатель очень эффективен при эксплуатации в пределах крейсерской скорости, для которой он был разработан, которая обычно составляет от 200 до 400 миль в час (от 320 до 640 км/ч).

Турбовальный

Турбовальные двигатели используются в основном на вертолетах и вспомогательных силовых установках . Турбовальный двигатель в принципе аналогичен турбовинтовому, но в турбовинтовом пропеллер поддерживается двигателем, а двигатель прикреплен болтами к планеру : в турбовинтовом двигатель не оказывает никакой прямой физической поддержки несущим винтам вертолета. Несущий винт соединен с трансмиссией, прикрепленной болтами к планеру, а турбовальный двигатель приводит в движение трансмиссию. Некоторые считают, что разница незначительна, поскольку в некоторых случаях авиационные компании производят как турбовинтовые, так и турбовальные двигатели по одной и той же конструкции.

Электроэнергия

Ряд самолетов с электрическим приводом, таких как QinetiQ Zephyr , разрабатываются с 1960-х годов. ^[16]^[17] Некоторые из них используются в качестве военных дронов . ^[18] Во Франции в конце 2007 года был совершен перелет на обычном легком самолете с электродвигателем мощностью 18 кВт и литий-полимерными батареями, преодолев более 50 километров (31 миль), и это был первый электрический самолет, получивший сертификат летной годности . ^[16]

18 мая 2020 года Pipistrel E-811 стал первым электрическим авиационным двигателем, получившим сертификат типа от EASA для использования в авиации общего назначения . E-811 приводит в действие Pipistrel Velis Electro . ^[19]^[11]

ограниченные эксперименты с солнечными электрическими Были проведены двигателями, в частности, пилотируемые Solar Challenger и Solar Impulse , а также беспилотный самолет NASA Pathfinder .

Многие крупные компании, такие как Siemens, разрабатывают высокопроизводительные электродвигатели для использования в самолетах, а SAE демонстрирует новые разработки в таких элементах, как электродвигатели с сердечником из чистой меди с более высоким КПД. Гибридная система в качестве аварийного резерва и для увеличения мощности при взлете предлагается на продажу компанией Axter Aerospace, Мадрид, Испания. ^[20]

Небольшие БПЛА -мультикоптеры почти всегда приводятся в движение электродвигателями.

Реакционные двигатели

Реактивные двигатели создают тягу для приведения самолета в движение путем выбрасывания выхлопных газов из двигателя на высокой скорости, в результате чего возникает реакция сил, движущих самолет вперед. Наиболее распространенными реактивными двигателями являются турбореактивные, турбовентиляторные и ракетные двигатели. Другие типы, такие как импульсные воздушно-реактивные двигатели , прямоточные воздушно-реактивные двигатели , прямоточные воздушно-реактивные двигатели и импульсно-детонационные двигатели, также летали. В реактивных двигателях кислород, необходимый для сгорания топлива, поступает из воздуха, тогда как ракеты переносят кислород в той или иной форме в составе топливной загрузки, что позволяет использовать их в космосе.

Реактивные турбины

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель — это тип газотурбинного двигателя, который изначально был разработан для военных истребителей во время Второй мировой войны . Турбореактивный двигатель — самая простая из всех авиационных газовых турбин. Он состоит из компрессора для всасывания и сжатия воздуха, секции сгорания, в которую добавляется и воспламеняется топливо, одной или нескольких турбин, которые извлекают мощность из расширяющихся выхлопных газов для приведения в движение компрессора, и выхлопного сопла, ускоряющего выхлопные газы. задняя часть двигателя для создания тяги. Когда были введены турбореактивные двигатели, максимальная скорость оснащенных ими истребителей была как минимум на 100 миль в час выше, чем у конкурирующих самолетов с поршневым двигателем. В послевоенные годы постепенно стали очевидны недостатки турбореактивного двигателя. При скорости ниже 2 Маха турбореактивные двигатели очень неэкономичны и создают огромный шум. Ранние конструкции также очень медленно реагировали на изменения мощности, и этот факт убил многих опытных пилотов, когда они пытались перейти на реактивные самолеты. Эти недостатки в конечном итоге привели к упадку чистого турбореактивного двигателя, и лишь несколько типов все еще находятся в производстве. Последним авиалайнером, использовавшим турбореактивные двигатели, был Concorde , чья скорость полета 2 Маха позволяла двигателю работать с высокой эффективностью.

ТРДД

Турбореактивный двигатель во многом аналогичен турбореактивному, но с увеличенным вентилятором спереди, который обеспечивает тягу почти так же, как и воздушный винт , что приводит к повышению топливной эффективности . Хотя вентилятор создает тягу, как пропеллер, окружающий воздуховод освобождает его от многих ограничений, ограничивающих производительность пропеллера. Эта операция является более эффективным способом обеспечения тяги, чем простое использование только реактивного сопла , а турбовентиляторные двигатели более эффективны, чем воздушные винты, в трансзвуковом диапазоне скоростей самолета и могут работать в сверхзвуковой сфере. Турбореактивный двигатель обычно имеет дополнительные ступени турбины для вращения вентилятора. Турбореактивные двигатели были одними из первых двигателей, в которых использовалось несколько золотников — концентрических валов, которые могли свободно вращаться со своей собственной скоростью, — чтобы двигатель мог быстрее реагировать на изменение требований к мощности. Турбовентиляторные двигатели грубо делятся на категории с низким и высоким байпасом. Обходной воздух проходит через вентилятор, но вокруг активной зоны реактивного двигателя, не смешиваясь с топливом и не сгорая. Отношение этого воздуха к количеству воздуха, проходящего через сердечник двигателя, и есть степень двухконтурности. Двигатели с малым двухконтурным режимом предпочтительны для военного применения, например, в истребителях, из-за высокой удельной мощности, тогда как двигатели с большим двухконтурным ходом предпочтительнее для гражданского использования из-за хорошей топливной эффективности и низкого уровня шума. Турбореактивные двигатели с высоким байпасом обычно наиболее эффективны, когда самолет движется со скоростью от 500 до 550 миль в час (от 800 до 890 километров в час), что является крейсерской скоростью большинства крупных авиалайнеров. Турбореактивные двигатели с малым байпасом могут достигать сверхзвуковых скоростей, но обычно только при оснащении дожигатели .

Передовой технологический двигатель

Термин «двигатель передовых технологий» относится к современному поколению реактивных двигателей. ^[21] Принцип заключается в том, что газотурбинный двигатель будет работать более эффективно, если различные группы турбин смогут вращаться с индивидуальной оптимальной скоростью, а не с одинаковой скоростью. Настоящий двигатель с передовой технологией имеет тройной золотник, а это означает, что вместо одного приводного вала их три, чтобы три набора лопастей могли вращаться с разной скоростью. Промежуточным состоянием является двухзолотниковый двигатель, допускающий только две разные скорости вращения турбин.

Импульсные форсунки

Импульсные реактивные двигатели — это механически простые устройства, которые в повторяющемся цикле втягивают воздух через невозвратный клапан в передней части двигателя в камеру сгорания и воспламеняют его. Сгорание вытесняет выхлопные газы из задней части двигателя. Он производит мощность в виде серии импульсов, а не в виде постоянной мощности, отсюда и название. Единственным применением этого типа двигателя была немецкая беспилотная летающая бомба Фау-1 времен Второй мировой войны . Хотя те же двигатели экспериментально использовались и на эрзац-истребителях, чрезвычайно громкий шум, создаваемый двигателями, вызвал механическое повреждение планера, которого было достаточно, чтобы сделать идею неосуществимой.

Глухарефф Струйный насос

Реактивный двигатель Глухареффа (или наконечник реактивного двигателя) представляет собой тип реактивного двигателя, который, как и бесклапанный импульсный реактивный двигатель, не имеет движущихся частей. Не имея движущихся частей, двигатель работает за счет наличия спиральной трубы в камере сгорания, которая перегревает топливо (пропан) перед его впрыском во впускное отверстие топливовоздушной смеси. В камере сгорания топливно-воздушная смесь воспламеняется и сгорает, создавая тягу на выходе через выхлопную трубу. Нагнетание и сжатие топливно-воздушной смеси осуществляется как за счет давления пропана при его впрыске, так и за счет звуковых волн, создаваемых сгоранием, воздействующих на впускные патрубки. Он предназначался в качестве силовой установки для персональных вертолетов и компактных самолетов, таких как Microlights.

Ракета

Некоторые самолеты использовали ракетные двигатели для управления основной тягой или ориентацией, особенно Bell X-1 и North American X-15 . Ракетные двигатели не используются для большинства самолетов, поскольку их энергетическая и топливная эффективность очень низки, но они используются для коротких скачков скорости и взлета. Там, где эффективность топлива/топлива вызывает меньшее беспокойство, могут быть полезны ракетные двигатели, поскольку они производят очень большую тягу и очень мало весят.

Ракетный турбинный двигатель

Ракетно-турбинный двигатель представляет собой комбинацию двух типов маршевых двигателей: жидкостного ракетного двигателя и турбореактивного двигателя. Его удельная мощность немного выше, чем у обычного реактивного двигателя, и он работает на больших высотах. ^[22]

Предварительно охлажденные реактивные двигатели

При очень высоких сверхзвуковых/малых гиперзвуковых скоростях полета установка системы охлаждения в воздуховод водородного реактивного двигателя позволяет увеличить впрыск топлива на высокой скорости и устраняет необходимость изготовления воздуховода из тугоплавких или активно охлаждаемых материалов. Это значительно улучшает соотношение тяги и веса двигателя на высоких оборотах.

Считается, что такая конструкция двигателя может обеспечить достаточные характеристики для противоположного полета на скорости 5 Маха или даже сделать возможным вывод на орбиту одноступенчатого аппарата. Гибридный воздушно-реактивный ракетный двигатель SABRE представляет собой двигатель предварительного охлаждения, находящийся в стадии разработки.

Поршнево-ТРДДД гибридный

На авиасалоне ILA в Берлине в апреле 2018 года мюнхенский научно-исследовательский институт de:Bauhaus Luftfahrt представил высокоэффективный двигатель с композитным циклом к 2050 году, сочетающий в себе редуктором турбовентиляторный двигатель с и поршневой двигатель . 16-лопастной вентилятор диаметром 2,87 м обеспечивает сверхвысокую степень двухконтурности 33,7 и приводится в движение редукторной турбиной низкого давления, а привод компрессора высокого давления осуществляется от поршневого двигателя с двумя 10-поршневыми рядами без турбины высокого давления. , повышение эффективности за счет нестационарного изохорно - изобарного сгорания при более высоких пиковых давлениях и температурах. Двигатель мощностью 11 200 фунтов (49,7 кН) мог бы привести в действие 50-местный региональный самолет . ^[23]

Его крейсерский TSFC составит 11,5 г/кН/с (0,406 фунт/фунт-сила/час) при общем КПД двигателя 48,2%, температуре горелки 1700 К (1430 °C), общем коэффициенте давления 38 и пиковом значении. давление 30 МПа (300 бар). ^[24] Хотя вес двигателя увеличивается на 30%, расход топлива самолета снижается на 15%. ^[25] При финансовой поддержке Европейской комиссии в рамках проекта Framework 7 LEMCOTEC компании Bauhaus Luftfahrt, MTU Aero Engines и GKN Aerospace представили концепцию в 2015 году, подняв общую степень сжатия двигателя до более чем 100, что обеспечивает сокращение расхода топлива на 15,2% по сравнению с двигателями 2025 года. ^[26]

Нумерация позиций двигателя

На многомоторном самолете позиции двигателей нумеруются слева направо с точки зрения пилота, смотрящего вперед, так, например, на четырехмоторном самолете, таком как Боинг 747 , двигатель № 1 находится с левой стороны, дальше всего от фюзеляжа, а двигатель № 3 находится с правой стороны, ближайшей к фюзеляжу. ^[27]

В случае с двухмоторным самолетом English Electric Lightning , имеющим два реактивных двигателя, установленных на фюзеляже друг над другом, двигатель № 1 находится ниже и впереди двигателя № 2, который находится сверху и сзади. ^[28]

В самолете Cessna 337 Skymaster двухмоторном двигатель № 1 расположен в передней части фюзеляжа, а двигатель № 2 – в кормовой части кабины.

Топливо

Авиационные поршневые (поршневые) двигатели обычно рассчитаны на работу на авиационном бензине . Avgas имеет более высокое октановое число, чем автомобильный бензин, что обеспечивает более высокую степень сжатия , выходную мощность и эффективность на больших высотах. В настоящее время наиболее распространенным Avgas является 100LL. Это относится к октановому числу (октановое число 100) и содержанию свинца (LL = низкое содержание свинца по сравнению с историческими уровнями свинца в Avgas до введения регулирования). ^{[ нужна ссылка ]}

Нефтеперерабатывающие заводы смешивают Avgas с тетраэтилсвинцом (TEL) для достижения этих высоких октановых чисел - практика, которую правительства больше не разрешают для бензина, предназначенного для дорожных транспортных средств. Сокращение поставок TEL и возможность введения экологического законодательства, запрещающего его использование, сделали поиск альтернативного топлива для самолетов авиации общего назначения приоритетом для организаций пилотов. ^[29]

Турбинные двигатели и авиационные дизели работают на различных марках реактивного топлива . Реактивное топливо — относительно менее летучее производное нефти на основе керосина , но сертифицированное по строгим авиационным стандартам, с дополнительными добавками. ^{[ нужна ссылка ]}

В моделях самолетов обычно используются нитродвигатели (также известные как «двигатели накаливания» из-за использования свечи накаливания ), работающие на тлеющем топливе , смеси метанола , нитрометана и смазочного материала. Модели самолетов с электроприводом ^[30] и вертолеты также имеются в продаже. Небольшие мультикоптеры БПЛА- почти всегда питаются от электричества. ^[31]^[32] но более крупные конструкции с бензиновым двигателем находятся в стадии разработки. ^[33]^[34] ^[35]

См. также

Примечания

^ Первые в мире серийные автомобили с нагнетателем появились раньше самолетов. Это были Mercedes мощностью 6/25/40 л.с. и Mercedes 10/40/65 л.с., обе модели были представлены в 1921 году и использовали нагнетатели Roots. Г. Н. Джоргано , изд. (1982). Новая энциклопедия автомобилей с 1885 года по настоящее время (3-е изд.). Нью-Йорк: Даттон. стр. 100-1 415 . ISBN 978-0-525-93254-3 .

Ссылки

^ Рэгг, Дэвид В. (1973). Словарь авиации (первое изд.). Скопа. п. 215. ИСБН 9780850451634 .
^ Перейти обратно: ^а ^б «GE выходит на турбовинтовые двигатели, бросая вызов Пратту» . Уолл Стрит Джорнал. 16 ноября 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ян МакНил, изд. (1990). Энциклопедия истории техники . Лондон: Рутледж. стр. 315–21 . ISBN 978-0-203-19211-5 .
^ Гиббс-Смит, Чарльз Гарвард (1970). Авиация: исторический обзор от ее истоков до конца Второй мировой войны . Лондон: Канцелярия Ее Величества . ISBN 9780112900139 .
^ Гиббс-Смит, Чарльз Гарвард (1960). Аэроплан: исторический обзор его происхождения и развития . Лондон: Канцелярия Ее Величества .
^ Винтер, Фрэнк Х. (декабрь 1980 г.). «Канальный вентилятор или первый в мире реактивный самолет? Заявление Коанды пересмотрено» . Аэронавигационный журнал . 84 . Королевское аэронавтическое общество.
^ Антонио, Дэн; Сикос, Джордж; Бую, Иоанн-Василе; Барток, Александру; Сутик, Роберт (2010). Анри Коанда и его техническая работа в 1906–1918 гг. (на румынском языке). Бухарест: Издательство Anima. ISBN 978-973-7729-61-3 .
^ Гутман, Джон (2009). SPAD XIII против Fokker D VII: Западный фронт 1918 г. (1-е изд.). Оксфорд: Оспри. стр. 24–25. ISBN 978-1-84603-432-9 .
^ Пауэлл, Хикман (июнь 1941 г.). «Он обуздал торнадо…» Научно-популярный .
^ Андерсон, Джон Д. (2002). Самолет: история его технологии . Рестон, Вирджиния, США: Американский институт аэронавтики и астронавтики. стр. 252–53. ISBN 978-1-56347-525-2 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Колдервуд, Дэйв (9 июля 2020 г.). «Pipistrel предлагает сертифицированный электродвигатель» . Издательство Сигер. Журнал ФЛАЕР . Проверено 18 августа 2020 г.
^ Гиббс-Смит, CH (2003). Авиация . Лондон: НМСО. п. 175. ИСБН 1-9007-4752-9 .
^ Буле, Пьер (1998). Путеводители Ларивьер (ред.). Французские вертолеты (на французском языке). ISBN 978-2-907051-17-0 .
^ «Информация АШ 26 Э» . Д.Э.: Александр Шлейхер. Архивировано из оригинала 8 октября 2006 г. Проверено 24 ноября 2006 г.
^ «Возвращение бриллиантовых близнецов» . Летающий Маг. Архивировано из оригинала 18 июня 2014 г. Проверено 14 июня 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Мировая премьера: первый полет самолета с электрическим двигателем , Ассоциация по продвижению электромоторных самолетов, 23 декабря 2007 г., заархивировано из оригинала 10 января 2008 г.
^ Сверхпроводящий турбореактивный двигатель , Physorg.com , заархивировано из оригинала 23 февраля 2008 г.
^ Voyeur , Litemachines, заархивировано из оригинала 31 декабря 2009 г.
^ «TCDS для двигателя E811, модель 268MVLC» (PDF) . Агентство авиационной безопасности Европейского Союза . 18 мая 2020 г. Проверено 18 августа 2020 г.
^ Акстер Аэроспейс
^ Рэгг, Дэвид В. (1973). Словарь авиации (первое изд.). Скопа. п. 4. ISBN 9780850451634 .
^ «Анализ влияния факторов на эффективность жидкостной ракетной турбины» Цзу, Гоцзюнь; Чжан, Yuanjun Journal of Propulsion Technology no. 6, с. 38-43, 58. [1]
^ Дэвид Камински-Морроу (24 апреля 2018 г.). «Гибридная концепция редукторного вентилятора и поршня может сократить расход топлива» . Флайтглобал .
^ «Технические данные концепции двигателя составного цикла» (PDF) . Баухауз Авиация.
^ «Концепция двигателя с составным циклом» . Баухауз Авиация.
^ Саша Кайзер; и др. (июль 2015 г.). «Концепция двигателя составного цикла с коэффициентом гектогенного давления» . Конференция AIAA по двигательной и энергетической технике . дои : 10.2514/6.2015-4028 . ISBN 978-1-62410-321-6 .
^ Национальная ассоциация деловой авиации (1952). Skyways для бизнеса . Том. 11. Публикации Генри. п. 52.
^ «Английская электрическая молния F53 (53-671) – Электростанции» . Гатвикский музей авиации . Архивировано из оригинала 12 июня 2018 года . Проверено 9 июня 2018 г.
^ «Эрл Лоуренс из EAA избран секретарем Международного комитета по авиационному топливу» (пресс-релиз). Архивировано из оригинала 3 марта 2013 года.
^ «Электрические самолеты — РТФ» . www.nitroplanes.com .
^ «Amazon.com: Магазин фотодронов: Руководство по покупке: электроника» . Амазонка .
^ «Радиоуправляемые квадрокоптеры» . www.nitroplanes.com .
^ «Да! Гибридный бензиново-электрический квадрокоптер может похвастаться впечатляющими показателями» . www.gizmag.com . 27 мая 2015 г.
^ «Голиаф — бензиновый квадрокоптер» . hackaday.io .
^ «Тяжелый квадрокоптер поднимает груз весом 50 фунтов. Это ХАЛК с бензиновым двигателем (HLQ)» . Промышленный кран . 11 марта 2013 г.

Внешние ссылки

[11] Первые в мире серийные автомобили с нагнетателем появились раньше самолетов. Это были Mercedes мощностью 6/25/40 л.с. и Mercedes 10/40/65 л.с., обе модели были представлены в 1921 году и использовали нагнетатели Roots. Г. Н. Джоргано , изд. (1982). Новая энциклопедия автомобилей с 1885 года по настоящее время (3-е изд.). Нью-Йорк: Даттон. стр. 100-1 415 . ISBN 978-0-525-93254-3 .

[1] Рэгг, Дэвид В. (1973). Словарь авиации (первое изд.). Скопа. п. 215. ИСБН 9780850451634 .

[turbopropmanufacturer-2] Перейти обратно: ^а ^б «GE выходит на турбовинтовые двигатели, бросая вызов Пратту» . Уолл Стрит Джорнал. 16 ноября 2015 г.

[e-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ян МакНил, изд. (1990). Энциклопедия истории техники . Лондон: Рутледж. стр. 315–21 . ISBN 978-0-203-19211-5 .

[4] Гиббс-Смит, Чарльз Гарвард (1970). Авиация: исторический обзор от ее истоков до конца Второй мировой войны . Лондон: Канцелярия Ее Величества . ISBN 9780112900139 .

[5] Гиббс-Смит, Чарльз Гарвард (1960). Аэроплан: исторический обзор его происхождения и развития . Лондон: Канцелярия Ее Величества .

[6] Винтер, Фрэнк Х. (декабрь 1980 г.). «Канальный вентилятор или первый в мире реактивный самолет? Заявление Коанды пересмотрено» . Аэронавигационный журнал . 84 . Королевское аэронавтическое общество.

[7] Антонио, Дэн; Сикос, Джордж; Бую, Иоанн-Василе; Барток, Александру; Сутик, Роберт (2010). Анри Коанда и его техническая работа в 1906–1918 гг. (на румынском языке). Бухарест: Издательство Anima. ISBN 978-973-7729-61-3 .

[8] Гутман, Джон (2009). SPAD XIII против Fokker D VII: Западный фронт 1918 г. (1-е изд.). Оксфорд: Оспри. стр. 24–25. ISBN 978-1-84603-432-9 .

[p-9] Пауэлл, Хикман (июнь 1941 г.). «Он обуздал торнадо…» Научно-популярный .

[a-10] Андерсон, Джон Д. (2002). Самолет: история его технологии . Рестон, Вирджиния, США: Американский институт аэронавтики и астронавтики. стр. 252–53. ISBN 978-1-56347-525-2 .

[E811_Flyer-12] Перейти обратно: ^а ^б Колдервуд, Дэйв (9 июля 2020 г.). «Pipistrel предлагает сертифицированный электродвигатель» . Издательство Сигер. Журнал ФЛАЕР . Проверено 18 августа 2020 г.

[13] Гиббс-Смит, CH (2003). Авиация . Лондон: НМСО. п. 175. ИСБН 1-9007-4752-9 .

[PBoulay-14] Буле, Пьер (1998). Путеводители Ларивьер (ред.). Французские вертолеты (на французском языке). ISBN 978-2-907051-17-0 .

[15] «Информация АШ 26 Э» . Д.Э.: Александр Шлейхер. Архивировано из оригинала 8 октября 2006 г. Проверено 24 ноября 2006 г.

[16] «Возвращение бриллиантовых близнецов» . Летающий Маг. Архивировано из оригинала 18 июня 2014 г. Проверено 14 июня 2010 г.

[french-17] Перейти обратно: ^а ^б Мировая премьера: первый полет самолета с электрическим двигателем , Ассоциация по продвижению электромоторных самолетов, 23 декабря 2007 г., заархивировано из оригинала 10 января 2008 г.

[18] Сверхпроводящий турбореактивный двигатель , Physorg.com , заархивировано из оригинала 23 февраля 2008 г.

[19] Voyeur , Litemachines, заархивировано из оригинала 31 декабря 2009 г.

[E811_TCDS-20] «TCDS для двигателя E811, модель 268MVLC» (PDF) . Агентство авиационной безопасности Европейского Союза . 18 мая 2020 г. Проверено 18 августа 2020 г.

[21] Акстер Аэроспейс

[22] Рэгг, Дэвид В. (1973). Словарь авиации (первое изд.). Скопа. п. 4. ISBN 9780850451634 .

[23] «Анализ влияния факторов на эффективность жидкостной ракетной турбины» Цзу, Гоцзюнь; Чжан, Yuanjun Journal of Propulsion Technology no. 6, с. 38-43, 58. [1]

[Flight24apr2018-24] Дэвид Камински-Морроу (24 апреля 2018 г.). «Гибридная концепция редукторного вентилятора и поршня может сократить расход топлива» . Флайтглобал .

[25] «Технические данные концепции двигателя составного цикла» (PDF) . Баухауз Авиация.

[26] «Концепция двигателя с составным циклом» . Баухауз Авиация.

[27] Саша Кайзер; и др. (июль 2015 г.). «Концепция двигателя составного цикла с коэффициентом гектогенного давления» . Конференция AIAA по двигательной и энергетической технике . дои : 10.2514/6.2015-4028 . ISBN 978-1-62410-321-6 .

[28] Национальная ассоциация деловой авиации (1952). Skyways для бизнеса . Том. 11. Публикации Генри. п. 52.

[29] «Английская электрическая молния F53 (53-671) – Электростанции» . Гатвикский музей авиации . Архивировано из оригинала 12 июня 2018 года . Проверено 9 июня 2018 г.

[30] «Эрл Лоуренс из EAA избран секретарем Международного комитета по авиационному топливу» (пресс-релиз). Архивировано из оригинала 3 марта 2013 года.

[31] «Электрические самолеты — РТФ» . www.nitroplanes.com .

[32] «Amazon.com: Магазин фотодронов: Руководство по покупке: электроника» . Амазонка .

[33] «Радиоуправляемые квадрокоптеры» . www.nitroplanes.com .

[34] «Да! Гибридный бензиново-электрический квадрокоптер может похвастаться впечатляющими показателями» . www.gizmag.com . 27 мая 2015 г.

[35] «Голиаф — бензиновый квадрокоптер» . hackaday.io .

[36] «Тяжелый квадрокоптер поднимает груз весом 50 фунтов. Это ХАЛК с бензиновым двигателем (HLQ)» . Промышленный кран . 11 марта 2013 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[номер 1]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]