Наконечник струи
Наконечник — это реактивное сопло на кончике лопастей некоторых вертолетов , используемое для вращения ротора, очень похожее на фейерверк на колесе Екатерины . Концевые жиклеры заменяют обычный приводной вал и имеют то преимущество, что не создают крутящего момента на планере, что не требует наличия рулевого винта. Некоторые простые монокоптеры состоят только из одной лопасти с наконечником ракеты. [1] [2]
Концевые форсунки могут использовать сжатый воздух, подаваемый отдельным двигателем , для создания реактивной тяги . В других типах используется система, которая функционирует аналогично камере дожигания (повторного нагрева) в обычном реактивном двигателе, за исключением того, что вместо повторного нагрева газовой струи они служат основным нагревателем, создавая большую тягу, чем поток только предварительно сжатого воздуха; лучшее описание этого — увеличение тяги . Другие конструкции включают прямоточные воздушно-реактивные двигатели или даже полноценный турбореактивный двигатель. Некоторые из них, известные как системы «ракета на роторе» , предусматривают размещение ракет на кончиках лопастей несущего винта, которые заправляются топливом из бака. [3]
Если двигатель вертолета выходит из строя, струи на наконечниках несущего винта увеличивают момент инерции , что позволяет ему накапливать энергию, что несколько облегчает успешную посадку на авторотации . Тем не менее, кончиковая струя также обычно создает значительное дополнительное сопротивление воздуха, что требует более высокой скорости снижения и означает, что очень внезапный переход к посадочному фейерверку для выживания должен произойти с небольшим пространством для ошибки.
История
[ редактировать ]Происхождение
[ редактировать ]В 1900-х годах австриец Людвиг Витгенштейн исследовал использование реактивных струй для приведения в движение пропеллера самолета во время изучения авиационной техники в Манчестерском университете в Соединенном Королевстве. Концепция Витгенштейна требовала, чтобы воздух и газ нагнетались вдоль гребных рычагов в камеры сгорания на конце каждой лопасти, после чего эти газы подвергались сжатию под действием центробежной силы, создаваемой вращающимися рычагами, и тем самым вырабатывали достаточно тепла для воспламенения. [4] В 1911 году Витгенштейн смог получить патент , связанный с его работой с наконечником реактивного двигателя. [5]
Несмотря на относительно раннее зарождение концепции, достижение следующего этапа практического применения оказалось очень трудным, во многом из-за того, что конструкции винтов той эпохи были относительно примитивными и несовместимыми с изменениями конструкции, необходимыми для реализации законцовых жиклеров Витгенштейна. Пройдет много лет, прежде чем будет разработана конструкция лезвия, которая сможет поддержать эту инновацию. Гребные винты того периода обычно были деревянными, тогда как лопасти более поздних винтов обычно состояли из композитных материалов или прессованной стали ламинатов ; последний изготавливается как отдельные половинки перед сваркой вместе, что придает лезвию полую внутреннюю часть и, следовательно, является идеальным каналом для направления воздуха и газа для струи кончика. [4] Прогресс в разработке реактивного винта был еще больше сорван из-за отсутствия у Витгенштейна практического опыта работы с оборудованием. [6] В конце концов он потерял интерес к авиации и прекратил свою инженерную работу. Витгенштейн стал более известен благодаря своей более поздней работе в качестве философа . [7]
В 1920-х годах итальянский авиационный инженер Витторио Исакко спроектировал и построил несколько неортодоксальных винтокрылых аппаратов, которые стали известны как Helicogyre . В 1929 году Helicogyre K1171 был произведен британским производителем самолетов SE Saunders Limited и доставлен на Королевский авиастроительный завод (RAE) в Фарнборо автомобильным транспортом, где прошел ограниченные испытания перед прекращением программы. [8] [9] Хотя в Helicogyre не использовались реактивные самолеты, а вместо этого он приводился в движение поршневыми двигателями, расположенными на концах вращающегося крыла, Исакко предвидел, что их можно заменить реактивными двигателями. [10]
Другим пионером в области наконечников струй был российско-американский инженер Юджин Майкл Глухарефф , изобретатель струи под давлением Глухарева . [11]
В полет
[ редактировать ]
Во время Второй мировой войны немецкий инженер Фридрих фон Добльхофф предложил приводить вертолет в движение прямоточными воздушно-реактивными двигателями, расположенными на законцовках несущего винта. Его идея была реализована, и в 1943 году WNF 342 V1 стал первым вертолетом с реактивным двигателем; он использовал обычный поршневой двигатель для привода как компактного винта, так и воздушного компрессора для подачи воздуха (впоследствии смешанного с топливом) через каналы в головке несущего винта и полые лопасти несущего винта в камеры сгорания, установленные на концах несущего винта. [12] Помимо экспериментального использования WNF 342 в Германии, два прототипа были получены Соединенными Штатами , когда конфликт подошел к концу. [13]
Впоследствии Добльхофф присоединился к американскому производителю самолетов McDonnell Aircraft , который в начале 1950-х годов разработал и пилотировал McDonnell XV-1 , экспериментальный составной автожир . Этот винтокрылый аппарат был классифицирован как конвертоплан ; Силовая установка приводилась в действие одним производства Continental R-975 радиальным двигателем , который приводил в действие пару воздушных компрессоров, подававших воздух под высоким давлением через трубопроводы в лопастях несущего винта в камеру сгорания на каждой из трех законцовок несущего винта, где горела горелка. воспламеняющееся топливо для увеличения тяги, которое вращало несущие винты и позволяло аппарату летать так же, как обычному вертолету. [14] Однако при горизонтальном полете компрессоры были отключены от двигателя, который вместо этого приводил в движение двухлопастный толкающий винт; в прямом полете 80 процентов подъемной силы обеспечивалось крылом, а остальная часть создавалась несущим винтом, который вращался в автоматическом режиме со скоростью около 50 процентов от своей оборотов в минуту при прямом приводе. [15] [16] XV-1 был отменен из-за его невыгодной сложности и быстрого развития обычных вертолетов. [17]
Инженеру Августу Степану приписывают производство реактивных двигателей, используемых британской авиастроительной компанией Fairey Aviation . [ нужна ссылка ] После Второй мировой войны компания Fairey Aviation стремилась изучить винтокрылые самолеты, разработав Fairey FB-1 Gyrodyne в соответствии со спецификацией E.16/47 . [18] Второй FB-1 был модифицирован для исследования несущего винта с реактивным приводом, соединенного с парой винтов, установленных на коротких крыльях; позже он был переименован в Jet Gyrodyne . [19] Другой винтокрылый аппарат, разработанный фирмой, Fairey Ultra-light Helicopter, представлял собой компактный двухместный автомобиль с бок о бок, в котором использовались законцовые реактивные движители, приводимые в движение одним двигателем Turbomeca Palouste турбореактивным . [20] Этот тип заключил контракт с Министерством снабжения на четыре самолета, пригодных для летных испытаний; Возможности «Сверхлегкого» впоследствии были продемонстрированы на многочисленных военных учениях, авиашоу и даже на море. [20] Однако британская армия стала больше ориентироваться на соперника Сондерса-Роу Скитера , предположительно из-за интереса к последнему со стороны правительства Германии. [21]
Соответствует спецификации, разработанной авиакомпанией British European Airways (BEA) для пассажирского винтокрылого самолета, называемого BEA Bus . [22] Фейри приступил к разработке Fairey Rotodyne . 6 ноября 1957 года прототип Rotodyne совершил свой первый полет под управлением главного летчика-испытателя вертолета, командира эскадрильи У. Рона Геллатли и помощника главного летчика-испытателя вертолета, лейтенанта-коммандера Джона Дж. П. Мортона в качестве второго пилота. [23] [24] 10 апреля 1958 года Rotodyne совершил свой первый успешный переход из вертикального полета в горизонтальный, а затем обратно в вертикальный полет. [24] [25] 5 января 1959 года Rotodyne установил мировой рекорд скорости в категории конвертопланов на скорости 190,9 миль в час (307,2 км/ч) на замкнутой трассе длиной 60 миль (100 км). [26] [27]
И BEA, и RAF публично заявили о своем интересе к Rotodyne, причем последний разместил первоначальный заказ на этот тип. [28] Сообщается, что более крупная конструкция Rotodyne Z может быть разработана для размещения до 75 пассажиров и, оснащенная двигателями Rolls-Royce Tyne , будет иметь проектируемую крейсерскую скорость 200 узлов (370 км/ч). Он сможет перевозить около 8 тонн (7 тонн) грузов; Грузы могли включать несколько транспортных средств британской армии и неповрежденный фюзеляж некоторых истребителей внутри фюзеляжа. [29] Несмотря на то, что большая часть опытно-конструкторских работ уже завершена, британское правительство заявило, что не будет оказывать дальнейшую поддержку Rotodyne по экономическим причинам. Соответственно, 26 февраля 1962 года официальное финансирование Rotodyne было прекращено. [30] [31]
В производство
[ редактировать ]
Французский производитель самолетов Sud-Ouest станет первой компанией, которая наладит серийное производство винтокрылых машин с реактивной движительной системой. [32] с носовой частью Первоначально разработав Sud-Ouest Ariel для чисто экспериментальных целей, фирма имела достаточную уверенность, чтобы приступить к серийному производству винтокрылого аппарата Sud-Ouest Djinn . [33] Одноместный прототип, получивший обозначение SO1220 , был построен в качестве воздушного испытательного стенда для концепции силовой установки винтокрылого аппарата. [34] [35] Французская армия поощряла строительство большой предсерийной партии из 22 вертолетов для оценочных целей. Первый из них поднялся в воздух 23 сентября 1954 года. Три предсерийных винтокрылых машины были приобретены армией США под обозначением YHO-1 для собственных испытаний; По словам автора авиации Стэнли С. Макгоуэна, армия США мало интересовалась этим типом. [36] По словам автора Уэйна Мутцы, армия США сочла YHO-1 превосходной оружейной платформой, но была вынуждена отказаться от своего интереса из-за политической оппозиции закупкам винтокрылых машин иностранной разработки. [37]
Помимо французских военных, еще десять стран разместили заказы на этот тип; например, партия из шести винтокрылых машин, закупленная немецкой армией . [36] Производство «Джиннов» подошло к концу в середине 1960-х годов, к этому моменту было построено в общей сложности 178 «Джиннов»; этот тип был фактически заменен более традиционным и весьма успешным Aérospatiale Alouette II . [33] [38] Некоторые джинны были проданы гражданским операторам; в этом качестве их часто оборудовали для сельскохозяйственных целей, снабжая баками для химикатов и опрыскивателями. [36] В конце 1950-х годов улучшенная версия «Джинна», предварительно обозначенная как « Джинн III» или «Супер Джинн» , изучалась компанией Sud Aviation. Как предполагалось, проектируемый Super Djinn будет оснащен более новым двигателем Turbomeca Palouste IV наряду с другими изменениями для большей мощности и выносливости, чем исходная серийная модель. [32] [39]
Винтокрылый самолет с законцовыми форсунками
[ редактировать ]Форсунки с холодным наконечником
[ редактировать ]Сжатый воздух в форсунках с холодными наконечниками обычно выходит при довольно высоких температурах из-за эффектов сжатия-нагрева, но их называют «холодными» струями. [ нужна ссылка ] отличить их от реактивных самолетов, которые сжигают топливо для нагрева воздуха для большей тяги; аналогично разнице между «холодным» и «горячим» выхлопом на «прыжковом реактивном самолете» Харриера , который использует «холодный» воздух, нагретый до нескольких сотен градусов за счет сжатия внутри компрессора низкого давления двигателя Пегаса .)
- Avimech Dragonfly DF-1 - американский перекиси водорода . вертолет, работающий на
- Dornier Do 32 - немецкий сверхлегкий реактивный вертолет, первый полет совершил 29 июня 1962 года: построено 4 экземпляра.
- Dornier Do 132 — немецкий проект реактивного вертолёта, отмененный в 1969 году.
- Fiat 7002 — итальянский реактивный вертолет, первый полет совершил в 1961 году, построен всего один.
- Персиваль P.74 - использовал вторые компрессоры для смешивания выхлопных газов турбины с большим количеством воздуха, выходящего на законцовки крыла. Двигатели никогда не производили достаточной мощности, и поэтому он никогда не летал. Дальнейшее развитие конструкции с использованием более мощных двигателей было отменено.
- Sud-Ouest Ariel - французский вертолет с реактивным двигателем, первый полет в 1947 году; построено три прототипа.
- Sud-Ouest Djinn - французский вертолет с реактивным двигателем, первый полет в 1953 году; 178 построено.
- VFW-Fokker H3 — немецкий реактивный составной вертолет; два построены и летают. [40]
Форсунки с горячим наконечником
[ редактировать ]В этом контексте струи с горячим наконечником представляют собой разновидность простого ракетного двигателя с питанием под давлением , поскольку топливо и окислитель подаются, смешиваются и воспламеняются. Обычно в качестве окислителя здесь используется воздух, сжатый в другом месте самолета и подаваемый через ротор к законцовому двигателю вместе с топливом.
- Doblhoff WNF 342 — немецкий вертолёт времен Второй мировой войны с реактивным несущим винтом.
- Сверхлегкий вертолет Fairey - первый полет состоялся в 1955 году. Четыре из них были построены для использования в военных целях, но отсутствие интереса привело к тому, что Fairey сосредоточился на более крупном проекте Rotodyne.
- Fairey Jet Gyrodyne с роторным двигателем в Великобритании - экспериментальный составной автожир , предоставляющий данные для Fairey Rotodyne. Первый полет совершил в 1954 году.
- Fairey Rotodyne - составной автожир из Великобритании с несущим винтом, приводимым в движение законцовыми струями (сжатый воздух и топливо сгорают в камерах сгорания законцовок) для вертикального взлета и посадки. Проект 48-местного ближнемагистрального авиалайнера. Первый полет совершил в 1957 году. Отменен из-за опасений по поводу шума работающих на конце реактивных струй.
- Hughes XH-17 - американский летающий кран с реактивной горелкой (самый большой ротор из всех типов на вертолете), отменен из-за неэффективной конструкции (дальность действия около 40 миль (64 км))
- McDonnell XV-1 — американский экспериментальный составной автожир. конкурировал с конвертопланом Bell XV-3. Совершил полет в 1954 году, но отменен из-за недостаточного преимущества перед современными вертолетами.
Рамджетс
[ редактировать ]- Hiller YH-32 Hornet - американский прямоточный воздушно-реактивный вертолет, первый полет которого состоялся в 1950 году. «Реактивный джип» имел хорошую грузоподъемность, но в остальном был плох.
- Миль В-7 — советский прямоточный воздушно-реактивный вертолет.
- Focke-Wulf Fw Triebflugel времен Второй мировой войны с прямоточными воздушно-реактивными двигателями - не строилась Конструкция немецкого перехватчика
- H-3 Kolibrie голландской конструкции 1950-х годов, разработанной Nederlandse Helikopter Industrie ; 11 построено.
Импульсные двигатели
[ редактировать ]Турбореактивные двигатели
[ редактировать ]Ракеты
[ редактировать ](Примечание: Топливо и окислитель подаются в камеры сгорания на концах ротора.)
- Rotary Rocket Roton ATV - американская концепция многоразовой ракеты, первоначально разработанная с ротором с реактивным двигателем на наконечнике ракеты.
Неизвестный
[ редактировать ]- Sikorsky XV-2 — конвертоплан , в котором используется останавливаемый однолопастной несущий винт с противовесом для обеспечения устойчивости. [41] в то время как конструкция наконечника струи будет приводить в движение ротор. При остановке ротор убирается в верхнюю часть фюзеляжа, и тогда XV-2 будет летать, как обычный самолет, на треугольных крыльях . [42] Отменено в незавершенном виде.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ^ Пеклич, Джозеф. «Построй монокоптер». Sport Rocketry , 44, 2 марта – апрель 2001 г. с. 34.
- ^ Ходж, Джон. «Обзор монокоптера C6 MII». Cosrocketeer , 12, 4, июль – август 2000 г. с. 4-5.
- ^ Кларк 2018 , с. [ нужна страница ] .
- ^ Перейти обратно: а б Лемко, Ян (22 декабря 2006 г.). «Аэронавигационное исследование Витгенштейна». Заметки и отчеты Лондонского королевского общества . 61 (1): 39–51. дои : 10.1098/rsnr.2006.0163 . JSTOR 20462605 . S2CID 145564093 .
- ^ Монк 1990 , стр. 30–35.
- ^ Май 2015 г. , с. 137.
- ^ Монк 1990 , с. 30.
- ^ Meekcoms & Morgan 1994 , с. 131.
- ^ "Сондерс Роу Скитер". Полет , 1956. с. 355.
- ^ «Геликогира » . Полет . 21 марта 1929 г., стр. 244–245.
- ^ Барретт, Рональд. «Реактивный двигатель Глухарева» (PDF) .
- ^ Форд 2013 , с. 224.
- ^ Апостол 1984 , с. 18,
- ^ «Конвертоплан Макдоннелл XV-1» . airandspace.si.edu . Проверено 12 ноября 2020 г.
- ^ Уоткинсон 2004 , с. 355.
- ^ Хардинг 1997 , с. [ нужна страница ] .
- ^ Маркман и Холдер 2000 , с. [ нужна страница ] .
- ^ Вуд 1975 , стр. 108–111.
- ^ Вуд 1975 , с. 118.
- ^ Перейти обратно: а б Тейлор 1974 , стр. 398–404.
- ^ Вуд 1975 , с. 115.
- ^ Вуд 1975 , с. 116.
- ^ "Лейтенант-коммандер Джонни Мортон - некролог". Телеграф , 6 июля 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б Вуд 1975 , с. 120.
- ^ Тейлор 1974 , с. 97.
- ^ «Идентификатор рекорда FAI № 13216 — Rotodyne, скорость по замкнутому кругу 100 км без полезной нагрузки». Архивировано 17 февраля 2015 года в Wayback Machine Международной авиационной федерации , дата записи 5 января 1959 года. Доступ: 29 ноября 2013 года.
- ^ Винчестер 2005 , с. 96.
- ^ Вуд 1975 , с. 121.
- ^ Вуд 1975 , стр. 122–124.
- ^ Джастин Паркинсон (12 февраля 2016 г.). «Почему полусамолет-полувертолет не сработал?» . Би-би-си . Проверено 12 февраля 2016 г.
- ^ Вуд 1975 , стр. 124–125.
- ^ Перейти обратно: а б «Хью французские вертолеты». Flight International , 17 апреля 1959 г. с. 512.
- ^ Перейти обратно: а б Бойн 2011 , с. 101.
- ^ «Вертолет летает в воздухе». Популярная наука , апрель 1953 г.
- ^ "Hot Air Whirler" Полет , 18 декабря 1953 г. с. 8.
- ^ Перейти обратно: а б с Макгоуэн 2005 , с. 74.
- ^ Муца 2010 , с. 19.
- ^ «Франция». Flight International , 11 мая 1961 г. с. 626.
- ^ «Вертолеты мира...» Flight International , 15 мая 1959 г. с. 684.
- ^ Робб, Рэймонд Л., «Гибридные вертолеты: стремление к скорости усугубляется» (PDF) , Vertiflite , вып. Лето 2006 г., Американское вертолетное общество, с. 34, заархивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2006 г.
- ^ Бойн 1984, стр.178.
- ^ Сикорский 2007, стр.84.
Библиография
[ редактировать ]- Апостоло, Джорджио (1984). Иллюстрированная энциклопедия вертолетов . Нью-Йорк: Книги Бонанза. ISBN 0-517-43935-2 .
- Бойн, Уолтер Дж. (1984). Вертикальный полет: эпоха вертолетов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Смитсоновского института. ISBN 978-0874742794 .
- Бойн, Уолтер (2011). Как вертолет изменил современную войну . Издательство Пеликан. ISBN 1-455-615684 .
- Кларк, Джон Д. (23 мая 2018 г.). Зажигание! . Издательство Университета Рутгерса. дои : 10.36019/9780813599199 . ISBN 9780813599199 .
- Форд, Роджер (2013). Секретное оружие Германии во Второй мировой войне . Лондон, Великобритания: Янтарные книги. ISBN 9781909160569 .
- Хардинг, Стивен (1997). Самолеты армии США с 1947 года. Иллюстрированный справочник . Шиффер, военная/авиационная история. Атглен, Пенсильвания: Паб Schiffer. ISBN 0-7643-0190-Х .
- Маркман, Стив; Холдер, Уильям Г. (2000). Прямо вверх. История вертикального полета . Шиффер, военная/авиационная история. Атглен, Пенсильвания: Паб Schiffer. ISBN 0-7643-1204-9 .
- Мэйс, Вулф (2015). «Витгенштейн в Кембридже». Портреты Витгенштейна . Блумсбери. ISBN 9781472589781 .
- Макгоуэн, Стэнли С. (2005). Вертолеты: иллюстрированная история их влияния . АВС-КЛИО. ISBN 1-851-094687 .
- Миккомс, Кей Джей; Морган, Э.Б. (1994). Файл технических характеристик британских самолетов . Тонбридж, Кент, Великобритания: Air-Britain . ISBN 0-85130-220-3 .
- Монк, Рэй (1990). Людвиг Витгенштейн: Долг гения . Свободная пресса. ISBN 9781448112678 .
- Мутца, Уэйн (2010). Боевые вертолеты: системы смертоносного боевого оружия . Специализированная пресса. ISBN 1-580-071546 .
- Сикорский, Сергей И. (2007). Наследие Сикорского . Образы авиации. Чарльстон, Южная Каролина: Издательство Arcadia. ISBN 978-0738549958 .
- Тейлор, Х.О. (1974). Fairey Aircraft с 1915 года . Лондон: Издательство Патнэм. ISBN 0-370-00065-Х .
- Уоткинсон, Джон (2004). Искусство вертолета . Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 07506-5715-4 .
- Винчестер, Джим, изд. (2005). «Фейри Ротодайн». Концептуальный самолет . (Факты об авиации). Рочестер, Кент, Великобритания: Grange Books. ISBN 978-1-84013-809-2 .
- Вуд, Дерек (1975). Проект отменен . Издательства Макдональда и Джейн. ISBN 0-356-08109-5 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Реактивный вертолет Dragonfly от Swiss Copter
- [1] По состоянию на 1 февраля 2007 г.
- Программа Витгенштейна Jet BBC Radio 4, трансляция, пятница, 2 января 2015 г.
- Патент Великобритании GB191027087A: Усовершенствования пропеллеров, применимых для авиационных машин , Людвиг Витгенштейн, 1910 г. , Espacenet.