Реферат: История появления реактивной авиации

Содержание.

 

1.Введение

2.Принцип работы иклассификация реактивных

   двигателей

3.Краткаяистория развития реактивной авиации

4.Применениереактивной техники в

   гражданскойавиации

5.Заключение

Часть1. Введение.

 

Историяавиации характеризуется непрекращающейся борьбой за повышение скорости полетасамолетов. Первый официально зарегистрированный мировой рекорд скорости,установленный в 1906 году, составлял всего 41,3 километра в час. К 1910 годускорость лучших самолетов возросла до 110 километров в час. Построенный наРусско-Балтийском заводе еще в начальный период первой мировой войнысамолет-истребитель РБВЗ-16 обладал максимальной скоростью полета – 153 километрав час. А к началу второй мировой войны уже не отдельные машины – тысячисамолетов летали со скоростями, превышавшими 500 километров в час.

Измеханики известно, что мощность, необходимая для обеспечения движения самолета,равна произведению силы тяги на его скорость. Таким образом, мощность растетпропорционально кубу скорости. Следовательно, чтобы увеличить скорость полетавинтомоторного самолета в два раза необходимо повысить мощность его двигателейв восемь раз. Это ведет к возрастанию веса силовой установки и к значительномуувеличению расхода горючего. Как показывают расчеты, для удвоения скоростисамолета, ведущего к увеличению его веса и размеров, нужно повысить мощностьпоршневого двигателя в 15-20 раз.

Но начинаясо скорости полета 700-800 километров в час и по мере приближения ее к скоростизвука сопротивление воздуха увеличивается еще более резко. Кроме того,коэффициент полезного действия воздушного винта достаточно высок лишь прискоростях полета, не превышающих 700-800 километров в час. С дальнейшим ростомскорости он резко снижается. Поэтому, несмотря на все старанияавиаконструкторов, даже у лучших самолетов-истребителей с поршневыми моторамимощностью 2500-3000 лошадиных сил максимальная скорость горизонтального полетане превышала 800 километров в час.

Как видим,для освоения больших высот и дальнейшего увеличения скорости был нужен новыйавиационный двигатель, тяга и мощность которого с увеличением скорости полетане падали бы, а возрастали.

И такойдвигатель был создан. Это – авиационный реактивный двигатель. Он былзначительно мощнее и легче громоздких винтомоторных установок. Использованиеэтого двигателя в конце концов позволило авиации перешагнуть звуковой барьер.

 

Часть 2. Принцип работыи классификация реактивных двигателей.

 

Рисунок 1.

  Чтобы понять принцип работы реактивного двигателя, вспомним, чтопроисходит при выстреле из любого огнестрельного оружия. Каждому, кто стрелялиз ружья или пистолета, известно действие отдачи. В момент выстрела пороховыегазы с огромной силой равномерно давят во все стороны. Внутренние стенкиствола, дно пули или снаряда и дно гильзы, удерживаемой затвором, испытываютэто давление.

Силы давления на стенки ствола взаимно уравновешиваются.Дав-ление пороховых газов на пулю (снаряд) вы-брасывает ее из вин-товки(орудия), а дав-ление газов на дно гильзы и является при-чиной отдачи (рис.1).

Отдачу легко сделать и источником непрерывного движения.Вообразим себе, например, что мы поставили на легкую тележку станковый пехотныйпулемет. Тогда при непрекращающейся стрельбе из пулемета она покатится подвлиянием толчков отдачи в сторону, противоположную направлению стрельбы.

На таком принципе и основано действие реактивногодвигателя. Источником движения в реактивном двигателе служит реакция или отдачагазовой струи.

Рисунок 2.

  В закрытом сосуде находится сжатый газ (рис.2а). Давление газаравномерно распределяется на стенки сосуда, который при этом остаетсянеподвижным. Но если удалить одну из торцовых стенок сосуда, то сжатый газ,стремясь расшириться, начнет быстро вытекать из отверстия наружу.

 Давление газа на противоположную по отношению к отверстиюстенку уже не будет уравновешиваться, и сосуд, если он не закреплен, начнетдвигаться (рис.2б). Важно отметить, что чем больше давление газа, тем большескорость его истечения, и тем быстрее будет двигаться сосуд.

Для работы реактивного двигателя достаточно сжигать врезервуаре порох или иное горючее вещество. Тогда избыточное давление в сосудевынудит газы непрерывно вытекать в виде струи продуктов сгорания в атмосферу соскоростью тем большей, чем выше давление внутри самого резервуара и чем меньшедавление снаружи. Истечение газов из сосуда происходит под влиянием силыдавления, совподающей с направлением выходящей через отверстие струи.Следовательно неизбежно появится и другая сила равной величины ипротивоположного направления. Она-то и заставит резервуар двигаться. Эта силаносит название силы реактивной тяги.

Все реактивные двигатели можно подразделить на несколькоосновных классов. Рассмотрим группировку реактивных двигателей по родуиспользуемого в них окислителя (рис.3).

Рисунок 3. Классификация реактивных двигателей.

  В первую группу вхо-дят реактивные двигатели с собственнымокислителем, так называемые ракетные двигатели. Эта группа в свою очередьсостоит из двух классов: ПРД – пороховых реактивных дви-гателей и ЖРД –жидкостных реактивных двигателей.

В пороховых реактив-ных двигателях топливо од-новременно содержитгорю-чее и необходимый для его сгорания окислитель. Прос-тейшим ПРД являетсяхорошо всем известная фейерве-рочная ракета. В таком двигателе порох сгорает втечение нескольких секунд или даже долей секунды. Развиваемая при этомреактивная тяга довольно значительна. Запас топлива ограничен объемом камерысгорания.

 В конструктивном отношении ПРД исключительно прост. Онможет применяться как непродолжительно работающая, но создающая все жедостаточно большую силу тяги установка.

В жидкостных реактивных двигателях в состав топлива всостав топлива входит какая-либо горючая жидкость (обычно керосин или спирт) ижидкий кислород или какое-нибудь кислородосодержащее вещество (например,перекись водорода или азотная кислота). Кислород или заменяющее его вещество,необходимое для сжигания горючего, принято называть окислителем. При работе ЖРДгорючее и окислитель непрерывно поступают в камеру сгорания; продукты сгоранияизвергаются наружу через сопло.

Жидкостный и пороховой реактивные двигатели, в отличие отостальных, способны работать в безвоздушном пространстве.

Рисунок 4. Принципиальная схема прямоточного ВРД

  Вторую группу образуют воздушно-реактивные двигатели – ВРД, использующиеокислитель из воздуха. Они в свою очередь подразделяются на три класса:прямоточные ВРД (ПВРД), пульсирующие ВРД (ПуВРД), и турбореактивные двигатели(ТРД).

В прямоточном (или бескомпрессорном) ВРД го-рючеесжигается в камере сгорания в атмосферном воздухе, сжатом своим собственнымскоростным на-пором (рис.4). Сжатие воз-духа осуществляется по за-кону Бернулли.Согласно этому закону, при движении жидкости или газа по расширяющемуся каналуско-рость струи уменьшается, что ведет к повышению дав-ления газа или жидкости.

 Для этого в ПВРД предусмотрен диффузор – расширяющийсяканал, по которому атмосферный воздух попадает в камеру сгорания.

Площадь выходного сечения сопла обычно значительно большеплощади входного сечения диффузора. Кроме того по поверхности диффузорадавление распределяется иначе и имеет большие значения, чем на стенках сопла. Врезультате действия всех этих сил возникает реактивная тяга.

КПД прямоточного ВРД при скорости полета 1000 километров вчас равен примерно 8-9%. А при увеличении этой скорости в 2 раза КПД в рядеслучаев может достигнуть 30% — выше, чем у поршневого авиадвигателя. Но надо заметить,что ПВРД обладает существенным недостатком: такой двигатель не дает тяги наместе и не может, следовательно, обеспечить самостоятельный взлет самолета.

Сложнее устроен турбореактивный двигатель (ТРД). В полетевстречный воздух проходит через переднее входное отверстие к компрессору исжимается в несколько раз (рис.5). Сжатый компрессором воздух попадает в камерусгорания, куда впрыскивается жидкое горючее (обычно керосин); образующиеся присгорании этой смеси газы подаются к лопаткам газовой турбины.

Рисунок 5. Схема работы ТРД.

  Диск турбины за-креплен на одном валу с колесом компрессора,поэтому горячие газы, проходящие через турби-ну, приводят ее во вра-щениевместе с компрес-сором. Из турбины газы попадают в сопло. Здесь давление ихпадает, а скорость возрастает. Выходящая из двигателя газовая струя создаетреактивную тягу.

В отличие от прямоточного ВРД турбореактивный двигательспособен развивать тягу и при работе на месте. Он может самостоятельнообеспечить взлет самолета. Для запуска ТРД применяются специальные пусковыеустройства: электростартеры и газотурбостартеры.

Экономичность ТРД на дозвуковых скоростях полета намноговыше, чем прямоточного ВРД. И только на сверхзвуковых скоростях порядка 2000километров в час расход горючего для обоих типов двигателей становится примерноодинаковым.

 

Часть3. Краткая история развития

реактивной авиации.

Самымизвестным и наиболее простым реактивным двигателем является пороховая ракета,много столетий назад изобретенная в древнем Китае. Естественно, что пороховаяракета оказалась первым реактивным двигателем, который попытались использоватьв качестве авиационной силовой установки.

В самомночале 30-х годов в СССР развернулись работы, связанные с созданием реактивногодвигателя для летательных аппаратов. Советский инженер Ф.А.Цандер еще в 1920году высказал идею высотного ракетного самолета. Его двигатель “ОР-2”,работавший на бензине и жидком кислороде, предназначался для установки наопытный самолет.

В Германиипри участии инженеров Валье, Зенгера, Опеля и Штаммера начиная с 1926 годасистематически производились эксперименты с пороховыми ракетами,устанавливавшимися на автомобиль, велосипед, дрезину и, наконец, на самолет. В1928 году были получены первые практические результаты: ракетный автомобильпоказал скорость около 100 км/час, а дрезина – до 300 км/час. В июне того жегода был осуществлен первый полет самолета с пороховым реактивным двигателем.На высоте 30 м. Этот самолет пролетел 1,5 км., продержавшись в воздухе всегоодну минуту. Спустя немногим более года полет был повторен, причем быладостигнута скорость полета 150 км/час.

К концу30-х годов нашего века в разных странах велись исследовательские,конструкторские и экспериментальные работы по созданию самолетов с реактивнымидвигателями.

В 1939году в СССР состоялись летные испытания прямоточных воздушно-реактивныхдвигателей (ПВРД) на самолете “И-15” конструкции Н.Н.Поликарпова. ПВРДконструкции И.А.Меркулова были установлены на нижних плоскостях самолета вкачестве дополнительных моторов. Первые полеты проводил опытныйлетчик-испытатель П.Е.Логинов. На заданной высоте он разгонял машину домаксимальной скорости и включал реактивные двигатели. Тяга дополнительных ПВРДувеличивала максимальную скорость полета. В 1939 году были отработаны надежныйзапуск двигателя в полете и устойчивость процесса горения. В полете летчик могнеоднократно включать и выключать двигатель и регулировать его тягу. 25 января1940 года после заводской отработки двигателей и проверки их безопасности во многихполетах состоялось официальное испытание — полет самолета с ПВРД. Стартовав сЦентрального аэродрома имени Фрунзе в Москве, летчик Логинов включил нанебольшой высоте реактивные двигатели и сделал несколько кругов над райономаэродрома.

Эти полетылетчика Логинова в 1939 и 1940 годах были первыми полетами на самолете совспомогательными ПВРД. Вслед за ним в испытании этого двигателя приняли участиелетчики-испытатели Н.А.Сопоцко, А.В.Давыдов и А.И.Жуков. Летом 1940 года этидвигатели были установлены и испытаны на истребителе И-153 “Чайка” конструкцииН.Н.Поликарпова. Они увеличивали скорость самолета на 40-50 км/час.

Однако прискоростях полета, которые могли развивать винтовые самолеты, дополнительныебескомпрессорные ВРД расходовали очень много горючего. Есть у ПВРД еще одинважный недостаток: такой двигатель не дает тяги на месте и не может,следовательно, обеспечить самостоятельный взлет самолета. Это означает, чтосамолет с подобным двигателем должен быть обязательно снабжен какой-либовспомогательной стартовой силовой установкой, например винтомоторной, иначе емуне подняться в воздух.

В конце30-х – начале 40-х годов нашего столетия разрабатывались и испытывались первыесамолеты с реактивными двигателями других типов.

Один изпервых полетов человека на самолете с жидкостным реактивным двигателем (ЖРД)был также совершен в СССР. Советский летчик В.П.Федоров в феврале 1940 годаиспытал в воздухе ЖРД отечественной конструкции. Летным испытаниямпредшествовала большая подготовительная работа. Спроектированный инженеромЛ.С.Душкиным ЖРД с регулируемой тягой прошел всесторонние заводские испытанияна стенде. Затем его установили на планер конструкции С.П.Королева. После того,как двигатель успешно прошел наземные испытания на планере, приступили к летнымиспытаниям. Реактивный самолет отбуксировали обычным винтовым самолетом навысоту 2 км. На этой высоте летчик Федоров отцепил трос и, отлетев на некотороерасстояние от самолета-буксировщика, включил ЖРД. Двигатель устойчиво работалдо полного израсходования топлива. По окончании моторного полета летчикблагополучно спланировал и приземлился на аэродроме.

Эти летныеиспытания явились важной ступенью на пути создания скоростного реактивногосамолета.

Вскоресоветский конструктор В.Ф.Болховитинов спроектировал самолет, на котором вкачестве силовой установки был использован ЖРД Л.С.Душкина. Несмотря натрудности военного времени, уже в декабре 1941 года двигатель был построен.Параллельно создавался и самолет. Проектирование и постройка этого первого вмире истребителя с ЖРД были завершены в рекордно короткий срок:  всего за 40дней. Одновременно шла подготовка и к летным испытаниям. Проведение первыхиспытаний в воздухе новой машины, получившей марку “БИ”, было возложено налетчика-испытателя капитана Г.Я.Бахчиванджи.

15 мая1942 года состоялся первый полет боевого самолета с ЖРД. Это был небольшойостроносый самолет-моноплан с убирающимся в полете шасси и хвостовым колесом. Вносовом отсеке фюзеляжа помещались две пушки калибром 20 мм, боезапас к ним ирадиоаппаратура. Далее были расположены кабина пилота, закрытая фонарем, итопливные баки. В хвостовой части находился двигатель. Полетные испытанияпрошли успешно.

В годыВеликой Отечественной войны советские авиаконструкторы работали и над другимитипами истребителей с ЖРД. Конструкторский коллектив, руководимыйН.Н.Поликарповым, создал боевой самолет “Малютка”. Другой коллективконструкторов во главе с М.К.Тихонравовым разработал реактивный истребительмарки “302”.

Работы посозданию боевых реактивных самолетов широко проводились и за рубежом.

В июне1942 года состоялся первый полет немецкого реактивного истребителя-перехватчика“Ме-163” конструкции Мессершмитта (рис.6). Только девятый вариант этогосамолета был запущен в серийное производство в 1944 году.

Рисунок 6. Немецкий истребитель-перехватчик с ЖРД “Ме-163”.

  Впервые этот самолет с ЖРД был применен в боевой обстановке всередине 1944 года при вторжении союзни-ческих войск во Францию. Онпредназначался для борьбы с бомбардировщиками и истре-бителями противника наднемецкой территорией. Само-лет представлял собой моноплан без горизонталь-ногохвостового оперения, что оказалось возможным благодаря большой стрело-видностикрыла.

 Фюзеляжубыла придана обтекаемая форма. Наружные поверхности самолета были оченьгладкие. В носовом отсеке фюзеляжа размещалась ветрянка для привода генератораэлектросистемы самолета. В хвостовой части фюзеляжа устанавливался двигатель –ЖРД с тягой до 15 кН. Между корпусом двигателя и обшивкой машины имеласьогнеупорная прокладка. Баки с горючим были размещены в крыльях, а сокислителями – внутри фюзеляжа. Обычного шасси на самолете не было. Взлетпроисходил с помощью специальной стартовой тележки и хвостового колеса. Сразуже после взлета эта тележка сбрасывалась, а хвостовое колесо убиралось внутрьфюзеляжа. Управление самолетом производилось посредством руля поворота,установленного, как обычно, за килем, и размещенных в плоскости крыла рулейвысоты, которые одновременно являлись и элеронами. Посадка производилась на стальнуюпосадочную лыжу длиной около 1,8 метра с полозом шириной 16 сантиметров. Обычносамолет взлетал, используя тягу установленного на нем двигателя. Однако позамыслу конструктора была предусмотрена возможность использования подвесныхстартовых ракет, которые сбрасывались после взлета, а также возможностьбуксировки другим самолетом до нужной высоты. При работе ЖРД в режиме полнойтяги самолет мог набирать высоту почти по вертикали. Размах крыльев самолетасоставлял 9,3 метра, его длина – около 6 метров. Полетный вес при взлете былравен 4,1 тонны, при посадке – 2,1 тонны; следовательно, за все время моторногополета самолет становился почти вдвое легче – расходовал примерно 2 тоннытоплива. Длина разбега была более 900 метров, скороподъемность – до 150 метровв секунду. Высоту в 6 километров самолет достигал через 2,5 минуты послевзлета. Потолок машины был 13,2 километра. При непрерывной работе ЖРД полетпродолжался до 8 минут. Обычно по достижении боевой высоты двигатель работал ненепрерывно, а периодически, причем самолет то планировал, то разгонялся. Врезультате общая продолжительность полета могла быть доведена до 25 минут идаже более. Для такого режима работы характерны значительные ускорения: привключении ЖРД на скорости 240 километров в час самолет достигал скорости 800километров в час спустя 20 секунд (за это время он пролетал 5,6 километров сосредним ускорением 8 метров в секунду квадрат). У земли этот самолет развивалмаксимальную скорость 825 километров в час, а в интервале высот 4-12 километровего максимальная скорость возрастала до 900 километров в час.

В тот жепериод в ряде стран велись интенсивные работы по созданию воздушно-реактивныхдвигателей (ВРД) различных типов и конструкций. В Советском Союзе, как ужеговорилось, испытывался прямоточный ВРД, установленный на самолете-истребителе.

В Италии вавгусте 1940 года был совершен первый 10-минутный полет реактивногосамолета-моноплана “Кампини-Капрони СС-2” (рис.7). На этом самолете былустановлен так называемый мотокомпрессорный ВРД (этот тип ВРД не рассматривалсяв обзоре реактивных двигате-лей, так как он оказался невыгодным ираспространения не получил). Воздух входил через специальное отверстие впередней части фюзеляжа в трубу переменного сечения, где поджималсякомпрессором, который получал вращение от расположенного позадизвез-дообразного поршневого авиа-мотора мощностью 440 лошади-ных сил.

 Затемпоток сжатого воздуха омывал этот поршневой мотор воздушного охлаждения инесколько нагревался. Перед поступлением в камеру сгорания воздух смешивался свыхлопными газами от этого мотора. В камере сгорания, куда впрыскивалосьтопливо, в результате его сжигания температура воздуха повышалась еще больше.

Рисунок 7. Самолет “Кампини-Капрони ”:

а  –  вид  сбоку  в полете;

б – вид спереди на земле.

  Газовоздушная смесь, вытекавшая из сопла в хвост-овой части фюзеляжа,созда-вала реактивную тягу этой силовой установки. Площадь выходного сеченияреактивно-го сопла регулировалась пос-редством конуса, могущего перемещаться вдольоси сопла. Кабина пилота распо-лагалась вверху фюзеляжа над трубой для потокавоздуха, проходящей через весь фюзе-ляж. В ноябре 1941 года на этом самолетебыл совершен перелет из Милана в Рим (с промежуточной посадкой в Пизе длязаправки горючим), длившийся 2,5 часа, причем средняя скорость полета составила210 километров в час.

 Каквидим, реактивный самолет с двигателем, выполненным по такой схеме, оказалсянеудачным: он был лишен главного качества реактивного самолета – способностиразвивать большие скорости. К тому же расход горючего у него был весьма велик.

Рисунок 8. Самолет Глостер “Е -28/39”

  В мае 1941 года в Англии состоялся первый испытательный полетэкспериментального самолета Глостер “Е-28/39” с ТРД с центробежным компрессоромконструкции Уиттла (рис.8).

 При 17 тысячах оборо-тов в минуту этот двигатель развивалтягу около 3800 ньютонов. Экспериментальный самолет представлял собойодноместный истребитель с одним ТРД, расположенным в фюзеляже позади кабиныпило-та. Самолет имел убирающееся в полете трехколесное шасси.

Полторагода спустя, в октябре 1942 года, было проведено первое летное испытаниеамериканского реактивного самолета-истребителя “Эркомет” Р-59А с двумя ТРДконструкции Уиттла (рис.9). Это был моноплан со среднерасположенным крылом и свысокоустановленным хвостовым оперением.

Рисунок 9. Самолет “Эркомет” Р-59А

  Носовая часть фюзеляжа была сильно вынесена вперед. Самолет былоснащен трехко-лесным шасси; полетный вес машины составлял почти 5 тонн,потолок – 12 километ-ров. При летных испытаниях была достигнута скорость 800километров в час.

Средидругих самолетов с ТРД этого периода следует отметить истребитель Глостер “Метеор”,первый полет которого состоялся в 1943 году. Этот одноместныйцельнометаллический моноплан оказался одним из наиболее удачных реактивныхсамолетов-истребителей того периода. Два ТРД были установлены нанизкорасположенном свободнонесущем крыле. Серийный боевой самолет развивалскорость 810 километров в час. Продолжительность полета составляла около 1,5часов, потолок – 12 километров. Самолет имел 4 автоматические пушки калибра 20миллиметров. Машина обладала хорошей маневренностью и управляемостью на всехскоростях.

Этотсамолет был первым реактивным истребителем, применявшемся в боевых воздушныхоперациях союзной авиации в борьбе против немецких самолетов-снарядов “V-1” в 1944 году. В ноябре 1941 года на специальном рекордномварианте этой машины был установлен мировой рекорд скорости полета – 975километров в час.

Рисунок 10. Истребитель “Ме-262”

   Это был первый офици-ально зарегистрированный рекорд,установленный на реактивном самолете. Во время этого рекордного полета ТРДразвивали тягу примерно по 16 килоньютонов каждый, а потребление горю-чегосоответствовало расходу приблизительно 4,5 тысячи литров в час.

В годывторой мировой войны несволько типов боевых самолетов с ТРД было разработано ииспытано в Германии. Укажем на двухмоторный истребитель “Ме-262” (рис.10),развивавший максимальную скорость 850-900 километров в час (в зависимости отвысоты полета) и четырехмоторный бомбардировщик “Арадо-234” (рис.11).

Рисунок 11. Бомбардировщик “Арадо-234”

  Истребитель “Ме-262” был наиболее отработанной и доведеннойконструкцией среди многочисленных типов немецких реактивных машин периодавторой мировой вой-ны. Боевая машина была вооружена четырьмя автома-тическимипушками калибром 30 миллиметров.

 Назаключительном этапе Великой Отечественной войны в феврале 1945 года триждыГерой Советского Союза И.Кожедуб в одном из воздушных боев над территориейГермании впервые сбил реактивный самолет врага – “Ме-262”. В этом воздушномпоединке решающим оказалось преимущество в маневренности, а не в скорости(максимальная скорость винтового истребителя “Ла-5” на высоте 5 километров быларавна 622 километра в час, а реактивного истребителя “Ме-262” на той же высоте– около 850 километров в час).

Интересноотметить, что первые немецкие реактивные самолеты оснащались ТРД с осевымкомпрессором, причем максимальная тяга двигателя была менее 10 килоньютонов. Вто же время английские реактивные истребители были оборудованы ТРД сцентробежным компрессором, развивающим примерно вдвое большую тягу.

Рисунок 12. Истребитель “Вампир”

  Уже в начальный пе-риод развития реактивных машин прежниезнакомые формы самолетов претер-певали более или менее значительные изменения.Весьма необычно выглядел, например, английский ре-активный истребитель “Вампир”(рис.12) двухба-лочной конструкции.

 Еще болеенепривычным для глаза был экспериментальный английский реактивный самолет“Летающее крыло” (рис.13). Этот бесфюзеляжный и бесхвостый самолет был выполненв виде крыла, в котором размещались экипаж, горючее и т.д. Органы стабилизациии управления также были установлены на самом крыле. Достоинством этой схемыявляется минимальное лобовое сопротивление. Известные трудности представляетрешение проблемы устойчивости и управляемости “Летающего крыла”.

Рисунок 13. Самолет “Летающее крыло”.

   При разработке этого самолета ожидалось, что стреловидность крылапозволит добиться большой устойчивости в полете при одновременном существенномуменьшении сопротивления. Английская авиационная фирма “Де-Хевиленд”,построившая самолет, предполагала использовать его для изучения явленийсжимаемости воздуха и устойчивости полета при больших скоростях. Стреловидностькрыла этого цельнометаллического самолета составляла 40 градусов. Силоваяустановка состояла из одного ТРД. На концах крыльев в специальных обтекателяхнаходились противоштопорные парашюты.

В мае 1946года самолет “Летающее крыло” быс впервые испытан в пробном полете. А всентябре того же года во время очередного испытательного полета он потерпелаварию и разбился. Пилотировавший его летчик трагически погиб.

В нашейстране в годы Великой Отечественной войны начались обширные исследовательскиеработы по созданию боевых самолетов с ТРД. Война ставила задачу – создатьсамолет-истребитель, обладающий не только большой скоростью, но и значительнойпродолжительностью полета: ведь разработанные реактивные истребители с ЖРДимели весьма малую продолжительность полета – всего 8-15 минут. Былиразработаны боевые самолеты с комбинированной силовой установкой –винтомоторной и реактивной. Так, например, истребители “Ла-7” и “Ла-9” былиснабжены реактивными ускорителями.

Работа надодним из первых советских реактивных самолетов началась еще в 1943-1944 годах.Эта боевая машина создавалась конструкторским коллективом, возглавляемымгенералом инженерно-авиационной службы Артемом Ивановичем Микояном. То былистребитель “И-250” с комбинированной силовой установкой, которая состояла изпоршневого авиадвигателя жидкостного охлаждения типа  “ВК-107 А” с воздушнымвинтом и ВРД, компрессор которого получал вращение от поршневого мотора. Воздухпоступал в воздухозаборник под валом винта, проходил по каналу под кабинойлетчика и поступал в компрессор ВРД. За компрессором были установлены форсункидля подачи топлива и запальная аппаратура. Реактивная струя выходила черезсопло в хвостовой  части фюзеляжа. Свой  первый  полет “И-250” совершил еще вмарте 1945 года. Во время летных испытаний была достигнута скорость,значительно превышающая 800 километров в час.

Вскореэтот же коллектив конструкторов создал реактивный истребитель “МИГ-9”. На немустанавливались два ТРД типа “РД-20”. Каждый двигатель развивал тягу до 8800ньютонов при 9,8 тысячах оборотов в минуту. Двигатель типа “РД-20” с осевымкомпрессором и регулируемым соплом имел кольцевую камеру сгорания сшестнадцатью горелками вокруг форсунок для впрыска топлива. 24 апреля 1946 годалетчик-испытатель А.Н.Гринчик совершил на самолете “МИГ-9” первый полет. Как исамолет “БИ”, эта машина мало отличалась по своей конструктивной схеме отпоршневых самолетов. И все же замена поршневого мотора реактивным двигателемповысила скорость примерно на 250 километров в час. Максимальная скорость“МИГ-9” превышала 900 километров в час. В конце 1946 года эта машина былазапущена в серийное производство.

В апреле1946 года был совершен первый полет на реактивном истребителе конструкции А.С.Яковлева.Для облегчения перехода к производству этих самолетов с ТРД был использовансерийный винтовой истребитель “Як-3”, у которого передняя часть фюзеляжа исредняя часть крыла были переделаны под установку реактивного двигателя. Этотистребитель применялся как реактивный тренировочный самолет наших ВВС.

В1947-1948 годах прошел летные испытания советский реактивный истребительконструкции А.С.Яковлева “Як-23” (рис.14), который обладал более высокойскоростью.

Рисунок 14. Истребитель “Як-23”

  Это было достигнуто благодаря установке на нем турбореактивногодвигателя типа “РД-500”, который раз-вивал тягу до 16 кило-ньютонов при 14,6тысячах оборотов в минуту. “Як-23” представлял собой одномест-ныйцельнометаллический мо-ноплан со среднерасположен-ным крылом.

Присоздании и испытании первых реактивных самолетов наши конструкторы столкнулисьс новыми проблемами. Оказалось, что одного увеличения тяги двигателя ещенедостаточно для осуществления полета со скоростью, близкой к скоростираспространения звука. Исследования сжимаемости воздуха и условий возникновенияскачков уплотнения проводились советскими учеными начиная с 30-х годов.Особенно большой размах они приобрели в 1942-1946 годах после летных испытанийреактивного истребителя “БИ” и других наших реактивных машин. В результате этихисследований уже к 1946 году был поставлен вопрос о коренном измененииаэродинамической схемы высокоскоростных реактивных самолетов. Встала задачасоздания реактивных самолетов со стреловидным крылом и оперением. Наряду с этимвозникли и смежные задачи – потребовалась новая механизация крыла, иная системауправления и т.д.

Настойчиваятворческая работа научно-исследова-тельских, конструкторских и производственныхколлективов увенчалась успехом: новые отечественные реактивные самолеты ни вчем не уступали мировой авиационной технике того периода. Среди скоростныхреактивных машин, созданных в СССР в 1946-1947 годах, выделяется своимивысокими летно-тактическими и эксплуатационными характеристиками реактивныйистребитель конструкции А.И.Микояна и М.И.Гуревича “МИГ-15” (рис.15), состреловидным крылом и оперением. Применение стреловидного крыла и оперенияповысило скорость горизонтального полета без существенных изменений егоустойчивости и управляемости. Увеличению скорости самолета во многомспособствовало также повышение его энерговооруженности: на нем был установленновый ТРД с центробежным компрессором “РД-45” с тягой около 19,5 килоньютоновпри 12 тысячах оборотов в минуту. Горизонтальная и вертикальная скорости этоймашины превосходили все достигнутое ранее на реактивных самолетах.

Рисунок 15. Истребитель “МИГ-15”

   В испытаниях и доводке самолета принимали участиелетчики-испытатели Герои Советского Союза И.Т.Иващен-ко и С.Н.Анохин. Самолетимел хорошие летно-тактичес-кие данные и был прост в эксплуатации. Заисключи-тельную выносливость, прос-тоту в техническом обслу-живании и легкостьв управ-лении он получил прозвище “самолет-солдат”.

Конструкторскоебюро, работающее под руководством С.А.Лавочкина, одновременно с выпуском“МИГ-15” создало новый реактивный истребитель “Ла-15”. Он имел стреловидноекрыло, расположенное над фюзеляжем. На нем было мощное бортовое вооружение. Извсех существовавших тогда истребителей со стреловидным крылом “Ла-15” имел наименьшийполетный вес. Благодаря этому самолет “Ла-15” с двигателем “РД-500”, имевшимменьшую тягу, чем двигатель “РД-45”, установленный на “МИГ-15”, обладалпримерно такими же летно-тактическими данными, как и “МИГ-15”.

Стреловидностьи специальный профиль крыльев и оперения реактивных самолетов резко уменьшилисопротивление воздуха при полетах со скоростью распространения звука. Теперь наволновом кризисе сопротивление возрастало уже не в 8-12 раз, а всего в 2-3раза. Это подтвердили и первые сверхзвуковые полеты советских реактивныхсамолетов.

Часть 4. Применениереактивной техники в гражданской авиации.

 

Вскоререактивные двигатели стали устанавливаться и на самолетах гражданской авиации.

В 1955году за рубежом начал эксплуатироваться многоместный пассажирский реактивныйсамолет “Комета-1”. Эта пассажирская машина с четырьмя ТРД обладала скоростьюоколо 800 километров в час на высоте 12 километров. Самолет мог перевозить 48пассажиров.

Рисунок 16. Реактивный пассажирский самолет “Комета-3” (в полете и на земле).

  Дальность полета сос-тавляла около 4 тысяч кило-метров. Вес спассажирами и полным запасом горючего составлял 48 тонн. Размах крыльев,имеющих небольшую стреловидность и относи-тельно тонкий профиль, — 35 метров.Площадь крыльев – 187 квадратных метров, длина самолета – 28 метров. Однакопосле крупной аварии этого самолета в Средизем-ном море его эксплуатация былапрекращена. Вскоре стал использоваться конст-руктивный вариант этого самолета –“Комета-3” (рис.16).

Представляют интерес данные об американском пассажирскомсамолете с четырьмя турбовинтовыми двигателями Локхид “Электра”, расчитанном на69 человек (включая экипаж из двух пилотов и бортинженера). Число пассажирскихмест могло быть доведено до 91. Кабина герметизирована, входная дверь двойная.Крейсерская скорость этой машины – 660 километров в час. Вес пустого самолета –24,5 тонн, полетный вес – 50 тонн, в том числе 12,8 тонн горючего для рейса и3,2 тонны запасного горючего. Заправка и обслуживание самолета на промежуточныхаэродромах занимали 12 минут. Выпуск самолета был начат в 1957 году.

Американская фирма “Боинг” с 1954 года проводила испытаниясамолета “Боинг-707” с четырьмя ТРД. Скорость самолета – 800 километров в час,высота полета – 12 километров, дальность – 4800 километров. Этот самолет былпредназначен для использования в военной авиации в качестве “воздушноготанкера” – для заправки боевых самолетов горючим в воздухе, но мог бытьпереоборудованным и для применения в гражданской транспортной авиации. В последнемслучае на машине могло быть установлено 100 пассажирских мест.

В 1959 году началась эксплуатация французскогопассажирского самолета “Каравелла”. У самолета был круглый фюзеляж диаметром3,2 метра, в котором был оборудован герметизированный отсек длиной 25,4 метра.В этом отсеке размещалась пассажирская кабина на 70 мест. Самолет имелстреловидное крыло, скошенное назад под углом 20 градусов. Взлетный вессамолета – 40 тонн. Силовая установка состояла из двух ТРД с тягой по 40килоньютонов каждый. Скорость самолета была около 800 километров в час.

В СССР уже в 1954 году на одной из воздушных авиалинийдоставка срочных грузов и почты производилась скоростными реактивнымисамолетами “Ил-20”(рис.17).

Рисунок 17. Самолет “Ил-20”

  С весны 1955 года реактивные почтово-грузовые самолеты “Ил-20”начали курсировать на воздушной трассе Москва-Новосибирск. На борту самолетов –матрицы столичных газет. Благодаря использованию этих самолетов жителиНово-сибирска получали московс-кие газеты в один день с москвичами.

На авиационном празднике 3 июля 1955 года на Тушинскомаэродроме под Москвой впервые был показан новый реактивный пассажирский самолетконструкции А.Н.Туполева “ТУ-104”(рис.18).

Рисунок 18. Реактивный пассажирский самолет “ТУ-104” на аэродроме.

 

Этот самолет с двумя ТРД тягой по 80 килоньютонов каждыйимел отличные аэродинамические формы. Он мог перевозить 50 пассажиров, а втуристическом варианте – 70. Высота полета превышала 10 километров, полетныйвес – 70 тонн. Самолет имел прекрасную звуко- и теплоизоляцию. Машина былагерметична, воздух в салон отбирался от компрессоров ТРД. В случае отказаодного ТРД самолет мог продолжать полет на другом. Дальность беспосадочногоперелета составляла 3000-3200 километров. Скорость полета могла достигать 1000километров в час.

15 сентября 1956 года самолет Ту-104 совершил первыйрегулярный рейс с пассажирами по трассе Москва-Иркутск. Через 7 часов 10 минутлетного времени, преодолев с посадкой в Омске 4570 километров, самолетприземлился в Иркутске. Время в пути по сравнению с полетом на поршневыхсамолетах сократилось почти втрое. 13 февраля 1958 года самолет Ту-104стартовал в первый (технический) рейс по авиалинии Москва-Владивосток — однойиз самых протяженных в нашей стране.

“ТУ-104” получил высокую оценку и в нашей стране и зарубежом. Иностранные специалисты, выступив в печати, заявили, что начаврегулярную перевозку пассажиров на реактивных самолетах “ТУ-104”, СоветскийСоюз на два года опередил США, Англию и другие западные страны по массовойэксплуатации пассажирских турбореактивных самолетов: американский реактивныйсамолет “Боинг-707” и английская “Комета-IV” вышли на воздушные линии только в конце1958 года, а французский “Каравелла” — в 1959 году.

В гражданской авиации также использовались самолеты стурбовинтовыми двигателями (ТВД). Эта силовая установка по устройству похожа наТРД, но в ней на  одном валу с турбиной и компрессором с передней стороныдвигателя установлен воздушный винт. Турбина здесь устроена таким образом, чтораскаленные газы, поступающие из камер сгорания в турбину, отдают ей большуючасть своей энергии. Компрессор потребляет мощность значительно меньше той,которую развивает газовая турбина, а избыточная мощность турбины передается навал винта.

ТВД – промежуточный тип авиационной силовой установки.Хотя газы, выходящие из турбины, и выпускаются через сопло и их реакцияпорождает некоторую тягу, основная тяга создается работающим винтом, как уобычного винтомоторного самолета.

ТВД не получил распространения в боевой авиации, так какон не может обеспечить такую скорость движения, как чисто реактивные двигатели.Также он непригоден на экспрессных линиях гражданской авиации, где решающимфактором является скорость, а вопросы экономичности и стоимости полета отходятна второй план. Но турбовинтовые самолеты целесообразно использовать на трассахразличной протяженности, рейсы по которым совершаются со скоростями порядка600-800 километров в час. При этом нужно учитывать, что, как показал опыт,перевозка на них пассажиров на расстояние 1000 километров обходится на 30%дешевле, чем на винтовых самолетах с поршневыми авиадвигателями.

В 1956-1960 годах в СССР появилось много новых самолетов сТВД. Среди них “ТУ-114”(220 пассажиров), “Ан-10”(100 пассажиров), “Ан-24”(48пассажиров), “Ил-18”(89 пассажиров).

Часть 5.Заключение.

 

Изобретение реактивного авиационного двигателяпредопределило резкий скачок в развитии авиации. Новые самолеты с реактивнымисиловыми установками были значительно быстрее и мощнее свих аналогов,оснащенных поршневыми авиамоторами.

Реактивный двигатель позволил самолетам преодолетьзвуковой барьер, что было практически неосуществимо при использовании поршневыхавиамоторов. Современные реактивные самолеты способны двигаться со скоростями,в несколько раз превышающими скорость звука.

Активное развитие реактивной авиации предзнаменовалонаступление космической эры. Ведь первые ракетные реактивные двигатели были поконструкции похожи на авиационные жидкостные реактивные двигатели.

Изобретение турбовинтового двигателя позволило снизитьстоимость пассажирских авиаперевозок, а внедрение турбореактивного двигателя вгражданскую авиацию – повысить их скорость. Все это способствовалопопуляризации гражданских авиаперевозок среди населения и ускорило общийнаучно-технический прогресс.

Список литературы:


1.  АрлазоровМ.С. “Гражданская реактивная создавалась так…”. Москва, 1976.

2.  Баев Л.К. “Реактивныесамолеты”. Москва, 1958.

3.  Новиков А.А. “Реактивнаятехника в транспортной авиации”. Ленинград, 1963.

еще рефераты
Еще работы по авиации и космонавтике