Я познаю мир. Авиация и воздухоплавание
Шрифт:
В сравнении с единственным на Западе самолетом вертикального взлета «хариер», развивающим скорость до 1000 км/ч, аппарат комбинированной тяги позволяет в принципе достичь той же скорости при более низком расходе горючего и большей маневренности. А ведь именно огромный расход топлива при взлете и посадке ограничивает широкое распространение «хариеров» и им подобных машин.
Вот несколько цифр для сравнения: вертолет на одну лошадиную силу мощности поднимает 5,5 кг груза, а вертикально стартующий самолет — лишь около 2 кг. До 40 % взлетного веса «хариера» составляет топливо, у геликоптера его масса достигает лишь 2 %.
Однако
Чтобы подобное не происходило, конструкторы решили использовать симметричные полые роторы с одинаковыми передними и задними кромками. Кроме того, внутрь лопастей подается под давлением воздух, который, выходя на поверхность через множество крошечных отверстий, предотвращает на начальном этапе срыв воздушного потока.
Еще один каверзный момент полета — переход от вертолетного режима к самолетному. В течение 20 секунд, пока лопасти закрепляются с помощью гидравлических тормозов, а двигатели выходят на новый режим, аппарат пребывает в неустойчивом положении. Чтобы стабилизировать его и сохранить управляемость, конструкторам пришлось прибегнуть к помощи компьютера.
— Но, как показывают расчеты, все трудности могут быть успешно преодолены, — полагает Артур Линден. — Мы уверены, мечта Сикорского наконец-таки исполнится.
На мирных трассах
Сердце самолета
Виды реактивных двигателей
Мы уже говорили о том, что надутый, но незавязанный воздушный шарик летает за счет реактивной тяги. На том же принципе работают и реактивные двигатели в авиации. Рассмотрение их конструкций давайте начнем с прямоточного воздушно-реактивного двигателя — ПВРД. Он имеет наиболее простую схему.
Представьте себе металлическую трубку, движущуюся в воздушном потоке. Передний край трубки вбирает в себя воздух — это воздухозаборник. Из сопла — задней части трубки — выходят отработанные газы. Средняя часть — камера сгорания.
Для разгона попадающего в трубку воздуха сделаем в ее средней части маленькое отверстие и вставим в него тонкую трубочку — форсунку. Через нее будем впрыскивать в камеру какое-нибудь топливо (лучше всего керосин) и подожжем его электрическим разрядом.
< image l:href="#" />Теперь все части ПВРД стали оправдывать свои названия. Воздухозаборник всасывает воздушный поток. В камере сгорания горит воздушно-топливная смесь. Температура газа при этом повышается, возрастает скорость его движения. Раскаленные газы с силой выбрасываются через сопло, создавая реактивную тягу.
ПВРД может работать лишь тогда, когда на входе имеется скоростной напор воздуха. Значит, стартовать с таким двигателем летательный аппарат не может. Его нужно предварительно разогнать.
Обычный самолет разгоняется при помощи воздушного винта, который вращается двигателем внутреннего сгорания — ДВС. Однако, как показала практика, такой двигатель не может обеспечить ни большой скорости полета, ни большой мощности.
А что, если мы попробуем винтом-пропеллером просто разгонять поток воздуха на входе реактивного двигателя? Благодаря такой догадке появился ТРД — турбореактивный двигатель. Чтобы запустить его, к компрессору подсоединяют стартер. Он раскручивает вал с лопатками, те загребают воздух и направляют его внутрь. Реактивный двигатель начинает работать.
Теперь стартер можно и отключить, поскольку конструкторы предусмотрели такую хитрость. На пути раскаленных газов к соплу они поставили дополнительно газовую турбину и соединили ее единым валом с компрессором. Выходящие газы крутят турбину, соединенный с ней компрессор нагнетает воздушный поток в камеру сгорания, топливновоздушная смесь горит, горячие газы вырываются из сопла, и цикл повторяется снова.
Вроде бы все достаточно просто. Однако такой простоты инженеры добивались не одну сотню лет. Ведь первые газовые турбины были известны еще в Древней Греции. Герон, например, развлекался тем, что выпускал струи пара из сосуда, в котором кипела вода, на крыльчатку, наподобие той, что выставляют мальчишки на ветер. И крыльчатка
Герона исправно крутилась, даже когда никакого ветра не было.
Но должны были пройти многие века, даже тысячелетия, чтобы игрушка превратилась в действительно нужное, полезное изобретение.
"На решение проблемы газовой турбины уже затрачена громадная умственная работа, и не только изобретателями и учеными, но и производственными фирмами; для развития этого типа машин принесены также громадные финансовые жертвы, но пока не достигнуто никакого практического результата".
Так писала техническая энциклопедия еще в 1934 году.
Конечно, какие-то турбины в то время уже существовали. Но именно «какие-то». Скажем, в 1940 году словацкий инженер Аурель Стодола, всю свою жизнь посвятивший турбинам, сумел построить лучший по тому времени агрегат из жаропрочных сталей, выдерживающих нагрев внутри до 650 °С. Но коэффициент полезного действия (КПД) такой турбины составлял всего 18% . Чтобы добиться большего, нужны были еще более жаропрочные материалы.
Лишь когда появились сплавы, могущие сохранять рабочую форму, будучи даже раскаленными добела, когда конструкторы научились охлаждать лопатки во время работы (многие из них теперь умеют «потеть», то есть выделять через крошечные отверстия в теле лопатки охлаждающие газы), когда были разработаны десятки конструкций с более-менее высоким КПД, турбовинтовые двигатели завоевали себе прочное место в авиации.