Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Авиадвигатели будущего

Авиадвигатели будущего. Гибридная силовая установка — новый путь для авиации

Основные производители авиационных двигателей в настоящее время уделяют повышенное внимание созданию гибридных силовых установок (ГСУ), в составе которых комбинируется тепловой двигатель (поршневой или газотурбинный) и электрический мотор. Данная комбинация позволяет существенно повысить топливную эффективность летательного аппарата, снизить вредные выбросы и повысить экономичность эксплуатации.

Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК, входит в госкорпорацию «Ростех»), являясь одним из крупнейших мировых игроков на рынке авиадвигателей, также уделяет существенное внимание развитию ГСУ. Макет гибридной силовой установки для авиации впервые представлен на Международном авиационно-космическом салоне — МАКС-2021.

Гибридный подход

Развитие ГСУ и их интеграция в состав летательных аппаратов различного назначения является одной из наиболее актуальных тенденций развития рынка авиадвигателей: комбинация ГТД и электрического мотора позволяет частично решить основные проблемы современной авиации. Мировой опыт показывает, что практически все крупные производители силовых установок для авиации в той или иной степени ведут работы по созданию ГСУ. В частности, американская компания Pratt & Whitney в середине июля 2021 года заручилась поддержкой правительства Канады для совершения первого полета турбовинтового гибридного авиадвигателя: ожидается, что он позволит существенно снизить вредные выбросы в атмосферу. Одновременно предполагается существенная экономия топлива, которая в случае интеграции ГСУ на региональные турбовинтовые пассажирские и транспортные самолеты может составить до 30%.

Гибридная силовая установка (ГСУ) представляет собой симбиоз теплового и электрического двигателя. В качестве теплового используется поршневой или газотурбинный. В авиационной ГСУ электрическая часть подключается на взлете и посадке летательного аппарата, в то время как основная часть полета происходит за счет только тепловой машины. ГСУ считается одним из наиболее перспективных направлений развития современного двигателестроения. «Электрификация силовых установок действительно открывает новые возможности для авиации. И не только в части экологических требований, о которых сейчас так много говорят. В перспективе использование ГСУ может повысить надежность и функциональность платформ с однодвигательными компоновками, надежность и скорость вертолетов, для пассажирской авиации решить проблему шума в населенных пунктах, где небольшие взлетно-посадочные полосы расположены в черте города, и улучшить взлетно-посадочные характеристики», — сообщил ранее в интервью ТАСС заместитель генерального директора ОДК по стратегии Михаил Ремизов.

Американская корпорация United Technologies Corporation (UTC) также ведет разработки в сфере гибридных авиадвигателей и их установки на различные летательные аппараты. В частности, корпорация представила «проект 804» — демонстратор легкого турбовинтового самолета Dash 8 канадской компании Bombardier, у которого вместо одного из двигателей установлена ГСУ мощностью 2 МВт. В настоящее время образец проходит ряд испытаний. Примечательно, что наиболее важной заявленной целью «проекта 804» является снижение расходов топлива и повышение экономической эффективности перевозок. По данным компании, самолет, оснащенный ГСУ, позволит перевозить от 30 до 50 пассажиров на дистанции от 200 до 250 морских миль (370–463 км) и совершать полет в течение одного часа.

В начале июня 2021 года британская компания Rolls-Royce начала испытания первых компонентов собственной гибридной силовой установки на базе AE2100 для авиации. Ее общая мощность составит 2,5 МВт. Сроки создания AE2100 не уточняются, однако Rolls-Royce неоднократно сообщала о намерении существенно снизить выброс вредных веществ к 2030 году. Вполне вероятно, что именно к этому периоду и завершится разработка ГСУ. Ранее разработка этой ГСУ велась Rolls-Royce в сотрудничестве с европейским концерном Airbus, однако в апреле 2020 года совместный проект был закрыт, и британская компания продолжила самостоятельную разработку этой установки.

Французская группа компаний Safran активно ведет разработку ГСУ для вертолетов и коммерческих самолетов. Предполагается, что на рубеже 2040–2050-х годов данные силовые установки будут доминировать в портфеле заказов компании. Вертолетная ГСУ разработки Safran выполнила первое тестовое испытание в июле 2018 года, мощность образца составила 100 кВт.

Американская корпорация General Electric создает в сотрудничестве с компанией XTI ГСУ TriFan, предназначенную для легких пассажирских и транспортных самолетов. Ее мощность составит порядка 1 МВт, максимальная мощность — около 1,4 тыс. л.с. При установке на легкий самолет Denali компании Cessna Catalyst позволяет перевозить до четырех человек на дальность до 1,6 тыс. морских миль (3 тыс. км) на скорости до 285 узлов (527 км/ч). Работы находятся в активной стадии, ожидается, что готовый образец ГСУ будет создан к началу 2030-х годов.

Разработки гибридного авиадвигателя ведут и китайские производители двигателей, однако о создании каких-либо демонстраторов или готовых образцов на данный момент неизвестно.

ОДК на рынке гибридных силовых установок

Проект по созданию демонстратора отечественной ГСУ, предназначенной для летательных аппаратов, был инициирован ОДК в августе 2020 года, головным исполнителем и разработчиком было определено АО «ОДК-Климов» (входит в ОДК госкорпорации «Ростех»). Демонстратор гибридной установки последовательной схемы мощностью 500 кВт (680 л.с.) будет создан на базе двигателя ВК-650В. В ходе МАКС-2021 корпорация представила макет отечественной ГСУ на базе легкого беспилотного летательного аппарата (БЛА).

Как сообщили ТАСС в ОДК, ожидается, что начало испытаний демонстратора пройдет уже в ближайшее время. «Начало испытаний запланировано на середину 2022 года, а второй этап по созданию демонстратора ГСУ планируется завершить в 2024 году», — проинформировали в корпорации.

Опытно-конструкторская работа по созданию силовой установки запланирована на 2024–2028 годы, а в настоящий момент определяется летательный аппарат, на который будет устанавливаться ГСУ. «Рассматривается несколько типов беспилотных летательных аппаратов, в том числе двойного применения. Подготовка к серийному производству ГСУ будет инициирована в 2025 году, а запуск серийного производства — в 2029 году», — сообщил ТАСС заместитель директора программы перспективных двигателей «ОДК-Климов» Михаил Шемет.

Применение ГСУ позволит повысить топливную эффективность и безопасность полетов, снизить вредные выбросы, увеличить тяговооруженность летательного аппарата, обеспечить возможность быстрого форсирования мощности за счет электрической части, а также увеличить ресурс и надежности силовой установки. Как ожидается, отечественная разработка не будет уступать иностранным аналогам.

В настоящий момент в качестве газотурбинного привода гибридного авиамотора выбран перспективный двигатель ВК-650В.

ГСУ как драйвер развития новых технологий

Разработка ГСУ позволит дать существенный скачок развитию технологий в области электрических машин, химических источников энергии и силовой электроники с высокой удельной мощностью и низкими массогабаритными показателями. Одновременно проводятся работы в смежных отраслях — в частности, в настоящее время изучается возможность применения биотоплива для ГТД — это радикально сократит уровень вредных выбросов. «Данные разработки ведутся, но в настоящий момент научно-исследовательская работа ОДК не сконцентрирована на этой задаче», — сообщили ТАСС в корпорации.

Проводятся исследования и по созданию полностью электрических двигателей для авиации. «Создание полностью электрических силовых установок является перспективным направлением — в РФ и мире ведутся работы по их разработке», — отметили в ОДК.

Как проинформировали в корпорации, коммерциализация ГСУ в ближайшей перспективе будет ограничена мощностью 1–1,5 МВт. Вместе с тем развитие технологий позволит в средней перспективе создавать установки мощностью до 3 МВт для региональных и транспортных летательных аппаратов.

Полученный научно-технический задел в области гибридных технологий может быть использован не только для отрасли авиадвигателестроения, но и автопрома, морского и железнодорожного транспорта, а также электромашиностроения, электроники и источников тока.

Гибридная установка может применяться в качестве двигателя и для военной техники. «ГСУ позволяет повысить тяговооруженность и маневренность летательного аппарата за счет дополнительной мощности от электрической части. Появляется возможность создавать летательный аппарат с новыми архитектурами», — подчеркнул Шемет.

Гибридные двигатели для морской техники

ОДК уделяет внимание применению технологий ГСУ и в других сферах. В частности, ведется создание такой установки для различной морской техники. «Одной из целей текущей научно-исследовательской работы является создание демонстратора ГСУ морского применения мощностью 200–250 кВт (270–340 л.с.). Потенциальными объектами применения второго создаваемого демонстратора могут быть скоростные маломерные суда различного назначения, в том числе разъездные суда, спасательные и патрульные катера и другие объекты. Кроме того, полученный научно-технический задел будет использован для создания ГСУ судов большей размерности», — проинформировали в ОДК.

Самолеты

Основные идеи и краткая история

Попробуем ответить на самый главный вопрос: почему самолеты не падают на землю, несмотря на то что на них действует сила тяжести?

Ограничимся упрощенной схемой, в которой воздух будем приближенно считать несжимаемой жидкостью. Тогда для горизонтального потока воздуха, обтекающего самолет, будет справедливо уравнение Бернулли:

ρν 2 /2 + p = const, (1)

где ρ — плотность воздуха, p — давление, а ν — скорость воздуха, обтекающего самолет.

Из формулы (1) следует, что чем больше скорость воздуха, тем меньше его давление, и, наоборот, чем меньше скорость воздуха, тем больше давление.

Крыло самолета, если посмотреть на него сбоку, имеет вид, показанный на рис. 1.

Читать еще:  Двигатель будет работать с загнутыми клапанами

Верхняя часть крыла более «выпуклая», чем нижняя. Из-за этого воздух, который обтекает верхнюю и нижнюю части крыла, за одно и то же время, движется быстрее НАД крылом, чем ПОД крылом: время-то одно и то же, а путь сверху больше, чем путь снизу.

Поэтому давление воздуха на крыло сверху, согласно уравнению Бернулли, оказывается меньше, чем давление снизу. Из-за разности этих давлений и возникает подъемная сила, которая уравновешивает в полете силу тяжести.

Еще один «подъемный эффект» возникает за счет того, что крыло располагают под определенным углом α к направлению встречного потока воздуха, который называется углом атаки (рис. 2).

За счет этого сила давления на крыло со стороны встречного потока воздуха (сила R на рис. 2) направлена под некоторым углом к горизонту. Вертикальная составляющая этой силы (Y, рис. 2) вносит свой «вклад» в формирование подъемной силы крыла.

А горизонтальная составляющая (X, рис. 2) — это так называемая сила лобового сопротивления, которую «преодолевает» сила тяги самолета, развиваемая двигателями.

Ясно, что сила лобового сопротивления действует не только на крыло, но и на корпус самолета.

При обтекании крыла воздухом направление движения воздуха отклоняется от первоначального. Воздух как бы «поворачивает» под действием крыла. Н. Е. Жуковский показал, что крыльевой профиль можно заменить эквивалентным вихрем или вращающимся цилиндром. Направление вращения вихря (цилиндра) такое, что нижняя половина движется навстречу потоку, а верхняя по потоку. Данный эффект носит название «Эффект Магнуса». Желающие могут изготовить воздушный винтороторный (или «вингроторный»; «вингротор» в переводе с английского — «вращающееся крыло») змей «Ротоплан» и лично убедиться в существовании аналогии (рис. 3).

Кроме этого, из подобной аналогии следует, что каждое крыло рождает вихрь, стекающий с конца крыла. Энергия вихря рассеивается в пространстве. Например, вихрь можно обнаружить, если самолет пролетает в облачности.

Другие варианты «Змеев Магнуса» и инструкции по их изготовлению можно найти здесь.

Центром давления (ЦД, рис. 2) называется точка приложения равнодействующей сил давления воздуха, распределенных по всей поверхности крыла. Иными словами, все силы, действующие со стороны воздуха на самолет, можно теоретически заменить одной силой, приложенной к самолету в точке, называемой центр давления. При этом характер движения самолета от такой замены не изменится.

Центровкой называется взаимное расположение центра тяжести и центра давления. Обычно применяется «передняя центровка», то есть центр тяжести стараются расположить перед центром давления (рис. 4 и 5). Но иногда центр тяжести располагают за центром давления (рис. 6 и 7). Такая конструкция называется «уткой».

Для устойчивости полета необходимо, чтобы при малом повороте корпуса самолета в вертикальной плоскости возникал «возвращающий» момент сил, который бы возвращал самолет в исходное положение, причем такая «саморегуляция» должна проходить в автоматическом режиме, без участия пилота.

Эту задачу решает хвостовое «оперение» самолета, которое называется стабилизатором. При небольшом отклонении хвоста самолета вверх или вниз в стабилизаторе возникает дополнительная сила, поворачивающая самолет в исходное состояние.

Летательный аппарат имеет шесть степеней свободы: три перемещения (вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад) и три вращательных движения (курс — в горизонтальной плоскости, тангаж — в вертикальной плоскости, крен — в плоскости, перпендикулярной оси летательного аппарата).

По мере развития авиации видоизменялись как очертания самолета, так и механизмы управления самолетом. Назовем важнейшие из них.

Элероны — поверхности на задней кромке крыла, способные отклоняться на небольшой угол относительно поверхности крыла. Служат для выполнения разворотов в плоскости, перпендикулярной оси самолета.

Рули высоты — поверхности на задней кромке стабилизаторов, также способные отслоняться на небольшой угол служат для выполнения разворотов в вертикальной плоскости.

Руль направления — поверхность на задней кромке киля самолета, служит для выполнения разворотов в горизонтальной плоскости.

Известны следующие типы крыльев самолета (геометрии крыла): «прямое», «стреловидное», «треугольное» и «интегрированное».

Прямое крыло — характерно для первых самолетов, а также современных самолетов, летающих на скоростях меньше 700 км/ч. Для самолетов со скоростью движения меньше 160 км/ч применялись и применяются до сих пор парные прямые крылья, расположенные одно над другим, — так называемый «биплан», а иногда и три прямые крыла, расположенные одно над другим, — так называемый «триплан».

Стреловидное крыло — появилось при приближении скорости полета к величинам порядка 800–900 км/ч. Стреловидные крылья напоминают наконечник стрелы, то есть крылья образуют с корпусом самолета острые углы. Современные самолеты, летающие с большими скоростями, например Ту-160, выполняются с крылом изменяемой стреловидности, что позволяет развивать большую скорость в полете со «сложенными крыльями» и иметь низкую взлетно-посадочную скорость с прямыми крыльями.

Треугольное крыло — в настоящее время редко применяемая схема, использовавшаяся на самолетах со скоростью полета около 2000 км/ч. Треугольные крылья по форме напоминают треугольник.

В современных аппаратах применяется «интегрированное» крыло, когда корпус самолета является частью аэродинамической поверхности и также создает подъемную силу.

Этапы развития аппаратов тяжелее воздуха

Можно выделить следующие этапы развития аппаратов тяжелее воздуха.

1. Аппараты с грубыми аэродинамическими формами

Этап охватывает период со дня первого полета самолета братьев Райт до некоторой условной границы — 20–30-е годы XX века.

Понимание того, какие требования нужно предъявлять к конструкции и форме самолета, чтобы осуществить желание человека перемещаться в пространстве быстро и в любом направлении, пришло к конструкторам и испытателям самолетов не сразу. В процессе развития авиации пришлось придать самолету «аэродинамические формы», то есть убрать все выступающие части (такие, например, как шасси) и сделать обтекаемыми те детали, которые убрать не представляется возможным. Наконец, потребовалось создать для летчика комфортные условия полета. Для всего этого авиации пришлось проделать долгий и небезопасный путь.

2. «Эра поршневых двигателей»

Этап характеризуется развитием военной и возникновением почтово-пассажирской авиации. Начался с окончанием Первой мировой войны.

Начиная с 1918 года были запущены два процесса. Первый — фактическое начало подготовки новой войны, что привело к стремительному качественному и количественному росту военно-воздушных сил крупнейших стран мира (Франции, Англии, США, позднее Германии). Достаточно сказать о таком параметре, как скорость полета, которая возросла со 140 км/ч, характерных для самолетов первого периода, до 300–400 км/ч, то есть в 2–3 раза.

Второй процесс — демилитаризации авиации. Начался во Франции. Для почтовых перевозок использовались сначала оставшиеся не у дел военные самолеты, а позднее — специально проектируемые. Вслед за почтовым сообщением появилось и пассажирское. На одной из почтовых линий в Северной Африке работал Антуан де Сент-Экзюпери.

3. Завершение развития самолетов с поршневыми двигателями, появление реактивной авиации

Этап начался условно с 1940 года. В это время в СССР, Германии и Англии проводились работы по реактивным летательным аппаратам. В СССР и Германии разрабатывали самолет с ракетным двигателем, а в Англии — с газотурбинным двигателем (ГТД). Позднее в Германии приступили к разработке своего самолета с ГТД.

Одновременно совершенствовались самолеты с поршневыми двигателями. Испытание новых скоростных самолетов выявило новые, неизвестные ранее, явления. Например, флаттер — возбуждение колебаний элементов конструкции самолета под действием аэродинамических сил, что приводило в ряде случаев к разрушению самолета в воздухе.

Неожиданный «сюрприз» преподнесли первые реактивные самолеты. При достижении некоторой скорости самолет произвольно переходил в пикирование, иначе говоря «опускал нос», и из этого положения аппарат вывести не удавалось. Потребовались дополнительные теоретические и экспериментальные исследования, в результате чего современные самолеты приобрели привычный для нас облик.

4. Реактивная эра

Современный этап развития. Появление реактивных двигателей привело к увеличению высот и скоростей полета в несколько раз — с предельной для самолетов второй мировой войны скорости 700 км/ч и высоты полета до 10 км до скорости более 2000 км/ч и высот полета более 20 км.

Был преодолен так называемый «звуковой барьер». Современные самолеты летают со скоростями, превышающими скорость звука в 2–3 раза (отношение скорости полета самолета к скорости звука, равной примерно 340 м/с, обычно обозначают М — «число Маха»).

Был преодолен «тепловой барьер», связанный с полетом на сверхзвуковой скорости, когда повышение температуры корпуса самолета оказывалось больше допустимого. Для решения проблемы потребовалось применение новых материалов и специальных мер. Например, на Ту-144 применялось охлаждение корпуса топливом.

Наконец, современные самолеты освоили космические высоты, ранее недостижимые для подобных летательных аппаратов.

Интересно, что.

  • Первыми движение с шестью степенями свободы (как у самолета) освоили цирковые акробаты, у акробатов же была подсмотрена и знаменитая фигура высшего пилотажа — «Петля Нестерова».
  • Совершенствование аэродинамики и применение оригинальных решений в управлении полетом рождает совершенно невообразимые фигуры, одна из них так и называется «Абракадабра».
  • Как ни печально, но именно войны стимулировали развитие авиации.
  • Введение брони в конструкцию самолета Ил-2 до сих пор считается блестящим примером инженерно-технического решения и включено во все учебники по Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).
  • При преодолении самолетом звукового барьера раздается сильный хлопок, и можно видеть конус более плотного воздуха, сформированный ударной волной.
  • Для каждого самолета существует своя высота, на которой он может развить максимальную скорость.
Читать еще:  Газель 405 двигатель что такое озу

Что приводит в движение самолеты с поршневыми двигателями

Оказывается, поршневые двигатели раза в четыре боле экономичны, чем самые экономичные турбовинтовые.
При нынешней дороговизне «овса» для пассажирских магистральных самолётов, поршневые авиадвигатели оказались незаслуженно забытыми.
А на самом ли деле авиалайнеры с поршневыми двигателями могут иметь более высокую топливную эффективность по сравнению с пассажирскими авиаланерами аналогичной перевозочной ёмкости, но имеющими ТВД?
Ведь поршневые двигатели, кроме высокой топливной экономичности (в разы) горздо тяжелее (в разы) турбореактивных двигателей. Самолёты с ПД имеют меньшую скорость, чем самолёты с ТВД.
Интересно, есть ли сравнительные расчёты топливной эффективности пассажирских самолетов с ПД и ТВД?

Для иллюстрации — самолет Ил-18 с поршневыми двигателями:

Ильюшин Ил-18 (ПЕРВЫЙ)
http://www.airwar.ru/enc/aline .
Весной победного 1945 г., во время постройки первого опытного самолета Ил-12, С. В. Ильюшин приступил к проектированию многоместного дальнего пассажирского самолета Ил-18, на который предполагалосьустановить четыре мощных авиационных дизеля АЧ-72 А. Д. Чаромского.
Новый самолет должен был обеспечить перевозку 60. 65 пассажиров на расстояние до 5000 км с крейсерской скоростью 450 км/ч на высоте 7500 м и эксплуатироваться совместно с парком самолетов Ли-2 и Ил-12, параметры и летно-технические характеристики которых наиболее полно соответствовали условиям эксплуатации на авиалиниях малой и средней протяженности. Предполагалось, что относительно небольшое число самолетов Ил-18 будет совершать беспосадочные полеты по наиболее протяженным внутренним и зарубежным воздушным линиям, например, по таким авиамагистралям как Москва — Закавказье, Москва — среднеазиатские республики, Москва — промышленные районы Урала — Дальний Восток. По этим маршрутам в то время велось основное движение авиапассажиров, почты и грузов дальнего следования. Такой комплексный подход к формированию перспективного парка пассажирских самолетов ГВФ осуществлялся в Советском Союзе впервые.
По своему внешнему виду и многим конструктивным решениям новая машина напоминала первый вариант проекта высотного четырехдвигательного самолета Ил-12, но имела по сравнению с ним значительно большие геометрические размеры и массу.
Модификация Ил-18
Размах крыла, м 41.10
Длина самолета, м 29.86
Высота самолета, м 9.40
Площадь крыла, м2 140.0
Масса, кг
пустого самолета 28490
нормальная взлетная 42500
максимальная взлетная 47500
Тип двигателя 4 ПД АШ-73ТК
Мощность, л.с. 4 х 2400
Максимальная скорость, км/ч 565
Крейсерская скорость, км/ч 450
Практическая дальность, км 4000
Практический потолок, м 9000
Экипаж, чел 5-6
Полезная нагрузка: до 66 пассажиров или 28 спальных мест или 90 десантников и до 7600 кг груза

А ещё учтите, что стоимость поршневого двигателя в десятки раз меньше стоимости ТРД. Правда ресурс у ПД меньше раза в четыре чем у ТРД.

ТРД — ПД:
Ведь поршневые двигатели, кроме высокой топливной экономичности (в разы) горздо тяжелее (в разы) турбореактивных двигателей.

Современные методы проектирования и композитные материалы позволят в бОльшей мере компенсировать этот недостаток.

Да.
Но как быть с актуальной ныне топливной эффективностью поршневых двигателей, далеко недостижимой турбреактивными двигателями даже теоретически?
Если возникнет экономическая дилемма — лёгкий, современный, дорогой, но неэкономичный по топливу турбореактивный двигатель или тяжеловатый, дешёвый, но очень экономичный по топливу поршневой двигатель, способный по скорости, расстоянию перевезти аналогичное количество пассажиров с затратами топлива раза в четыре ниже, чем ТРД, какой экономисты выберут двигатель?

Ил-18 (Первый)
http://www.airwar.ru/enc/aline .
Новый самолет должен был обеспечить перевозку 60. 65 пассажиров на расстояние до 5000 км с крейсерской скоростью 450 км/ч на высоте 7500 м
Взлетно-посадочная механизация крыла, состоявшая из щелевых закрылков Фаулера, и параметры колес шасси позволяли эксплуатировать самолет с бетонированных и грунтовых полос длиной менее 1000 м.

Я удивлен — нынче что, регресс?
Современным, подобным авиалайнерам требуется раза в два более длинная полоса. Это тоже положительный экономический фактор в плане более низких требований к аэродромной инфраструктуре.

Странно: дискуссия началась со сравнения ПД-ТВД, а продолжается сравнением ПД-ТРД.
Как-то подменили тему.

Вспомните В36 с 6 ПД.
Или Bristol Brabazon c 8-ю.

Кстати, а о реальной надежности мощных ПД с великим множеством цилиндров не вспомнить ли?
Если я правильно помню, до 28 цилиндров, т.е. 112 на 4-моторный самолет на 100 мест вместо 2-х камер сгорания самлета с ГТД.

А о реально доступных потолках не вспомнить ли?

Или есть желание побултыхаться на 7000 (в лучшем случае) м?

Лучше уж сразу по-простому, на ядре. Как Мюнхгаузен.

Странно: дискуссия началась со сравнения ПД-ТВД, а продолжается сравнением ПД-ТРД.
Как-то подменили тему.

Тема подменена в самом первом посте. Имя «ТРД — ПД: «, а дальше всё ТВД.

Я думаю, что ПД вполне может быть эффективен на некоторых типах самолётов. Ессно надо делать всё с использованием современных материалов и нанотехнологий.

Про Ил-18 слышал хорошие отзывы(надёжность, топливная эффективность). Почему его не реанимируют?

Yan: Бред, ПД никогда не заменит ТРД. Думаю, что уже через 10-15 лет все 5местные бизнесджет будут поголовно строить с ТРДД. У него масса преимущест. Даже французский Кри-Кри уже летает с ТРД, а что же говорить о самолетах большей размерности.

Подробнее плиз. Как насчёт топливной эффективности? Для БПЛА?

Дембель с Флэнкера 2.5:

Вы так до дирижаблей договоритесь )))

А откуда паромщику знать азы авиационной науки?
Director, ты ведь из инженерно-сапёрных войск?

Самый быстрый самолет с поршневым двигателем.
———
После войны различные модификации Р-51 появлялись как гражданские гоночные самолеты. Один, оснащенный двигателем Роллс-Ройс Грифон мощностью 3800 л.с., установил мировой рекорд скорости для самолетов с поршневым двигателем — 803, 139 км в час.
1983. На модифицированном самолете Норт Американ Р-51D «Мустанг» (США) Ф.Тейлор достиг скорости 832, 12 км/ч — мировой рекорд для самолета с поршневыми двигателями.
21 августа 1989 г. Лайл Шелтон на самолете Рэр Биэр — модифицированный вариант модели Грумман F8F Биэркэт — установил рекорд скорости для этого класса летательных аппаратов, утвержденный Международной авиационной федерацией (ФАИ). Он пролетел дистанцию 3 км в районе Лас-Вегаса, шт. Невада, США, со скоростью 850, 24 км/ч.

Самый быстрый турбовинтовой самолет.

Созданный в Советском Союзе самолет Ту-95/142, оснащенный четырьмя моторами мощностью 11 033 кВт (14 795 л. с.) с двумя соосными 4-лопастными винтами каждый, развивает максимальную скорость, соответствующую 0, 82 М-числа, или 925 км/ч.

http://www.cofe.ru/avia/L/phot .
P2V-1, прозванный «Морская черепаха» («The Turtle»), установил в 1946г. мировой рекорд по дальности полета среди самолетов с поршневыми двигателями.

Ил-18
————
При проектировании пассажирского самолета, в связи с большими расходами топлива реактивным двигателем, наряду с решением главных проблем — обеспечением безопасности полета и максимального уровня комфорта для пассажиров — было необходимо определить его экономические характеристики.
Чтобы реализовать наиболее благоприятные в экономическом отношении условия эксплуатации, рассчитали, что пассажирский самолет должен перевозить 50. 85 пассажиров с багажом на расстояние до 3000 км, а крейсерскую высоту полета 8 000. 11 000 м определили из условия минимального крейсерского расхода топлива.
В ОКБ продолжалась работа над оптимизацией облика высокоэкономичного самолета, так как опыт проектирования Ил-16 показал, что несмотря на резкий рост производительности скоростного реактивного пассажирского самолета, характеризуемой произведением крейсерской скорости полета на коммерческую нагрузку, его экономические характеристики ещё далеки от наилучших.
Увеличение объема послевоенных пассажирских перевозок было возможно только при внедрении в эксплуатацию высокоэкономичных пассажирских самолетов, которые позволили бы резко снизить цены на авиабилеты и тем самым сделать воздушный транспорт доступным для всего населения.
Основываясь на результатах проведенных исследований, С.В. Ильюшин выступил с инициативой создания высокоэкономичного пассажирского самолета Ил-18, низкие эксплуатационные расходы которого позволяли бы снизить стоимость билета на самолет до уровня стоимости купейного железнодорожного билета.

Ну, если пожалуйста, то
Не кипятитесь, Director, пожалуйста 🙂
Пройдет само-собой.
Не надо так осаждать других.

А топливную эффективность пассажирского самолёта с поршневыми двигателями нужно сравнить с уже достигнутой таковой у самолётов с ТВД. Сопоставляя их, можно говорить о лучших/худших характеристиках ТВД/ПД:

Set:
Так и с самолетом Ан-24/26-100 — ты на нем летал чисто по-паксовски?
Не летал.
А я летал. Вполне комфортный и просторный самолет. Да, ТВД издает более высокий уровень шума, но не настолько, что бы нельзя разговаривать с рядом сидящим особо не напрягаясь. Но тут уж никуда не денешься — практически весь мировой парк внутрирегиональных воздушных судов представляют собой самолёты с двумя ТВД в качестве силовой установки: что наш Ан-24/26-100, что французский АЕR-42, что канадский Bombardier Q300, что российско-украинский Ан-140 — ничем они особым в качестве комфорта для пассажиров особо не различаются — примерно одинаковый уровень.
А в костромском Ан-26-100 салон абсолютно новый.
Ан-24РВ:
http://cdn-www.airliners.net/a .
ATR-42:
http://gallery.aviacia.ru/main .
Ан-140:
http://chupikin.narod.ru/PVD/M .
Bombardier Q300:
http://img0.liveinternet.ru/im .
Пассажирский пилотаж на ATR-42:
http://www.livejournal.ru/gadg .
Стоимость одного АТР-42 составила около 4 млн долларов, это в два раза дешевле российских аналогов. Но и это не главный козырь АТР-42. При таком же числе пассажиров, как и у АН-24 (около 60 кресел), француз имеет крейсерскую скорость 450 километров в час и расходует около 480 килограммов керосина на 1 час полета, что примерно на треть меньше российских аналогов. Диапазон полетов «француза» — около 1000 километров.
При замене Ан-24 на, например, Bombardier Dash-8 Q300 можно добиться повшения топливной эффективности почти в 2 раза, и скромного такого уменьшения стоимости билетов за этот счёт тоже эток в два раза. т.е.. до тысяч 3-х, а в случае с лоукостом и интернет-приобретением билетов — и того меньше — тысяч до 2, 5.
Ан-140 против Ан-24
Новому самолету предстоит еще довольно долго конкурировать с рассеянными в изобилии по территории стран бывшего СССР самолетами Ан-24, поэтому задача радикального повышения потребительских характеристик Ан-140 рассматривалась разработчиками как одна из приоритетных.
У Ан-140 крейсерская скорость выше почти на 100 км/ч и достигает 520-540 км/ч, а часовой расход топлива у нового самолета 600-610 кг/ч, приведенный расход топлива на типовом маршруте дальностью 800 км у нового самолета почти на 40% ниже, чем у Ан-24.
Удельный расход топлива также ниже: 23 г/пасс.км против 39 г/пасс.км.
Дальность полета с 52 пассажирами у Ан-140 — 2400 км против 1200 — у Ан-24. Потребная длина ВПП для Ан-140 — 1400 м против 1800-1850 для Ан-24.
Ил-114 со взлетным весом 23.5т и с PL=6т — 670 кг/час;
Ан-24 со взлетным весом 21.8т и с PL=5т — 890 кг/час;
Ан-140-100 со взлетным весом 21.5т и с PL=6т — 600 кг/час;
ATR-42-320 средневзвешенный расход 580 кг/час
Шведский Saab-340 или канадский Bombardier Dash-8 Q300 в час потребляют около 400 кг/час топлива
Bombardier Dash-8 Q300 http://ru.wikipedia.org/wiki/D .
Ну вот почему Ан-24 тратит на 54 пассажира минимум 900 кг (часто и тонну) топлива на 430 км, а Saab-340 при меньших размерах — на 37 пассажиров 880 кг на 926 км?
Причем во втором случае это — расход на полет (реальный, т.е. учитывая повышенный расход на взлете), а в первом — расход на час крейсерского полета. Разница в 1.5 раза, а если учесть указанный фактор — то и в 1.7-1.8 наберется как минимум. Получается, что при сравнимом размере совковые самолеты вдвое прожорливей, ну или в 1.8-1.9 раза — как минимум.

Читать еще:  Что такое джидаевский двигатель на мицубиси

Да, друзья, при анализе-сопоставлении авиационных ПД и ТВД, следует учесть, что научно-исследовательские работы по поршневым авиационным двигателям были прекращены примерно в 1951 г. в связи с переходом на газотурбинную тематику, поэтому технико-экономические показатели поршневых двигателей следует закладывать в сравнительный анализ максимально достигнутые эксперементально и на практике. Ведь, думаю. будь продолжены эти работы, может быть были бы достигнут в настоящее время ещё более высокие показатели.

Журнал Двигатель №6 (24) ноябрь-декабрь 2002
Ю.Бехли «Основные вехи развития отечественных авиационных поршневых двигателей»
Для повышения экономичности на форсированных режимах, связанных с работой на переобогащенных смесях, исследовались возможности использования тепловой, кинетической и химической энергии выхлопных газов.
Было экспериментально показано, что в схеме турбопоршневого двигателя легкого топлива использование всех видов энергии выхлопных газов позволяет иметь эффективный к.п.д. на расчетной высоте 10000 м, равный 44…49 %, а для двигателя тяжелого топлива — до 53 %. Результаты данных исследований были широко использованы при создании турбопоршневого двигателя ВД-4К.

Не сравнивайте «рекордные» самолеты с серийными. Тем более, речь идет не об одномоторных самолетах. Насчет уровня шума — ок, может Вы и правы. Может и можно что-то сделать. (Вроде «пояса Хрущева» ;-)))) )

Пока это больше относилось к тому, как ты пишешь. К тому, что ты пишешь по идее тоже можно относиться скептически. Не ко всему конечно.

Хорошая провокация!
ГТД имеют приемлемые характеристики при мощности более 1000л.с.
Новейший ТВ7-117С (мощность 2500л.с.) имеет удельный расход 180г/э.л.с.час., что сопостовимо с быстроходными дизелями и лучше бензиновых ПД.

Хорошая провокация!
ГТД имеют приемлемые характеристики при мощности более 1000л.с.
Новейший ТВ7-117С (мощность 2500л.с.) имеет удельный расход 180г/э.л.с.час., что сопостовимо с быстроходными дизелями и лучше бензиновых ПД.

Было бы интереснее сравнение с японскими ПД, которые ставят на гоночные мотоциклы. Думаю можно считать серийно.

Сравнение с существующими старыми двигателями не очень интересно, потому что там нет такого уровня достижений, как в японских ПД.

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Мы сейчас не рассматриваем старые самолеты с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания. Рассмотрим современные самолеты. Сейчас прочитал, что «Авиастар-СП» приступил к изготовлению агрегатов для второго опытного образца нового российского регионального двухмоторного турбовинтового пассажирского самолета Ил-114-300. Как вы уже отметили по слову «турбовинтовой» — это самолет лопастями.

А вот хотелось бы по максимуму узнать все причины, которые диктуют какой двигатель ставить на самолет — турбовинтовой или турбореактивный?

На сколько я выяснил причина собственно одна.

Турбовинтовые двигатели используются в тех случаях, когда скорости полета самолета относительно невелики. На большом количестве современных транспортных самолетов применяются именно ТВД. Их преимущество прежде всего в экономичности. Двигатель снабжен воздушным винтом, который устанавливается впереди компрессора.

Воздушный винт с валом связан редуктором, так как его скорость вращения значительно меньше скорости вращения компрессора-турбины. Для турбовинтовых двигателей сила тяги состоит из тяги воздушного винта и силы тяги, возникающей при истечении газа из сопла. В зависимости от скорости полета самолета изменяются доли двух составляющих тяги. При малых скоростях (крейсерских для транспортных самолетов) доля тяги от воздушных винтов значительно превышает вторую составляющую. В ТВД часто используется комбинация компрессоров.

Стандартом современной гражданской авиации являются турбовентиляторные двигатели. По сути это разновидность двухконтурного турбореактивного двигателя, общий принцип работы которого достаточно прост. При полете самолета набегающий воздух всасывается внутрь двигателя компрессором низкого давления (имеющего привод от вала турбины). Далее часть воздуха направляется внутрь двигателя и участвует как окислитель в сжигании топлива, а другая часть идет в обход камеры сгорания и вырывается назад через сопло, создавая реактивную тягу.

Реактивную тягу также создает струя раскаленных газов, выходящая из сопла двигателя. Отношение объемов воздуха, прокачиваемых через внешний контур и через камеру сгорания, называется «степенью двухконтурности». Двигатели, у которых степень двухконтурности высока и составляет от 2 до 10, называют турбовентиляторными, а имеющее сравнительно большой диаметр первое колесо компрессора низкого давления — вентилятором.

Преимущества турбовентиляторного двигателя от турбореактивного (так ведь?) таковы: во‑первых, если большая часть реактивной тяги создается продуваемым воздухом, а не реактивными газами, повышается топливная эффективность, а значит, экономичность и экологичность всей силовой установки. Во‑вторых, на выходе из сопла (или сопл) холодный воздух смешивается с горячими газами, снижая общее давление смеси. Это делает двигатель менее шумным.

Правильно ли сделать вывод, что турбовинтовые ставят все же на более медленные самолеты? А по какой причине? В результате получается экономия топлива при такой конструкции двигателя?

С турбореактивными все и так понятно. Это в основной своей массе военная техника и вертолеты.

Туробореактивные двигатели ставят на самолеты с требованием значительной скорости и соответственно мощности. Конструкция двухконтурных турбореактивных двигателей обеспечивает поступление воздуха в значительных количествах, что на высоких скоростях обеспечивает большую тягу. Второй контур, контур низкого давления, таким образом, дает дополнительную силу тяги. Соотношение двух составляющих общей тяги зависит от конструкции двигателей и режимов работы.

Есть еще какие то причины, по которым на самолете ставят турбовинтовой или турбовентиляторный двигатель?

И вот еще про будущий региональный самолет. Первый опытный Ил-114-300 в настоящее время находится в ангаре филиала ПАО «Ил» (головного разработчика самолета) в Жуковском, где проходит его сборка на основе существующего задела.

Пассажирский самолет Ил-114-300 предназначен для эксплуатации на местных воздушных линиях и является модернизированной версией турбовинтового самолета Ил-114. Самолет будет производиться на отечественных авиапредприятиях.

Серийное производство таких самолетов планируется начать в 2021 году.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector