Техника - молодёжи 1970-10, страница 33

СЕРДЦЕ САМОЛЕТА

М. НАУМОВ, инженер

If огда первый реактивный самолет — истребитель ^и * МИГ-9 прибыл на летные испытания, его непривычные формы, вспоминает заслуженный летчик-испыта-тель СССР Герой Советского Союза М. Л. Галлай, удивили даже бывалых авиаторов: «Спереди, где испокон веков полагалось быть винту, не было... ничего. Или, вернее, были две большие дыры — отверстия, через которые воздух поступал к двигателям. — Неужели эта дырка полетит?..»

А «дырка» полетела... У старых добрых поршневых самолетов с воздушными винтами появился сильный соперник.

Летательный аппарат с поршневой винтомоторной установкой не может «перешагнуть» скорости 700—750 км/час. Уже при таком полете начинает сказываться сжимаемость воздуха — плотность его частиц, омывающих профиль крыла, фюзеляжа, оперения, увеличивается. Самолет как бы «разбухает», и его лобовое сопротивление резко возрастает. А местная скорость потока у различных точек машины может оказаться около- или сверхзвуковой (на уровне моря при 15° С скорость звука равна 1225 км/час). Тогда-то у обтекаемого тела и возникают тянущиеся за ним ударные волны — тончайшие полосы сжатого воздуха, на границе которых скачком нарастают его плотность, давление и температура (так называемые скачки уплотнения). Волны еще больше увеличивают сопротивление тела, для преодоления которого необходима мощность в десятки тысяч лошадиных сил.

Если бы даже и построили такой могучий двигатель, он по весу и размерам был бы непригоден для авиации. Но главное -г- и в этом случае полет со скоростью звука не получился бы. Ведь поршневой мотор не непосредственно движет самолет. Это делает движитель — воздушный винт, который захватывает своими лопастями и отбрасывает назад с определенной силой большую массу воздуха; такая же сила — реакция, называемая тягой, толкает самолет вперед. При скорости 700 км/час быстро вращающиеся двух-трехметровые лопасти винта оказываются в зоне сверхзвукового потока. А из-за волнового сопротивления к. п. д. движителя резко падает, и располагаемая мощность ВМУ намного уменьшается.

Для достижения сверхзвуковых скоростей полета потребовался двигатель с иным принципом создания тяги — реактивный, по которому получили свое название и самолеты. Тепловая энергия от сгорания топлива в таком двигателе непосредственно превращается в работу тяги: реакцию создает вытекающая с большой скоростью струя газа. Рабочие поверхности движителя отталкиваются от газовой струи, перемещая летательный аппарат.

Так образуется тяга у всех реактивных двигателей — и ракетных и воздушно-реактивных (ВРД). Первые почти не применяются в авиации (если не считать, например, стартовых и маршевых ускорителей самолетов), зато вторые заняли в ней господствующее положение.

Самый простой ВРД — прямоточный. Это почти труба. В переднюю часть ее — диффузор — при движении летательного аппарата непрерывно поступает воздух. Скорость струи постепенно падает, а давление

соответственно возрастает. В камере сгорания в сжатый воздух непрерывно впрыскивается топливо (в ВРД наличие окислителя — кислорода воздуха — «само собой разумеется», и топливом принято называть горючее — керосин). Образующиеся от сгорания газы устремляются через реактивное сопло в атмосферу. Температура газов гораздо выше, чем поступающего воздуха; поэтому их скорость W больше скорости полета V.

Если ш — секундная масса воздуха, протекающего через двигатель, то тяга R — это разность выходного и входного импульсов: R — m(W—V).

С увеличением V вплоть до звуковой сжатие воздуха на входе в двигатель будет возрастать, его расход ш будет больше, следовательно, тяга вырастет. А на сверхзвуковых скоростях сжатие воздуха в диффузоре (воздухозаборнике) сопряжено с возникновением скачков уплотнения. Поэтому полное давление в потоке снижается, W падает, и тяга уменьшается. Это видно и из того, что при разгоне летательного аппарата разность W—V становится меньше.

Если ш постоянна, тяга зависит только от уровня подогрева газа, протекающего через двигатель. Но нельзя же этот уровень повышать беспредельно! Вот почему считают, что ВРД могут превышать скорость звука в 4—6 раз.

«Прямоточка» работает, когда имеется скоростной напор воздуха на входе. Вы уже догадываетесь, что стартовать с таким двигателем самолет не сможет: при отсутствии перепадов давления газ не разгонится внутри двигателя и тяга будет равна нулю.

Неактивные двигатели, которые сами засасывают воздух, лишены этого недостатка. В них газовая турбина вращает компрессор, подающий сжатый воздух в камеру сгорания. И хотя газотурбинные двигатели гораздо сложнее и тяжелее прямоточного, они обеспечивают самолету взлет. Они разнолики: турбореактивные, турбовинтовые, двухконтурные.

На развороте помещен большой рисунок турбореактивного двигателя — TP Д. После запуска (раскрутки ротора) стартером сжатый атмосферный воздух непрерывно поступает из компрессора в камеру сгорания. В нее впрыскивается топливо. Горючая смесь сначала поджигается электрической свечой. А затем смесь горит непрерывно — ее новые порции образуют «стоячее» пламя. Горячий газ, попадая на лопатки рабочего колеса турбины, приводит его во вращение, а вместе с ним и ротор компрессора.

Газ расходует значительную часть своей энергии при расширении в турбине, однако на выходе еще сохраняет высокие температуру и давление. Попадая в реактивное сопло, поток выбрасывается в атмосферу и дает реактивную тягу. Она достаточно велика — от сотен килограммов (у учебно-тренировочных машин) до 6-ь28 т (у истребителей, бомбардировщиков, транспортных и пассажирских самолетов).

Компрессоры и турбины — осевые, поток газа в них перемещается вдоль оси двигателя. Расходы воздуха достигают нескольких сотен килограммов в секунду (в средних широтах при 0° С и нормальном атмосферном дав-

30