2.5. Области применения реактивных двигателей

О

Рис. 2.5. Области применения различных типов РД

граничения по скорости и высоте полета летательного аппарата (ЛА) с реактивным двигателем рис. 2.5 связаны с возможностью реактивных двигателей соответствующего типа создавать достаточную тягу, а так же с аэродинамическими свойствами и конструкцией летательного аппарата.

Наименьшую скорость полета имеют вертолеты с ТВаД, за ними следуют самолеты с ТВД, имеющие ограничения скорости из-за использования в качестве движителя воздушного винта. У самолетов с двигателями прямой реакции (ТРД) ограничение скорости полета наступает из-за «вырождении» двигателя.

При увеличении высоты полета, с уменьшением плотности воздуха ρ уменьшается скоростной напор q = ρV²/2, а значит, падает подъемная сила . Для осуществления горизонтального полета ЛА (Y = G_ЛА) на бóльшей высоте, необходимо увеличить скорость полета V

При больших сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях полета происходит значительный аэродинамический нагрев элементов конструкции ЛА и снижается прочность конструкциионных материалов, а динамические нагрузки возрастают. Возникает необходимость ограничения скорости и высоты полета.

2.6. История развития авиационных врд

Газотурбинные двигатели (ГТД) во 2-й половине ХХ века стали доминирующими в военной и гражданской авиации, как обеспечившие значительно бóльшие отношения тяги к массе двигателя по сравнению с предшествовавшими поршневыми двигателями.

Применение газотурбинных двигателей позволило совершить качественный скачок в грузоподъемности авиации, высоте и скорости полета, освоить сверхзвуковые полеты с числом Маха до 3,0…3,3.

Несмотря на то, что принципиальные схемы турбовинтовых и турбореактивных двигателей были предложены в ряде стран еще в первой четверти ХХ века, они могли быть реализованы как эффективные и надежные двигатели лишь после Второй Мировой войны как синтез достижений одновременно и в аэродинамическом совершенстве лопаточных машин, и в металлургии.

Речь идет о достаточных коэффициентах полезного действия компрессоров и турбин и длительной термопрочности конструкционных материалов, допускающей достаточно высокий уровень температуры газа перед турбиной.

Наиболее серьезными новыми проблемами, которые пришлось преодолевать всем конструкторам-первопроходцам при создании турбореактивных двигателей были также:

- организация устойчивого горения;

- вибропрочность лопаток компрессоров и турбин;

- помпаж компрессора;

- высокий удельный расход топлива;

- психологический фактор недоверия.

Создание турбореактивных двигателей различных схем нельзя приписать одному изобретателю или одной стране, их создание является результатом исследований и экспериментов, начатых почти одновременно в ряде развитых государств.

Не умаляя роли передовых промышленных стран, таких как Германия и Англия, в создании первых газотурбинных авиационных двигателей, следует отметить достойный вклад русских ученых и инженеров в создание и развитие авиационной газотурбинной техники.

Основополагающими теоретическими разработками в области реактивного движения и лопаточных машин были еще дореволюционные труды ученых И.В. Мещерского, Н.Е. Жуковского, К.Э. Циолковского. К началу ХХ века относятся первые проекты ГТД русских инженеров: П. Кузьминского (1900г.), В. Караводина (1908г.), Н. Герасимова (1909г.), А. Горохова (1911г.), М. Никольского (1914г.). Однако в дореволюционной России не появились какие-либо серийные авиационные двигатели собственной разработки.

После 1917 года развитию авиации со стороны государства уделялось повышенное внимание. 22 мая 1919г. в ЦАГИ было создано винтомоторное отделение во главе с инженером-механиком Б.С.Стечкиным.

Уже в 1929г. Б.С. Стечкин (племянник Н.Е. Жуковского)

разработал и опубликовал теорию воздушно-реактивного двигателя, получившую всеобщее признание в нашей стране и за рубежом. В 1923г. инженер-конструктор В.И. Базаров подал заявку на вполне современную схему одновального ТРД с центробежным компрессором.

В 1925г. преподаватели МВТУ Н.Р. Бриллинг и В.В. Уваров обосновали возможность создания мощного авиационного ТВД и приступили к его проектированию.

В

Уваров В.В.

Стечкин Б.С.

1935г. под руководством В.В. Уварова был разработан первый проект высокопараметрического авиационного ТВД ГТУ-3 (рис. 2.6) с расчетной мощностью 1500 л.с., испытания которого проходили в 1937…39 гг.

ГТУ-3 имел три центробежные ступени компрессора с =8 и двухступенчатую осевую турбину, охлаждаемую дистиллированной водой, так как расчетная температура газа перед турбиной была 1470 K.

В 1940г. группу В.В. Уварова перевели в ЦИАМ (Центральный институт авиационного моторостроения), созданный 3 декабря 1930г. на базе винтомоторного отдела ЦАГИ.

Работы над проектированием и созданием турбореактивных двигателей (

Рис. 2.6. Схема авиационного ТВД ГТУ-3

ТРД), не имевших винта и способных обеспечить в несколько раз бóльшие скорости полета, чем ТВД, начал в 1937 году сотрудник Харьковского авиационного института А.М. Люлька – специалист по паротурбинной технике.

А

Люлька А.М.

.М. Люлька в инициативном порядке разработал проекты ТРД с центробежным одно- и двухступенчатым компрессором РТД-1 в 1937г.рис. (2.7,а) и с осевым компрессором РД-1 в 1938г.(рис. 2.7,б)

В конце 1945 года на заводе «Салют» г. Москва было организовано новое конструкторское бюро ОКБ‑165 во главе с А.М. Люлькой.

В 1950-е годы под руководством А.М. Люльки

б

б.

а.

Рис. 2.7. Схемы ТРД РТД-1 и РД-1 конструкции А.М. Люльки:

а – с центробежным компрессором; б – с осевым компрессором

ыл создан ряд ТРД типа АЛ-7Ф с тягой (6500…10000) кгс, а в 1966 г. появились высокопараметрические одновальные ТРД типа АЛ-21Ф с тягой (8900…11400) кгс, установленные на самолетах Су-17М, МиГ-23Б, Су-24М.

В 1985 г. был создан один из лучших военных ТРДД с форсажной камерой АЛ-31Ф имевший тягу 12500 кгс, установленный на лучший в мире истребитель Су-27 и созданные на его основе Су-30, Су-33, Су-34, Су-35.

Первые отечественные двухконтурные двигатели начали создаваться в 1950-х годах в Пермском ОКБ под руководствомП.А. Соловьева (ТРД-20) и в Куйбышевском (Самара) ОКБ под руководством Н.Д. Кузнецова (НК-6). Д-20 и НК-6, не выпускались серийно, но послужили базой для создания многих широко известных ТРДД и ТРДДФ различного назначения, выпускавшихся большими сериями: Д-20П, Д-30, Д-30КУ/КП, Д-30Ф6, НК-8, НК-86, НК-144-22, НК-32.

П

Соловьев П.А.

Кузнецов Н.Д.

ервым отечественным серийным двухконтурным двигателем был двухвальный ТРДД Д-20П конструкции П.А. Соловьева, прошедший испытания в декабре 1959 г. и устанавливавшийся на самолете ТУ-124.

Выдвинутая еще в предвоенные годы техническая идея А. М. Люльки во 2-й половине ХХ века была широко реализована во всем мировом авиадвигателестроении – двухконтурные двигатели стали доминирующими как в гражданской, так и в военной авиации.

Т

Микулин А.А.

Климов С.К.

Туманский С.К.

Ивченко А.Г.

аким образом, бесспорно, что российские ученые и конструкторы и, прежде всего, Б.С. Стечкин, В.В. Уваров, А.М. Люлька, А.А. Микулин, В.Я. Климов, С.К. Туманский, В.А. Добрынин, А.Г. Ивченко, Н.Д. Кузнецов, П.А. Соловьев и другие, внесли выдающийся вклад в развитие современного мирового газотурбинного авиадвигателестроения.