+7(980)249-22-27
Кузовной ремонт автомобиля
Покраска в камере, полировка
Автозапчасти на заказВ чем измеряется мощность двигателя самолета
Сколько лошадиных сил может быть у самолетов, поездов и пароходов
Авиация
Airbus A380 располагает четырьмя моторами и где-то 110 000 л.с. "на круг«Первому самолету (братьев Райт — верно), чтобы подняться в воздух, хватило 40 л.с., а теперь давайте сразу к разоблачениям: современные самолеты, располагая сотнями «лошадей», вряд ли даже оторвутся от полосы. Это крохотная Cessna-182 массой в 900 кило может довольствоваться всего 230 л.с., а вот коммерческому Boeing-737 с его 190 посадочными местами (кстати, такой себе средний самолетик по меркам пассажировозов с крыльями) не помешала бы пара тысяч «лошадок». Они у него есть: два турбовентиляторных мотора CFM выдают тягу до 12 тонн силы каждый, что в общей сложности можно назвать 25 000 лошадиными силами на взлете.
Нужны штуки помощнее? Что ж, у дальнемагистрального Boeing 777 есть два двигателя размером с торговый ларек, по 570 000 ньютонов (примерно по 45 000 лошадиных сил) каждый. А самый крутой из «Эйрбасов» — двухэтажный 280-тонный Airbus A380 — располагает четырьмя моторами и где-то 110 000 силами «на круг».
Кстати, эта цифра не так уж далека от той, что выдают шесть моторов Ан-225 — самого большого транспортника в мире. Самолет, способный взять на борт что угодно вплоть до 200-тонной электростанции или космического челнока и поднять это хозяйство на высоту 12 км, «выдает» эквивалент 111 000 лошадиным силам. Как говорится, вот тебе, бабушка, и Golf GTI...
Суда
На флоте (военном или гражданском) все немножечко проще. Чтобы понять и оценить мощность плавсредства (авианосца «Мистраль» или лодочного мотора), необязательно вооружаться калькулятором и учебником по математике и переводить все эти килограммы силы и килоньютоны во что-то привычно-осязамое — как правило, здесь мощность мотора указана именно в «кониках».
Крейсер «Петр Великий» оснащен атомным двигателем мощностью 140 000 л.с.Простой пример — рыбалка. Чтобы поохотиться на карпа с середины озера, вам нужна лодка. Пожалуйста, на выбор подвесные моторы мощностью от 2 до 300 лошадиных сил. Конечно, для более крупной охоты и целой тысячи сил мало. Например, мощность двух газотурбинных установок General Electric американского эсминца Carney класса «Арли Берк» (с управляемыми ракетами), направленного ВВС США в Средиземное море, составляет 108 000 лошадиных сил. Кстати, форсажная мощность уже дежурящего там российского ракетного крейсера «Москва» чуть-чуть ниже — около 90 000 л.с. Зато крейсер «Петр Великий», гордость военного флота России, все же помощнее — 140 000 «лошадей», правда, по большей части атомных.
А что на гражданке? Ну, теплоход «Москва», что курсирует по водным артериям столицы, по мощности сопоставим с горячей Audi RS 3 или самым слабым из Mercedes-Benz Gelandewagen (несмотря на силовую установку из двух танковых V12). Штуки побольше, типа австралийского парома The Cat, располагают тысячами лошадиных сил (у аэродинамического The Cat их 38 000, как у 25 Bugatti Chiron). В классе частных суперъяхт сейчас лидируют штуки в миллиард долларов, но у них редко отыщешь больше 40 тысяч сил. И чтобы пощекотать себе нервы реально большими цифрами, лучшее решение — смотреть в сторону океанских лайнеров. Например, мировой гигант — Oasis of the Seas, оснащенный тремя 1050-литровыми V12 и тремя 1400-литровыми V16, имеет суммарный объем 7 350 литров и суммарную же мощность 136 900 сил. Туше!
Поезда
Брянский тепловозов ТЭМ18 снабжен четырехтактным дизелем мощностью как у Bugatti Veyron Grand Sport VitesseЖелезные дороги — мир больших цифр в плане расстояний, но никак не мощности. Верно? А если вспомнить типичный прогон товарного состава через переезд, когда в ожидании проезда десятков составов успеваешь выспаться? То-то же. Причем, что удивительно: на то чтобы тягать почти сотню вагонов угля, нефтепродуктов, тачек и прочей почты, хватает усилий двух-четырех тепло- или электровозов. Какая мощность у этих силачей?
Ну, пожалуй, самый известный и узнаваемый из тепловозов — маневровый (читай, для работы на небольших расстояниях) брянский ТЭМ18. Он снабжен четырехтактным дизелем и обладает мощностью целого Bugatti Veyron Grand Sport Vitesse — солидными 1 200 лошадиными силами. Правда, скорость у «восемнадцатого» никакие не 400 км/ч, а жестко конструкционная «сотка». Впрочем, и она для 126-тонной махины — почти что достижение.
6 000 «лошадей» — цифры поинтереснее. Примерно столько выдают два дизеля двухсекционного магистрального 2ТЭ10В — как правило, именно этот тепловоз можно встретить во главе длинного товарного состава из цистерн, платформ и хопперов. Что касается новинок, то, к примеру, часовая мощность новенького электровоза 2ЭС10 «Гранит» (с возможной нагрузкой в 7 000 тонн) составляет 8 800 кВт, что эквивалентно 12 000 привычным нам лошадиным силам. А знаменитый «Сапсан» (или Siemens Velaro), курсирующий из Москвы в Питер и Нижний Новгород и способный разгоняться до 250 и даже 300 км/ч, имеет выходную мощность в 8 000 кВт — условно говоря, как у двух электричек, ездящих от Казанского вокзала.
Космос
Если споры о мощности зашли так далеко, то лучше сразу забыть про десятки, сотни и даже тысячи лошадиных сил. В сфере, построенной на желании преодолеть притяжение Земли, такие вещи как чип-тюнинг или расточка блока ради лишних 10 л.с. — все равно что пшик. Еще в 1960-е годы (полвека назад, на секундочку) часто произносимой фразой в мире ракетостроения была — приготовьтесь! — «расчетные 20 миллионов лошадиных сил». Съели?! Ракета «Протон» с ее 900 тонн тяги — 60 миллионов «лошадей». «Сатурн-5» — 3 000 тонн тяги и 200 миллионов «лошадей». И плевать на то, что эти «лошади», по сути, мало что говорят о характеристиках ракеты. Цифры — просто космос.
Фото © Ironjohn | Dreamstime.com
Двигатели
Что такое аэронавтика? | динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | какой такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Ланс | Индекс сайта | Дом
Двигатели |
Как работает реактивный двигатель?
| NEW! Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов поднимается с земли с такой легкостью. Как это случилось? Ответ прост. Это двигатели. Пусть Тереза Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит больше ... Как показано на НАСА Направление завтра. |
Реактивные двигатели с огромной силой двигают самолет вперед, создаваемый огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.
Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работать по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор поднимает давление воздуха. Компрессор сделан со многими лезвиями, прикрепленными к валу. Лопасти вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый воздух тогда распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. горючие газы расширяются и выдуваются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа стреляют назад, двигатель и самолет смещаются вперед. Когда горячий воздух идет к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.
На рисунке ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторое количество воздуха быть очень горячим, а некоторые - круче. Кулер воздух затем смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.
Это картина того, как воздух проходит через двигатель
Что такое тяга?
Тяга это передняя сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. сэр Исаак Ньютон обнаружил, что для «каждого действия существует равное и противоположная реакция. "Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топливо, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. Мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, это выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.
Части реактивного двигателя
Поклонник - Вентилятор является первым компонентом в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора сделаны из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть проходит через «ядро» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.
Вторая часть «обходит» сердечник двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро в задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая продвигает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.
Компрессор - Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает воздух, который поступает в него Постепенно меньшие площади, что приводит к увеличению давления воздуха. это приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Раздавленный воздух нагнетается в камеру сгорания.
Combustor - В камере сгорания воздух смешан с топливом, а затем загорелся. Есть 20 форсунок для распыления топлива в воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Горючее с кислородом в сжатом топливе воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто производится из керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.
Турбина - Высокоэнергетический поток воздуха из камеры сгорания уходит в турбину, вызывая вращение лопастей турбины. Турбины связаны валом, чтобы вращать лопасти в компрессоре и раскрутить впускной вентилятор спереди.Это вращение отнимает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы Произведенные в камере сгорания движутся через турбину и вращают ее лопасти. Турбины реактивного двигателя вращаются вокруг тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько наборов шарикоподшипников между ними.
Насадка - Сопло является вытяжным каналом двигатель. Это часть двигателя, которая на самом деле производит тягу для самолет.Истощенный энергией воздушный поток, который прошел турбину, в дополнение к более холодный воздух, который обошел ядро двигателя, создает силу при выходе из форсунка, которая движет вперед двигатель и, следовательно, самолет. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выталкивается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из активной зоны двигателя с воздух с более низкой температурой, который был обойден в поклоннике.Смеситель помогает сделать двигатель тише.
Первый реактивный двигатель - А Краткая история ранних двигателей
Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был сначала предположить, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с большой скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло в обратном направлении, самолет движется вперед.
Анри Жиффар построил дирижабль, который был приведен в действие первым двигателем самолета - паровой двигатель с тремя лошадьми. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.
В 1874 году Феликс де Храм года построил моноплан который пролетел короткий прыжок вниз по склону с помощью угольного парового двигателя.
Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.
В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести в действие свой трехместный биплан с двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетели на несколько секунд.
Ранние паровые двигатели работали на подогреве угля и, как правило, слишком тяжелый для полета.
американец Сэмюэль Лэнгли сделал модель самолета которые были приведены в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно управлял Беспилотный самолет с паровым двигателем, названный Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем испарился. Затем он попытался построить полный размер самолета, Aerodrome A, с бензиновым двигателем.В 1903 году это разбился сразу же после спуска с домашнего катера.
В 1903 году братьев Райт полетел, Flyer , с 12-сильным газом двигатель.
С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х годов бензиновый поршневой двигатель внутреннего сгорания с пропеллером единственное средство, используемое для приведения в движение самолета.
Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттл впервые полетел успешно в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.
В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над аналогичным дизайном в Германии. Первый самолет успешно Использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель рейс.
General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Это был экспериментальный самолет XP-59A, который впервые полетел в октябре 1942 года.
Типы реактивных двигателей
Турбореактивные двигатели
Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания для поднять температуру жидкой смеси примерно до 1100 ° F до 1300 ° F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в движение компрессор. Если турбина и компрессор работают, давление на выходе турбины будет почти вдвое больше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы произвести высокоскоростной поток газа, который создает тягу.Значительное увеличение тяги может быть достигнуто с помощью форсаже. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Дожигатель повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов в тяге при взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет в воздухе.
Турбореактивный двигатель - реактивный двигатель.В реакторе, расширяющемся газе давить сильно на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает это. Газы протекают через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.
Изображение турбореактивного двигателя
Турбропропы
А турбовинтовой двигатель реактивный двигатель, прикрепленный к винтуТурбина в задняя часть поворачивается горячими газами, и это поворачивает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты приводятся в действие турбовинтовыми двигателями.
Как турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, сгорания камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель обладает большей эффективностью при скорости полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены винтами, которые имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособить более высокие скорости полета, лопасти имеют форму ятагана с опущенными передними кромками на концах лезвия. Двигатели с такими винтами называются пропфанов .
Изображение турбовинтового двигателя
Турбовентиляторы
А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух.Большая часть воздуха проходит вокруг двигателя, что делает его тише и дает больше тяги на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров имеют питание турбовентиляторы. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий на впуск, проходит через газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха поступает в камера сгорания. Остальная часть проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно как «холодная» струя или смешивается с выхлопом газогенератора производить "горячую" струю.Целью этого типа обходной системы является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается путем увеличения общий воздушно-массовый поток и снижение скорости в пределах того же общего источника энергии.
Изображение турбовентиляторный двигатель
Турбовальные валы
Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает во многом как турбовинтовой двигатель система.Это не водить винт. Вместо этого он обеспечивает мощность для вертолета ротор. Турбовальный двигатель сконструирован таким образом, чтобы скорость вращения вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это разрешает частота вращения ротора должна быть постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы модулировать количество производимой энергии.
Изображение турбовального двигателя
Ramjets
ПВРД является Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость струи "баранов" или нагнетает воздух в двигатель. По сути это турбореактивный двигатель, в котором вращается машины были опущены. Его применение ограничено тем, что его Степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не развивает статичность тяга и очень малая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, Для ПВРД необходим некоторый вспомогательный взлет, такой как другой самолет. Он был использован в основном в ракетно-управляемых системах.Космические аппараты используют это тип струи.
Изображение Ramjet Engine
Вернуться к началу
Что такое аэронавтика? | Динамика полета | самолеты | Двигатели | история полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы Индекс сайта | Дом
Авиационный двигатель - Википедия
«Аэродвигатель» перенаправляет сюда. Для использования авиационных двигателей в автомобилях см. Автомобиль с воздушным двигателем.Двигатель предназначен для использования в самолетах с двигателем
Авиационный двигатель , часто называемый авиационным двигателем , является силовым компонентом двигательной установки самолета. Большинство авиационных двигателей представляют собой либо поршневые двигатели, либо газовые турбины, хотя в последние годы во многих небольших беспилотниках использовались электродвигатели.
Обрабатывающая промышленность [редактировать]
В коммерческой авиации основными западными производителями турбовентиляторных двигателей являются Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce и CFM International (совместное предприятие Safran Aircraft Engines и General Electric).[1] Российские производители включают Объединенную двигателестроительную корпорацию, Авиадвигатель и Климов. Aeroengine Corporation из Китая была образована в 2016 году в результате слияния нескольких небольших компаний. [1]
Крупнейшим производителем турбовинтовых двигателей для авиации общего назначения является компания Pratt & Whitney. [2] General Electric объявила в 2015 году о выходе на рынок. [2]
История развития [редактировать]
Райт вертикальный 4-цилиндровый двигатель- 1848: Джон Стрингфеллоу сделал паровой двигатель для 10-футового самолета с размахом крыльев, который выполнил первый полёт с двигателем, хотя и с незначительной полезной нагрузкой.
- 1903: Чарли Тейлор построил встроенный двигатель, в основном из алюминия, для Wright Flyer (12 лошадиных сил).
- 1903: двигатель Manly-Balzer устанавливает стандарты для более поздних радиальных двигателей. [3]
- 1906: Леон Левавассер выпускает успешный двигатель V8 с водяным охлаждением для использования в авиации.
- 1908: Рене Лорин запатентовал конструкцию для прямоточного двигателя.
- 1908: Луи Сегин разработал Gnome Omega, первый в мире роторный двигатель, который будет производиться в большом количестве.В 1909 году самолет Farman III с двигателем Gnome получил приз за наибольшее беспосадочное расстояние, пролетевшее на Реймс Grande Semaine d'Aviation , установив мировой рекорд выносливости в 180 километров (110 миль).
- 1910: Coandă-1910, неудачный самолет-вентилятор, выставленный в парижском Аэро Салоне, с поршневым двигателем. Самолет никогда не летал, но был подан патент на направление выхлопных газов в воздуховод для увеличения тяги. [4] [5] [6] [7]
- 1914: Auguste Rateau предлагает использовать компрессор с выхлопными газами - турбокомпрессор - для улучшения высотных характеристик; [3] не принимается после испытаний [8]
- 1917-18 - Idflieg-пронумерованный R.30/16 пример тяжелого бомбардировщика Imperial German Luftstreitkräfte Zeppelin-Staaken R.VI становится самым ранним из известных самолетов, оснащенных нагнетателем, с двигателем Mercedes D.II прямо-шести в центральном фюзеляже, приводящим в действие механический механизм Brown-Boveri нагнетатель для четырех двигателей Mercedes D.IVa R.30 / 16.
- 1918: Сэнфорд Александр Мосс подхватывает идею Рато и создает первый успешный турбокомпрессор [3] [9]
- 1926: Armstrong Siddeley Jaguar IV (S), первый серийный двигатель с наддувом для самолетов; [10] [nb 1] радиальный двухрядный с центробежным нагнетателем с зубчатой передачей.
- 1930: Фрэнк Уиттл представил свой первый патент на турбореактивный двигатель.
- июнь 1939 года: Heinkel He 176 - первый успешный самолет, работающий исключительно на ракетном двигателе на жидком топливе.
- август 1939 года: турбореактивный двигатель Heinkel HeS 3 приводит в движение первый немецкий самолет Heinkel He 178.
- 1940: Jendrassik Cs-1, первый в мире запуск турбовинтового двигателя. Он не введен в эксплуатацию.
- 1943 Daimler-Benz DB 670, первый турбовентилятор
- 1944: Messerschmitt Me 163B Komet , первый в мире боевой самолет с ракетным двигателем.
- 1945: первый самолет с турбовинтовым двигателем, модифицированный Gloster Meteor с двумя двигателями Rolls-Royce Trent.
- 1947: ракета Bell X-1 превышает скорость звука.
- 1948: 100 л.с. 782, первый турбовальный двигатель, применяемый в авиации; в 1950 году разрабатывал более крупную 280 л.с. (210 кВт) Turbomeca Artouste.
- 1949: Leduc 010, первый в мире самолет с прямоточным двигателем.
- 1950: Rolls-Royce Conway, первый в мире серийный турбовентилятор, вступает в строй.
- 1968: турбокомпрессор General Electric TF39 с высоким байпасом начинает работу, обеспечивая большую тягу и значительно более высокую эффективность.
- 2002: HyShot scramjet полетел в пикировании.
- 2004: NASA X-43, первый космический корабль для поддержания высоты.
Валовые двигатели [править]
Ranger L-440, рядный шестицилиндровый инвертированный рядный двигатель с воздушным охлаждением, используемый в Fairchild PT-19Поршневые (поршневые) двигатели [править]
Линейный двигатель [править]
В данной статье для ясности термин «встроенный двигатель» относится только к двигателям с одним рядом цилиндров, как это используется в автомобильном языке, но в авиационных терминах фраза «встроенный двигатель» также охватывает V-образные и противоположные двигатели. (как описано ниже) и не ограничивается двигателями с одним рядом цилиндров.Обычно это отличает их от радиальных двигателей. Прямой двигатель, как правило, имеет четное число цилиндров, но есть примеры трех- и пятицилиндровых двигателей. Наибольшим преимуществом встроенного двигателя является то, что он позволяет проектировать самолет с малой фронтальной площадью, чтобы минимизировать сопротивление. Если коленчатый вал двигателя расположен над цилиндрами, он называется перевернутым рядным двигателем: это позволяет устанавливать гребной винт высоко, чтобы увеличить дорожный просвет, позволяя укорачивать шасси.Недостатки встроенного двигателя включают в себя плохое отношение мощности к весу, потому что картер и коленчатый вал длинные и, следовательно, тяжелые. Линейный двигатель может быть с воздушным или жидкостным охлаждением, но жидкостное охлаждение встречается чаще, поскольку трудно получить достаточный поток воздуха для непосредственного охлаждения задних цилиндров. Встроенные двигатели были распространены в ранних самолетах; один использовался в Wright Flyer, самолете, который совершил первый управляемый управляемый полет. Однако присущие конструкции недостатки вскоре стали очевидны, а встроенный дизайн был заброшен, что стало редкостью в современной авиации.
Для других конфигураций встроенного авиационного двигателя, таких как X-двигатели, U-двигатели, H-двигатели и т. Д., См. Встроенный двигатель (воздухоплавание).
V-образный двигатель [править]
Двигатель Rolls-Royce Merlin V-12Цилиндры в этом двигателе расположены в двух рядных рядах, которые обычно наклонены на 60–90 градусов друг от друга и приводят в движение общий коленчатый вал. Подавляющее большинство двигателей V с водяным охлаждением. Конструкция V обеспечивает более высокое отношение мощности к весу, чем встроенный двигатель, но при этом обеспечивает небольшую фронтальную площадь.Пожалуй, самым известным примером этой конструкции является легендарный двигатель Rolls-Royce Merlin, 27-литровый (1649 в 3 ) 60 ° V12 двигатель, используемый, среди прочего, в Spitfires, которые сыграли важную роль в битве за Британию ,
Горизонтально противоположный двигатель [править]
Горизонтально противоположный двигатель, также называемый плоским или коробчатым двигателем, имеет два ряда цилиндров на противоположных сторонах центрально расположенного картера двигателя. Двигатель имеет воздушное или жидкостное охлаждение, но преобладают версии с воздушным охлаждением.Противоположные двигатели устанавливаются с горизонтальным коленчатым валом в самолетах, но могут устанавливаться с вертикальным коленчатым валом в вертолетах. Из-за расположения цилиндров возвратно-поступательные силы имеют тенденцию к снижению, что приводит к плавной работе двигателя. Двигатели противоположного типа имеют высокое отношение мощности к весу, потому что у них сравнительно небольшой и легкий картер двигателя. Кроме того, компактное расположение цилиндров уменьшает лобовую площадь двигателя и позволяет упростить установку, сводя к минимуму аэродинамическое сопротивление.Эти двигатели всегда имеют четное число цилиндров, поскольку цилиндр на одной стороне картера «противодействует» цилиндру на другой стороне.
Противопожарные, четырех- и шестицилиндровые поршневые двигатели с воздушным охлаждением - безусловно, самые распространенные двигатели, используемые в небольших самолетах общего назначения, требующие до 400 лошадиных сил (300 кВт) на двигатель. Самолеты, которые требуют более 400 лошадиных сил (300 кВт) на двигатель, как правило, работают от турбинных двигателей.
H Конфигурация двигателя [править]
Двигатель H-конфигурации, по существу, представляет собой пару горизонтально расположенных двигателей, размещенных вместе, причем два коленчатых вала соединены вместе.
Радиальный двигатель [править]
Двигатель этого типа имеет один или несколько рядов цилиндров, расположенных вокруг центрально расположенного картера двигателя. Каждый ряд обычно имеет нечетное количество цилиндров для обеспечения плавной работы. Радиальный двигатель имеет только один кривошип на ряд и сравнительно небольшой картер, что приводит к благоприятному соотношению мощности к весу. Поскольку конструкция цилиндра подвергает воздух большому количеству излучающих тепло поверхностей двигателя и имеет тенденцию подавлять возвратно-поступательные усилия, радиальные элементы имеют тенденцию равномерно охлаждаться и работать плавно.Нижние цилиндры, которые находятся под картером, могут собирать масло, если двигатель был остановлен на длительный период. Если это масло не будет удалено из цилиндров до запуска двигателя, это может привести к серьезным повреждениям из-за гидростатической блокировки.
Большинство радиальных двигателей имеют цилиндры, расположенные равномерно вокруг коленчатого вала, хотя некоторые ранние двигатели, иногда называемые полурадиальными двигателями или двигателями с конфигурацией вентилятора, имели неравномерное расположение. Самым известным двигателем этого типа является двигатель Anzani, который был установлен на Bleriot XI, который использовался для первого полета через Ла-Манш в 1909 году.Эта конструкция имела недостаток в необходимости тяжелого противовеса для коленчатого вала, но использовалась, чтобы избежать смазывания свечей зажигания.
В конструкциях военных самолетов большая лобовая зона двигателя выполняла роль дополнительного слоя брони для пилота. Также двигатели с воздушным охлаждением, без уязвимых радиаторов, немного менее подвержены боевым повреждениям, и в некоторых случаях продолжали бы работать даже при выстреле одного или нескольких цилиндров. Однако большая фронтальная площадь также привела к тому, что самолет с аэродинамически неэффективной увеличенной фронтальной площадью.
Роторный двигатель [править]
Le Rhone 9C роторный авиационный двигательВращающиеся двигатели имеют цилиндры по кругу вокруг картера двигателя, как в радиальном двигателе (см. Выше), но коленчатый вал закреплен на корпусе самолета, а пропеллер прикреплен к корпусу двигателя, так что картер и цилиндры вращаются. Преимущество этой конструкции состоит в том, что удовлетворительный поток охлаждающего воздуха поддерживается даже при низких скоростях полета, сохраняя весовое преимущество и простоту обычного двигателя с воздушным охлаждением без одного из их основных недостатков.Первым практичным роторным двигателем был Gnome Omega, разработанный братьями Сегуин и впервые запущенный в эксплуатацию в 1909 году. Его относительная надежность и хорошее соотношение мощности и веса кардинально изменили авиацию. [11] До первой мировой войны большинство рекордов скорости было получено с использованием самолетов с двигателями Gnome, и в первые годы войны роторные двигатели были доминирующими в типах самолетов, для которых скорость и маневренность были первостепенными. Для увеличения мощности были построены двигатели с двумя рядами цилиндров.
Однако гироскопические эффекты тяжелого вращающегося двигателя вызвали проблемы с управлением в самолетах, и двигатели также потребляли большое количество масла, так как они использовали смазку с полной потерей, масло смешивалось с топливом и выбрасывалось с выхлопными газами.Касторовое масло использовалось для смазывания, так как оно не растворимо в бензине, и полученные пары вызывали тошноту у пилотов. Разработчики двигателей всегда знали о многих ограничениях роторного двигателя, поэтому, когда статические двигатели стали более надежными и давали лучшие удельные веса и расход топлива, дни роторного двигателя были сочтены.
двигатель Ванкеля [править]
Wankel - это тип роторного двигателя. Двигатель Ванкеля составляет примерно половину веса и размера традиционного четырехтактного поршневого двигателя с одинаковой выходной мощностью и значительно меньшей по сложности.В авиационном применении соотношение мощности к весу очень важно, что делает двигатель Ванкеля хорошим выбором. Поскольку двигатель обычно имеет алюминиевый корпус и стальной ротор, а алюминий при нагревании расширяется больше, чем сталь, двигатель Ванкеля не перегревается при перегреве, в отличие от поршневого двигателя. Это важный фактор безопасности для авиационного использования. Значительная разработка этих конструкций началась после Второй мировой войны, но в то время авиастроение отдавало предпочтение использованию турбинных двигателей.Считалось, что турбореактивные или турбовинтовые двигатели могут приводить в действие все самолеты, от самых больших до самых маленьких конструкций. Двигатель Ванкеля не нашел много применений в самолетах, но использовался Mazda в популярной линейке спортивных автомобилей. Французская компания Citroën в 1970-х годах разработала вертолет RE-2 с приводом от Wankel. [12]
В наше время двигатель Ванкеля используется в моторных планерах, где компактность, легкий вес и плавность хода имеют решающее значение. [13]
Фирма MidWest, которая ныне не существует, находится в Ставертоне и разрабатывает и производит одно- и двухроторные авиационные двигатели серии MidWest AE.Эти двигатели были разработаны на основе двигателя мотоцикла Norton Classic. Версия с двумя роторами была установлена в ARV Super2s и Rutan Quickie. Однороторный двигатель был помещен в моторный планер Chevvron и в моторные планеры Schleicher ASH. После распада MidWest все права были проданы Diamond of Austria, которая с тех пор разработала версию двигателя MkII.
В качестве экономически эффективной альтернативы сертифицированным авиационным двигателям некоторые двигатели Ванкеля, снятые с автомобилей и переоборудованные для использования в авиации, были установлены на отечественных экспериментальных самолетах.Блоки Mazda с мощностью от 100 лошадиных сил (75 кВт) до 300 лошадиных сил (220 кВт) могут составлять часть стоимости традиционных двигателей. Такие преобразования впервые произошли в начале 1970-х годов; [ цитирование необходимо ] , и по состоянию на 10 декабря 2006 года Национальный совет по безопасности на транспорте получил только семь сообщений об инцидентах, связанных с воздушными судами с двигателями Mazda, и ни один из них не был неисправен из-за недостатков конструкции или изготовления.
Циклы горения [править]
Самый распространенный цикл сгорания для авиационных двигателей - четырехтактный с искровым зажиганием.Двухтактное искровое зажигание также используется для небольших двигателей, в то время как дизельный двигатель с воспламенением от сжатия используется редко.
Начиная с 1930-х годов были предприняты попытки создать практичный авиационный дизельный двигатель. В целом, дизельные двигатели более надежны и намного лучше подходят для работы в течение длительных периодов времени при настройках средней мощности. Легкие сплавы 1930-х годов не справлялись с гораздо более высокими коэффициентами сжатия дизельных двигателей, поэтому они обычно имели низкое соотношение мощности к весу и были необычны по этой причине, хотя радиальный двигатель Clerget 14F Diesel (1939 г.) ) имеет такое же отношение мощности к массе, что и бензиновый радиальный.Усовершенствования дизельной технологии в автомобилях (приводящие к гораздо лучшему соотношению мощности и веса), гораздо лучшая топливная экономичность дизеля и высокое относительное налогообложение AVGAS по сравнению с Jet A1 в Европе - все это вызвало возрождение интереса к использованию дизелей для самолетов , Авиационные двигатели Thielert переоборудовали автомобильные двигатели Mercedes Diesel, сертифицировали их для использования в авиации и стали поставщиком OEM для Diamond Aviation для своего легкого близнеца. Финансовые проблемы преследуют Thielert, поэтому дочерняя компания Diamond - Austro Engine - разработала новый турбодизель AE300, также основанный на двигателе Mercedes. [14] Конкурирующие новые дизельные двигатели могут обеспечить топливную экономичность и выбросы без свинца для небольших самолетов, что представляет собой самое большое изменение в двигателях легких самолетов за последние десятилетия.
Силовые турбины [править]
Турбовинтовой двигатель [править]
Вид в разрезе турбовинтового двигателя Garrett TPE-331 с коробкой передач в передней части двигателяВ то время как военные истребители требуют очень высоких скоростей, многие гражданские самолеты этого не делают. Тем не менее, конструкторы гражданских самолетов хотели извлечь выгоду из высокой мощности и низких эксплуатационных расходов, которые предлагал газотурбинный двигатель.Так родилась идея соединить турбинный двигатель с традиционным винтом. Поскольку газовые турбины оптимально вращаются на высокой скорости, турбовинтовой двигатель оснащен редуктором для понижения скорости вращения вала, чтобы наконечники гребных винтов не достигали сверхзвуковых скоростей. Часто турбины, которые приводят в движение винт, отделены от остальных вращающихся компонентов, так что они могут вращаться с собственной наилучшей скоростью (называемой двигателем со свободной турбиной). Турбовинтовой двигатель очень эффективен при работе на круизных скоростях, для которых он был разработан, что обычно составляет от 200 до 400 миль в час (от 320 до 640 км / ч).
Turboshaft [редактировать]
Турбовальные двигателииспользуются в основном для вертолетов и вспомогательных силовых агрегатов. Турбовальный двигатель в принципе аналогичен турбовинтовому двигателю, но в турбовинтовом двигателе пропеллер поддерживается двигателем, а двигатель крепится болтами к планеру самолета: в турбовальном двигателе двигатель не оказывает непосредственной физической поддержки роторам вертолета. Ротор соединен с трансмиссией, которая прикреплена болтами к планеру, и турбовальный двигатель приводит в движение трансмиссию.Это различие считается небольшим, поскольку в некоторых случаях авиационные компании производят как турбовинтовые, так и турбовальные двигатели, основанные на одной и той же конструкции.
Электроэнергия [править]
Ряд самолетов с электрическим приводом, таких как QinetiQ Zephyr, были разработаны с 1960-х годов. [15] [16] Некоторые из них используются в качестве военных беспилотников. [17] Во Франции в конце 2007 года был запущен обычный легкий самолет, приводимый в действие электродвигателем мощностью 18 кВт, использующий литий-полимерные батареи, и покрывший более 50 километров (31 миль), первый электрический самолет, получивший сертификат летной годности. [15]
Были проведены ограниченные эксперименты с солнечным электрическим двигателем, в частности пилотируемый Solar Challenger и Solar Impulse и беспилотный летательный аппарат NASA Pathfinder.
Многие крупные компании, такие как Siemens, разрабатывают высокопроизводительные электрические двигатели для использования в авиации. Кроме того, SAE демонстрирует новые разработки в области элементов, таких как электродвигатели с чисто медным сердечником, с большей эффективностью. Гибридная система в качестве аварийной резервной копии и для дополнительной мощности на взлете предлагается для продажи компанией Axter Aerospace, Мадрид, Испания.[2]
Небольшие многоколесные беспилотники почти всегда приводятся в движение электродвигателями.
Реакционные двигатели [править]
Реакционные двигатели создают тягу для приведения в движение летательного аппарата путем выброса выхлопных газов с высокой скоростью из двигателя, в результате возникает реакция сил, движущих летательный аппарат вперед. Наиболее распространенные реактивные двигатели - это турбореактивные двигатели, турбовентиляторы и ракеты. Другие типы, такие как импульсные, прямоточные, скремджетные и импульсные детонационные двигатели также летали.В реактивных двигателях кислород, необходимый для сжигания топлива, поступает из воздуха, в то время как ракеты переносят кислород в той или иной форме как часть топливной нагрузки, что позволяет использовать его в космосе.
Реактивные турбины [править]
Turbojet [редактировать]
Турбореактивный двигатель - тип газотурбинного двигателя, который был первоначально разработан для военных истребителей во время Второй мировой войны. Турбореактивный двигатель - самая простая из всех авиационных газовых турбин. Он состоит из компрессора для всасывания и сжатия воздуха, секции сгорания, в которую добавляется и поджигают топливо, одной или нескольких турбин, которые извлекают энергию из расширяющихся выхлопных газов для привода компрессора, и выпускного сопла, которое ускоряет выхлопные газы. задняя часть двигателя для создания тяги.Когда появились турбореактивные двигатели, максимальная скорость оснащенных ими истребителей была, по меньшей мере, на 100 миль в час выше, чем у конкурирующих самолетов с поршневым двигателем. В послевоенные годы недостатки турбореактивного двигателя постепенно становились очевидными. Ниже примерно 2 Маха, турбореактивные двигатели очень неэффективны и создают огромное количество шума. Ранние разработки также очень медленно реагируют на изменения мощности, и этот факт убил многих опытных пилотов, когда они пытались перейти на самолеты. Эти недостатки в конечном итоге привели к падению чистого турбореактивного двигателя, и только несколько типов все еще находятся в производстве.Последним авиалайнером, в котором использовались турбореактивные двигатели, был Concorde, чья воздушная скорость Mach 2 позволяла двигателю быть высокоэффективным.
Турбофан [править]
Вырез турбовентиляторного двигателя CFM56-3Турбовентиляторный двигатель почти такой же, как турбореактивный, но с увеличенным вентилятором спереди, который обеспечивает тягу почти так же, как канальный винт, что приводит к повышению эффективности использования топлива. Хотя вентилятор создает тягу, как пропеллер, окружающий воздуховод освобождает его от многих ограничений, которые ограничивают производительность винта.Эта операция является более эффективным способом создания тяги, чем простое использование только струйного сопла, и турбовентиляторы более эффективны, чем пропеллеры в трансзвуковом диапазоне скоростей самолета, и могут работать в сверхзвуковом пространстве. Турбовентилятор обычно имеет дополнительные ступени турбины для вращения вентилятора. Турбовентиляторы были одними из первых двигателей, которые использовали несколько золотников - концентрические валы, которые могут свободно вращаться со своей собственной скоростью - чтобы позволить двигателю быстрее реагировать на изменение требований к мощности. Турбофаны грубо разделены на категории с низким и высоким байпасом.Обходной воздух проходит через вентилятор, но вокруг струи активной зоны, не смешиваясь с топливом и не сгорая. Отношение этого воздуха к количеству воздуха, протекающего через сердечник двигателя, является отношением байпаса. Двигатели с малым байпасом предпочтительны для военных применений, таких как истребители, из-за высокого отношения тяги к весу, в то время как двигатели с большим байпасом предпочтительны для гражданского использования с хорошей топливной экономичностью и низким уровнем шума. Турбовентиляторы с большим байпасом обычно наиболее эффективны, когда самолет движется со скоростью от 500 до 550 миль в час (от 800 до 885 км / ч), крейсерской скорости большинства крупных авиалайнеров.Турбокомпрессоры с малым байпасом могут развивать сверхзвуковые скорости, хотя обычно только при наличии форсажных камер.
Импульсные струи [править]
Импульсные форсунки - это механически простые устройства, которые в повторяющемся цикле всасывают воздух через обратный клапан в передней части двигателя в камеру сгорания и поджигают его. Сгорание выталкивает выхлопные газы из задней части двигателя. Он вырабатывает энергию как последовательность импульсов, а не как устойчивый выход, отсюда и название. Единственным применением этого типа двигателя была немецкая беспилотная летающая бомба V1 Второй мировой войны.Хотя те же самые двигатели также использовались экспериментально для самолетов-истребителей эрзац, чрезвычайно сильный шум, создаваемый двигателями, вызвал механическое повреждение планера самолета, которого было достаточно, чтобы сделать идею неосуществимой.
Ракета [править]
Несколько самолетов использовали ракетные двигатели для управления основной тягой или ориентацией, особенно Bell X-1 и North American X-15. Ракетные двигатели не используются для большинства самолетов, так как эффективность использования энергии и топлива очень низкая, но они использовались для коротких всплесков скорости и взлета.Там, где эффективность использования топлива / топлива имеет меньшее значение, могут быть полезны ракетные двигатели, потому что они создают очень большие тяги и очень мало весят.
Реактивные двигатели с предварительным охлаждением [править]
Для очень высоких сверхзвуковых / низких скоростей гиперзвукового полета установка системы охлаждения в воздушный канал водородного реактивного двигателя обеспечивает больший впрыск топлива на высокой скорости и устраняет необходимость в трубопроводе из огнеупорных или активно охлаждаемых материалов. Это значительно улучшает соотношение тяги и веса двигателя на высокой скорости.
Считается, что такая конструкция двигателя может обеспечить достаточную производительность для полета на антиподе на 5 Маха или даже обеспечить практическое использование одной ступени на орбите транспортного средства. Гибридный воздушно-реактивный ракетный двигатель SABRE - это двигатель с предварительным охлаждением, находящийся в стадии разработки.
Поршневой турбовентиляторный гибрид [править]
На апрельском авиасалоне ILA в Берлине в апреле 2018 года базирующийся в Мюнхене научно-исследовательский институт de: Bauhaus Luftfahrt представил высокоэффективный двигатель с комбинированным циклом на 2050 год, сочетающий турбореактивный двигатель с редуктором и сердечник поршневого двигателя.16-лопастный вентилятор диаметром 2,87 м обеспечивает сверхвысокое перепускное отношение 33,7, приводимое в действие турбиной с редуктором низкого давления, но привод компрессора высокого давления осуществляется от поршневого двигателя с двумя 10 поршневыми наборами без турбины высокого давления. , увеличивая эффективность с нестационарным изохорно-изобарическим сгоранием для более высоких пиковых давлений и температур. Двигатель мощностью 11 200 фунтов (49,7 кН) может обеспечить 50-местный региональный самолет. [18]
Его круизный TSFC будет 11,5 г / кН / с (0,406 фунт / фунт / час) для общего КПД двигателя 48.2%, для температуры горелки 1700 К (1430 ° С), общего отношения давления 38 и пикового давления 30 МПа (300 бар). [19] Хотя масса двигателя увеличивается на 30%, расход авиационного топлива уменьшается на 15%. [20] При поддержке Европейской комиссии в рамках проекта 7 7243 LEMCOTEC , Bauhaus Luftfahrt, MTU Aero Engines и GKN Aerospace представили концепцию в 2015 году, подняв общий коэффициент давления двигателя до более чем 100 для снижения расхода топлива на 15,2% по сравнению с двигателями 2025 года. [21]
Нумерация позиций двигателя [править]
На многомоторном самолете позиции двигателя нумеруются слева направо с точки зрения пилота, смотрящего вперед, поэтому, например, на четырехмоторном самолете, таком как Boeing 747, двигатель № 1 находится с левой стороны , самый дальний от фюзеляжа, в то время как двигатель № 3 находится на правой стороне, ближайшей к фюзеляжу. [22]
В случае двухмоторной английской Electric Lightning, которая имеет два установленных на фюзеляже реактивных двигателя один над другим, номер двигателя1 ниже и впереди двигателя № 2, который находится сверху и сзади. [23]
В Cessna 337 Skymaster, двухтактном двухтактном самолете, двигатель № 1 - тот, что находится в передней части фюзеляжа, а двигатель № 2 - в задней части салона.
Авиационные поршневые (поршневые) двигатели обычно предназначены для работы на авиационном бензине. Avgas обладает более высоким октановым числом, чем автомобильный бензин, что обеспечивает более высокие коэффициенты сжатия, выходную мощность и эффективность на больших высотах.В настоящее время наиболее распространенным Avgas является 100LL. Это относится к октановому числу (100 октанов) и содержанию свинца (LL = низкое содержание свинца по отношению к историческим уровням содержания свинца в предварительном регулировании Avgas). [ цитирование необходимо ]
Нефтеперерабатывающие заводы смешивают Avgas с тетраэтиллидом (TEL) для достижения этих высоких значений октанового числа - практика, которую правительства больше не разрешают для бензина, предназначенного для дорожных транспортных средств. Сокращение поставок TEL и возможность принятия природоохранного законодательства, запрещающего его использование, сделали поиск замены топлива для самолетов авиации общего назначения приоритетом для организаций пилотов. [24]
Турбинные двигатели и авиационные дизельные двигатели сжигают различные сорта реактивного топлива. Реактивное топливо - относительно менее летучее нефтяное производное на основе керосина, но сертифицированное по строгим авиационным стандартам с дополнительными присадками. [ цитирование необходимо ]
В модельных самолетах обычно используются нитродвигатели (также известные как «двигатели накаливания» из-за использования свечи накаливания), работающие на топливе накаливания, смеси метанола, нитрометана и смазки. Модели самолетов с электроприводом [25] и вертолеты также имеются в продаже. "Тяжелый грузоподъемный квадрокоптер поднимает 50-фунтовые грузы. Это HULK, работающий на газе (HLQ) - Промышленный кран". www.industrytap.com . 2013-03-11.
Внешние ссылки [редактировать]
,самолетов на водородном топливе - Википедия
В 2008 году демонстратор топливных элементов Boeing выполнил прямой полет на пилотируемой миссии, работающей на водородном топливном элементе. [1]Водородный самолет - это самолет, использующий водородное топливо в качестве источника энергии. Водород можно сжигать либо в реактивном двигателе, либо в двигателе внутреннего сгорания другого типа, либо он может использоваться для питания топливного элемента и выработки электроэнергии для привода воздушного винта.
В отличие от большинства самолетов, которые используют крылья для хранения топлива, водородные самолеты обычно конструируются с резервуарами с водородным топливом, перевозимыми внутри фюзеляжа.
Согласно исследованиям, проведенным в Университете штата Пенсильвания в 2006 году, крупные коммерческие водородные самолеты могут быть построены к 2020 году, но «вероятно, они не будут введены в эксплуатацию до 2040 года». [2] В ближайшем будущем возрос интерес к использованию самолетов на топливных элементах в качестве личных воздушных судов.
Исследовательский проект Европейского союза в сотрудничестве с Airbus и 34 другими компаниями-партнерами, получившими название CRYOPLANE , позволил оценить техническую осуществимость, безопасность, экологическую совместимость и экономическую целесообразность использования жидкого водорода в качестве авиационного топлива.Это было сделано в 2002 году (окончательный отчет был опубликован в 2003 году). [3]
Свойства водорода [править]
Плотность энергии топлива - горизонтальная на массу, вертикальная на объемВодород имеет плотность энергии на единицу массы, которая в 3 раза выше, чем у традиционного реактивного топлива, но более низкую плотность энергии на единицу объема . В самолетах используются резервуары из углеродного волокна, которые выдерживают давление до 700 бар. Криогенный жидкий водород также используется.
Если водород доступен в количествах из низкоуглеродистых источников энергии, таких как ветер или атомная энергия, его использование в самолетах приведет к образованию меньшего количества парниковых газов (водяных паров и небольшого количества оксида азота), чем в современных самолетах.В настоящее время очень мало водорода производится с использованием низкоуглеродистых источников энергии, и существует несколько серьезных препятствий для использования водорода в самолетах и других транспортных средствах. [4] Из-за способа его производства и относительной неэффективности его производства с учетом современной технологии водород дороже, чем ископаемое топливо.
Жидкий водород является одним из лучших хладагентов, используемых в технике, и было предложено использовать это свойство для охлаждения всасываемого воздуха для высокоскоростных самолетов (см. Реактивный двигатель с предварительно охлажденным воздухом) или даже для охлаждения самой обшивки автомобиля, особенно для самолеты с реактивным двигателем. [5]
Свойства водородных самолетов [править]
Жидкий водород имеет примерно в четыре раза больше объема для того же количества энергии реактивного топлива на основе керосина. Кроме того, его очень летучий характер исключает хранение топлива в крыльях, как с обычным транспортным самолетом. Поэтому большинство конструкций самолетов с жидким водородом хранят топливо в фюзеляже, что приводит к большей длине и диаметру фюзеляжа, чем у традиционных самолетов, работающих на керосине. Это снижает производительность из-за дополнительной смачиваемой области фюзеляжа.Больший размер фюзеляжа вызывает большее сопротивление трения обшивки и волновое сопротивление. С другой стороны, водород составляет примерно треть веса керосинового реактивного топлива для того же количества энергии. Это означает, что для того же диапазона и характеристик (без учета влияния объема) водородный самолет будет иметь около одной трети веса топлива. Для самолета типа Boeing 747-400 это позволило бы снизить общий вес взлета с 360 000 до 270 000 кг (от 800 000 до 600 000 фунтов). Таким образом, рабочие характеристики самолета, работающего на водороде, являются компромиссом между большей площадью смачивания и меньшим весом топлива.Этот компромисс существенно зависит от размера самолета.
прототипов [править]
Российский производитель Туполев построил прототип водородной версии авиалайнера Ту-154 под названием Ту-155, который совершил свой первый полет в 1989 году. [6] Это был первый в мире экспериментальный самолет, работающий на жидком водороде.
HY4 - первый в мире пассажирский самолет, работающий на водородном топливном элементе.Компания Boeing Research & Technology Europe (BR & TE) изготовила гражданский самолет из двухместного самолета Diamond Aircraft Industries DA20, работающего на топливном элементе (называемом Theator Airplane). [7] [8] Lange Aviation GmbH и немецкий аэрокосмический центр также создали водородный самолет на своем самолете Antares DLR-h3. [9] Эти летательные аппараты, конечно, выполнены таким образом, что текущая низкоэнергетическая мощность от водородного двигателя (в результате водородных резервуаров низкого давления) не представляет проблемы. Например, самолету Boeing Theator требовалось только 45 кВт для взлета и 20 кВт для полета. В июле 2010 года компания Boeing также представила водородный беспилотник Phantom Eye, в котором используются два двигателя внутреннего сгорания компании Ford Motor Company, работающие на водороде. [10]
В 2010 году Rapid 200-FC, первый самолет в Европе и мире, работающий на газообразном водороде, успешно завершил шесть летных испытаний. Согласно Спортивному кодексу FAI, самолет рассматривается в классе C, в то время как мотопланеры (такие как проекты Boeing R & T Diamond DA20 и Antares DLR-h3) считаются классом D. Самолет и электрическая и энергетическая системы были разработаны в рамках Европейского союза. Проект «ENFICA-FC» (Экологически чистые межгородские самолеты, работающие на топливных элементах), координируемый проф.Джулио Ромео из Политехнического университета Турина. [11] [12] Полностью электрическая система была успешно испытана во время экспериментального полета. Скорость вращения 84 км / ч была достигнута в пределах 184 м от такси при мощности 35 кВт. После взлета скорость увеличивалась до указанных значений 110–120 км / ч. Ровный полет на скорости 700 футов и 130 км / ч был достигнут только за счет установки мощности на топливных элементах. Был установлен новый рекорд скорости 135 км / ч (4 последовательных пробега по 3 км пути - в соответствии со Спортивным кодексом FAI, самолеты класса C).Также были измерены несколько более высокие скорости при 145–150 км / ч в течение десятков секунд во время свободных полетов. Полеты достигли выносливости 45 минут. Самолет имеет полностью электрический пропеллер 40 кВт; Мощность подается на винт через топливные элементы мощностью 20 кВт, работающие на газообразном водороде, хранящемся при 350 бар. Чтобы гарантировать абсолютную безопасность полетов, у самолета также есть второй источник энергии, который состоит из набора литий-полимерных батарей мощностью 20 кВт, способных гарантировать альтернативную или дополнительную мощность при взлете.
В 2011 году AeroVironment Global Observer был оснащен двигательной установкой на водородном топливе. [13] [требуется уточнение ]
HY4 стал первым в мире пассажирским самолетом с двигателем, работающим на водородном топливном элементе. Его первый полет состоялся в аэропорту Штутгарта, Германия, 29 сентября 2016 года. [14] Имеется возможность хранить 9 кг водорода, топливные элементы 4x11 кВт и батареи 2x10 кВтч. [15]
