Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сюда перенаправляется «Реактивный самолет». Для альбома Rumania Montevideo см Реактивный самолет .
McDonnell Douglas DC-10 авиакомпании Northwest Airlines .
USAF Lockheed Martin F-35 Lightning II

Реактивные самолеты (или просто струи ) является самолетом (почти всегда с неподвижным крылом самолет ) приводится в движении реактивных двигателей .

В то время как двигатели винтовых самолетов обычно достигают максимальной эффективности на гораздо более низких скоростях и высотах, реактивные двигатели достигают максимальной эффективности на скоростях, близких к скорости звука или даже намного превышающих их . Реактивные самолеты обычно наиболее эффективно летают со скоростью 0,8 Маха (981 км / ч (610 миль / ч)) и на высоте около 10 000–15 000 м (33 000–49 000 футов) или более.

Идея реактивного двигателя не была новой, но связанные с этим технические проблемы не могли быть решены до 1930-х годов.Фрэнк Уиттл , английский изобретатель и офицер Королевских ВВС , начал разработку жизнеспособного реактивного двигателя в 1928 году [1], а Ханс фон Охайн в Германии начал независимую работу в начале 1930-х годов. В августе 1939 года первый в мире реактивный самолет Heinkel He 178 с турбореактивным двигателем совершил первый полет. Существует широкий спектр реактивных самолетов различных типов, как гражданского, так и военного назначения.

История [ править ]

Heinkel He 178 , первый самолет, работающий на турбореактивном двигателе, в августе 1939 г.
Caproni Campini N1 в полете
Gloster E.28 взлет

После первого экземпляра силового полета было предложено большое количество конструкций реактивных двигателей. Рене Лорин , Мориз, Харрис предложили системы для создания струйного истечения. [2]

После того, как были запущены другие реактивные двигатели, румынский изобретатель Анри Коанда утверждал, что в 1910 году построил самолет с реактивным двигателем, Коанда-1910 , однако, чтобы подтвердить это утверждение, ему пришлось внести существенные изменения в чертежи, которые он использовал для обоснования своих планов. впоследствии опровергнутые претензии. [3] Фактически двигатель с вытяжным вентилятором дал обратную реакцию, вызвав пожар в самолете еще до того, как были совершены какие-либо полеты, и в нем отсутствовали почти все функции, необходимые для реактивного двигателя, включая отсутствие впрыска топлива и никаких опасений по поводу горячего воздуха. струя направлена ​​на легковоспламеняющуюся поверхность ткани. [3]

В 1920-е и 1930-е годы был испробован ряд подходов. Были разработаны различные реактивные , турбовинтовые , импульсные и ракетные самолеты. Исследования по созданию ракетных двигателей проводились в Германии, и первым самолетом, который летал на ракетной мощности, стал Lippisch Ente в 1928 году. [4] Ente ранее летал как планер. В следующем году, в 1929 году, Opel RAK.1 стал первым специально созданным ракетным самолетом, совершившим полет.

Турбореактивного был изобретен в 1930 - х годах, независимо друг от друга Франк Уиттла и позже Ганс фон Ohain . Первым турбореактивным самолетом, совершившим полет, стал Heinkel He 178 27 августа 1939 года в Ростоке (Германия). [5] Это было в значительной степени подтверждением концепции, поскольку проблема « ползучести » (усталости металла, вызванной высокими температурами внутри двигателя) не была решена, и двигатель быстро сгорел.

Первым самолетом с реактивным двигателем, привлекшим внимание общественности, был итальянский прототип реактивного двигателя Caproni Campini N.1, совершивший полет 27 августа 1940 года. [6] Это был первый реактивный самолет, признанный Международной авиационной федерацией ( Fédération Aéronautique Internationale). время немецкая программа He 178 все еще держалась в секрете). Кампини начал разработку реактивного двигателя в 1932 году, который отличался от настоящего турбореактивного двигателя тем, что воздух прогонялся поршневым двигателем, а не выхлопными газами, что являлось гораздо более сложным решением.

Британский экспериментальный Gloster E.28 / 39 впервые поднялся в воздух 15 мая 1941 года на турбореактивном двигателе сэра Фрэнка Уиттла . [7] В Соединенных Штатах был произведен Bell XP-59A с использованием двух экземпляров версии двигателя Whittle, построенного General Electric , который совершил полет 1 октября 1942 года. Meteor был первым серийным реактивным самолетом с первыми заказами на серийные образцы. изготовленный 8 августа 1941 г. [8] прототип, первый полет которого состоялся 5 марта 1943 г., и первый серийный планер - 12 января 1944 г. [9], в то время как первые заказы на серийные самолеты Me 262 не поступали до 25 мая 1943 г. [ 10]и первый серийный Me 262 не летал до 28 марта 1944 года [11], несмотря на то, что программа Me 262 началась раньше, чем программа Meteor, как Projekt 1065, с первоначальными планами, составленными командой разработчиков доктора Вальдемара Фойгта в апреле 1939 года.

Современная копия Me 262 в полете в 2006 году. Первый действующий турбореактивный самолет, Messerschmitt Me 262, был принят на вооружение в апреле 1944 года.

Messerschmitt Me 262 был первый эксплуатационный реактивный истребитель , [12] производства Германии во время Второй мировой войны и введенном в эксплуатацию 19 апреля 1944 с Erprobungskommando 262 на реке Лех только к югу от Аугсбурга. Me 262 одержал первую боевую победу для реактивного истребителя 26 июля 1944 года. Me 262 впервые поднялся в воздух 18 апреля 1941 года, но серийное производство началось только в начале 1944 года, когда в том же году начали действовать первые эскадрильи, слишком поздно для решающее влияние на исход Второй мировой войны . Это был самый быстрый обычный самолет войны, хотя были и более быстрые самолеты, приводимые в движение нетрадиционными средствами, например, ракетный Messerschmitt Me 163 Komet .

Gloster Meteor F.3s. Глостер Метеор был первым британским реактивным истребителем , а также союзники только реактивные самолеты для достижения боевых действий во время Второй мировой войны.

Примерно в это же время, в середине 1944 года, британский Gloster Meteor занимался защитой Великобритании от летающей бомбы V-1  - самолёта с импульсным двигателем и прямым предшественником крылатой ракеты - а затем проводил операции по наземным атакам над Европой. в последние месяцы войны. В 1944 году Германия ввела на вооружение реактивный разведчик и бомбардировщик Arado Ar 234 , хотя в основном он использовался в прежней роли, а в конце 1944 года был выпущен одинарный легкий истребитель Heinkel He 162 Spatz . СССР испытал собственный Березняк-Исаев БИ-1 в 1942 году, но проект был отменен Иосифом Сталиным.в 1945 году. Императорский флот Японии также разработал реактивные самолеты в 1945 году, в том числе Nakajima J9Y Kikka , модифицированную и немного уменьшенную версию Me 262 со складывающимися крыльями. К концу 1945 года США приняли на вооружение свой первый реактивный истребитель Lockheed P-80 Shooting Star, а Великобритания - второй истребитель конструкции de Havilland Vampire .

Boeing 737-300, входящий в семейство Boeing 737, является наиболее производимым реактивным самолетом, который до сих пор эксплуатируется.

США ввели на вооружение свой первый реактивный бомбардировщик North American B-45 Tornado в 1948 году. Хотя он был способен нести ядерное оружие, он использовался для разведки над Кореей. 8 ноября 1950 года, во время Корейской войны , лейтенант ВВС США Рассел Дж. Браун, летевший на F-80 , перехватил два северокорейских МиГ-15 у реки Ялу и сбил их первым реактивным самолетом. -реактивный воздушный бой в истории. В 1951 году Великобритания приняла на вооружение English Electric Canberra в качестве легкого бомбардировщика . Он был разработан, чтобы летать выше и быстрее любого перехватчика .

BOAC Comet 1 был первым пассажирским реактивным авиалайнером
Боинг 707

В 1952 году компания BOAC совершила первый рейс коммерческих реактивных самолетов из Лондона в Йоханнесбург на реактивном лайнере de Havilland Comet . Этот инновационный самолет летел намного быстрее и выше, чем винтовой самолет, был намного тише, плавнее и имел стильные крылья со скрытыми реактивными двигателями. Однако из-за конструктивного дефекта и использования алюминиевых сплавов у самолета возникла катастрофическая усталость металла, что привело к нескольким авариям. [13]

Серия аварий дала время для того, чтобы Boeing 707 вступил в строй в 1958 году, и он стал доминирующим на рынке гражданских авиалайнеров. Подвесные двигатели оказались полезными в случае утечки топлива, и поэтому 707 выглядел несколько иначе, чем Comet: 707 имеет форму, которая практически такая же, как у современных самолетов, с заметной общностью, все еще очевидной сегодня для пример с 737 (фюзеляж) и А340 (однопалубный, стреловидное крыло, четыре подкрыльных двигателя).

Самолеты с турбовентиляторными двигателями начали поступать на вооружение в 1950-х и 1960-х годах, обеспечивая гораздо большую топливную экономичность , и этот тип реактивных двигателей широко используется сегодня.

Ту-144 , первый в мире коммерческий сверхзвуковой транспортный самолет (ССТ)

Ту-144 сверхзвуковой транспорт был самый быстрый коммерческий реактивный самолет на Маха 2,35 (2503 км / ч (1555 миль в час)). Он был принят на вооружение в 1975 году, но вскоре после этого был выведен из эксплуатации. Mach 2 Concorde поступил на вооружение в 1976 году и летал 27 лет.

Самым быстрым военным реактивным самолетом был SR-71 Blackbird со скоростью 3,35 Маха (3661 км / ч (2275 миль / ч)).

Другие самолеты [ править ]

Большинство людей используют термин «реактивный самолет» для обозначения воздушно-реактивных двигателей на основе газовых турбин , но и ракеты, и ГПВРД также приводятся в движение реактивным двигателем.

Крылатые ракеты - это одноразовые беспилотные реактивные самолеты, приводимые в действие в основном прямоточными или турбореактивными двигателями, а иногда и турбовентиляторными двигателями, но они часто имеют ракетную силовую установку для первоначального движения.

Самым быстрым реактивным самолетом с воздушным дыханием является беспилотный ГПВР X-43 со скоростью около 9–10 Махов.

Самый быстрый пилотируемый (ракетный) самолет - X-15 на скорости 6,85 Маха.

Space Shuttle , в то время как гораздо быстрее , чем X-43 или Х-15, не рассматривается в качестве воздушного судна во время подъема , как это осуществлялось баллистическим ракетным тяги, а не воздух. При входе в атмосферу он был классифицирован (как планер) как безмоторный самолет. Первый полет был в 1981 году.

Белл 533 (тысяча девятьсот шестьдесят-четыре), Локхид ХН-51 (1965), а также Sikorsky S-69 (1977-1981) являются примерами соединения вертолета конструкции , где струи выхлопных газов добавляется к передней тяги. [14] Хиллер YH-32 Хорнет и Фейри Ультра легкого вертолет был среди многих вертолетов , где роторы были вызваны наконечником струями .

Реактивное питанием wingsuits существует - питание от реактивных двигателей модели самолетов - но непродолжительны и необходимости быть запущена на высоту. [15]

Аэродинамика [ править ]

McDonnell Douglas DC-10 , пример Trijet конфигурации

Из-за того, как они работают, типичная скорость выхлопа реактивных двигателей является околозвуковой или выше, поэтому большинству реактивных самолетов необходимо летать на высоких скоростях, либо на сверхзвуковых, либо на скоростях чуть ниже скорости звука (" околозвуковые "), чтобы достичь эффективности. полет. Поэтому важно учитывать аэродинамику.

Реактивные самолеты обычно проектируются с использованием правила площади Уиткомба , которое гласит, что общая площадь поперечного сечения самолета в любой точке вдоль самолета от носа должна быть примерно такой же, как у тела Сирс-Хака . Форма с таким свойством сводит к минимуму образование ударных волн, которые приводят к потере энергии.

Реактивные двигатели [ править ]

Основная статья: Реактивный двигатель

Реактивные двигатели бывают нескольких основных типов:

  • турбореактивный
  • ТРДД (которые бывают двух основных видов ТРДД с малым байпасом и ТРДД с большим байпасом )
  • ракета

Различные типы используются для разных целей.

Ракеты являются самым старым типом и в основном используются, когда требуются чрезвычайно высокие скорости или очень большие высоты. Из-за экстремальной, обычно гиперзвуковой скорости истечения и необходимости наличия окислителя на борту, они очень быстро расходуют топливо. По этой причине они не подходят для повседневной транспортировки.

Турбореактивные двигатели - второй по возрасту тип; он имеет высокую, обычно сверхзвуковую, скорость истечения и низкое лобовое сечение, и поэтому лучше всего подходит для высокоскоростного, обычно сверхзвукового полета. Хотя когда-то они широко использовались, они относительно неэффективны по сравнению с турбовинтовыми и ТРДД для дозвуковых полетов. Последними крупными самолетами, использовавшими ТРД, были сверхзвуковые транспортеры « Конкорд» и Ту-144 .

Турбореактивные двухконтурные двигатели с малым байпасом имеют более низкую скорость выпуска, чем турбореактивные, и в основном используются для высоких звуковых, околозвуковых и низких сверхзвуковых скоростей. ТРДД с высокой степенью двухконтурности используются для дозвуковых самолетов, достаточно эффективны и широко используются на авиалайнерах.

Летные характеристики [ править ]

Реактивные самолеты летают значительно иначе, чем винтовые.

Одно отличие состоит в том, что реактивные двигатели реагируют относительно медленно. Это усложняет маневры при взлете и посадке. В частности, во время взлета воздушные винтовые двигатели обдувают крылья воздухом, что обеспечивает большую подъемную силу и более короткий взлет. Эти различия уловили некоторых первых пилотов BOAC Comet. [13]

Движущая сила [ править ]

Основная статья: Пропульсивная эффективность

В самолете общая тяговая эффективность - это эффективность в процентах, с которой энергия, содержащаяся в топливе транспортного средства, преобразуется в полезную энергию для возмещения потерь из-за сопротивления воздуха , силы тяжести и ускорения. Его также можно указать как долю механической энергии, фактически используемую для приведения в движение самолета. Оно всегда меньше 100% из-за потерь кинетической энергии на выхлопе и неидеального КПД движительного механизма, будь то пропеллер , выхлопная струя или вентилятор. Кроме того, тяговая эффективность сильно зависит от плотности воздуха и скорости полета.

Математически это представлено как [16] где - КПД цикла, а - КПД движителя. Эффективность цикла в процентах - это доля энергии, которая может быть получена из источника энергии, которая преобразуется двигателем в механическую энергию .

Зависимость тягового КПД ( ) от соотношения скорость автомобиля / скорость выхлопа (v / c) для ракетных и реактивных двигателей

Для реактивного самолета эффективность тяги (по сути, энергоэффективность ) является максимальной, когда двигатель испускает выхлопную струю со скоростью, которая равна или почти равна скорости транспортного средства. Точная формула для воздушно-реактивных двигателей, приведенная в литературе [17] [18], является

где c - скорость истечения, а v - скорость самолета.

Диапазон [ править ]

Основная статья: Дальность (самолет)

Для дальнобойного реактивного самолета, работающего в стратосфере , скорость звука постоянна, следовательно, полет под фиксированным углом атаки и постоянным числом Маха заставляет самолет набирать высоту без изменения значения локальной скорости звука. В этом случае:

где - крейсерское число Маха и местная скорость звука. Уравнение диапазона может быть показано следующим образом:

известное как уравнение диапазона Бреге в честь пионера французской авиации Луи Шарля Бреге .

См. Также [ править ]

  • Коанда-1910
  • Коммерческая авиация
  • Инверсионный след
  • Реактивный авиалайнер
  • Шум струи
  • Джамбо-джет
  • Очень легкий самолет
  • Список реактивных самолетов Второй мировой войны

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ CWN, Крис Стадман для. «Сэр Фрэнк Уиттл - изобретатель реактивного двигателя - родился в Ковентри» . www.cwn.org.uk . Архивировано 20 октября 2017 года . Проверено 6 мая 2018 .
  2. ↑ Реактивное движение самолета, часть III. Архивировано 5 ноября 2012 г. на Wayback Machine G. Полет Джеффри Смита,25 сентября 1941 г.
  3. ^ a b Винтер, Фрэнк Х. (6 декабря 2010 г.). «Заявление Коанды: история полета реактивного самолета в 1910 году, всего через семь лет после Китти Хок, может быть слишком хороша, чтобы быть правдой» . airspacemag.com .
  4. ^ "Lippisch Ente". [ постоянная мертвая ссылка ] Интернет-энциклопедия науки: экспериментальный самолет. Дата обращения: 26 сентября 2011.
  5. ^ Warsitz, Лутц: Первый Jet Pilot - История немецких летчиков - испытатели Варзиц , перо и меч Books Ltd., Англия, 2009 (стр. 125) архивации 2010-06-03 в Wayback Machine
  6. ^ " Полет 28 августа 1941" . flightglobal.com . Архивировано 20 октября 2017 года . Проверено 6 мая 2018 .
  7. ^ "Нет Airscrew Необходимо ..." архивации 2012-10-25 в Вайбак Machine Flight (flightglobal.com), 27 октября 1949 p554
  8. ↑ Батлер, 2006, стр.8
  9. ↑ Батлер, 2006, стр.23
  10. ^ Radinger, 1996, с.33
  11. ^ Radinger, 1996, с.49
  12. ^ Hecht, Генрих. Первый в мире турбореактивный истребитель - Messerschmitt Me 262 . Атглен, Пенсильвания: Schiffer Publishing, 1990. ISBN 0-88740-234-8 . [ требуется страница ] 
  13. ^ a b Джет! Когда Британия правила небом - BBC
  14. ↑ Томас Лоуренс и Дэвид Дженни (31 августа 2010 г.). «Самый быстрый вертолет на Земле» . IEEE Spectrum . Архивировано 30 января 2017 года . Дата обращения 1 августа 2017 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  15. ^ « „ Jetman“Ив Росси показывает нам , как летать Его углеродного волокна Jet Wing» . Проводной . 31 июля 2013. Архивировано 2 января 2017 года . Дата обращения 1 августа 2017 .
  16. ^ ch10-3 Архивировано 14 сентября 2010 г. в Wayback Machine
  17. ^ K.Honicke, R.Lindner, P.Anders, M.Krahl, H.Hadrich, K.Rohricht. Beschreibung der Konstruktion der Triebwerksanlagen. Интерфлюг, Берлин, 1968 г.
  18. ^ Слюна, Питер. «Газотурбинная технология». Архивировано 31 октября 2014 г.на Wayback Machine p507, Rolls-Royce plc , 2003 г.Дата обращения: 21 июля 2012 г.

Библиография [ править ]

  • Батлер, Фил; Баттлер, Тони (2006). Gloster Meteor: знаменитый британский реактивный самолет первого поколения . Суррей, Великобритания: Midland Publishing. п. 23. ISBN 1-85780-230-6.
  • Лутц Варзиц: Первый пилот реактивного самолета - История немецкого летчика-испытателя Эриха Варсица , Pen and Sword Books Ltd., Англия, 2009, ISBN 978-1-84415-818-8 , английское издание 
  • Радинджер, Уилл; Шик, Вальтер Шик (1996). Мне 262 (на немецком языке). Берлин: Avantic Verlag GmbH. ISBN 978-3-925505-21-8.


Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт Эриха Варсица (первого в мире пилота реактивного самолета), включая редкие видеоролики (Heinkel He 178) и аудиокомментарии.