Главная > Разное > Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Выбор между двигательными системами

Общее мнение таково, что за исключением малых и средних транспортных и учебных самолетов, поршневые двигатели постепенно вытесняются из числа силовых установок для самолетов. Вертолеты, которые привлекают все большее внимание для воздушных перевозок на средние расстояния как гражданских, так и военных, могут продлить жизнь поршневых двигателей. При воздушных перевозках на большое расстояние, непременно на высоких сверхзвуковых скоростях, вероятно, будет преобладать, по крайней мере в течение нескольких лет, воздушный винт, приводимый в действие комбинированными двигателями (соединением поршневого двигателя и турбины) и газовыми турбинами (газотурбинными двигателями) из-за превосходящего полетного КПД воздушного винта по сравнению с чистой струей.

Вопрос подходящего выбора лучшей двигательной системы для данного типа самолета является довольно трудной задачей и постоянно обсуждается. Первая проблема заключается в сравнении потребной и располагаемой мощности. Основная цель первых расчетов о возможности полета с работающим двигателем (см. главу I) состояла в том, чтобы доказать возможность создания такой располагаемой мощности, которая является минимально необходимой потребной мощностью для полета. В одной из своих бесед о раннем периоде истории авиации Игорь Сикорский в шутку сказал, что он построил единственный в своем роде самолет: его минимальная, крейсерская и максимальная скорости были в точности равными. Действительно, избыток располагаемой мощности сверх минимальной потребной мощности в основном определяет летные качества самолета.

Расчет летных качеств самолета — это процесс оценки его минимальной и максимальной скоростей, его скороподъемности как функции высоты, и его максимальной дальности как функции вероятной полезной нагрузки. Затем на основе экономических соображений определяются крейсерская скорость и крейсерская высота. Расчет летных качеств одинаков для гражданских и военных самолетов, за исключением

того, что для военных самолетов экономические соображения могут оказаться вторичными; основное соображение — успешное выполнение самолетом поставленной задачи.

Аппарат с вертикальным взлетом — это самолет, который имеет достаточную тягу, чтобы подняться вдоль вертикальной траектории полета. В гражданской авиации сейчас многие пытаются создать грузопассажирское воздушное судно, которое может запускаться как вертолет или наземное транспортное средство и постепенно переходить к горизонтальному полету.

Лично я уверен в будущем реактивных самолетов в гражданской авиации, хотя более высокий расход горючего и определенные практические недостатки, например излишний шум, — это те трудности, которые еще надо преодолеть. Возникают некоторые сомнения относительно будущего реактивных самолетов в военной авиации; и один из важнейших вопросов: как далеко прямоточные воздушно-реактивные двигатели и ракетные двигатели будут использоваться либо в качестве вспомогательных, либо основных средств силовых установок. Предпринимаются попытки, например во Франции, создать прямоточные воздушно-реактивные двигатели в качестве основного двигателя для пилотируемых сверхзвуковых самолетов, используя вспомогательные турбореактивные или ракетные установки для запуска самолета на достаточно высокую скорость, чтобы прямоточный воздушно-ракетный двигатель взял управление на себя. Однако в настоящее время большинство конструкторов самолетов склоняются к тому, что, по-видимому, подходящая область применения прямоточных воздушно-ракетных двигателей — автоматическая ракетная система.

Два основных достоинства ракетного двигателя — концентрация очень большой мощности в установке относительно небольших размеров и веса, а также независимость от атмосферного воздуха. За это мы расплачиваемся излишним потреблением горючего. В ракетной технике мы обычно говорим об удельном импульсе, определенном как произведение тяги и ее продолжительности в секундах на единицу веса ракетного топлива. Легко понять, что если мы рассчитаем удельный импульс для турбореактивного двигателя, не учитывая воздух в качестве «ракетного топлива» (по сравнению с ракетным топливом, которое содержит свой собственный окислитель), то получим число в несколько раз выше, чем наибольшая отдача ракетного двигателя. Например, удельный импульс турбореактивного двигателя, который потребляет

один фунт горючего в час на фунт тяги, составит 3600 секунд, тогда как обычное значение для жидкостного ракетного двигателя составляет 200-250 секунд.

Таким образом, у ракетных двигателей есть две основные области применения: во-первых, кратковременное создание большой тяги, когда бы в ней не возникала необходимость на пилотируемых самолетах или реактивных снарядах, и, во-вторых, полет на высотах, где нет достаточного количества кислорода. Ракетные двигатели широко используются для взлета с ускорителем и ускорителей маневра пилотируемых самолетов, а также для ракет-носителей при запуске реактивных снарядов. Немецкое оружие Фау-2 двигалось исключительно с помощью ракетного двигателя, и в нескольких странах разрабатываются аналогичные системы вооружений на стыке баллистики и авиации. Наконец, космические путешествия с помощью кораблей с ракетными двигателями являются популярной темой научной фантастики и серьезных научных исследований.

Сама ракета, возможно, явилась китайским изобретением и первоначально представляла собой огненную стрелу. Сначала лук и стрела применялись для перемещения зажигательного вещества, затем реакция газообразных продуктов сгорания использовалась для приведения в движение стрелы. Однако неподтвержденный рассказ, также пришедший из Китая, доказывает, что полет с помощью ракетного двигателя изучали еще в 1500 году. Эта история об изобретателе по имени Ван-Ху (Wan-Hoo), который построил стул на двух колесах и сидел на этом стуле, держа в руках два воздушных змея для длительного полета. Для взлета он прикрепил к своему стулу сорок семь ракет на основе черного пороха. Согласно рассказу, он успешно поджог эти ракеты. Однако после этого дым и огонь стали такими, что Ван-Ху, стул и змеи исчезли!

На протяжении веков ракетное вооружение успешно использовалось параллельно с артиллерийской стрельбой. Однако как только с появлением нарезного оружия улучшилась точность артиллерийской стрельбы, ракеты временно потеряли свое значение. Во второй половине прошлого века Британский генеральный штаб решил, что ракеты больше не имеют военного значения. Однако в пиротехнике, конечно, продолжают применять ракеты. Сигнальные ракеты также долго использовали, например при спасательных работах на морском побережье. Ракетные разработки для военных целей пережили новый подъем

во время Второй мировой войны. Между тем, ряд дальновидных исследователей сохранили интерес к большим ракетам и забавлялись мыслями о космическом полете.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление