Велика таємниця маленьких турбін. Реактивна мікроавіація: Турбо-моделі Мікротурбореактивний двигун

Пілотування літаків стало захопленням, яке об'єднало дорослих та дітей з усього світу. Але з розвитком цієї розваги розвиваються і рушії для міні літаків. Найчисленніший двигун для літаків такого типу є електричний. Але нещодавно на арені двигунів для RC авіамоделей з'явилися реактивні двигуни (РД).

Вони постійно доповнюються різноманітними інноваціями та вигадками конструкторів. Завдання перед ними стоїть досить складне, але можливе. Після створення однієї з перших моделей зменшеного двигуна, яка стала значущою для авіамоделювання, у 1990-х роках багато що змінилося. Перший ТРД був 30 см у довжину, близько 10 см у діаметрі і вагою 1,8 кг, але за десятки років конструкторам вдалося створити більш компактну модель. Якщо ґрунтовно взятися за розгляд їх будови, то можна зменшити складнощів та розглянути варіант створення власного шедевра.

Пристрій РД

Турбореактивні двигуни (ТРД) працюють завдяки розширенню нагрітого газу. Це найефективніші двигуни для авіації, навіть міні, що працюють на вуглецевому паливі. З моменту появи ідеї створення літака без пропелера, ідея турбіни почала розвиватися у всьому суспільстві інженерів та конструкторів. ТРД складається з наступних компонентів:

• Дифузор;
• Колесо турбіни;
• Камера згоряння;
• компресор;
• Статор;
• Конус сопла;
• Напрямний апарат;
• Підшипники;
• Сопло прийому повітря;
• Паливна трубка та багато іншого.

Принцип роботи

В основі будови турбованого двигуна лежить вал, який крутиться за допомогою тяги компресора і нагнітає швидким обертанням повітря, стискаючи його та спрямовуючи зі статора. Потрапивши у більш вільний простір, повітря відразу починає розширюватися, намагаючись отримати звичний тиск, але в камері внутрішнього згоряння він підігрівається паливом, що змушує його розширитися ще сильніше.

Єдиний шлях для виходу повітря під тиском – вийти з крильчатки. З величезною швидкістю він прагне на волю, прямуючи в протилежний від компресора бік, до крильчатки, що розкручується потужним потоком, і починає швидко обертатися, надаючи тягової сили всьому движку. Частина отриманої енергії починає обертати турбіну, приводячи в дію компресор з більшою силою, а залишковий тиск звільняється через двигун двигуна потужним імпульсом, спрямованим в хвостову частину.

Чим більше повітря нагрівається і стискається, тим сильніше тиск, що нагнітається, і температура всередині камер. Вихлопні гази, що утворюються, розкручують крильчатку, обертають вал і дають можливість компресору постійно отримувати свіжі потоки повітря.

Види управління ТРД

Існує три види керування двигуном:

Види двигунів для авіамоделей

Реактивні двигуни на авіамоделі бувають декількох основних типів та двох класів: повітряно-реактивні та ракетні. Деякі з них застаріли, інші надто затратні, але азартні любителі керованих авіамоделей намагаються випробувати новий двигун у дії. З середньою швидкістю польоту в 100 км/год авіамоделі стають цікавішими для глядача і пілота. Найпопулярніші типи двигуна відрізняються для керованих та стендових моделей, в силу різного ККД, ваги та тяги. Усього типів в авіамоделюванні небагато:

• Ракетний;
• Прямоточний повітряно-реактивний (ПРВД);
• Пульсуючий повітряно-реактивний (ПуРВД);
• Турбореактивний (ТРД);

Ракетнийвикористовується тільки на стендових моделях, і досить рідко. Його принцип роботи відрізняється від повітряно-реактивного. Основним параметром тут є питомий імпульс. Популярний через відсутність необхідності взаємодії з киснем та можливості роботи у невагомості.

Прямоточнийспалює повітря з навколишнього середовища, яке всмоктується з вхідного дифузора камеру згоряння. Повітрозабірник у цьому випадку направляє кисень у двигун, який завдяки внутрішній будові змушує нагнітати тиск біля свіжого потоку повітря. Під час роботи повітря підходить до повітрозабірника зі швидкістю польоту, але у вхідному соплі вона різко зменшується в кілька разів. За рахунок замкнутого простору нагнітається тиск, який при змішуванні з паливом виплескує зі зворотного боку вихлоп із величезною швидкістю.

Пульсуючийпрацює ідентично прямоточному, але у разі згоряння палива непостійне, а періодичне. За допомогою клапанів паливо подається лише у необхідні моменти, коли в камері згоряння починає падати тиск. У своїй більшості реактивний пульсуючий двигун здійснює від 180 до 270 циклів упорскування палива за секунду. Щоб стабілізувати стан тиску (3,5 кг/см2), використовується примусова подача повітря за допомогою насосів.

Турбореактивний двигун,пристрій якого ви розглядали вище, має найскромнішу витрату палива, за рахунок чого і цінуються. Єдиним їх мінусів є низьке співвідношення ваги та тяги. Турбінні РД дозволяють розвинути швидкість моделі до 350 км/год, причому холостий хід двигуна тримається на рівні 35 000 оборотів в хвилину.

Технічні характеристики

Важливим параметром, що змушує авіамоделі літати, є потяг. Вона забезпечує хорошу потужність, здатну піднімати у повітря великі вантажі. Тяга у старих та нових двигунів відрізняється, але у моделей, створених за кресленнями 1960-х років, що працюють на сучасному паливі, та модернізованих сучасними пристроями, ККД та потужність суттєво зростають.

Залежно від типу РД характеристики, як і принцип роботи, можуть відрізнятися, але всім їм для запуску необхідно створити оптимальні умови. Запускаються двигуни за допомогою стартера - інших двигунів, переважно електричних, які прикріплюються до валу двигуна перед вхідним дифузором, або запуск відбувається розкручуванням валу за допомогою стиснутого повітря, що подається на крильчатку.

двигуна GR-180

На прикладі даних із технічного паспорта серійного турбореактивного двигуна GR-180можна побачити фактичні характеристики робочої моделі:
Тяга: 180N при 120 000 об/хв, 10N при 25 000 об/хв
Діапазон оборотів: 25 000 - 120 000 об/хв
Температура вихлопного газу:до 750 ° C
Швидкість закінчення реактивного струменя: 1658 км/год
Витрати палива: 585мл/хв (при навантаженні), 120мл/хв (холостий перебіг)
Маса: 1.2кг
Діаметр: 107мм
довжина: 240мм

Використання

Основною сферою застосування була та залишається авіаційна спрямованість. Кількість і розмір різних типів ТРД для літаків приголомшує, але кожен із них особливий і застосовується за необхідності. Навіть в авіамоделях радіокерованих літаківІноді виникають нові турбореактивні системи, які представляються на загальний огляд глядачам виставок і змагань. Увага до використання дозволяє істотно розвивати здібності двигунів, доповнюючи принцип роботи свіжими ідеями.
В останнє десятиліття парашутисти та спортсмени екстремального виду спорту вінгсьют, інтегрують міні ТРД як джерело тягидля польоту із застосуванням костюм-крилоз тканини для вінгсьюта, у цьому випадку двигуни кріпляться до ніг, або жорсткого крила, що одягається як рюкзак на спину, до якого і кріпляться двигуни.
Ще одним перспективним напрямком використання є бойові безпілотники для військових, на даний момент їх активно використовують у армії США.

Найперспективнішим напрямом використання міні ТРД - безпілотники для транспортуваннятоварів між містами та по світу.

Встановлення та підключення

Установка реактивного двигуна та його підключення до системи – процес складний. У єдиний ланцюг необхідно підключити паливний насос, перепускні та регулювальні клапани, бак та температурні датчики. В силу впливу високих температур, зазвичай використовуються з'єднання та паливні трубки з вогнетривким покриттям. Закріплюється все саморобними фітингами, паяльником та ущільненнями. Так як трубка може бути за розміром з голівку голки, з'єднання має бути щільним та ізольованим. Неправильне підключення може спричинити руйнування або вибух двигуна. Принцип з'єднання ланцюга на стендових і літаючих моделях відрізняється і повинен виконуватися згідно з робочими кресленнями.

Переваги та недоліки РД

Переваг у всіх типів реактивних двигунів безліч. Кожен із типів турбін застосовується для певних цілей, яким не страшні його особливості. В авіамоделюванні використання реактивного двигуна відкриває двері у подолання високих швидкостей та можливості маневрування незалежно від багатьох зовнішніх подразників. На відміну від електро- та ДВС реактивні моделі потужніші і дозволяють проводити літаку у повітрі більше часу.
Висновки
Реактивні двигуни для авіамоделей можуть мати різну тягу, масу, структуру та зовнішній вигляд. Для авіамоделізму вони завжди залишаться незамінними через високу продуктивність та можливість застосовувати турбіну з використання різного палива та принципу роботи. Вибираючи певні цілі, конструктор може коригувати номінальну потужність, принцип утворення тяги і т. д., застосовуючи різні види турбін до різних моделей. Робота двигуна на згорянні палива та нагнітанні тиску кисню робить його максимально ефективним та економічним від 0,145 кг/л до 0,67 кг/л, чого завжди домагалися авіаконструктори.

То зробити? Купити чи зробити своїми руками

Це питання не просте. Так як турбореактивні двигуни, будь то повномасштабними або зменшеними моделями, але вони технічно складні пристрої. Зробити із завдання не з простих. З іншого боку, міні ТРД виробляють виключно в США або країнах Європи, тому і ціна у них в середньому 3000 доларів, плюс мінус 100 доларів. Так що покупка готового турбореактивного двигуна вам обійдеться з урахуванням пересилання та всіх супутніх патрубків та систем 3500 доларів. Ціну можете самі подивитися, достатньо загуглити «турбореактивний двигун Р180-RX»

Тому в сучасних реаліях краще підійти до цієї справи в такий спосіб, що називається зробити своїми руками. Але це не зовсім правильне трактування, скоріше віддати роботу підрядникам. Двигун складається з механічної та електронної частини. Компоненти для електронної частини двигуна купуємо в Китаї, механічну частину замовляємо у місцевих токарів, але для цього необхідні креслення або 3D моделі і в принципі механічна частина у вас в кишені.

Електронна частина

Контролер підтримки режимів двигуна можна зібрати на Arduino. Для цього потрібен прошитий Arduino чіп, датчики - датчик обертів і датчик температури і виконавчі механізми, заслінка подачі палива, що регулюється електронікою. Чіп можна прошити самому, якщо знаєте мови програмування, або звернутися на форум для ардуїнщиків за послугою.

Механічна частина

З механікою все цікавіше всі запчастини в теорії можуть виготовити токаря і фрезерувальники, проблема вся в тому, що для цього потрібно їх спеціально шукати. Не проблема знайти токаря, який виготовить вал і втулку валу, а ось інше. Найскладніша деталь у виготовленні – це колесо відцентрового компресора. Воно виготовляється або виливкою. або 5 координатному фрезерному верстаті. Найпростіший спосіб отримати крильчатку відцентрового насоса це її купити, як частина для турбонагнітачів ДВС автомобіля. І вже під неї орієнтувати всі інші деталі.

З отриманого e-mail (копія оригіналу):

«Шановний Віталію! Не могли б Ви нітрохи більше розповісти

про модельних ТРД, що це взагалі таке і з чим їх їдять?»

Почнемо з гастрономії, турбіни ні з чим не їдять, ними захоплюються! Або, перефразовуючи Гоголя на сучасний лад: «Ну який авіамоделіст не мріє побудувати реактивний винищувач?!».

Мріє багато хто, але не наважується. Багато нового, ще більше незрозумілого, багато запитань. Часто читаєш у різних форумах, як представники солідних ЛІІ та НДІ з розумним виглядом наганяють страхи та намагаються довести, як це все складно! Важко? Так, можливо, але не неможливо! І доказ тому – сотні саморобних та тисячі промислових зразків мікротурбін для модельізму! Потрібно лише підійти до цього питання філософськи: все геніальне – просто. Тому й написана ця стаття, сподіваючись зменшити страхи, підняти вуаль невідомості і надати вам більше оптимізму!

Що таке турбореактивний двигун?

Турбореактивний двигун (ТРД) або газотурбінний привод заснований на роботі розширення газу. У середині тридцятих років одному розумному англійському інженеру спала на думку ідея створення авіаційного двигуна без пропелера. На ті часи - просто ознака божевілля, але за цим принципом працюють усі сучасні ТРД досі.

На одному кінці валу, що обертається, розташований компресор, який нагнітає і стискає повітря. Вивільняючись зі статора компресора, повітря розширюється, а потім, потрапляючи в камеру згоряння, розігрівається там паливом, що згорає, і розширюється ще сильніше. Так як подітися цьому повітрі більше нікуди, він з величезною швидкістю прагне залишити замкнутий простір, протискаючись при цьому крізь крильчатку турбіни, що знаходиться на іншому кінці валу і обертаючи її. Так як енергії цього розігрітого повітряного струменя набагато більше, ніж потрібно компресору для його роботи, то його залишок вивільняється в соплі двигуна у вигляді потужного імпульсу, спрямованого назад. І чим більше повітря розігрівається в камері згоряння, тим швидше вона прагне її покинути, ще сильніше розганяючи турбіну, а значить і компресор, що знаходиться на іншому кінці валу.

На цьому ж принципі засновані всі турбонагнітач повітря для бензинових і дизельних моторів, як двох, так і чотиритактних. Вихлопними газами розганяється крильчатка турбіни, обертаючи вал, на іншому кінці якого розташована крильчатка компресора, що забезпечує двигун свіжим повітрям.

Принцип роботи – простіше не вигадаєш. Але якби все було так просто!

ТРД можна чітко поділити на три частини.

• А.Ступінь компресора
• Б.Камера згоряння
• Ст.Ступінь турбіни

Потужність турбіни багато в чому залежить від надійності та працездатності її компресора. У принципі бувають три види компресорів:

• А.Аксіальний чи лінійний
• Б.Радіальний чи відцентровий
• Ст.Діагональний

А. Багатоступінчасті лінійні компресоринабули великого поширення лише у сучасних авіаційних та промислових турбінах. Справа в тому, що досягти прийнятних результатів лінійним компресором можна тільки якщо поставити послідовно кілька ступенів стиснення одну за одною, а це сильно ускладнює конструкцію. До того ж, повинен бути виконаний ряд вимог щодо влаштування дифузора та стінок повітряного каналу, щоб уникнути зриву потоку та помпажу. Були спроби створення модельних турбін на цьому принципі, але через складність виготовлення все так і залишилося на стадії дослідів і проб.

Б. Радіальні, або відцентрові компресори. У них повітря розганяється крильчаткою і під дією відцентрових сил компримується - стискається у спрямовувальній системі-статорі. Саме з них розпочинався розвиток перших діючих ТРД.

Простота конструкції, менша схильність до зривів повітряного потоку і порівняно велика віддача всього одного ступеня були перевагами, які раніше штовхали інженерів починати свої розробки саме з цим типом компресорів. В даний час це основний тип компресора в мікротурбінах, але про це пізніше.

В. Діагональний, або змішаний тип компресора, зазвичай одноступеневий, за принципом роботи схожий на радіальний, але зустрічається досить рідко, зазвичай у пристроях турбонаддувів поршневих ДВЗ.

Розвиток ТРД в авіамоделізм

Серед авіамоделістів йде багато суперечок, яка турбіна в авіамоделізмі була першою. Для мене перша авіамодельна турбіна – це американська TJD-76. Вперше я побачив цей апарат у 1973 році, коли два напівп'яні мічмани намагалися підключити газовий балон до круглої штуковини, приблизно 150 мм у діаметрі і 400 мм довгим, прив'язаним звичайним в'язальним дротом до радіокерованого катера, постановнику цілей для морської мети. На запитання: Що це таке? вони відповіли: Це міні мама! Американська… мати її так, не запускається…».

Набагато пізніше я дізнався, що це Міні Мамба, вагою 6,5 кг і з тягою приблизно 240 N при 96000 об/хв. Розроблено вона була ще в 50-х роках як допоміжний двигун для легких планерів та військових дронів. Особливість цієї турбіни у цьому, що у ній використовувався діагональний компресор. Але в авіамоделізм вона широкого застосування так і не знайшла.

Перший «народний» літаючий двигун розробив предок всіх мікротурбін Курт Шреклінг у Німеччині. Почавши понад двадцять років тому працювати над створенням простого, технологічного та дешевого у виробництві ТРД, він створив кілька зразків, які постійно вдосконалювалися. Повторюючи, доповнюючи та покращуючи його напрацювання, дрібносерійні виробники сформували сучасний вигляд та конструкцію модельного ТРД.

Але повернемося до турбіни Курта Шреклінга. Видатна конструкція з дерев'яною крильчаткою компресора, посиленою вуглеволокном. Кільцева камера згоряння з випарною системою упорскування, де по змійовику довжиною приблизно 1 м подавалося паливо. Саморобне колесо турбіни з 2,5 міліметрової жерсті! При довжині всього 260 мм і діаметрі 110 мм, двигун важив 700 грам і видавав тягу в 30 Ньютон! Це досі найтишніший ТРД у світі. Тому що швидкість залишення газу в соплі двигуна становила лише 200 м/с.

На основі цього двигуна було створено кілька варіантів наборів для самостійного збирання. Найвідомішим став FD-3 австрійської фірми Шнайдер-Санчес.

Ще 10 років тому авіамоделіст стояв перед серйозним вибором – імпелер чи турбіна?

Тягові та розгінні характеристики перших авіамодельних турбін залишали бажати кращого, але мали незрівнянну перевагу перед імпелером - вони не втрачали потягу з наростанням швидкості моделі. Та й звук такого приводу був уже справжнім «турбінним», що одразу дуже оцінили копіїсти, а найбільше публіка, яка неодмінно присутня на всіх польотах. Перші шреклінгські турбіни спокійно піднімали в повітря 5-6 кг ваги моделі. Старт був найбільш критичним моментом, але у повітрі всі інші моделі відходили на другий план!

Авіамодель з мікротурбіною тоді можна було порівняти з автомобілем, що постійно рухається на четвертій передачі: її було важко розігнати, але потім такої моделі не було вже рівних ні серед імпелерів, ні серед пропелерів.

Треба сказати, що теорія та розробки Курта Шреклінга сприяли тому, що розвиток промислових зразків, після видання його книг, пішов шляхом спрощення конструкції та технології двигунів. Що, загалом, і призвело до того, що цей тип двигуна став доступним для великого кола авіамоделістів із середнім розміром гаманця та сімейного бюджету!

Перші зразки серійних авіамодельних турбін були JPX-Т240 французької фірми Vibraye та японська J-450 Sophia Precision. Вони були дуже схожі як по конструкції, так і на вигляд, мали відцентровий ступінь компресора, кільцеву камеру згоряння і радіальний ступінь турбіни. Французька JPX-Т240 працювала на газі та мала вбудований регулятор подачі газу. Вона розвивала потяг до 50 N, при 120.000 оборотах на хвилину, а вага апарата становила 1700 гр. Наступні зразки Т250 і Т260 мали тягу до 60 N. Японська Софія працювала на відміну від француженки на рідкому паливі. У торці її камери згоряння стояла каблучка з розпилювальними форсунками, це була перша промислова турбіна, яка знайшла місце в моїх моделях.

Турбіни ці були дуже надійними та нескладними в експлуатації. Єдиним недоліком були розгінні характеристики. Справа в тому, що радіальний компресор і радіальна турбіна відносно важкі, тобто мають у порівнянні з аксіальними крильчатками велику масу і, отже, більший момент інерції. Тому вони розганялися з малого газу на повний повільно, приблизно 3-4 секунди. Модель реагувала на газ відповідно ще довше, і це треба було враховувати під час польотів.

Насолода була не дешевою, одна Софія коштувала в 1995 році 6.600 німецьких марок або 5.800 «вічно зелених президентів». І треба було мати дуже хороші аргументи, щоб довести дружині, що турбіна для моделі набагато важливіше, ніж нова кухня, і що старе сімейне авто може протягнути ще пару років, а ось з турбіною чекати ну ніяк не можна.

Подальшим розвитком цих турбін є турбіна Р-15, що продається фірмою Thunder Tiger.

Відмінність її в тому, що крильчатка турбіни у неї тепер замість радіальної – аксіальна. Але тяга так і залишилася в межах 60 N, тому що вся конструкція, ступінь компресора та камера згоряння залишилися на рівні позавчорашнього дня. Хоча за своєю ціною вона є справжньою альтернативою багатьом іншим зразкам.

У 1991 році два голландці, Бенні ван де Гур і Хан Енніскенс, заснували фірму AMT і в 1994 випустили першу турбіну 70N класу - Pegasus. Турбіна мала радіальний ступінь компресора з крильчаткою від турбонагнітача фірми Garret, 76 мм у діаметрі, а також дуже добре продуману кільцеву камеру згоряння та аксіальний ступінь турбіни.

Після двох років ретельного вивчення робіт Курта Шреклінга та численних експериментів вони досягли оптимальної роботи двигуна, встановили пробним шляхом розміри та форму камери згоряння, та оптимальну конструкцію колеса турбіни. Наприкінці 1994 року на одній із дружніх зустрічей, після польотів, увечері в наметі за келихом пива, Бенні в розмові хитро підморгнув і довірливо повідомив, що наступний серійний зразок Pegasus Mk-3 "дме" вже 10 кг, має максимальні обороти 105.000 і ступінь стиснення 3,5 при витраті повітря 0,28 кг/сек та швидкості виходу газу 360 м/сек. Маса двигуна з усіма агрегатами становила 2300 г, турбіна була 120 мм у діаметрі та 270 мм завдовжки. Тоді ці показники здавалися фантастичними.

По суті, всі сьогоднішні зразки копіюють і повторюють тією чи іншою мірою закладені в цій турбіні агрегати.

У 1995 році, вийшла у світ книга Томаса Кампса "Modellstrahltriebwerk" (Модельний реактивний двигун), з розрахунками (більше запозиченими в скороченій формі з книг К. Шреклінга) і докладними кресленнями турбіни для самостійного виготовлення. З цього моменту монополія фірм-виробників на технологію виготовлення модельних ТРД закінчилася остаточно. Хоча багато дрібних виробників просто бездумно копіюють агрегати турбіни Кампса.

Томас Кампс шляхом експериментів і проб, почавши з турбіни Шреклінга, створив мікротурбіну, в якій об'єднав усі досягнення в цій галузі на той період часу і мимоволі ввів для цих двигунів стандарт. Його турбіна, більш відома як KJ-66 (KampsJetеngine-66mm). 66 мм – діаметр крильчатки компресора. Сьогодні можна побачити різні назви турбін, в яких майже завжди вказано або розмір крильчатки компресора 66, 76, 88, 90 і т.д., або потяг - 70, 80, 90, 100, 120, 160 N.

Десь я прочитав дуже гарне тлумачення величини одного Ньютона: 1 Ньютон – це плитка шоколаду 100 г плюс упаковка до неї. Насправді часто показник у Ньютонах округляють до 100 грамів і умовно визначають тягу двигуна в кілограмах.

Конструкція модельного ТРД

1. Крильчатка компресора (радіальна)
2. Спрямувальна система компресора (статор)
3. Камера згоряння
4. Спрямувальна система турбіни
5. Колесо турбіни (аксіальна)
6. Підшипники
7. Тунель валу
8. Сопло
9. Конус сопла
10. Передня кришка компресора (дифузор)

З чого почати?

Природно, у моделіста відразу виникають питання: З чого почати? Де взяти? Скільки коштує?

1. Почати можна з наборів (Kit-ів). Майже всі виробники на сьогоднішній день пропонують повний асортимент запасних частин і наборів для будівництва турбін. Найпоширенішими є набори, що повторюють KJ-66. Ціни наборів, залежно від комплектації та якості виготовлення, коливаються в межах від 450 до 1800 Євро.
2. Можна купити готову турбіну, якщо по кишені, і ви примудритеся переконати у важливості такої покупки чоловікові, не доводячи справу до розлучення. Ціни на готові двигуни починаються від 1500 Євро для турбін без автостарту.
3. Можна зробити самому. Не скажу що це ідеальний спосіб, він же не завжди найшвидший і найдешевший, як на перший погляд може здатися. Але для саморобів найцікавіший, за умови, що є майстерня, хороша токарно-фрезерна база та прилад для контактного зварювання також є. Найважчим у кустарних умовах виготовлення є центрування валу з колесом компресора та турбіною.

Я починав із самостійної споруди, але на початку 90-х просто не було такого вибору турбін та наборів для їх спорудження як сьогодні, та й зрозуміти роботу та тонкощі такого агрегату зручніше при його самостійному виготовленні.

Ось фотографії самостійно виготовлених частин для авіамодельної турбіни:

Хто хоче ближче ознайомиться з пристроєм та теорією Мікро-ТРД, тому я можу тільки порадити наступні книги, з кресленнями та розрахунками:

• Kurt Schreckling. Strahlturbine fur Flugmodelle im Selbstbau. ISDN 3-88180-120-0
• Kurt Schreckling. Modellturbinen im Eigenbau. ISDN 3-88180-131-6
• Kurt Schreckling. Turboprop-Triebwerk. ISDN 3-88180-127-8
• Thomas Kamps Modellstrahltriebwerk ISDN 3-88180-071-9

На сьогоднішній день мені відомі наступні фірми, що випускають авіамодельні турбіни, але їх стає все більше і більше: AMT, Artes Jet, Behotec, Digitech Turbines, Funsonic, Frank Turbinen, Jakadofsky, Jet Cat, Jet Central, A. Kittelberger, K. Koch, PST-Jets, RAM, Raketeturbine, Trefz, SimJet, Simon Packham, F.Walluschnig, Wren-Turbines. Усі їх адреси можна знайти в Інтернеті.

Практика використання в авіамоделізмі

Почнемо з того, що турбіна у вас вже є, найпростіша, як їй тепер керувати?

Є кілька способів змусити працювати ваш газотурбінний двигун у моделі, але найкраще спочатку побудувати невеликий випробувальний стенд на кшталт цього:

Ручний старт (Manualstart) - Найпростіший спосіб управління турбіною.

1. Турбіна стисненим повітрям, феном, електричним стартером розганяється до мінімальних робітників 3000 об/хв.
2. У камеру згоряння подається газ, але в свічку розжарювання - напруга, відбувається займання газу й турбіна виходить режим у межах 5000-6000 об/хв. Раніше ми просто підпалювали повітряно-газову суміш біля сопла та полум'я «прострілювало» в камеру згоряння.
3. На робочих оборотах включається регулятор ходу, керуючий оборотами паливного насоса, який у свою чергу подає в камеру згоряння пальне - гас, дизельне паливо або опалювальне масло.
4. При настанні стабільної роботи подача газу припиняється і турбіна працює тільки на рідкому паливі!

Змащення підшипників ведеться зазвичай за допомогою палива, до якого додано турбінне масло, приблизно 5%. Якщо мастильна система підшипників роздільна (з масляним насосом), то живлення насоса краще вмикати перед подачею газу. Вимкнути його краще в останню чергу, але НЕ ЗАБУВАТИ вимкнути! Якщо ви вважаєте, що жінки це слабка стать, то подивіться, на що вони перетворюються побачивши струмені масла, що витікає на оббивку заднього сидіння сімейного автомобіля з сопла моделі.

Недолік цього найпростішого способу управління - практично повна відсутність інформації про роботу двигуна. Для вимірювання температури та обертів потрібні окремі прилади як мінімум електронний термометр і тахометр. Чисто візуально можна лише приблизно визначити температуру, за кольором розжарювання крильчатки турбіни. Центрівку, як у всіх механізмів, що обертаються, перевіряють по поверхні кожуха монетою або нігтем. Прикладаючи ніготь до поверхні турбіни, можна відчути навіть найдрібніші вібрації.

У паспортних даних двигунів завжди даються їхні граничні обороти, наприклад, 120.000 об/хв. Це гранично допустима величина при експлуатації, нехтувати якою не слід! Після того, як у 1996 році у мене розлетівся саморобний агрегат прямо на стенді і колесо турбіни, розірвавши обшивку двигуна, пробило наскрізь 15-ти міліметрову фанерну стінку контейнера, що стоїть за три метри від стенду, я зробив для себе висновок, що без приладів контролю розганяти самопальні турбіни небезпечні для життя! Розрахунки за міцністю показали потім, що частота обертання валу мала лежати не більше 150.000. Отже, краще було обмежити робочі обороти на повному газу до 110.000 – 115.000 об/хв.

Ще один важливий момент. У схему керування паливом ОБОВ'ЯЗКОВОповинен бути включений аварійний вентиль, що закриває, керований через окремий канал! Робиться це для того, щоб у разі вимушеної посадки, морквяно-позапланового приземлення та інших неприємностей припинити подачу палива в двигун, щоб уникнути пожежі.

Start control(Напівавтоматичний старт).

Що б неприємностей, описаних вище, не сталося на полі, де (не дай Боже!) Ще й глядачі навколо, застосовують досить добре зарекомендував себе Start control. Тут управління стартом - відкриття газу та подачу гасу, стеження за температурою двигуна та оборотами веде електронний блок ECU (E lectronic- U nit- C ontrol) . Місткість для газу, для зручності, вже можна розташувати всередині моделі.

До ECU для цього підключені температурний датчик та датчик оборотів, зазвичай оптичний або магнітний. Крім цього, ECU може давати показання про витрату палива, зберігати параметри останнього старту, показання напруги живлення паливного насоса, напруга акумуляторів і т.д. Все це можна потім переглянути на комп'ютері. Для програмування ECU та зняття накопичених даних служить Manual Terminal (термінал управління).

На сьогоднішній день найбільшого поширення набули два конкуруючі продукти в цій галузі Jet-tronics і ProJet. Якому з них віддати перевагу - вирішує кожен сам, бо важко сперечатися на те, що краще: Мерседес чи БМВ?

Працює все це так:

1. При розкручуванні валу турбіни (стиснене повітря/фен/електростартер) до робочих оборотів ECU автоматично керує подачею газу в камеру згоряння, запаленням та подачею гасу.
2. Під час руху ручки газу на вашому пульті спочатку відбувається автоматичне виведення турбіни на робочий режим з подальшим стеженням за найважливішими параметрами роботи всієї системи, починаючи від напруги акумуляторів до температури двигуна та величини обертів.

Автоматичнийстарт(Automatic start)

Для особливо лінивих процедура запуску спрощена до краю. Запуск турбіни відбувається з пульта управління теж через ECUодним перемикачем. Тут уже не потрібне ні стиснене повітря, ні стартер, ні фен!

1. Ви клацаєте тумблером на пульті радіокерування.
2. Електростартер розкручує вал турбіни до робочих обертів.
3. ECUконтролює старт, запалення та виведення турбіни на робочий режим з наступним контролем усіх показників.
4. Після вимкнення турбіни ECUще кілька разів автоматично прокручує вал турбіни електростартером для зниження температури двигуна!

Найостаннішим досягненням у сфері автоматичного запуску став Керостарт. Старт на гасі без попереднього прогріву на газі. Поставивши свічку розжарювання іншого типу (більшу та потужну) і мінімально змінивши подачу палива в системі, вдалося повністю відмовитися від газу! Працює така система за принципом автомобільного обігрівача як на «Запорожцях». У Європі поки лише одна фірма переробляє турбіни з газового на гасовий старт, незалежно від фірми виробника.

Як ви вже помітили, на моїх малюнках у схему включені ще два агрегати, це клапан керування гальмами та клапан керування збиранням шасі. Це не обов'язкові налаштування, але дуже корисні. Справа в тому, що у «звичайних» моделей при посадці пропелер на маленьких оборотах є свого роду гальмом, а у реактивних моделей такого гальма немає. До того ж, у турбіни завжди є залишкова тяга навіть на «холостих» оборотах і швидкість посадки у реактивних моделей може бути набагато вищою, ніж у «пропелерних». Тому скоротити пробіжку моделі, особливо на коротких майданчиках, дуже допомагають гальма основних коліс.

Паливна система

Другий дивний атрибут на малюнках – це паливний бак. Нагадує пляшку кока-коли, чи не так? Так воно і є!

Це найдешевший і надійніший бак, за умови, що використовуються багаторазові, товсті пляшки, а не одноразові. Другий важливий пункт, це фільтр на кінці патрубка, що всмоктує. Обов'язковий елемент! Фільтр служить не для того, щоб фільтрувати паливо, а для того, щоб уникнути попадання повітря у паливну систему! Не одну модель було вже втрачено через мимовільне вимкнення турбіни в повітрі! Найкраще зарекомендували себе тут фільтри від мотопил марки Stihl або подібні до них з пористої бронзи. Але підійдуть і звичайні повстяні.

Якщо вже заговорили про паливо, можна відразу додати, що спрага у турбін велика, і споживання палива знаходиться в середньому на рівні 150-250 грамів на хвилину. Найбільша витрата звичайно ж припадає на старт, зате потім важіль газу рідко йде за 1/3 свого становища вперед. З досвіду можна сказати, що за помірному стилі польоту трьох літрів палива цілком вистачає на 15 хв. польотного часу, причому в баках залишається ще запас для пари заходів на посадку.

Саме паливо - зазвичай авіаційний гас, що на заході відомий під назвою Jet A-1.

Можна, звичайно, використовувати дизельне паливо або лампове масло, але деякі турбіни, такі як із сімейства JetCat, переносять його погано. Також ТРД не люблять погано очищене паливо. Недоліком замінників гасу є велика освіта кіптяви. Двигуни доводиться частіше розбирати для чищення та контролю. Є випадки експлуатації турбін на метанолі, але таких ентузіастів я знаю лише двох, вони випускають метанол самі, тому можуть дозволити собі таку розкіш. Від застосування бензину, у будь-якій формі, слід категорично відмовитися, хоч би якими привабливими здавалися ціна та доступність цього палива! Це в прямому значенні гра з вогнем!

Обслуговування та моторесурс

Ось і наступне питання назріло саме собою - обслуговування та ресурс.

Обслуговування більшою мірою полягає у змісті двигуна в чистоті, візуальному контролі та перевірці на вібрацію при старті. Більшість авіамоделістів оснащують турбіни свого роду повітряним фільтром. Звичайне металеве сито перед всмоктуючим дифузором. На мій погляд – невід'ємна частина турбіни.

Двигуни, що містяться в чистоті, зі справною системою мастила підшипників служать безвідмовно по 100 і більше робочих годин. Хоча багато виробників радять після 50 робочих годин надсилати турбіни на контрольне технічне обслуговування, але це більше для очищення совісті.

Перша реактивна модель

Ще коротко про першу модель. Найкраще, щоб це був «тренер»! Сьогодні на ринку безліч турбінних тренерів, більшість із них це моделі з дельтоподібним крилом.

Чому саме дельта? Тому що це дуже стійкі моделі власними силами, а якщо в крилі використаний так званий S-подібний профіль, то і посадкова швидкість і швидкість звалювання мінімальні. Тренер має, так би мовити, літати сам. А ви повинні концентрувати увагу на новому для вас типі двигуна та особливостях управління.

Тренер повинен мати пристойні габарити. Так як швидкості на реактивних моделях в 180-200 км / год - само собою зрозумілі, ваша модель буде дуже швидко видалятися на пристойні відстані. Тому за моделлю має бути забезпечений гарний візуальний контроль. Краще, якщо турбіна на тренері кріпиться відкрито і сидить не дуже високо по відношенню до крила.

Хорошим прикладом, який тренер НЕ ПОВИНЕН бути, є найпоширеніший тренер - Kangaroo. Коли Фірма FiberClassics (сьогодні Composite-ARF) замовляла цю модель, то в основі концепту було закладено насамперед продаж турбін "Софія", і як важливий аргумент для моделістів, що знявши крила з моделі, її можна використовувати як випробувальний стенд. Так, загалом, воно і є, але виробнику хотілося показати турбіну, як на вітрині, тому кріпиться турбіна на своєрідному «подіумі». Але оскільки вектор тяги виявився прикладений набагато вище за ЦТ моделі, то і сопло турбіни довелося задирати догори. Несучі якості фюзеляжу були майже повністю з'їдені, плюс малий розмах крил, що дало велике навантаження на крило. Від інших запропонованих тоді рішень компонування замовник відмовився. Тільки використання профілю ЦАГІ-8, утиснутого до 5% дало більш-менш прийнятні результати. Хто вже літав на Кенгуру, знає, що ця модель для дуже досвідчених пілотів.

Враховуючи недоліки Кенгуру, було створено спортивний тренер для динамічніших польотів «HotSpot». Цю модель відрізняє продуманіша аеродинаміка, і літає «Вогник» набагато краще.

Подальшим розвитком цих моделей став BlackShark. Він розраховувався на спокійні польоти з великим радіусом розворотів. З можливістю широкого спектру пілотажу, і в той же час, з гарними парними якостями. При виході з ладу турбіни, цю модель можна посадити як планер без нервів.

Як бачите, розвиток тренерів пішов шляхом збільшення розмірів (у розумних межах) і зменшення навантаження на крило!

Так само відмінним тренером може служити австрійський набір із бальзи та пінопласту, Super Reaper. Коштує він 398 євро. У повітрі модель виглядає дуже добре. Ось мій найулюбленіший відеоролик із серії Супер Ріпер: http://www.paf-flugmodelle.de/spunki.wmv

Але чемпіоном за низькою ціною на сьогоднішній день є "Spunkaroo". 249 Євро! Дуже проста конструкція з бальзи, покритої склотканиною. Для керування моделлю в повітрі достатньо лише двох сервомашинок!

Якщо вже зайшла мова про сервомашини, треба відразу сказати, що стандартним трикілограмовим сервам в таких моделях робити нічого! Навантаження на кермо у них величезні, тому треба ставити машинки з зусиллям не менше 8 кг!

Підведемо підсумок

Природно, у кожного свої пріоритети, для когось це ціна, для когось готовий продукт та економія часу.

Найшвидшим способом заволодіти турбіною, це просто її купити! Ціни на сьогоднішній день для готових турбін класу 8 кг тяги з електронікою починаються від 1525 євро. Якщо врахувати, що такий двигун можна відразу без проблем брати в експлуатацію, це зовсім не поганий результат.

Набори, Kit-и. Залежно від комплектації, зазвичай набір із спрямовуючої системи компресора, крильчатки компресора, не просвердленого колеса турбіни та спрямовуючого ступеня турбіни, в середньому коштує 400-450 Євро. До цього треба додати, що все інше треба або купувати, або зробити самому. Плюс електроніка. Кінцева ціна може бути навіть вищою, ніж готова турбіна!

На що треба звернути увагу при купівлі турбіни чи kit-ів – краще, якщо це буде різновид KJ-66. Такі турбіни зарекомендували себе дуже надійні, та й можливості підняття потужності у них ще не вичерпані. Так, часто замінивши камеру згоряння на більш сучасну, або змінивши підшипники і встановивши спрямовуючі системи іншого типу, можна досягти приросту потужності від кількох сотень грам до 2 кг, та й розгінні характеристики часто набагато покращуються. До того ж, цей тип турбін дуже простий в експлуатації та ремонті.

Підіб'ємо підсумок, якого розміру потрібна кишеня для будівництва сучасної реактивної моделі за найнижчими європейськими цінами:

• Турбіна в зборі з електронікою та дрібницями - 1525 Євро
• Тренер з хорошими польотними якостями - 222 Євро
• 2 сервомашинки 8/12 кг - 80 Євро
• Приймач 6 каналів - 80 Євро

Отже, Ваша мрія: близько 1900 Євро або приблизно 2500 зелених президентів!

Останнім часом у низці науково-популярних видань опублікована інформація про бурхливо розвиваються на Заході турбореактивні мікродвигуни для авіамоделей, а також про чемпіонати світу, що проводяться Міжнародним комітетом з реактивних моделей (IJMC). Так, Російська команда RUSJET на чемпіонаті світу, що проводився з 3 по 15 липня 2007 року в Північній Ірландії, на стендовій оцінці моделей-копій із турбореактивною силовою установкою набрала найбільшу кількість очок, а за результатами польотів посіла друге місце у світі! Нарешті відбулося те, чого прагнули ми, мріяли та фантазували у 60-х – 70-х роках минулого століття!

Мій авіамодельний стаж починався десь у 1959 році під всесильний гуркіт реактивної авіації та немислимих раніше її рекордів. Загадкові надзвукові рекордсмени Е-33, Е-66, Е-166 і т.д. розбурхували мозок і душу, змушуючи за вирізками фото з газет і журналів відтворювати креслення, за якими надалі проектувалися і будувалися літаючі моделі-копії дозвукових та надзвукових реактивних літаків з пороховими ракетними двигунами. Польоти таких моделей викликали захоплення та захоплення молодої частини населення та багатозначне несхвалення більш зрілих сусідів та перехожих. І справою: нерідко реактивні польоти супроводжувалися спалахами і навіть вибухами.
Освоювати загальновизнані авіамодельні технології у забезпечених гуртках під керівництвом дорослого наставника мені не довелося. Однак моя «самопідготовка» у комунальній квартирі забезпечувала самостійність і свободу втілення потоку задумів у реальні конструкції, привчаючи з юних років йти малозвіданими шляхами. Пристрасне захоплення тих років авіацією породжувало допитливість, працьовитість, інтуїцію та кмітливість, які крім виготовлення авіамоделей за виконаними власними руками кресленнями та розробленими технологіями, змушували старанно ритися на полицях бібліотек і знаходити такі дорогі юному серцю книги з авіаційної та ракетно-космічної. «З прихованим диханням» читалося все, починаючи від журналу «Юний технік» і не завжди закінчуючись виданнями Оборонгіза. Аеродинаміка, конструкція літальних апаратів, теорія та конструкція повітряно-реактивних і ракетних двигунів, авіаційне матеріалознавство і навіть влаштування авіаційних приладів та основи електроніки, не за віком захоплювали, розкриваючи юній душі не завжди зрозумілий, але такий незвичайний та цікавий світ техніки, світ авіації.
Залишки переробленої та засвоєної школярем інформації, вже у 7-му класі, на уроках фізики, при вивченні 3-го закону Ньютона, дозволили викладачеві повністю довірити проведення уроку з вивчення реактивного руху, принципів та влаштування повітряно-реактивних та ракетних двигунів юному авіамоделісту, т. .е. мені.
Пізніше, під час служби у Збройних Силах, основи знань електроніки, набуті у шкільному віці, як і вміння збирати свої радіоприймачі, дозволили на відміну закінчити Військову Авіаційну Школу механіків, стати першокласним спеціалістом-оператором наведення, командиром відділення РЛС та згодом офіцер.
У 1969 році мною була розроблена програма «Рубікон», відповідно до якої проектувалися та будувалися літаючі моделі з реактивними силовими установками та самі двигуни. Мотокомпресорна СУ: у носовій частині моделі – імпелер, у хвостовій – камера згоряння з примусовим упорскуванням палива; СУ з ракетно-прямоточним реактивним двигуном: зліт на пороховому ракетному двигуні (РДТТ), закріпленому по осі прямоточного повітряно-реактивного двигуна, який після розгону РДТТ повинен забезпечити тягу такому апарату і т.д. Ці експерименти не завжди закінчувалися успішно, і юна конструкторська думка продовжувала шукати ефективніші та надійніші шляхи впровадження реактивної тяги в авіаційний моделізм.
У реалізації програми «Рубікон» брав активну участь мій друг і однодумець Олександр Селін – «АС», який, маючи невгамовну енергію та багату фантазію, завжди розумів мене і надихав на всі нові «реактивні подвиги». Не без впливу АСа, був використаний, як нам тоді здавалося, новий високоефективний склад палива, для чергової реактивної моделі, що багато разів літала. Однак швидкість горіння цього палива була настільки високою і неконтрольованою, що перший політ закінчився вибухом, а обличчя блідолиця АСа породилося миттєво з негроїдною расою. Але й після таких невдач ми не сумували, а думали, аналізували і знову літали. АС не тільки плодив ідеї і створював конструкції, але й чудово пілотував апарати, що випробовуються нами. 1970 року АС поїхав до себе додому на Донеччину, став шахтарем, і авіація перестала його хвилювати… Мої творчі пориви без друга згасли.
Незабаром настав час виконувати священний обов'язок захисту Батьківщини. Після повернення з Армії, у 1973 році, сфера моїх інтересів охопила екраноплани, на які я «хворів» до 1976 року, а також навчання в Таганрозькому радіотехнічному інституті (ТРТІ), куди я був направлений після служби у ВС. Однак у 1976 році мій «реактивний синдром» знову почав прогресувати із втіленням нових технічних ідей.
На той час, на рівні підсвідомості, протягом багатьох років я аналізував витвір американської авіамодельної фірми, яка в 1966 році повідомила світ про створення та надходження у продаж мікротурбодвигуна «Турбокрафт-22».
Ця інформація, що призводила до загострення мого «реактивного синдрому», диплом техніка-механіка з «Самолетобудування», подальше навчання у філії Московського авіаційного інституту (МАІ) ім. С. Орджонікідзе та робота інженером виробничо-диспетчерського відділу Таганрозького машинобудівного заводу (нині ВАТ ТАНТК ім. Г.М. Берієва) зробили свою справу: нарешті мені вдалося розробити та побудувати турбореактивний мікродвигун ТД-01 з відцентровим компресором, кільцевою камерою згоряння відцентровим упорскуванням палива та осьовою турбіною діаметром 68 мм, що було також передбачено програмою «Рубікон». Мікро-ТРД після неодноразових спроб його виготовлення ще в шкільні роки вдалося побудувати в заводських умовах, напівлегально, тільки у віці 24-х років.
Необхідні для будівництва двигуна жаростійкі, жароміцні і т.д. матеріали вибиралися за довідниками і благо, їх можна було знайти у відходах виробництва, а дефіциту за ними тоді завод не відчував. Їх вміли тоді обробляти висококласні фахівці, завжди готові сприяти моїм творчим дослідженням, які вміли, при цьому, «тримати міцно язик за зубами».
Усі слюсарні та нескладні токарні операції я виконував своїми руками. Фрезерні, зварювальні, тискові операції замовляв, але у моїй присутності. Припасування, складання, балансування і т.д. виконував сам.
Тим часом були розроблені та побудовані три варіанти ПуВРД (пульсуючого повітряно-реактивного двигуна), про який я багато читав у дитинстві, і роботу якого вперше в житті довелося побачити при випробуванні свого ПуВРД. Розпечена до білого кольору камера згоряння і до вишнево-червоного резонансна труба, на тлі ріжучо-оглушувального звуку ПуВРД, швидко охолодили мій запал зі створення реактивної моделі-копії з ПуВРД, змусивши віддавати все більшу перевагу ТРД. Приблизно в цей же час мною був розроблений проект турбореактивного мікродвигуна ТД-02 з відцентровим компресором, доцентровою турбіною і насосною подачею палива через колектор з форсунками. Але цьому мікродвигуну не судилося втілитись у металі.
Приступивши до випробувань мого мікро-ТРД у заводській лабораторії відпрацювання реальних авіаційних двигунів, через величезну різницю в розмірностях об'єктів випробувань мені доводилося то потрапляти під перехресний вогонь тверджень висококваліфікованих авторитетних критиків про марність і неможливість створення такого двигуна, то занурюватися в хвилі океану. ТРД, щоб вони були схожими на агрегати відомих на той час на заводі двигунів: АЛ-7ПБ, РД-45Ф, Вк-1А, Аі-20, ТС-20 і т.п.
Одному провідному інженеру, який співчуває моїм творчим дослідженням, спало на думку робити розкручування валу двигуна не подачею повітря на крильчатку компресора, а тангенціальним підведенням повітря на осьову турбіну. Таке рішення було небезпечним тим, що воно могло вивести турбіну з ладу через недостатню її міцність. Так і вийшло. Без моєї згоди в корпус турбіни був впаяний штуцер, через який по дотичній до турбіни подавалося повітря під тиском близько 10 атмосфер, що при розкручуванні турбіни нещадно «уклав» усі її лопатки на маточину. І таких прикладів – безліч.
І все-таки двигун заробив, хоч і нестабільно. Його обороти холостого ходу становили приблизно 40 000 об/хв. Свист турбіни зі зростанням обертів йшов за поріг чутності. Іноді відбувався зрив полум'я в камері згоряння (КС), і тоді з сопла виривався струмінь повітря з дрібнодисперснорозпорошеним гасом. Система подачі палива через відцентрові форсунки працювала безвідмовно. Питання організації горіння гасу в КС малого обсягу вирішувалися установкою завихрювачів та стабілізаторів полум'я, ефективність яких спостерігалася у досить вузькому діапазоні швидкостей потоку паливо-повітряної суміші. Розширення діапазону швидкостей стабільного горіння вимагало більш якісної попередньої підготовки палива до згоряння та збільшення обсягу КС. Таке збільшення обсягу КС тягнуло, у свою чергу, за собою виготовлення нового порожнистого валу двигуна з відцентровими форсунками, заміну жарового кожуха камери згоряння та корпусу двигуна. Деталі, на ті часи, нескладні, але я вже не мав коштів для продовження робіт і настрою для боротьби зі скептиками. Стабільне горіння в КС могло, ймовірно, забезпечити автоматичний регулятор подачі палива за показаннями мініатюрних термодатчиків і датчиків тиску повітря на виході з компресора, але такого обладнання з відповідними параметрами на заводі на той час не виявилося. Розробка та виготовлення такого пристрою вимагали фінансових коштів, додаткових досліджень та експериментів. На жаль, зацікавленості та підтримки з боку керівництва авіаційного КБ у доведенні, що випереджає час, розробки знайти тоді так і не вдалося.
Коли інформація про мій мікро-ТРД дійшла до Головного конструктора, він сказав: «Ми (Машинобудівний завод. – Ю.В.) – не двигунобудівна фірма, і займатися такою нісенітницею нам не личить…»
Досвід робіт зі створення мікро-ТРД, як і досвід робіт з реалізації пізніших проектів мініатюрних маловитратних літальних апаратів з електронним оснащенням та можливостями БЛА, народжений працею та ініціативою інженерів та винахідників міста Таганрога, також не затребуваний та не підтриманий. Ці напрацювання викладаються тепер, лише в деяких патентах на винаходи з правами та обов'язками авторів-патентовласників, для їхньої можливості входу в інноваційне середовище та участі у конкурсах інноваційних проектів.
Сьогодні, таку «дурницю» як мікро-ТРД, можна придбати у спеціалізованих магазинах модельної продукції деяких західних країн за ціною від 3000 до 6000$, тобто. за ціною нової імпортної кухні або уживаної іномарки, з метою застосування не тільки для реактивних літаючих моделей, але й для безпілотних літальних апаратів, малогабаритних автономних енергетичних установок і навіть для нових видів літальних апаратів, що пілотуються, з розподіленою реактивною тягою.
Слід нагадати, що загальновизнаним на Заході творцем мікро-ТРД є Курт Шреклінг із Німеччини, якому нібито у 80-х роках минулого століття першим вдалося розробити та побудувати авіамодельний турбореактивний двигун. Однак за інформацією журналу «Моделіст-Конструктор» №3 1966 року першість у розробці такого мікродвигуна належить американській авіамодельній фірмі (двигун «Турбокрафт-22», який не був прототипом при розробці мого ТД-01, а був «каталізатором» та підтвердженням принципової та реальності створення мікро-ТРД у 60-х – 70-х роках).
З 1976 р. за сумісництвом я керував авіамодельними гуртками та лабораторіями, де ще довго незатребуваним лежав мій «турбореактивний витвір», чекаючи підтримки і Російського впровадження.

Голова Координаційного
Ради Благодійного товариства науково-технічної творчості та екології «Ювенал» м. Таганрога, інженер, винахідник

Двигун цього типу у нинішньому класифікаційному списку авіаційних силових установок не значиться і реальної експлуатації не використовується. Багато людей про нього навіть ніколи не чули. Однак він, фактично ровесник перших аеропланів, має цікаву історію практичного застосування і може бути цікавим для любителів авіації.

Мотокомпресорне силове встановлення літака І-250.

У транспортному машинобудуванні вже давно існує таке поняття, як комбінована силова установка . Зазвичай цей термін означає поєднання однієї конструктивної складової двигунів (або принципів їх дії) різних типів, найчастіше двох або більше.

Для наземної техніки хорошим прикладом можуть служити відносно автомобілі, автобуси і тролейбуси, що активно використовуються зараз, здатні працювати із застосуванням поршневих двигунів внутрішнього згоряння і електродвигунів в одному, так би мовити, комплекті. Для них найчастіше застосовується термін "гібридні двигуни".

Авіація теж не уникла цієї долі. Комбіновані силові установки різних конструкцій та принципів роботи проектувалися та застосовувалися на літальних апаратах досить інтенсивно практично з перших кроків літакобудування.

Робилося все це не від хорошого життя, а від розбіжності бажаного з наявними можливостями. Адже навіть зараз існуючі та розроблювані високодосконалі авіаційні двигуни не можуть зробити літальний апарат абсолютно універсальним як у плані високих тягових характеристик, масової та аеродинамічної досконалості, так і в плані високої паливної економічності. Кожна з існуючих рухових схем, наприклад гвинтова та схеми на реактивній тязі (ВРД), має свою найбільш вигідну для неї область застосування.

А на перших етапах розвитку авіації ще не було особливого вибору силових установок, проте було широке поле для новаторської діяльності. Принцип реактивного руху, відомий, до речі, задовго до виникнення перших аеропланів, здавався однією з найпривабливіших можливостей вирішення проблем.

І надалі, зі зростанням швидкості літаків (особливо в 40-х роках), і відповідним падінням тягових можливостей повітряного гвинта, а також потужних можливостей поршневого двигуна (без зростання маси), він ставав єдиним можливим.

Реактивні ракетні двигуни, Як рідинні, так і твердопаливні, не могли стати основними двигунами літака через короткочасність їх роботи, деяких особливостей, що ускладнюють експлуатацію (стосується ЖРД) та складності управління (РДТТ). Тому застосовувалися вони, в основному, на досвідчених літаках і як прискорювачі. Особливо це стосується двигунів на твердому паливі. Про це написано ().

Досить швидко стало зрозуміло, що повітряно-реактивний двигун найбільш прийнятний для маршової силової установки літака, а точніше кажучи, цей двигун повинен бути саме турбореактивним для можливості старту з нульової швидкості, тобто зі стоянки.

Ось тільки прийнятне втілення цього факту в конкретний технічний пристрій, який міг би бути плідно використане як силова установка для атмосферного літального апарату запізнювалося з відомих причин як наукового, так і технічного характеру. Тобто не вистачало знань, не було конкретних теоретичних розробок та практичного досвіду, були відсутні спеціальні виробництва та матеріали.

Що їсти і чого хочеться…

Але одного разу запущений процес розвитку вже не зупинити. Перший, чисто реактивний літак із турбореактивним двигуном здійснив свій історичний політ 27 серпня 1939 року. Це був німецький літак Heinkel He 178, обладнаний двигуном Heinkel HeS 3, який мав максимальну тягу 498 кгс.

Турбореактивний двигун НеS-3В

Літак Не 178.

Літак Не 178.

Цей двигун був побудований до початку 1939 року і в липні випробуваний у польоті на поршневому пікіруючому бомбардувальнику Heinkel He 118, використаним як лабораторія, що літає. HeS 3 підвісили під його фюзеляж і включали в польоті (за винятком зльоту та посадки).

Вперше практично використаний для повноцінного реактивного польоту ТРД був, зрозуміло, відносно примітивний, проте мав усі характерні для свого типу вузли, в т.ч. компресор (відцентровий з підпірним осьовим щаблем), турбіну (радіальну), вихідний пристрій. І працював він уже як повноцінний повітряно-реактивний двигун. Однак експлуатаційні характеристики його залишали бажати кращого.

Такими, втім, були всі ранні ТРД як проекти, так і побудовані в металі. Мала тяга, низький ккд, мізерний ресурс, невисока надійність… Зрозуміло, адже це були лише перші кроки, і всі здобутки на цьому шляху залишалися ще попереду. Однак, так можна говорити зараз, а тоді зовсім чіткі перспективи ще не були зрозумілі.

Мабуть, саме існування на початковому етапі певної невизначеності в подальшому розвитку турбореактивних двигунів і бажання скоріше знайти простішу, але при цьому повноцінну, а головне таку необхідну альтернативу, яка б поліпшила характеристики літальних апаратів, змушувало інженерів розглядати інші варіанти реактивних двигунів.

В одному з таких варіантів був використаний принцип комбінованості (або гібридності). Мова йде про мотокомпресорний повітряно-реактивний двигун (МКВРД). У СРСР такий тип двигуна у першій половині 40-х років отримав ще одне найменування. ВРДК(Повітряно-реактивний двигун з компресором).

За кордоном він має кілька назв. Найбільш вживане - motorjet (для порівняння ТРД - turbojet), менш вживане (а також застосовується в німецькій мові) - termojet. Є ще кілька маловживаних назв - hybrid jets, piston-jets, compound engines, reaction motor, а також афтербурнінг ducted fan (канальний вентилятор з допалюванням), bypass ducted fan.

У турбореактивному двигуні найбільш навантаженим і складним вузлом є турбіна. Вона переважно визначає граничну для конструкції температуру газу в камері згоряння, оскільки сама знаходиться не тільки під її впливом, але ще й під навантаженням від величезних за величиною відцентрових сил (робочі колеса). Температура газу, своєю чергою, безпосередньо впливає на тягу.

Але при цьому турбіна до певної міри другорядна і саму тягу, так би мовити, «не робить». Її головне призначення – створити потужність обертання компресора. Тобто мало того, що вона складна і в ТРД без неї не обійтися, але, якщо вона сама по собі ще й невисокі характеристики має, то і двигун високими параметрами володіти не буде. Суцільні проблеми.

Щоб їх позбутися, «простіше» позбутися самої турбіни. А це якраз і є нагодою мотокомпресорного двигуна. Дуже зручний у тому плані, що в 30-х і на початку 40-х років ще не був накопичений досвід створення якісних авіаційних турбін з відносно високими параметрами.

Традиційно класична мотокомпресорна силова установка складається з трьох основних елементів: поршневого двигуна внутрішнього згоряння (ПД), компресора і, якщо так можна сказати, спрощеногоповітряно-реактивного двигуна При цьому компресор наводиться від поршневого двигуна (зазвичай через спеціальну трансмісію або вал) і може бути різної типової конструкції (найчастіше відцентровий або осьовий).

Компресор зазвичай низько-напірний (за конструктивними можливостями). Замість нього також може бути використаний високонапірний вентилятор або, по суті, повітряний гвинт (або кілька) в кільцевій оболонці.

ВРД у цьому комплекті справді дуже спрощений у порівнянні з ТРД. Він не має ні власного компресора, ні, відповідно, турбіни, і володіє тільки паливними форсунками (або їх колектором), через які підводиться паливо для нагрівання повітря, що надходить, імпровізованою камерою згоряння і вихідним пристроєм для виходу газу (соплом). Причому з використанням та наявністю камери згоряння також можливі варіанти (про це нижче).

Таким чином, зовнішнє повітря спеціальним каналом надходить до зовнішнього компресора, який обертається поршневим двигуном. Далі стиснене повітря надходить у камеру згоряння де підігрівається спалюванням палива, а потім енергоозброєнагазова суміш проходить для розгону і створення реактивної тяги.

У класичному варіанті мотокомпресорного двигунаспрощений ВРД своїм пристроєм та принципом дії нагадує прямоточний повітряно-реактивний двигун або навіть більшою мірою форсажну камеру згоряннядля ТРД та ТРДД. Саме при створенні мотокомпресорних двигунів було отримано перший досвід, що став у нагоді в подальшому при розробці ФКС.

За різними джерелами внесок камери згоряння МКВРД у створення тяги (крім стиснення повітря компресором) оцінюється від однієї третини до половини загальної величини залежно від досконалості конструкції. Свій деякий внесок залежно від варіанта конструкції можуть вносити вихлопні гази ПД і тепло його корпусу.

Загальнолітакова тяга від такої комбінованої силової установкиможе бути отримана не тільки за рахунок реактивного струменя газів з ВРД, але й за допомогою повітряного гвинта, що наводиться поршневим двигуном (тим, що обертає компресор). Існують різні приклади проектування та спорудження літаків з МКВРД як з повітряним гвинтом, так і без нього.

При використанні на літаку обох типів рушіїв, повітряного гвинта і реактивної тяги, простежується певна універсальність. На малих швидкостях (висота) більш вигідна робота з використанням повітряного гвинта, а на великих швидкостях (висота) - з використанням реактивної тяги. Висотно-швидкісні можливості літального апарату зростають.

Варто сказати, що були й інші, вже значно досконаліші компонувальні варіанти мотокомпресорних двигунів, наприклад, наприкінці 30-х, у 40-х роках (в основному в Німеччині), коли вони створювалися паралельно з турбореактивними та повним ходом йшла оцінна діяльність, щоб зрозуміти, який із двох принципів більш прийнятний. У такій версії всі, традиційно окремі, елементи класичного моторджету об'єднувалися в єдиний агрегат, що зовні дуже нагадував ТРД (про приклади нижче). Однак, незважаючи на схожість, принцип роботи залишався незмінним.

Як цікаве доповнення …

Говорячи про загальний принцип устрою МКВРД, не можна не згадати один цікавий факт. Незалежно від того, чи знають люди, що таке мотокомпресорний двигун, чи ні, практично кожен із них у себе вдома має, можна сказати, його мініатюрну модель. Маломощну і для руху не призначену, але все ж...

Це звичайний побутовий фен. У ньому, хоч і в примітивному вигляді, є всі необхідні елементи: вентилятор (міні-компресор), нагрівач (камера згоряння) і навіть сопло, що звужується, яке дме інший досить інтенсивно і гаряче:-)…

Напрями…

Спроби впровадження «гібридності», що призвели в кінцевому підсумку до будівництва реально працюючих зразків двигунів мотокомпресорного типу мали місце практично з перших кроків розвитку авіації, коли «літаючі етажерки» більш-менш міцно утвердилися в повітрі.

При цьому можна сказати, що в рамках самого типу існувало кілька напрямків та варіантів конструкторських розробок, що змінювали конструкцію (а іноді й параметри роботи), але не змінювали основного принципу роботи двигуна.

Прикладом може бути дещо незвичайний проект двигуна французького інженера Рене Лоріна (René Lorin), виконаний ним у 1908 році. Від спрощеного ВРД, який начебто має бути присутнім у motorjet-і, у двигуні Лоріна залишилося тільки вихідний пристрій, тобто сопло.

Двигун Рене Лоріна.

Власна камера згоряння, як, втім і окремий компресор, двигуна, як такі, були відсутні. У сопло прямували продукти згоряння після займання паливо-повітряної суміші в циліндрі поршневого двигуна.

Тобто це був, по суті, кожен циліндр якого мав власне сопло для виходу вихлопних газів і, відповідно, генерації реактивної тяги. Зрозуміло, що потяг формувався імпульсами, хоча, звичайно, до ПуВРД цей факт не має відношення. Передбачалося, що такі двигуни мали встановлюватися прямо на крило літака.

Наступним за хронологією мабуть варто згадати відомий експериментальний літак Coandă 1910, сконструйований румунським інженером-аеродинаміком та винахідником Анрі Коанде (румун. Henri Coandă), відомим першовідкривачем ефекту Коанда.

Літак Coanda 1910 на Паризькій авіаційній виставці у 1910 році.

Схема двигуна Коанде. Система подачі та запалення палива, як і додаткові КС, не показані. Показано передбачуване підведення вихлопних газів ПД в потік.

Силова установка розташовувалась у носовій частині фюзеляжу. Вона мала вигляд кільцевого каналу-капота, передня частина якого була обладнана , що стискає повітря, що надходить, витрата якого через фронтальний повітрозабірник регулювався за допомогою пелюсткового пристрою (Коанда назвав його обтюратором).

Компресор мав швидкість обертання близько 4000 об/хв і приводився від рядного поршневого мотора Clerget (потужністю 50 к.с.), встановленого у верхній частині фюзеляжу відразу за повітряним каналом через спеціальну трансмісію.

Сам винахідник спочатку називав таку силову установку "turbo-propulseur" (слово "turbo" тут відноситься саме до компресора), а згодом, коли повітряно-реактивні двигуни вже впевнено посіли провідне місце в авіаційному двигунобудуванні, оголосив його повітряно-реактивним. мотокомпресорним двигуном.

Приблизно тоді ж прозвучало висловлювання про те, що Coandă 1910 був першим літаком, що полетів, на реактивній тязі, максимальна величина якої (близько 220 кгс) становила приблизно половину від тяги вищезгаданого Heinkel He 178.

Передбачалося, що стиснене після компресора повітря змішувалося з паливом, яке згоряло, повідомляючи літаку збільшену реактивну тягу. Паливо впорскувалося в задніх бічних частинах повітряного каналу і там згоряло. Надалі деякі джерела згадували також деякі додаткові камери згоряння з боків фюзеляжу.

Елементи компресора двигуна Коанде.

Репліка літака Coanda 1910. Встановлений ПД відповідає оригіналу.

Ще одна можлива схема рухової установки літака Coanda 1910.

Крім того, у патентних заявках обговорювалося підведення вихлопних газів від поршневого двигуна на вхід у повітряний канал, що могло підвищити витрату повітря через двигун і температуру потоку.

Проте заяви про камери згоряння фактично з'явилися вже у післявоєнний період. Конструкція літака, в цьому плані вкрай невдала, навряд чи дозволила б використовувати таку схему без ризику пожежі, яка пошкодила б дерев'яну конструкцію і абсолютно незахищеного пілота.

Літак був представлений на 2-ій Паризькій авіаційній виставці (жовтень 1910) без додаткових камер згоряння і заявленої системи відведення вихлопних газів поршневого двигуна. Багато дослідників і авіаційних фахівців, як у той час, так і в останні роки ставили під сумнів сам факт існування системи спалювання палива в потоці на Coandă 1910.

Ставився під сумнів факт єдиного польоту цього літака. Він відбувся 16 грудня 1910 рокуі закінчився невдало через пошкодження системи управління (чи неуважності пілота).

За деякими румунськими джерелами (і нібито за словами самого Коанде) політ відбувся випадково. Інженер не збирався злітати і просто проводив випробування двигуна. Необережно зрушені важелі збільшили оберти компресора та відкрили обтюратор. Літак почав розбіг і злетів.

Несподіванка, велике полум'я вихлопу з-під капота та відсутність досвіду у пілотуванні призвело до втрати контролю за швидкістю та висотою. Літак опинився на землі і спалахнув. Сам інженер зазнав деяких травм. Надалі через відсутність коштів літак не відновлювався.

Можливе поширення гарячих газів від двигуна літаком Coanda 1910.

Цікаво, що цю подію іноді пов'язують із відкриттям згодом Анрі Коанде явища, названого його ім'ям – ефект Коанда. Струмінь повітря, що виходить з кільцевого сопла рухової установки його літака разом з розпеченими газами після згоряння палива як би «прилипла» до фюзеляжу і пошкодила хвостове оперення. Це нібито наштовхнуло інженера на певні думки. Проте, чи все це було насправді, ми, схоже, вже ніколи не дізнаємося….

У цій справі є ще один цікавий момент. У той же час, до початку грудня 1910 року в Парижі на замовлення Великого князя Кирила Володимировича (двоюрідний брат імператора Миколи II) були побудовані аеросані, оснащені двигуном Коанде (він брав у цьому безпосередню участь), аналогічним за конструкцією літакової. Так от, на цьому пристрої не було додаткового спалювання палива, окрім самого поршневого двигуна.

Аеросани Великого Князя Кирила (проект Коанде).

І тим не менш ... Зараз, мабуть, не так вже й важливо була система спалювання палива в повітряному потоці на двигуні Coandă 1910. Якщо була, то це був хоч і досить примітивний, але все ж типовий моторджет з повним набором характерних конструктивних вузлів. Якщо ж не було, то все одно цей проект був досить близький до такого типу двигунів, а точніше до певного варіанту, що створює так звану «холодну тягу».

Мотокомпресорний двигунз камерою згоряння, підігріваючи повітря, створює «гір тягу». Але якщо додаткової камери згоряння немає, то тяга холодна. В цьому випадку деякий підігрів може здійснюватися тільки за рахунок стиснення повітря в компресорі (трохи, але все ж таки…), відведення в потік гарячих вихлопних газів поршневого двигуна, а також за рахунок охолодження корпусу ПД (якщо обидва останні способи передбачені конструкцією).

Двигун літака Coandă 1910 міг бути досить близьким до цього «холодного» варіанту (якщо вважати, що у нього все-таки не було системи спалювання палива в потоці, або вона не використовувалася). Сам принцип розташування агрегатів, коли компресор розташований попереду поршневого двигуна і обдуває його повітрям, іноді ще називають «схемою Коанда».

Цікаво, що в наступного, 1911 року було заявлено дослідницький проект російського інженера А. Горохова. Він являв собою класичний варіант мотокомпресорного двигуна з двома камерами згоряння і компресором, що приводиться в рух поршневим мотором. Тобто двигун генерував якраз гарячу тягу. При цьому сам компресор також являв собою поршневий агрегат, що стискав повітря в циліндрах і направляв його в камери згоряння.

Проект О.Горохова. 1 – повітрозабоник; 2 – компресор; 3 – камери згоряння; 4 – сопла; 5 – поршневий двигун.

Варіанти…

Однак пізніше, у 30-х і на початку 40-х років, існували досить досконалі проекти моторджетів, які працювали саме на холодній тязі.

Прикладом може бути німецький двигун HeS 60, спроектований об'єднаною компанією Heinkel-Hirth в 1941 році, як завершальна модель у цілій лінійці подібних двигунів. Цей агрегат у відсутності камери згоряння.

Повітря стискалося (з деяким підвищенням температури) у своєму триступеневому осьовому компресорі. Також було організовано вихід у потік вихлопних газів 32-циліндрового дизельного двигуна (потужність 2000 к.с.), який обертав компресор та теплознімання з цього ПД. Далі стиснене повітря прямував у кероване стулчасте сопло. Розрахункова тяга сягала 1250 кгс.

Схема двигуна НеS-60.

На цій моделі було передбачено відбір, за необхідності, частини енергії потоку на внутрішньорухові потреби через спеціальну радіальну турбіну.

Сам поршневий двигун "вбудовувався" всередину HeS 60. Така схема була характерна для німецьких проектів і надалі застосовувалася також для проектів МКВРД, які використовують гарячу тягу (згадано нижче).

Принцип створення холодної тяги пробували використовувати як один з режимів роботи мотокомпресорного двигуна на різних експериментальних літаках, таких, наприклад, як Focke-Wulf Fw 44 .

Схема двигуна BMW Flugmotorenbau до літака Focke-Wulf Fw 44.

Схема літака Focke-Wulf Fw 44 із встановленим двигуном типу motorjet на холодній тязі.

Літак Focke-Wulf Fw 44

На ньому фахівці компанії BMW Flugmotorenbau у 1938 році замість штатного двигуна та дволопатевого повітряного гвинта встановили інший двигун (Bramo 325, пізніше 329), чотирилопатевий вентилятор і направляючий апарат з кільцевою оболонкою (за принципом імпелера). Повітря залишало двигун через канали, що звужуються кільцевого сопла.

Motorjet інженер Харріс. 1917 рік.

Надалі «холодна тяга» знайшла своє застосування в різних конструкціях реактивних двигунів, головним чином турбореактивних, особливо це стосується двигунів.

А саме поняття motorjet вперше було згадано ще в 1917 році в запатентованому проекті британського інженера Харріса (H.S. Harris of Esher). Цей проект являв собою класичний мотокомпресорний двигун. У ньому відцентровий компресор (А) рухався двоциліндровим поршневим двигуном (С).

Стиснене повітря прямувало у дві бічні камери згоряння (D), де впорскувалося і спалювалося паливо (B), після чого газовий потік прямував у сопла для створення тяги. Тут Е — додаткове повітря, що ежектується.

Різноманітність конструкторських розробок моторджетів ілюструє цікавий проект відомого британського конструктора Френка Віттла (Frank Whittle), створений ним у 1936 році. Свою схему він назвав "dual thermal cycle" (малюнок). У ній були передбачені два компресори. Один, осьовий, основний (B) на початку повітряного тракту, а другий, відцентровий (F), у його кінці. Осьовий рухався турбіною (С), яка у свою чергу оберталася від потоку повітря (Н), створюваного заднім відцентровим компресором.

А цей ЦБ компресор, у свою чергу, приводився від поршневого двигуна (Е), який отримував повітря (J) для своєї роботи від цього ЦБ компресора, а вихлопні гази (K) направляв у турбіну для її додаткової розкрутки. Відпрацьоване повітря з турбіни (L) прямувало канал сопла для отримання додаткової тяги.

Схема мотокомпресорного двигуна Уіттла "dual thermal cycle".

Німецькі інженери досить багато експериментували до початку 40-х на тему мотокомпресорного двигуна. Існувала навіть концепція можливого використання таких двигунів на далеких бомбардувальниках, здатних досягти берегів Америки.

Проект двигуна фірми Junkers Jet Reaction Plant.

Фірма Junkers розробила свій проект великого двигуна, який отримав назву "jet reaction plant". У ньому 4-ступінчастий осьовий компресор приводився від дизельного двигуна з блоком з 16-ти циліндрів. При цьому повітря охолоджував корпус поршневого двигуна (тим самим нагріваючись), а в задній камері згоряння з ним змішувалося і підпалювали паливо, збільшуючи кінцеву тягу.

Перший, що реально літає…

Розробкою мотокомпресорних двигунів у той час займалися інженери різних країн. Через рік після польоту Heinkel He 178, у серпні 1940 року в повітря піднявся ще один із перших реактивних літаків. Це був італійський Caproni Campini N.1/CC2.

Але незважаючи на «реактивність» на ньому було встановлено не турбореактивний двигун, а саме класичний motorjet. Двигуном був сам ВРД, тобто літак рухався лише за рахунок реактивної тяги, без використання повітряного гвинта.

Літак Caproni Campini №1/СС2.

У складі motorjet-а був рядний поршневий двигун Isotta Fraschini L.121/RC (версія, що передбачає повітряне охолодження, потужність 900 к.с.), який приводив триступінчастий осьовий компресор, що розташовувався в носовій частині фюзеляжу. Робочі лопатки компресора могли змінювати кут установки за допомогою гідравліки 1 .

————————

1 Примітка. На жаль, мені не вдалося знайти однозначну інформацію про принципову конструкцію компресора. За одними джерелами (італійським) крім трьох щаблів ротора були і три щаблі статора. Тобто практично повноцінний осьовий компресор. По інших статора не було, а були три ступені високонапірного повітряного гвинта (вентилятора) кроку, що змінюється в кільцевій оболонці.

При цьому перші два ступені (цього гвинта) підвищували динамічний тиск, а третя служила здебільшого для «виправлення» потоку, тобто надання йому осьового напрямку для можливого зменшення втрат при турбулізації. Адже потоку треба ще дістатися вихідного пристрою через весь фюзеляж.

Але для нашої теми в цілому суть цієї конструкції загалом великої ролі не відіграє. Принцип роботи у разі залишається тим самим. Змінюються лише вихідні параметри.

———————

Атмосферне повітря надходило до повітрозабірника (дифузорного типу), де гальмувалося з підвищенням статичного тиску. Потім тиск (повний або динамічний) підвищувався в компресорі (вентиляторі), після чого повітря обтікало корпус поршневого двигуна, нагріваючись сам і охолоджуючи ПД одночасно. При цьому потік вбирав його вихлопні гази, теж з підвищеною температурою, і надходив через фюзеляж в його хвостову частину.

Конструктивна схема літака Caproni Campini №1/СС2. Рекомендується дивитися у збільшеному вигляді (клікабельна двічі).

Стабілізатори полум'я та паливні колектори у форсажній камері мотокомпресорної силової установки літака Caproni Campini №1/СС2.

Тут він, уже нагрітий і стиснутий, потрапляв у камеру згоряння, де його температура ще більше підвищувалась і далі виходив в атмосферу через сопло, створюючи реактивну тягу. Сопло управлялося за допомогою переміщення центрального тіла за допомогою гідравліки.

Сопло мотокомпресорної силової установки літака Caproni Campini №1/СС2. Видно керований конус (центральне тіло).

Перший (внутрішній) контур направляв повітря нагріву шляхом охолодження ПД. Далі повітря змішувалося з гарячими вихлопними газами і потім з паливом (бензин), що випаровується (завдяки температурі цих газів), після чого суміш займалася від свічок. Це була так звана первинна камера згоряння.

Нагрітий первинний газ, просуваючись по осі двигуна, випаровував і підпалював вторинну (або основну) порцію палива (вторинна або основна КС), що подається далі, змішуючись при цьому з повітрям, що подається по другому (зовнішньому) контуру. Далі загальний потік прямував реактивне сопло для створення тяги.

Проект літака Nasa Jake's Jeep (Клікабельно).

Передбачалося одночасне використання обох камер згоряння, використання тільки первинної або робота взагалі без КС, на згаданій вже холодній тязі. Це дозволяло збільшувати час перебування літака повітря, а гарячу тягу використовувати лише форсованого набору швидкості.

Цей проект спіткала та сама доля, що і основну масу інших з області motorjet-ів. Ще на етапі початкового відпрацювання камер згоряння він мав проблеми. Але їхнє рішення не вплинуло на кінцеві підсумки робіт, що проводяться. Так, мабуть, і не могло вплинути, бо вже існували працюючі та перспективні ТРД. У березні 1943 року програму саме з цієї причини було закрито.

«Літаючі» ВРДК…

До середини 40-х реальну практичну конкуренцію (хоч і формально) багатьом проектам літальних апаратів з МКВРД, що існували на Заході, склали радянські літаки з комбінованою силовою установкоютакого ж принципу. В СРСР тип, що розробляється, отримав ще одну назву — ВРДК.

На той час дедалі впевненіше заявляв про себе турбореактивний двигун. Створювалися все більш досконалі та вигідні в експлуатації зразки. Якщо в 30-х роках мотокомпресорними двигунами в різних варіантах паралельно з іншими ВРД досить масово займалися німецькі авіаційні фірми, то до 1941 ця робота була припинена практично повністю і конструктори переключилися на роботу з ТРД, остаточно визначивши для себе цілі в реактивному двигуні. Досить інтенсивно подібні роботи проводилися також в Америці та Англії.

У СРСР роботи з мотокомпресорних двигунів (ВРДК) проводилися ще з 1941 року. Приблизно у цей час у ЦИАМ (Центральний інститут авіаційного моторобудування) було організовано конструкторське бюро для відпрацювання найвигіднішої схеми ВРДК. Бюро керував відомий інженер-конструктор Холщевніков К.В.

Проте конструкторська діяльність без визначення пріоритетів велася досить неспішно (як і щодо інших типів реактивних двигунів). І лише 1944 року, коли у реальних бойових діях «раптом» почали з'являтися німецькі реактивні літаки, всі роботи у цій сфері були активізовані. Тоді в системі наркомату авіаційної промисловості навіть було сформовано науково-дослідний інститут для роботи над проблемами реактивного двигунобудування – НДІ-1.

Винищувач І-250 із ВРДК.

Конструктивна схема літака І-250. Показано розташування ВРДК.

Наприкінці травня 1944 року КБ П.О.Сухого, а також А.І.Мікояна та М.І.Гуревича було видано завдання на проектування експериментальних літаків «з поршневим двигуном та додатковим повітряно-реактивним двигуном з компресором». Ці додаткові «ВРД з компресором» таки отримали назву ВРДК. Розроблялися вони в ЦІАМ групою Холщєвнікова.

В результаті вийшли два літаки: І-250 (за деякими джерелами МіГ-13) і Су-5. Вони мали принципово аналогічну конструкцію силових установок. Головним двигуном був поршневий ВК-107А (для Су-5 спочатку планувався двигун М-107), від якого через спеціальний вал наводився осьовий компресор. Повітря в нього надходило каналом з носової частини фюзеляжу.

Камера згоряння була по суті справи, і для постійної роботи не призначалася. Тепло поршневого двигуна та його вихлопні гази у формуванні реактивної тяги не використовувалися.

Таким чином ВРДКвключався лише тимчасово, у разі потреби різкого збільшення тяги, тобто виконував функції прискорювача (або допоміжного двигуна). Наприклад, для І-250 час його безперервної роботи становив не більше 10 хвилин. Паливо, що використовується - авіаційний бензин.

Початковий проект Су-5ВРДК.

Пізній проект Су-5ВРДК.

При цьому планувалася максимальна швидкість на висоті близько 7500 м для І-250 – 825 км/год, для Су-5 – 795 км/год.

Програма Су-5 була закрита у 1946 році серед інших, визнаних неперспективними. Роботи з І-250 тривали, так би мовити, незважаючи ні на що. І влітку 1945 року навіть було ухвалено рішення про будівництво дослідної серії з 10 літаків. Проте, «дивитися» саме було на що…

Камера згоряння (форсажна) ВРДК літака Су-5.

Реактивне сопло мотокомпресорного двигуна літака Су-5.

І-250 з різних причин вкрай важко впроваджувався у виробництво і виявився дуже незручним в експлуатації через велику кількість недоробок та поломок, що стосуються саме ВРДК. На той час вже надходили в експлуатацію реактивні МіГ-9 та Як-15 з ТРД. До кінця держвипробувань І-250 повним ходом випробовувався знаменитий МіГ-15, що став згодом.

Таким чином доля І-250 була вирішена наперед. Навіть досвідчена серійна десятка, випущена, до речі, насилу і пригодами, так і не увійшла (за деякими джерелами) до бойового складу авіації ВМФ, для якого була призначена. 1950 року літак був офіційно виведений з експлуатації.

Проекти ЦАГІ…

В ініціативному порядку в ЦАГІ на початку 40-х (до моменту утворення НДІ-1) також розроблялося кілька проектів літаків із ВРДК (не втілених у життя, на жаль). Метою цих проектів було завдання відпрацювання шляхів радикального збільшення швидкості літаків. Її значення особливо зросло з початком Великої Вітчизняної війни.

Деякі з них…

Проект літака С-1ВРДК-1. Обладнаний поршневим двигуном М-82 з ВРДК: компресор осьовий, камера згоряння (або форсажна камера), сопло, що регулюється з центральним тілом. Тяга створювалася лише за рахунок реактивного струменя. Повітряний гвинт не було передбачено. Як паливо використовувався бензин.

Проект С-1ВРДК-1. 3 – компресор; 5 – ПД; 7 - подача палива до камери згоряння; 11 - центральне тіло регульованого сопла.

За розрахунками на висоті 4500 м швидкість мала досягати 800 км/год, на 7500 м – 820 км/год. У порівнянні з гвинтовими винищувачами літак мав підвищену скоропідйомність, кращі розгінні характеристики і міг підтримувати стабільну максимальну швидкість у всьому діапазоні висот.

Для збільшення тривалості польоту використовувався варіант холодної тяги. У цьому випадку паливо до камери згоряння не подавалося. Повітря підігрівалося за рахунок теплознімання з поршневого двигуна та направлення його вихлопних газів у загальний потік каналами фюзеляжу і далі в сопло.

В результаті, при використанні камери згоряння не більше 15-20 хв за політ (і економії тим пального) час перебування в повітрі міг бути збільшений до 3,5 годин, тобто такий літак міг бути використаний як висотний винищувач-перехоплювач, що барражує. Розглядався також варіант дворухового літака з ВРДК.

Інший проект…. На базі винищувача Як-9 (мотор М-105ф) було розроблено проект винищувача з прискорювачем типу ВДРК. У хвостовій частині встановили камеру згоряння та триступінчастий осьовий компресор, який через приводні вали та проміжні редуктори приводився від раніше розробленого поршневого двигуна М-105РЕН (із системою додаткових редукторів).

Проект Як-9ВРДК.

Однак літак виявився перетяженим через встановлення додаткового обладнання. Потужність нового двигуна М-105РЕН виявилася нижчою за вихідний М-105ф. Розрахункова швидкість порівняно з Як-9 зросла лише на 80 км/год, при цьому бойові можливості зменшилися через необхідний демонтаж частини озброєння. Проект був визнаний невдалим, хоча цікавим є сам факт його існування в плані набуття практичного досвіду.

Дещо пізніше (до кінця 1943 року) з'явився інший, більш досконалий проект з ВРДК на базі Як-9. Він повинен був обладнатися висотним поршневим двигуном АМ-39ф, що приводив двоступінчастий компресор ВРДК, що спрямовував стиснене повітря в камеру згоряння. За розрахунками літак міг досягти швидкості 830 км/год на висоті близько 8100. Час польоту при комбінованому використанні холодного і гарячого режимів становив близько 2,5 годин, тобто літак міг бути використаний як винищувач-перехоплювач, що барражує.

Літак (від Як-9) із ВРДК. Поршневий двигун АМ-39Ф

Мав місце також проект, який передбачає встановлення ВРДК на літак Ла-5. Тут як компресор був використаний одноступеневий вентилятор, встановлений перед двигуном (як на німецькому поршневому двигуні BMW-801) з доданим до нього напрямним апаратом, що дозволило сформувати практично повноцінний ступінь осьового компресора. Схема проекту представлена ​​малюнку.

Схема літака Ла-5ВРДК.

Існували й інші цікаві проекти у різних спеціалізованих радянських КБ.

Проводилися, наприклад, розробки двигунів, що конструктивно дещо відрізнялися від традиційних ВРДК. Це були двигуни, в яких поршневий двигун інтегрувався всередину ВРД, обладнаного своїм компресором, і довгий приводний вал був відсутній. Такої конструкції агрегати проектувалися в першій половині 40-х німецькими конструкторами (зазначений двигун на холодній тязі HeS 60, а також jet reaction plant фірми Junkers). Після закінчення війни їх досвід та напрацювання були використані в СРСР.

В 1947 розроблявся вже досить досконалий двигун «032» під керівництвом інженера-конструктора А. Шайбе на так званому дослідному заводі №2 в ОКБ-1 (Куйбишевська область). Це був один із «німецьких» заводів, сформований у 1946 році і займався газотурбінними двигунами (зокрема ТВД), використовуючи обладнання та фахівців, вивезених із Німеччини.

Схема двигуна "032".

Двигун був обладнаний 10-ти циліндровим зіркоподібним дворядним вбудованим ПД та регульованим соплом. Розрахункова максимальна тяга – 2000 кгс, номінальна – 1800 кгс. Габаритні розміри: довжина 4,0 м, діаметр - 1,0 м. Паливо - гас або газойль. Роботи по двигуну були припинені в тому ж 1947 через безперспективності у зв'язку з явною перевагою ТРД.

Японський внесок у «спільну справу»...

Однак була ще одна країна, авіаційні інженери якої приділили певну увагу впровадженню мотокомпресорних двигунівв експлуатацію. Це – Японія. Тут все робилося з міркувань крайньої потреби і, загалом, за значного дефіциту часу. Моторджет був обраний завдяки його простоті та достатньої для існуючих умов тягової ефективності.

У кінцевий період Другої світової війни Японія для боротьби з військовими кораблями ВМС союзників СРСР (головним чином США) створили і почали використовувати літак-снаряд, керований льотчиком-камікадзе. Це була модель Yokosuka MXY7 Ohka (Ока - квітка сакури).

Літак-снаряд Ohka 22 з двигуном Tsu 11 (Аерокосмічний музей у Вашингтоні).

Однак цей літальний апарат (точніше кажучи його варіант, що спочатку існував Ohka 11 ) був обладнаний ракетними двигунами, що мали великий початковий імпульс, але малим часом роботи. Тому дальність літака була невисокою – близько 36 км.

Така мала дальність була великим недоліком, тому що носії літаків-снарядів, бомбардувальники-торпедоносці Mitsubishi G4M2 змушені були для запуску Ohka 11 наближатися до корабельних авіаносних груп на малі відстані, тим самим піддаючи себе і свій тягар ризику бути збитими.

Таке часто й відбувалося, при цьому гинув не лише літак-снаряд, а й бомбардувальник із усім екіпажем. Через ці випадки, що неодноразово відбувалися, Ohka 11 навіть отримав від американських моряків прізвисько Вака, що в японському означає «дурень», «ідіот».

Для виправлення цього недоліку та збільшення дальності був потрібен інший двигун. Так як ні часу, ні особливих ресурсів для його розробки вже не вистачало, то японські інженери звернули увагу на принцип мотокомпресорного двигуна.

Камера згоряння двигуна Tsu-11 літака Ohka-22.

Вид з боку сопла. Літак Ohka 22 (музей).

Поршневий двигун зі складу Tsu-11 та повітрозабірники компресора.

Поршневий двигун motorjet-а Tsu-11. Повітрозабірник компресора.

У результаті вийшов МКВРД Ishikawajima Tsu-11. Його повітряно-реактивна частина складалася з одноступінчастого осьового компресора та камери згоряння з вихідним нерегульованим соплом. Привід компресора здійснювався від 4-циліндрового переверненого рядного поршневого двигуна Hitachi Hatsukaze НА-11 (НА-47, ліцензія німецького Hirth HM 504). Вхід повітря здійснювався через два бічні повітрозабірники у хвостовій частині фюзеляжу.

ВРД був дуже простий, можна сказати, примітивний. Його тяга становила близько 180 кгс, при цьому, на думку американських інженерів, що вилучили зразок цього двигуна, внесок камери згоряння в загальну тягу був невеликий. Більшість тяги формувалася компресором. Проте дальність польоту порівняно з 11-ою моделлю збільшилася більш ніж утричі. Літак отримав назву Ohka 22 .

Було зроблено досить малу кількість двигунів Tsu-11. Він також планувався до встановлення на літак Yokosuka MXY9 Shuka , Який збиралися використовувати як тренувальний для льотчиків літака-перехоплювача з ракетним двигуном Mitsubishi J8M (морський варіант, Ki-200 - армійський варіант).

Однак жоден із цих літаків так і не полетів – війна закінчилася. Ohka 22 встигли побудувати близько 50 штук (11 модель -755 штук). Один із двигунів Tsu-11 знаходиться у Вашингтоні в Національному Аерокосмічному музеї (NASM). Він змонтований на відновлений Ohka 22.

До кінця сорокових інтерес до мотокомпресорних двигунів практично зійшов нанівець, і вони зникли з практичного поля зору авіаційних інженерів. Надалі були окремі випадки використання його або його принципу роботи, найчастіше маловідомі, поодинокі і з великою авіацією вже не пов'язані.

Експериментальна модель літака (В-208Т) із мотокомпресорним двигуном (клікабельно).

Двигун такого типу у порядку експерименту застосовувалися (застосовуються і зараз) в авіамоделюванні (імітація ТРД) або розробці невеликих безпілотних літальних апаратів. Прикладом може бути так звана програма «Рубікон» (1968-1978 р.р.) у СРСР, присвячена розробці мікро-двигунів на реактивній тязі та створена тоді модель літака В-208Т.

Ця модель була обладнана вентилятором (1) з направляючим апаратом (2), що приводиться в обертання звичайним модельним компресійним поршневим двигуном (3) і камерою згоряння (4).

Або зовсім неавіаційні розробки. Наприклад, застосування вихідного газового струменя мотокомпресорного двигунадля швидкісного очищення поверхонь, а конкретніше залізничних колій від льоду та снігу. Це так званий Hornet Project невеликої канадської фірми Nye Thermodynamics Corporation (1998 рік).

У цьому пристрої застосована жарова труба від КС серійного та сторонній дизельний компресор.

Двигуни на принципі моторджету іноді застосовують зараз для екзотичних транспортних засобів у різних автошоу та для рекордних заїздів. Як компресор застосовують зазвичай автомобільні турбокомпресори або агрегати їм подібні.

Практично вже в наш час мали місце ідеї використання мотокомпресорних двигунів на холодній тязі з інтегрованими дизельними моторами на малорозмірні аеротаксі. Головним у цих ідеях було використання останніх досягнень в авіаційному двигунобудуванні, які дозволили б зробити експлуатацію вигідною та дешевою для пересічних пасажирів.

І все таки…

І все-таки за фактом для авіації епоха моторджетів до 50-го року завершилася остаточно… Мотокомпресорний двигун спочатку виявився на межі двох епох у розвитку авіаційного двигунобудування, на рубежі, де нові технології приходять на зміну старим. У цьому полягала і його сила, і його слабкість одночасно, і всі, начебто створені, проекти дуже швидко застарівали.

У цей же період часу (30-ті роки) на підйомі були і роботи зі створення турбокомпресорів (турболет), але все ж таки наявний рівень наукових знань, технологій і розвитку металургії не давав можливості створити одночасно досконалу, довговічну, потужну і надійну газову турбіну ( як у сучасних ТРД).

При цьому ідея motorjet-а, як двигуна, що формує повітряно-реактивну тягу, виявилася досить революційною і мала очевидні переваги. При хорошому виборі потужності поршневого двигуна, достатньої продуктивності компресора (за витратою повітря та за ступенем стиснення), правильному підборі та злагодженій спільній роботі камери згоряння та сопла тяга мотокомпресорного двигуна цілком могла бути більшою за тягу гвинта одного поршневого двигуна.

Плюс до цього треба не забувати про факт падіння тяги повітряного гвинта зі швидкістю, що не властиве ВРД (а отже, і МКВРД).

До того ж, відповідно до цього, перші ТРД мали дуже малий експлуатаційний ресурс. Motorjet міг у цьому плані також мати перевагу. Адже його надійність і довговічність (порівняно з ТРД) здебільшого залежала від добре відпрацьованого ПД та досить простої камери згоряння. Тому інтерес до такого двигуна був цілком закономірний.

Проте, вищезгадана перехідність двигуна визначила та її істотні недоліки, робили зрештою (і особливо після швидкого застосування ТРД) його подальше використання просто недоцільним.

Робочі процеси в комбінованій силовій установці, що працює за принципом мотокомпресорного двигуна, Описуються відразу двома термодинамічних циклами. Поршневий двигун – це цикл Отто, а ВРДК – цикл Брайтона.

Як відомо, чим вищий тиск у циклі, тим вища його робота, а значить і отримувана потужність. При високому тиску якісніше протікають теплові процеси в камері згоряння, підвищується повнота згоряння, а значить знижується потреба в паливі і зростає економічність.

Повноту корисного використання тепла, одержаного при спалюванні палива, характеризує термічний ккд циклу. Він безпосередньо залежить від ступеня стиснення повітря, що надходить у камеру згоряння. Чим вищий ступінь стиснення, тим вищий ккд.

Для поршневого двигуна ступінь стиснення характеризує така величина, як компресія, а для повітряно-реактивного двигуна з компресором - це π дотобто ступінь підвищення тиску в компресорі.

І ось якраз отримання високого π до за допомогою компресора ВРДКвиявилося справою скрутною. Одна з причин тому – недосконалість компресорів, що застосовуються. Складність технологій, недостатній рівень (порівняно з теперішнім часом) інженерних та конструкторських знань у галузі створення осьових компресорів змушував застосовувати в основному відцентрові компресори, у деяких випадках навіть вентилятори (повітряні гвинти) у кільцевих оболонках.

Осьові компресори стали частіше з'являтися лише у німецьких проектах кінця 30-х, у першій половині 40-х. Але й таким агрегатам, щоб створити більше стиснення треба мати більшу кількість ступенів, а значить великі розміри і масу, що не завжди можна (ще одна причина низького π до ).

Один ступінь хорошого ЦП компресора в принципі може забезпечити відносно високий рівень підвищення тиску, проте при цьому пропускна здатність її в 2,5-3 рази менше, ніж у осьового компресора (за інших рівних умов). А пропускна спроможність - це витрата повітря, один із головних параметрів будь-якого ВРД. Він прямо пропорційний тязі.

Більше того, стиск – важка робота. Чим більший ступінь стиснення ми хочемо отримати і забезпечити більшу витрату повітря, тим більшу роботу повинен виконувати агрегат, що приводить компресор.

Для випадку ВРДК– це поршневий двигун, і для нього велика потужність означає велику масу. Маса - один з основних недоліків мотокомпресорної силової установки, в якій для приводу малопотужного компресора застосовується окремий потужний агрегат (ПД). Подвійно гірше, якщо привід компресора – його єдина функція, тобто повітряний гвинт не використовується.

У цьому плані газова турбіна турбореактивних двигунів (особливо сучасних) перебуває у значно кращому положенні. При відносно малій масі і габаритах (компактна), перебуваючи у складі єдиного агрегату, вона здійснює дуже велику роботу з приводу компресора (а також часто масивного вентилятора), що стискає і пропускає через двигун великі маси повітря.

У результаті при всіх можливих плюсах маємо: невисокий ступінь стиснення, низький ккд, низька економічність (як втім у будь-якої форсажної камери), досить мала витрата повітря і велика маса. Цілком зрозуміло, що конкуренція з турбореактивним двигуном мотокомпресорному була б не під силу. Втім, її практично і не було.

Жоден із літаків, обладнаних motorjet-ом, по суті справи не був у «серйозній» експлуатації. Всі вони, навіть дійшовши до дрібної серії І-250, так, загалом, і залишилися досвідченими, свого роду демонстраторами інших, на жаль, не зовсім вдалих технологій.

Історію, як відомо, пишуть переможці.

У разі свого роду переможцем став ТРД, цілком, втім, заслужено. При цьому мотокомпресорний двигун опинився в тіні, так що, як уже говорилося, навіть не всі (особливо люди в авіаційному сенсі недосвідчені) про нього знають.

Проте, насправді він став важливою ланкою історія розвитку авіації. Це факт, значення якого не можна применшувати. Практика використання для сучасних ТРД (ТРДД) бере свій початок, по суті, з перших motorjet-ів. Досить камеру згоряння двигуна літака Caproni Campini N.1.

Другий контур сучасних турбовентиляторних двигунів, завдяки якому вони високоекономічні та малошумні – свого роду втілення мотокомпресорних двигунівіз так званою холодною тягою.

Таким чином, всупереч думці деяких істориків авіації, що стосується примітивності і неактуальності motorjet-ів, що являють собою тупикову гілка розвитку ВРД, вони все-таки заслуговують на шанобливе ставлення і займають помітне місце в ряді світових авіаційних досягнень.

—————-

Насамкінець ще один ролик від «Hornet Project» та ілюстрації на тему, які не увійшли в основну розповідь.

До нових зустрічей…

Схема розташування силової установки літака Caproni Campini №1/СС2.

Перевіряє роботу форсажної камери двигуна літака Caproni Campini № 1/CC2. Фюзеляж розтикається.

Демонстрація включення форсажу літаком Caproni Campini №1/CC2 при розстиканому фюзеляжі.

Літак Caproni Campini №1/СС2 у музейній експозиції.

Турбореактивний двигун HeS-3.

Схема мотокомпресорної силової установки літака І-250.

Літак І-250 (МіГ-13).

Літак-снаряд Ohka 22 в Аерокосмічному музеї.

Процес монтажу двигуна Tsu-11 на літак Ohka-22 (аерокосмічний музей).

Повітрозабірник двигуна Tsu-11. Видний компресор.

Літак Су-5 із ВРДК.

Ще один проект літака із мотокомпресорним двигуном КБ Сухого.

Аеросани з двигуном Коанда.

Внутрішній пристрій аеросанів із двигуном Коанде.

Камера згоряння працює як складова мотокомпресорного двигуна (проект Hornet).

Схема двигуна "032", вид на поршневий двигун.

Турбореактивний двигун є одним із найважливіших механізмів, який винайшли у двадцятому столітті. Поговоримо про те, що супроводжувало це відкриття, які моделі цього пристрою сьогодні і чи можна виготовити його самостійно.

Трохи історії

Пристрій

Робоче тіло двигуна складається з:

• компресора, що служить для стиснення повітря;
• камери згоряння для нагрівання;
• турбіни для розширення.

Охолодний ефект забезпечується атмосферою.

У компресорі є диски з металу, але в їх вінцях розташовані лопатки, які захоплюють повітря зовні і переміщають всередину.

Від компресора повітря прямує в камеру згоряння, нагріваючись і змішуючись з гасом, що потрапляє туди через ротор.

Далі дія переходить у турбіну, де газ розкручується подібно до іграшки-пропелера. Зазвичай турбіни мають три-чотири щаблі. Саме цей механізм припадає найбільше навантаження. Турбореактивний двигун обертається зі швидкістю до тридцяти тисяч обертів за хвилину. Смолоскип, що виходить з камери згоряння, може мати температуру до півтори тисячі градусів за Цельсієм. Повітря, розширюючись тут, починає рухати турбіну.

Після цього в реактивному соплі робоче тіло досягає швидкості більшої, ніж швидкість зустрічного потоку. У такий спосіб і виходить реактивна тяга.

Види

ТРД або турбореактивний двигун, принцип роботи якого описаний вище, відноситься до класу газотурбінних. Він буває:

• ТРД із форсажною камерою;
• двоконтурний ТРД;
• двоконтурний ТРД із форсажною камерою.

Наразі відомо п'ять поколінь турбореактивних двигунів. До першого належать ще ті, які використовувалися у роки війни англійськими, а також фашистськими силами. У другому поколінні в ньому з'явилися осьовий компресор, форсажна камера та повітрозабірник із можливістю регулювання. У третьому — збільшився стиск, у четвертому вдалося підняти робочу температуру. П'яте покоління у вітчизняній розробці має посилену потужність та кращу маневреність. Агрегати, призначені для винищувачів, виготовляються на уфімському заводі.

Турбореактивний двигун своїми руками

Любителям-моделістам, які хочуть зібрати двигун самостійно, сьогодні пропонується повний асортимент усіх запчастин. У продажу є спеціальні набори для збирання (наприклад, Kit). Турбіну можна придбати як готову, і зробити самим. Останній варіант досить клопіткий і може обійтися в копієчку. Це найскладніша частина для тих, хто збирає турбореактивний двигун своїми руками, тому що тут будуть потрібні і токарно-фрезерна установка, і зварювальний прилад.

Перед виготовленням варто вивчити теорію з мікро-ТРД. Для цього існують спеціальні посібники, де наводяться розрахунки та креслення.

А потім можна починати шлях в авіамоделювання.