+7 (495) 720-06-54
Пн-пт: с 9:00 до 21:00, сб-вс: 10:00-18:00
Мы принимаем он-лайн заказы 24 часа*
 

Реактивный двигатель морской: Водная ракета — новый движитель для скоростного флота – Наука – Коммерсантъ

0

Водная ракета — новый движитель для скоростного флота – Наука – Коммерсантъ

Максимальная скорость привычных водных транспортных средств ограничена. В их двигателях происходит непрямое преобразование химической энергии топлива в энергию движения воды: через преобразование в механическую энергию различного рода движителей (гребных винтов, турбин, насосов). Неизбежные при непрямом преобразовании потери приводят к ограничению на максимальную скорость — на уровне 100-130 км/ч (это связано с кавитацией, разрушающей лопасти винтов, импеллеров и др.). Но это ограничение преодолеть можно.

В Центре импульсно-детонационного горения (Центр ИДГ) при Институте химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) разработаны, созданы и испытаны экспериментальные образцы прямоточного импульсно-детонационного гидрореактивного движителя, работающие на иных физических принципах и не имеющие мировых аналогов. В новом движителе происходит прямое преобразование химической энергии топлива в энергию движения воды. В результате надводному объекту сообщается гидрореактивная тяга, ускоряющая его до скоростей, недостижимых при использовании традиционных движителей. Отличительная особенность нового движителя — применение наиболее энергоэффективного и энергосберегающего рабочего цикла: цикла Зельдовича* с управляемым детонационным горением смеси моторного топлива с окислителем. Кроме того, в нем нет подвижных механических частей.

Расчеты

Экспериментальные образцы спроектированы специалистами ИХФ РАН на основе гидродинамических расчетов, позволивших оптимизировать параметры движителя. Конструкция и принцип работы движителя просты (рис. 1). Он представляет собой водовод (профилированную трубу с водозаборным устройством и соплом, погруженную в воду) с введенной в него импульсно-детонационной трубкой. Импульсно-детонационная трубка — сердце движителя — предназначена для генерации коротких, но очень интенсивных периодических импульсов давления в виде ударных волн, выходящих в водовод и выбрасывающих забортную воду из водовода через сопло. Каждый импульс давления в импульсно-детонационной трубке — это детонационная волна, образованная в результате зажигания топливной смеси и последующего быстрого, но управляемого перехода горения в детонацию — ускорения пламени от ~0,5 м/с до ~2000 м/c. Каждая ударная волна, выходящая в водовод, вовлекает воду в движение к соплу и, следовательно, придает движителю импульс силы — реактивной тяги.

Рис. 1. Схема плоского прямоточного водометного движителя

Важнейший фактор, влияющий на передачу количества движения от ударной волны к воде, а значит, и на энергоэффективность,— это сжимаемость воды, которая сильно зависит от содержания в ней газов. Вода в таком движителе всегда насыщена пузырьками с газообразными продуктами детонации предыдущего цикла, а при высокой скорости — еще и кавитационными пузырьками. Сжимаемость пузырьковой среды велика, больше, чем сжимаемость чистого газа. Расчет показывает, что при газосодержании в 20-25% прибавка скорости воды за ударной волной в водоводе может достигать 30-40 м/c.

На рис. 2 показан пример расчета одного цикла (частота циклов 10 Гц) на установившемся режиме работы плоского прямоточного импульсно-детонационного гидрореактивного движителя (ИДГРД) при набегающем со скоростью 5 м/с потоке воды. Сверху вниз на шести картинках показана эволюция распределения объемной доли. Верхняя и нижняя картинки очень похожи, значит, начальные условия для каждого рабочего цикла хорошо воспроизводятся. К такому же выводу приводит рис. 3, на котором показана расчетная зависимость мгновенной тяги движителя от времени в первых семи рабочих циклах. Повторяемость формы импульсов достигается уже после двух-трех начальных "выстрелов", а сре

Истребитель компании Focke-Wulf с прямоточными воздушно-реактивными двигателями. Необычный проект и история его разработки

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной. Перевод был выполнен в апреле 2016 года. Х

очу выразить большую благодарность уважаемому коллеге redstar72 за помощь в редактировании данной статьи.

Содержание:

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), изначально получивший название Lorin-Düse (дюза Лорена), с точки зрения технологии представляет собой простейшую силовую установку из всех существующих. В подобном трубе агрегате поток сжатого воздуха быстро перемещается относительно продольной оси, и затем в него впрыскивается топливо. Быстрое перемещение летательного аппарата приводит к тому, что набегающий поток воздуха подтормаживается и сжимается на входе в силовую установку. После того как топливо внутри агрегата воспламеняется, горячие выхлопные газы с высокой скоростью выходят из выхлопного сопла ПВРД и заставляют агрегат быстро перемещаться вперёд.

По принципу действия ПВРД отличается от турбореактивных двигателей (ТРД), в которых поступающий в камеру сгорания воздух предварительно сжимается компрессором, тогда как в ПВРД сжатие осуществляется посредством скоростного напора непосредственно в диффузоре (Luftaufstauer).

Поскольку нормальное протекание процесса сгорания возможно только при строго ограниченном соотношении топлива и воздуха, то тяга ПВРД зависит от расхода воздуха. Таким образом, скорость полёта летательного аппарата с подобной силовой установкой пропорционально связана с давлением сжимаемого воздуха; сопротивление самолета возрастает с квадратом его скорости. При приближении скорости полёта к скорости звука появляется высокое дополнительное давление как планера летательного аппарата, так и его силовой установки, и мощность силовой установки лишь ненамного превышает значение скоростного напора.

Таким образом, предельная скорость самолёта на всех высотах полёта зависит от его аэродинамической формы, определяющей критическое значение числа Маха. Следовательно, чтобы полностью реализовать преимущества реактивной силовой установки, достоинства которой раскрываются на высоких скоростях, при известных характеристиках расхода топлива и высотах полета более 11 километров самолёты должны иметь такую форму, чтобы критическая скорость (точка пересечения кривых аэродинамического сопротивления и тяги силовой установки) располагалась как можно выше.

От Рене Лорена к Ойгену Зенгеру

Француз Рене Лорен (Rene Lorin) еще в 1913 году сформулировал концепцию прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Однако в те годы авиация только начинала своё развитие, и для реализации подобных значительно опередивших свое время идей не было технических возможностей. Только в 1936 году французский инженер Ледюк (Leduc) успешно провел опыты и на практике доказал, что ПВРД могут функционировать.

В Германии начиная с конца тридцатых годов – прежде всего компания Walter в г. Киле и доктор Ойген Зенгер (Eugen Sänger) из DFS, – занимались исследованиями, целью которых было создание опытных силовых установок, работающих по предложенному Рене Лореном принципу. В то время как работы компании Walter остановились на стадии эксперимента, доктору Зенгеру в 1941-43 годах удалось создать опытные образцы ПВРД.

Эти опытные ПВРД были испытаны на переделанных в летающие лаборатории бомбардировщиках Do 17 и Do 217. Замеры различных параметров, проведенные в ходе летных испытаний, подтвердили сделанные ранее расчеты.

Кроме того, измерительные зонды предоставили ценные сведения о сложных процессах в области внутренней термодинамики прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Тем не менее, полёты с работающими ПВРД дали мало информации о действительном потенциале силовых установок данного типа. Хотя скорость полёта бомбардировщика Do 217 и возросла до 720 км/ч (на 275 км/ч выше его обычной крейсерской скорости), КПД силовой установки по ряду причин – не в последнюю очередь из-за не вполне подходящей летающей лаборатории и нестабильности процесса сгорания топлива внутри трубы силовой установки (сгорало лишь около 70 % топлива) – оставался в целом неудовле­тво­ри­тельным.

По этой причине компания Focke-Wulf осенью 1943 года приступила к собственным исследованиям, целью которых было усовершенствование аэродинамики ПВРД и, соответственно, повышение эффективности силовой установки данного типа.

Казалось бы, результаты экспериментов Зенгера подтверждали, что «реактивные трубы» в ходе последовательного развития могут стать, по крайней мере, отличными вспомогательными двигателями для повышения характеристик скоростных самолетов.

Однако выбранное им конструктивное исполнение ПВРД было непригодным для самолетов с высокими характеристиками, поскольку он не учел пока еще несовершенный процесс горения и дополнительное сопротивление огромных «печных труб» (Ofenrohre), самая большая из которых достигала в длину 10,6 м и 1,5 м в диаметре. Это сопротивление уже на скоростях порядка 950 км/ч было больше, чем создаваемая ПВРД тяга (Рис. 1).

Рис. 1. Схематическое изображение разработанного Ойгеном Зенгером прямоточного воздушно-реактивного двигателя: a – диффузор, b – сетка впрыска, c – распределение топлива, d – камера сгорания, e – дюза

вернуться к меню ↑

Разработки компании Focke-Wulf

Для дипломированного инженера доктора O. Пабста (Dipl.-Ing. Dr. O. Pabst), руководителя отдела разработок компании Focke-Wulf, проблема в основном состояла в том, чтобы за счет соответствующей формы снизить площади внутренних и внешних поверхностей трения путем нового определения размеров и форм силовой установки и добиться увеличения концентрации тяги силовой установки на единицу площади их поперечного сечения.

Под руководством кандидата технических наук (к.т.н.) Теодора Цобеля (Dr.-Ing. Theodor Zobel), руководителя отдела дозвуковых скоростей Брауншвейгского НИИ авиации (Abteilung «Unterschall» in der Luftfahrtforschungsanstalt Braunschweig), были проведены аэродинамические расчеты обтекания тел различной формы. В конце февраля 1944 года руководимому к.т.н. Цобелем отделу удалось найти оптимальную конфигурацию формы ПВРД, обеспечивающую минимальное аэродинамическое сопротивление при высоких скоростях полета. И внешний вид, и внутреннее устройство этого двигателя существенно отличались от «трубы Зенгера».

Исследования показали, что длина конического диффузора (Kegeldiffusor), в ПВРД конструкции Зенгера равная трем диаметрам двигателя, может быть уменьшена до одного диаметра, а используя принцип диффузора со свободной струёй (Freistrahldiffusor), возможно реализовать основную часть преобразования скорость-давление непосредственно в воздухозаборнике силовой установки. В дальнейшем благодаря использованию форсунок особой конструкции предполагалось не впрыскивать топливо в камеру сгорания, как было сделано в двигателе Зенгера, а подавать его в парообразном или газообразном виде.

Это позволяло не только добиться 100 % сгорания топлива, но и уменьшить длину камеры сгорания всего до ¾ диаметра ПВРД; в свою очередь, необходимая длина сопла благодаря усовершенствованной внешней аэродинамике не превышала ½ диаметра. Эти изменения размеров силовой установки и соответствующее уменьшение её поверхности позволили значительно снизить сопротивление трения и тем самым повысить общий КПД двигателя.

По результатам первой фазы исследований был составлен отчет, который вызвал большой интерес не только в техническом отделе, но и в Имперском научно-исследовательском совете (Reichsforschungsrat). Командующий истребительной авиацией (General der Jagdflieger) генерал Галланд также был впечатлён возможностями, которые давали ПВРД новой конструкции, и через своего технического офицера майора Шрёдтера (Major Schroedter) поручил коллективу исследователей компании FW форсировать работы по данной тематике.

О том, насколько изменилось отношение к ПВРД, интерес к которым в течение нескольких предшествующих лет был весьма сдержанным, свидетельствует тот факт, что уже в конце марта 1944 года компания Focke-Wulf получила заказ на скорейшую разработку и изготовление четырёх опытных образцов ПВРД своей конструкции.

При этом к ним предъявлялись следующие требования:

  1. Работоспособность двигателя на высотах до 18 км;
  2. Использование дешёвых низкосортных видов топлива, таких как каменноугольное или буроугольное масло, парафинистая нефть.
вернуться к меню ↑

Испытания ПВРД 

В конце апреля 1944 года в тесном сотрудничестве НИИ авиации в Брауншвейге и научно-исследовательский институт аэродинамики (Aerodynamischen Versuchsanstalt) в Геттингене начали совместные исследования моделей. Целью этих исследований было установление окончательной формы силовой установки, а также конструкторские работы по созданию оптимальных форсунок и испарителя.

Конфигурация корпуса (трубы) силовой установки, соответствующая последним результатам аэродинамических исследований, была окончательно определена в середине июля 1944 года, а в конце месяца на заводе компании Focke-Wulf в Бад-Айльзене (Bad Eilsen) завершилось изготовление двух опытных образцов (Рис. 2).

Рис. 2. Форма силовой установки, подобранная после завершения испытаний в научно-исследовательском институте аэродинамики, Геттинген

Однако следующий шаг, предложенный доктором Пабстом – провести лётные испытания для изучения влияния ПВРД на летные характеристики и поведение самолета в воздухе – так и не был сделан. Хотя конструкторская документация по установке корпусов опытных ПВРД на законцовках крыла истребителя FW 190 была полностью разработана, испытания не состоялись из-за отказа поставить самолет для этих целей (Рис. 3).

Рис. 3. Схема размещения ПВРД на законцовках крыла истребителя FW 190A-10

Насколько быстро шла разработка корпуса ПВРД, настолько же проблемным оказалось создание работоспособного испарителя, в котором должно было испаряться тяжелое высококипящее топливо (каменноугольное [дегтярное] масло [Teeröl]). Уже при первых принципиальных отработках возникли значительные проблемы с подачей необходимого количества топлива, которое должно было поступать в камеру сгорания в виде паров, со смесеобразованием, с регулировкой подачи топлива, установлением необходимого количества подаваемого топлива и поддержанием фронта пламени.

Сначала в компании Focke-Wulf рассчитывали завершить разработки в течение четырех месяцев, но вскоре стало понятно, что эти сроки иллюзорны и нереальны. В результате инженеры компании сконцентрировались на разработке камеры сгорания, которая могла бы работать без испарителя топлива.

В середине августа 1944 года была представлена первая работоспособная модель ПВРД. Эту силовую установку направили в Брауншвейгский НИИ авиации. Однако несмотря на то, что руководитель группы разработок (Chef der Amtsgruppe «Entwicklung») технического отдела подполковник Кнемайер (Oberstleutnant Knemeyer) в письме напомнил о необходимости провести испытания как можно быстрее, эти испытания камеры сгорания не были начаты. На это была серьезная причина: незадолго перед изготовлением первого работоспособного образца ПВРД бомбардировщики союзников нанесли удар по химическому комбинату Leuna-Werke, производившему необходимый для испытаний пропан. Завод был серьёзно поврежден и о быстром восстановлении производства пропана на нем не могло быть и речи.

После этого в середине сентября доктор Пабст предложил проводить испытания, используя в качестве топлива водород. Монтаж двухсот баллонов с водородом в испытательном центре Люфтваффе в Ораниенбурге (Oranienburg) растянулся на месяцы. Только в конце января 1945 года, когда было установлено всё необходимое для выполнения измерений оборудование и проведена сборка силовой установки, были выполнены измерения сопротивления обшивки неработающего ПВРД. В середине февраля стало возможным производить измерения величины тяги работающей силовой установки. При расходе воздуха 0,705 кг/с скорость газов на выходе из сопла составляла 352 м/с, что соответствовало расчетным данным. (Рис. 4).

Рис. 4. ПВРД, разработанный компанией Focke-Wulf

В декабре 1944 года по заказу верховного командования ВВС (степень срочности «DE») предусматривалось изготовить четыре предсерийных прямоточных воздушно-реактивных двигателя, которые можно было бы использовать на самолётах. Исследования в рамках этого заказа должны были вестись до конца августа 1945 года, но после того как войска противника заняли Брауншвейг и Бад-Айльзен, эти испытания прекратились.

Позднее, когда между союзниками по Антигитлеровской коалиции возникли разногласия, исследования, проводившиеся под руководством доктора Цобеля и доктора Пабста, были внимательно изучены. Союзники оценили их как новаторские и значительные. Согласно рассекреченным документам эти результаты использовались американскими и английскими научно-исследовательским институтами в качестве основы для ведущихся ими исследований. Захваченные союзниками материалы стали открыто публиковать только в 1955 году.

вернуться к меню ↑

Проекты самолетов с ПВРД

Интенсификация разработки современных мощных ПВРД заставила инженеров и техников, работавших в проектно-конструкторских бюро немецких авиастроительных компаний, заблаговременно перейти к исследованию возможностей использования прямоточных воздушно-реактивных двигателей не только в качестве дополнительных силовых установок, но и в качестве основных для бомбардировщиков и истребителей.

Так в первые месяцы 1944 года возникло большое количество смелых, с аэродинамической точки зрения смотрящих далеко вперед проектов, в которых описанные выше ПВРД предназначались для нормального продолжительного полёта. (Рис. 5).

Рис. 5. Реактивный бомбардировщик компании Focke-Wulf. Проект разработан к 24 июня 1944 года. Сделанный от руки эскиз находился в приложениях к проекту

Так как «трубы Лорена» в статическом (неподвижном) положении не создавали тяги, то самолёты с ПВРД должны были сначала взлетать и разгоняться до создающей избыток тяги скорости (примерно 150-180 м/с) с использованием иных силовых установок. Вследствие этой проблемы, казавшейся им едва ли разрешимой, инженеры-проектировщики считали себя поставленными в сложное положение. Всё более тяжелое положение Германии и крайне сжатые сроки, отпущенные на разработку, не позволяли им найти приемлемое в военных условиях решение.

Так, например, был предложен вариант запуска истребителя-бомбардировщика при помощи сцепки Mistel. Достигнув высоты в 12 000 метров, самолет с ПВРД должен был отсоединяться от своего носителя и затем в пикировании набрать скорость около 800 км/ч и запустить силовую установку. Конечно, подобная методика взлёта была возможна, равно как был возможен взлет при помощи стартовых ускорителей. Однако издержки по разработке, изготовлению и техническому обслуживанию двух различных по конструкции силовых установок, использовавших различные сорта топлива, были слишком высоки и требовали бы очень много времени. Вследствие этого подобный вариант всерьёз не рассматривался.

вернуться к меню ↑

Проект истребителя с вращающимся крылом (Triebflügel) компании Focke-Wulf

Весной 1944 года в компании Focke-Wulf был разработан проект истребителя с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, который многие специалисты назвали «Колумбовым яйцом». Конструктор Халем (Halem), инженер Х. Мюльтхопп (H. Multhopp), один из конструкторов истребителя Ta 183, и доктор Пабст после рассмотрения различных вариантов пришли к выводу, что комбинация силовой установки Лорена и вращающихся крыльев является оптимальным решением для выполнения самолетом взлёта. ПВРД должны были размещаться на вращающихся с большой скоростью лопастях крыла и, таким образом, можно было бы взлетать без использования дополнительной силовой установки. Ротор при запуске прямоточных воздушно-реактивных двигателей предполагалось разгонять при помощи простого вспомогательного агрегата. Далее воздух в силовой установке сжимался, и затем в камеру сгорания подавались пары топлива. Сразу же после поджигания топливо-воздушной смеси тяга ПВРД сначала была небольшой, но по мере сжимания поступающего в силовую установку топлива тяга должна была сразу же возрастать и уже примерно через минуту после запуска позволила бы самолёту взлететь.

В конце мая 1944 года представления конструкторов обрели конкретную форму. Были представлены три предварительных проекта с новой системой силового привода, которые различались между собой взаимным расположением крыла и кабины пилота. Данные проекты были подвергнуты первым сравнительным оценкам (Рис. 6).

Рис. 6. Варианты взаимного расположения вращающегося крыла и кабины пилота в представленном на рассмотрение в середине мая предварительном проекте истребителя с вращающимся крылом и ПВРД, установленными на законцовках его лопастей

У всех трех проектов, имевших примерно равные размеры, возникли сложности при размещении вращающегося вокруг фюзеляжа крыла, на законцовках лопастей которого были установлены ПВРД. Причиной этому были большие размеры подшипника. В вариантах «А» и «В» в конструкции самолета должно было учитываться воздействие действовавших на фюзеляж сил (Rumpfkräfte), а в варианте «C» пушечные стволы должны были быть установлены наклонно относительно оси фюзеляжа.

В варианте «С» присоединение подшипника могло осуществляться к фюзеляжу обычной конструкции; в вариантах «А» и «В» требовалось наличие фюзеляжной трубы (Rumpfröhre) с диаметром, достаточным для размещения вращающегося крыла. Такое техническое решение не являлось недостатком, поскольку труба фюзеляжа являлась главным несущим элементом конструкции и для самолётов с вращающимся крылом такая компоновка должна была быть очень удачной. Удар о поверхность земли при посадке самолёта через основное шасси мог бы передаваться прямо на фюзеляж, далее на трубу и на расположенные вокруг нее топливные баки. Таким образом, внешняя обшивка представляла собой только обтекатель. Заливку топливных баков можно было выполнять в кратчайшие сроки. Протектированные топливные баки защищали фюзеляжную трубу и размещавшиеся внутри фюзеляжа приводы стоек шасси и систему управления от повреждений, наносимых огнем противника. Таким образом, фюзеляжная труба была простым конструктивным элементом, с легкой возможностью провести расчеты необходимых размеров и выполнить испытания полученной модели.

С точки зрения размещения необходимого для истребителя вооружения, оптимальным представлялся вариант «А», поскольку он позволял разместить пушки наилучшим образом. В носовой части самолета предполагалось разместить по две пушки MK-103 и MG-151 или четыре пушки MG-213 с соответствующим боезапасом. Оружие, лафеты и коробки с боезапасом располагались между герметичной кабиной пилота и вращающимся крылом. Таким образом, всё вооружение располагалось ближе к оси самолета и к нему обеспечивался удобный доступ. При этом на скорострельность не влияли вращающиеся лопасти крыла, и пилоту обеспечивался отличный обзор.

У варианта «В» кабина пилота располагалась со смещением далеко назад, и поэтому обзор был значительно хуже. У варианта «С» вооружение располагалось бы менее удачно, чем у вариантов «А» и «В». В данном варианте пушка могла размещаться в коке/обтекателе лопастей крыла, из-за чего снимать и устанавливать на самолёт вооружение было бы сложно. Так как свободное пространство в варианте «С» располагалось бы в задней части корпуса, то отсек с вооружением в этом случае должен был быть смещен далеко назад и установленное в нем вооружение должно было стрелять вне зоны ометания лопастей крыла, т.е. с наклоном относительно оси самолета. В этом случае вести прицельный огонь было бы очень затруднительно.

Исследования вопросов аэродинамики и устойчивости самолета, прежде всего при вертикальном снижении, продемонстрировали однозначное преимущество варианта «А», у которого лопасти с установленными на их законцовках ПВРД располагались на 37 % длины фюзеляжа. В свою очередь у варианта «В» лопасти крыла, за которыми находилась кабина пилота, располагались на 30 % длины, а у варианта «С» крыло располагалось в носовой части фюзеляжа.

Выбор размещения шасси для самолета столь нетрадиционной компоновки был также необычным. В задней части фюзеляжа на линии продольной оси самолета конструкторы предусмотрели установку основной стойки шасси и четырех небольших дополнительных амортизационных телескопических стоек, размещавшихся на законцовках крестообразного хвостового оперения. Данные дополнительные стойки должны были выдвигаться при нахождении самолета на аэродроме и при перемещении по взлетно-посадочной полосе (Рис. 7).

Рис. 7. Расположение шасси у истребителя с вращающимся крылом

Колесо основной стойки шасси в выдвинутом состоянии выступало на 50 см перед колесами дополнительных стоек шасси. При посадке поверхности земли касалось сначала основное колесо, и стойка основного шасси принимала на себя всю нагрузку. Под воздействием этой нагрузки стойка основного шасси проседала, после чего земли касались четыре колеса дополнительных стоек шасси. Ход этих четырех стоек дополнительного шасси был равен всего 20 см. Таким образом, основное шасси служило при посадке самолета, а дополнительные использовались при рулежке самолета по поверхности аэродрома. Благодаря такой конструкции ударная нагрузка при посадке передавалась прямо на трубу фюзеляжа, что предотвращало большие колебания корпуса относительно продольной оси.

Из-за однозначных преимуществ варианта «А», выявленных в результате анализа компоновок, именно он лег в основу проекта истребителя с вращающимся крылом, представленного компанией Focke-Wulf на рассмотрение планового отдела Имперского научно-исследовательского совета (Reichsforschungsrat) 15 сентября 1944 года (Рис. 8, 9).

Рис. 8. Внешний вид проекта, представленного в сентябре. Оригинальные чертежи

Рис. 9. Схемы разработанного компанией Focke-Wulf проекта истребителя с вращающимся крылом

Как уже сообщалось, из-за затянувшихся исследований и испытаний прямоточных воздушно-реактивных двигателей, до окончания войны данный проект не был завершен.

вернуться к меню ↑

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАТЕРИСТИКИ

«Секретные документы. Только для высшего командования»

Истребитель с вращающимся крылом и силовой установкой Лорена

вернуться к меню ↑

Общие данные

Назначение:одноместный истребитель с герметичной кабиной
Конструкция:с вращающимся крылом и силовой установкой Лорена
Прочность:nA = 6 при полётном весе G = 5,175 тонн
Силовая установка:три дюзы Лорена конструкции компании Focke-Wulf
Размеры: 
 площадь лопасти вращающегося крыла: F = 16,5 м²
 площадь зоны ометания лопастей вращающегося крыла: Fp = 80 м²
 половина размаха крыла: b/2 = 5 м
 относительное удлинение крыла: Λ = 9,1
 площадь вертикального оперения: Fs = 5 м²
 площадь горизонтального оперения: Fh = 5 м²
 наибольшая длина: L = 9,15 м
 наибольшая ширина: B = 11,5 м
 максимальная удельная нагрузка на несущую поверхность: G/Fmax = 314 кг/м²
 минимальная удельная нагрузка на несущую поверхность: G/Fmin = 212 кг/м²
Экипаж:1 человек
Полетный вес: 
 максимальный взлетный: Gmax = 5,175 тонн
 минимальный посадочный: Gmin = 3,5 тонн
Шасси: 
 одна основная стойка шасси с колесом размером 760×260 мм
 четыре вспомогательные стойки шасси с колесами размером 380×150 мм
Вспомогательное взлётно-посадочное устройство:три силовых установки Вальтера с тягой по 300 кг каждая, установленные в соплах дюз Лорена
Топливная система:суммарный вес топлива, находящегося в протектированных топливных баках – 1500 кг
Вооружение: 
 две 30-мм автоматические пушки МК-103 с боекомплектом по 100 снарядов на ствол
 две 20-мм автоматические пушки MG-151 с боекомплектом по 250 снарядов на ствол
Бронирование:обычное для истребителей, защищающее от обстрела спереди под углом в 10°
Скорость полета: 
 на уровне моря: 1000 км/ч
 на высоте 7 км: 900 км/ч
 на высоте 11 км: 840 км/ч
 на высоте 14 км: 840 км/ч
Скороподъёмность: 
 на уровне моря: 125 м/с
 на высоте 7 км: 50 м/с
 на высоте 11 км: 20 м/с
 на высоте 14 км: 7 м/с
 на высоте 15 км: 2 м/с
 на высоте 15,5 км: 0 м/с
Время набора высоты: 
 1 км: 8,2 с
 2 км: 16,8 с
 4 км: 39,5 с
 8 км: 1,8 мин
 12 км: 4,5 мин
 14 км: 7,4 мин
 15 км: 11,5 мин
Дальность полёта: 
 на уровне моря: 650 км при экономической скорости Vr = 925 км/ч
 на высоте 4 км: 900 км при экономической скорости Vr = 870 км/ч
 на высоте 8 км: 1300 км при экономической скорости Vr = 800 км/ч
 на высоте 12 км: 2000 км при экономической скорости Vr = 725 км/ч
 на высоте 14 км: 2400 км при экономической скорости Vr = 625 км/ч
Продолжительность полёта: 
 на уровне моря: 0,7 ч при экономической скорости Vr = 925 км/ч
 на высоте 4 км: 1,0 ч при экономической скорости Vr = 870 км/ч
 на высоте 8 км: 1,5 ч при экономической скорости Vr = 800 км/ч
 на высоте 12 км: 2,6 ч при экономической скорости Vr = 725 км/ч
 на высоте 14 км: 3,4 ч при экономической скорости Vr = 625 км/ч
Расход топлива при наборе высоты: 
 4 км: 80 кг
 8 км: 170 кг
 12 км: 260 кг
 14 км: 340 кг
Весовые данные:  
 фюзеляж: 475 кг 
 основное шасси: 250 кг 
 дополнительное шасси: 225 кг 
 система управления: 60 кг 
 крыло: 575 кг 
 силовая установка Лорена: 240 кг 
 крепёжные элементы: 125 кг 
 протектированные топливные баки: 250 кг 
 комплект постоянно находящегося на борту самолёта оборудования: 225 кг 
 бронирование: 175 кг 
 вооружение (2×30-мм МК-103 и 2×20-мм MG-151): 500 кг 
 вес снаряженного самолёта: 3200 кг3200 кг
   
 топливо для силовых установок Лоренa: 1500 кг 
 топливо для силовых установок Вальтерa: 90 кг 
 боекомплект к пушкам МК-103 (200 снарядов): 170 кг 
 боекомплект к пушкам MG-151 (500 снарядов): 115 кг 
 вес пилота: 100 кг 
 общий вес нагрузки: 1975 кг1975 кг
 взлётный вес: 5175 кг5175 кг

Бад-Айльзен, 15.9.1944 года.    Подпись:

вернуться к меню ↑

Источники: 

Entwicklungsprotokolle und Schriftwechsel zum Lorin-Antrieb: Focke-Wulf GmbH, Deutsche Forschungsanstalt für Segelflug (DFS) Ainring, Luftfahrt-Forschungsanstalt (LFA) Braunschweig, Kaiser Wilhelm Institut für Strömungsforschung (KWI/AVA) Göttingen, Oberkommando der Luftwaffe (OKL). Ferner Voruntersuchungen zum Entwurf eines Triebflügel-Jägers mit Lorin-Düsenantrieb der Focke-Wulf GmbH vom 12. Juli, 15. Sept., 4. Okt. und 12. Okt. 1944.

Чертежи и схемы из собрания автора


источник: Manfred Boehme «Focke-Wulf Triebflügeljäger mit Staustrahlantrieb» // Luftfahrt International 12-1980, c. 511–515

Синхронные реактивные двигатели перспективны во многих промышленных применениях

Конструктивное многообразие этих двигателей с высоким КПД почти неизвестно российским инженерам

Синхронный реактивный двигатель (СРД) или в английском варианте Synchronous reluctance motor (SynRM) был изобретен около ста лет назад, однако его серийное производство налажено совсем недавно. В чем причина - в сложности решения задачи управления СРД, или толчком ко второй волне интереса стал спрос на рост энергоэффективности, заставивший производителей осваивать новые и забытые типы электродвигателей? С этого вопроса начался наш разговор с экспертами Алексеем Захаровым и Павлом Мазуровым.

Синхронный реактивный мотор компании «Сименс»

Захаров А.В., к.т.н., ведущий специалист по математическому моделированию и расчетам, ПАО  «НИПТИЭМ»

Повторное появление интереса к синхронно-реактивным двигателям обусловлено, с одной стороны, высокими и постоянно растущими требованиями по повышению КПД электрических машин, а с другой - снижением числа сложных технических применений, реализуемых на базе общепромышленных нерегулируемых электродвигателей.

Современные тенденции на рынке электродвигателей характеризуются снижением потребности в модификациях общепромышленных асинхронных электродвигателей (полюсно-переключаемых, с повышенными пусковыми характеристиками - повышенным скольжением и т. п.), обусловленной широким внедрением частотно-регулируемых электродвигателей. Это дало возможность разработчикам сосредоточиться на повышении КПД электродвигателей за счет снижения некоторых других характеристик машины, а также предложить электрические машины, ориентированные на использование только в частотно-регулируемом электроприводе, но обладающие высоким КПД, в том числе на машинах альтернативных конструкций. Проведенные исследования показали, что модификации синхронно-реактивных двигателей, имеющих короткозамкнутую обмотку на роторе, также могут быть применены при непосредственном питании от сети переменного тока в вентиляторных приложениях с невысокой инерцией сопряженного механизма.

Мазуров П., технический консультант, департамент «Непрерывное производство и приводы», ООО «Сименс»

Как это часто бывает, развитие СРД вызвано сразу несколькими факторами. С одной стороны, технологии силовой электроники сейчас позволяют массово производить простые и дешевые частотные преобразователи, обладающие функциями управления, о которых нельзя было мечтать раньше. Благодаря этому исчезла проблема управления СРД, из-за которой эти машины не могли массово использовать десятки лет назад. С другой стороны, феноменальные значения эффективности дают по-новому взглянуть на синхронные реактивные двигатели, и европейские предприятия, стремящиеся любой ценой оптимизировать технологические процессы на своем производстве, действительно видят в приводах на основе СРД новые возможности. А ужесточение требований по энергоэффективности только подталкивает к этой оптимизации.

Синхронные реактивные двигатели характеризуются высокой энергоэфффективностью, компактностью, надежностью, отсутствием потерь в обмотке ротора, но имеют и серьезный недостаток – низкий коэффициент мощности. Для его преодоления рядом разработчиков предложен PMaSynRM – синхронно-реактивный двигатель с постоянными магнитами в сердечнике ротора. Создаете ли вы подобные машины и на каких типах магнитов? В чем плюсы и минусы PMaSynRM, особенно в сравнении с классическим СРД?

Павел Мазуров, «Сименс»

Главные преимущества классических СРД – очень высокие значения КПД, причем не только в номинальном режиме, но и при сильно пониженных скоростях, низкая инерционность благодаря отсутствию обмотки в роторе, а также высокий (по сравнению с классическим асинхронным двигателем) сервис-фактор из-за отсутствия электрических потерь в роторе. Основной минус при этом, если не считать низкий коэффициент мощности, – то, что СРД требует наличие преобразователя, который будет им управлять. Двигатели PMaSynRM призваны решить проблему невозможности работы без ЧРП, но одновременно оказывают негативное влияние на все три главных преимущества. Наличие магнитов в роторе снижает КПД, увеличивает инерционность, и понижает сервис-фактор. Компания Siemens в данный момент сосредоточилась на производстве классических синхронных реактивных двигателей, без постоянных магнитов в роторе. КПД наших СРД серии 1FP1 превышает значения уровня класса энергоэффективности IE4. А проблема низкого коэффициента мощности решается правильным подбором преобразователя частоты.

Алексей Захаров, «НИПТИЭМ»

НИПТИЭМ проводит исследования и разрабатывает синхронные двигатели с внутренними магнитами ротора, которые могут подходить под указанное вами название. Их достоинства - это высокие КПД и коэффициент мощности. Недостатки тоже есть: завышенное значение тока на холостом ходу при работе от сети с нерегулируемой амплитудой напряжения; опасность возникновения высокого напряжения на повышенных частотах вращения, в зоне работы с постоянством мощности, при ошибках управления преобразователя частоты; отсутствие возможности свободного вращения ротора без генерации напряжения, что в аварийных режимах (витковой, фазный пробои обмотки статора) может привести к опасности дальнейшего разрушения технического объекта в случае невозможности остановить вращение вала машины.

Целесообразна ли разунификация сердечника статора СРД с сердечником асинхронного двигателя? Если да, то в каком сегменте - повышенной мощности или повышенной энергоэффективности - у этого шага бóльшие перспективы?

Алексей Захаров, «НИПТИЭМ»

Считаем, что унификация радиальной геометрии сердечника статора  для синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов (СДПМ) и СРД при разунификации с геометрией сердечников статора АЭД с КЗ с классами энергоэффективности IE1, IE2, IE3 имеет смысл, но экономически не оправдана.

В СРД можно выделить еще две градации – двигатели повышенной мощности и двигатели повышенной энергоэффективности. Какое из направлений вы считаете приоритетным?

Алексей Захаров, «НИПТИЭМ»

Направление машин повышенной мощности.

Встает ли вопрос целесообразности освоение производства АЭД мощностью до 100 кВт классов энергоэффективности выше IE3 при наличии энергоэффективных СРД?

Павел Мазуров, «Сименс»

Расчеты показывают, что приобретение двигателя классом энергоэффективности IE4 и частотного преобразователя к нему оказывается дороже, чем покупка СРД и соответствующего ЧРП той же мощности, если рассматривать мощности не более 45-55кВт. Поэтому, согласно нашему опыту рассмотрение двигателей класса IE4 целесообразно только в качестве нерегулируемого привода. Тогда как двигатели класса IE3 все ещё дешевле СРД той же мощности.

Алексей Захаров, «НИПТИЭМ»

Да, АЭД с КЗ имеют более широкие диапазоны работоспособности при изменении внешних условий работы.

Каковы показатели компактности СРД по сравнению с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором?

Алексей Захаров, «НИПТИЭМ»

В СРД возможно получение равной мощности в меньшем на одну ступень габарите.

Павел Мазуров, «Сименс»

Серия синхронных реактивных двигателей 1FP1 была спроектирована таким образом, что присоединительные размеры полностью совпадают с аналогичными по мощности асинхронными двигателями. Причиной банальна – предприятия, модернизирующие свои приводные системы, не хотят сталкиваться с проблемами сильного несовпадения по размерам нового оборудования с заменяемым, поэтому было решено унифицировать по присоединительным размерам серии СРД и асинхронных двигателей.

К типовым сферам применения СРД обычно относят устройства с вентиляторной механической характеристикой - насосы, вентиляторы, компрессоры. Встречаются упоминания о применении в запорной аппаратуре, намоточных устройствах, сервонасосах, экструдерах. Какие приложения включает в список применений СРД ваша компания, а какие нет?

Павел Мазуров, «Сименс»

Благодаря очень высоким значениям эффективности в широком диапазоне скоростей СРД особо интересны для использования в машинах, работающих в долговременном режиме. Это не только насосы и вентиляторы, но и конвейеры, и даже промышленное оборудование. Особенностью СРД Siemens является возможность работы с постоянным моментом в диапазоне регулирования 1:10 без принудительного охлаждения, что вкупе с высоким сервис-фактором и высокой динамикой очень на руку как раз-таки в конвейерных машинах. Поэтому Siemens рассматривает сферу применения СРД как максимально широкую. Преимущества СРД перед асинхронными двигателями классов IE3 и IE4 - не только в КПД, синхронные реактивные двигатели можно рассматривать практически в любом промышленном приложении с регулируемым электроприводом.

Сферы применения СРД «Сименс»

 Насосы, вентиляторы, компрессоры

• Энергоэффективное решение для насосов, вентиляторов и компрессоров в непрерывном производстве и воднохозяйственном комплексе

 Конвейеры, транспортеры

• Энергоэффектиное и динамичное решение для технологий перемещения и транспортировки груза

 Машиностроение

• Решение для машиностроителей с простым управлением и точным регулированием скорости

Алексей Захаров, «НИПТИЭМ»

Для  частотно-регулируемого привода с СРД практически нет ограничений по применению в технических приложениях. Важным ограничением, пожалуй,  является ограничение по максимальному и длительному значению развиваемого электромагнитного момента, имеющееся у электродвигателей любых типов.

Возможности СРД, получающих питание от сети переменного тока, имеют ограничения по применению. Однозначно можно рекомендовать использование таких электроприводов при   вентиляторной механической характеристике нагрузки и низких значениях инерции сопряженного механизма.

Существует точка зрения, что при решении задачи повышения энергоэффективности ряд компаний выбрал направление «синхронные двигатели с постоянными магнитами» (СДПМ), а другие сделали ставку на СРД? Связываете ли вы это с технологическими возможностями производства?

Алексей Захаров, «НИПТИЭМ»

Современное производство, отвечающее уровню развития постиндустриального общества, не может иметь сложностей при производстве как СДПМ, так и СРД.

Wartsila Marine Diesel Engines: руководства по ремонту PDF

Wärtsilä Oyj Abp - финская государственная инжиниринговая компания, которая производит машины и другое оборудование для газовых, нефтяных и других электростанций.

На протяжении всей своей истории компания работала в области судостроения, бумаги, замков, керамики, стекла. Крупные заводы компании расположены в городах Вааса, Турку (в 2004 г. производство перенесено в Триест), Хельсинки; Штаб-квартира - в городе Хельсинки.

В 2016 году из-за слабой конъюнктуры рынка и сложной конкурентной среды компания реорганизует свою структуру и деятельность, в том числе за счет сокращения штата.

Wärtsilä - финский концерн, специализирующийся на производстве судовых электростанций, силовых установок, винтовых механизмов, систем управления судном и другого оборудования. Wärtsilä Корпорация признана мировым лидером в производстве и проектировании четырехтактных поршневых двигателей большой мощности, которые устанавливаются на крупнейших круизных лайнерах, танкерах и контейнерах. корабли.

Wärtsilä - ведущий мировой производитель судовых и промышленных электростанций. Корпорация производит четырехтактные рядные и V-образные двигатели, предоставляет лицензия на производство рядных двухтактных двигателей под маркой Sulzer. Но все же основной продукт - это среднеоборотные четырехтактные двигатели, в производстве которых компания занимается мировой лидер.

Компания занимает третье место по производству тихоходных двухтактных двигателей.Тихоходные двухтактные двигатели Wärtsilä - оптимальное решение в качестве пропульсивных двигателей для торговых судов с прямой винтовой привод. Электронная система управления Common Rail Wärtsilä играет ключевую роль в сокращении затрат на топливо судовладельцам.

Первая цифра обозначает количество цилиндров, буква L - количество цилиндров в ряду (в старых версиях R) и буква V - для V-образного двигателя. Последняя цифра - диаметр цилиндра. в см последняя буква означает код мощности, который используется только в судовых двигателях, двигатели силовых установок его не имеют.

Например: 12V46C означает 12-цилиндровый V-образный двигатель с диаметром цилиндра 46 см и мощностью 975 кВт на цилиндр.

Двигатель - Jet Marine - Коллекции - Gruppo2

от Gruppo2, последнее обновление Водомет rc 40 мм (водометный привод Hamilton) автор: jij83 3 июня 2017 г. 202 256 7 Насос для реактивных лодок RC автор: maciej_ratka 15 октября 2017 г. 696 748 21 год Струя воды по joepvdw 31 марта 2017 г. 2859 3018 48 Водоструйная двигательная установка Автор: JaniKabalin 28 сен 2018 446 511 14

Судовые двигатели MAN

Концерн MAN - мировой лидер по производству судовых двигателей , специализирующийся на производстве двигателей внутреннего сгорания с 1923 года.Двигатели MAn мощные, современные, эффективные и экологичные.


В море кораблям и лодкам приходится сражаться с силами стихий, в то время как гавани требуют, чтобы они двигались точно по самому узкому из коридоров.

Двигатели

MAN предлагают идеально согласованный диапазон мощности для средних (400–1400 л.с.) и тяжелых (258–900 л.с.) режимов работы с мощным ускорением и высоким тяговым усилием. Они являются непревзойденными с точки зрения надежности и эффективности в грузовых и пассажирских перевозках, а также в эскортных и патрульных судах.А когда дело доходит до обслуживания клиентов, двигатели MAN обеспечивают счастливое плавание для владельцев судов и лодок.

При малой нагрузке (730–1800 л.с.) двигатели MAN обеспечивают исключительную динамику при максимальной экономической эффективности. И, кстати, их новаторская технология соблюдения норм выбросов означает, что они легко занимают лидирующие позиции.

Преимущества для клиентов

  • высокое тяговое усилие даже на низких скоростях
  • мощный разгон и быстрая реакция на команды
  • высокая производительность в сочетании с малым весом
  • компактная, компактная конструкция
  • высокий КПД за счет низкого расхода топлива
  • низкие эксплуатационные расходы и длительный срок службы
  • низкие значения выбросов
  • всемирная сеть обслуживания
  • с быстрой поставкой запчастей

Группа компаний «Морская Техника» представляет концерн MAN на эксклюзивной основе в Российской Федерации, Украине, странах СНГ и Балтии и является Импортером и Центральной СТО MAN.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта