Реактивный самолет - Jet aircraft

Макдоннелл Дуглас DC-10 из Northwest Airlines.

ВВС США Lockheed Martin F-35 Lightning II

А реактивный самолет (или просто струя) является самолет (почти всегда самолет ) движется реактивные двигатели.

В то время как двигатели в винтовой самолет обычно достигают максимальной эффективности на гораздо более низких скоростях и высотах, реактивные двигатели и самолеты достигают максимальной эффективности на скоростях, близких или даже значительно превышающих скорость звука. Реактивные самолеты обычно летают со скоростью более Мах 0,8 (609 миль / ч, 981 км / ч или 273 м / с) на высоте около 10 000–15 000 метров (33 000–49 000 футов) или более.

Идея реактивного двигателя не была новой, но связанные с этим технические проблемы не решались до 1930-х годов.Фрэнк Уиттл, английский изобретатель и РАФ офицер, начал разработку жизнеспособного реактивного двигателя в 1928 году,^[1] и Ганс фон Охайн в Германии начал работать самостоятельно в начале 1930-х годов. В августе 1939 г. турбореактивный питание Heinkel He 178 первый в мире реактивный самолет совершил первый полет. Существует широкий спектр реактивных самолетов как гражданского, так и военного назначения.

История

Heinkel He 178, в августе 1939 года первый в мире самолет, летавший исключительно на ТРД.

Капрони Кампини №1 в полете

Взлет Gloster E28

После первого экземпляра силового полета было предложено большое количество заводов по производству реактивных двигателей. Рене Лорин, Мориз, Харрис предложили системы для создания струйного истечения.^[2] В 1910 г. румынский изобретатель Анри Коанда подала патент на реактивную двигательную установку, в которой выхлопные газы поршневых двигателей используются для добавления тепла к чистому потоку воздуха, сжатому вращением лопастей вентилятора в воздуховоде. Он был установлен в его Коанда-1910 но этот аппарат, наверное, никогда не летал.

В 1920-е и 1930-е годы был испробован ряд подходов. Разнообразие моторджет, турбовинтовой, импульсный и с ракетным двигателем были спроектированы самолеты. Реактивные самолеты с ракетными двигателями были впервые созданы в Германии. Первым самолетом, летавшим на ракетных двигателях, был Lippisch Ente, в 1928 году.^[3] Ente ранее летал как планер. На следующий год, в 1929 году, Опель РАК.1 стал первым летающим ракетным самолетом специальной конструкции.

В турбореактивный был изобретен в 1939 году независимо Фрэнк Уиттл и позже Ганс фон Охайн. Первый турбореактивный самолет, совершивший полет, был Heinkel He 178, 27 августа 1939 г. в г. Росток (Германия).^[4] Это было в значительной степени доказательством концепции, поскольку проблема "ползать «(усталость металла, вызванная высокими температурами внутри двигателя) не была решена, и двигатель быстро перегорел.

Первым полетом самолета с реактивным двигателем, привлекшим внимание общественности, был Итальянский Капрони Кампини №1 моторджет прототип, совершивший полет 27 августа 1940 года.^[5] Это был первый реактивный самолет, признанный Fédération Aéronautique Internationale (в то время немецкая программа He 178 еще держалась в секрете). Кампини предложил реактивный двигатель в 1932 году.

Британский экспериментальный Gloster E.28 / 39 впервые поднялся в воздух 15 мая 1941 г. Сэр Фрэнк Уиттл турбореактивный.^[6] В Соединенные Штаты произвел Колокол XP-59A используя два примера версии движка Уиттла, созданного General Electric, который поднялся в воздух 1 октября 1942 года. Meteor был первым серийным реактивным самолетом, поскольку он поступил в производство за несколько месяцев до Me 262,^{[нужна цитата ]} который сам разрабатывался до начала войны как Projekt 1065.

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

Первый оперативный истребитель был Messerschmitt Me 262,^[7] производства Германии во время Второй мировой войны, который поступил на вооружение 19 апреля 1944 года с Erprobungskommando 262 в Лехфельде к югу от Аугсбурга. Это был самый быстрый из обычных самолетов Вторая Мировая Война - хотя были и более быстрые самолеты, приводимые в движение нетрадиционными средствами, такими как ракетные Мессершмитт Me 163 Комет. В Messerschmitt Me 262 совершил первый полет 18 апреля 1941 года, первоначальные планы были составлены конструкторской группой доктора Вальдемара Фойгта в апреле 1939 года, но массовое производство началось только в начале 1944 года, когда в том же году были введены в строй первые эскадрильи, что слишком поздно, чтобы повлиять на результат войны.

Gloster Meteor F.3s. В Глостер Метеор был первым британским реактивным истребителем и Союзников единственный реактивный самолет для ведения боевых действий во время Второй мировой войны.

Примерно в это же время, в середине 1944 г., Великобритания Глостер Метеор был привержен защите Великобритании от Летающая бомба Фау-1 - сам по себе импульсный -мощный самолет и прямой предок крылатая ракета - а затем наступление на Европу в последние месяцы войны. В 1944 году Германия ввела на вооружение Арадо Ар 234 реактивный разведчик и бомбардировщик, хотя в основном использовались в прежней роли, с Heinkel He 162 Spatz одноструйный легкий истребитель Премьера в 1944 году закончилась. СССР испытал собственное Березняк-Исаев БИ-1 в 1942 г., но проект был свернут Иосиф Сталин в 1945 году. Императорский флот Японии также разработал реактивный самолет в 1945 году, в том числе Накадзима J9Y Кикка, модифицированная и немного уменьшенная версия Me 262 со складывающимися крыльями. К концу 1945 года США представили свой первый реактивный истребитель Lockheed P-80 Падающая звезда на вооружение, а Великобритания - второй истребитель конструкции, де Хэвилленд Вампир.

Боинг 737-300, входящий в состав Боинг 737 семейство наиболее производимых реактивных самолетов, которые все еще эксплуатируются.

США представили Североамериканский B-45 Tornado их первый реактивный бомбардировщик, принятый на вооружение в 1948 году. Хотя он был способен нести ядерное оружие, он использовался для разведки над Кореей. 8 ноября 1950 г. Корейская война, ВВС США Лейтенант Рассел Дж. Браун, летящий в F-80, перехватили два Северокорейский МиГ-15 рядом с Река Ялу и сбил их в первом реактивном самолете воздушный бой в истории. Великобритания поставила Английский Electric Canberra вступил в строй в 1951 году как легкий бомбардировщик. Он был разработан, чтобы летать выше и быстрее любого перехватчик.

BOAC Комета 1 была первым пассажирским реактивным авиалайнером

Боинг 707

BOAC эксплуатировал первый коммерческий реактивный самолет из Лондон к Йоханнесбург, в 1952 г. de Havilland Comet авиалайнер. Этот инновационный самолет летел намного быстрее и выше, чем винтовой самолет, был намного тише, плавнее и имел стильные крылья со скрытыми реактивными двигателями. Однако из-за конструктивного дефекта и использования алюминиевых сплавов самолет получил катастрофические последствия. усталость металла что привело к нескольким сбоям.^[8]

Серия аварий дала время для Боинг 707 поступил в эксплуатацию в 1958 году, и он стал доминирующим на рынке гражданских авиалайнеров. Подвесные двигатели оказались полезными в случае утечки топлива, и поэтому 707 выглядел несколько иначе, чем Comet: 707 имеет форму, которая фактически такая же, как у современных самолетов, с заметной общностью, которая все еще очевидна сегодня для пример с 737 (фюзеляж) и A340 (однопалубный, стреловидное крыло, четыре подкрыловых двигателя).

Турбовентиляторный самолеты начали поступать в эксплуатацию в 1950-х и 1960-х годах, принося гораздо больше эффективность топлива, и этот тип струи широко используется сегодня.

Ту-144, первая в мире реклама сверхзвуковой транспорт самолет (SST)

В Ту-144 сверхзвуковой транспорт был самым быстрым коммерческим реактивным самолетом со скоростью 2,35 Маха (1555 миль / ч, 2503 км / ч). Вступил в строй в 1975 году, но вскоре перестал летать. Мах 2 Конкорд Самолет поступил на вооружение в 1976 году и пролетел 27 лет.

Самым быстрым военным реактивным самолетом был SR-71 Блэкберд на скорости 3,35 Маха (2275 миль / ч, 3661 км / ч).

Другие форсунки

Большинство людей используют термин «реактивный самолет» для обозначения газотурбинных двигателей. воздушно-реактивные двигатели, но и ракеты, и ГПВРД также приводятся в движение реактивным двигателем.

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

Самым быстрым реактивным самолетом с воздушным дыханием является беспилотный. Х-43 ГПВП со скоростью около 9–10 Маха.

Самым быстрым пилотируемым (ракетным) самолетом является Х-15 на скорости 6,85 Маха.

В Космический шатл, хотя и намного быстрее, чем X-43 или X-15, не считался самолетом во время подъема, поскольку его несли баллистически ракетной тягой, а не воздухом. При входе в атмосферу он был классифицирован (как планер) как самолет без двигателя. Первый полет был в 1981 году.

В Колокол 533 (1964), Локхид XH-51 (1965), и Сикорский S-69 (1977-1981) являются примерами составной вертолет конструкции, в которых реактивный выхлоп добавлял тягу вперед.^[9] В Hiller YH-32 Hornet и Сверхлегкий вертолет Fairey были среди многих вертолетов, винты которых приводились в движение наконечники форсунок.

С реактивным двигателем вингсьюты существуют - приводятся в действие реактивными двигателями авиамоделей - но недолговечны и требуют запуска на высоте.^[10]

Аэродинамика

А Макдоннелл Дуглас DC-10, пример Trijet конфигурация

Из-за того, как они работают, типичная скорость выхлопа реактивных двигателей околозвуковая или выше, поэтому большинству реактивных самолетов необходимо летать на высоких скоростях, либо сверхзвуковой или скорости чуть ниже скорости звука ("трансзвуковой "), чтобы добиться эффективного полета. Поэтому аэродинамика является важным фактором.

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

Реактивные двигатели

Реактивные двигатели бывают нескольких основных типов:

• турбореактивный
• турбовентилятор (которые бывают двух основных форм ТРДД с низким байпасом и ТРДД с большим байпасом )
• ракета

Различные типы используются для разных целей.

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

Турбореактивные двигатели - второй по возрасту тип; он имеет высокую, обычно сверхзвуковую, скорость истечения и низкое лобовое сечение, и поэтому лучше всего подходит для высокоскоростного, обычно сверхзвукового полета. Хотя когда-то они широко использовались, они относительно неэффективны по сравнению с турбовинтовой и ТРДД для дозвукового полета. Последними крупными самолетами, использовавшими ТРД, были Concorde и Ту-144. сверхзвуковой транспорт.

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

Летные характеристики

Реактивные самолеты летают значительно иначе, чем винтовые.

Одно отличие состоит в том, что реактивные двигатели реагируют относительно медленно. Это усложняет маневры при взлете и посадке, в частности, во время взлета винтовые двигатели обдувают крылья воздухом, что обеспечивает большую подъемную силу и более короткий взлет. Эти различия уловили некоторых первых пилотов BOAC Comet.^[8]

Пропульсивная эффективность

В самолете общая тяговая эффективность ${ displaystyle eta}$ - эффективность в процентах, с которой энергия, содержащаяся в топливе транспортного средства, преобразуется в полезную энергию для возмещения потерь из-за сопротивление воздуха, гравитация и ускорение. Его также можно указать как долю механической энергии, фактически используемую для приведения в движение самолета. Оно всегда меньше 100% из-за потерь кинетической энергии на выхлопе и неидеального КПД движительного механизма, независимо от того, пропеллер, вытяжной вентилятор или вентилятор. Кроме того, тяговая эффективность сильно зависит от плотность воздуха и воздушная скорость.

Математически это представлено как ${ displaystyle eta = eta _ {c} eta _ {p}}$^[11] где ${ displaystyle eta _ {c}}$ это эффективность цикла и ${ displaystyle eta _ {p}}$ - тяговая эффективность. Эффективность цикла в процентах - это доля энергии, которая может быть получена из источника энергии, которая преобразуется в механическую энергию посредством двигатель.

Зависимость тягового КПД (${ displaystyle eta _ {p}}$) от соотношения скорости ТС к скорости выхлопа (v / c) для ракетных и реактивных двигателей

Для реактивного самолета тяговая эффективность (по сути энергоэффективность ) является самым высоким, когда двигатель испускает выхлопную струю со скоростью, которая равна или почти равна скорости автомобиля. Точная формула для воздушно-реактивных двигателей, приведенная в литературе,^[12][13] является

${ displaystyle eta _ {p} = { frac {2} {1 + { frac {c} {v}}}}}$

где c скорость выхлопа, и v скорость самолета.

Ассортимент

Для дальнобойных самолетов, работающих в стратосфера, скорость звука постоянна, следовательно, полет под фиксированным углом атаки и постоянным число Маха заставляет самолет набирать высоту, не меняя значения локальной скорости звука. В таком случае:

${ Displaystyle V = AM}$

где ${ displaystyle M}$ - крейсерское число Маха и ${ displaystyle a}$ местная скорость звука. Уравнение диапазона может быть показано следующим образом:

${ displaystyle R = { frac {aM} {c_ {T}}} { frac {C_ {L}} {C_ {D}}} ln { frac {W_ {1}} {W_ {2}} }}$

который известен как Уравнение диапазона Бреге после пионера французской авиации Луи Шарль Бреге.

Смотрите также

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

использованная литература

Цитаты

Список используемой литературы

• Лутц Варзиц: Первый пилот реактивного самолета - История немецкого летчика-испытателя Эриха Варсица, Pen and Sword Books Ltd., Англия, 2009 г., ISBN  978-1-84415-818-8, Английское издание

внешние ссылки

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