Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Авиационный ракетный двигатель

Авиационный ракетный двигатель – двигатель прямой реакции, преобразующий какой-либо вид первичной энергии в кинетическую энергию рабочего тела и создающий реактивную тягу. Сила тяги приложена непосредственно к корпусу ракетного двигателя и без каких-либо промежуточных устройств обеспечивает перемещение двигателя и связанного с ним аппарата в сторону, противоположную направлению истечения реактивной струи. Так, в ракетном двигателе сочетаются собственно двигатель и движитель.

Основной частью любого ракетного двигателя служит камера сгорания, в которой генерируется рабочее тело, газообразное или жидкое вещество, благодаря которому происходит преобразование количественной первичной энергии (химической, электрической, ядерной) в механическую работу ракетного двигателя. Рабочим телом могут быть раскаленные газы (продукты сгорания химического топлива), вода, газы (водород, гелий, азот и т. п.), пары щелочных металлов и др. Конечная часть камеры сгорания предназначена для ускорения рабочего тела и получения реактивной струи, называемой реактивным соплом.

В зависимости от использования окружающей среды при работе ракетного двигателя они подразделяются на воздушно-реактивные двигатели (ВРД), ракетные двигатели (РД), комбинированные ракетные двигатели и гидрореактивные двигатели. Основными классами ракетных двигателей являются ВРД и РД. В ВРД рабочее тело образуется при реакции окисления горючего вещества, которое берется на борт аппарата, кислородом воздуха.

Атмосферный воздух составляет основную массу рабочего тела ВРД, что делает его значительно более экономичным по сравнению с ракетным двигателем и обеспечивает работу в течение продолжительного времени. Это качество ВРД особенно важно при использовании его в авиации. Все компоненты рабочего тела ракетного двигателя находятся на борту оснащенного им аппарата. Такая особенность ракетного двигателя, а также отсутствие у него движителя, взаимодействующего с окружающей средой, делает его единственно пригодным средством для полетов в космосе. Комбинированные ракетные двигатели представляют собой как бы сочетание ВРД и РД, а у гидрореактивных двигателей рабочим телом служит вода.

Основные характеристики ракетного двигателя: реактивная тяга; удельный импульс (отношение тяги двигательной установки к массе топлива или рабочего тела, расходуемого в 1 с); удельная масса двигателя (масса двигателя в рабочем состоянии, приходящаяся на единицу развиваемой им тяги); удельный расход топлива (отношение массы топлива, расходуемого в 1 с, к развиваемой двигателем тяге). Тяга существующих ракетных двигателей колеблется в очень широких пределах (от нескольких мН до 10—15 мН). Ракетные двигатели малой тяги применяются главным образом в системах стабилизации и управления летательными аппаратами, а в космосе – и для разгона. Ракетный двигатель с максимальной тягой необходим для запуска ракет на большие дальность и высоту, особенно для вывода космических аппаратов на орбиту. Ракетные двигатели имеют различное назначение, область их применения постоянно расширяется. Наиболее широко они используются в конструкциях ракет и реактивных снарядов, самолетов и вертолетов, космических аппаратов и т. д.

Первым ракетным двигателем был твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ) на дымном порохе, появившийся еще в Х в. Ракеты с такими двигателями (боевые, сигнальные, фейерверочные) применялись на протяжении сотен лет.

В 1903 г. К. Э. Циолковский в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» впервые обосновал положения теории жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). В 1923 г. американский ученый Р. Годдард испытал первые ЖРД. В 1929—1933 гг. под руководством Б. С. Петропавловского, Г. Э. Лангемака и В. А. Артемьева были разработаны и испытаны РДТТ на бездымном порохе для реактивных снарядов, а в 1930—1931 гг. под руководством В. П. Глушко и Ф. А. Цандера – первые советские ЖРД.

В 1939 г. в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными ВРД конструкции И. А. Меркулова и началась постройка турбореактивного двигателя конструкции А. М. Люльки. В 1941 г. впервые был установлен на самолет и испытан турбореактивный двигательный агрегат конструкции Ф. Уиттла (Великобритания). Большой вклад в развитие ракетного двигателя внесли также русские ученые А. Д. Засядко, B. М. Внуков, К. А. Шильдер, Н. И. Кибальчич, К. И. Константинов, советские ученые и конструкторы Н. Е. Жуковский, И. В. Мещерский, Б. С. Стечкин, C. П. Королев, М. К. Тихонравов, Л. С. Душкин, М. К. Янгель, А. М. Исаев, Н. Д. Кузнецов, французский ученый Р. Эно-Пельтри, немецкий ученый Г. Оберт и др.

Авиетка

Авиетка (от фр. avietta) – одноместный самолет (мощность силовой установки до 25 кВт), преимущественно любительского изготовления или созданного общественным КБ. В СССР производство авиеток получило развитие в 1920-е гг. благодаря массовому увлечению молодежи. В 1924—1925 гг. ОДВФ провело конкурс проектов двигателей и маломощных самолетов. В 1934 г. прошел конкурс «Авиавнито», в 1935 г. – 1-й Всесоюзный конкурс легких самолетов. В последующие годы к авиеткам стали относиться одно– и двухместные самолеты и самолеты с силовой установкой мощностью до 75 кВт.

Первая в России авиетка построена в 1913 г. «Касьяненко № 4» с двигателем «Анзани» мощностью 11 кВт. К первым советским авиеткам относят ВОП-1 (В. О. Писаренко), АНТ-1 (А. Н. Туполев), изготовленные в 1923 г. Авиетка «Летающее крыло» изготовлена конструктором Б. И. Черановским (Парабола БИЧ-3 в 1926 г., БИЧ-20 в 1937 г.). Авиетка НВ-5 получила первую премию конкурса «Авиавнито» в 1937 г., изготавливалась в разных вариантах. В конструировании НВ-5 принимали участие В. В. Никитин, В. К. Грибовский, В. П. Невдачин, А. Н. Рафаэлянц, А. С. Яковлев и др. Авиетка «Буревестник», сконструированная в ОДВФ, установила рекордный перелет Москва – Одесса и рекорд высоты (5500 м) в 1927 г. НВ-5 экспонировалась на международном авиасалоне в Берлине в 1928 г. АИР-1, сконструированная ВВИА, во время перелета Москва – Симферополь в 1927 г. установила 2 мировых рекорда (дальность полета – 1420 км и продолжительность – 15 ч 30 мин).

Автожир

Автожир (от фр. autogyre, греч. autos – «сам» и gyros – «круг вращения») – летательный аппарат, подъемная сила которого создается несущим винтом – ротором, вращающимся свободно (без привода от двигателя) под действием набегающего потока воздуха. Поступательное движение получается от обычного тянущего или толкающего винта, приводимого в движение силовой установкой. Автожир представляет собой промежуточный тип между самолетом и вертолетом. Изобретен Х. Сиервой в 1919 г. Достоинствами автожира являются сравнительно небольшая минимальная (иволютивная) скорость, меньшие (по сравнению с самолетами) взлетно-посадочные дистанции. Первым автожиром, поднявшимся в воздух, стал С-4 в 1923 г. (конструктор Х. Сиерва), в 1928 г. сконструирован аппарат, на котором успешно совершен перелет Лондон – Париж. В СССР конструирование автожиров началось в 1929 г. Н. И. Камовым и Н. К. Скржинским «КАСК-1». ЦАГИ создало около 15 модификаций и типов автожиров с 1929 по 1940 г. по проектам Н. И. Камова, Н. К. Скржинского, В. А. Кузнецова и А. М. Черемухина.

В 1940 г. Н. И. Камовым и М. Л. Милем сконструирован двухместный автожир АК, взлетающий без разбега. Сконструированы три принципиальные схемы автожиров:

  1) крылатый автожир с неуправляемым винтом и управлением по принципу самолета. Управление в первую очередь зависит от поступательной скорости автожира (С-8, С-19, КАСКР-1, ЦАГИ, А-1, А-7);

  2) бескрылый автожир с несущим винтом, управляемым при помощи автомата перекоса, с горизонтальным и вертикальным оперением корпуса. Управление автожиром происходит посредством наклона оси несущего винта, связанной при помощи рычажной передачи с ручкой управления аппарата (ЦАГИ А-12, А-14, С-30, Келлет К-1В);

  3) автожир с прыжковым взлетом без предварительного разбега. Взлет автожира осуществляется по принципу использования кинетической энергии перед взлетом.

Для уменьшения потребляемой мощности лопасти устанавливаются под углом, подъемная сила при котором равна нулевому значению перед раскруткой ротора, при максимальных оборотах угол установки лопастей под действием автомата перекоса автоматически изменяется на полетный, автожир, получив избыточную подъемную тягу, «подпрыгивает» вверх. При помощи воздушного винта автожир получает поступательное движение и переходит на набор высоты, обычный для автожиров (С-30Р). За рубежом конструируются легкие и сверхлегкие одноместные и двухместные автожиры (А-002 – летательный аппарат внеаэродромного базирования, 205 – легкий многоцелевой автожир, Авиатика-МАИ-890А).

Конструкторские, экспериментальные работы, исследования, испытания и доводки лопастей и несущей системы автожиров нашли свое применение при конструировании вертолетов.