Среда, 26.04.2017, 09:05
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год)

Самолеты с комбинированной силовой установкой
Автор: Саитов Игорь Ильдарович
Возраст:14
Место учебы: МАОУ ЛСОШ №7
Город, регион: Лянтор ХМАО
Руководитель: Саитова Людмила Викторовна МАОУ ЛСОШ №7 Учитель-логопед 
План. 
I.  Введение. 
II. Основная часть.                                                                                                                  
1. Установка ПВРД НА И15БИС.
2. Установка ЖРД и ПВРД на Як-3 Ла-7 Су-6. 
3. Создание самолетов с ВДРК .
4. Проект М-19 — воздушно-космический самолет с ядерным двигателем.
III. Заключение.
Введение:
Создание самолета с эффективной силовой установкой является сложнейшей задачей. Еще более сложной задачей является обеспечение эффективной работы силовой установки во всех ее режимах. Одним из способов решения данной задачи является применение комбинированной силовой установки. При использовании комбинированной силовой установки удается несколько улучшить отдельные показатели сочетаемых силовых установок. Таким образом, в смешанной силовой установке удается получить несколько лучшие отдельные характеристики, чем у сочетаемых силовых установок, благодаря тому, что последние, будучи установлены на один самолет, в известной мере как бы дополняют друг друга.   
 Цель: выяснить, какие самолёты с комбинированными силовыми установками были разработаны в отечественной авиации.
Задачи:
- исследовать источники о самолётах с комбинированной силовой установкой;
- изучить технические данные самолётов с силовой комбинированной установкой;
- выяснить какие самолёты с КСУ  являются перспективными для современной авиации.
Основная часть 
1.Установка ПВРД НА И15БИС 
Одним из первых советских самолетов с комбинированной силовой установкой был И-15БИС ДМ. Большой интерес  в то время представляли прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД). Теоретическим основание таких работ занимались советские ученые, активно сотрудничавшие с Реактивной секцией Стратосферного комитета ЦС Осовиахима СССР. Первый ПВРД в СССР Построил И.Меркулов, который и предложил использовать их для увеличения скорости на поршневых истребителях. ДМ означало «Дополнительные моторы», а топливо использовалось из основного бака. Вес каждого двигателя вместе с элементами крепления составлял всего 19 кг. Хвостовую часть самолета во избежание загорания в воздухе обшили металлическими листами.
 Испытания И-15БИС с ПВРД начались 25 января 1940 г. в районе Центрального московского аэродрома, прямо над городскими кварталами. Когда летчик Петр Логинов запустил в воздухе реактивные двигатели, ему показалось, что за самолетом встала стена огня. Со стороны казалось, что за машиной тянутся многометровые огненные струи. Необычное явление наблюдали с земли и в близлежащих московских кварталах. В городе начался переполох, спустя короткое время к воротам аэродрома примчались спасать летчиков сразу пять пожарных команд.
Летные испытания ПВРД на самолете И-15БИС продолжались по июль 1940 г. Они велись на скоростях 320- 340 км/ч. При включении ДМ скорость увеличивалась на 18-22 км/ч. Всего было проведено 54 таких полета. Кроме Логинова, летали летчики А. Давыдов, Н. Сопоцко и старейший московский испытатель Александр Жуков. В последующих полетах пилоты, дабы не пугать москвичей, улетали за 20-30 км от города. В дальнейшем опыты с прямоточными ДМ продолжили на И-153, ЛаГГ-3, Як-7, Як-9. На «Чайке» прирост скорости с новыми ДМ-4 составил 40-50 км/ч, на истребителях-монопланах - до 110 км/ч. 
В дальнейшем испытания самолётов с  КСУ прекратились вплоть до 1944 года. 

2.Установка ЖРД и ПВРД на Як-3 Ла-7 Су-6 .
В связи с появлением  на фронте в 1944 году немецких и английских самолетов с ТРД, и отсутствием подобных самолетов в СССР, а рассчитывать на появление в ближайшее время отечественных ТРД не приходилось, было решено основной упор сделать на установку ЖРД и ПВРД в качестве ускорителей на серийные поршневые самолеты. Согласно вышедшему 22 мая 1944 г. Постановлению Государственного комитета обороны (ГОКО), к сентябрю предполагалось построить и предъявить на летные испытания модификации истребителей Як-9, Ла-5 и Су-6 2ТК-3 с дополнительными ЖРД РД-1. При работе ускорителей на самолетах Як-9 и Ла-5 время набора высоты должно было уменьшиться, а максимальная скорость полета  возрасти до 780 км/ч. 
Построить двигатели вовремя завод № 16 оказался не в силах, и начало испытаний модифицированных самолетов переместилось на более поздний срок. Между тем А. С. Яковлев решил установить РД-1 не на Як-9, а на Як-3, и работу пришлось перепланировать.
С. А. Лавочкин поручил выполнение этого задания организованному в марте 1944 г. в Москве филиалу ОКБ выпускавшему в то время самолеты Ла-7. Переделка первого серийного Ла-7, получившего новый индекс Ла-7Р-1, была закончена к 21 октября 1944 г. 
Заводские испытания Ла-7Р-1 начались 27 октября 1944 г. Программные заводские испытания завершились 24 февраля 1945 г. Второй экземпляр Ла-7Р-2 построили на 81-ом заводе в основном из агрегатов Ла-7 пятьдесят первой серии. Ла-7Р-2 вышел на летные испытания. Прирост скорости составил 80 км/ч по прибору, а 10 марта на высоте 2600 метров РД-1 прибавил около 95 км/ч. В целом двигатель работал плохо, в 15 запусках из 45 он отказывал, причем в шести случаях - по вине зажигания.
Проходившие параллельно испытания Як-3 с РД-1 и Су-6 2ТК-3 с РД-1 выявили те же проблемы, что и на машинах Лавочкина. Из-за большого числа отказов РД-1, связанных с неполадками в зажигании, в ОКБ-СД завода № 16 разработали вариант двигателя РД-1ХЗ с химическим зажиганием взамен электрического. Установка РД-1X3 на Як-3 и Ла-7 началась 29 апреля, а 11 мая на Як-3 с включенным ЖРД на высоте 7800 м была достигнута скорость 782 км/ч. Впрочем, РД-1ХЗ оказался не надежней своего предшественника- аварии продолжались. Из четырех РД-1ХЗ, собранных и поставленных на летные испытания, три потерпели аварию. Четвертый, предназначенный для Су-6, получили только 11 мая, и теперь он монтировался на самолет. Последний из оставшихся РД-1ХЗ для переборки отправили в ОКБ-№16.
Лабораторные исследования показали, что причиной взрывов явились гидравлические удары в камере сгорания, возникавшие вследствие резкого повышения давления в рубашках камеры сгорания в момент открытия топливных клапанов.  Три двигателя РД-1ХЗ новой модификации для самолетов Як-3ю, Ла-7 и Су-6 поступили из ОКБ-16 уже 14 июля 1945 г. Их оборудовали специальными пусковыми и сливными клапанами, ввели последовательное включение форсунок обоих компонентов топлива, существенно повышающее эффективность зажигательного факела и делающее запуск двигателя плавным, без удара.
На Ла-7Р-2 двигатель установили 25 июля. На этом самолете в период по 16 сентября 1945 г. было совершено 14 полетов. Из 49 пусков двигателя 8 произвели в воздухе. За это время сменили четыре камеры двигателя и два насоса. РД-1ХЗ отказывал 23 раза, однако на долю зажигания пришлось только два отказа.
Несмотря на все трудности, испытания все же удалось довести до конца. На Ла-7Р была получена максимальная скорость полета 795 км/ч на высоте 6300 метров.

3.Создание самолетов с ВДРК 
Попытки создания истребителя с силовой установкой, состоящей из основного поршневого двигателя М-107А с воздушным винтом и дополнительного ВРДК, выполнявшего функцию ускорителя, предпринималась дважды.
В первом случае этим занималось ОКБ А.И.Микояна.3 марта 1945 г. И-250 совершил первый полет. Однако 5 июля 1945 г. при выполнении очередного испытательного полета первый экземпляр И-250 потерпел катастрофу, в которой погиб летчик-испытатель А.П. Деев. Максимальная скорость, полученная в процессе испытаний (март 1945) составила 825 км/ч, превышая на 100-150 км/ч скорости истребителей того времени. Одновременно с летными испытаниями опытных самолетов по решению Правительства летом 1945 г. на заводе №381 началась подготовка к выпуску небольшой серии самолетов И-250. На государственные испытания 19 сентября 1947 г. был передан серийный самолет И-250 №3810102 построенный в декабре 1946 г. Испытания проходили с 9 октября 1947 г. по 3 апреля 1948 г. в НИИ авиации ВМФ на аэродроме «Скульте» (г. Рига). Испытания проводил летчик института морской авиации  И.М.Сухомлин. Летными испытаниями и доводкой силовой установки самолета И-250 руководил ведущий инженер ЦИАМ А.И. Комиссаров. За время летных испытаний самолетов И-250 силовая установка с ВРДК работала безотказно.
Камера сгорания ВРДК и методы ее расчета, разработанные Г.Э.Лозино-Лозинским совместно с ЦИАМ, послужили вскоре основой для создания первой в стране серийной форсажной камеры для ТРД ВК-1Ф истребителя МиГ-17.
    В 1946 г. на заводе №381 было построено 8 самолетов И-250, получивших название МиГ-13, которые вскоре были направлены на войсковые испытания. Самолет применялся в ВВС Северного и Балтийского флотов. Однако, учитывая, что к этому времени уже появились самолеты с реактивными двигателями МиГ-9 и Як-15, в начале 1948 года все самолеты были сняты с эксплуатации.

Второй попыткой создания  самолета с такой же  силовой установкой был самолет КБ П.О. Сухого. В январе 1944 года в  инициативном порядке приступили к эскизному проектированию. В начале июня в КБ приступили к проектированию самолёта, получившего обозначение И-107, позднее переименованного в Су-5. За основу приняли вышеупомянутый эскизный проект. Из-за несвоевременной поставки силовой установки постройка лётного экземпляра сильно затянулась. Первый полёт на самолёте Су-5 заводской лётчик-испытатель Г.И. Комаров выполнил 6 апреля 1945 года. Заводские лётные испытания проводились до 15 июня, в этот день в полёте произошла поломка двигателя ВК-107А.  В период вынужденного простоя из-за отсутствия двигателя, на самолёте установили новое крыло с ламинаризированным профилем ЦАГИ.
Новый двигатель ВК-107А с ограниченным ресурсом получили в начале июля, лётные испытания возобновились в начале августа и продолжались до 18 октября. Полёты прекратили из-за выработки двигателем установленного ресурса. Все попытки получить новый двигатель не увенчались успехом. Ввиду ограниченного количества двигательных установок, НКАП обязал ЦИАМ в первую очередь обеспечивать ими самолёты И-250 конструкции А.И. Микояна, как более отработанные и запущенные в производство малой серией. Следует отметить, что в процессе заводских испытаний самолёта Су-5 заявленные лётные данные так и не были получены. В ноябре 1946 года постановлением СМ СССР были прекращены работы по ряду самолётов, «потерявших актуальность», среди которых был назван и Су-5. К этому времени на испытаниях уже находились самолёты с ТРД.

4.Проект М-19 — воздушно-космический самолет с ядерным двигателем.
Все знают о последнем достижении советской космонавтики - «Буране». Этот проект и по настоящее время вызывает бурные дискуссии, но большинство специалистов по всему миру признает его техническое совершенство. Но почти никому неизвестно о куда более перспективной альтернативе — воздушно- космическом самолете Владимира Михайловича Мясищева - М-19. Только представьте себе — космический корабль с ядерным двигателем, способный выводить на орбиту груз весом 40 тонн.
    Концепция М-19
Стартовая масса одноступенчатого космического самолета 500т. Взлет и разгон М-19 совершает как самолет с двигателями замкнутого цикла, при этом теплоносителем, передающим тепло от ядерного реактора к турбореактивным двигателям, является водород. По мере разгона и набора высоты, водород подается в камеры турбореактивных двигателей, а затем - в прямоточные двигатели. На высоте 50 км, при скорости полета, превышающей 16 М, включается ядерный ракетный двигатель тягой 320 т, который и завершает выход космического самолета на круговую орбиту высотой 185 км. Полезный груз в данном проекте предполагался в 40 т!
Что очень важно, использование водорода (жидкого) в качестве рабочего тела ЯРД, и в качестве теплоносителя, решает еще одну серьезную проблему: водород в ядерном реакторе не активируется, а потому радиоактивного заражения не создает. Возможности М- 19 воистину впечатляют. Он мог как доставить на орбиту 40т груза, так и спустить их с орбиты, и в режиме атомного самолета совершить посадку на своей базе с любого витка. М-19 мог также выполнить «нырок» в атмосферу с маневром по курсу и возвращением на орбиту.

Создание этого космического самолета могло изменить ход мировой истории!
Основным проблемным вопросом создания ВКС М-19 было создание комбинированной силовой установки. На ней, как на главной идее, строилась концепция всего проекта.
Схема силовой установки была принципиально новой, и главное, с чем справились советские разработчики - специальный агрегат (теплообменник), благодаря которому радиоактивный контур был полностью изолирован, что исключало радиационное заражение атмосферы при включении двигателя у земли.
Комбинированная двигательная установка включала в себя:
-маршевый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) включая ядерный реактор с радиационной защитой;
-10 двухконтурных турбореактивных двигателей (ДТРДФ) с теплообменниками во внутреннем и наружном контурах и с форсажной камерой;
-гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД);
-два турбокомпрессора для обеспечения прокачки водорода через теплообменники ДТРДФ;
-распределительный узел с турбонасосными агрегатами, теплообменниками и вентилями трубопроводов, системы регулирования подачи топлива.
Наличие на борту ядерного реактора предполагало наличие очень надежной защиты. Корпус реактора выполнялся с защитой по кругу - он мялся, но герметичность при ударе о землю не терял, даже если самолет врезался в поверхность со скоростью 300 м/с (это значение значительно превышает скорость падения обломков на землю с любой высоты).
Возможности
В качестве топлива для ДТРДФ и ГПВРД использовался водород, он же являлся и рабочим телом в замкнутом контуре ЯРД. Комбинированная двигательная установка ВКС М-19 предполагала поэтапное включение различных типов двигателей в зависимости от режима полета.
 Использование ВКС с комбинированной ядерной двигательной установкой потенциально обеспечивало неограниченные возможности интенсивного освоения как околоземного космического пространства, включая удаленные геостационарные орбиты, так и области удаленного космоса, в том числе Луну и окололунное пространство.
Энергетика бортовой ядерной установки обеспечивала автономное длительное пребывание и свободное маневрирование в космосе.
Наличие на борту ВКС ядерной установки, позволяло бы также использовать ее в качестве мощного энергетического узла как для обеспечения функционирования новых типов космического оружия (лучевое, пучковое оружие, средства воздействия на климатические условия и т. п.), так и для энергообеспечения орбитальных и внеземных поселений.

Заключение
Изучив и проанализировав источники, мы пришли к выводу, что  самолеты с комбинированной силовой установкой создавались, создаются и будут создаваться. Объясняется это прежде всего тем, что авиастроение постоянно  усовершенствуется. И усовершенствование касается прежде всего технических характеристик. А комбинированная силовая установка улучшает технические характеристики.  Она позволяет: 
- увеличить  высоту  полёта и скороподъёмность;
- сократить длину разбега самолёта;
- повысить топливную экономичность;
- вертикальный взлёт и посадка;
- увеличение скорости полёта.
Комбинированная силовая установка имеет и серьезные минусы такие как увеличение сложности конструкции и ее надежности, ухудшение характеристик связанных с увеличением массы. И эти минусы требуют постоянной работы конструкторской мысли, усовершенствования уже имеющихся разработок. Хотелось бы обратить особое внимание на проект самолёта разработанный А.М.Мясищевым-М-19. Этот проект остаётся перспективным и на сегодняшний день.

Если систематизировать возможные области применения ВКС с ядерной двигательной установкой, то вырисовываются многоплановые перспективы, которые можно использовать:
в научных целях (изучение околоземного космического пространства;
проведение научных экспериментов в прикладных целях; медико-биологические исследования;  изучение планет и дальнего космоса.)
в интересах народного хозяйства (создание космических служб, обеспечивающих связь, навигацию, экологический мониторинг, метеопрогноз и т. п.; создание космического комплекса новых промышленных технологий.)
в интересах обороноспособности (техническая основа создания космического рода войск, для боевого использования, космической разведки; транспортного обеспечения на орбите.)
 Если бы программа Мясищева была принята, то в конце 80-х мы обладали бы серийными образцами воздушно- космического самолета с ядерным двигателем.
Всего десяток М-19 смог бы обеспечить весь грузопоток «Земля - ближний космос» до середины XXI в. Орбитальные станции и спутники при подобной транспортной системе были бы существенно масштабнее, функциональнее, а себестоимость выводимого на орбиту груза была бы существенно меньше. Военные возможности Советского Союза с М-19 выросли бы на порядки. 
  Данный проект решал целый комплекс задач: создание атомного сверхзвукового самолета, гиперзвукового самолета на криогенном топливе, воздушно- космический самолета и космического корабля с двигателем на основе ядерного реактора! «Буран», к сожалению, решал только одну из этих задач и являлся "симметричным" ответом США. Результат такого ответа известен: проект оказался никому не нужным, и на фоне распадающейся страны поставил под вопрос существование отрасли вообще. М-19 же остался ждать своего часа...Может быть этот час настал ?
Источники информации
1.http://www.e-reading.co.uk/chapter.php/1008293/71/Maslov_-_Korol_istrebiteley._Boevye_samolety_Polikarpova.html
2.http://www.testpilot.ru/russia/mikoyan/i/250/i250.htm
3.http://ru.wikipedia.org/wiki/Су-5
4.http://www.airwar.ru/enc/fww2/la7r.html
5.http://pikabu.ru/view/m19__korabl_iz_budushchego_1134664
Категория: Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год) | Добавил: Service (11.01.2014) | Автор: Саитов Игорь Ильдарович E W
Просмотров: 1341 | Рейтинг: 5.0/2
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Щур Илья Андреевич (8830)
Бадакова Анастасия (6305)
Кузьминова Анастасия Олеговна (6205)
Чеховская Алена Алексеевна (4390)
Кошманов Илья Игоревич (4135)
Иванов Семен Владимирович (3882)
Пушинская Кристина Валерьевна (3810)
Беляева Александра Сергеевна (3732)
Ахметшин Тимур (3565)
Рафаэль (3375)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017