Maailma suurim reaktiivmootor 26. aprill 2016

Siin lennate mõningase kartusega ja vaatate kogu aeg tagasi minevikku, kui lennukid olid väikesed ja võisid iga probleemi korral kergesti liuelda, kuid siin on seda aina rohkem. Kui jätkame oma hoiupõrsa täiendamise protsessi, loeme ja vaatame sellist lennukimootorit.

Ameerika firma General Electric Sel hetkel katsetades maailma suurimat reaktiivmootorit. Uus toode töötatakse välja spetsiaalselt uue Boeing 777X jaoks.

Siin on üksikasjad...

2. foto.

Rekordi purustav reaktiivmootor sai nimeks GE9X. Arvestades, et esimesed selle tehnikaimega Boeingid tõusevad taevasse mitte varem kui 2020. aastal, võib General Electric oma tuleviku suhtes kindel olla. Tõepoolest, hetkel ületab GE9X tellimuste koguarv 700 ühikut. Nüüd lülitage kalkulaator sisse. Üks selline mootor maksab 29 miljonit dollarit. Mis puudutab esimesi katsetusi, siis need toimuvad USA-s Ohio osariigis Peeblesi linnakese lähistel. GE9X laba läbimõõt on 3,5 meetrit ja sisselaskeava mõõtmed on 5,5 m x 3,7 m. Üks mootor suudab toota joa tõukejõud 45,36 tonni võrra.

3. foto.

GE andmetel ei ole maailmas ühelgi kaubanduslikul mootoril nii kõrge surveaste (27:1 surveaste) kui GE9X-l. Mootori projekteerimisel kasutatakse aktiivselt komposiitmaterjale.

4. foto.

GE plaanib paigaldada GE9X laia kerega pikamaalennukile Boeing 777X. Ettevõte on juba saanud tellimusi firmadelt Emirates, Lufthansa, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific jt.

5. foto.

Esimesed testid on praegu käimas täis mootor GE9X. Testimine algas juba 2011. aastal, kui komponente testiti. GE ütles, et see suhteliselt varane ülevaatus tehti katseandmete saamiseks ja sertifitseerimisprotsessi alustamiseks, kuna ettevõte kavatseb sellised mootorid lennukatseteks paigaldada juba 2018. aastal.

6. foto.

Põlemiskamber ja turbiin taluvad kuni 1315 °C temperatuuri, mis võimaldab kütust tõhusamalt kasutada ja selle heitgaase vähendada.

Lisaks on GE9X varustatud kütusepihustid, trükitud 3D-printerile. See keeruline süsteem tuuletunnelid ja süvenemisi, mida ettevõte hoiab saladuses.

Foto 7.

GE9X-le paigaldatud kompressorturbiin madal rõhk ja käigukast ajamiüksuste jaoks. Viimane juhib lennuki juhtimissüsteemi kütusepumpa, õlipumpa ja hüdropumpa. Erinevalt eelmisest GE90 mootorist, millel oli 11 telge ja 8 abiseadet, on uus GE9X varustatud 10 telje ja 9 ühikuga.

Telgede arvu vähendamine mitte ainult ei vähenda kaalu, vaid vähendab ka osade arvu ja lihtsustab logistikaahelat. Teine GE9X mootor on plaanis testimiseks ette valmistada järgmine aasta

Foto 8.

GE9X mootoril on mitmesuguseid osi ja komponente, mis on valmistatud kergest kuumuskindlast keraamilisest maatrikskomposiitmaterjalist (CMC). Need materjalid taluvad tohutuid temperatuure ja see on võimaldanud oluliselt tõsta temperatuuri mootori põlemiskambris. "Mida kõrgem on temperatuur mootoris, seda tõhusam on see," ütleb GE Aviationi pressiesindaja Rick Kennedy. kõrge temperatuur juhtub rohkemgi täielik põlemine kütust, kulub seda vähem ja heitkogused vähenevad kahjulikud ained keskkonda."

Mängis suurt rolli GE9X mootori mõne komponendi valmistamisel kaasaegsed tehnoloogiad kolmemõõtmeline trükkimine. Nende abiga loodi mitu osa, sealhulgas kütusepihustid, nii keerulise kujuga, et traditsiooniliste meetoditega polnud neid võimalik saada. mehaaniline töötlemine. "Kütusekanalite keeruline konfiguratsioon on hoolikalt kaitstud ärisaladus," ütleb Rick Kennedy, "tänu nendele kanalitele jaotatakse ja pihustatakse kütus põlemiskambris kõige ühtlasemal viisil."

Foto 9.

Tuleb märkida, et hiljutine test tähistab esimest korda, kui GE9X mootor on täielikult kokkupandud kujul tööle pandud. Ja seda mootorit on viimastel aastatel arendatud koos üksikute komponentide katsestendiga.

Lõpetuseks tuleb märkida, et hoolimata asjaolust, et GE9X mootoril on maailma suurima reaktiivmootori tiitel, ei kuulu sellele toodetava tõukejõu rekord. Absoluutne rekordiomanik selle indikaatori järgi on mootor eelmine põlvkond GE90-115B, mis suudab taluda 57 833 tonni (127 500 naela) tõukejõudu.

10. foto.

Foto 11.

Foto 12.

Foto 13.

allikatest

GE Aviation töötab välja revolutsioonilist uut reaktiivmootorit, mis ühendab endas turboreaktiiv- ja turboventilaatormootorite parimad omadused, pakkudes samal ajal ülehelikiirust ja kütusesäästlikkust, vahendab zitata.org.

USAFi projekt ADVENT arendab praegu uusi mootoreid, mis võimaldavad 25 protsenti kütust säästa ja uusi võimalusi.

Lennunduses on kahte peamist tüüpi reaktiivmootoreid: madala möödavoolusuhtega turboventilaatorid, reeglina nimetatakse neid nn. turboreaktiivmootorid ja suure möödaviiguastmega turboreaktiivmootorid. Turbo reaktiivmootorid Madalad möödaviigu suhted on optimeeritud suure jõudluse saavutamiseks, surudes erinevaid hävitajaid, kasutades samal ajal uskumatult palju kütust. Tavalise turboreaktiivmootori töötulemus sõltub mitmest elemendist (kompressor, põlemiskamber, turbiinid ja düüsid).

Vastupidi, suure möödaviigusuhtega turboreaktiivmootorid on kõige võimsamad seadmed tsiviillennundus, optimeeritud ülivõimsaks tõukejõuks koos tõhusa kütusekasutusega, kuid see on ülehelikiirusel halvasti tõestatud. Tavaline madala rõhuga turboreaktiivmootor saab õhuvoolu ventilaatorist, mida juhib reaktiivturbiin. Seejärel möödub ventilaatorist tulev õhuvool põlemiskambritest, toimides nagu suur propeller.

ADVENT (ADaptive VERsitile Engine Technology) mootoril on kolmas, väline möödaviik, mida saab vastavalt lennutingimustele avada ja sulgeda. Stardi ajal suletakse möödaviigu suhte vähendamiseks kolmas möödaviik. Selle tulemusena genereeritakse läbi kõrgsurvekompressori suur õhuvool, et suurendada tõukejõudu. Vajadusel avatakse kolmas möödaviik, et suurendada möödaviigu suhet ja vähendada kütusekulu.

Täiendav möödaviigukanal asub piki mootori üla- ja alaosa. See kolmas kanal avatakse või suletakse vahelduva ahela osana. Kui kanal on avatud, suureneb möödaviigu suhe, mis vähendab kütusekulu ja suurendab heliulatust kuni 40 protsenti. Kui kanalid on suletud, voolab läbi kõrg- ja madalrõhukompressorite täiendav õhk, mis kindlasti suurendab tõukejõudu, suurendab tõukejõudu ja tagab ülehelikiiruse.

ADVENT mootori disain põhineb uutel tootmistehnoloogiatel, nagu keerukate jahutuskomponentide 3D-printimine ja ülivõimas, kuid kerge kaal. keraamilised komposiidid. Need võimaldavad toota ülitõhusaid reaktiivmootoreid, mis töötavad terase sulamistemperatuurist kõrgemal temperatuuril.

Insenerid on välja töötanud uus mootor kergete lendude jaoks. "Soovime, et mootor oleks uskumatult töökindel ja võimaldaks piloodil keskenduda oma missioonile," ütleb GE Aviationi projektijuht Abe Levatter. Võtsime vastutuse ja arendasime välja mootori, mis on optimeeritud igaks lennuks.

GE katsetab praegu mootori peamisi komponente ja plaanib selle turule tuua 2013. aasta keskel. Allolevas videos näete uut ADVENT mootorit töös.

10. detsember 2012

Artiklite seeria jätkamine (ainult sellepärast, et mul on vaja veel ühte abstrakti, nüüd "mootorite" teemal) - artikkel väga paljutõotavast ja paljutõotavast SABRE mootoriprojektist. Üldiselt on temast RuNetis palju kirjutatud, kuid enamasti on uudisteagentuuride veebilehtedel väga kaootilised märkmed ja kiidusõnad, kuid ingliskeelse Vikipeedia artikkel meeldis mulle väga, üldiselt on need meeldivalt rikkad. üksikasjades ja üksikasjades - ingliskeelse Vikipeedia artiklid.

Nii et see postitus (ja minu tulevane essee) põhines artiklil, mis asus algselt aadressil: http://en.wikipedia.org/wiki/SABRE_(rocket_engine), lisati ka väike omadussõna ja selgitus ning koostati Internetis , illustreeriv materjal (see on see, aga Vikipeedia artiklid ei erine piltide rohkuse poolest)

Allpool on järgmine

SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) on kontseptsioon, mida arendab Reaction Engines Limited, eeljahutusega hüperhelikiirusega hübriidne õhku hingav rakettmootor. Mootor töötatakse välja, et pakkuda Skyloni kosmosesüsteemile üheastmelist orbiidi sisenemise võimalust. SABRE on LACE-seeria ja LACE-laadsete mootorite evolutsiooniline arendus, mille töötas välja Alan Bond 1980. aastate alguses/keskpaigas projekti HOTOL raames.

Struktuurselt on see üks kombineeritud töötsükliga mootor, millel on kaks töörežiimi. Õhuhingamisrežiim ühendab turbolaaduri kerge soojusvaheti-jahutiga, mis asub otse õhu sisselaskekoonuse taga. Peal suur kiirus soojusvaheti jahutab kuuma, suruõhkõhu sisselaskeava, mis võimaldab mootoris ebatavaliselt kõrget surveastet. Suruõhk juhitakse seejärel põlemiskambrisse, sarnaselt tavalisele rakettmootorile, kus see süütab vedela vesiniku. Madal temperatuurõhk võimaldab kasutada kergsulameid ja vähendada mootori kogumassi – mis on orbiidile jõudmisel väga kriitiline. Olgu lisatud, et erinevalt sellele mootorile eelnenud LACE kontseptsioonidest ei vedelda SABRE õhku, mis annab suurema efektiivsuse.

Joonis 1. Kosmoselennukite Skylon ja SABRE mootor

Pärast sisselaskekoonuse sulgemist väärtusel M = 5,14 ja kõrgusel 28,5 km, jätkab süsteem tööd suure jõudlusega rakettmootori suletud tsüklis, tarbides pardapaakidest vedelat hapnikku ja vedelat vesinikku, võimaldades Skylonil saavutada orbitaali kiirus pärast atmosfäärist lahkumist kl lahe komplekt kõrgus.

Samuti töötati SABRE mootori baasil õhku hingav reaktiivlennuk nimega Scimitar paljulubavale hüperhelikiirusega reisilennukile A2, mida arendatakse Euroopa Liidu rahastatava LAPCAT programmi raames.

2012. aasta novembris teatas Reaction Engines testide seeria edukast lõpuleviimisest, mis kinnitasid mootori jahutussüsteemi funktsionaalsust – üht peamistest takistustest projekti lõpuleviimisel. Euroopa Kosmoseagentuur (ESA) hindas ka SABRE mootori soojusvaheti-jahutit ja kinnitas mootori metallis rakendamiseks vajalike tehnoloogiate olemasolu.

Joonis 2. Mootori mudel SABRE

Lugu

Eeljahutusega mootori idee pakkus esmakordselt välja Robert Carmichael 1955. aastal. Sellele järgnes veeldatud õhumootori (LACE) idee, mida algselt uurisid Marquardt ja General Dynamics 1960. aastatel osana USA õhujõudude lennunduslennukite jõupingutustest.
LACE süsteem asub otse ülehelikiirusega õhu sisselaskeava taga – seega siseneb suruõhk otse soojusvahetisse, kus see jahutatakse hetkega, kasutades kütusena teatud kogust pardal olevat vedelat vesinikku. Saadud vedelat õhku töödeldakse seejärel vedela hapniku eraldamiseks, mis juhitakse mootorisse. Soojusvahetist läbi lastud kuumutatud vesiniku kogus on aga oluliselt suurem, kui mootoris ära põletada suudetakse ning selle ülejääk juhitakse lihtsalt üle parda (samas annab see ka mõningase tõukejõu suurenemise).

Aastal 1989, kui projekti HOTOL rahastamine lõppes, asutasid Bond ja teised uuringu jätkamiseks Reaction Engines Limited. Mootori RB545 soojusvahetil (mida pidi kasutama HOTOL projektis) oli mõningaid probleeme nii konstruktsiooni haprusega kui ka suhteliselt suure vedela vesiniku kuluga. Samuti oli seda võimatu kasutada - mootori patent kuulus ettevõttele Rolls Royce, ja kõige olulisem argument on see, et mootor kuulutati ülisalajaseks. Seetõttu asus Bond välja töötama uut SABRE mootorit, arendades välja eelmisele projektile omaseid ideid.

2012. aasta novembri seisuga on lõpetatud seadmete testimine teema „Õhk-vedel-hapnikkütusel töötava hübriidrakettmootori jaoks kriitiline soojusvaheti tehnoloogia“ raames. See oli oluline verstapost SABRE arendusprotsessis ja näitas potentsiaalsetele investoritele tehnoloogia elujõulisust. Mootor põhineb soojusvahetil, mis suudab jahutada sissetulevat õhku temperatuurini -150 °C (-238 °F). Jahutatud õhk seguneb vedela vesinikuga ja põleb, et anda atmosfäärilennuks tõukejõudu, enne kui lülitub paakidest vedelale hapnikule atmosfäärivälise lennu jaoks. Selle kriitilise tehnoloogia edukas testimine on kinnitanud, et soojusvaheti suudab rahuldada mootori kütusekulu. piisav kogus atmosfääri hapnik, et töötada kõrge efektiivsusega madalatel lennutingimustel.

2012. aasta Farnborough Airshow'l pidas sellel teemal kõne Ühendkuningriigi ülikoolide ja teaduse riigisekretär David Willetts. Eelkõige ütles ta seda see mootor, mille on välja töötanud Reaction Engines, võib kosmosetööstuse mängutingimusi tõesti muuta. Eeljahutussüsteemi edukas testimine kinnitab 2010. aastal Ühendkuningriigi Kosmoseagentuurilt mootorikontseptsiooni kõrget kiitust. Samuti lisas minister, et kui ühel päeval õnnestub neil seda tehnoloogiat kasutada oma kommertslendude sooritamiseks, siis on see oma mastaabis kahtlemata fantastiline saavutus.

Minister märkis ka, et Euroopa Kosmoseagentuuri nõustumine Skyloni rahastamisega on väike võimalus, mistõttu peaks Ühendkuningriik olema valmis kosmoselaeva suures osas oma kuludega ehitama.

Joonis 3. Kosmoselennuk Skylon - paigutus

SABRE programmi järgmine etapp hõlmab maapealset testimist mõõtkavas mudel mootor, mis suudab näidata täistsükkel. ESA väljendas usaldust demonstratsiooni eduka ehituse suhtes ja teatas, et see esindab " oluline verstapost selle programmi arendamisel ja läbimurret selles küsimuses tõukejõusüsteemid kogu maailmas"

Disain

Joonis 4. SABRE mootori paigutus

Sarnaselt RB545-ga on ka SABRE konstruktsioon lähedasem traditsioonilisele rakettmootorile kui reaktiivmootorile. Hübriid-õhujoa/eeljahutusega rakettmootor kasutab vedelat vesinikkütust koos oksüdeerijaga, mida tarnitakse kas gaasilise õhuna kompressori kaudu või vedela hapnikuna, mida tarnitakse kütusepaakidest turbopumba kaudu.

Mootori esiosas on lihtne telgsümmeetriline koonusekujuline õhuvõtuava, mis aeglustab õhku allahelikiiruseni, kasutades ainult kahte peegeldunud lööklaine.

Osa õhust liigub läbi soojusvaheti mootori keskossa ja ülejäänu rõngakujulise kanali kaudu teise ahelasse, mis on tavaline ramjet. Soojusvaheti taga asuv keskosa on turboülelaadur, mida juhib heeliumgaas, mis ringleb läbi suletud Braytoni tsüklikanali. Kompressori poolt kokkusurutud õhk siseneb kõrge rõhu all kombineeritud tsükliga rakettmootori nelja põlemiskambrisse.

Joonis 5. SABRE mootori lihtsustatud töötsükkel

Soojusvaheti

Üli-/ülehelikiirusel mootorisse sisenev õhk muutub pärast pidurdamist ja õhu sisselaskeavas kokkusurumist väga kuumaks. Reaktiivmootorite kõrgeid temperatuure on traditsiooniliselt käsitletud raskete vase- või niklisulamitega, vähendades kompressori surveastet ja ka kiirust, et vältida konstruktsiooni ülekuumenemist ja sulamist. Üheastmelise kosmoseaparaadi puhul ei ole aga sellised rasked materjalid kasutatavad ja võimalikult lühikese aja jooksul orbiidile sisenemiseks on vaja maksimaalset võimalikku tõukejõudu, et minimeerida kadude tõsidust.

Kasutades jahutusvedelikuna heeliumi gaasi jahutatakse soojusvaheti õhku oluliselt 1000°C-lt -150°C-ni, vältides samas õhu veeldamist või veeauru kondenseerumist soojusvaheti seintele.

Joonis 6. Modelleerige üks soojusvaheti moodulitest

Soojusvaheti varasemad versioonid, näiteks need, mida kasutati projektis HOTOL, juhtisid vesinikkütust otse läbi soojusvaheti, kuid heeliumi kasutamine vaheringina õhu ja külma kütuse vahel kõrvaldas soojusvaheti konstruktsiooni vesiniku hapruse probleemi. . Kuid õhu järsk jahtumine tõotab teatud probleeme - on vaja vältida soojusvaheti ummistumist külmunud veeauru ja muude fraktsioonide poolt. 2012. aasta novembris demonstreeriti näidissoojusvahetit, mis suudab jahutada atmosfääriõhu temperatuurini -150 °C 0,01 sekundiga.
Üks SABRE soojusvaheti uuendustest on külmutusagensiga torude spiraalne paigutus, mis lubab oluliselt tõsta selle efektiivsust.

Joonis 7. Soojusvaheti SABRE prototüüp

Kompressor

Kiirusel M = 5 ja kõrgusel 25 kilomeetrit, mis on 20% orbiidi kiirusest ja orbiidile sisenemiseks vajalikust kõrgusest, siseneb soojusvahetis jahutatud õhk väga tavalisse turboülelaadurisse, mis on ehituselt sarnane tavalistes turboreaktiivmootorid, kuid tagavad tänu sissetuleva õhu ülimadalale temperatuurile ebatavaliselt kõrge surveastme. See võimaldab suruda õhku 140 atmosfäärini, enne kui see suunatakse peamootori põlemiskambritesse. Erinevalt turboreaktiivmootoritest juhib turboülelaadurit heeliumiahelas paiknev turbiin, mitte põlemisproduktide toime, nagu tavalistel turboreaktiivmootoritel. Seega töötab turboülelaadur soojusvahetis oleva geeli poolt tekitatud soojusel.

Heeliumi tsükkel

Soojus liigub õhust heeliumisse. Kuum heelium heelium-õhk soojusvahetist jahutatakse heelium-vesinik soojusvahetis, eraldades vedelikule soojust vesinikkütus. Ahel, milles heelium ringleb, töötab vastavalt Braytoni tsüklile nii mootori jahutamiseks kriitilistes piirkondades kui ka jõuturbiinide ja arvukate mootorikomponentide juhtimiseks. Ülejäänud soojusenergiat kasutatakse osa vesiniku aurustamiseks, mis põletatakse välises otsevooluahelas.

Summuti

Heeliumi jahutamiseks pumbatakse see läbi lämmastikupaagi. Praegu ei kasutata katsetes vedelat lämmastikku, vaid vett, mis aurustub, alandades heeliumi temperatuuri ja summutades heitgaaside müra.

Mootor

Tänu sellele, et hübriidrakettmootori staatiline tõukejõud ei ole kaugeltki null, saab lennuk õhku tõusta tavalisel õhuhingamisrežiimil, ilma kõrvalise abita, sarnaselt tavaliste turboreaktiivmootoritega varustatud lennukitele. Kõrguse tõustes ja atmosfäärirõhu langedes suunatakse kompressorisse üha rohkem õhku ning kokkusurumise efektiivsus õhu sisselaskeavas ainult väheneb. Selles režiimis võib reaktiivmootor töötada palju suurematel kõrgustel, kui see tavaliselt võimalik oleks.
Kui saavutatakse kiirus M = 5,5, muutub reaktiivmootor ebaefektiivseks ja lülitub välja ning nüüd sisenevad pardal hoitav vedel hapnik ja vedel vesinik rakettmootorisse, kuni saavutatakse orbitaalkiirus (võrreldav M = 25-ga). Turbopumba seadmeid juhib sama heeliumiahel, mis saab nüüd soojust spetsiaalsetes "eelpõlemiskambrites".
Põlemiskambri jahutussüsteemi ebatavaline konstruktsiooniline lahendus - vedela vesiniku asemel kasutatakse jahutusvedelikuna oksüdeerijat (õhk/vedel hapnik), et vältida vesiniku liigset tarbimist ja stöhhiomeetrilise suhte (kütuse ja oksüdeerija suhe) rikkumist. .

Teine oluline punkt on joa otsik. Reaktiivdüüsi efektiivsus sõltub selle geomeetriast ja atmosfäärirõhust. Kuigi düüside geomeetria jääb samaks, varieerub rõhk sõltuvalt kõrgusest märkimisväärselt, mistõttu madalamas atmosfääris väga tõhusad pihustid muutuvad kõrgemate kõrguste saavutamisel oluliselt vähem tõhusaks.
Traditsioonilistes mitmeastmelistes süsteemides on see ületatud lihtne kasutada erineva geomeetriaga iga etapi ja vastava lennufaasi jaoks. Kuid üheastmelises süsteemis kasutame kogu aeg sama otsikut.

Joonis 8. Erinevate reaktiivdüüside jõudluse võrdlus atmosfääris ja vaakumis

Väljapääsuna on plaanis kasutada spetsiaalset Expansion-Deflection (ED otsikut) - STERN projekti raames välja töötatud reguleeritavat jugaotsikut, mis koosneb traditsioonilisest kellast (kuigi tavapärasest suhteliselt lühemast) ja reguleeritav keskkorpus, mis suunab gaasivoolu seintele. Keskkorpuse asendi muutmisega on võimalik tagada, et väljalasketoru ei hõivaks kogu põhjalõike ala, vaid ainult rõngakujulist sektsiooni, reguleerides selle hõivatavat ala vastavalt atmosfäärirõhule.

Samuti saab mitme kambriga mootoris tõukejõu vektorit reguleerida, muutes iga kambri ristlõikepindala ja seega ka panust kogu tõukejõusse.

Joonis 9. Paisumis-paindejoa otsik (ED-düüs)

Otsevoolu ahel

Õhu veeldamisest loobumine suurendas mootori efektiivsust, vähendades entroopia vähendamise kaudu jahutusvedeliku kulusid. Kuid isegi lihtne õhkjahutus nõuab rohkem vesinikku, kui seda on võimalik mootori primaarahelas põletada.

Liigne vesinik juhitakse üle parda, kuid mitte niisama, vaid põletatakse seerias põlemiskambrites, mis asuvad välimises rõngakujulises õhukanalis moodustades mootori otsevooluosa, kuhu õhk siseneb soojust mööda minnes. soojusvaheti. Teine, otsevooluahel vähendab soojusvahetisse mitte siseneva õhutakistuse tõttu tekkivaid kadusid ja annab ka osa tõukejõust.
Madalatel pööretel läheb soojusvahetist/kompressorist mööda väga suur hulk õhku ning kiiruse suurenemisel, efektiivsuse säilitamiseks, siseneb suurem osa õhust vastupidiselt kompressorisse.
See eristab süsteemi turbo-otsevoolumootorist, kus kõik on täpselt vastupidine – madalatel pööretel liiguvad suured õhumassid läbi kompressori ja suurel kiirusel mööduvad sellest otsevooluahela kaudu, mis muutub nii tõhus, et võtab endale juhtiva rolli.

Esitus

Eeldatakse, et SABRE projekteeritud tõukejõu ja kaalu suhe on üle 14 ühiku, samas kui tavaliste reaktiivmootorite tõukejõu ja kaalu suhe jääb 5 piiresse ja ülehelikiirusega mootorite puhul ainult 2. ramjetmootorid. Niisiis suur jõudlus saavutatakse ülijahutatud õhu kasutamisega, mis muutub väga tihedaks ja nõuab vähem kokkusurumist, ja mis veelgi olulisem, tänu madalatele töötemperatuuridele sai võimalikuks kasutada kergsulameid suures osas mootori konstruktsioonist. Üldine jõudlus tõotab olla suurem kui RB545 või ülehelikiirusega reaktiivmootoritel.

Mootoril on kõrge eriimpulss atmosfääris, mis ulatub 3500 sekundini. Võrdluseks, tavalise rakettmootori eriimpulss on parimal juhul umbes 450 ja isegi paljutõotav "termiline" tuumarakettmootor lubab jõuda vaid 900 sekundini.

Kõrge kütusesäästlikkuse ja väikese mootorimassi kombinatsioon annab Skylonile võimaluse jõuda orbiidile üheastmelises režiimis, töötades samal ajal õhku hingava joana kuni kiiruseni M = 5,14 ja kõrguseni 28,5 km. Sel juhul jõuab kosmosesõiduk orbiidile, millel on stardimassiga võrreldes suur kandevõime, mida varem ei olnud võimalik saavutada ühegi mittetuumaseadmega. sõidukit.

Sarnaselt RB545-ga lisab eeljahutuse idee süsteemile massi ja keerukust, mis tavaliselt oleks raketisüsteemide projekteerimise vastand. Samuti on soojusvaheti SABRE mootori konstruktsiooni väga agressiivne ja keeruline osa. Siiski tuleb märkida, et selle soojusvaheti mass on eeldatavasti suurusjärgu võrra väiksem kui olemasolevatel proovidel ja katsed on näidanud, et seda on võimalik saavutada. Eksperimentaalne soojusvaheti saavutas soojusülekande ligi 1 GW/m2, mida peetakse maailmarekordiks. Tulevase soojusvaheti väikesed moodulid on juba valmistatud.

Süsteemi lisamassist tulenevad kaod kompenseeritakse suletud tsüklis (soojusvaheti-turboülelaadur), nii nagu Skyloni tiibade lisakaal suurendab süsteemi üldmassi, aidates ühtlasi kaasa üldisele efektiivsuse tõusule rohkem kui tööjõu vähenemisele. seda. Seda kompenseerivad enamasti erinevad lennutrajektoorid. Tavalised kanderaketid stardivad vertikaalselt, äärmiselt madalad kiirused(kui räägime tangentsiaalsest ja mitte normaalsest kiirusest), võimaldab see näiliselt ebaefektiivne käik õhuvabas keskkonnas kiiresti atmosfääri läbistada ja tangentsiaalset kiirust saavutada, kaotamata kiirust õhu hõõrdumise tõttu.

Samal ajal suur kütusesäästlikkus SABRE mootorid võimaldavad väga õrna tõusu (mille puhul pöörlemiskiiruse tangentsiaalne komponent suureneb tavapärasest rohkem), õhk pigem panustab kui aeglustab süsteemi (oksüdeerija ja töövedelik mootorile, tõste tiibadele), mille tulemuseks on palju väiksem kütusekulu orbiidi kiiruse saavutamiseks.

Mõned omadused

Tõukejõud tühimikus – 2940 kN
Tõukejõud merepinnal – 1960 kN
Tõukejõud (mootor) - umbes 14 (atmosfääris)
Eriimpulss vaakumis – 460 sek
Eriimpulss merepinnal – 3600 sek

Eelised

Erinevalt traditsioonilisest rakettmootorid ja nagu muud tüüpi õhku hingavad mootorid Hübriidreaktiivmootor võib kütuse põletamiseks kasutada õhku, vähendades raketikütuse vajalikku massi ja suurendades seeläbi kasuliku koormuse kaalu.

Ramjet- ja scramjet-mootorid peavad veetma palju aega madalamas atmosfääris, et saavutada orbiidile sisenemiseks piisavat kiirust, mis tõstab esiplaanile intensiivse kuumenemise probleemi ülihelikiirusega tingimustes, samuti sellest tuleneva olulise kaalukaotuse ja termilise keskkonna keerukuse. kaitse.

Hübriidreaktiivmootor, nagu SABRE, peab saavutama ainult madala hüperhelikiiruse (pidage meeles: hüperhelikiirus on kõik pärast M = 5, seega M = 5,14 on hüperhelikiiruse vahemiku algus) atmosfääri madalamates kihtides, enne kui lülitub üle helikiirusele. suletud töötsükkel ja järsk tõus kindla kiirusega raketirežiimis.

Erinevalt ramjet- või scramjet-mootoritest on SABRE võimeline tagama suure tõukejõu nullkiirusest kuni M=5,14-ni, maapinnast kuni kõrgete kõrgusteni, suure efektiivsusega kogu vahemikus. Lisaks võimaldab nullkiirusel tõukejõu tekitamine mootorit maapinnal testida, mis vähendab oluliselt arenduskulusid.

Pakume teile ka mitmeid linke

Reaktiivlennuk on õhusõiduk, mis lendab õhus, kasutades oma konstruktsioonis õhku hingavaid mootoreid. Need võivad olla turboreaktiivmootoriga, otsevooluga, pulseerivat tüüpi, vedelad. Samuti reaktiivlennukid saab varustada mootoriga raketi tüüpi. IN kaasaegne maailm Reaktiivmootoriga lennukid moodustavad enamiku tänapäevastest lennukitest.

Reaktiivlennukite arendamise lühiajalugu

Reaktiivlennukite ajaloo alguseks maailmas peetakse 1910. aastat, mil Rumeenia disainer ja insener nimega Henri Conada lõi kolbmootoril põhineva lennuki. Erinevus tavamudelitest oli labakompressori kasutamine, mis masinat vedas. Disainer hakkas eriti aktiivselt tegutsema sõjajärgsel perioodil, kuna tema seade oli varustatud reaktiivmootoriga, kuigi esialgu väitis ta kategooriliselt vastupidist.

Uurides A. Konadi esimese reaktiivlennuki konstruktsiooni, võib teha mitmeid järeldusi. Esiteks - disainifunktsioonid autod näitavad, et mootor asub ees ja selle liiklusaurud oleks piloodi tapnud. Teiseks arendusvariandiks võiks olla vaid tulekahju lennukis. See on täpselt see, millest disainer rääkis esimesel käivitamisel, sabaosa hävis tulekahjus.

Mis puudutab 1940. aastatel toodetud reaktiivlennukeid, siis neil oli täiesti erinev konstruktsioon, kus mootor ja piloodiiste eemaldati ning tänu sellele paranes ohutus. Kohtadesse, kus mootori leegid kerega kokku puutusid, paigaldati spetsiaalne kuumakindel teras, mis ei põhjustanud kehavigastusi ega purunemist.

Esimesed prototüübid ja arendused

Loomulikult on turboreaktiivmootoriga lennukitel oluliselt rohkem eeliseid kui kolbmootoriga lennukitel.

Saksa päritolu lennuk, tähistus He 178, lendas esmakordselt 27. augustil 1939. aastal.

1941. aastal tõusis taevasse Briti disainerite sarnane seade nimega Gloster E.28/39.

Rakettmootoriga sõidukid

Saksamaal loodud He 176 tegi esimese stardi rajalt 20. juulil 1939. aastal.

Nõukogude lennuk BI-2 tõusis õhku 1942. aasta mais.

Multikompressormootoriga lennukid (neid peetakse tingimuslikult lennukõlblikeks)

Itaalias toodetud lennuk Campini N.1 lendas esmakordselt 1940. aasta augusti lõpus. saavutati lennukiirus 375 km/h ja see on isegi väiksem kui selle kolbiga analoogil.

Tsu-11 mootoriga töötav Jaapani Oka oli mõeldud ühekordseks kasutamiseks, kuna see oli pommlennuk, mille pardal oli kamikaze piloot. Sõjakaotuse tõttu ei saanud põlemiskamber kunagi valmis.

Prantsusmaalt tehnoloogiat laenates suutsid ameeriklased toota ka oma reaktiivmootoriga lennukimudeli, millest sai Bell P-59. Autol oli kaks reaktiivmootorit. Esimest korda registreeriti eraldumine rajast 1942. aasta oktoobris. Tuleb märkida, et see masin oli üsna edukas, kuna selle tootmine toimus seeriaviisiliselt. Seadmel oli oma kolbidega võrreldes mõned eelised, kuid sellegipoolest ei osalenud see vaenutegevuses.

Esimesed edukad lennuki prototüübid

Saksamaa:

Loodud Jumo-004 mootorit kasutati mitmete katse- ja tootmislennukite jaoks. Tuleb märkida, et see on esimene toitepunkt maailmas, millel oli aksiaalkompressor, nagu tänapäevastel hävitajatel. USA ja NSVL said sarnase mootoritüübi palju hiljem.

Lennuk Me.262 koos paigaldatud mootor tüüp Jumo-004 tõusis esimest korda õhku 18. juulil 1942 ja täitis 43 kuu pärast oma esimese lahingumissiooni. Selle hävitaja eelised õhus olid märkimisväärsed. Sarja käivitamine viibis juhtkonna ebakompetentsuse tõttu.

Ar 234 tüüpi luurepommitaja reaktiivlennuk valmistati 1943. aasta suvel ja oli varustatud ka Jumo-004 mootoriga. Seda kasutati aktiivselt sõja viimastel kuudel, kuna ainult see sai töötada olukorras, kus vaenlase väed olid tugevas ülekaalus.

​ Suurbritannia:

• Esimene brittide toodetud reaktiivhävitaja oli Gloster Meteor, mis loodi 1943. aasta märtsis ja võeti kasutusele 27. juulil 1944. Sõja lõppedes oli hävitaja peamiseks ülesandeks tiibrakette V-1 kandvate Saksa lennukite pealtkuulamine.

USA:

Esimene reaktiivhävitaja USAs oli Lockheed F-80. Esimene eraldumine rajast registreeriti 1944. aasta jaanuaris. Lennuk oli varustatud Allison J33 mootoriga, mida peetakse Gloster Meteorile paigaldatud mootori modifitseeritud versiooniks. See ristiti tulega Korea sõjas, kuid peagi asendati see F-86 Sabrega.

Esimene kanduril põhinev reaktiivmootoriga hävitaja valmis 1945. aastal, nimetusega FH-1 Phantom.

USA reaktiivpommitaja valmis 1947. aastal, selleks oli B-45 Tornado. Edasine arendus võimaldas luua AllisonJ35 mootoriga B-47 Stratojeti. See mootor töötati välja iseseisvalt, ilma teiste riikide tehnoloogiaid kasutusele võtmata. Selle tulemusena valmistati pommitaja, mis on kasutusel tänaseni, nimelt B-52.

NSV Liit:

Esimene reaktiivlennuk NSV Liidus oli MiG-9. Esimene start – 24.05.1946. Kokku tarniti tehastest 602 sellist lennukit.

Yak-15 on reaktiivmootoriga hävituslennuk, mis oli õhujõudude teenistuses. Seda lennukit peetakse üleminekumudeliks kolblennukilt reaktiivlennukile.

MiG-15 toodeti 1947. aasta detsembris. Seda kasutati aktiivselt Korea sõjalises konfliktis.

Reaktiivpommitaja Il-22 valmistati 1947. aastal, see oli esimene aastal edasine areng pommitajad.

Ülehelikiirusega joad

Ainus ülehelikiirusega tõukejõuga lennukite tootmise ajaloos kandjal põhinev pommitaja on A-5 Vigilent lennuk.

Ülehelikiirusega kandjapõhised hävitajad - F-35 ja Yak-141.

Tsiviillennunduses loodi ainult kaks reisilennukit, mis suutsid lennata ülehelikiirusel. Esimene toodeti NSV Liidu territooriumil 1968. aastal ja kandis nime Tu-144. Nendest lennukitest toodeti 16, kuid pärast mitmeid õnnetusi võeti lennuk kasutusest välja.

Teine sõiduauto seda tüüpi Tootsid Prantsusmaa ja Suurbritannia 1969. aastal. Kokku ehitati 20 lennukit, mis jätkusid aastatel 1976–2003.

Reaktiivlennukite rekordid

Airbus A380 pardale mahub 853 inimest.

Boeing 747 on 35 aastat olnud maailma suurim reisilennuk, mille reisijate mahutavus on 524 inimest.

Kaubavedu:

An-225 "Mriya" – ainuke auto maailmas, mille tõstevõime on 250 tonni. Algselt toodeti see Burani kosmosesüsteemi transportimiseks.

An-124 Ruslan on üks maailma suurimaid lennukeid, mille kandevõime on 150 tonni.

See oli suurim kaubalennuk enne Ruslani ilmumist, kandevõimega 118 tonni.

Maksimaalne lennukiirus

Lennuk Lockheed SR-71 saavutab kiiruse 3529 km/h. Valmistati 32 lennukit, kuid täis paakidega õhku tõusta ei saa.

MiG-25 - tavaline lennukiirus on 3000 km/h, võimalik kiirendus 3400 km/h.

Tulevased prototüübid ja arendused

Reisija:

Suur:

• Kiire tsiviil.
• Tu-244.

Äriklass:

SSBJ, Tu-444.

SAI Quiet, Aerion SBJ.

Ülehelikiirus:

• Reaktsioonimootorid A2.

Hallatavad laborid:

Vaikne Spike.

Tu-144LL koos Tu-160 mootoritega.

Mehitamata:

• X-51
• X-43.

Lennuki klassifikatsioon:

A

B

IN

G

D

JA

TO

L

Siin lennate mõningase kartusega ja vaatate kogu aeg tagasi minevikku, kui lennukid olid väikesed ja võisid iga probleemi korral kergesti liuelda, kuid siin on seda aina rohkem. Loeme ja vaatame sellist lennukimootorit.
Ameerika firma General Electric katsetab praegu maailma suurimat reaktiivmootorit. Uus toode töötatakse välja spetsiaalselt uue Boeing 777X jaoks.

Rekordi purustav reaktiivmootor sai nimeks GE9X. Arvestades, et esimesed selle tehnikaimega Boeingid tõusevad taevasse mitte varem kui 2020. aastal, võib General Electric oma tuleviku suhtes kindel olla. Tõepoolest, hetkel ületab GE9X tellimuste koguarv 700 ühikut.
Nüüd lülitage kalkulaator sisse. Üks selline mootor maksab 29 miljonit dollarit. Mis puudutab esimesi katsetusi, siis need toimuvad USA-s Ohio osariigis Peeblesi linnakese lähistel. GE9X tera läbimõõt on 3,5 meetrit ja sisselaskeava mõõtmed on 5,5 m x 3,7 m. Üks mootor suudab toota 45,36 tonni joa tõukejõudu.

GE andmetel ei ole maailmas ühelgi kaubanduslikul mootoril nii kõrge surveaste (27:1 surveaste) kui GE9X-l.
Mootori konstruktsioonis kasutatakse aktiivselt komposiitmaterjale, mis taluvad temperatuuri kuni 1,3 tuhat kraadi Celsiuse järgi. Seadme üksikud osad luuakse 3D-printimise abil.

GE plaanib paigaldada GE9X laia kerega pikamaalennukile Boeing 777X. Ettevõte on juba saanud enam kui 700 GE9X mootori tellimusi 29 miljardi dollari väärtuses firmadelt Emirates, Lufthansa, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific jt.

Hetkel käivad GE9X komplektse mootori esimesed katsetused. Testimine algas juba 2011. aastal, kui komponente testiti. GE ütles, et see suhteliselt varane ülevaatus tehti katseandmete saamiseks ja sertifitseerimisprotsessi alustamiseks, kuna ettevõte kavatseb sellised mootorid lennukatseteks paigaldada juba 2018. aastal.
Mootor GE9X on mõeldud 777X reisilennuki jaoks ja paigaldatakse 700 lennukile. See läheb ettevõttele maksma 29 miljardit USA dollarit. Mootori korpuse all on 16 laba neljas põlvkond valmistatud grafiitkiust, mis suruvad õhu 11-astmelisse kompressorisse. Viimane suurendab rõhku 27 korda. Allikas: "Innovatsiooni- ja Arenguagentuur",

Põlemiskamber ja turbiin taluvad kuni 1315 °C temperatuuri, mis võimaldab kütust tõhusamalt kasutada ja selle heitgaase vähendada.
Lisaks on GE9X-l 3D-prinditud kütusepihustid. Ettevõte hoiab seda keerulist tuuletunnelite ja süvendite süsteemi saladuses. Allikas: "Innovatsiooni- ja Arenguagentuur"

GE9X on varustatud madalrõhukompressori turbiini ja lisaseadme ajamiga käigukastiga. Viimane juhib lennuki juhtimissüsteemi kütusepumpa, õlipumpa ja hüdropumpa. Erinevalt eelmisest GE90 mootorist, millel oli 11 telge ja 8 abiseadet, on uus GE9X varustatud 10 telje ja 9 ühikuga.
Telgede arvu vähendamine mitte ainult ei vähenda kaalu, vaid vähendab ka osade arvu ja lihtsustab logistikaahelat. Teine GE9X mootor peaks olema testimiseks valmis järgmisel aastal

GE9X mootoril on mitmesuguseid osi ja komponente, mis on valmistatud kergest kuumuskindlast keraamilisest maatrikskomposiitmaterjalist (CMC). Need materjalid taluvad temperatuuri kuni 1400 kraadi Celsiuse järgi ja see on võimaldanud oluliselt tõsta temperatuuri mootori põlemiskambris.
"Mida kõrgemat temperatuuri mootori sisikonnas saavutate, seda tõhusam see on," ütleb GE Aviationi esindaja Rick Kennedy. "Kõrgematel temperatuuridel põleb kütus täielikumalt, seda kulub vähem ja heitgaasid kahjulikud ained satuvad keskkonda."
Moodsad 3D-printimise tehnoloogiad mängisid GE9X mootori mõnede komponentide valmistamisel suurt rolli. Nende abiga loodi mitmed osad, sealhulgas kütusepihustid, nii keerulise kujuga, et traditsioonilise töötlusega polnud neid võimalik saada.
"Kütusekanalite keeruline konfiguratsioon on hoolikalt kaitstud ärisaladus," ütleb Rick Kennedy, "tänu nendele kanalitele jaotatakse ja pihustatakse kütus põlemiskambris kõige ühtlasemal viisil."

Tuleb märkida, et hiljutine test tähistab esimest korda, kui GE9X mootor on täielikult kokkupandud kujul tööle pandud. Ja seda mootorit on viimastel aastatel arendatud koos üksikute komponentide katsestendiga.
Lõpetuseks tuleb märkida, et hoolimata asjaolust, et GE9X mootoril on maailma suurima reaktiivmootori tiitel, ei kuulu sellele toodetava tõukejõu rekord. Selle näitaja absoluutne rekordiomanik on eelmise põlvkonna mootor GE90-115B, mis suudab arendada tõukejõudu 57 833 tonni (127 500 naela).