Особенности конструкции
реактивных самолётов

DjVu

      ВВЕДЕНИЕ
      Преимущества реактивного двигателя по сравнению с поршневым мотором, особенно существенны при больших скоростях полета (выше 800 — 900 км!час). Это легко можно уяснить, рассматривая кривую коэфициента полезного действия винта, изображенную на рис. 1. Из этого графика видно, что коэ-фициент полезного действия винта резко падает при увеличении скорости свыше определенной величины (на рис. 1 свыше 400 км/час). Кроме того, из формулы: ...
      Тяга же турбокомпрессорного воздушногреактивного двигателя (ТКВРД) с увеличением скорости почти не изменяется (см. кривую 3). Это и обусловливает преимущество реактивного двигателя в отношении тяги на больших
      скоростях полета по сравнению с поршневым мотором имеющим винт.
      Чтобы яснее представить выгоды, даваемое реактивными двигателями, можно привести следующий пример. При рекордном полете самолета «Метеор», когда была достигнута скорость 976 км/час (27 ,5 м/сек), суммарная тяга двух реактивных двигателей «Дервент» составила о О кг Можно считать, что при такой скорости полета коэфициент полезного действия винта был бы не выше v, — U,5. Тогда эквивалентная мощность поршневого тукитора, обеспечивающего ту же тягу при той же скорости составляет 4 .
      Вес такого поршневого мотора должен быть не менее 12 000 кг, в то время как вес двух двигателей «Дервент V составляет всего 1 130 кг. Меньший вес, меньшие размеры и большая тяга при больших скоростях полета объясняют вытеснение поршневых моторов реактивными двигателями в скоростной авиации.
      Основным недостатком реактивных .двигателей следует считать их малую экономичностъ в отношении расхода горючего, особенно у жидкостных реактивных двигателей (ЖРД). Время полета на полном газу самолетов с ЖРД не превышает 8 — 10 мин. при запасе окислителя и горючего до 2 000 кг.
      ТКВРД в несколько раз экономичнее ЖРД, но все же потребный запас горючего, даже на одноместном истребителе, составляет от 1 000 до 2 000 кг.
      С увеличением высоты полета расход горючего уменьшается, поэтому на реактивных самолетах наиболее эко: комичным является полет на больших высотах.
      Серьезным недостатком реактивных двигателей является также ix плохая приемистость, особенно у двигателей с осевыми компрессорами. Время перехода от малых оборотов до номинальных составляет около 10, сек., 4fo примерно в пять раз больше, чем у поршневых моторов (у ТКВРД с центробежным компрессором это время равно 4 сек.). Это усложняет технику пилотирования самолетов, особенно при полетах в строю, при выполнении маневра и при посадке. Наконец, тяга ТКВРД заметным образом падает с повышением температуры окружающего воздуха. Это обстоятельство увеличивает длину разбега реактивных самолетов летом по сравнению с зимшш вре
      iHoctu реактивных двигателей, не посредственно влияющие на конструкцию самолета рассматриваются ниже.
      Можно предполагать, что ТКВРД в ближайшие годы оудут применяться главным образом па скоростных самолетах истребителях и на скоростных разведчиках Жидкостные реактивные двигатели в ближайшие годы иовидимому, будут иметь ограниченное .применение ввиду большого расхода горючего и опасности взрыва их(они могут быть использованы главным образом в качестве ускорителей на самолетах истребителях-перехватчиках). Однако этот тип двигателя является пока единственным, принципиально позволяющим осуществить полет в безвоздушном пространстве, так как для своей работы он не требует наличия воздуха.
      На самолетах, от которых требуются высокая грузоподъемность, большая высота или дальность полета при сравнительно высокой скорости, вероятнее всего будут применяться турбовинтовые двигатели (ТВД), тяга которых складывается из тяги винта и тяги реактивного двигателя. Действительно, как это видно из кривых рис. 1, тяга винта на малой скорости полета получается в несколько раз больше тяги винта при полете на больших скоростях. Это чрезвычайно важно при взлете самолетов е большой нагрузкой, например бомбардировщиков пли транспортных самолетов. Применение ТВД позволяет получить значительно большую тягу при взлете самолета и тем самым существенно сокращает длину разбега п взлетную дистанцию самолета. Кроме того, расход горючего у ТВД меньше, чем у ТКВРД, что обеспечивает большую дальность и продолжительность полета при том же запасе горючего.
      Для самолетов, летающих на малой высоте и на малых скоростях (учебных, спортивных, самолетов личного пользования, санитарных, сельскохозяйственных), по всей вероятности в течение ближайших лет сохранится поршневой мотор с винтом.
      Веско мпрес сорный воздушно-реактивный двигатель (БКВРД) по расходу горючего выгоднее ЖРД" но значительно хуже ТКВРД (до скорости полета примера но 2 500 — 3 000 км/час). Основным недостатком БКВРШ является отсутствие, тяги при отсутствии движения, что не1 позволяет самолету с таким двигателем самостоятельно взлетать. Для взлета требуется разгон таких самолетов катапультами, применение взлетных ракет или сбрасывание их с других самолетов в воздухе. Однако по сравнению с ТКВРД он значительно проще и легче.
     
     
      Глава I
      КОМПОНОВКА РЕАКТИВНЫХ САМОЛЕТОВ
     
      1. Общие сведения
      Особенности конструктивной и аэродинамической компоновки реактивных самолетов обусловливаются в основном Двумя фактами: а) особенностями, присущими силовой реактивном установке, и б) явлениями, возникающими при полетах на скорости, близкой к скорости звука.
      Из особенностей реактивных двигателей на компоновочную схему самолета главным образом влияют отсутствие на реактивном двигателе винта, наличие мощной струи выхлопных газов с высокой температурой, выбрасываемой двигателем назад с очень большой скоростью, и большие расходы горючего.
      Из явлении, возникающих при большой скорости полета, на общую схему самолета и его основные параметры в, первую очередь влияют: появление местных волновых сопротивлений (волнового кризиса) и связанное с этим нарушение устойчивости и управляемости самолета, а также степень прочности и вибрации частей, самолета. Рассмотрим подробнее влияние этих факторов.
     
      2. Особенности реактивных самолетов в связи с отсутствием винта
      Отсутствие винта на одномоторном самолете позволяет разместить реактивный двигатель в средней части фюзеляжа (рис. 2, а). Такое расположение двигателя дает возможность поместить экипаж и неподвижное стрелковое оружие в носовой части фюзеляжа, впереди крыла; это обеспечивает хороший обзор из кабины пилота, хорошую прнцельность и кучность огня. При таком расположении двигателя ось выхлопного сопла совмещается с осью хвостовой части фюзеляжа, благодаря чему при изменении тяги момент сил незначительно изменяется относительно центра тяжести, т. е. балансировка самолета при изменении режима работы мотора почти не нарушается. Наконец, размещение двигателя примерно в середине фюзеляжа освобождает место для уборки носового колеса шасси и позволяет придать заостренную форму носовой части фюзеляжа, что уменьшает сопротивление при больших скоростях полета. По условиям компоновки, внутри фюзеляжа рациональнее размещаются ТКВРД с центробежным компрессором. Двигатели этой конструкции имеют меньшую длину, чем ТКВРД с осевым компрессором, и это дает возможность разместить между пилотом и двигателем керосиновые баки. Общая длина фюзеляжа при этом получается не слишком большой. Такая схема расположения
      ТКВРД с центробежным компрессором осуществлена, например, на американском самолете «Шутинг Стар».
      При установке на одномоторном самолете ТКВРД с осевым компрессором двигатель вследствие его большой длины приходится размещать либо сверху фюзеляжа. Такое расположение неблагоприятно в отношении продольной статической устойчивости и аэродинамического сопротивления: создается
      большое плечо реактивной силы струи выхлопных газов относительно центра тяжести и увеличивается площадь лобового сопротивления самолета; однако при этом в фюзеляже освобождается место для керосиновых баков, для уборки основного шасси и т. -д. Наконец, отсутствие винта! позволяет уменьшить высоту шасси, что уменьшает вес самолета и упрощает его эксплоатацию, так как при обслу-? живании самолета (типа истребитель) на земле не требуется высоких стремянок.
      При двухмоторной схеме самолета отсутствие воздушных винтов позволяет поместить двигатели ближе к продольной оси фюзеляжа или даже расположить их непосредственно по бокам фюзеляжа (рис. 3, а). Такое разме- щение двигателей выгодно при полете с одним остановленным мотором, так как разворачивающий момент от cилы тяги работающего двигателя получается меньше. Кроме того, разворачивающий момент при полете с одним остановленным мотором уменьшается еще за счет отсут-, ствия разворачивающего момента лобовых сил воздушного-сопротивления остановленного винта (этот момент весьма, велик даже в том случае, если лопасти винта повернуты. во флюгерное положение).
      На многомоторном самолете возможно спаривание реактивных двигателей, расположенных на крыле (рис. 3, б). Это уменьшает лобовое сопротивление самолета и снижает количество просветов в закрылках, что приводит к повышению СvmilK механизированного крыла. Отсутствие винта на реактивном двигателе позволяет осуществить компоновку двухмоторного самолета комбинированного типа, а именно: установить в носовой части фюзеляжа самолета двигатель с винтом, а сзади — реактивный двигатель ТКВРД или ЖРД (рис. 3, в). Самолет такого типа благодаря значительной тяге винта на малых скоростях обладает хорошими взлетными качествами и большой экономичностью (при полете с остановленным реактивный двигателем).