Casa Propiedades útiles de las frutas. La historia de la creación y el principio de funcionamiento de un motor turborreactor. Esquema del motor a reacción

La historia de la creación y el principio de funcionamiento de un motor turborreactor. Esquema del motor a reacción

Ya a principios del siglo XX. El científico ruso K.E. Tsiolkovsky predijo que después de la era de los aviones de hélice, vendría la era de los aviones a reacción. Creía que solo con un motor a reacción se podían alcanzar velocidades supersónicas.

En 1937, el joven y talentoso diseñador A.M. Lyulka propuso el proyecto del primer motor turborreactor soviético. Según sus cálculos, dicho motor podría acelerar el avión a velocidades sin precedentes en ese momento: ¡900 km / h! Me pareció fantástico, y la propuesta del joven diseñador fue tratada con cautela. Pero, sin embargo, comenzó el trabajo en este motor y, a mediados de 1941, estaba casi listo. Sin embargo, la guerra comenzó y la oficina de diseño donde A.M. Lyulka, fue evacuado a lo profundo de la URSS, y el propio diseñador fue cambiado a trabajar en motores de tanques.

Pero A. M. Lyulka no estaba solo en su deseo de crear un motor de avión a reacción. Justo antes de la guerra, los ingenieros de la oficina de diseño V.F. Bolkhovitinov - A.Ya. Bereznyak y A.M. Isaev: propuso el proyecto del interceptor de combate BI-1 con un motor a reacción de propulsor líquido.

El proyecto fue aprobado y los diseñadores se pusieron a trabajar. A pesar de todas las dificultades del primer período de la Gran guerra patriótica, sin embargo, se construyó el experimentado "BI-1".

El 15 de mayo de 1942, un piloto de pruebas de EY levantó en el aire el primer cohete de combate del mundo. Bakhchivandzhi. Las pruebas continuaron hasta finales de 1943 y, lamentablemente, terminaron en desastre. En uno de los vuelos de prueba, Bakhchivandzhi alcanzó una velocidad de 800 km/h. Pero a esta velocidad, el avión de repente perdió el control y se precipitó al suelo. La nueva máquina y su valiente probador perecieron.

El primer avión a reacción "Messer-schmitt Me-262" apareció en el cielo justo antes del final de la Segunda Guerra Mundial. Fue producido en fábricas bien camufladas ubicadas en el bosque. Una de estas fábricas en Gorgau, a 10 km al oeste de Augsburgo en la autopista, suministró las secciones de alas, morro y cola del avión a otra planta "forestal" cercana, que llevó a cabo el ensamblaje final y levantó el avión terminado directamente de la autopista. . El techo de los edificios estaba pintado de verde, y era casi imposible detectar una planta de "bosque" desde el aire. Aunque los aliados lograron detectar los despegues del Me-262 y bombardearon varios aviones descubiertos, solo pudieron establecer la ubicación de la planta después de haber ocupado el bosque.

El inglés Frank Whittle, el descubridor del motor a reacción, recibió su patente en 7930. El primer avión a reacción el avión Gloster se construyó en 1941 y se probó en mayo. El gobierno lo abandonó, no lo suficientemente poderoso. Solo los alemanes revelaron completamente el potencial de esta invención, en 1942 ensamblaron el Messerschmitt Me-262, en el que lucharon hasta el final de la guerra. El primer avión a reacción soviético fue el MiG-9, y su "descendiente", el MiG-15, escribió muchas páginas gloriosas en la historia de combate de la Guerra de Corea (1950-1953).

En los mismos años en Alemania nazi, que ha perdido la superioridad aérea en el frente soviético-alemán, el trabajo en aviones a reacción se está desarrollando cada vez más intensamente. Hitler esperaba que con la ayuda de estos aviones tomaría nuevamente la iniciativa en la guerra y lograría la victoria.

En 1944, el Messerschmitt Me-262, equipado con un motor a reacción, se puso en producción en serie y pronto apareció en el frente. Los pilotos alemanes desconfiaban mucho de esta máquina inusual, que no tenía la hélice habitual. Además, a una velocidad cercana a los 800 km/h, fue arrastrado en picado, y fue imposible sacar el coche de ese estado. Además, las instrucciones más estrictas aparecieron en las unidades de aviación: en ningún caso se debe aumentar la velocidad a 800 km / h.

Sin embargo, incluso con tal limitación, el Me-262 superó en velocidad a todos los demás cazas de esos años. Esto permitió al comandante de la aviación de combate nazi, el general Holland, declarar que el Me-262 era "la única oportunidad de organizar una resistencia real contra el enemigo".

En el frente oriental, el "Me-262" apareció al final de la guerra. En este sentido, las oficinas de diseño recibieron la tarea urgente de crear dispositivos para combatir los aviones a reacción alemanes.

AI. Mikoyan y P.O. Sukhoi, para ayudar al motor de pistón convencional ubicado en la proa del aparato, agregó un motor de motor-compresor diseñado por K.V. Kholshchevnikov, instalándolo en la cola del avión. Se tuvo que arrancar un motor adicional cuando la aeronave necesitaba una aceleración significativa. Esto fue dictado por el hecho de que el K.V. Kholshchevnikov no trabajó más de tres a cinco minutos.

El primero en terminar el trabajo en el caza de alta velocidad A.I. Mikoyán. Su avión I-250 voló en marzo de 1945. Durante las pruebas de esta máquina, se registró una velocidad récord de 820 km/h, que se logró por primera vez en la URSS. Luchador PO El Sukhoi Su-5 entró en pruebas en abril de 1945, y tras encender el motor de cola adicional, se obtuvo una velocidad superior a los 800 km/h.

Sin embargo, las circunstancias de esos años no permitieron el lanzamiento de nuevos cazas de alta velocidad a la producción en masa. En primer lugar, la guerra terminó, incluso el cacareado Me-262 no ayudó a los nazis a recuperar su superioridad aérea perdida.

En segundo lugar, la habilidad de los pilotos soviéticos hizo posible demostrarle al mundo entero que incluso avion a reacción puede ser derribado controlando un luchador en serie ordinario.

Paralelamente al desarrollo de un avión equipado con un motor compresor de "empuje", la oficina de diseño de P.O. Sukhoi, se creó el caza Su-7, en el que, junto con un motor de pistón, el líquido-jet RD-1, desarrollado por el diseñador V.P. Glushko.

Los vuelos en el Su-7 comenzaron en 1945. Su piloto G. Komarov lo probó. Cuando se encendió el "RD-1", la velocidad de la aeronave aumentó en un promedio de 115 km/h. Este fue un buen resultado, pero pronto las pruebas tuvieron que detenerse debido a las frecuentes fallas del motor a reacción.

Una situación similar se ha desarrollado en las oficinas de diseño de S.A. Lavochkin y AS. Yakovlev. En uno de los prototipos de aviones La-7R, el acelerador explotó en vuelo, el piloto de pruebas logró escapar milagrosamente. Pero al probar el Yak-3 con el acelerador RD-1, el avión explotó y su piloto murió. Los frecuentes accidentes llevaron al hecho de que se terminaron las pruebas de aviones con el "RD-1". Además, quedó claro que los motores de pistón iban a ser reemplazados por motores nuevos: motores a reacción.

Después de la derrota de Alemania, los aviones a reacción alemanes con motores fueron tomados como trofeos de la URSS. Los aliados occidentales obtuvieron no solo muestras de aviones a reacción y sus motores, sino también sus desarrolladores y equipos de fábricas fascistas.

Para adquirir experiencia en la construcción de aviones a reacción, se decidió utilizar JUMO- 004" y "BMW-003", y luego crea el tuyo propio basado en ellos. Estos motores se denominaron "RD-10" y "RD-20". Además, los diseñadores A.M. Lyulke, A.A. Mikulin, V. Ya. Klimov recibió instrucciones de crear un motor a reacción de avión "completamente soviético".

Mientras los "motores" estaban funcionando, P.O. Sukhoi desarrolló el avión de combate Su-9. Su diseño se realizó de acuerdo con el esquema de un avión bimotor: se colocaron dos motores JUMO-004 (RD-10) capturados debajo de las alas.

Las pruebas en tierra del motor a reacción RA-7 se llevaron a cabo en el aeródromo del aeródromo de Tushino. Mientras trabajaba, hizo un ruido terrible y lanzó nubes de humo y fuego por su boquilla. El rugido y el resplandor de las llamas se notaron incluso en la estación de metro Sokol de Moscú. No sin curiosidad. Una vez, varios camiones de bomberos se apresuraron al aeródromo, llamados por los moscovitas para apagar el fuego.

El avión Su-9 difícilmente podría llamarse solo un caza. Los pilotos solían llamarlo "caza pesado", ya que más el nombre exacto- cazabombardero - apareció solo a mediados de los años 50. Pero en términos de su poderoso armamento de cañones y bombas, el Su-9 bien podría considerarse el prototipo de tal avión.

Esta disposición de motores tenía tanto desventajas como ventajas. Las desventajas incluyen la gran resistencia frontal creada por los motores ubicados debajo de las alas. Pero, por otro lado, la colocación de motores en góndolas especiales para motores fuera de borda abrió el acceso sin obstáculos a ellos, lo cual fue importante durante las reparaciones y ajustes.

Además de los motores a reacción, el avión Su-9 contenía muchas soluciones de diseño "nuevas". Entonces, por ejemplo, P.O. Sukhoi instaló en su avión un estabilizador controlado por un electromecanismo especial, propulsores de pólvora de arranque, un asiento eyectable para el piloto y un dispositivo de reinicio de emergencia para una linterna que cubría la cabina, frenos de aire con un escudo de aterrizaje y un paracaídas de freno. Podemos decir que el Su-9 fue creado completamente a partir de innovaciones.

Pronto se construyó una versión experimental del caza Su-9. Sin embargo, se llamó la atención sobre el hecho de que la ejecución de los giros es físicamente difícil para el piloto.

Se hizo evidente que con el aumento de la velocidad y la altitud de vuelo sería cada vez más difícil para el piloto hacer frente al control, y luego se introdujo un nuevo dispositivo en el sistema de control de la aeronave: un amplificador de refuerzo, similar a una dirección asistida. Pero en esos años, el uso de un complejo dispositivo hidráulico en un avión causó controversia. Incluso los diseñadores de aviones experimentados se mostraron escépticos con respecto a él.

Y, sin embargo, el refuerzo se instaló en el Su-9. Sukhoi fue el primero en cambiar por completo los esfuerzos de las palancas de control de la aeronave al sistema hidráulico. La reacción positiva de los pilotos no se hizo esperar. El control de aeronaves se ha vuelto más agradable y no agotador. La maniobra se simplificó y se hizo posible en todas las velocidades de vuelo.

Cabe agregar que para lograr la perfección del diseño, P.O. Sukhoi "perdió" en la competencia entre las oficinas de Mikoyan y Yakovlev. Los primeros aviones de combate de la URSS, "MiG-9" y "Yak-15", despegaron el mismo día, el 26 de abril de 1946. Participaron en el desfile aéreo en Tushino y se pusieron en producción de inmediato. Y el Su-9 apareció en el aire solo en noviembre de 1946. Sin embargo, a los militares les gustó mucho y en 1947 se recomendó su producción en masa. Pero no entró en la serie: las fábricas de aviones ya estaban cargadas de trabajo en la producción de aviones MiG y Yakovs. Sí, y apartado de correos. En ese momento, Dry ya estaba terminando el trabajo en una máquina nueva y más avanzada: el caza Su-11.

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Luego vinieron los motores Combustión interna y motores de hélice. Resultó ser tan exitoso que un motor a reacción moderno y un motor de tornillo (hélice) todavía coexisten en paralelo. Eso sí, habiendo sufrido una serie de modificaciones.

¿Cómo surgió el motor a reacción?

Mayoria soluciones tecnicas, cuya invención se atribuye al Hombre, fueron en realidad atisbados de la naturaleza. Por ejemplo, la creación de un ala delta estuvo precedida por la observación del vuelo de los pájaros en el cielo. Las formas aerodinámicas de peces y pájaros también fueron brillantemente argumentadas, pero ya en el marco de medios tecnicos. Una historia similar no pasó por alto el motor a reacción. Este principio los movimientos son utilizados por muchos vida marina- pulpos, calamares, medusas, etc. Tsiolkovsky habló sobre tal motor. Aún más: justificó teóricamente la posibilidad de crear una aeronave para vuelos en el espacio interplanetario.

Subyacentes Y cohetes eran conocidos en la antigua China. Podemos decir que la idea de crear un motor a reacción “estaba en el aire”, solo faltaba verlo y traducirlo en tecnología.

La estructura del motor y el principio de funcionamiento.

En el corazón de cualquier motor a reacción hay una cámara con una salida que termina en una campana. Se suministra una mezcla de combustible dentro de la cámara, se enciende allí y se convierte en un gas a alta temperatura. Dado que su presión se distribuye uniformemente en todas las direcciones, presionando las paredes, el gas sólo puede salir de la cámara a través de una campana orientada en sentido contrario al sentido de movimiento deseado. Esto hace que lo dicho sea más fácil de entender con un ejemplo: un hombre está parado sobre hielo, sosteniendo una pesada palanca en sus manos. Pero en cuanto lance la palanca hacia un lado, recibirá un impulso de aceleración y se deslizará sobre el hielo en dirección opuesta al lanzamiento. La diferencia en el rango de vuelo de la palanca y el desplazamiento de una persona se explica solo por su masa, las fuerzas mismas son iguales y los vectores son opuestos. Trazando una analogía con un motor a reacción: una persona es un avión y una palanca es gas sobrecalentado de una campana de cámara.

Por toda su sencillez este esquema tiene varios inconvenientes importantes: alto consumo de combustible y gran presión en las paredes de la cámara. Utilizar para reducir el consumo varias soluciones: también se utiliza como combustible un agente oxidante que, cambiando su estado de agregación, es más preferible que el combustible líquido; otra opción es un polvo oxidable en lugar de un líquido.

Pero mejor solución es un motor estatorreactor. Es una cámara de paso, con una entrada y una salida (relativamente hablando, un cilindro con un casquillo). Cuando el aparato se mueve, el aire entra en la cámara bajo presión. ambiente externo, se calienta y se contrae. La mezcla de combustible suministrada se enciende y reporta una temperatura adicional. Luego rompe la campana y crea un impulso, como en un motor a reacción convencional. En este esquema, el combustible es un elemento auxiliar, por lo que sus costos son significativamente menores. Es este tipo de motor el que se usa en los aviones, donde se pueden ver las palas de una turbina que bombea aire a la cámara.

En un motor a reacción, la fuerza de empuje necesaria para el movimiento se crea convirtiendo la energía inicial en energía cinética del fluido de trabajo. Como resultado de la expiración del fluido de trabajo de la boquilla del motor, se forma una fuerza reactiva en forma de retroceso (chorro). El retroceso mueve el motor y el dispositivo estructuralmente conectado con él en el espacio. El movimiento se produce en la dirección opuesta a la salida del chorro. La energía cinética de la corriente en chorro se puede convertir diferentes tipos energía: química, nuclear, eléctrica, solar. El motor a reacción proporciona propio movimiento sin la intervención de mecanismos intermedios.

Para crear el empuje del chorro, se necesita una fuente de energía inicial, que se convierte en la energía cinética de una corriente en chorro, un fluido de trabajo expulsado del motor en forma de corriente en chorro, y el propio motor a reacción, que convierte la primera tipo de energía en el segundo.

La parte principal de un motor a reacción es la cámara de combustión, en la que se crea el fluido de trabajo.

Todos los motores a reacción se dividen en dos clases principales, dependiendo de si utilizan el entorno en su trabajo o no.

La primera clase son los motores a reacción de aire (WFD). Todos ellos son térmicos, en los que el fluido de trabajo se forma durante la reacción de oxidación de una sustancia combustible con oxígeno del aire circundante. La mayor parte del fluido de trabajo es aire atmosférico.

En un motor cohete, todos los componentes del fluido de trabajo están a bordo del aparato equipado con él.

También hay motores combinados que combinan los dos tipos anteriores.

Por primera vez, la propulsión a chorro se utilizó en la bola de Heron, el prototipo de una turbina de vapor. Los motores a reacción de combustible sólido aparecieron en China en el siglo X. norte. mi. Dichos cohetes se usaron en el Este, y luego en Europa para fuegos artificiales, señalización y luego como cohetes de combate.

Una etapa importante en el desarrollo de la idea de la propulsión a chorro fue la idea de utilizar un cohete como motor para aeronave. Fue formulado por primera vez por el revolucionario ruso N. I. Kibalchich, quien en marzo de 1881, poco antes de su ejecución, propuso un esquema para un avión (avión cohete) usando propulsión a chorro de gases explosivos en polvo.

NE Zhukovsky en sus obras "Sobre la reacción del fluido entrante y saliente" (década de 1880) y "Sobre la teoría de los barcos puestos en movimiento por la fuerza de reacción del agua saliente" (1908) desarrolló por primera vez los principales problemas de la teoría de un chorro motor.

Trabajos interesantes sobre el estudio del vuelo de cohetes también pertenecen al famoso científico ruso I. V. Meshchersky, en particular en el campo. teoría general movimiento de cuerpos de masa variable.

En 1903, K. E. Tsiolkovsky, en su obra "Investigación de los espacios del mundo con dispositivos a reacción", dio una justificación teórica para el vuelo de un cohete, así como diagrama de circuito motor de cohete, anticipando muchas de las características fundamentales y de diseño del motor líquido moderno? motores de cohetes(LPRE). Entonces, Tsiolkovsky proporcionó el uso de combustible líquido para un motor a reacción y su suministro al motor con bombas especiales. Propuso controlar el vuelo del cohete por medio de timones de gas, placas especiales colocadas en un chorro de gases emitidos por la boquilla.

La peculiaridad de un motor de propulsante líquido es que, a diferencia de otros motores a reacción, lleva consigo todo el suministro de oxidante junto con el combustible, y no toma de la atmósfera el aire que contiene oxígeno necesario para quemar el combustible. Este es el único motor que se puede utilizar para vuelos a gran altitud fuera de la atmósfera terrestre.

El primer cohete del mundo con motor de cohete de combustible líquido fue creado y lanzado el 16 de marzo de 1926 por el estadounidense R. Goddard. Pesaba alrededor de 5 kilogramos y su longitud alcanzaba los 3 m.El cohete de Goddard funcionaba con gasolina y oxígeno líquido. El vuelo de este cohete duró 2,5 segundos, durante los cuales voló 56 m.

Sistemático trabajo experimental en estos motores comenzó en los años 30 del siglo XX.

Los primeros motores de cohetes soviéticos se diseñaron y construyeron en 1930-1931. en el Laboratorio de Dinámica de Gases de Leningrado (GDL) bajo la dirección del futuro académico V.P. Glushko. Esta serie se llamó ORM, un motor cohete experimentado. Glushko aplicó algunas novedades, por ejemplo, enfriar el motor con uno de los componentes del combustible.

Paralelamente, el Jet Propulsion Study Group (GIRD) llevó a cabo en Moscú el desarrollo de motores de cohetes. Su inspirador ideológico fue F. A. Zander, y el organizador fue el joven S. P. Korolev. El objetivo de Korolev era construir un nuevo aparato cohete: un avión cohete.

En 1933, F. A. Zander construyó y probó con éxito el motor cohete OR?1, que funcionaba con gasolina y aire comprimido, y en 1932-1933. - motor O?2, a gasolina y oxigeno liquido. Este motor fue diseñado para instalarse en un planeador que se suponía que volaría como un avión cohete.

En 1933, se creó y probó en GIRD el primer cohete soviético de combustible líquido.

Desarrollando el trabajo iniciado, los ingenieros soviéticos continuaron trabajando posteriormente en la creación de motores a reacción de propulsante líquido. En total, desde 1932 hasta 1941, se desarrollaron 118 diseños de motores a reacción de propulsante líquido en la URSS.

En Alemania, en 1931, I. Winkler, Riedel y otros probaron cohetes.

El primer vuelo en un avión, un avión cohete con motor de chorro líquido, se realizó en la Unión Soviética en febrero de 1940. Se utilizó un LRE como planta de energía del avión. En 1941, bajo la dirección del diseñador soviético VF Bolkhovitinov, se construyó el primer avión a reacción: un caza con un motor de cohete de combustible líquido. Sus pruebas fueron realizadas en mayo de 1942 por el piloto G. Ya. Bakhchivadzhi.

Al mismo tiempo, tuvo lugar el primer vuelo de un caza alemán con dicho motor. En 1943, se probó en los Estados Unidos el primer avión a reacción estadounidense, en el que se instaló un motor de combustible líquido. En Alemania, en 1944, se construyeron varios cazas con estos motores diseñados por Messerschmitt y en el mismo año se utilizaron en una situación de combate en el Frente Occidental.

Además, se utilizaron motores de cohetes de propulsante líquido en cohetes alemanes V-2, creados bajo la dirección de W. von Braun.

En la década de 1950, se instalaron motores de cohetes de combustible líquido en misiles balísticos y luego en satélites artificiales Tierra, Sol, Luna y Marte, estaciones interplanetarias automáticas.

El motor de cohete consta de una cámara de combustión con una boquilla, una unidad de turbobomba, un generador de gas o un generador de vapor-gas, un sistema de automatización, elementos de control, un sistema de encendido y unidades auxiliares (intercambiadores de calor, mezcladores, accionamientos).

La idea de los motores a reacción de aire se ha planteado más de una vez en diferentes paises. Lo más importante y obras originales al respecto son estudios realizados en 1908-1913. El científico francés R. Loren, quien, en particular, en 1911 propuso una serie de esquemas para motores estatorreactores. Estos motores usan aire atmosférico como oxidante, y el aire en la cámara de combustión es comprimido por presión de aire dinámica.

En mayo de 1939, por primera vez en la URSS, se probó un cohete con un motor estatorreactor diseñado por P. A. Merkulov. Era un cohete de dos etapas (la primera etapa era un cohete de pólvora) con un peso de despegue de 7,07 kg, y el peso del combustible para la segunda etapa de un motor estatorreactor era de solo 2 kg. Durante la prueba, el cohete alcanzó una altura de 2 km.

En 1939-1940 Por primera vez en el mundo, en la Unión Soviética, se llevaron a cabo pruebas de verano de motores de chorro de aire instalados como motores adicionales en un avión diseñado por N.P. Polikarpov. En 1942, los motores estatorreactores diseñados por E. Zenger se probaron en Alemania.

El motor de chorro de aire consta de un difusor en el que el aire se comprime debido a la energía cinética del flujo de aire que se aproxima. El combustible se inyecta en la cámara de combustión a través de la boquilla y la mezcla se enciende. La corriente en chorro sale por la boquilla.

El funcionamiento de los WFD es continuo, por lo que no existe empuje de arranque en los mismos. En este sentido, a velocidades de vuelo inferiores a la mitad de la velocidad del sonido, no se utilizan motores a reacción. El uso de WFD es más efectivo a velocidades supersónicas y grandes altitudes. El despegue de un avión con un motor de chorro de aire se produce con la ayuda de motores de cohetes con combustible sólido o líquido.

Otro grupo de motores de chorro de aire, los motores turbocompresores, ha recibido más desarrollo. Se dividen en turborreactores, en los que el empuje lo crea un chorro de gases que fluye desde la tobera del chorro, y turbohélices, en los que el empuje principal lo crea la hélice.

En 1909, el ingeniero N. Gerasimov desarrolló el diseño de un motor turborreactor. En 1914, teniente de la Federación Rusa Armada M. N. Nikolskoy diseñó y construyó un modelo de un motor de avión turbohélice. El fluido de trabajo para impulsar una turbina de tres etapas fue productos gaseosos combustión de una mezcla de trementina y ácido nítrico. La turbina no solo trabajaba en la hélice: los productos gaseosos de escape de la combustión dirigidos a la boquilla de cola (chorro) creaban un empuje de chorro además del empuje de la hélice.

En 1924, V. I. Bazarov desarrolló el diseño de un motor a reacción turbocompresor para aviones, que constaba de tres elementos: una cámara de combustión, una turbina de gas y un compresor. Por primera vez, el flujo de aire comprimido aquí se dividió en dos ramas: la parte más pequeña iba a la cámara de combustión (al quemador) y la parte más grande se mezclaba con los gases de trabajo para bajar su temperatura frente a la turbina. Esto aseguró la seguridad de las palas de la turbina. La potencia de la turbina multietapa se utilizó para accionar el compresor centrífugo del propio motor y en parte para hacer girar la hélice. Además de la hélice, el empuje fue creado por la reacción de un chorro de gases que pasó a través de la tobera de cola.

En 1939, comenzó la construcción de motores turborreactores diseñados por A. M. Lyulka en la planta de Kirov en Leningrado. Sus juicios fueron interrumpidos por la guerra.

En 1941, en Inglaterra, se realizó el primer vuelo en un avión de combate experimental equipado con un motor turborreactor diseñado por F. Whittle. Estaba equipado con un motor de turbina de gas que accionaba un compresor centrífugo que suministraba aire a la cámara de combustión. Los productos de combustión se utilizaron para crear empuje a chorro.

En un motor turborreactor, el aire que entra durante el vuelo se comprime primero en la entrada de aire y luego en el turbocargador. El aire comprimido se alimenta a la cámara de combustión, donde se inyecta combustible líquido (más a menudo queroseno de aviación). La expansión parcial de los gases formados durante la combustión se produce en la turbina que hace girar al compresor, y la expansión final se produce en la tobera de chorro. Se puede instalar un postquemador entre la turbina y el motor a reacción, diseñado para la combustión adicional de combustible.

Hoy en día, la mayoría de las aeronaves militares y civiles, así como algunos helicópteros, están equipados con motores turborreactores.

En un motor turbohélice, el impulso principal es creado por una hélice y un adicional (alrededor del 10%) por un chorro de gases que fluye de una boquilla de chorro. El principio de funcionamiento de un motor turbohélice es similar al de un motor turborreactor, con la diferencia de que la turbina hace girar no solo al compresor, sino también a la hélice. Estos motores se utilizan en aviones y helicópteros subsónicos, así como para el movimiento de barcos y automóviles de alta velocidad.

Los primeros motores a reacción de propulsante sólido se utilizaron en misiles de combate. Su uso generalizado comenzó en el siglo XIX, cuando aparecieron unidades de misiles en muchos ejércitos. EN finales del siglo XIX en. el primero polvos sin humo, con combustión más estable y mayor eficiencia.

En las décadas de 1920 y 1930, se estaba trabajando para crear armas a reacción. Esto condujo a la aparición de lanzacohetes: "Katyusha" en la Unión Soviética, morteros de cohetes de seis cañones en Alemania.

La obtención de nuevos tipos de pólvora hizo posible el uso de motores a reacción de propulsante sólido en misiles de combate, incluidos los balísticos. Además, se utilizan en aviación y astronáutica como motores de las primeras etapas de vehículos de lanzamiento, motores de arranque para aviones con motores estatorreactores y motores de freno para naves espaciales.

Un motor a reacción de propulsante sólido consta de un cuerpo (cámara de combustión) en el que se encuentra todo el suministro de combustible y una tobera de chorro. El cuerpo está hecho de acero o fibra de vidrio. Boquilla: hecha de grafito, aleaciones refractarias, grafito.

El combustible es encendido por un encendedor.

El empuje se controla cambiando la superficie de combustión de la carga o el área de la sección crítica de la boquilla, así como inyectando líquido en la cámara de combustión.

La dirección de empuje se puede cambiar mediante timones de gas, una boquilla deflectora (deflector), motores de control auxiliar, etc.

Los motores a reacción de propulsante sólido son muy fiables, se pueden almacenar durante mucho tiempo y, por lo tanto, están constantemente listos para el lanzamiento.

Gran definición

Definición incompleta ↓

Los motores a reacción en la segunda mitad del siglo XX abrieron nuevas oportunidades en la aviación: los vuelos a velocidades superiores a la velocidad del sonido, la creación de aviones con una gran carga útil, hicieron posible los viajes masivos en largas distancias. El motor turborreactor se considera con razón uno de los mecanismos más importantes del siglo pasado, a pesar del simple principio de funcionamiento.

Historia

El primer avión de los hermanos Wright que despegó de la Tierra por sí solo en 1903 estaba equipado con motor de pistones Combustión interna. Y durante cuarenta años este tipo de motor siguió siendo el principal en la construcción de aeronaves. Pero durante la Segunda Guerra Mundial, quedó claro que la aviación tradicional de hélice de pistón había alcanzado su límite tecnológico, tanto en términos de potencia como de velocidad. Una alternativa era el motor de chorro de aire.

Konstantin Tsiolkovsky llevó por primera vez a la viabilidad práctica la idea de utilizar la propulsión a chorro para vencer la gravedad. Allá por 1903, cuando los hermanos Wright lanzaron su primer avión Flyer-1, el científico ruso publicó su trabajo “Exploring the World Spaces with Jet Instruments”, en el que desarrollaba los fundamentos de la teoría de la propulsión a chorro. Un artículo publicado en Scientific Review estableció su reputación como soñador y no fue tomado en serio. Tsiolkovsky tomó años de trabajo y un cambio sistema político para demostrar que tienes razón.

Avión a reacción Su-11 con motores TR-1, desarrollado por Lyulka Design Bureau

Sin embargo, un país completamente diferente, Alemania, estaba destinado a convertirse en el lugar de nacimiento de un motor turborreactor en serie. La creación de un motor turborreactor a fines de la década de 1930 fue una especie de pasatiempo de las empresas alemanas. En esta área, se destacaron casi todas las marcas conocidas actualmente: Heinkel, BMW, Daimler-Benz e incluso Porsche. Los principales laureles fueron para Junkers y su primer turborreactor de serie 109-004 del mundo, instalado en el primer turborreactor Me 262 del mundo.

A pesar de un comienzo increíblemente exitoso en aviación a reacción primera generación soluciones alemanas no han recibido un mayor desarrollo en ninguna parte del mundo, incluida la Unión Soviética.

En la URSS, el legendario diseñador de aviones Arkhip Lyulka llevó a cabo con mayor éxito el desarrollo de motores turborreactores. En abril de 1940, patentó su propio esquema para un motor turborreactor de derivación, que luego recibió reconocimiento mundial. Arkhip Lyulka no encontró el apoyo de los líderes del país. Con el estallido de la guerra, generalmente se le ofreció cambiar a motores de tanque. Y solo cuando los alemanes tenían aviones con motores turborreactores, se ordenó a Lyulka que reanudara urgentemente el trabajo en el motor turborreactor doméstico TR-1.

Ya en febrero de 1947, el motor pasó las primeras pruebas, y el 28 de mayo, el avión a reacción Su-11 con los primeros motores domésticos TR-1, desarrollado por A.M. Design Bureau, realizó su primer vuelo. Lyulka, ahora una rama del software de construcción de motores Ufa, parte de United Engine Corporation (UEC).

Principio de funcionamiento

Un motor turborreactor (TRD) funciona según el principio de un motor térmico convencional. Sin profundizar en las leyes de la termodinámica, una máquina térmica se puede definir como una máquina para convertir energía en trabajo mecánico. Esta energía la posee el llamado fluido de trabajo: el gas o el vapor que se usa dentro de la máquina. Cuando se comprime en una máquina, el fluido de trabajo recibe energía, y cuando se expande posteriormente, tenemos trabajo mecánico útil.

Al mismo tiempo, es claro que el trabajo invertido en comprimir el gas debe ser siempre menor que el trabajo que puede realizar el gas al expandirse. De lo contrario, no habrá ningún "producto" útil. Por tanto, el gas también debe calentarse antes de la expansión o durante ella, y enfriarse antes de la compresión. Como resultado, debido al precalentamiento, la energía de expansión aumentará significativamente y aparecerá su exceso, que se puede utilizar para obtener el trabajo mecánico que necesitamos. Ese es en realidad todo el principio de funcionamiento de un motor turborreactor.

Así, cualquier motor térmico debe tener un dispositivo de compresión, un calentador, un dispositivo de expansión y un dispositivo de refrigeración. El motor turborreactor tiene todo esto, respectivamente: un compresor, una cámara de combustión, una turbina y la atmósfera actúa como refrigerador.



El fluido de trabajo, el aire, ingresa al compresor y se comprime allí. En el compresor, los discos de metal se fijan en un eje giratorio, a lo largo de los bordes de los cuales se colocan las llamadas "cuchillas de trabajo". Ellos "capturan" aire exterior, tirándolo al motor.

Luego, el aire ingresa a la cámara de combustión, donde se calienta y se mezcla con los productos de combustión (queroseno). La cámara de combustión rodea el rotor del motor después del compresor con un anillo continuo, o en forma de tubos separados, que se denominan tubos de llama. El queroseno de aviación se introduce en los tubos de llama a través de boquillas especiales.

Desde la cámara de combustión, el fluido de trabajo calentado ingresa a la turbina. Es similar a un compresor, pero funciona, por así decirlo, en la dirección opuesta. Hace girar el gas caliente con el mismo principio que el juguete de hélice de aire. La turbina tiene pocas etapas, generalmente de una a tres o cuatro. Este es el nodo más cargado en el motor. El motor turborreactor tiene una velocidad muy alta: hasta 30 mil revoluciones por minuto. La antorcha de la cámara de combustión alcanza una temperatura de 1100 a 1500 grados centígrados. El aire se expande aquí, poniendo en movimiento la turbina y dándole parte de su energía.

Después de la turbina, una boquilla de chorro, donde el fluido de trabajo acelera y expira a una velocidad mayor que la velocidad del flujo que se aproxima, lo que crea un empuje de chorro.

Generaciones de motores turborreactores

A pesar de que en principio no existe una clasificación exacta de las generaciones de turborreactores, es posible en en términos generales describir los tipos principales en varias etapas del desarrollo de la construcción de motores.

Los motores de primera generación incluyen motores alemanes e ingleses de la Segunda Guerra Mundial, así como el VK-1 soviético, que se instaló en el famoso caza MIG-15, así como en los aviones IL-28 y TU-14.

Caza MiG-15

Los TRD de segunda generación ya se distinguen por la posible presencia de un compresor axial, un postquemador y una entrada de aire ajustable. Entre los ejemplos soviéticos se encuentra el motor R-11F2S-300 para el avión MiG-21.

Los motores de la tercera generación se caracterizan por una mayor relación de compresión, que se logró aumentando las etapas del compresor y las turbinas, y la aparición de derivación. Técnicamente, estos son los motores más complejos.

La aparición de nuevos materiales que pueden elevar significativamente las temperaturas de funcionamiento ha dado lugar a la creación de motores de cuarta generación. Entre estos motores se encuentra el AL-31 doméstico desarrollado por la UEC para el caza Su-27.

Hoy, la producción de motores de avión de quinta generación está comenzando en la empresa UEC de Ufa. Las nuevas unidades se instalarán en el caza T-50 (PAK FA), que reemplaza al Su-27. Nuevo PowerPoint en el T-50 con mayor potencia hará que el avión sea aún más maniobrable y, lo que es más importante, abrirá una nueva era en la industria aeronáutica nacional.

Inventor: Frank Whittle (motor)
El país: Inglaterra
Tiempo de invención: 1928

La aviación turborreactor se originó durante la Segunda Guerra Mundial, cuando se alcanzó el límite de perfección de los anteriores aviones propulsados ​​por hélice equipados con .

Cada año, la carrera por la velocidad se volvía más y más difícil, ya que incluso un ligero aumento en la velocidad requería cientos de caballos de fuerza adicionales de potencia del motor y conducía automáticamente al peso de la aeronave. En promedio, un aumento en el poder de 1 hp. condujo a un aumento en la masa del sistema de propulsión (el propio motor, la hélice y el equipo auxiliar) en un promedio de 1 kg. Cálculos simples mostraron que era prácticamente imposible crear un avión de combate propulsado por hélice con una velocidad del orden de 1000 km/h.

La potencia del motor requerida de 12.000 caballos de fuerza solo se podía lograr con un peso del motor de aproximadamente 6.000 kg. En el futuro, resultó que un mayor aumento de la velocidad conduciría a la degeneración de los aviones de combate, convirtiéndolos en vehículos capaces de transportarse solos.

No quedaba espacio para armas, equipos de radio, armaduras y combustible a bordo. Pero incluso tal por el precio era imposible obtener un gran aumento en la velocidad. El motor más pesado ha aumentado peso total, lo que obligó a aumentar el área alar, esto provocó un aumento en su resistencia aerodinámica, para superar lo cual fue necesario aumentar la potencia del motor.

Así, el círculo se cerró y la velocidad del orden de 850 km/h resultó ser la máxima posible para un avión con . salir de esto situación viciosa solo podía haber uno: era necesario crear un diseño fundamentalmente nuevo de un motor de avión, que se hizo cuando los aviones turborreactores reemplazaron a los aviones de pistón.

El principio de funcionamiento de un motor a reacción simple se puede entender si consideramos el funcionamiento de una manguera contra incendios. El agua a presión se suministra a través de una manguera a la manguera y sale de ella. La sección interna de la punta de la manguera se estrecha hacia el final y, por lo tanto, el chorro de agua que sale tiene una velocidad mayor que en una manguera.

La fuerza de la contrapresión (reacción) en este caso es tan grande que el bombero a menudo tiene que esfuerce todas sus fuerzas para mantener la manguera en la dirección requerida. El mismo principio se puede aplicar a un motor de avión. El motor a reacción más simple es un estatorreactor.

Imagine una tubería con los extremos abiertos montada en un avión en movimiento. La parte delantera de la tubería, en la que entra aire debido al movimiento de la aeronave, tiene una sección transversal interna en expansión. Debido a la expansión de la tubería, la velocidad del aire que ingresa disminuye y la presión aumenta en consecuencia.

Supongamos que en la parte en expansión, se inyecta combustible y se quema en la corriente de aire. Esta parte de la tubería se puede llamar cámara de combustión. Los gases altamente calentados se expanden rápidamente y escapan a través de una tobera de chorro que se estrecha a una velocidad muchas veces mayor que la que tenía la corriente de aire en la entrada. Este aumento de velocidad crea una fuerza de empuje que empuja al avión hacia adelante.

Es fácil ver que tal motor sólo puede funcionar si se mueve en el aire con velocidad considerable, pero no puede accionarse cuando no se está moviendo. Una aeronave con un motor de este tipo debe lanzarse desde otra aeronave o acelerarse con un motor de arranque especial. Esta desventaja se supera en un motor turborreactor más complejo.

El elemento más crítico de este motor es una turbina de gas, que impulsa un compresor de aire que se encuentra en el mismo eje que él. El aire que ingresa al motor se comprime primero en el difusor de entrada, luego en el compresor axial y luego ingresa a la cámara de combustión.

El combustible suele ser queroseno, que se rocía en la cámara de combustión a través de una boquilla. Desde la cámara, los productos de la combustión, al expandirse, ingresan primero a las paletas de gas, haciéndolas girar, y luego a la boquilla, en la que aceleran a velocidades muy altas.

La turbina de gas utiliza solo una pequeña parte de la energía del chorro de aire-gas. El resto de los gases van a crear una fuerza de empuje reactiva, que se produce por la salida de un chorro a gran velocidad. productos de combustión de la boquilla. El empuje de un motor turborreactor se puede potenciar, es decir, aumentar durante un corto período de tiempo, de varias maneras.

Por ejemplo, esto se puede hacer usando el llamado postcombustión (en este caso, el combustible se inyecta adicionalmente en la corriente de gas detrás de la turbina, que se quema debido al oxígeno que no se usa en las cámaras de combustión). La poscombustión es posible para término corto Además, aumenta el empuje del motor en un 25-30 % a bajas velocidades y hasta un 70 % a altas velocidades.

Los motores de turbina de gas, a partir de 1940, supusieron una verdadera revolución en la tecnología de la aviación, pero los primeros desarrollos en su creación aparecieron diez años antes. padre del motor turborreactor Se considera con razón al inventor inglés Frank Whittle. En 1928, como estudiante de la Escuela de Aviación Cranwell, Whittle propuso el primer diseño de un motor a reacción equipado con una turbina de gas.

En 1930 recibió una patente para ello. El estado en ese momento no estaba interesado en sus desarrollos. Pero Whittle recibió ayuda de algunas firmas privadas, y en 1937, según su diseño, la británica Thomson-Houston construyó el primer motor turborreactor de la historia, que recibió la designación "U". Solo después de eso, el Ministerio del Aire prestó atención al invento de Whittle. Para mejorar aún más los motores de su diseño, se creó la Empresa Eléctrica, que contó con el apoyo del Estado.

Al mismo tiempo, las ideas de Whittle fertilizaron el pensamiento de diseño de Alemania. En 1936, el inventor alemán Ohain, entonces estudiante de la Universidad de Göttingen, desarrolló y patentó su turborreactor. motor. Su diseño casi no era diferente al de Whittle. En 1938, la firma Heinkel, que contrató a Ohain, desarrolló bajo su dirección el motor turborreactor HeS-3B, que se instaló en el avión He-178. El 27 de agosto de 1939, este avión realizó su primer vuelo exitoso.

El diseño del He-178 anticipó en gran medida el diseño de futuros aviones a reacción. La toma de aire estaba ubicada en el fuselaje delantero. El aire, ramificándose, pasó por alto la cabina y entró en el motor en una corriente directa. Los gases calientes fluían a través de una boquilla en la sección de cola. Las alas de este avión todavía eran de madera, pero el fuselaje estaba hecho de duraluminio.

El motor, montado detrás de la cabina, funcionaba con gasolina y desarrollaba un empuje de 500 kg. Máximo la velocidad de la aeronave alcanzó los 700 km / h. A principios de 1941, Hans Ohain desarrolló un motor HeS-8 más avanzado con un empuje de 600 kg. Dos de estos motores se instalaron en el siguiente avión He-280V.

Sus pruebas comenzaron en abril del mismo año y mostraron buen resultado- el avión desarrolló una velocidad de hasta 925 km / h. Sin embargo, la producción en serie de este luchador nunca comenzó (se fabricaron un total de 8 piezas) debido a que el motor aún no era confiable.

Mientras tanto, la británica Thomson Houston produjo el motor W1.X, especialmente diseñado para el primer avión turborreactor británico, el Gloucester G40, que realizó su primer vuelo en mayo de 1941 (entonces el avión estaba equipado con un motor Whittle W.1 mejorado) . El primogénito inglés estaba lejos del alemán. Su velocidad máxima era de 480 km/h. En 1943 se construyó el segundo Gloucester G40 con un motor más potente, alcanzando velocidades de hasta 500 km/h.

En su diseño, el Gloucester recordaba sorprendentemente al alemán Heinkel. G40 tenía estructura totalmente metálica con toma de aire en el fuselaje delantero. El conducto de aire de entrada estaba dividido y rodeaba la cabina por ambos lados. La salida de gases se produjo a través de una tobera en la cola del fuselaje.

Aunque los parámetros del G40 no solo no excedían los que tenían los aviones propulsados ​​por hélice de alta velocidad en ese momento, sino que eran notablemente inferiores a ellos, las perspectivas para el uso de motores a reacción resultaron ser tan prometedoras que la British Air Ministerio decidió iniciar la producción en serie de cazas interceptores turborreactores. La empresa "Gloucester" recibió un pedido para desarrollar dicho avión.

En los años siguientes, varias empresas inglesas a la vez comenzaron a producir varias modificaciones del motor turborreactor Whittle. Rover, basado en el motor W.1, desarrolló motores W2B/23 y W2B/26. Luego, estos motores fueron comprados por Rolls-Royce, que en base a ellos creó sus propios modelos: Welland y Derwent.

Sin embargo, el primer avión turborreactor en serie de la historia no fue el Gloucester inglés, sino el Messerschmitt Me-262 alemán. En total, se fabricaron alrededor de 1300 aviones de este tipo de diversas modificaciones, equipados con el motor Junkers Yumo-004B. El primer avión de esta serie se probó en 1942. Tenía dos motores con un empuje de 900 kg y una velocidad máxima de 845 km/h.

El avión de producción inglés "Gloucester G41 Meteor" apareció en 1943. Equipado con dos motores Derwent con un empuje de 900 kg cada uno, el Meteor desarrollaba una velocidad de hasta 760 km/h y tenía una altitud de vuelo de hasta 9000 m Más tarde, se comenzaron a instalar en el avión Dervents más potentes con un empuje de aproximadamente 1600 kg, lo que permitió aumentar la velocidad a 935 km / h. Este avión demostró ser excelente, por lo que la producción de varias modificaciones del G41 continuó hasta finales de los años 40.

Estados Unidos en el desarrollo de la aviación a reacción al principio se quedó muy atrás países europeos. Hasta la Segunda Guerra Mundial, no hubo ningún intento de crear un avión a reacción. Solo en 1941, cuando se recibieron muestras y dibujos de los motores Whittle de Inglaterra, estos trabajos comenzaron a toda velocidad.

General Electric, basándose en el modelo de Whittle, desarrolló un turborreactor motor IA, que se instaló en el primer avión a reacción estadounidense P-59A "Erkomet". El primogénito estadounidense salió al aire por primera vez en octubre de 1942. Tenía dos motores, que estaban colocados debajo de las alas cerca del fuselaje. Todavía era un diseño imperfecto.

Según los pilotos estadounidenses que probaron el avión, el P-59 era bueno para volar, pero su rendimiento de vuelo siguió sin ser importante. El motor resultó tener muy poca potencia, por lo que era más un planeador que un avión de combate real. Se construyeron un total de 33 máquinas de este tipo. Ellos velocidad máxima fue de 660 km / h, y la altitud de vuelo fue de hasta 14000 m.

El primer caza turborreactor en serie de Estados Unidos fue el Lockheed F-80 Shooting Star con motor General Electric I-40 ( modificación I-A). Hasta finales de los años 40 se fabricaron unos 2500 de estos cazas. varios modelos. Su velocidad media era de unos 900 km/h. Sin embargo, el 19 de junio de 1947, una de las modificaciones de este avión XF-80B alcanzó una velocidad de 1000 km/h por primera vez en la historia.

Al final de la guerra, los aviones a reacción seguían siendo inferiores en muchos aspectos a los modelos probados de aviones propulsados ​​por hélice y tenían muchas de sus propias deficiencias específicas. En general, durante la construcción del primer avión turborreactor, los diseñadores de todos los países enfrentaron dificultades significativas. De vez en cuando, las cámaras de combustión se quemaban, las palas y los compresores se rompían y, separados del rotor, se convertían en proyectiles que aplastaban la carcasa del motor, el fuselaje y el ala.

Pero, a pesar de esto, los aviones a reacción tenían una gran ventaja sobre los de hélice: el aumento de la velocidad con el aumento de la potencia de un motor turborreactor y su peso se produjo mucho más rápido que el de un motor de pistón. decidió más destino aviación de alta velocidad: se está convirtiendo en jet en todas partes.

El aumento de la velocidad pronto condujo a un cambio completo. apariencia aeronave. A velocidades transónicas, la forma y el perfil antiguos del ala resultaron ser incapaces de transportar el avión: comenzó a "picotear" con la nariz y entró en una inmersión incontrolable. Los resultados de las pruebas aerodinámicas y el análisis de los accidentes de vuelo llevaron gradualmente a los diseñadores a un nuevo tipo de ala: una delgada y en flecha.

Por primera vez, esta forma de alas apareció en los cazas soviéticos. A pesar de que la URSS es posterior a Occidente Los estados comenzaron a crear aviones turborreactores, los diseñadores soviéticos lograron muy rápidamente crear aviones de clase alta. vehículos de combate. El primer avión de combate soviético puesto en producción fue el Yak-15.

Apareció a fines de 1945 y era un Yak-3 convertido (un conocido caza con motor de pistón durante la guerra), en el que se instaló un motor turborreactor RD-10, una copia del Yumo-004B alemán capturado con un empuje de 900 kg. Desarrolló una velocidad de unos 830 km/h.

En 1946, el MiG-9 entró en servicio con el ejército soviético, equipado con dos motores turborreactores Yumo-004B (designación oficial RD-20), y en 1947 apareció el MiG-15, el primero en Avión a reacción de combate de ala en flecha equipado con un motor RD-45 (así se llamaba el motor Rolls-Royce Nin, comprado bajo licencia y modernizado por diseñadores de aviones soviéticos) con un empuje de 2200 kg.

El MiG-15 era sorprendentemente diferente de sus predecesores y sorprendió a los pilotos de combate con alas inusuales que se inclinaban hacia atrás, una quilla enorme rematada con el mismo estabilizador en flecha y un fuselaje en forma de cigarro. El avión también contaba con otras novedades: un asiento eyectable y dirección asistida hidráulica.

Estaba armado con un fuego rápido y dos (en modificaciones posteriores - tres pistolas). Con una velocidad de 1100 km/h y un techo de 15000 m, este caza se mantuvo durante varios años como el mejor avión de combate del mundo y despertó un gran interés. (Más tarde, el diseño del MiG-15 tuvo un impacto significativo en el diseño de cazas en los países occidentales).

EN un tiempo corto El MiG-15 se convirtió en el caza más difundido en la URSS, y también fue adoptado por los ejércitos de sus aliados. Este avión demostró su eficacia durante la Guerra de Corea. En muchos aspectos, era superior a los American Sabres.

Con la llegada del MiG-15, la infancia de la aviación turborreactor terminó y la nueva fase en su historia. En ese momento, los aviones a reacción habían dominado todas las velocidades subsónicas y se acercaron a la barrera del sonido.

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