Самое интересное из физики и техники. Крылатый полет.
Здравствуйте, уважаемые читатели! С вами снова Елена Голенастова. Сегодня мы продолжим разговор о самолетах.
Как проверяют результаты расчетов.
Многое для самолетов и других летательных аппаратов можно рассчитать теоретически, особенно теперь, когда в распоряжении ученых появились мощные компьютеры. Но одних расчетов недостаточно. Важнейший критерий всякой теории – практика. Поэтому, прежде чем строить самолет, надо убедиться, правильны ли расчеты. На помощь приходят аэродинамические трубы: в них изучают, как воздух обтекает модели летательных аппаратов.
В аэродинамических трубах используется принцип относительности движения: в отличие от естественных условий, модель аппарата неподвижна, а воздушный поток движется. Одна из первых действующих аэродинамических труб была построена Н. Е. Жуковским в 1902 г. А сейчас уже строят аэродинамические трубы, в которых небольшие самолеты можно исследовать в натуральную величину. Есть даже трубы, позволяющие развивать очень большую скорость воздушного потока – до М=15-20.
Если воздушный поток с большим числом М создавать в аэродинамической трубе непрерывно с помощью вентиляторов, потребовалась бы мощность в сотни тысяч киловатт. Поэтому такие трубы чаще всего рассчитаны на прерывное действие: в них расходуется воздух, заранее накачанный в газогельдеры мощными компрессорами.
В современных аэродинамических трубах можно специальными весами быстро и точно измерить силы, которые действуют на модель. Обтекание модели воздухом можно даже сфотографировать. При этом используют изменение оптических свойств воздуха при изменении давления. А можно просто наклеить на поверхность модели короткие легкие шелковинки, которые будут струиться вместе с потоками воздуха.
Для испытаний в сверхзвуковых аэродинамических трубах изготовляются металлические модели с очень большой точностью – до сотых долей миллиметра.
Аэродинамические исследования летательных аппаратов обычно сосредоточены в больших институтах.
В России одним из таких Институтов является ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского).
Авиационные двигатели.
Двигатель нужен самолету, чтобы преодолевать силу сопротивления, а при разгоне и силу инерции. Сила тяги двигателя рассчитывается на основании тех же законов механики, что и подъемная сила крыла.
От всех других двигателей авиационные отличаются тем, что они должны обладать сравнительно малой массой при весьма большой мощности. Если двигатель окажется слишком тяжелым, то самолет не поднимется в воздух или не сможет взять с собой достаточное количество груза. Поэтому авиационные двигатели изготовляют из очень легких и вместе с тем достаточно прочных материалов; их детали всегда максимально облегчены. Но поскольку такие двигатели работают при большой температуре и с большими
напряжениями, время их работы до ремонта, как правило, меньше, чем у других двигателей. Сравнительно короткое время работы авиационных двигателей вызвано также требованием особой надежности и безопасности.
Чтобы преобразовать мощность поршневого двигателя в тягу, применяют воздушные винты. Их лопасти, подобно крылу, захватывают воздух и отбрасывают его назад. Это и создает тягу. Теория воздушного винта была создана Н. Е. Жуковским вслед за теорией подъемной силы крыла. На старых самолетах устанавливали деревянные винты. С увеличением скоростей полета потребовалась большая тяга, и винты стали делать из металла.
На сверхзвуковых самолетах воздушные винты не применяются. Здесь тягу создает реактивный двигатель. Реактивные двигатели делятся на два основных типа – воздушно-реактивные и ракетные.
В простейших воздушно-реактивных двигателях, так называемых турбореактивных (ТРД), используется воздух встречного потока. Воздух сжимается специальным компрессором; затем он сильно нагревается в камере сгорания, где горит топливо (например, керосин); далее он проходит в газовую турбину, которая вращает компрессор, и с большой скоростью вытекает назад через реактивное сопло. Тяга двигателя тем больше, чем больше воздуха проходит через двигатель и чем больше увеличивается скорость
в выхлопной струе. Скорость же эта тем больше, чем больше температура, достигнутая в результате сгорания топлива. Однако слишком большую температуру допускать нельзя – турбина может сгореть. Правда, турбины сейчас делают из специальных огнеупорных материалов, которые позволяют повышать температуру потока до 1000С .
И все же выход для повышения тяги найден. Конструкторы предложили вторично нагревать струю воздуха, сжигая горючее в так называемой форсажной камере уже после того, как эта струя раскрутит турбину компрессора. Это увеличивает тягу двигателя на 30-50%.
Основная часть турбореактивного двигателя – его компрессор, к нему приложена вся тяга двигателя.
Современные мощные турбореактивные двигатели развивают тягу до 150 000 Н, и они должны пропускать много воздуха – более 100 м³/с. Поэтому у передней, открытой навстречу потоку части двигателя – воздухозаборника – большие размеры; его внутренний диаметр нередко превышает 1,5 м.
Продолжение этой темы будет в следующем выпуске.
Если у вас есть какие-то вопросы или пожелания, пишите мне по адресу lemqyt@mail.ru , буду очень рада вам ответить.
