Авиационная и ракетно-космическая теплотехника. Введение в специальность Бурдаков В.П., страница 12

Космический аппарат (ИСЗ, ИСЛ, Луноход и т.д.) отделается от носителя или функционирует при неработающем носителе и выполняет задачи в автоматическом режиме или с помощью дистанционного управления у планет, у астероидов, на планетах, в дальнем космосе и т.д. На рис.13 представлен 57 общий вид РН Н-1 (а), долговременной орбитальной станции «Мир», и РН «Энергия» с орбитальным кораблем «Буран» (г), Пилотируемые РКЛА, как правило, называются космическими кораблями (КК), если с помощью РН взлетают с Земли и функционируют в космосе («Восток», «Восход», «Союз» и т.д.) яля орбитальными кораблями («Буран»), если не только взлетают с Земля и функционируют на орбите планеты, но и целиком возвращаются на ее поверхность (у КК для этой цели используются герметичные спускаемые апааратъз $ СА).

Пилотируемые РКЛА Земля-Земля еще только создаются. Ракетный вариант — демонстратор системы США «Дельта Клиппер» — язображен на рис.14. Кроме этого разрабатывается система с горизонтальным взлетом и горизонтальной посадкой, рассматриваются г««14 и гибридные варианты, например, с вертикальным взлетом-горизонтальной посадкой, как это предусмотрено для ОК «Буран». Пилотируемые РКЛА космос-космос — это целая гамма аппаратов, начиная от небольших ручных реактивных «пистолетов», служащих для перемещения космонавтов вблизи космических объектов, и вплоть до огромных межзвездных кораблей будущего. 2.6. Комбинированные ЛА Теория комбинированных ЛА пока не создана, так как в основном они разрабатываются по инициативе изобретателей. Тем не менее, проблема сочетания свойств разнородных ЛА (воздухоплавательные, авиационные, ракетно-космические) для получения положительного суммарного эффекта интересна, хоть и сложна.

Комбинированный ЛА может унаследовать от своих «родителей» как отрицательные, так и положительные качества, причем отрицательные качества, к сожалению, более устойчивы и живучи, как впрочем, это наблюдается и в селекции новых гибридных видов растений. Однако комплексные (комбайновые) характеристики, или «эффект Окуджавы» (поэт, композитор, вокальный исполнитель и аккомпаниатор в одном лице) настолько привлекательны, что комбинированные ЛА 58 не сходят со сцены технического прогресса и неизменно являются «гвоздем программы» любого авиационного праздника, аэрокосмического салона или выставки. По-видимому, первая публичная демонстрация гибридного ЛА (ГЛА) произошла в 1808 г.

в Вене, когда изобретателЬ Я.Деген поднялся в воздух с помощью махолета (орнитоптер), соединенного с водородным баллоном (аэростат). В 1847 г. в Брюсселе другой изобретатель Ван Гекк продемонстрировал полет вертолета-аэростата. Гибриды могут быть и в одном классе ЛА, например, авиационных. Автожир сочетает свойства вертолета н самолета.

На рис. 15 показан один из первых отечественных экспериментальных автожиров «ЦАГИ А-4», конструкции Н.К, Скржинского. Как правило, любой самолет сочетает в себе и свойства планера, то есть может совершить посадку без работающих двигателей. Свойства вертолета — вертикальный взлет и посадка, но в сочетании с высокой скоростью горизонтального полета ( у вертолета эта скорость ограничена величиной 250 км/ч из-за неодинаковости обтекания лопастей, движущихся навстречу потоку и в обратном направлении) характерны для самолетов вертикального взлета и посадки (ВВП).

К их числу относятся получившие распространение палубные самолеты ВВП «Харриер» (Великобритания) рис. 16. Рис. !5 Рис. 1б 60 Одно из первых сочетаний самолета и ракеты было выполнено в 1944 г. в Германии В.ф. Брауном, Крылья, установленные на рахету «Фау-2», хоть и подняли стартовую массу аппарата с 12493 кг до 19020 кг, то есть на 52%, но зато позволили при неизменных длине 14,02 м, диаметре 1,7 м, тяге двигателя 25 тс, продолжительности его работы 63 с и удельной тяге 203 с увеличить дальность полета с 355 км до 650 км или на 83%, то есть почти в два раза.

Ранее уже говорилось о надувных самолетах и планерах, которые наряду с высокой скоростью полета используют аэростатическую подъемную силу, о сочетании вертолетов и аэростатов (вертостатах), об использовании аэростатической силы в ракетной технике и т.д. Таким образом, только двойных сочетаний свойств у ГЛА может быть (принимая во внимание ляшь третий уровень классификации, та есть 10 ЛА для авиации,10ЛА для воздухоплавания и 6 для ракетно-космическай техники,то есть всего 26) огромное количество Ф = — ( и — 1 ) = — ( 266- 1 ) = 325, л 26 2 2 практически не поддающееся классификационному анализу.

А ведь есть ЛА как, например, ОК «Буран», сочетающие не два, а три и более признаков1 В заключение следует коротко рассказать об амфибиях, то есть аппаратах, способных передвигаться в разных средах (в космосе, в атмосфере, на поверхности. воды, нод водой, на твердом грунте и под землей). Первый в мире успешный взлет с воды на гидросамолете был совершен А.Фабером в 1910 г. Первые экранолеты, то есть гибриды самолетов и кораблей на воздушной лодушке, использующих экранный эффект (увеличение подъемной силы вблизи экрана, то есть водной или земной поверхности), были построены в 1935 г. В.И.

Левковым (СССР) и Т.Карно (Финляндия). На рис. 17 показан самолет-амфибия РЗ-1 (Япония). В США проводятся натурные а эксперименты с ныряющими под воду самолетами (гибрид самолета и подводной лодки). Самая обычная 61 фугасная авиационная бомба может проникнуть глубоко под землю и совершить там маневр, иногда заканчивающийся тем, что она снова выныривает из-под земли. Этот же принцип заложен в конструкцию специальных исследовательских ЛА, пенетраторов, сбрасываемых с самолетов или с КА (скорость до 1000 м/с), внедряющнхся в грунт с исследовательскими целями.

К амфибиям также относятся стартующие нз-под воды ракеты н торпеды„сбрасываемые с самолетов в воду. $0 3. ЭНЕРГЕТИКА И ДВИГАТЕЛИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 3.1. Энергетическое обеспечение ЛА Любая машина или орудие требуют энергетического обеспечения: у часов это батарейка или пружина, у молотка — мускульная сила человека, а у ЛА — энергосистема. Основное назначение энергосистемы ЛА — создание тягового усилия, управление полетом н обеспечение энергией всех бортовых устройств. Тяговое усилие создается движителем, преобразующим различные виды энергии в силу тяги, (лопасти воздушного винта самолета нли несущего винта вертолета, реактивное сопло,машущие поверхности, солнечный парус, аэростатическая емкость, заполненная газом легче воздуха и т.д.).

Наибольшее распространение получили воздушные винты, отбрасывающие окружающий воздух со скоростью, превышающий скорость полета, н ргактивные сопла. Зависимость относительной тяги воздушных винтов Я,~М, Н/кВт от коэффициента мощности Ж /Д, кВт/м где Д вЂ” диаметр воздушного винта, приведена на В В' в рис.18 (1 — открытые винты: а — вертолетов, б — ТВД, в — винто- вентиляторы; 2 — вентиляторы ТРДД). Реактивное сопла и у авиационных, и у ракетно-космических Л пА входит в состав двигателя и отдельно как движитель не рассматривается.

В качестве движителя у аппаратов с реактивными или ракетными двигателями могут рассматриваться тяговые элементы взаимодействующие с реактивной струей (струями). Такими элементами могут быть; донный срез ракеты, эжекторный увеличитель 62 1 10 УООЭВ Ю 000 !000 400 Ю 4 ///З|~йз,КО !нз Рис 70 тяги, элементы, реализующие эффект «прилипания» струи к твердой криволинейной поверхности (эффект Коанда) и др.

Анри Коандэ (188б-1972) — румынский ученый и изобретатель, открывший в 1910 г. эффект прилипания струи к твердой поверхности, широко используемый в механизации крыла и в управлении вектором реактивной тяги на самолетах укороченного взлета. Основной энергетической установкой любого ЛА является двигатель. Классификация двигателей приведена в табл.7 3.2. Источники энергия для двигателей Энергия может аккумулироваться на борту 11А или извлекаться из окружающей среды. К наиболее распространенным бортовым источникам энергии относятся различные пружины (толкатели, вращатели и т.д.), резиновые нити, маховики, сжатые газы, тепловые аккумуляторы и химические топливные компоненты (табл.8).

Из табл.8 понятно, почему в настоящее время большое распространение получили химические источники энергии. Существует множество проектов использования изотопных, ядерных и даже термоядерных источников энергии, но все они из-за экологических соображений ограничены по своим эксплуатационным возможностям. Таблица 8 Таблица 7 Аккумулвтор Рабочая температу- ра, 'С Удельная энергия рабочего элемента, Удельная энергяа вюсумулаторе, Д~к/кг Двигатели ЛА уровень нетепловые П уровень тепловые Стальная пружина 503 — 840 167 †2 Резиновые нятн 20 — 35 4187 — 8374 2920 — 5850 вытсснн- тельные полевые ракетные реактивные Гп уровень реактив- ные поршневые Маховяк -40 ...