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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Velivoli a turbogetto. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Aereo a reazione - un aereo azionato da un motore a respirazione d'aria (turbogetto, statoreattore, getto a impulsi, getto a propellente liquido, ecc.) o motore a razzo. Gli aerei a reazione costituiscono la base della moderna aviazione militare e civile.
L'aviazione a turbogetto ebbe origine durante la seconda guerra mondiale, quando si raggiunse il limite di perfezione dei precedenti velivoli ad elica dotati di motori a combustione interna. Ogni anno la corsa alla velocità diventava sempre più difficile, poiché anche un leggero aumento di velocità richiedeva centinaia di cavalli aggiuntivi di potenza del motore e portava automaticamente al peso dell'aereo. In media, un aumento della potenza di 1 CV. ha portato ad un aumento della massa del sistema di propulsione (il motore stesso, l'elica e le apparecchiature ausiliarie) di una media di 1 kg. Semplici calcoli hanno mostrato che era praticamente impossibile creare un aereo da combattimento a elica con una velocità dell'ordine di 1000 km/h. La potenza del motore richiesta di 12000 cavalli poteva essere raggiunta solo con un peso del motore di circa 6000 kg. In futuro, si è scoperto che un ulteriore aumento della velocità avrebbe portato alla degenerazione degli aerei da combattimento, trasformandoli in veicoli in grado di trasportare solo se stessi. A bordo non c'era più spazio per armi, apparecchiature radio, armature e carburante. Ma anche a questo prezzo, era impossibile ottenere un grande aumento di velocità. Un motore più pesante aumentava il peso complessivo della vettura, cosa che obbligava ad un aumento della zona alare, questo portava ad un aumento della loro resistenza aerodinamica, per superare la quale era necessario aumentare la potenza del motore. Pertanto, il cerchio è stato chiuso e la velocità dell'ordine di 850 km / h si è rivelata la massima possibile per un aereo con motore a pistoni. Potrebbe esserci solo una via d'uscita da questa situazione viziosa: era necessario creare un design fondamentalmente nuovo di un motore aeronautico, cosa che è stata realizzata quando gli aerei a turbogetto hanno sostituito gli aerei a pistoni. Il principio di funzionamento di un semplice motore a reazione può essere compreso se consideriamo il funzionamento di una manichetta antincendio. L'acqua pressurizzata viene fornita attraverso un tubo al tubo e ne defluisce. La sezione interna della punta del tubo si assottiglia verso l'estremità, e quindi il getto d'acqua che scorre ha una velocità maggiore rispetto a un tubo. La forza della contropressione (reazione) in questo caso è così grande che il vigile del fuoco deve spesso esercitare tutte le sue forze per mantenere la manichetta nella direzione richiesta. Lo stesso principio può essere applicato a un motore aeronautico. Il motore a reazione più semplice è un ramjet.
Immagina un tubo con estremità aperte montato su un aereo in movimento. La parte anteriore del tubo, in cui l'aria entra a causa del movimento dell'aeromobile, ha una sezione trasversale interna in espansione. A causa dell'espansione del tubo, la velocità dell'aria che vi entra diminuisce e la pressione aumenta di conseguenza. Assumiamo che nella parte in espansione il carburante venga iniettato e bruciato nel flusso d'aria. Questa parte del tubo può essere chiamata camera di combustione. I gas altamente riscaldati si espandono e fuoriescono rapidamente attraverso un ugello a getto che si restringe a una velocità molte volte maggiore di quella che il flusso d'aria aveva all'ingresso. Questo aumento di velocità crea una forza di spinta che spinge l'aereo in avanti. È facile vedere che un tale motore può funzionare solo se si muove nell'aria a una velocità considerevole, ma non può essere messo in funzione quando non è in movimento. Un aeromobile con un tale motore deve essere lanciato da un altro aeromobile o accelerato utilizzando uno speciale motore di avviamento. Questo svantaggio è superato in un motore turbojet più complesso.
L'elemento più critico di questo motore è la turbina a gas (6), che aziona il compressore d'aria (2) posto sullo stesso albero con esso. L'aria in ingresso al motore viene prima compressa nel diffusore di aspirazione (1), poi nel compressore assiale (2) e quindi entra nella camera di combustione (3). Il carburante è solitamente cherosene, che viene spruzzato nella camera di combustione attraverso un ugello. Dalla camera i prodotti della combustione, espandendosi, giungono prima alle pale della turbina a gas, facendola ruotare, e poi all'ugello (7), in cui vengono accelerati a velocità molto elevate. La turbina a gas utilizza solo una piccola parte dell'energia del getto aria-gas. Il resto dei gas va a creare una forza di spinta reattiva, che si verifica a causa del deflusso di un getto di prodotti della combustione dall'ugello ad alta velocità. La spinta di un motore a turbogetto può essere potenziata, cioè aumentata per un breve periodo di tempo, in vari modi. Ad esempio, questo può essere fatto utilizzando la cosiddetta postcombustione (in questo caso, il carburante viene inoltre iniettato nel flusso di gas dietro la turbina, che brucia a causa dell'ossigeno non utilizzato nelle camere di combustione). La postcombustione può inoltre aumentare la spinta del motore del 25-30% alle basse velocità e fino al 70% alle alte velocità in breve tempo. I motori a turbina a gas, a partire dal 1940, fecero una vera rivoluzione nella tecnologia aeronautica, ma i primi sviluppi nella loro creazione apparvero dieci anni prima. Frank Whittle è considerato il padre del motore a turbogetto. Già nel 1928, studente alla Cranwell Aviation School, Whittle propose il primo progetto di un motore a reazione dotato di turbina a gas. Nel 1930 ne ricevette il brevetto. Lo stato in quel momento non era interessato ai suoi sviluppi. Ma Whittle ricevette l'aiuto di alcune aziende private e nel 1937, secondo il suo progetto, la società britannica Thomson-Houston costruì il primo motore a turbogetto della storia, che ricevette la designazione "U". Solo in seguito il Ministero dell'Aeronautica prestò attenzione all'invenzione di Whittle. Per migliorare ulteriormente i motori del suo design, è stata creata la società Power, che ha avuto il sostegno dello stato. Allo stesso tempo, le idee di Whittle hanno fertilizzato il pensiero progettuale della Germania. Nel 1936, l'inventore tedesco Ohain, allora studente all'Università di Gottinga, sviluppò e brevettò il suo motore a turbogetto. Il suo design non era quasi diverso da quello di Whittle. Nel 1938, l'azienda Heinkel, che assunse Ohain, sviluppò sotto la sua guida il motore turbojet HeS-3B, che fu installato sull'aereo He-178. Il 27 agosto 1939, questo aereo effettuò il suo primo volo di successo.
Il design dell'He-178 anticipava in gran parte il design dei futuri aerei a reazione. La presa d'aria era situata nella fusoliera anteriore. L'aria, ramificandosi, aggirava l'abitacolo ed entrava nel motore in un flusso diretto. I gas caldi scorrevano attraverso un ugello nella sezione di coda. Le ali di questo aereo erano ancora in legno, ma la fusoliera era in duralluminio. Il motore, montato dietro l'abitacolo, funzionava a benzina e sviluppava una spinta di 500 kg. La velocità massima dell'aereo ha raggiunto i 700 km / h. All'inizio del 1941, Ohain sviluppò un motore HeS-8 più avanzato con una spinta di 600 kg. Due di questi motori furono installati sul prossimo aereo He-280V. I suoi test sono iniziati nell'aprile dello stesso anno e hanno mostrato buoni risultati: l'aereo ha raggiunto velocità fino a 925 km / h. Tuttavia, la produzione in serie di questo caccia non è mai iniziata (sono stati realizzati un totale di 8 pezzi) a causa del fatto che il motore si è rivelato ancora inaffidabile. Nel frattempo, la britannica Thomson Houston ha prodotto il motore W1.X, appositamente progettato per il primo aereo turbojet britannico, il Gloucester G40, che ha effettuato il suo primo volo nel maggio 1941 (l'aereo è stato poi equipaggiato con un motore Whittle W.1 migliorato) . Il primogenito inglese era ben lontano dal tedesco. La sua velocità massima era di 480 km/h. Nel 1943 fu costruito il secondo Gloucester G40 con un motore più potente, che raggiungeva velocità fino a 500 km / h. Nel suo design, il Gloucester ricordava sorprendentemente l'Heinkel tedesco. Il G40 aveva una costruzione interamente in metallo con una presa d'aria nella fusoliera anteriore. Il condotto dell'aria di aspirazione era diviso e girava intorno all'abitacolo su entrambi i lati. Il deflusso dei gas avveniva attraverso un ugello nella coda della fusoliera. Sebbene i parametri del G40 non solo non superassero quelli che gli aerei ad elica ad alta velocità avevano in quel momento, ma fossero notevolmente inferiori a loro, le prospettive per l'uso dei motori a reazione si rivelarono così promettenti che la British Air Il ministero ha deciso di avviare la produzione in serie di caccia intercettori a turbogetto. La ditta "Gloucester" ha ricevuto un ordine per lo sviluppo di un tale velivolo. Negli anni successivi, diverse aziende inglesi iniziarono contemporaneamente a produrre varie modifiche del motore a turbogetto Whittle. Basandosi sul motore W.1, Rover ha sviluppato i motori W2B/23 e W2B/26. Quindi questi motori furono acquistati da Rolls-Royce, che sulla base di essi creò i propri modelli: Welland e Derwent. Il primo turbogetto seriale della storia, tuttavia, non fu l'inglese Gloucester, ma il tedesco Messerschmitt Me-262. In totale, sono stati prodotti circa 1300 di questi velivoli con varie modifiche, equipaggiati con il motore Junkers Yumo-004B. Il primo velivolo di questa serie è stato testato nel 1942. Aveva due motori con una spinta di 900 kg e una velocità massima di 845 km/h.
L'aereo di produzione inglese "Gloucester G41 Meteor" apparve nel 1943. Dotato di due motori Dervent con una spinta di 900 kg ciascuno, il Meteor sviluppò una velocità fino a 760 km / he aveva un'altitudine di volo fino a 9000 m. Successivamente furono installati Dervent più potenti con una spinta di circa 1600 kg sull'aereo, che aumentano la velocità a 935 km/h. Questo velivolo si rivelò eccellente, quindi la produzione di varie modifiche del G41 continuò fino alla fine degli anni '40. Gli Stati Uniti nello sviluppo dell'aviazione a reazione inizialmente sono rimasti molto indietro rispetto ai paesi europei. Fino alla seconda guerra mondiale, non ci sono stati tentativi di creare un aereo a reazione. Solo nel 1941, quando i campioni e i disegni dei motori Whittle furono ricevuti dall'Inghilterra, questi lavori iniziarono a pieno regime. La General Electric, basata sul modello di Whittle, sviluppò il motore turbojet IA, che fu installato sul primo jet americano, il P-59A Ercomet. Il primogenito americano prese il volo per la prima volta nell'ottobre del 1942. Aveva due motori, che si trovavano sotto le ali vicino alla fusoliera. Era ancora un disegno imperfetto. Secondo i piloti americani che hanno testato l'aereo, il P-59 era buono da pilotare, ma le sue prestazioni di volo sono rimaste irrilevanti. Il motore si è rivelato troppo sottodimensionato, quindi era più un aliante che un vero aereo da combattimento. Sono state costruite un totale di 33 di queste macchine. La loro velocità massima era di 660 km / h e l'altitudine di volo era fino a 14000 m. Il primo caccia a turbogetto seriale negli Stati Uniti è stato il Lockheed F-80 Shooting Star con un motore General Electric I-40 (modifica IA). Fino alla fine degli anni '40 furono prodotti circa 2500 di questi caccia di vari modelli. La loro velocità media era di circa 900 km/h. Tuttavia, il 80 giugno 19, una delle modifiche di questo velivolo XF-1947B raggiunse per la prima volta nella storia una velocità di 1000 km / h.
Alla fine della guerra, gli aerei a reazione erano ancora inferiori per molti aspetti ai modelli collaudati di aerei a elica e presentavano molte delle loro carenze specifiche. In generale, durante la costruzione del primo velivolo a turbogetto, i progettisti di tutti i paesi hanno dovuto affrontare notevoli difficoltà. Ogni tanto le camere di combustione si bruciavano, le pale delle turbine e dei compressori si rompevano e, separate dal rotore, si trasformavano in gusci che schiacciavano carter, fusoliera e ala. Ma, nonostante ciò, gli aerei a reazione avevano un enorme vantaggio rispetto a quelli a elica: l'aumento di velocità con l'aumento della potenza di un motore a turbogetto e il suo peso era molto più veloce di quello di un pistone. Questo ha deciso il destino futuro dell'aviazione ad alta velocità: diventa reattiva ovunque. L'aumento della velocità portò presto a un completo cambiamento nell'aspetto del velivolo. A velocità transoniche, la vecchia forma e il profilo dell'ala si sono rivelati incapaci di trasportare l'aereo: ha iniziato a "beccare" con il muso ed è entrato in un'immersione incontrollabile. I risultati dei test aerodinamici e l'analisi degli incidenti di volo hanno gradualmente portato i progettisti a un nuovo tipo di ala: una sottile e spazzata. Per la prima volta, questa forma di ali è apparsa sui combattenti sovietici. Nonostante il fatto che l'URSS abbia iniziato a creare velivoli a turbogetto più tardi degli stati occidentali, i progettisti sovietici sono riusciti molto rapidamente a creare veicoli da combattimento di alta classe. Il primo caccia a reazione sovietico messo in produzione fu lo Yak-15. Apparve alla fine del 1945 ed era uno Yak-3 convertito (un famoso combattente con motore a pistoni durante la guerra), su cui era installato un motore turbojet RD-10 - una copia dello Yumo-004B tedesco catturato con una spinta di 900 kg. Ha sviluppato una velocità di circa 830 km/h.
Nel 1946, il MiG-9 entrò in servizio con l'esercito sovietico, equipaggiato con due motori turbojet Yumo-004B (designazione ufficiale RD-20), e nel 1947 apparve il MiG-15, il primo jet da combattimento ad ala spazzata in assoluto dotato di fu designato un motore RD-45 (come il motore Rolls-Royce "Nin", acquistato su licenza e modernizzato dai progettisti di aerei sovietici) con una spinta di 2200 kg. Il MiG-15 era sorprendentemente diverso dai suoi predecessori e sorprendeva i piloti da combattimento con insolite ali inclinate all'indietro, un'enorme chiglia sormontata dallo stesso stabilizzatore inclinato e una fusoliera a forma di sigaro. Il velivolo aveva anche altre novità: un sedile eiettabile e servosterzo idraulico. Era armato con un cannone a fuoco rapido e due mitragliatrici (nelle successive modifiche, tre cannoni). Con una velocità di 1100 km / he un tetto di 15000 m, questo caccia è rimasto per diversi anni il miglior aereo da combattimento del mondo e ha suscitato grande interesse. (In seguito, il design del MiG-15 ha avuto un impatto significativo sul design dei caccia nei paesi occidentali.)
In breve tempo, il MiG-15 divenne il caccia più comune in URSS e fu adottato anche dagli eserciti dei suoi alleati. Questo aereo si è dimostrato efficace durante la guerra di Corea. Per molti aspetti, era superiore agli American Sabres. Con l'avvento del MiG-15, l'infanzia dell'aviazione a turbogetto terminò e iniziò una nuova fase della sua storia. A questo punto, gli aerei a reazione avevano padroneggiato tutte le velocità subsoniche e si erano avvicinati alla barriera del suono. Autore: Ryzhov KV
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