Авиация + Стелс

Кто-то может удивиться "Это же жопка самолёта, а не сердце?". Ну, а кто же виноват, что на военных самолётах от двигателя виден только попец?

Зато на гражданских самолётах двигатель красив, огромен и могущественен. Достаточно бросить взгляд на двигатель, чтобы понять, что конкретно поднимет тебя в воздух...

Причём это всё - двигатели. Именно двигатели - не турбины! Турбина скрыта в глубине двигателя, так как является только лишь составной частью авиационного двигателя, причём частью необязательной.

Так как работает авиационной двигатель?

А очень просто. Турбина (уже именно турбина) соединена с компрессором через вал. Турбина раскручивается и из-за этого начинает крутится компрессор, который засасывает воздух снаружи. Воздух проходит через компрессор и сильно сжимается (частота вращения компрессора исчисляется тысячами оборотов в минуту). После чего сильно сжатый воздух поступает в камеру сгорания. Там воздух смешивается с топливом, который поступает через топливные форсунки и сгорает. Получившаяся мешанина (остатки воздуха +остатки топлива + продукты сгорания) )расширяется за счёт сгорания топлива и давит на лопатки турбины, вращая вал на котором находится компрессор... Цикл замкнулся. Это называется цикл Брайтона

Игрушки с вращающаюсями компрессором и турбиной. Иногда вал компрессора и турбины разделяет редуктор, который позволяет менять частоту вращения компрессора относительно турбины. В некоторых случаях даже менять направление вращения. На современных двигателях, как правило, используются два вала. Ну это уже нюансы...

ОТКРОЙ ФОРТОЧКУ, БУДЕТ НЕМНОГО ДУШНО (Про цикл Брайтона) это на один абзац

По оси абсцисс V - это объем мешанины (научное название - рабочее тело), по оси ординат P - полное давление. В точке 1 происходит забор воздуха воздухозаборника. Линия 1-2 это сжатие воздуха в компрессоре (единица объема воздуха уменьшается из-за увеличивающегося давления компрессора). Qp - это сгорание топлива. На единицу объема в камере сгорания приходится тот же уровень давления, но за счёт сгорания топлива объем теперь увеличивается. Линия 3-4 это процесс, когда рабочее тело давит на лопатки турбины из-за чего теряет энергию. Qо - рабочее тело вылетает из двигателя и остывает в атмосфере.

НУДЯТИНА ЗАКОНЧИЛАСЬ, ПРОДОЛЖАЕМ

Ты можешь задаться вопросом. Кто с самого начала раскручивает турбину? Она же в глубине где-то? Вопрос резонный. Есть три способа завести самолёт с нуля. Один на земле, один в воздухе и одному вообще плевать где заводиться. Начнём с последнего. Если описать его кратко, то...

Есть такая приблуда - ВСУ (вспомогательная силовая установка). Устанавливается она прямо в самолёт. Иногда она может и не устанавливаться. Это решение оставим за создателем самолёта. На земле ВСУ занимается тем, что раскручивает турбины основных двигателей самолёта. После того, как частота вращения вала компрессора - турбины достигнет определенной величины (как правило 50-60% установленной нормы) в камеру сгорания поступает топливо с дальнейшим розжигом. После того как основные двигатели будут спокойно работать в режиме малый газ и датчики розжига скажут, что топливо горит хорошо и проблем нет, ВСУ переведут в другой режим. Как вы понимаете в полёт лишние килограммы не берут, а это значит что ВСУ после взлёта наградят другими задачами. Обычно это выработка электроэнергии или же подача воздуха экипажу и пассажирам. Если ВСУ нету на борту, то этим всем занимается основной двигатель.

ВСУ на самолёте как правило дорого и избыточно. Поэтому очень часто встречают другой вариант запуска основного двигателя. Это раскрутка турбины на земле специальной установкой.

От спецустановки тянется шланг, который вставляется в спецотверстие на мотогондоле. После чего проделывают все те же операции, что и с ВСУ. Только после полного запуска двигателей, установку изымают и увозят для запуска другого самолёта. По сути дела, внутри этой наземной установки расположен самый обычный ВСУ. Только отстегиваемый и перетаскиваемый. Вот что скрывается под корпусом наземного стартера (только приблуду сзади мысленно отстегните).

Ну а третий путь... Это на тот случай, если самолёт заглохнет в воздухе. В этом случае компрессор превращается в турбину и начинает вращаться за счёт набегающего на лопатки воздуха. Этот процесс называется - авторотация.

А теперь очень важный момент.

Компрессор - это то, что заставляет воздух двигаться. Турбина - это то, что двигается из-за рабочего тела или воздуха.

И на режиме авторотации, компрессор - временно становится турбиной, только для того, чтобы нормально заработала камера сгорания и разожгла ТВС (топливо-воздушная смесь), чтобы компрессор снова стал компрессором, а турбина - турбиной. Сложна? Ну куда деваться?

Кстати, насчёт необязательности присутствия турбины и компрессора в самолётном двигателе, что там было? А вот шо.

Существуют классификации воздушно-реактивных двигателей. По классификации выше, два варианта из трёх не требуют компрессора или турбины. Так какого черта везде применяют только первый вариант? А всё просто. Не хватает скорости. Вы никогда не задумывались зачем двигателю компрессор? Ему чё, воздуха не хватает? Я вон когда угли для шашлыка топлю, воздуха вполне хватает для огонька. Так вот... Воздуха действительно не хватает. Причём особенно это заметно в воздухе, а не на земле. Ведь воздух на земле имеют плотность одну, а на высоте другую. А огоньку в сердечке самолёта плевать на какой он высоте, ему нужен воздух! Причем воздуха много. Чем больше воздуха, тем больше тяги. Вот компрессор и нужен, чтобы гарантировать, что двигло насобирает достаточно воздуха даже там, где его очень мало.

Вам никогда не было интересно, почему скорость измеряется в числах Маха? Да потому что скорость это штука приятная конечно, но какая тебе разница с какой скоростью ты летишь, когда твой двигатель задыхается от недостатка воздуха? Когда инженегры создают двигатель, они ведь очень сильны привязаны к параметрам плотности воздуха. Поэтому был необходим параметр, который объединяет скорость и плотность воздуха. И это число Маха. Обрати внимание на два видеоролика снизу. Число Маха в обоих случаях одинаковая, хотя физическая скорость на высоте в 12 км меньше чем на высоте 1,5 км почти в два раза (в 1,8 если быть точным). Это всё потому, что на высоте в 12 км очень мало воздуха. Число Маха это с какой скоростью звук распространяется в среде. Так вот, в теории есть такая высота, где ты, мой дорогой читатель, можешь стать человеком преодолевшим сверхзвуковой барьер пешком (это где-то возле открытого космоса). Только не забудь скафандр надеть)

Вернемся к классификации двигателей. Так почему нигде не применяются двигатели без турбины и компрессора? Ну... Потому что, эти двигатели работают только на ТАКИХ ОГРОМНЫХ скоростях, когда воздух поступающий в канал воздуховода силком пропихивается последующим воздухом. Благодаря чему компрессор уже нафиг никому не сдался. Более того, на таких скоростях компрессор, это уже помеха, потому что лопатки представляют собой сплошное лобовое сопротивление поступающему воздуху. Поэтому на гибридных двигателях, делают мероприятия, которые исключают работу классических турбореактивных двигателей. Давайте посмотрим отрывок фильма с Томом Кукурузом.

Как же красиво американцы показали переключение режима работы двигателя. По факту, гибридный двигатель - это два двигателя. Один турбореактивный, а второй прямоточный (без компрессора и турбины, который). Каждый двигатель работает только на своих скоростях. Турбореактивный на скоростях от 0 до 2,5 Маха, а на скоростях выше уже работает прямоточка. В этом случае турбореактивный двигатель является мертвым грузом. А мертвый груз это экономически не целесообразно, поэтому на данный момент такими штуками балуются только военные. И у американцев в этом плане, писька была побольше, потому что они таки создали действующий самолёт с гибридным двигателем.

То, какую сложную схему они намутили для этого... Мать моя женщина, там нужен отдельный пост для этого, или даже два. Если упрощенно, то на маленьких скоростях воздух пропускается во внутренний двигатель, а на высоких скоростях воздух выводится через специальные трубы к форсажной камере (которая будет выступать как основная на прямоточных режимах работы (на схеме вместо труб, какой-то наружний корпус получается).

Короче, у американцев с этим двигателем писька получилась длиннее и если надо всё подробно, то лучше это в отдельный пост.

ТАК, А ЧТО ТАКОЕ ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА? Яростно спросишь ты меня? Рассказываю. В двигателях могут быть две камеры сгорания - основная и форсажная. В связи с тем, что люди ещё не разработали материалы настолько жаропрочные и легкие, что лопатки турбины спокойно могут выдержать их жар, люди в основную камеру сгорания топлива НЕДОЛИВАЮТ. Потому что, если бы люди топлива доливали, то лопатки турбины расплавились бы. Гражданским двигателям и так нормально живётся, а вот военным... Чтобы военным недолили???? Поэтому создали умные люди для военных двигателей форсажные камеры сгорания. Это отдельное продолжение двигателя, в которое доливают остатки топлива и благодаря чему тяга двигателя становится ещё мощнее!!!!

Форсажная камера тоже требует затрат мысленных. Вот почему стенки такой форму у форсажной камеры сгорания знаешь? А это, чтобы в случае теплового расширения, стенки увеличиваясь сгибались. В этом случае корпус менее подвержен трещинам. А что это за люстра металлическая спереди знаешь? Это фронтовое устройство форсажной камеры сгорания. Для чего оно нужно? Чтобы пламя разгорелось равномерно по всей площади форсажной камеры сгорания...

Нужно понимать, что форсажная камера для двигателистов вещь вообще-то неприятная. Думаете они сами не хотят поддать огоньку? Ещё как хотят! Больше военных, но материаловеды говорят "СТОПЭ! пощади лопатки турбины". А учитывая, что форсажные камеры, огромную часть времени летят и не используются... Получается очередной мертвый груз. Поэтому инженеры усиленно хотят хотя бы уменьшить его длину, чтобы минимизировать массу всей форсажной камеры сгорания. Для этого топливо-воздушная смесь должна загореться по всей площади камеры сгорания, тогда она и сгорит быстро.

Пример из реальной жизни: Если ты подожжешь бумагу только с одного конца, то она сгорит секунд за 10. А если ты подожжешь её сразу в десяти точках равномерно удалённых друг от друга? Понял зачем нужно фронтовое устройство? Это устройство является источником возгорания топливо-воздушной среды по всей площади камеры.

Видал какие красивые фронтовые устройства смотрят на тебя из жопок самолётов? А знаешь кому это ещё нравится?

Ракетам с тепловой системой наведения. Причём наличие форсажной камеры необязательно, чтобы ракета успешно навелась на цель. На двигателях достаточно горячих частей. Если не получается смотреть на фронтовое устройство форсажных камер сгорания, то можно смотреть на лопатки турбин или компрессоров. Их нагрев будет очень сильно заметен на фоне неба. Что делать? Прятать!

Для стэлс-самолётов, как правило, проводят стэлс мероприятия. Например использование щелевых воздухозаборников. Щель будет длинная, но зато в ней будет хреново видны горячие части двигателя при том, что объем воздуха будет захватываться такой же (если ты правильно щель посчитал). Там правда будет много нюансов, например большие гидрогазодинамические потери + в скорости ты будешь ограничен и всё-такое... Сопла щелевые делают знаешь для чего? Потому что, плоская струя быстрее смешается с окружающим воздухом, что тоже хорошо для инфракрасной незаметности. По крайней мере именно так гласит легенда.

Есть ещё варианты сокрытия горячих частей двигателя.

На какой-то новейшей машине поставили спец-конструкцию, которая при просмотре в лоб съедает лучи неправославных радаров. Но это не точно...

А вообще, все мировые авиастроители сейчас решили использовать достаточно простое мероприятие для сокрытие горячих частей авиадвигателей. Это S - образный канал. Для сокрытия компрессора, штука эффективная. Возможно, что нечто подобное применяется на американских стэлсах для сокрытия лопаток турбин или других частей. Но про такие штуки не принято писать в тырнетиках...

Хочу заметить, что в посту много упрощений (ОЧЕНЬ МНОГО упрощений) для более легкого понимания не понимающих людей. Адекватная и конструктивная критика с подробными пояснениями где я конкретно и в чем не прав - приветствуется. А ещё лучше, напиши развёрнутый комментарий. В ещё ещё лучше - отдельным постом выложи почему я не прав, и что я упустил) Всем спасибо!

Для @starrichek, @Aesbo, @leMomba,

Аэродинамику придумали те - кто не умеют делать мощные моторы.

-- Джейсон Стэтхем --

Времена, когда было достаточно "позаимствовать" у "партнеров" конструкцию, канули в прошлое. О дальних бомбардировщиках B2-Spirit или B-21 Raider известно почти всё, но что толку? Да, схему "летающее крыло" у них можно позаимствовать (вспомним случаи Ту-4 и Боинг В-29 или Ту-144 и Конкорд). Но где позаимствовать качественные композитные и радиопоглощающие материалы, где взять современные производственные мощности и новейшие технологии для реализации ПАК ДА, где взять двигатели хотя бы уровня GE F118, где взять современную микроэлектронику, программное обеспечение и системы управления. Вопросы риторические - взять негде. Достаточно вспомнить останов гражданского МС-21 из-за отсутствия собственных авиационных композитных материалов.
Так что метод - цап-царап - который был озвучен перед всем народом, не прокатывает. Не те времена, помимо заимствования конструкции нужно еще много чего.

Кто будет проектировать? Туполевское КБ умерло, оказавшись совершенно неадекватным реалиям современного ( в т.ч. коммерческого) авиастроения – не сумев родить ни современные конкурентоспособные проекты, ни довести до ума полноценно имеющиеся самолеты, ни создать систему сервисного обслуживания. Ни для кого не секрет, что нынешнее состояние «Туполева» глубоко плачевно – значительно сократившиеся площади и персонал, пожилые кадры, доживающие до пенсии, отсутствие молодежи, унылость и запустение.

Возможность же превращения ОАО «Туполев» в головного разработчика перспективного авиационного комплекса ПАК ДА (перспективного авиационного комплекса дальней авиации) следует рассматривать вообще как совершенно нереалистичную. Совершенно ясно, что МО и ОАК захотят перевести программу ПАК ДА в реально исполнимую, то для этого придется создавать специальные дееспособные структуры управления программой и осуществления НИОКР по ней. Делать некому.

А шестнадцать «Белых лебедей», которые теперь активно продвигают и рекламируют взамен ПАК ДА, погоды не сделают, особенно если учесть, что у них ЭПР как у летающего сарая - они будут видны на радарах с расстояния в 700 км. Не получится прорвать оборону на сверхзвуковой скорости, не 1970 год, этот ракетоносец будет замечен и сбит задолго до выхода на огневой рубеж.
Штаты давным-давно поменяли концепцию: Благодаря Stealth technology на дозвуковой скорости подкрасться и издалека гарантированно поразить цель. После чего так же тихо уйти за "горизонт событий".

Кто будет делать? Казанский авиазавод не сможет, не хватит мощностей. А больше некому.

Есть ли деньги?  Нет, бюджет не выдержит. Современный стратегический бомбардировщик-невидимка это не танк, это гораздо сложнее и дороже. А уж если до сих пор не смогли «Армату» сделать, то о более дорогих и более технологичных вещах вообще даже не стоит говорить.

В Штатах с бомберами-невидимками дела гораздо лучше. Сделаны 21 единица невидимок B-2 Spirit. На днях, в первом полёте другой бомбер-невидимка, более дешевый, В-21 raider совершил перелёт на авиабазу ВВС США Эдвардс в Калифорнии, где в Испытательном центре ВВС США будут вестись его лётные испытания. Схема всё таже - летающее крыло. Но размещение двигателей внутри планера, а сопел в его верхней части позволит существенно уменьшить тепловое излучение и снизить видимость машины в ИК-диапазоне. Планируется выпустить лишь для себя не менее 100 единиц.

Какие выводы? Выводы объективные - ПАК ДА почил в бозе. В технологически отсталой стране такого рода проект невозможно реализовать никогда.

Еще в 1930-е годы в СССР пытались воплотить в жизнь самые, фантастические проекты. Увы, а может быть, к счастью, множество объективных факторов препятствовали их воплощению в жизнь. А если бы эти проекты удалось завершить, то, может статься, современная карта мира выглядела бы иначе…

В то далекое время в Советском Союзе жил загадочный человек по имени Бартини. Он был настоящим гением в конструировании самолетов. К сожалению, мы весьма мало знаем о его жизни и работах. Однако достижения Бартини, о которых стало известно только в последние годы, сенсационны даже по сегодняшним меркам. Еще до Второй мировой войны он успешно разрабатывал сверхзвуковые бомбардировщики и истребители. Он же создал теорию «многомерное пространство-время», что было логическим развитием теории Эйнштейна. А С. Бузиновский в 1993 году выдвинул предположение, что именно Бартини принимал участие в разработке советского самолета-невидимки.

Сын итальянского барона Ороса де Бартини, Роберт-Людвиг стал членом итальянской компартии, но в 1923 году вынужден был эмигрировать в СССР, а в 1927-м вступил в ВКП(б). Вскоре Бартини приступил к проектированию экспериментальных самолетов, среди которых выделялся арктический разведчик дальнего радиуса действия и загадочный самолет-невидимка «Сталь-6».

Четверть века назад журналист И. Вишняков опубликовал в журнале «Изобретатель и рационализатор» статью-воспоминание об испытании самолета-невидимки Р.-Л. Бартини:

«Необычность той машины проявлялась уже в тот момент, когда запускался двигатель. Все служащие секретной базы ждали этого момента с нетерпением. Слух о запуске распространялся молниеносно, и множество “зрителей” располагалось неподалеку от старта… Раздавались привычные команды и ответы: “От винта”, “Есть от винта”, которые были слышны наблюдавшим. Потом все увидели густой голубоватый выхлоп от бортовых отверстий. Одновременно с этим резко ускорилось вращение пропеллеров, и самолет стал исчезать из вида. Казалось, что он растворяется в воздухе. Те, кто находился близко к старту, уверяли, что видели, как машина отрывается от взлетной полосы и уносится в небо, остальные теряли ее из вида еще на земле».

Когда и где имело место такое фантастическое действо? Вишняков утверждает, что это произошло во второй половине 1930-х годов на одном из секретных северных аэродромов.

Существует письменное подтверждение того, что испытательные полеты самолета-невидимки действительно были осуществлены. Так, авиаконструктор В. Шавров упоминает о таком полете в первом томе своей книги «История конструкции самолетов СССР». Он пишет, что эта машина была создана в КБ Военно-воздушной академии под руководством С. Козлова в 1935 году на базе одного из самолетов Яковлева. Основной особенностью машины-невидимки была ее обшивка, изготовленная из прозрачного материала родоида — специального органического стекла. Плюс к этому при взлете использовалась специальная дымовая завеса — газ голубоватого оттенка, который и делал самолет невидимым на фоне неба. Шавров пишет также, что прозрачная поверхность корпуса машины с внутренней стороны покрывалась слоем амальгамы.

А вот как конструктор описывает испытания машины: «Аэроплан уже при отрыве от земли сделался незаметным для наблюдателей. В полете невидимку сопровождал самолет УТ-2, который повторял его путь. Это делалось для того, чтобы членам комиссии было легче определять нахождение испытываемой машины. Испытательные полеты записывались на пленку, на ней не удалось определить даже приблизительные очертания самолета. Однако дальнейшие тесты показали, что со временем родоид терял свои свойства — то есть первоначальную прозрачность. И по завершении испытаний самолет разобрали, а проект приостановили. Далее конструкторы хотели продолжить работы с применением в качестве обшивки хромированных пластин».

В это время Бартини сделал открытие в области сверхмощных магнитных полей. Он обнаружил ранее неизвестный эффект, который позволял объекту в определенный момент становиться невидимым для окружающих. Параллельно над этой проблемой работали американские ученые, но они пришли к ее осуществлению несколько позднее.

Что же остановило СССР от массового производства самолетов-невидимок?

Сталин прекрасно знал о секретных разработках советских конструкторов и понимал потенциальную силу невидимого воздушного флота. Но нет свидетельств, что он возлагал на него какие-то надежды. В то же время закрадывается мысль о том, что Бартини (хоть он и был коммунистом) мог специально затягивать суперпроект, с тем чтобы препятствовать алчным планам вождя по экспорту всемирной революции посредством захвата европейских государств с помощью невидимых эскадрилий. Между тем невидимость этих машин сохранялась лишь непродолжительное время — всего несколько вылетов. При их высокой стоимости Сталин не мог создать большой флот самолетов-невидимок, который вдобавок требовалось постоянно пополнять. Только этим можно объяснить, что проект приостановили.

А как можно объяснить секретность вокруг имени и работ советско-итальянского конструктора Бартини? Очень просто: современные технологии легко могут восстановить самолет-невидимку (как знать, не использовали ли американцы что-то из этого при конструировании «Стелс»?), а это значит, что весьма скоро рассказ о нем будет продолжен. Может, тогда мы узнаем о Бартини больше, чем о нем написано в энциклопедиях…

(Материал В. Жарова)

«100 великих загадок XX века», Николай Николаевич Непомнящий, 2004г.