Украина. Создан авиадвигатель будущего

Основа современной авиации, неважно какой - военной, транспортной или гражданской - турбореактивный двигатель (ТРД, он же ВРД - воздушно-реактивный).

Принцип работы любого ТРД довольно прост - компрессор втягивает воздух, сжимает его и направляет в камеру сгорания. В ней сжатый воздух смешивается с топливом, воспламеняется и расширяется. Расширенный газ заставляет вращаться турбину, которая расположена на одном валу с компрессором, обеспечивая его работу. Остальная часть энергии направляется в сужающееся сопло, образуя реактивную тягу, которая и является основной движущей силой.

Так выглядит ТРД в разрезе.

Мы не будем останавливаться на деталях и тонкостях функционирования и конструкции, которая при кажущейся простоте на самом деле содержит массу совсем неочевидных деталей и "изюминок"- достаточно упомянуть о том, что материал, из которого изготовлены лопатки турбины, должен отвечать массе требований, зачастую противоречивых, а количество стран, способных самостоятельно спроектировать, а тем более  изготовить ТРД, меньше, чем число обладателей ядерного оружия.

Рассмотрим основные характеристики ТРД, на примере российского АЛ-31Ф и его американского визави Pratt & Whitney F135, применяемых на самых современных самолётах обеих стран.

АЛ-31Ф

Pratt & Whitney F135

Тяга в крейсерском режиме - 7 670 и 13 000 кгс

Тяга на форсаже - 12 500 и 19 500 кгс

Удельный расход топлива, крейсерский режим/форсаж - 0.75/0.82

Габариты, диаметр/длина - 1.18/4.95 м - 1.29/5.59 м

Масса, кг - 1530/1720 

Как видите, двигатели весьма похожи - российский легче, меньше и экономичнее, зато американский существенно более тяговит.

Правда, следует оговориться, что прямое сравнение в данном случае не совсем некорректно, т.к. существующая разница в возрасте порядка 20 лет (АЛ-31 старше) фактически означает разницу в два поколения. Так, более совершенный АЛ-41 при тех же самых габаритах и уменьшенной массе обладает тягой уже в 9 500/15 000 кгс, что как минимум уравнивает его по интегральным показателям  с F135.

Однако всё это, по большому счёту, детали.

Нас будет интересовать совсем другое.

Присмотримся внимательнее к процессам, происходящим в камере сгорания и в сопле.

Температура газов перед турбиной составляет порядка 1 400 - 1 600 градусов Цельсия (что и обуславливает, как было ранее сказано, особые требования к материалу и технологии изготовления её лопаток), а температура истекающей реактивной струи - "всего лишь" порядка 600 - 800.

Причина в том, что сгорающее топливо (2-5 кг в секунду, в зависимости от режима работы) смешивается с нагнетаемым компрессором воздухом, причём его (воздуха) расход составляет более 100 кг/сек!

Большая часть воздуха, нагнетаемого компрессором, минуя камеру сгорания, направляемся в сопло напрямую, увеличивая тягу и экономичность двигателя и одновременно понижая температуру выхлопной струи, что опять же положительно сказывается как на долговечности сопла, так и на уменьшении заметности самолёта в ИК- и УФ-диапазонах.

Вот мы и добрались до главного...

Знакомое зрелище, правда? Каждый из нас привык к тому, что за самолётом тянется инверсионный след, и редко-редко кто задумывается, а из чего же он состоит? 

Особого секрета здесь нет  - углекислый газ, водяной пар, немного окислов азота, ещё меньше  - непрореагировавших/"недогоревших" остатков топлива... и всё это нагрето до нескольких сотен градусов... 

Нагрето!

Т.е. в атмосферу выбрасывается огромное количество  субстанции, которую вполне можно использовать. 

Как раз эту задачу и удалось решить конструкторам, предложившим усовершенствовать ТРД, добавив пару дополнительных элементов.

Во-первых, двигатель предложено оснастить устанавливаемым перед блоком компрессоров телескопическим воздухозаборником с регулируемым сечением, меняющимся от ~1 кв. метра до 100-120.

Захватывая этим воздухозаборником выхлопные газы двигателей впередилетящего самолёта (при движении строго в его спутной струе), можно не тратить (вернее, тратить гораздо меньше) топлива на нагрев в собственной камере сгорания (напомню, мы уже имеем порядка 600-800 градусов).

Во-вторых, установив там же (перед компрессором) воздухопроницаемый фильтр с интегрированным катализатором, легко добиться восстановления остатков топлива до исходной формы, и затем использовать его для собственных нужд.

Таким образом, усовершенствованный двигатель будет не только сверхэкономичным, но ещё и гораздо более простым и надёжным в эксплуатации. 

Одновременно отпадает и проблемы навигации  - достаточно следовать за лидирующим летательным аппаратом, чтобы прилететь в тот же пункт назначения.

Единс­твен­ное ог­ра­ниче­ние - рас­сто­яние до ли­дера дол­жно быть не бо­лее 404 м, т.к. на боль­ших дис­танци­ях тем­пе­рату­ра ин­верси­он­но­го сле­да рез­ко па­да­ет, и становится неизбежным сваливание в штопор.

Сочетание вышеуказанных факторов,  по мнению авторов, активистов Полтавского авиамоторного КБ, позволит сделать перевозку грузов и пассажиров практически бесплатной.

Открывающиеся перспективы чрезвычайно заманчивы для тех, кто понимает...