Сто лет назад паровой авиадвигатель еще конкурировал с ДВС. Коньютура сложилась так, что последний победил, стал совершенствоваться, потом появились ТВД и ТРД с их изощренной, сложной и дорогой технологией. А если бы развивался и паровой авиадвигатель, как бы он выглядел? Может быть, как на этой схеме ? IMG_9013.JPG
Здесь заимствована идея вращающегося котла Хютнера и полого вала Форкауфа из их проектов авиатурбин (см. П.Дузь. «Паровой двигатель в авиации»).
Такая схема позволяет использовать два вала, вращающихся в разные стороны, и три винта ?! Оптимальное сочетание их параметров может оказаться эффективнее одно-двух винтовой схемы. Более того, можно отказаться и от редуктора и уменьшить механические потери. Действительно, в оптимальном режиме окружная скорость вращения лопаток турбины (в данном случае радиальной или активной) должна быть равна ½ от скорости струи пара. При противовращении турбины и котла их окружные скорости в оптимальном режиме в среднем равны ¼ от скорости пара, т.е. около 120 - 150 м/сек. Следовательно, диаметры винтов могут быть в 2 - 3 раза больше диаметра турбины и этого в ряде случаев достаточно, тем более при наличии трех винтов.
Работа двигателя ясна из рисунка. Воздух, проходит через неподвижный, в отличии от схемы Хютнера, конденсатор (радиатор). Он может быть использован как буферная емкость и как деаэратор в случае необходимости. Большая часть воздуха проходит по внешнему контуру (причем часть теплого воздуха может быть направлена на обогрев крыла и салона самолета), меньшая часть идет в камеру сгорания.
Пусть цикл рабочего тела осуществляется в скромных пределах от 2 до 50 атмосфер, как показано на T-S диаграмме. Тепловой кпд цикла составит 23%, а механический около 18%. На схеме показано примерное распределение температур, а тепловой баланс имеет вид: работа теплоносителя – 21%, отвод тепла конденсатором – 70%, потери с отходящими газами – 9%. Наибольшая часть тепла рассеивается конденсатором, на него же приходится большая часть массы двигателя.
Для двигателя мощностью 1000 кВт ориентировочный расчет дает следующие показатели: при достижимых значениях коэффициентов теплоотдачи и разности температур для конденсатора, выполненного из алюминиевых трубок с накатанными ребрами, эквивалентных по весу таковым с внешним диаметром 6 мм и внутренним – 4 мм, его поверхность составит 160 кв. м, масса – 210 кг, масса воды -- 50 кг. Объем конденсатора около 0.6 куб. м.
Котел имеет поверхность примерно в 10 раз меньшую, т. к. коэффициенты теплоотдачи и в особенности разность температур намного выше, а вес его примерно в три раза меньше при условии, что он выполнен из подобных элементов из стали. Таким образом, конденсатор добавляет около 0.26 кг/квт или 0.195 кг/л.с., и этот параметр для двигателя в целом вряд ли превысит 0.4 кг/л.с. Расход топлива около 0.35 кг/л.с.* час, циркуляция воды по контуру – 2.5 кг/сек. Удельные вес и расход топлива выше, чем у современных ТВД. Но это на уровне столетней давности. А если применить современные технологии и материалы ? Повысить параметры пара, добавить секцию для его перегрева, многоступенчатую турбину, более эффективнные теплообменнные элементы для конденсатора и котла и т.д.
В целом, помимо известных преимуществ парового двигателя, очевидно, что его технология производства гораздо проще и дешевле, чем для ТВД, он работает при меньших динамических и тепловых нагрузках, имеет больший ресурс и более безопасен, с малым уровнем шумов, для него требуется намного меньше дополнительных систем, регулирующих его работу, и он гибок и некритичен в управлении, т.к. котел и турбина связаны отрицательной обратной связью.
Жаль, что эти проекты были забыты, мог бы появиться достойный конкурент ТВД.
Здесь заимствована идея вращающегося котла Хютнера и полого вала Форкауфа из их проектов авиатурбин (см. П.Дузь. «Паровой двигатель в авиации»).
Такая схема позволяет использовать два вала, вращающихся в разные стороны, и три винта ?! Оптимальное сочетание их параметров может оказаться эффективнее одно-двух винтовой схемы. Более того, можно отказаться и от редуктора и уменьшить механические потери. Действительно, в оптимальном режиме окружная скорость вращения лопаток турбины (в данном случае радиальной или активной) должна быть равна ½ от скорости струи пара. При противовращении турбины и котла их окружные скорости в оптимальном режиме в среднем равны ¼ от скорости пара, т.е. около 120 - 150 м/сек. Следовательно, диаметры винтов могут быть в 2 - 3 раза больше диаметра турбины и этого в ряде случаев достаточно, тем более при наличии трех винтов.
Работа двигателя ясна из рисунка. Воздух, проходит через неподвижный, в отличии от схемы Хютнера, конденсатор (радиатор). Он может быть использован как буферная емкость и как деаэратор в случае необходимости. Большая часть воздуха проходит по внешнему контуру (причем часть теплого воздуха может быть направлена на обогрев крыла и салона самолета), меньшая часть идет в камеру сгорания.
Пусть цикл рабочего тела осуществляется в скромных пределах от 2 до 50 атмосфер, как показано на T-S диаграмме. Тепловой кпд цикла составит 23%, а механический около 18%. На схеме показано примерное распределение температур, а тепловой баланс имеет вид: работа теплоносителя – 21%, отвод тепла конденсатором – 70%, потери с отходящими газами – 9%. Наибольшая часть тепла рассеивается конденсатором, на него же приходится большая часть массы двигателя.
Для двигателя мощностью 1000 кВт ориентировочный расчет дает следующие показатели: при достижимых значениях коэффициентов теплоотдачи и разности температур для конденсатора, выполненного из алюминиевых трубок с накатанными ребрами, эквивалентных по весу таковым с внешним диаметром 6 мм и внутренним – 4 мм, его поверхность составит 160 кв. м, масса – 210 кг, масса воды -- 50 кг. Объем конденсатора около 0.6 куб. м.
Котел имеет поверхность примерно в 10 раз меньшую, т. к. коэффициенты теплоотдачи и в особенности разность температур намного выше, а вес его примерно в три раза меньше при условии, что он выполнен из подобных элементов из стали. Таким образом, конденсатор добавляет около 0.26 кг/квт или 0.195 кг/л.с., и этот параметр для двигателя в целом вряд ли превысит 0.4 кг/л.с. Расход топлива около 0.35 кг/л.с.* час, циркуляция воды по контуру – 2.5 кг/сек. Удельные вес и расход топлива выше, чем у современных ТВД. Но это на уровне столетней давности. А если применить современные технологии и материалы ? Повысить параметры пара, добавить секцию для его перегрева, многоступенчатую турбину, более эффективнные теплообменнные элементы для конденсатора и котла и т.д.
В целом, помимо известных преимуществ парового двигателя, очевидно, что его технология производства гораздо проще и дешевле, чем для ТВД, он работает при меньших динамических и тепловых нагрузках, имеет больший ресурс и более безопасен, с малым уровнем шумов, для него требуется намного меньше дополнительных систем, регулирующих его работу, и он гибок и некритичен в управлении, т.к. котел и турбина связаны отрицательной обратной связью.
Жаль, что эти проекты были забыты, мог бы появиться достойный конкурент ТВД.
