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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Aviones turborreactores. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Avión a reacción: un avión propulsado por un motor a reacción (turborreactor, estatorreactor, impulsor a reacción, motor de propulsante líquido, etc.) o un motor de cohete. Los aviones a reacción forman la base de la aviación militar y civil moderna.
La aviación turborreactor se originó durante la Segunda Guerra Mundial, cuando se alcanzó el límite de perfección de los anteriores aviones propulsados por hélice equipados con motores de combustión interna. Cada año, la carrera por la velocidad se volvió más y más difícil, ya que incluso un ligero aumento en la velocidad requería cientos de caballos de fuerza adicionales de potencia del motor y condujo automáticamente al peso de la aeronave. En promedio, un aumento en el poder de 1 hp. condujo a un aumento en la masa del sistema de propulsión (el motor en sí, la hélice y el equipo auxiliar) en un promedio de 1 kg. Cálculos simples mostraron que era prácticamente imposible crear un avión de combate propulsado por hélice con una velocidad del orden de 1000 km/h. La potencia del motor requerida de 12000 caballos de fuerza solo se podía lograr con un peso del motor de aproximadamente 6000 kg. En el futuro, resultó que un mayor aumento de la velocidad conduciría a la degeneración de los aviones de combate, convirtiéndolos en vehículos capaces de transportarse solos. No quedaba espacio para armas, equipos de radio, armaduras y combustible a bordo. Pero incluso a este precio era imposible obtener un gran aumento de velocidad. Un motor más pesado aumentó el peso total del automóvil, lo que obligó a aumentar el área del ala, lo que condujo a un aumento en su resistencia aerodinámica, para superar lo cual fue necesario aumentar la potencia del motor. Así, el círculo se cerró y la velocidad del orden de 850 km/h resultó ser la máxima posible para un avión con motor de pistón. Solo podía haber una forma de salir de esta situación viciosa: era necesario crear un diseño fundamentalmente nuevo de un motor de avión, que se hizo cuando los aviones turborreactores reemplazaron a los aviones de pistón. El principio de funcionamiento de un motor a reacción simple se puede entender si consideramos el funcionamiento de una manguera contra incendios. El agua a presión se suministra a través de una manguera a la manguera y sale de ella. La sección interna de la punta de la manguera se estrecha hacia el final y, por lo tanto, el chorro de agua que sale tiene una velocidad mayor que en una manguera. La fuerza de la contrapresión (reacción) en este caso es tan grande que el bombero a menudo tiene que ejercer toda su fuerza para mantener la manguera en la dirección requerida. El mismo principio se puede aplicar a un motor de avión. El motor a reacción más simple es un estatorreactor.
Imagine una tubería con los extremos abiertos montada en un avión en movimiento. La parte delantera de la tubería, en la que entra aire debido al movimiento de la aeronave, tiene una sección transversal interna en expansión. Debido a la expansión de la tubería, la velocidad del aire que ingresa disminuye y la presión aumenta en consecuencia. Supongamos que en la parte en expansión, se inyecta combustible y se quema en la corriente de aire. Esta parte de la tubería se puede llamar cámara de combustión. Los gases altamente calentados se expanden rápidamente y escapan a través de una tobera de chorro que se estrecha a una velocidad muchas veces mayor que la que tenía la corriente de aire en la entrada. Este aumento de velocidad crea una fuerza de empuje que empuja al avión hacia adelante. Es fácil ver que tal motor sólo puede funcionar si se mueve por el aire a una velocidad considerable, pero no puede ponerse en marcha cuando no se está moviendo. Una aeronave con un motor de este tipo debe lanzarse desde otra aeronave o acelerarse con un motor de arranque especial. Esta desventaja se supera en un motor turborreactor más complejo.
El elemento más crítico de este motor es la turbina de gas (6), que acciona el compresor de aire (2) sentado en el mismo eje que éste. El aire que ingresa al motor se comprime primero en el difusor de entrada (1), luego en el compresor axial (2) y luego ingresa a la cámara de combustión (3). El combustible suele ser queroseno, que se rocía en la cámara de combustión a través de una boquilla. Desde la cámara, los productos de la combustión, en expansión, llegan en primer lugar a los álabes de la turbina de gas, haciéndola girar, y luego a la tobera (7), en la que son acelerados a altísimas velocidades. La turbina de gas utiliza solo una pequeña parte de la energía del chorro de aire-gas. El resto de los gases va a crear una fuerza de empuje reactiva, que se produce debido a la salida de un chorro de productos de combustión de la boquilla a alta velocidad. El empuje de un motor turborreactor se puede potenciar, es decir, aumentar durante un corto período de tiempo, de varias maneras. Por ejemplo, esto se puede hacer usando el llamado postcombustión (en este caso, el combustible se inyecta adicionalmente en la corriente de gas detrás de la turbina, que se quema debido al oxígeno que no se usa en las cámaras de combustión). La poscombustión puede aumentar adicionalmente el empuje del motor en un 25-30 % a bajas velocidades y hasta un 70 % a altas velocidades en poco tiempo. Los motores de turbina de gas desde 1940 han supuesto una verdadera revolución en la tecnología de la aviación, pero los primeros desarrollos para su creación aparecieron diez años antes. Frank Whittle es considerado el padre del motor turborreactor. Ya en 1928, mientras estudiaba en la Escuela de Aviación de Cranwell, Whittle propuso el primer borrador de un motor a reacción equipado con una turbina de gas. En 1930 recibió una patente para ello. El estado en ese momento no estaba interesado en sus desarrollos. Pero Whittle recibió ayuda de algunas firmas privadas, y en 1937, según su diseño, la británica Thomson-Houston construyó el primer motor turborreactor de la historia, que recibió la designación "U". Solo después de eso, el Ministerio del Aire prestó atención al invento de Whittle. Para mejorar aún más los motores de su diseño, se creó la Empresa Eléctrica, que contó con el apoyo del Estado. Al mismo tiempo, las ideas de Whittle fertilizaron el pensamiento de diseño de Alemania. En 1936, el inventor alemán Ohain, entonces estudiante de la Universidad de Göttingen, desarrolló y patentó su motor turborreactor. Su diseño casi no era diferente al de Whittle. En 1938, la firma Heinkel, que contrató a Ohain, desarrolló bajo su dirección el motor turborreactor HeS-3B, que se instaló en el avión He-178. El 27 de agosto de 1939, este avión realizó su primer vuelo exitoso.
El diseño del He-178 anticipó en gran medida el diseño de futuros aviones a reacción. La toma de aire estaba ubicada en el fuselaje delantero. El aire, ramificándose, pasó por alto la cabina y entró en el motor en una corriente directa. Los gases calientes fluían a través de una boquilla en la sección de cola. Las alas de este avión todavía eran de madera, pero el fuselaje estaba hecho de duraluminio. El motor, montado detrás de la cabina, funcionaba con gasolina y desarrollaba un empuje de 500 kg. La velocidad máxima de la aeronave alcanzó los 700 km / h. A principios de 1941, Ohain desarrolló un motor HeS-8 más avanzado con un empuje de 600 kg. Dos de estos motores se instalaron en el siguiente avión He-280V. Sus pruebas comenzaron en abril del mismo año y arrojaron buenos resultados: el avión alcanzó velocidades de hasta 925 km / h. Sin embargo, la producción en serie de este luchador no comenzó (se fabricaron un total de 8 piezas) debido a que el motor aún no era confiable. Mientras tanto, la británica Thomson Houston produjo el motor W1.X, especialmente diseñado para el primer avión turborreactor británico, el Gloucester G40, que realizó su primer vuelo en mayo de 1941 (entonces el avión estaba equipado con un motor Whittle W.1 mejorado) . El primogénito inglés estaba lejos del alemán. Su velocidad máxima era de 480 km/h. En 1943 se construyó el segundo Gloucester G40 con un motor más potente, alcanzando velocidades de hasta 500 km/h. En su diseño, el Gloucester recordaba sorprendentemente al alemán Heinkel. El G40 tenía una construcción totalmente metálica con una entrada de aire en el fuselaje delantero. El conducto de aire de entrada estaba dividido y rodeaba la cabina por ambos lados. La salida de gases se produjo a través de una tobera en la cola del fuselaje. Aunque los parámetros del G40 no solo no excedían los que tenían los aviones propulsados por hélice de alta velocidad en ese momento, sino que eran notablemente inferiores a ellos, las perspectivas para el uso de motores a reacción resultaron ser tan prometedoras que la British Air Ministerio decidió iniciar la producción en serie de cazas interceptores turborreactores. La empresa "Gloucester" recibió un pedido para desarrollar dicho avión. En los años siguientes, varias empresas inglesas a la vez comenzaron a producir varias modificaciones del motor turborreactor Whittle. Basado en el motor W.1, Rover desarrolló los motores W2B/23 y W2B/26. Luego, estos motores fueron comprados por Rolls-Royce, que en base a ellos creó sus propios modelos: Welland y Derwent. Sin embargo, el primer avión turborreactor en serie de la historia no fue el Gloucester inglés, sino el Messerschmitt Me-262 alemán. En total, se fabricaron alrededor de 1300 aviones de este tipo de diversas modificaciones, equipados con el motor Junkers Yumo-004B. El primer avión de esta serie se probó en 1942. Tenía dos motores con un empuje de 900 kg y una velocidad máxima de 845 km/h.
El avión de producción inglés "Gloucester G41 Meteor" apareció en 1943. Equipado con dos motores Dervent con un empuje de 900 kg cada uno, el Meteor desarrollaba una velocidad de hasta 760 km/h y tenía una altitud de vuelo de hasta 9000 m Más tarde se instalaron Dervents más potentes con un empuje de unos 1600 kg en la aeronave, que aumentan la velocidad a 935 km/h. Este avión demostró ser excelente, por lo que la producción de varias modificaciones del G41 continuó hasta finales de los años 40. Los Estados Unidos en el desarrollo de la aviación a reacción al principio se quedó muy atrás de los países europeos. Hasta la Segunda Guerra Mundial, no hubo ningún intento de crear un avión a reacción. Solo en 1941, cuando se recibieron muestras y dibujos de los motores Whittle de Inglaterra, estos trabajos comenzaron en pleno apogeo. General Electric, basándose en el modelo de Whittle, desarrolló el motor turborreactor IA, que se instaló en el primer avión a reacción estadounidense, el P-59A Ercomet. El primogénito estadounidense salió al aire por primera vez en octubre de 1942. Tenía dos motores, que estaban colocados debajo de las alas cerca del fuselaje. Todavía era un diseño imperfecto. Según los pilotos estadounidenses que probaron el avión, el P-59 era bueno para volar, pero su rendimiento de vuelo siguió sin ser importante. El motor resultó tener poca potencia, por lo que se parecía más a un planeador que a un avión de combate real. Se construyeron un total de 33 de estas máquinas. Su velocidad máxima era de 660 km/h, y la altitud de vuelo era de hasta 14000 m. El primer caza turborreactor en serie en los Estados Unidos fue el Lockheed F-80 Shooting Star con un motor General Electric I-40 (modificación IA). Hasta finales de los años 40 se fabricaron unos 2500 de estos cazas de varios modelos. Su velocidad media era de unos 900 km/h. Sin embargo, el 80 de junio de 19, una de las modificaciones de este avión XF-1947B alcanzó una velocidad de 1000 km/h por primera vez en la historia.
Al final de la guerra, los aviones a reacción seguían siendo inferiores en muchos aspectos a los modelos probados de aviones propulsados por hélice y tenían muchas de sus propias deficiencias específicas. En general, durante la construcción del primer avión turborreactor, los diseñadores de todos los países enfrentaron dificultades significativas. De vez en cuando, las cámaras de combustión se quemaban, las palas de turbinas y compresores se rompían y, separadas del rotor, se convertían en proyectiles que aplastaban la carcasa del motor, el fuselaje y el ala. Pero, a pesar de esto, los aviones a reacción tenían una gran ventaja sobre los propulsados por hélice: el aumento de la velocidad con un aumento en la potencia de un motor turborreactor y su peso era mucho más rápido que el de un pistón. Esto decidió el destino futuro de la aviación de alta velocidad: se convierte en jet en todas partes. El aumento de la velocidad pronto condujo a un cambio completo en la apariencia de la aeronave. A velocidades transónicas, la forma y el perfil antiguos del ala resultaron ser incapaces de transportar la aeronave: comenzó a "picotear" con la nariz y entró en una inmersión incontrolable. Los resultados de las pruebas aerodinámicas y el análisis de los accidentes de vuelo llevaron gradualmente a los diseñadores a un nuevo tipo de ala: una delgada y en flecha. Por primera vez, esta forma de alas apareció en los cazas soviéticos. A pesar de que la URSS comenzó a crear aviones turborreactores más tarde que los estados occidentales, los diseñadores soviéticos lograron crear rápidamente vehículos de combate de clase alta. El primer avión de combate soviético puesto en producción fue el Yak-15. Apareció a fines de 1945 y era un Yak-3 convertido (un caza famoso con un motor de pistón durante la guerra), en el que se instaló un motor turborreactor RD-10, una copia del Yumo-004B alemán capturado con un empuje. de 900 kg. Desarrolló una velocidad de unos 830 km/h.
En 1946, el MiG-9 entró en servicio con el ejército soviético, equipado con dos motores turborreactores Yumo-004B (designación oficial RD-20), y en 1947 apareció el MiG-15, el primer avión a reacción de combate de ala en flecha equipado con Se designó un motor RD-45 (como el motor Rolls-Royce "Nin", comprado bajo licencia y modernizado por diseñadores de aviones soviéticos) con un empuje de 2200 kg. El MiG-15 era notablemente diferente de sus predecesores y sorprendió a los pilotos de combate con alas inusuales que se inclinaban hacia atrás, una quilla enorme rematada con el mismo estabilizador en flecha y un fuselaje en forma de cigarro. El avión también contaba con otras novedades: un asiento eyectable y dirección asistida hidráulica. Estaba armado con un cañón de tiro rápido y dos ametralladoras (en modificaciones posteriores, tres cañones). Con una velocidad de 1100 km/h y un techo de 15000 m, este caza siguió siendo durante varios años el mejor avión de combate del mundo y despertó un gran interés. (Más tarde, el diseño del MiG-15 tuvo un impacto significativo en el diseño de cazas en los países occidentales).
En poco tiempo, el MiG-15 se convirtió en el caza más común en la URSS, y también fue adoptado por los ejércitos de sus aliados. Este avión demostró su eficacia durante la Guerra de Corea. En muchos aspectos, era superior a los American Sabres. Con la llegada del MiG-15, la infancia de la aviación turborreactor terminó y comenzó una nueva etapa en su historia. En ese momento, los aviones a reacción habían dominado todas las velocidades subsónicas y se acercaron a la barrera del sonido. Autor: Ryzhov K.V.
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