Пороховой двигатель самолета

Пороховой ракетный двигатель – это один из простейших вариантов реактивных двигателей для самолетов и ракет. В качестве топлива он использует твердое топливо – пороховой заряд. Как правило, применяют бездымный вид пороха, поскольку он имеет высокую температуру сгорания и придает летательному аппарату мощный импульс. Для ракет он используется в качестве основного двигателя, что касается авиации и самолетов, то может применяться как дополнительный для большого ускорения.

Современный пороховой ракетный двигатель. 1 — пороховые шашки; 2 — диафрагма; 3 — сопло.

Подобные пороховые ускорители сокращают дистанцию разбега при взлете. После расхода всего топлива такие двигатели в большинстве случаев отсоединяются от основной конструкции летательного аппарата.

Исторические данные об использовании пороховых двигателей.

Первые зафиксированные данные об использовании пороха в качестве ускорителя датируются 960 годом. В это время китайцы изготовляли первые пороховые ракеты для военных целей. Очень часто упоминаются в легендах и сказаниях использования пороховых зарядов для осуществления полетов. Так, одна из легенд повествовала о попытке полета Ван Гу на летательном аппарате, заряженном 47 ракетами с порохом.

В 1540 году была напечатана книга «О пиротехнике» автора Ванноччо Бирингуччо. Уже в это время была предоставлена первая схема строения пороховой ракеты с одной и несколькими ступенями. Все же огромное количество писателей-фантастов тех времен использовали свои скромные знания о ракетостроении и пороховых двигателях для возможности их героев попасть в отдаленные уголки планеты или даже на Луну.

Более реальное проектирование и создание действительно успешных пороховых двигателей началось с 19 века. Так, в 1817 году англичанин У. Конгрева смог изготовить ракету с дальностью полета в 2,7 километра. Параллельно с этим российские конструкторы И. Картмазов и А. Засядько изготовили свой прототип, который смог пролететь 2,69 километра. Дальнейшие наработки в данной отрасли позволили достичь еще лучших показателей. В 1881 году отечественный конструктор и исследователь Н. Кибальчич работал над изготовлением пилотируемого летательного аппарата с пороховым двигателем. Еще через 5 лет А. Эвальд провел комплекс опытов с моделью самолета на пороховом заряде.

Конечно же, прорывом стали разработки М. Поморцева, который в 1902 году изготовил ракету с пороховым двигателем. Ее особенностью являются стабилизирующие поверхности на корпусе и более продуманная конструкция двигателя. Все это позволило достичь дальности полета в 9 километров.

В создании пороховых двигателей не отставали и германские конструкторы. Так в 20-х годах прошлого века достаточно известный конструктор автомобилей Фриц фон Опель использовал пороховые заряды для ускорения велосипеда и мотоцикла, после чего провел опыты и с автомобилем. В апреле 1928 года конструктор установил на гоночную модель автомобиля Opel-Rak 12 ракет с твердым топливом. Данный ускоритель позволил достичь скорости в 112 км/час. В мае этого же года на автомобиль установили 24-зарядный блок ракет, который разогнал машину до скорости 200 км/час.

После проведенных опытов Ф. Опель начал проводить тестирование пороховых двигателей на летательных аппаратах. Был создан самолет-ракетоплан под названием Opel RК 22 в 1928 году. Параллельно с этим А. Липпше создал подобную летающую машину под названием «Утка», она смогла за одну минуту пролететь 1,2 километра на пороховом ускорителе. Что касается аппарата Опеля, то он смог достичь скорости 152 км/час в полете. Через год, а именно в октябре 1929 года, провел испытания своего летающего агрегата конструктор Г. Эспенлауб. Ракетоплан был оснащен 15 ракетными зарядами, которые смогли поднять машину в воздух, но во время полета летательный аппарат загорелся.

Что касается разработок СССР в данной отрасли, то они активно начались с 30-х годов. Удалось построить самолет, в котором использовались пороховые заряды в качестве дополнительных, он имел название У-1. Тестирование прошло отлично, после чего решили установить подобные ускорители на бомбардировщике типа ТБ-1. Для качественного разгона было установлено по 3 пороховых заряда с каждой стороны корпуса аппарата. Стоит отметить, что масса всего комплекта ускорителей составляла только 60 килограмм. При этом в течение двух секунд работы они выдавали тягу в 10 400 кгс. Данной мощности было достаточно для того, чтобы 7-тонный бомбардировщик смог сократить свой разбег при взлете от 330 метров к 80 метрам.

Подобные испытания были проведены и на советских истребителях в 1935 году. Несмотря на получение огромной тяги, подобные установки так и не получили широкого применения в авиастроении.

Во времена Второй мировой войны пороховые ускорители для своих самолетов широко использовала Япония и Германия. Кроме того, во время ухудшения состояния этих стран под конец войны ими были проведены разработки ударных самолетов, которые использовали твердотопливный двигатель в качестве основной силовой установки самолетов. На основе таких проектов были созданы самолеты для самоубийственных миссий по кораблям. Такие самолеты широко использовала Япония, наиболее ярким примером является аппарат «Ока».

Все дальнейшие разработки только улучшили показатели дальности и точности полета. Все же в большинстве случаев пороховые двигатели больше использовали и используют для строения ракет, нежели в авиации. Хотя подобные ускорительные установки с твердым топливом оказали немалую помощь в самолетостроении.

Особенности строения и работы порохового двигателя

Пороховой двигатель самолета часто называют ракетным двигателем твердого топлива, сокращенно РДТТ. При работе таких двигателей используется объединение окислителя и твердого топлива в единую массу. Все это находится непосредственно в камере сгорания, а не в дополнительных топливных баках, как в жидкостных моделях. Кроме облегчения конструкции, она становится более надежной и простой, поскольку исключается система подачи горючего. Самым простым и ярким примером такой конструкции является обычная пороховая ракета.

Прежде всего, стоит отметить, что применение РДТТ в авиации необходимо для достижения определенных задач. Конечно же, основная задача, которую решают дополнительные пороховые двигатели, – это значительное увеличение тяговооруженности самолета на определенном этапе полета. В большинстве случаев это необходимо при взлете. Не всегда существуют отличные условия для взлета и нормального разбега самолета. Особо актуально это было во времена поршневой авиации и на первых этапах развития реактивных установок на жидком топливе. Это позволяло значительно сократить дистанцию разбега летательного средства. Подобный быстрый старт помогал избежать плотного обстрела орудий противника. Также были модели истребителей, которые использовали пороховые ускорители для быстрого достижения воздушной цели противника. Повышение тяговооруженности в определенный экстремальный момент полета позволяет решать боевые задачи более легко и эффективно.

Недостатки преимущества пороховых двигателей

Неоспоримым преимуществом является простота конструкции, а также исключение утечки топлива, высокая степень безопасности в использовании и надежность. Подобные конструкции могут храниться на протяжении долгого времени.

Что касается недостатков, то здесь нужно подчеркнуть невысокие показатели удельного импульса и сложность в управлении тягой. Уменьшить или отключить тягу невозможно. При работе возникают сильные вибрации корпуса летательного аппарата. Выхлоп отработанных газов достаточно токсичен и наносит урон окружающей среде.

Используемое топливо:

• Гомогенный тип топлива, который являет собой твердый раствор нитроцеллюлозы в нитроглицерине. Как правило, подобное горючее используется для запуска больших ракет.

• Смесевый тип горючего. Это, как правило, смесь окислителя с основным твердым горючим.

Первым топливом для ракетных двигателей была смесь из селитры, серы и древесного угля. Далее начали использовать в качестве окислителя перхлорат аммония совместно с полимерным горючим (в космическом ракетостроении).  В современном мире подобные типы двигателя используют для ракетомоделирования. При этом создают более простые смеси на основе более доступного нитрата калия и органически связывающих веществ, таких как сахар или сорбит.

В итоге стоит подчеркнуть, что пороховые двигатели не являются актуальными для современного самолетостроения. Даже космическая отрасль проводит разработки более эффективных и доступных пусковых механизмов для ракет.