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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
터보젯 항공기. 발명과 생산의 역사
제트 항공기 - 공기 제트 엔진(터보제트 엔진, 램제트 엔진, 펄스 제트 엔진, 액체 추진제 엔진 등) 또는 로켓 엔진으로 추진되는 항공기. 제트기는 현대 군사 및 민간 항공의 기초를 형성합니다.
터보젯 항공은 제XNUMX차 세계 대전 중에 내연 기관을 장착한 이전 프로펠러 구동 항공기의 완성도에 한계에 도달했을 때 시작되었습니다. 속도를 조금만 높여도 수백 마력의 추가 엔진 출력이 필요하고 자동으로 항공기의 무게로 이어지기 때문에 속도 경쟁은 점점 더 어려워졌습니다. 평균적으로 1hp의 힘이 증가합니다. 추진 시스템(엔진 자체, 프로펠러 및 보조 장비)의 질량이 평균 1kg 증가했습니다. 간단한 계산으로 시속 1000km 정도의 속도로 프로펠러 구동 전투기를 만드는 것은 사실상 불가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 12000마력의 필요한 엔진 출력은 약 6000kg의 엔진 중량에서만 달성할 수 있었습니다. 미래에는 속도가 더 빨라지면 전투기가 퇴화하여 자신 만 운반 할 수있는 차량으로 변할 것이라는 것이 밝혀졌습니다. 기내에는 무기, 무선 장비, 갑옷 및 연료를 위한 공간이 남아 있지 않았습니다. 하지만 이 가격에도 엄청난 속도 향상은 불가능했다. 더 무거운 엔진은 자동차의 전체 중량을 증가시켜 날개 면적을 증가시켰고, 이는 공기역학적 항력을 증가시켰고 이를 극복하기 위해 엔진 출력을 증가시켜야 했습니다. 따라서 원이 닫히고 850km / h 정도의 속도는 피스톤 엔진이 장착 된 항공기에서 가능한 최대 것으로 판명되었습니다. 이 악랄한 상황에서 벗어날 수 있는 유일한 방법은 터보제트 항공기가 피스톤 항공기를 대체할 때 수행된 근본적으로 새로운 항공기 엔진 설계를 만드는 것이 필요했습니다. 간단한 제트 엔진의 작동 원리는 소방 호스의 작동을 고려하면 이해할 수 있습니다. 가압된 물은 호스를 통해 호스로 공급되고 흐릅니다. 호스 팁의 내부 섹션은 끝으로 갈수록 가늘어지기 때문에 유출되는 물의 제트는 호스보다 더 빠른 속도를 갖습니다. 이 경우 배압(반작용)의 힘이 너무 커서 소방관은 호스를 필요한 방향으로 유지하기 위해 종종 모든 힘을 다해야 합니다. 항공기 엔진에도 같은 원리를 적용할 수 있다. 가장 간단한 제트 엔진은 램제트입니다.
움직이는 항공기에 장착된 끝이 열린 파이프를 상상해 보십시오. 항공기의 움직임으로 인해 공기가 유입되는 파이프의 앞부분은 내부 단면이 확장됩니다. 파이프의 팽창으로 인해 파이프에 들어가는 공기의 속도가 감소하고 그에 따라 압력이 증가합니다. 팽창하는 부분에서 연료가 분사되어 기류로 연소된다고 가정합시다. 파이프의 이 부분을 연소실이라고 부를 수 있습니다. 고도로 가열된 가스는 입구에서 공기 흐름보다 몇 배 빠른 속도로 좁아지는 제트 노즐을 통해 빠르게 팽창하고 빠져나갑니다. 이러한 속도 증가는 항공기를 앞으로 밀어내는 추력을 생성합니다. 그러한 엔진은 공중에서 상당한 속도로 움직일 때만 작동할 수 있지만 움직이지 않을 때는 작동할 수 없다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 이러한 엔진을 장착한 항공기는 다른 항공기에서 발사하거나 특수 시동 엔진을 사용하여 가속해야 합니다. 이 단점은 더 복잡한 터보제트 엔진에서 극복됩니다.
이 엔진의 가장 중요한 요소는 가스터빈(6)으로, 동일한 샤프트에 있는 공기 압축기(2)를 구동합니다. 엔진으로 유입되는 공기는 먼저 입구 디퓨저(1)에서 압축된 다음 축류 압축기(2)에서 압축된 다음 연소실(3)로 들어갑니다. 연료는 일반적으로 등유이며 노즐을 통해 연소실로 분사됩니다. 챔버에서 팽창하는 연소 생성물은 먼저 가스 터빈의 블레이드로 와서 회전하게 한 다음 노즐(7)로 이동하여 매우 빠른 속도로 가속됩니다. 가스 터빈은 공기 가스 제트 에너지의 작은 부분만 사용합니다. 나머지 가스는 노즐에서 고속으로 연소 생성물 제트가 유출되어 발생하는 반작용 추력을 생성합니다. 터보제트 엔진의 추력은 다양한 방식으로 부스트, 즉 단기간 동안 증가될 수 있습니다. 예를 들어, 이것은 소위 애프터 버닝(afterburning)을 사용하여 수행할 수 있습니다(이 경우 연료는 연소실에서 사용되지 않는 산소로 인해 연소되는 터빈 뒤의 가스 흐름에 추가로 주입됨). 애프터버닝은 짧은 시간에 엔진 추력을 저속에서 25~30%, 고속에서 70%까지 추가로 증가시킬 수 있습니다. 1940년에 시작된 가스터빈 엔진은 항공 기술에 진정한 혁명을 일으켰지만, 최초 개발은 1928년 전에 나타났습니다. Frank Whittle은 터보제트 엔진의 아버지로 간주됩니다. 1930년, Cranwell Aviation School의 학생이었던 Whittle은 가스터빈이 장착된 제트 엔진의 첫 번째 설계를 제안했습니다. 1937년에 그는 그것에 대한 특허를 받았습니다. 당시 국가는 그 발전에 관심이 없었습니다. 그러나 Whittle은 일부 민간 회사의 도움을 받았고 XNUMX년 그의 설계에 따르면 영국인 Thomson-Houston은 "U"라는 명칭을 받은 역사상 최초의 터보제트 엔진을 제작했습니다. 그 후에야 항공부는 Whittle의 발명에 주의를 기울였습니다. 설계 엔진을 더욱 개선하기 위해 국가의 지원을 받은 전력 회사가 만들어졌습니다. 동시에 Whittle의 아이디어는 독일의 디자인 사상을 비옥하게 했습니다. 1936년, 당시 괴팅겐 대학의 학생이었던 독일 발명가 오하인은 터보제트 엔진을 개발하고 특허를 받았습니다. 그 디자인은 Whittle의 것과 거의 다르지 않았습니다. 1938년, 오하인을 고용한 하인켈 회사는 그의 지도력하에 He-3 항공기에 설치된 HeS-178B 터보제트 엔진을 개발했습니다. 27년 1939월 XNUMX일 이 항공기는 첫 비행에 성공했습니다.
He-178의 설계는 미래 제트기의 설계를 크게 예상했습니다. 공기 흡입구는 전방 동체에 위치했습니다. 분기하는 공기는 조종석을 우회하여 직접적인 흐름으로 엔진에 들어갔습니다. 뜨거운 가스는 꼬리 부분의 노즐을 통해 흘렀습니다. 이 항공기의 날개는 여전히 나무였지만 동체는 두랄루민으로 만들어졌습니다. 조종석 뒤에 장착된 엔진은 가솔린으로 작동하며 500kg의 추력을 발생시켰습니다. 항공기의 최대 속도는 700km / h에 도달했습니다. 1941년 초, Ohain은 8kg의 추력을 가진 더 발전된 HeS-600 엔진을 개발했습니다. 이 엔진 중 280개는 다음 He-925V 항공기에 설치되었습니다. 그 테스트는 같은 해 8 월에 시작되어 좋은 결과를 보여주었습니다. 항공기는 최대 XNUMXkm / h의 속도에 도달했습니다. 그러나이 전투기의 연속 생산은 엔진이 여전히 신뢰할 수 없다는 사실로 인해 시작되지 않았습니다 (총 XNUMX 개 제작). 한편 영국의 Thomson Houston은 1년 40월에 첫 비행을 한 최초의 영국 터보제트 항공기인 Gloucester G1941을 위해 특별히 설계된 W1.X 엔진을 생산했습니다(기에는 개선된 Whittle W.480 엔진이 장착됨). . 영국인의 장자는 독일인과 거리가 멀었다. 최고 속도는 1943km/h였다. 40년에 두 번째 Gloucester G500이 더 강력한 엔진으로 제작되어 최대 XNUMXkm/h의 속도에 도달했습니다. 그 디자인에서 Gloucester는 놀랍게도 독일 Heinkel을 연상케 했습니다. G40은 전방 동체에 공기 흡입구가 있는 모든 금속 구조를 가지고 있습니다. 흡입구 에어덕트는 분할되어 양쪽 조종석을 돌았다. 기체의 유출은 동체 꼬리의 노즐을 통해 발생했습니다. G40의 매개 변수는 당시 고속 프로펠러 구동 항공기의 매개 변수를 초과하지 않았을뿐만 아니라 눈에 띄게 열등했지만 제트 엔진 사용에 대한 전망은 매우 유망한 것으로 판명되었습니다. 국방부는 터보제트 요격 전투기의 양산을 시작하기로 결정했다. 회사 "Gloucester"는 그러한 항공기를 개발하라는 명령을 받았습니다. 그 후 몇 년 동안 여러 영국 회사가 Whittle 터보 제트 엔진의 다양한 수정을 한 번에 생산하기 시작했습니다. W.1 엔진을 기반으로 Rover는 W2B/23 및 W2B/26 엔진을 개발했습니다. 그런 다음이 엔진은 Welland 및 Derwent라는 자체 모델을 기반으로 한 Rolls-Royce에서 구입했습니다. 그러나 역사상 최초의 직렬 터보제트 항공기는 영국 글로스터가 아니라 독일 메서슈미트 Me-262였습니다. 전체적으로 Junkers Yumo-1300B 엔진이 장착 된 다양한 수정의 항공기가 약 004 대가 제조되었습니다. 이 시리즈의 첫 번째 항공기는 1942년에 테스트되었습니다. 그것은 900kg의 추력과 845km/h의 최고 속도를 가진 두 개의 엔진을 가지고 있습니다.
41년에 등장한 영국산 생산기 "Gloucester G1943 Meteor". 각각 900kg의 추력을 지닌 760개의 Dervent 엔진을 장착한 Meteor는 최대 9000km/h의 속력과 최대 1600m의 비행고도를 가졌습니다. 항공기에서 속도를 935km/h로 증가시킵니다. 이 항공기는 우수한 것으로 판명되어 G41의 다양한 수정 생산이 40년대 말까지 계속되었습니다. 미국은 제트기 개발에 있어 처음에는 유럽 국가들에 훨씬 뒤처져 있었습니다. 제1941차 세계 대전 전까지 제트기를 만들려는 시도는 전혀 없었습니다. 영국에서 Whittle 엔진의 샘플과 도면을 받은 59년에야 이러한 작업이 전속력으로 시작되었습니다. Whittle의 모델을 기반으로 하는 General Electric은 최초의 미국 제트기인 P-1942A Ercomet에 설치된 IA 터보제트 엔진을 개발했습니다. 59년 33월 미국의 맏이가 처음으로 방송에 나섰습니다. 동체에 가까운 날개 아래에 두 개의 엔진이 있었습니다. 여전히 불완전한 디자인이었습니다. 항공기를 테스트한 미국 조종사에 따르면 P-660는 비행하기에 좋았지만 비행 성능은 여전히 중요하지 않았습니다. 엔진의 출력이 너무 낮아 실제 전투기보다 글라이더에 더 가깝습니다. 이 기계 중 총 14000대가 제작되었습니다. 최고속도는 XNUMXkm/h, 비행고도는 XNUMXm에 달했다. 미국 최초의 직렬 터보제트 전투기는 제너럴 일렉트릭 I-80 엔진(수정 IA)을 장착한 록히드 F-40 슈팅 스타였습니다. 40년대 말까지 다양한 모델의 이 전투기가 약 2500대가 생산되었습니다. 그들의 평균 속도는 약 900km / h였습니다. 그러나 80년 19월 1947일 이 XF-1000B 항공기의 개조 중 하나가 역사상 처음으로 XNUMXkm/h의 속도에 도달했습니다.
전쟁이 끝날 무렵, 제트기는 프로펠러 구동 항공기의 입증된 모델에 비해 여러 면에서 여전히 열등했으며 고유한 단점이 많이 있었습니다. 일반적으로 최초의 터보제트 항공기를 제작하는 동안 모든 국가의 설계자들은 상당한 어려움에 직면했습니다. 때때로 연소실이 타버렸고 터빈과 압축기의 날개가 부러졌고 로터에서 분리되어 엔진 케이스, 동체 및 날개를 부수는 껍질로 변했습니다. 그러나 이것에도 불구하고 제트 항공기는 프로펠러 구동 항공기보다 큰 이점이 있습니다. 터보 제트 엔진의 출력이 증가함에 따라 속도가 증가하고 무게가 피스톤 엔진보다 훨씬 빠릅니다. 이것은 고속 항공의 추가 운명을 결정했습니다. 그것은 모든 곳에서 제트기가됩니다. 속도의 증가는 곧 항공기 모양의 완전한 변화로 이어졌습니다. 천음속 속도에서 날개의 오래된 모양과 프로필은 항공기를 운반할 수 없는 것으로 판명되었습니다. 코로 "쪼기" 시작하여 제어할 수 없는 잠수에 들어갔습니다. 공기 역학 테스트의 결과와 비행 사고 분석은 점차 설계자들을 새로운 유형의 날개, 즉 얇고 휘어진 날개로 이끌었습니다. 처음으로 이러한 형태의 날개가 소련 전투기에 나타났습니다. 소련이 서방 국가보다 늦게 터보 제트 항공기를 만들기 시작했음에도 불구하고 소비에트 디자이너는 고급 전투 차량을 매우 빠르게 만들 수있었습니다. 생산에 투입된 최초의 소련 제트 전투기는 Yak-15였습니다. 1945년 말에 등장했으며 RD-3 터보제트 엔진이 설치된 재장착된 Yak-10(전쟁 중 피스톤 엔진이 장착된 유명한 전투기)이었습니다. 004kg의 추력. 그는 약 900km / h의 속도를 개발했습니다.
1946년 MiG-9는 004개의 Yumo-20B 터보제트 엔진(공식 명칭은 RD-1947)을 장착한 소련군에 투입되었으며, 15년에는 MiG-45가 등장했습니다. 2200kg의 추력을 가진 엔진 RD-XNUMX(Rolls-Royce "Nin" 엔진, 라이센스 하에 구매하고 소련 항공기 설계자가 현대화)가 지정되었습니다. MiG-15는 이전 모델과 확연히 달랐고, 뒤로 기울어진 특이한 날개, 동일한 스위프 스태빌라이저로 덮인 거대한 용골, 시가 모양의 동체로 전투 조종사를 놀라게 했습니다. 항공기에는 배출 시트와 유압식 파워 스티어링과 같은 다른 참신함이 있었습니다. 그것은 속사포와 1100개의 기관총(나중에 수정된 15000개의 대포)으로 무장했습니다. 15km / h의 속도와 XNUMXm의 천장으로이 전투기는 몇 년 동안 세계 최고의 전투기로 남아 큰 관심을 불러 일으켰습니다. (나중에 MiG-XNUMX의 설계는 서구 국가의 전투기 설계에 상당한 영향을 미쳤습니다.)
짧은 시간에 MiG-15는 소련에서 가장 흔한 전투기가 되었으며 동맹국 군대에도 채택되었습니다. 이 항공기는 한국 전쟁에서 그 자체로 잘 입증되었습니다. 여러 면에서 아메리칸 세이버보다 우월했다. MiG-15의 출현으로 터보제트 항공의 어린 시절은 끝나고 역사의 새로운 단계가 시작되었습니다. 이때까지 제트기는 모든 아음속 속도를 마스터했으며 음속 장벽에 가까워졌습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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