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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
ターボジェット機。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト ジェット航空機 - エアジェット エンジン (ターボジェット エンジン、ラムジェット エンジン、パルス ジェット エンジン、液体推進エンジンなど) またはロケット エンジンによって推進される航空機。 ジェット機は、現代の軍用および民間航空の基礎を形成しています。
ターボジェット航空は、第二次世界大戦中に、内燃エンジンを搭載した以前のプロペラ駆動航空機の完成度の限界に達したときに始まりました。 速度のわずかな増加でも数百馬力のエンジン出力が必要になり、自動的に航空機の重量につながるため、速度の競争は毎年ますます困難になりました。 平均して、1馬力のパワーの増加。 推進システム（エンジン自体、プロペラ、および補助装置）の質量が平均1 kg増加しました。 簡単な計算では、時速 1000 km オーダーのプロペラ駆動の戦闘機を作成することは事実上不可能であることが示されました。 必要な 12000 馬力のエンジン出力は、約 6000 kg のエンジン重量でしか達成できませんでした。 将来的には、さらなる速度の増加が戦闘機の劣化につながり、それらを自分だけを運ぶことができる車両に変えることが判明しました。 武器、無線機器、装甲、燃料を搭載する余地はありませんでした。 しかし、この価格でも大幅な高速化は実現できませんでした。 より重いエンジンは車の総重量を増加させ、それは翼面積の増加を余儀なくされ、これは空気力学的抗力の増加につながり、それを克服するためにエンジン出力を増加させる必要がありました. したがって、円は閉じられ、時速850 kmのオーダーの速度が、ピストンエンジンを搭載した航空機で可能な最大であることが判明しました。 この悪質な状況から抜け出す方法は XNUMX つしかありません。航空機エンジンの根本的に新しい設計を作成する必要がありました。これは、ターボジェット航空機がピストン航空機に取って代わったときに行われました。 単純なジェットエンジンの動作原理は、消火ホースの動作を考えれば理解できます。 加圧水はホースを通してホースに供給され、ホースから流出します。 ホース先端の内部部分は先細りになっているため、流出する水の噴流はホースよりも高速です。 この場合の背圧（反作用）の力は非常に大きいため、消防士は、ホースを必要な方向に保つために全力を尽くさなければならないことがよくあります。 同じ原理が航空機エンジンにも適用できます。 最も単純なジェットエンジンはラムジェットです。
移動中の航空機に取り付けられた端が開いたパイプを想像してみてください。 航空機の動きによって空気が入るパイプの前部は、内部断面が拡大しています。 パイプの膨張により、パイプに入る空気の速度が低下し、それに応じて圧力が上昇します。 膨張部分では、燃料が噴射され、空気流に燃焼するとします。 パイプのこの部分は、燃焼室と呼ぶことができます。 高温のガスは急速に膨張し、狭くなったジェット ノズルから、入口での空気流の何倍もの速度で逃げます。 この速度の増加は、航空機を前方に押す推力を生み出します。 このようなエンジンは、空気中をかなりの速度で移動している場合にのみ動作することがわかりますが、動いていないときは動作しません。 このようなエンジンを搭載した航空機は、別の航空機から発進するか、特別な始動エンジンを使用して加速する必要があります。 この欠点は、より複雑なターボジェット エンジンで克服されます。
このエンジンの最も重要な要素はガス タービン (6) で、同じ軸上にある空気圧縮機 (2) を駆動します。 エンジンに入る空気は、まずインレット ディフューザー (1) で圧縮され、次に軸流コンプレッサー (2) で圧縮され、燃焼室 (3) に入ります。 燃料は通常灯油で、ノズルから燃焼室に噴霧されます。 チャンバーから、膨張する燃焼生成物は、まずガスタービンのブレードに到達し、それを回転させ、次にノズル (7) に到達し、そこで非常に高速に加速されます。 ガスタービンは、エアガスジェットのエネルギーのごく一部しか使用しません。 残りのガスは、ノズルからの高速での燃焼生成物のジェットの流出によって発生する反作用の推力を生み出すために行きます。 ターボジェットエンジンの推力は、さまざまな方法でブースト、つまり短時間で増加させることができます。 たとえば、これはいわゆるアフターバーニングを使用して行うことができます（この場合、燃料はタービンの後ろのガス流に追加的に注入されます。これは、燃焼室で使用されていない酸素のために燃焼します）。 アフターバーニングは、エンジンの推力を低速で 25 ～ 30%、高速で最大 70% まで短時間で増加させることができます。 1940年に始まったガスタービンエンジンは、航空技術に真の革命をもたらしましたが、最初の開発は1928年前に登場しました。 フランク・ホイットルは、ターボジェットエンジンの父と見なされています。 1930 年、クランウェル航空学校の学生だったホイットルは、ガス タービンを搭載したジェット エンジンの最初の設計を提案しました。 1937 年に彼はその特許を取得しました。 当時の州は、その発展に関心がありませんでした。 しかし、ホイットルはいくつかの民間企業から支援を受け、XNUMX 年に、彼の設計によると、英国のトムソン・ヒューストンが史上初のターボジェット エンジンを製造し、「U」という名称が付けられました。 その後、航空省はホイットルの発明に注意を払いました。 その設計のエンジンをさらに改善するために、州からの支援を受けた電力会社が設立されました。 同時に、ホイットルのアイデアはドイツのデザイン思想を肥沃にしました。 1936 年、当時ゲッティンゲン大学の学生だったドイツの発明家オハインは、ターボジェット エンジンを開発し、特許を取得しました。 そのデザインはホイットルのものとほとんど変わりませんでした。 1938 年、オハインを雇ったハインケル社は、彼のリーダーシップの下で、He-3 航空機に搭載された HeS-178B ターボジェット エンジンを開発しました。 27 年 1939 月 XNUMX 日、この航空機は初飛行に成功しました。
He-178 の設計は、将来のジェット機の設計を大きく予期していました。 エアインテークは胴体前部に配置されていました。 分岐した空気はコックピットを迂回し、直接流れてエンジンに入りました。 高温のガスが尾部のノズルを通って流れました。 この航空機の翼はまだ木製でしたが、胴体はジュラルミンで作られていました。 コックピットの後ろに取り付けられたエンジンはガソリンで作動し、500 kg の推力を発生しました。 航空機の最高速度は時速700kmに達しました。 1941 年初頭、オハインは推力 8 kg のより高度な HeS-600 エンジンを開発しました。 これらのエンジンのうちの 280 つは、次の He-925V 航空機に搭載されました。 同年 8 月にテストが開始され、良好な結果が得られました。航空機の速度は時速 XNUMX km に達しました。 しかし、エンジンがまだ信頼できないことが判明したため、この戦闘機の連続生産は開始されませんでした (合計 XNUMX 個が製造されました)。 一方、ブリティッシュトムソンヒューストンは、1年40月に初飛行を行った最初のブリティッシュターボジェット航空機であるグロスターG1941用に特別に設計されたW1.Xエンジンを製造しました（その後、航空機には改良されたホイットルW.480エンジンが搭載されました） 。 最初に生まれた英語はドイツ語からはほど遠いものでした。 その最高速度は時速1943キロでした。 40年、500番目のグロスターGXNUMXはより強力なエンジンで製造され、時速XNUMXkmまでの速度に達しました。 そのデザインでは、グロスターは驚くべきことにドイツのハインケルを彷彿とさせます。 G40は、前部胴体にエアインテークを備えたオールメタル構造でした。 吸気ダクトは分割され、両側のコックピットを一周しました。 ガスの流出は、胴体の尾部にあるノズルから発生しました。 G40のパラメータは、当時の高速プロペラ駆動航空機のパラメータを超えていないだけでなく、著しく劣っていましたが、ジェットエンジンの使用の見通しは非常に有望であることが判明したため、British Air省は、ターボジェット迎撃戦闘機の連続生産を開始することを決定しました。 会社「グロスター」はそのような航空機を開発するために命令を受けました。 その後、いくつかの英国企業が一度にWhittleターボジェットエンジンのさまざまな改造を行い始めました。 ローバーはW.1エンジンをベースに、W2B/23およびW2B/26エンジンを開発しました。 その後、これらのエンジンはロールスロイスによって購入され、ロールスロイスはそれらに基づいて独自のモデルであるウェランドとダーウェントを作成しました。 しかし、史上初の連続ターボジェット機は英国のグロスターではなく、ドイツのメッサーシュミット Me-262 でした。 合計で、ユンカース Yumo-1300B エンジンを搭載した、さまざまな変更を加えたこのような航空機が約 004 機製造されました。 このシリーズの最初の航空機は 1942 年にテストされました。 推力 900 kg、最高速度 845 km/h の XNUMX つのエンジンを搭載していました。
英国生産機「グロスター G41 ミーティア」は1943年に登場。 それぞれ推力 900 kg の 760 つの Dervent エンジンを搭載した Meteor は、最大 9000 km / h の速度を発揮し、最大飛行高度 1600 m. その後、約 935 kg の推力を持つより強力な Dervents が設置されました速度を 41 km/h まで上げます。 この航空機は優れていることが証明されたため、G40 のさまざまな改良型の生産は XNUMX 年代の終わりまで続きました。 ジェット航空の開発における米国は、最初はヨーロッパ諸国に大きく遅れをとっていました。 第二次世界大戦まで、ジェット機を作る試みはまったくありませんでした。 ホイットル エンジンのサンプルと図面がイギリスから届いた 1941 年になってようやく、これらの作業が本格的に開始されました。 ゼネラル・エレクトリックはホイットルのモデルに基づいて IA ターボジェット エンジンを開発し、これは最初のアメリカのジェット機である P-59A エルコメットに搭載されました。 アメリカの長子は、1942 年 59 月に初めて飛行しました。 胴体近くの翼の下に配置された33つのエンジンを備えていました。 それはまだ不完全な設計でした。 航空機をテストしたアメリカのパイロットによると、P-660 は良好に飛行できましたが、その飛行性能は重要ではありませんでした。 エンジンの出力が低すぎることが判明したため、実際の戦闘機というよりもグライダーのようでした。 これらのマシンの合計 14000 が構築されました。 最高速度は XNUMX km/h で、飛行高度は最大 XNUMX m でした。 米国で最初の連続ターボジェット戦闘機は、ゼネラル エレクトリック I-80 エンジン (改造 IA) を搭載したロッキード F-40 シューティング スターでした。 40 年代の終わりまでに、さまざまなモデルのこれらの戦闘機が約 2500 機製造されました。 彼らの平均速度は約900 km / hでした。 しかし、80 年 19 月 1947 日、この XF-1000B 航空機の改造の XNUMX つが、史上初めて時速 XNUMX km の速度に達しました。
戦争が終わったとき、ジェット機は証明されたプロペラ駆動の航空機のモデルよりも多くの点でまだ劣っており、独自の欠点が数多くありました。 一般に、最初のターボジェット航空機の製造中に、すべての国の設計者は大きな困難に直面しました。 時々、燃焼室が燃え尽き、タービンとコンプレッサーのブレードが壊れ、ローターから分離してシェルになり、エンジンケース、胴体、翼を押しつぶしました。 しかし、それにもかかわらず、ジェット機はプロペラ駆動の航空機よりも大きな利点がありました.ターボジェットエンジンの出力の増加に伴う速度の増加と、その重量はピストンのものよりもはるかに速かった. これは高速航空の将来の運命を決定しました - それはどこでもジェット機になります. 速度の向上により、すぐに航空機の外観が完全に変化しました。 遷音速では、翼の古い形状とプロファイルは航空機を運ぶことができないことが判明しました - 機首で「つつき」始め、制御不能な急降下に入りました。 空力試験の結果と飛行事故の分析により、設計者は徐々に新しいタイプの翼、つまり薄く後退した翼にたどり着きました。 この形の翼がソビエトの戦闘機に初めて登場しました。 ソビエト連邦が西側諸国よりも遅れてターボジェット航空機を作成し始めたという事実にもかかわらず、ソビエトの設計者は非常に迅速に高級戦闘車両を作成することができました。 最初に生産されたソビエトのジェット戦闘機はYak-15でした。 1945年の終わりに登場し、改造されたYak-3（戦時中にピストンエンジンを搭載した有名な戦闘機）であり、その上にRD-10ターボジェットエンジンが搭載されていました。 004キロの。 彼は約900km/hの速度を開発しました。
1946 年に MiG-9 がソ連軍に配備され、Yumo-004B ターボジェット エンジン (正式名称 RD-20) を 1947 基搭載し、15 年に MiG-45 が登場しました。エンジン RD-2200 (Rolls-Royce "Nin" エンジンとして、ライセンスに基づいて購入し、ソビエトの航空機設計者によって近代化された) XNUMX kg の推力が指定されました。 MiG-15 は、前任者とは著しく異なり、後方に傾斜した珍しい翼、同じスイープ スタビライザーを備えた巨大なキール、および葉巻型の胴体を備えた戦闘パイロットを驚かせました。 この航空機には、射出座席と油圧式パワー ステアリングなど、他にも目新しさがありました。 速射砲と 1100 丁の機関銃 (後の改造では 15000 丁の大砲) で武装していました。 15 km / hの速度とXNUMX mの天井を持つこの戦闘機は、数年間世界で最高の戦闘機であり続け、大きな関心を集めました。 （その後、MiG-XNUMXの設計は西側諸国の戦闘機設計に大きな影響を与えました。）
短期間で、MiG-15 はソ連で最も一般的な戦闘機となり、同盟国の軍隊にも採用されました。 この航空機は、朝鮮戦争中に優れた性能を発揮しました。 多くの点で、彼はアメリカのセイバーズよりも優れていました。 MiG-15 の出現により、ターボジェット航空の子供時代は終わり、その歴史の新しい段階が始まりました。 この時までに、ジェット機はすべての亜音速をマスターし、音速の壁に近づいていました。 著者：Ryzhov K.V.
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