Заглянем в будущее
Шрифт:
Специалисты, оценивая перспективы массового применения электромобилей, полагают, что начиная с 1975–1977 годов можно рассчитывать на более или менее массовый выпуск электромобилей с комбинированным питанием, а после 2000 года — электромобилей на химических источниках тока. Представляется, что, если не появятся какие-либо новые решения в использовании топливных элементов, автомобильный парк нашей страны также начнет пополняться сначала автомобилями комбинированного питания, а эра собственно электромобилей наступит за пределами нашего века.
Рассмотренные транспортные энергетические
Что касается авиации, то в 30–40-х годах нашего столетия был создан реактивный двигатель, совершивший в ней подлинную революцию. Эта силовая установка логикой самого рабочего процесса приспособлена именно для этого скоростного и сверхскоростного вида транспорта. Если экономичность дизеля, газовой турбины и атомной силовой установки зависит только от эффективности их рабочего процесса, то транспортная эффективность реактивной установки, ее тяговый к.п.д., зависит от скорости движения самого транспортного средства и выражается уравнением:
2V/U + V ,
где — тяговый к.п.д.; U — скорость струи реактивного двигателя; V — скорость движения транспортного средства.
Таким образом, если реактивный двигатель со скоростью истечения газов из сопла 2100 километров в час позволяет развить скорость полета самолета, равную 970 километрам в час, то тяговый к.п.д. его составит 63 процента. Если же такой двигатель установить на железнодорожном или водном транспортном средстве, следующем со скоростью 200 километров в час, тяговый к.п.д. его снизится до 17,4 процента.
Вот почему реактивный тяговый двигатель представляет собой силовую установку, приспособленную только для воздушного транспорта. Максимальный тяговый к.п.д. он развивает лишь тогда, когда скорость полета только в два раза менее скорости истечения струи газов из двигателя. Это обстоятельство определяет и будет определять дальнейшее совершенствование энергосиловых установок самолетов. Будут созданы новые разновидности газотурбинных двигателей, именно турбореактивных, турбовентиляторных и турбореактивных с дожиганием топлива за турбиной.
Прогресс в области двигателестроения приведет к созданию компрессоров и турбин с высоким перепадом давления, а также охлаждаемых воздухом турбинных лопаток, на которые можно будет подавать газ, нагретый до 1000–1100 градусов.
Основным реактивным двигателем, очевидно, станет двухконтурный турбовентиляторный двигатель с высоким расходом воздуха через внешний контур и с высокой степенью сжатия порядка 25. Заметим, что это сжатие почти вдвое выше, чем у нынешних реактивных двигателей, и больше, чем у дизельного двигателя.
Высокая степень сжатия и высокая температура газов, подаваемых на лопатки, позволяют повысить тяговый и общий к.п.д. двигателя до 35 процентов. Установка таких двигателей на самолетах существенно повысит их грузоподъемность, доведя ее до 100–120 тонн при скорости 920–950 километров в час.
Дальнейшее развитие получат и реактивные двигатели для сверхзвуковых самолетов. Двигательные системы этих самолетов
Вероятно, на сверхзвуковых самолетах будут ставиться двигатели и принципиально иных конструктивных схем, в которых с целью форсирования используется подогрев воздуха, засасываемого вентилятором. В такой силовой установке тяговое усилие увеличивается на 30–40 процентов.
Тяга таких высокофорсированных двигателей достигает очень высоких величин. Например, на самолете «ТУ-144» при скорости 2500 километров в час она достигает 17 400 килограммов, а суммарная тяга четырех двигателей — 69 600 килограммов, что эквивалентно мощности 172 тысяч л. с. Суммарная тяга двигателей самолета «конкорд», рассчитанного на скорость 2,2М, то есть 2260 километров в час, составляет 72 тысячи килограммов, а проект американского сверхзвукового самолета «Боинг-2707», предназначавшегося для полетов со скоростью 2900 километров в час, предусматривал установку четырех реактивных двигателей общей тягой 114 тысяч килограммов, что эквивалентно мощности 450 тысяч л. с., необходимой для набора высоты при дозвуковой скорости. Таковы масштабы силовых установок сверхскоростной авиации!
Новые силовые установки разрабатываются и будут разрабатываться для самолетов вертикального взлета и посадки. Предназначаются они для замены вертолетов, высокая стоимость которых и большие эксплуатационные расходы затрудняют их использование на междугородных линиях.
Для вертикального взлета требуется тяга, несколько большая, чем вес летательного аппарата. Тогда как величина тяги, требуемая для высокоскоростного горизонтального полета, составляет от 6 до 10 процентов его веса. Это обстоятельство обусловливает целесообразность использования двух двигателей — подъемного и маршевого, хотя не исключаются и другие схемы. Двигатель для подъема может быть очень легким и компактным с удельной тягой порядка 20–30 килограммов и с небольшим моторесурсом. Моторесурс такого двигателя, равный 500 часам, обеспечил бы до 5000 полетов, что соответствовало бы сроку службы маршевых двигателей современных конструкций.
В настоящее время есть довольно много экспериментальных образцов самолетов вертикального взлета и посадки, но только для военных целей. Поэтому можно полагать, что появления таких самолетов на Гражданском воздушном флоте, очевидно, следует ожидать не ранее 2000 года или даже первых лет нового столетия.
Мощные источники энергии, такие, как дизельные двигатели, паровые и газовые турбины и атомные паросиловые установки, таят еще в себе резервы дальнейшего повышения мощности, экономичности и надежности работы.
Дальнейший технический прогресс в области силовых установок может привести к созданию более совершенных комбинированных агрегатов. К ним можно будет отнести установку, сочетающую двигатели внутреннего сгорания с газовой турбиной. Возможно сочетание газовой турбины с паровой установкой. Наконец, возможна установка, объединяющая газовую турбину с атомным реактором, обеспечивающая неограниченный радиус действия транспортного средства, на котором она будет применена.