PHÂN LOẠI các hệ THỐNG lực đẩy máy BAY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG -    - BK TP.HCM BÀI TẬP SAU THI Học kỳ: HK201 Giảng viên: TS Trần Tiến Anh Ngày nộp: 30/01/2021 Nhóm: 01 Danh sách thành viên: Bùi Khánh Luân Phạm Hưng Phát Nguyễn Ngọc Cường CHƯƠNG 1: PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG LỰC ĐẨY MÁY BAY 1.1 External combustion engines 1.1.1 Steam engines 1.1.2 Stirling engines 1.1.3 Nuclear engines a) U.S programs b) Soviet programs 1.1.4 Final comment 1.2 Internal combustion 1.2.1 Shaft engines 1.2.1.1 Intermittent combustion a) Wankel engine b) Piston engine 1.2.1.2 Continuous combustion engines a) Turbo-prop b) Turbo-shaft c) Prop-fan 1.2.2 Reaction engines 1.2.2.1 Athodyd types a) Ramjet engine b) Pulsejet engine c) Scramjet engine 1.2.2.2 Turbine engine a)Turbojet b)Turbofan c)Turbo ramjet engine d)Turbo-rocket engine e)Advanced ducted fan 1.3 Other power sources 1.3.1 Electric-powered aircraft 1.3.2 Human-powered aircraft (HPA) 1.4 Conclusion Động máy bay (hay động hàng không) hệ thống đẩy máy bay Động máy bay mơ-đun quan trọng trái tim q trình phát triển hàng không Kể từ ngày đầu thành công, phát triển động hàng không cấu trúc máy bay lĩnh vực phát triển đồng thời Động hàng đáp ứng đủ điều kiện: Đáng tin cậy, việc “chết máy” hàng không, vấn đề lớn đáng kể so với phương tiện giao thông đường Vận hành điều kiện nhiệt độ, áp suất tốc độ cực lớn Các động phải cải tiến để nên nhẹ nhằm tăng trọng lượng rỗng máy bay giảm tải trọng Mạnh mẽ, để tải trọng lượng máy bay lực cản Nhỏ gọn dễ dàng xếp hợp lý để giảm thiểu lực cản máy bay Dễ dàng sửa chữa để giảm chi phí thay Chi phí cho hư hỏng nhỏ phải rẻ thực bên ngồi mà khơng cần tới xưởng chun dụng Tiết kiệm nhiên liệu, cung cấp cho máy bay phạm vi hoạt động khả động theo yêu cầu thiết kế Có khả hoạt động độ cao thích hợp cho máy bay Tạo tiếng ồn Tạo khí thải Động hàng khơng phân loại dựa theo công suất đầu vào thành loại chính, cụ thể là: động đốt trong, động đốt nguồn động lực khác (Hình 1.1) 1.1 Động đốt ngồi Động đốt động nước, stirling, động hạt nhân Ở loại này, tất truyền nhiệt diễn qua thành động Điều trái ngược với động đốt trong, nơi đầu vào nhiệt đốt cháy nhiên liệu bên thân phận làm việc Mô tả chi tiết ba loại đưa sau 1.1.1 Động nước Máy bay nước loại máy bay đẩy động nước Chúng thiết bị khác thường khó khăn việc sản xuất nguồn điện có tỷ lệ cơng suất trọng lượng đủ cao để thực Năm 1899, Gustave Whitehead chế tạo thực bay với máy bay chạy nước Pitts-burgh, Pennsylvania, sau Hartford, Connecticut Tuy nhiên, điều chưa xác minh cách thỏa đáng; khơng có hình ảnh, tin tức, câu chuyện, phương tiện truyền thông khác từ năm 1899 để xác nhận Hình 1.1: Phân loại hệ thống đẩy Năm 1902, Louis Gagnon chế tạo trực thăng nước Rossland, British Columbia, gọi “Xẻng nước bay” (Flying Steam Shovel) Chiếc trực thăng gặp vấn đề điều khiển nên xảy tai nạn Vào ngày 12 tháng năm 1933, máy bay tầng cánh Travel Air 2000 thực chuyến bay giới lái thử lượng nước Oakland, California Anh em Besler (George & William) chế tạo máy bay hai cánh chạy nước nguyên mẫu, dựa Travel Air 2000, nhiều lần (cất cánh, bay vòng quanh hạ cánh, thấy dễ dàng điều khiển) sân bay Oakland Máy bay cao phút lần Nó hoạt động động hai xi-lanh, tác động kép, động V 90o , 150 mã lực (110 kW) nặng khoảng 500 lbs Hơi nước tạo từ nước cách đốt dầu thô rẻ tiền Thiết bị ngưng tụ kín đưa từ xi lanh vào lị với tổn thất 1% Áp suất không đổi lị trì đồng hồ đo điện, tự động đốt cháy đầu đốt áp suất bắt đầu giảm Áp suất cất cánh tạo phút Nó có khả hoạt động STOL dễ dàng đảo chiều lực đẩy Đặc điểm kỳ lạ chuyến bay im lặng tương đối Ưu điểm động loại bỏ tiếng ồn nghe độ rung phá hủy; hiệu suất cao tốc độ động thấp độ cao lớn nơi nhiệt độ khơng khí thấp hỗ trợ q trình ngưng tụ; giảm khả hỏng hóc động cơ; giảm chi phí bảo trì nhiên liệu Tuy nhiên, động pittơng nước hóa khơng thích hợp để mở rộng quy mơ theo nhu cầu máy bay lớn Vì vậy, ngày khơng có máy bay chạy động nước 1.1.2 Động Stirling Động stirling động nhiệt có khơng khí khí khác làm ngun liệu hoạt động Nó hoạt động cách nén giãn nở tuần hoàn lưu chất, mức nhiệt độ khác cho có chuyển hóa nhiệt thành công học Động Stirling có nhiều ưu điểm mật độ cơng suất cao chi phí thấp, chạy êm hơn, nhiễm hơn, tăng hiệu theo độ cao nhiệt độ mơi trường thấp hơn; đáng tin cậy có phận khơng có hệ thống đánh lửa, tạo rung động nhiều (khung máy bay kéo dài hơn) sử dụng nhiên liệu an tồn hơn, cháy nổ Tuy nhiên, chúng có mật độ cơng suất thấp so với động piston turbine khí thường sử dụng Vấn đề khiến chúng trở nên quan trọng việc sử dụng làm động máy bay 1.1.3 Động hạt nhân Máy bay hạt nhân loại máy bay chạy lượng hạt nhân Nghiên cứu chúng Hoa Kỳ Liên Xô theo đuổi Chiến tranh Lạnh chúng cho phép quốc gia giữ máy bay ném bom hạt nhân không thời gian cực dài, chiến thuật hữu ích để răn đe hạt nhân Khơng quốc gia tạo máy bay hạt nhân với số lượng nhiều Một vấn đề thiết kế, chưa giải thỏa đáng, nhu cầu che chắn dày đặc để bảo vệ phi hành đoàn khỏi bệnh nhiễm xạ Ngoài ra, cần xem xét tác động sinh thái vụ va chạm trình hoạt động Nếu máy bay bị rơi khu vực đông dân cư, cố phóng xạ thảm khốc a) Chương trình Hoa Kỳ Vào tháng năm 1946, Dự án Năng lượng Hạt nhân cho Sức đẩy Máy bay (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft - NEPA) Không quân Hoa Kỳ bắt đầu Các nghiên cứu theo chương trình thực tháng năm 1951, NEPA thay chương trình Lực đẩy Hạt nhân Máy bay (Aircraft Nuclear Propulsion - ANP) Chương trình ANP bao gồm điều khoản để nghiên cứu hai loại động phản lực chạy lượng hạt nhân khác nhau, General Electric’s Direct Air Cycle Pratt & Whitney’s Indirect Air Cycle ANP có kế hoạch cho hai B-36 sửa đổi Convair dự án MX-1589; B-36 sử dụng để nghiên cứu yêu cầu che chắn cho lò phản ứng khơng cịn lại X-6 Tuy nhiên, chương trình bị hủy bỏ trước X-6 chế tạo Phịng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge tiến hành nghiên cứu (Thí nghiệm lị phản ứng máy bay) để sản xuất máy bay chạy lượng hạt nhân GE sản xuất động X-39, phiên sửa đổi động phản lực J47s hãng Hoa Kỳ thiết kế động để sử dụng cho máy bay ném bom hạt nhân thiết kế đặc biệt mới, X6 X-6 cuối bị Eisenhower chấm dứt hoạt động Chương trình General Electric Evendale, Ohio, dựa chương trình chu trình khơng khí trực tiếp ưu điểm tính đơn giản, độ tin cậy, tính phù hợp khả khởi động nhanh Các phần turbine máy nén động phản lực thơng thường sử dụng, với khí nén chạy qua lị phản ứng để làm nóng trước ngồi qua turbine Chương trình Chu trình khơng khí gián tiếp giao cho Pratt & Whitney, sở gần Middletown, Connecticut Khái niệm tạo nhiễm hoạt động vơ tuyến nhiều Một hai vịng kim loại lỏng truyền nhiệt từ lò phản ứng đến động Chương trình Chu kỳ gián tiếp khơng tiếp cận nơi gần sản xuất phần cứng sẵn sàng Vào ngày tháng năm 1951, Không quân Hoa Kỳ trao cho Công ty Consolidated-Vultee hợp đồng cung cấp lò phản ứng hạt nhân Convair B36 cải tiến thuộc dự án MX-1589 chương trình ANP Máy bay thử nghiệm hạt nhân NB36H (Nuclear Test Aircraft - NTA) để nghiên cứu yêu cầu che chắn lò phản ứng không, để xác định xem liệu máy bay hạt nhân có khả thi hay khơng Đây thí nghiệm lị phản ứng khơng biết đến Hoa Kỳ với lò phản ứng hạt nhân hoạt động máy bay NTA kiểm tra tổng cộng 47 lần lò phản ứng Tây Texas Nam New Mexico Lò phản ứng, đặt tên Lò phản ứng Thử nghiệm Lá chắn Máy bay (Aircraft Shield Test Reactor - ASTR), hoạt động không cung cấp lượng cho máy bay, thay vào mục đích chương trình thử nghiệm chắn Dựa kết NTA, X-6 tồn chương trình máy bay hạt nhân bị loại bỏ vào năm 1961 b) Chương trình Liên Xơ Chương trình phát triển máy bay hạt nhân Liên Xô tạo thử nghiệm Tupolev 119 (Tu-95 LAL), dựa máy bay ném bom Tupolev Tu-95M Nó có động phản lực cánh quạt thông thường động phản lực chu trình trực tiếp thử nghiệm cung cấp lò phản ứng hạt nhân che chắn tối thiểu thân máy bay Tu119 hồn thành 34 nghiên cứu Hầu hết chúng thực lò phản ứng ngừng hoạt động Mục đích giai đoạn bắt đầu kiểm tra tính hiệu việc che chắn xạ vốn mối quan tâm kỹ sư Số lượng lớn biện pháp bảo vệ sử dụng dẫn đến mức độ xạ đủ thấp để xem xét việc tiếp tục phát triển Nhưng, Mỹ, phát triển không tiếp tục thời điểm Những hạn chế ngân sách phát triển thiết kế máy bay thông thường coi lý dẫn đến việc hủy bỏ chương trình vào tháng năm 1966 Một số dự án khác đạt giai đoạn thiết kế 1.1.4 Nhận xét cuối Như mô tả trên, ba động đốt ngồi khơng thích hợp để sử dụng lĩnh vực hàng khơng lý khác Động nước thích hợp cho máy bay nhỏ máy bay lớn cần nồi nặng, đường ống phụ kiện khác Động Stirling tạo công suất thấp, điều không phù hợp với máy bay Động hạt nhân có hai nhược điểm liên quan đến việc che chắn cho phi hành đoàn hành khách chống lại xạ, nguy va chạm khu vực cư trú dẫn đến tình thảm khốc 1.2 Động đột Động đốt có hai loại lớn; cụ thể động trục (shaft engine) phản lực (reaction engines) Động trục loại gián đoạn liên tục Hơn nữa, động đốt gián đoạn kiểu pittông kiểu Wankel (thiết kế quay) Động đốt cháy liên tục, xác định động trục turbine, phân loại thành động turbine cánh quạt (turboprop), trục turbo (turbo-shaft) động quạt đẩy (prop-fan engines) Nhóm khác đốt động phản ứng Nhóm động thuộc loại athodyd (trong athodyd viết tắt Aero THermODY-namic Duct) loại turbine Nhóm Athodyd bao gồm động phản lực, phản lực xung động phản lực, động turbine bao gồm tuốc bin phản lực, phản lực cánh quạt, phản lực tuốc bin phản lực, tên lửa tuốc bin động quạt ống dẫn tiên tiến 1.2.1 Động trục Như định nghĩa phân loại trên, dựa kiểu đốt, động trục phân thành hai nhóm; cụ thể cháy gián đoạn cháy liên tục 1.2.1.1 Đốt gián đoạn Động đốt gián đoạn động Wankel động piston a) Động Wankel Động Wankel kỹ sư người Đức Felix Wankel phát minh năm 1950, loại động đốt sử dụng thiết kế quay để chuyển đổi áp suất thành chuyển động quay Hình 1.2 minh họa máy bay Diamond DA20 chạy động Wankel Chu kỳ bốn diễn không gian bên vỏ bọc có hình dạng giống hình bầu dục rơto có hình dạng tương tự hình tam giác Reuleaux với cạnh có phần nhỏ Thiết kế mang lại cơng suất vịng tua cao mượt mà từ kích thước nhỏ gọn Máy bay động quay Wankel Lockheed Q-Star thử nghiệm vào năm 1968/1969 Hình 1.2: Đơng Wankel Nó trang bị động quay Curtiss-Wright RC2-60 Wankel 185 mã lực Kích thước nhỏ gọn hoạt động êm động Wankel khuyến khích việc sử dụng UAV Động Wankel ngày trở nên phổ biến máy bay thí nghiệm chế tạo nhà với giá rẻ so với động máy bay đạt tiêu chuẩn, cung cấp động từ 100 đến 300 mã lực (220 kW) với chi phí thấp so với động truyền thống Động Wankel hoạt động tốc độ quay tương đối cao với mô-men xoắn tương đối thấp, đó, máy bay cánh quạt phải sử dụng Bộ giảm tốc độ cánh quạt (Propeller Speed Reduction Unit - PSRU) để giữ cho cánh quạt thông thường phạm vi tốc độ thích hợp b) Động Piston Động piston, thường gọi động piston, động nhiệt sử dụng nhiều piston để chuyển đổi áp suất thành chuyển động quay Ai biết động piston cung cấp lượng cho động lái thử Orville Wilbur Wright vào ngày 17 tháng 12 năm 1903 Kitty Hawk, Bắc Carolina, Hoa Kỳ Kể từ đó, phát triển liên tục nâng cao Động piston phân loại thành nhóm Hình 1.3 Đây loại thẳng hàng, quay, kiểu chữ V, xuyên tâm đối nghịch Những động kết hợp với cánh quạt để cung cấp khả chuyển động máy bay phía trước Hình 1.3: Phân loại động Piston Nội tuyến (In-line) Động thẳng hàng có xi lanh xếp thành hàng Nó thường có số lượng xi lanh chẵn, có trường hợp động ba xi lanh năm xi lanh Động nội tuyến phổ biến máy bay thời kỳ đầu, bao gồm Wright Flyer (12 mã lực), loại máy bay có động cung cấp lượng điều khiển Động nột tuyến làm mát khơng khí chủ yếu làm mát chất lỏng Ưu điểm lớn động nội tuyến cho phép máy bay thiết kế với diện tích mặt trước hẹp để có lực cản thấp Nếu trục khuỷu động nằm phía xi lanh, gọi động nột tuyến ngược, cho phép lắp chong chóng lên cao để gầm máy bay thống bánh đáp ngắn Nhược điểm động nội tuyến bao gồm tỷ lệ công suất trọng lượng kém, cacte (crankcase) trục khuỷu (crankshaft) dài khiến trở nên nặng Do đó, thiết kế nội tuyến bị bỏ rơi, trở thành điều có ngành hàng khơng đại Động quay (Rotary engine) Động quay sử dụng rộng rãi Thế chiến thứ nhẹ, mạnh mẽ, rẻ dễ sản xuất với số lượng lớn Động quay có tất xi lanh nằm vòng tròn xung quanh cacte giống động hướng tâm, điểm khác biệt trục khuỷu bắt vít vào khung máy bay cánh quạt bắt vít vào vỏ động Tồn động quay với cánh quạt, cung cấp nhiều khơng khí để làm mát tốc độ chuyển động máy bay Một số động số có thiết kế hai thì, mang lại cho chúng công suất tỷ lệ công suất trọng lượng cao Thật không may, hiệu ứng quay hồi chuyển (the severe gyroscopic effects) nghiêm trọng từ động quay nặng khiến máy bay trở nên khó chịu Các động tiêu thụ lượng lớn dầu thầu dầu (castor oil), lan khắp khung máy bay tạo khói khiến phi cơng buồn nơn Động hướng tâm Động hướng tâm có nhiều hàng xi lanh xếp thành vòng tròn xung quanh cacte nằm trung tâm Mỗi hàng phải có số lượng xi lanh lẻ để vận hành trơn tru Một động hướng tâm có tay quay hàng cacte tương đối nhỏ, dẫn đến tỷ lệ công suất trọng lượng thuận lợi Bởi việc bố trí xi-lanh cho thấy lượng lớn bề mặt tỏa nhiệt động ngồi khơng khí có xu hướng triệt tiêu lực tác động qua lại, nên cánh hướng tâm có xu hướng làm mát đồng chạy êm Động Wasp, hoàn thành vào đêm trước Giáng sinh năm 1925, động piston hướng tâm với dung tích 1340 inch khối sản xuất công ty Pratt & Whitney (P&W) Động Wasp thống trị máy bay chiến đấu Hải quân Không quân Lục quân phương tiện vận tải thương mại Nó cung cấp lượng cho khoảng 100 máy bay thử nghiệm sản xuất khác bao gồm Boeing 40A, Boeing F2B-1 shipboard fighters, Ford Tri-Motor Vào đầu năm 1930, P&W làm việc động hướng tâm hai hàng ghế Wasp đơi (1830 inch khối 1350 mã lực) hoạt động đáng kể Có tổng cộng 173.618 động sản xuất để cung cấp lượng cho số lượng lớn máy bay ném bom, máy bay ném bom (tham gia sau Thế chiến II) vận tải Tiếp theo Wasp đôi Double Wasp, loại 18 xi-lanh thẳng hàng đơi với dung tích dịch chuyển 2800 inch khối Các động P&W từ Wasp đến Double Wasp sản xuất, cấp phép có 363.000 động Wasp major động piston P&W cuối Nó loại 28 xi-lanh, dung tích 4360 inch khối công suất định mức lên đến 4300 mã lực Các xi lanh có bốn hàng, xếp theo hình xoắn ốc để làm mát tốt Ứng dụng vận tải hạng nặng máy bay ném bom Ví dụ tuần dương hạm Strato hai tầng khổng lồ Boeing, 377 B-50 Không quân; hai cung cấp bốn Wasp Majors BMW 801 động hướng tâm hai dãy Đức sản xuất vào năm 1940/1941 Hình 1.4 minh họa động piston quay piston hướng tâm Hình 1.4: Động quay động Piston hướng tâm Kiểu chữ V Các xi lanh động kiểu chữ V bố trí thành hai bờ thẳng hàng, nghiêng cách 30-60o Phần lớn động V làm mát nước Có lẽ ví dụ tiếng thiết kế động Rolls Royce Merlin huyền thoại, động V12 60 o 27-l (1649 in3) sử dụng, số loại khác, Spitfires đóng vai trị quan trọng Trận chiến Anh (Hình 1.5) Hình 1.5: Động Piston Rolls-Royce Merlin Kiểu đối nghịch Động kiểu đối nghịch có hai dãy xi lanh hai phía đối diện cacte nằm trung tâm; ULPower UL260i làm ví dụ Động làm mát khơng khí làm mát dung dịch, phiên làm mát khơng khí chiếm ưu Các động đối lập lắp với trục khuỷu nằm ngang máy bay, lắp với trục khuỷu thẳng đứng máy bay trực thăng Do cách bố trí xi lanh, lực chuyển động qua lại có xu hướng triệt tiêu, dẫn đến động hoạt động trơn tru Đối lập, động piston bốn sáu xi lanh làm mát khơng khí động phổ biến sử dụng máy bay hàng khơng chung loại nhỏ địi hỏi cơng suất lên đến 400 mã lực (300 kW) động Máy bay yêu cầu 400 mã lực (300 kW) động có xu hướng cung cấp lượng động turbine 1.2.1.2 Động đốt liên tục Động đốt liên tục chủ yếu động trục turbine Nó bao gồm động turbine trục phản lực cánh quạt (turboprop turbo-shaft) động quạt đẩy (prop-fan engines) Chúng đặc trưng với phần tử quay gọi máy tăng áp, môđun phụ Các mơ-đun quạt, (các) máy nén (các) turbine cánh quạt / quạt đẩy a) Turboprop Động Turboprop cung cấp lượng cho máy bay vận tải dân dụng quân với tốc độ hành trình nhỏ 450 dặm / (700 km) Nó bao gồm tạo khí (máy nén, buồng đốt turbine) cánh quạt Turbine dẫn động máy nén cánh quạt Bởi turbine khí quay tối ưu tốc độ cao, động turbine có hộp số để giảm tốc độ trục để đầu cánh quạt không đạt tốc độ siêu âm Một giải pháp thay cho động phản lực cánh quạt trên, turbine thứ hai bổ sung dẫn động cánh quạt trực tiếp thông qua hộp số Turbine trường hợp dẫn động máy nén Do đó, tự quay với tốc độ tốt (được gọi turbine tự turbine điện) turbine khác xác định turbine máy nén Các động phản lực cánh quạt gần tạo lực đẩy từ cánh quạt dòng phản lực xả Một phần 10-20% lực đẩy tạo từ dòng phản lực Do đó, số người phân loại động phản lực cánh quạt động phản lực động phản ứng Hình 1.6 minh họa hai động turbine cánh quạt, bên trái loại trục với cánh quạt ghép nối với trục máy nén-turbine bên phải loại turbine tự Ví dụ cho động phản lực cánh quạt Rolls-Royce T56 (3460 mã lực trục lắp cho máy bay P-3 Orion, C-130, C-2A), động Rolls-Royce AE2100 (3600-6000 mã lực lắp dụng thuộc loại trục Máy nén trục tuabin bao gồm nhiều hàng lưỡi dao: số xoay gọi cánh quạt người khác xác định stator Khi động phản lực giới thiệu, tốc độ tối đa máy bay chiến đấu trang bị chúng nhanh 100 dặm so với máy bay điều khiển piston cạnh tranh Hình 1.16: Động Turbojet Nhiều động phản lực thiết kế sản xuất châu Âu Rolls Royce, động Viber trang bị MB339 HAL HJT Kiran General Electric (GE) sản xuất động phản lực Mỹ dựa thiết kế Whittle Đó GE-I-A, nơi hai số trang bị động phản lực Hoa Kỳ, Bell XP-59A vào tháng 10 năm 1942 Tại Mỹ vậy, Pratt & Whitney thiết kế sản xuất động tuabin khí thiết kế mình, cụ thể động J42 Turbo-Wasp, giao cho Hải quân vào tháng 11/1948 để lắp đặt grumman F9F-2 Panther Để máy bay chiến đấu bay nhanh âm (siêu thanh), động đốt sau thêm vào động phản lực lõi (Hình 1,17) Khi đốt sau bật, nhiên liệu bổ sung tiêm, đốt cháy tạo lực đẩy bổ sung Vì vậy, lực đẩy bổ sung đạt nhiên liệu nhiều bị đốt cháy Khi động đốt sau bị tắt, động hoạt động động phản lực Động đốt sau sử dụng máy bay chiến đấu máy bay chở khách siêu thanh, Concorde Hình 1.17: Động Turbojet hạ âm siêu âm Rõ ràng bên khoảng Mach 2, động phản lực không hiệu nhiên liệu tạo lượng tiếng ồn khổng to Những hạn chế cuối dẫn đến sụp đổ động phản lực tinh khiết, có số loại sản xuất Do đó, động phản lực thay động turbofan Máy bay chở khách cuối sử dụng động phản lực Concorde, có chuyến bay Mach-2 vượt ngưỡng vào hoạt động hiệu động phản lực 18 Ví dụ cho động phản lực General Electric GE J33 (trang bị động phản lực Lockheed P-80) GE J35 (trang bị động Boeing XB-47 đầu tiên, cánh bay Northrop YB49A Douglas D-558-1) Động phản lực GE J47 lập kỷ lục 35.000 động sản xuất trang bị nhiều loại máy bay quân khác vào năm 1950 Hơn nữa, động phản lực tiếng GE J79, cho phép số máy bay chiến đấu Mỹ đạt tốc độ âm gấp đôi Chúng bao gồm Convair B-58 "Hustler", Lockheed F-104 "Starfighter", McDonnell F-4 "Phantom II" Pratt & Whitney sản xuất nhiều động phản lực J48 (trang bị động F9F-6 Cougar Lockheed F-94C Starfire) J57 ống đôi (trang bị động F-100 sabre Bắc Mỹ, McDonnell F-101 Voodoo máy bay trinh sát Lockheed U -2 Air Force) Phiên thương mại J57 JT3 trang bị động Boeing 707 Douglas DC-8 Một động phản lực bật P&W J58 lựa chọn để cung cấp lượng cho máy bay trinh sát/ thám SR-71 Blackbird Khơng qn Nó kết luận động phản lực lỗi thời nhìn thấy máy bay quân dân b) Turbofan Hầu hết máy bay chở khách, quân đội vận tải hàng hóa đại máy bay quân sử dụng động turbofan lực đẩy cao hiệu nhiên liệu tốt Giống tuabin khí khác, có động cốt lõi tương tự động phản lực, bao quanh quạt phía trước (hoặc phía sau cho động turbofan phía sau) tuabin bổ sung phía sau Quạt tuabin quạt bao gồm nhiều hàng lưỡi dao kết nối với trục bổ sung Như với máy nén lõi tuabin, số lưỡi quạt quay với trục số lưỡi dao đứng yên Trục quạt qua trục lõi lý khí Loại xếp gọi công cụ hai spool (một "spool" cho fan hâm mộ, "spool" cho lõi) Một số động tiên tiến có thêm ống để có hiệu cao Khơng khí đến chụp đầu vào động Một số không khí đến qua quạt tiếp tục vào máy nén lõi sau đầu đốt, nơi trộn với nhiên liệu đốt cháy xảy Ống xả nóng qua lõi tuabin quạt sau vịi phun, động phản lực Phần cịn lại khơng khí đến qua fan hâm mộ bỏ qua, xung quanh động cơ, giống khơng khí thơng qua cánh quạt Khơng khí qua quạt có vận tốc tăng nhẹ so với luồng tự Vì vậy, turbofan số lực đẩy từ lõi số lực đẩy từ fan hâm mộ Tỷ lệ khơng khí xung quanh động với khơng khí qua lõi gọi tỷ lệ bỏ qua Động với tỷ lệ bỏ qua 1-2 thường gọi turbofan tỷ lệ bỏ qua thấp Động turbofan đường tránh cao tìm thấy hầu hết máy bay vận tải tại, nơi tỷ lệ bỏ qua liên tục tăng đạt từ 10 trở lên số động turbofan Hình 1.18 minh họa động turbofan tỷ lệ bỏ qua cao thấp Hình 1.18: Động turbofan tỷ lệ bỏ qua (bypass) cao thấp 19 Bởi tốc độ lưu lượng nhiên liệu cho lõi thay đổi lượng nhỏ cách bổ sung quạt, turbofan tạo lực đẩy nhiều cho gần lượng nhiên liệu sử dụng lõi Điều có nghĩa turbofan tiết kiệm nhiên liệu Trên thực tế, động turbofan tỷ lệ bỏ qua cao gần tiết kiệm nhiên liệu động tuabin cánh quạt Vì quạt bao quanh đầu vào bao gồm nhiều lưỡi dao, hoạt động hiệu tốc độ cao so với cánh quạt đơn giản Đó lý động turbofan tìm thấy tàu vận tải tốc độ cao cánh quạt sử dụng phương tiện vận tải tốc độ thấp Động phản lực cánh quạt tỷ lệ bỏ qua thấp tiết kiệm nhiên liệu so với động phản lực Nhiều máy bay chiến đấu đại thực sử dụng động turbofan tỷ lệ bỏ qua thấp trang bị động đốt sau Sau đó, chúng hành trình hiệu có lực đẩy cao chó chiến đấu Mặc dù máy bay chiến đấu bay nhanh nhiều so với tốc độ âm thanh, khơng khí vào động phải di chuyển tốc độ âm cho hiệu cao Do đó, cửa hút gió máy bay làm chậm khơng khí từ tốc độ siêu Hình 1.19 minh họa bố cục (A) sơ đồ (B) cho động turbofan tỷ lệ bỏ qua thấp đốt sau Hình 1.19: Tỷ lệ bỏ qua thấp đốt sau động turbofan Một vài ví dụ cho động turbofan liệt kê bảng sau xếp sản phẩm nhà sản xuất (Bảng 1.1) Table 1.1: Turbofan engines Company Rolls-Royce (RR) RR RR RR, MTU, Avio, ITP 20 GE GE & SNECMA GE GE GE Pratt & Whitney (P&W) P&W P&W P&W P&W P&W International aero engines IAE General Electric, Pratt & Whitney Hình 1.20 minh họa động turbofan quạt phía sau Nó đặc trưng fan hâm mộ phía sau tích hợp / áp suất thấp (LP) đơn vị tuabin nằm ống xả máy bay phản lực phản lực Khí nóng từ ống xả tuabin phản lực mở rộng thông qua tuabin LP, cánh quạt phần mở rộng xuyên tâm cánh tuabin Sự khác biệt phía sau fan hâm mộ turbofan động prop-fan hâm mộ fan hâm mộ unducted (UDF) quạt phía sau / ống dẫn / kèm theo turbo-máy (hoặc bao quanh vỏ), propfan / UDF cấu hình khơng bao quanh vỏ Một vấn đề với cấu hình quạt phía sau rị rỉ khí nóng từ tuabin LP đến quạt Hình 1.20: Sau quạt động turbofan Một ví dụ cho động phản lực cánh quạt phía sau phiên sửa đổi động phản lực CJ805, trang bị động Convair CV-990 c) Động Turbo Ramjet 21 Turbo ramjet is a combination engine that can operate as a turbojet or ramjet engine It is a type of jet engine intended for high speed flight The turbo ramjet engine (Fig 1.21) combines the turbojet engine for speeds up to Mach with the ramjet engine, which has good performance at high Mach numbers Hình 1.21: Động Turbo Ramjet, Rolls-Royce Động bao quanh ống dẫn có lượng biến phía trước ống phản lực đốt sau với vịi phun biến phía sau Trong trình cất cánh tăng tốc, động hoạt động động phản lực thông thường với động đốt sau thắp sáng điều kiện bay khác lên đến Mach 3, động đốt sau không hoạt động Khi máy bay tăng tốc qua Mach 3, động phản lực tắt khơng khí nạp chuyển hướng từ máy nén, xe tải dẫn đường ống dẫn thẳng vào ống phản lực đốt sau, trở thành buồng đốt ramjet Động phù hợp cho máy bay địi hỏi tốc độ cao trì điều kiện hành trình số Mach cao, nơi động hoạt động chế độ máy bay phản lực RAM Hình 1.22 cho thấy động Pratt & Whitney J58 cung cấp lượng cho máy bay SR-71 P&W J58 ví dụ cho động turbo-ramjet [29] Nó chuyển đổi suốt chuyến bay từ phần lớn động phản lực thành phần lớn động phản lực hỗ trợ máy nén 22 Hình 1.22: Pratt & Whitney J58 Turbo ramjet Engine (phía trên) cung cấp lượng cho máy bay SR-71 (phía dưới) Ở tốc độ cao (trên Mach 2.4), động sử dụng cánh hình học biến đổi để hướng khơng khí dư thừa qua sáu ống dẫn từ hạ lưu giai đoạn nén thứ tư vào đốt sau Do đó, 80% lực đẩy SR-71 tốc độ cao tạo theo cách này, cho lực đẩy cao nhiều, cải thiện xung lực cụ thể từ 10-15 %, cho phép hoạt động liên tục tốc độ Mach 3,2 d) Động Turbo-rocket Động turbo-rocket (hoặc air turbo-rocket) (Hình 1.23) loại động thở khơng khí kết hợp yếu tố động phản lực tên lửa, gọi ATR ATR thuộc lớp động đẩy chung gọi Turbine-Based Combined-Cycle, TBCC, động Nó coi động thay cho ramjet turbo Tuy nhiên, có khác biệt lớn chất mang oxy riêng để cung cấp trình đốt cháy tốc độ cao Hình 1.23: Động Turbo-rocket, Rolls-Royce 23 Động có máy nén áp suất thấp điều khiển tuabin nhiều giai đoạn; sức mạnh để lái xe tuabin có nguồn gốc từ việc đốt cháy dầu hỏa oxy lỏng buồng đốt kiểu tên lửa Vì nhiệt độ khí theo thứ tự 3500 o C, nhiên liệu bổ sung phun vào buồng đốt cho mục đích làm mát trước khí vào tuabin Hỗn hợp giàu nhiên liệu (khí) sau pha lỗng với khơng khí từ máy nén nhiên liệu dư thừa bị đốt cháy hệ thống đốt sau thông thường Nó cuối mệt mỏi thơng qua vòi phun đẩy hội tụ-phân kỳ Trong số ATRs, khí nóng sản xuất cách đốt cháy chất đẩy rắn Mặc dù động nhỏ nhẹ ramjet turbo, có mức tiêu thụ nhiên liệu cao Điều có xu hướng làm cho phù hợp cho loại máy bay đánh chặn phóng khơng gian địi hỏi tốc độ cao hiệu suất cao thường có kế hoạch bay hoàn toàn tăng tốc thời gian ngắn e) Quạt ống dẫn tiên tiến Quạt ống dẫn tiên tiến động turbofan với lưỡi quạt xi lớn có điều khiển pith giảm bánh tương tự quạt chống đỡ, quạt bao bọc ống dẫn động turbofan Tỷ lệ bỏ qua cho quạt ống dẫn nâng cao từ 15:1 đến 25:1 Có hai loại bản: loại có bánh răng, sân biến thiên, quạt cánh quạt đơn loại cịn lại có lưỡi xoay ngược Công việc mở rộng thực số công ty sản xuất động hàng không Pratt & Whitney, MTU Fiat Avio cho việc thiết kế loại động Một môi mỏng, slim-line nacelle cần thiết để cung cấp cho tỷ lệ bỏ qua cao 1.3 Các nguồn lượng khác Nhóm động máy bay thứ ba cuối (được xác định động khác) chia thành động chạy người điện 1.3.1 Máy bay điện Máy bay điện máy bay chạy động điện động đốt trong, với điện đến từ pin nhiên liệu, pin mặt trời, siêu tụ điện, chùm tia điện / pin Ưu điểm máy bay điện bao gồm tăng độ an toàn giảm nguy hỏng hóc học, chẳng hạn từ tro núi lửa, nguy cháy nổ hỏa hoạn trường hợp xảy va chạm, tiếng ồn không phát thải ô nhiễm Nhược điểm máy bay điện giảm phạm vi hoạt động Phạm vi tăng lên cách thêm tế bào lượng mặt trời vào thể máy bay để tạo máy bay lượng mặt trời Tuy nhiên, diện tích bề mặt máy bay phải lớn so với trọng lượng để có tác động đáng kể đến tầm bay Máy bay mơ hình chạy điện bay từ năm 1970 bao gồm máy bay có người lái không người lái Khoảng 60 máy bay chạy điện thiết kế từ năm 1960, số sử dụng làm máy bay không người lái quân AstroFlight Sunrise không người lái nặng 27 lb (12 kg) chuyến bay giới chạy lượng mặt trời bay vào ngày tháng 11 năm 1974 Chiếc Sunrise II cải tiến bay vào ngày 27 tháng năm 1975 AFB Nellis Chuyến bay thức giới máy bay chạy lượng mặt trời có người lái diễn vào ngày 29 tháng năm 1979 Máy bay sử dụng tế bào quang điện tạo công nghệ 350 W tốc độ 30 V Máy bay có khả cung cấp lượng cho động 3-5 phút, sau lần sạc 1,5 h, cho phép đạt đến độ cao trượt Solar Challenger lập kỷ lục độ cao 14.300 f vào ngày tháng năm 1981 bay 163 dặm từ sân bay Cormeilles-en-Vexin gần Paris 24 qua eo biển Manston Anh đến RAF Manston gần London Solair Đức sử dụng 2500 pin mặt trời gắn cánh cho công suất 2,2 kW (3 hp) với trọng lượng máy bay 180 kg (397 lb.) Chuyến bay bay vào ngày 21 tháng năm 1983, chuyến bay Solair II diễn năm sau Mai 1998 NASA Pathfinder (Hình 1.24) Helios loạt máy bay không người lái chạy lượng mặt trời pin nhiên liệu Hình 1.24: NASA Pathfinder Năm 1990, máy bay chạy lượng mặt trời Sunseeker bay thành cơng khắp nước Mỹ Nó sử dụng pin nhỏ sạc tế bào lượng mặt trời cánh để lái cánh quạt để cất cánh, sau bay lượng mặt trời trực tiếp tận dụng điều kiện tăng vọt Sunseeker II, chế tạo vào năm 2002, cập nhật vào năm 2005-2006 với động mạnh hơn, cánh lớn hơn, pin lithium thiết bị điện tử điều khiển cập nhật Tính đến tháng 12 năm 2008, máy bay chạy lượng mặt trời có người lái điều kiện bay vận hành thường xun Solar Flight (Hình 1.25) Năm 2009, trở thành máy bay chạy lượng mặt trời vượt qua dãy Alps Hình 1.25: Máy bay lượng mặt trời Sunseeker II Chiếc máy bay chạy lượng mặt trời Trung Quốc "Soaring" thiết kế chế tạo vào năm 1992 Thân cánh chế tạo thủ công chủ yếu sợi carbon, Kevlar gỗ Nguyên mẫu Solar Impulse có chuyến bay thử nghiệm ngắn (350 m) 25 vào ngày tháng 12 năm 2009 (Hình 1,26) Trong cấu hình tại, có sải cánh 64 m, nặng 1588 kg trang bị bốn động điện công suất 10 mã lực (7 kW) động xoay cánh quạt Solar Impulse chụp ánh sáng mặt trời cách sử dụng 12.000 tế bào quang điện cánh ổn định ngang Năng lượng từ tế bào lượng mặt trời lưu trữ pin lithium polymer sử dụng để lái xe 3,5-m (11 ft) cánh quạt quay tốc độ 200-400 rpm Tốc độ cất cánh 19 hải lý (35 km/h) tốc độ bay 60 hải lý (111 km/h) Chiếc máy bay có chuyến bay cao vào ngày tháng năm 2010, bay đến độ cao 1200 m (3937 ft) chuyến bay 1,5 h lượng pin Vào tháng năm 2010, máy bay nguyên mẫu HB-SIA Solar impulse thực chuyến bay đêm thành công sân bay Payerne Chiếc máy bay cất cánh lúc 06 51 phút ngày tháng đạt độ cao 8.700 m (28.543 ft) vào cuối ngày Sau đó, từ từ hạ độ xuống 1500 m (4921 ft) bay đêm pin, sạc vào ban ngày 12.000 pin mặt trời, cung cấp lượng cho bốn động điện Hình 1.26: Máy bay Solar Impulse Nó hạ cánh ngày tháng lúc 09:00 (GMT 2) cho thời gian bay 26 h phút thiết lập chuyến bay dài cao thực máy bay lượng mặt trời Sau đó, hãng hồn thành chuyến bay chạy lượng mặt trời thành công từ Thụy Sĩ đến Tây Ban Nha sau Morocco vào năm 2012, thực chuyến bay nhiều giai đoạn khắp Hoa Kỳ vào năm 2013 Năm 2014, Solar Impulse sản xuất với nhiều pin mặt trời động mạnh mẽ Vào tháng năm 2015, bắt đầu nỗ lực vòng quanh giới với Solar Impulse 2, khởi hành từ Abu Dhabi Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống Đến ngày tháng năm 2015, máy bay qua châu Á Vào ngày tháng năm 2015, máy bay hoàn thành chặng đường dài nhất, từ Nhật Bản đến Hawaii, pin máy bay bị hư hại nhiệt dự kiến nhiều tháng để sửa chữa 1.3.2 Máy bay sức người - Human-powered aircraft (HPA) Máy bay chạy sức người (HPA) máy bay có khả trì, điều khiển bay sức người thơng qua hành động đạp, kích hoạt chế xoay cánh quạt để đẩy (Hình 1.27) HPA chắn có kinh nghiệm hỗ trợ từ nhiệt dịng khơng khí tăng HPA 26 tinh khiết khơng sử dụng dịng chảy lai lượng (năng lượng mặt trời, ban nhạc cao su vết thương, pin nhiên liệu, vv) cho lực đẩy Chuyến bay hpa thành công ghi nhận xảy vào năm 1936 thông qua "Pedaliante", máy bay chế tạo thiết kế Ý Kể từ năm 2008, máy bay chạy sức người bay thành công khoảng cách đáng kể Tuy nhiên, chúng chủ yếu xây dựng thách thức kỹ thuật cho loại mục đích giải trí tiện dụng Hình 1.27: Máy bay sức người Ví dụ: Ghi lại liệu sau (SLS lực đẩy tĩnh mực nước biển, đường kính tối đa, chiều dài, trọng lượng, tỷ lệ bỏ qua, ứng dụng) cho động turbofan sau: ALF502R-6, CFM562-C1, GE90-90B, Trent 1000-A1, V2500-A1, RB211-524H, Tay 620, Trent 800, JT8D-217, PW2037, PW409 Giải: Engine ALF502R-6 CFM56-2-C1 GE90-90B Trent 1000-A1 V2500-A1 RB211-524H Tay 620 Trent 800 JT8D-217 PW2037 PW4098 1.4 Kết luận Điều hiển nhiên từ chương này, sống nhân loại ngày phụ thuộc vào máy bay Trong nội chiến chiến tranh, máy bay có vai trị thiết yếu Mô tả chi tiết máy bay phản lực thương mại, máy bay trực thăng hệ thống phòng thủ đưa Vì vậy, máy bay cánh cố định quay sử dụng hai lĩnh vực dân quân phân loại đầy đủ 27 Máy bay cánh cố định dân sử dụng hành khách vận tải hàng hóa, tìm kiếm cứu hộ, nơng nghiệp, nghiên cứu, chữa cháy hoạt động đào tạo Máy bay quân cánh cố định thể chiến trường máy bay chiến đấu, công mặt đất, máy bay ném bom cứu hộ, vận tải, tìm kiếm cứu hộ, huấn luyện chữa cháy Máy bay trinh sát tiếp nhiên liệu bay khu vực xung đột khơng qn Máy bay cánh quay nhìn thấy rộng rãi lĩnh vực dân quân Nó có khả cất cánh / hạ cánh khu vực chưa trải nhựa Du lịch, tìm kiếm cứu hộ, chữa cháy, cơng trình cảnh sát số hoạt động dân Giao thơng vận tải, chiến đấu, ném bom cứu hộ số ứng dụng quân quan trọng Hơn nữa, hệ thống đẩy khác mô tả kỹ lưỡng Cả động trục động phản ứng phân loại Động đốt loại động trục có ba nhóm chính, cụ thể là: Wankel, piston loại tuabin Nhóm turbine lần chia thành động tuabin cánh quạt, turbo-shaft prop-fan Các động trục khác loại lượng mặt trời người Động phản ứng nhà máy điện chiếm ưu bao gồm ramjet, pulsejet, turbojet, turbofan, turbo ramjet, động tên lửa turbo Động turbofan động thở khơng khí sử dụng chủ yếu hai ứng dụng cánh cố định dân quân Động turbo-trục nhà máy điện độc đáo sử dụng máy bay trực thăng Động tuabin cánh quạt cung cấp lượng cho hầu hết máy bay vận tải dân quân hạng nặng Các phân tích chi tiết cho tất nhà máy điện đưa sách Nó phân loại động dựa ram, động dựa tuabin động dựa trục Một chương hoàn chỉnh dành cho nhóm Bài tập P1.1 Phân loại máy bay sau cho tên nhà máy điện cài đặt: Airbus A300, Antonov An M, AVRO Vulcan B-2, B-52, B 767, B737, B777, BAE 146 Model Series 200, BEECH STARSHIP I, Beriev Be-42, C-17, C-130, Cessna Model 402 C, Dassault Breguet Alpha Jet CH 53, DC-3, DC-10, DeHavilland Canada Dash-8, Embraer EMB-120, Embraer EMB -312 Tucano, F15, F35 , Fokker F-27 Hữu nghị MK 200, Gates LEARJET 35A, Lockheed Jetstar, McDonnell Douglas MD-80, Mig-29, Mirag-2000, Prion P-3, Piper Tomahawk II, Saab 340, SIAI Marchetti S-211, SR-71, Su-27, U-2, X-15 P1.2 Đánh dấu hay sai, sau sửa (các) câu trả lời sai: Mục bay trực thăng vận tải thương mại chứng nhận giới S-55 Chick-asaw (H-19) ( ) Cập động chạy khí tuabin giới Kaman K-225 ( ) MD 902 máy bay trực thăng tốc độ hành trình cao nhất; 258 km/h - trực thăng Dhruv ghi lại trần nhà cao cụ thể 27.500 ft trực thăng SW-4 có phạm vi lớn cụ thể 990 km Eurocopter AS 532 máy bay vận tải quân có sức chứa 20 quân Agusta AZ 101 G máy bay trực thăng vận tải công suất lớn có sức chứa 45 hành khách máy bay không người lái loại trực thăng Mỹ sử dụng động điện làm nguồn điện P1.3 Hình cho thấy minh họa mơ hình cho động cơ-powered Wright anh em flyer Ghi lại loại thông số kỹ thuật 28 P1.4 Phân loại động sau cho tên máy bay trang bị: CF6-50C, CF34-GE-400A, CFM56-3C, F100-PW-100, F101-GE-102, F135, F404GE-400, J57-P-10, J60-P-3, J75-P-13B, JT8D-17, JT9D-7 F, Pegasus 11- 21, PT6 Twin Pac, PW100, PW2040, PW4090, RB211-524H, RB211-TRENT 768, R985 WASP JR, R -1340, Spey 506-14 W, Tay 650, TF30-P-6, TF33-PW-102, V2500-A1 P1.5 Xác định loại động hiển thị, đưa ba ví dụ cho động máy bay lắp đặt P1.6 Đưa mô tả chi tiết máy bay Helios hiển thị 29 P1.7 Con số hiển thị minh họa động tuabin cánh quạt Kuznetsov NK-12 M, cung cấp lượng cho máy bay Tu-95 Cung cấp chi tiết động cơ; số lượng trục, cơng suất, loại cánh quạt, lắp đặt cho máy bay khác P1.8 So sánh công cụ quạt chống đỡ sau: - Pratt & Whitney/Allison 578-DX (Pratt & Whitney/Allison 578-DX) Ge36 điện tổng quát Ivchenko-Tiến D-27 P1.9 Hoàn tất liệu bị thiếu bảng sau: Engine TFE731-2 TFE731-20 BR710 AE3007 FJ44-1 FJ44-2 JT3-D-7 JT8D-11 JT9D-3A GE4 GE21J11B14 Olympus 593 TBE-M1.6 TBE-M2.0 TBE-2.4 Rolls VCE Rolls Tandem 30 ... nhân loại ngày phụ thuộc vào máy bay Trong nội chiến chiến tranh, máy bay có vai trị thiết yếu Mơ tả chi tiết máy bay phản lực thương mại, máy bay trực thăng hệ thống phịng thủ đưa Vì vậy, máy bay. .. lượng cho hệ thống máy bay, vịi phun xả giúp tăng tốc khí thải phía sau động để tạo lực đẩy Mỗi máy nén kết nối trục vào tuabin Máy nén hai loại trục ly tâm (Hình 1,16) Các động phản lực Frank... Động máy bay (hay động hàng không) hệ thống đẩy máy bay Động máy bay mơ-đun quan trọng trái tim q trình phát triển hàng không Kể từ ngày đầu thành công, phát triển động hàng không cấu trúc máy bay