черт. 75. Реактивный аэроплан Ренэ-Лорена
Аэроплан Ренэ-Лорена с прямой реакцией.
Ниже мы приводим описание ряда проектов и некоторые расчеты французского инженера Ренэ-Лорена, горячего приверженца идеи реактивного летательного аппарата в виде крылатой ракеты, идеи предложенной еще в 1867 г. Бутлером и Эдвардсом, даже запатентованной в 1881 г. де-Керкховэ и Т. Снирсом, описанной в 1886 г. в Киеве Гешвендом, в 1888—Фором и Граффиньи, и в недавнее время нашедшей себе сторонников в лице Ф. Цандера, Гоманна, Вальера и Циолковского, для применения при полете в межпланетное пространство. На русском языке идеи Лорена изложены в описанном ниже проекте инж. А. Горохова.
Французский инженер Ренэ-Лорен в 1908 году предложил проект быстроходного аэроплана, движущегося при помощи давления на воздух (прямой реакции) продуктов взрыва жидкого топлива, вырывающихся из цилиндров (черт. 75).
Гондола (С) аппарата имеет цилиндрическую форму и опирается на землю лыжами q (две спереди и одна сзади). Вес гондолы около 100 kg. Два двигателя Р извергают продукты горения под крылья S. Пилот сидит сзади и управляет как работой моторов, так и поворотами их вокруг горизонтальной оси а а, каковыми достигается стабилизация аппарата.
При взлете, оси раструбов моторов располагаются почти вертикально и по мере разбега наклон их делается постепенно положе.
При спуске аппарат с возможно меньшей скоростью врезывается в землю, и специальный амортизатор должен умерять толчек для пилота. Если скорость при спуске 30 m/sec. и вес человека 70 kg, то живая сила его будет 70 . 302 :2 . 9,81=3211 kg. — mt. Распределяя амортизацию ее на длину гондолы в 12 m, получим действующее на пилота усилие3211:12= 268 kg, каковая и должна быть распределена по поверхности всего тела при помощи упругих амортизаторов.
В 1910 году и позднее—в 1912 году было напечатано описание воздушной торпеды Ренэ-Лорена, представляющей собою воздухоплавательный аппарат, двигающийся при помощи реактивного двигателя и управляемого при помощи телемеханики. По проекту скорость полета его должна была быть 200 km в час. Аппарат (черт. 76) состоит из кузова, сделанного из гладко отполированных с внешней стороны аллюминиевых листов.
Главные части его следующие: 1) заостренный нос А, 2) цилиндрическое тело В, 3) коническое продолжение CDEF и 4) хвост— G, состоящий из рулей направления и высоты.
Вес корпуса, включая и крылья М, 12 kg.
Двигатель помещен в В, и его выхлопные трубы (е) расположены так, что он умещается в очень малом пространстве. Он имеет 8 цилиндров, по 120 mm в диаметре; ход поршня—80 mm, число оборотов в минуту—1200. Вес его 36 kg. Охлаждение воздушное, дополняемое вентиляцией через особые отверстия (a, v) в корпусе. Подобные же отверстия служат для всасывания необходимого для работы двигателя воздуха.
Устойчивость обеспечивается быстротой движения, например, как у стрелы.
Для управления рулями служат: динамо D, соединенная с валом двигателя при помощи зубчатых колес. Она доставляет постоянный ток не только для производства маневров и воспламенения, но и для двух рефлекторов F1 и F2, позволяющих производить наблюдение за полетом торпеды ночью и контролировать ее маневры.
Оперение аппарата состоит из двух рулей G1 и G2, приводимых в движение двумя электромоторами.
Управление рулем G1 регулируется барометром-анероидом Ь, соеднненным с контактом С. Барометр позволяет производить полет на неопределенной высоте. В зависимости от атмосферного давления барометр или замыкает ток, намагничивая Е1 и Е2, и поворачивает руль G1 или же размыкает ток, и тогда G1 приводится в нормальное положение пружиной г. Управление рулем G2 регулируется при помощи детектора (d). В описанной цепи необходимо релэ, в которое включены распределитель и контрольные приборы для передачи следующих маневров: 1) отклонение руля G2 влево или вправо или для приведения в нормальное положение, 2) для остановки двигателя и спуска аппарата на землю.
Вес контрольного аппарата, динамо, электро-магнитов, распределителя и контактов—около 10 kg. Вес топлива и масла—10 kg; они помещены в центре тяжести аппарата (C). В трюме D располагается груз (12 kg). Полный вес аппарата—79 kg.
Для пуска аппарата в ход необходим толчек, так как двигатель не может дать ему необходимую начальную скорость.
Для сообщения торпеде скорости 200 km в час (55 m/sec) по мнению автора, необходима тяга 8 kg. Двигатель при 20 оборотах в сек. дает 8 . 10=80 взрывов, по 40 с каждой стороны, или по взрыву в 1:40 сек., за это время аппарат продвинется на 1:40 . 55 = 1,37 m, т. е. на расстояние большее, чем то, которое отделяет крайне выхлопные трубы Из этого следует, что всякий новый взрыв будет происходить в инертной среде, не взволнованной предыдущими взрывами,что повышает работу двигателя.
Всякий двигатель можно назвать реактивным и разница между ними лишь в характере применения реактивных сил. Например, воздушный винт есть реактивный двигатель, так как он утилизирует реакцию своих лопастей о воздух. Колесо паровоза есть также реактивный двигатель, так как утилизирует реакцию рельса (трение) и т. д.
Двигатели же, обычно именуемые реактивными, правильнее было бы назвать двигателями с прямой реакцией, так как сила тяги в них получается непосредственной реакцией, извергающихся продуктов взрыва горючей смеси. Недостатком таких двигателей является получение большой работы, но малой тяги в единицу времени. Действительно, работа двигателя равна живой силе извергающихся газов, что при скорости их в секунду (v метр.) дает mv2/2 т. е. работа пропорциональна квадрату скорости и массе (m) газов.
Тяга же (Т) определяется из условия равенства импульса силы количеству движения, т.е.
Полагая t=1 сек., имеем T=mv, т. е. тяга пропорциональна лишь первой степени скорости. Но скорость истечения пропорциональна корню квадратному из давления (степень сжатия) газов. Поэтому, чем меньше степень сжатия в цилиндрах, тем разница между живой силой и количеством движения становится менее резкой.
Определим тягу газового двигателя с прямой реакцией. Пусть газовый двигатель мощностью 50 HP весит 50 kg. и число оборотов вала его 1500 в мин., вместимость его цилиндров 7 литров. В каждую секунду он произведет 1500:60 . 2 = 12 всасываний и засосет 12 . 7 =84 литров газа, масса которого 84 . 1,2931:9,81= 11 g. масса. Эта масса извергается со скоростью 8002) 2) m/sec (предполагая истечение в пустоту и пренебрегая массами увлекаемого воздуха). Количество движения будет 11 . 800 =8800 г/сек. =8,8 kg/sec., или 1,2 kg на литр или 1/6 веса двигателя. При специальном проектировании такого реактивного двигателя можно это число повысить, уменьшая вес двигателя, и упрощая его конструкцию. Казалось бы, что можно получить вес двигателя 4 kg. на 1 литр.
В 1911 г. Ренэ Лорен предложил проект реактивного металлического аэроплана, разгон которого по земле производится при помощи электрической тележки, катящейся по рельсам. Когда движение по земле достигнет известной скорости, начинает действовать реактивный двигатель аэроплана, он взлетает и летит далее.
1) 1,293 есть плотности воздуха при 0° и 760mm,что не соответствует природе газа, однако, продукты взрыва содержат значительное количество углекислоты, плотность которой выше плотности воздуха, что дает компенсацию в весе.
2) Скорость истечения газа в тюрбинах превышает 1500 m/sec.
На черт. 77 изображен общий вид аэроплана, установленного на электрической тележке. Выхлопные трубы (дюзы) двигателя не показаны, они устроены также, как это было описано раньше (см. стр. 57). Пилот помещается почти у кормы аппарата в особой камере, которая может скользить внутри трубчатого фюзеляжа аэроплана по направляющим (а,а), часть которых показана в плане на черт. аппарата.
Взлет производится следующим образом: на протяжении 1 километра электрическая тележка увлекает аэроплан с постепенно увеличивающейся скоростью по рельсовому пути, доводя ее в конце пути до 300 km/h.
Далее путь изгибается в вертикальной плоскости по кривой (круг или парабола), с начальным радиусом в 1200 метров и идет потом опять по прямой. В начале изгиба, благодаря центробежной силе, влиянию крыльев, полученной скорости и работе собственного реактивного двигателя, аэроплан отделяется от тележки и летит дальше самостоятельно. Тележка же катится по рельсам и тормозится.
Спуск аппарата производится так: на поверхности земли имеется мягкий грунт. Аэроплан по наклонной линии носом врезается в него на глубину до 2 метров. Для уменьшения скорости спуска пилот тормозит движение воздушным тормазом, отодвигаемым им с кормы аппарата (черт. 78).
Кроме того, сама люлька, в которой он сидит, при ударе о землю, устремляется вперед по инерции внутри аэроплана, натягивая упругие тросы, которые и поглощают живую силу удара и уменьшают толчек.
Наконец, при подходе к земле можно из кормы аппарата выпускать длинный хвост с целым рядом тормозящих поверхностей, детали которых показаны на черт. 79: здесь изображена схема тормозящих вихрей у тарелок хвоста,—одна из аллюминиевых тарелок,—схема расположения одного ряда тарелок в корме аппарата, и—три ряда тарелок там же.
В Америке О. Шанют в 1909—10 годах производил опыты с работой реактивных двигателей, установленных неподвижно, но он пришел к заключению о необходимости делать опыты с движущимися двигателями. Однако смерть помешала ему их осуществить. Ренэ Лорен в 1913 году высказал идею применить для испытания этих двигателей аэродинамическую трубу со скоростью ветра до 100 m/sec. Реактивный двигатель (черт. 80) должен устанавливаться вдоль потока воздуха и укрепляться на аэродинамических весах. Воздух, врываясь внутрь двигателя с носа, встречает воспламененные продукты горения, и продукты взрыва вырываются через дюзу у кормы. Весы измеряют получающуюся реакцию. Полезно также исследовать влияние наклонных дюз у кормы (черт. 81).
На черт. 82 изображена тюрбина, состоящая из диска, вращающегося с касательной скоростью 200 m/sec. При мощности у обода диска в 1 HP, сила реакции в его соплах будет 75:200= 0,375 kg. Пусть такая тюрбина приводит во вращение пропеллер, и определим, какую тягу даст последний при условии скорости передвижения в 75 m/sec. Предположим, что отдача пропеллера 0,60 и отдача передачи также 0,60. Тогда на 1 HP получим тягу пропеллера— 75 . 0, 60 . 0, 60:75 =0,36 kg., т. е. меньше, чем реакция на диске тюрбины.
Казалось бы логичным прямо утилизировать реакцию на лопатках диска. Это и предлагалось в устройстве газовых тюрбин (черт. 83), состоящих из камер взрыва и сопел; в них продукты взрыва вырываются нормально к оси вращения. При бесконечно большом радиусе получается реактивный двигатель.
В подобных двигателях можно различать два вида: двигатели с непрерывным извержением и двигатель—с прерывистым извержением.
Хотя эффективность непрерывных извержений выше, чем прерывных, однако, некоторые соображения дают преимущество выбору вторых, так как при этом получается большая простота механизмов, например, здесь можно исключить приспособления для предварительной компрессии воздуха и применять слабое сжатие.
Черт. 82 (вверху), 83, 84 и 85 (внизу).
Двигатели Лорена.
Во всяком случае в аппаратах обоих типов необходимо засосать в двигатель большое количество воздуха и развить, при помощи жидкого топлива, большую кинетическую энергию при извержении воспламененных газов.
Реактивный двигатель с непрерывным извержением.
На черт. 84 изображена схема такого двигателя: А — камера сгорания, В — горелка, в—компрессор или вентилятор, и Т— сопло (дюза). Наиболее затруднительным является устройство компрессора или вентилятора. Мерами, облегчающими это устройство, являются следующие:
При полете со скоростью от 50 до 100 m/sec., можно пускать встречный воздух в пазухи ММ (черт. 85), расположенные в носовой части аппарата, получая таким образом внутри аппарата уже сжатый, благодаря движению, воздух. Далее происходит зажигание и взрыв смеси, как и раньше, и газы вырываются со скоростью большей скорости входа воздуха. В результате получается реакция.
Черт. 86 и 87- Двигатели Лорена.
Следует заметить, что возможность пользоваться атмосферным воздухом и примешивать его к жидкому топливу дает гораздо меньший вес горючего, чем если бы таковое состояло просто из взрывчатой смеси, могущей взрываться без доступа воздуха. Например, на 1 kg бензина необходимо около 17 kg воздуха и следовательно, 1 kg бензина при условии использования атмосферного воздуха, заменит 18 kg иного взрывчатого вещества.
Двигатель с прерывистым извержением устроить гораздо проще (черт. 86). Горючая смесь в камере сгорания А взрывается при помощи электрической свечи, и продукты взрыва вырываются через дюзу Т. Получающееся разрежение воздуха открывает клапан S, через который засасывается новое количество воздуха.
Для двигателя большой силы следует увеличить масштаб и устроить аггрегат описанных аппаратов на подобие двигателя, изображенного на черт. 87. Здесь общий карбюратор распределяет горючую смесь по цилиндрам. Например, на 100 kg расхода бензина в час потребуется 2000 kg воздуха, что соответствует — 1/2 m3 в секунду.
далее