Końcówka odrzutowa - Tip jet

Redlin Hornet był jednym z pierwszych wierzchołkowych strumieniem szybowców.
Końcówka odrzutowca SNCASO Djinn

Strumień końcówka jest strumieniem dyszy na końcu niektórych śmigłowca łopatek wirnika, stosowanych do wirowania wirnika, podobnie jak ogni sztucznych koła Katarzyna . Dysze typu Tip zastępują normalny napęd wału i mają tę zaletę, że nie umieszczają momentu obrotowego na płatowcu, dzięki czemu nie wymagają obecności śmigła ogonowego. Niektóre proste monokoptery składają się wyłącznie z jednego ostrza z końcówką rakiety.

Dysze typu Tip mogą wykorzystywać sprężone powietrze dostarczane przez oddzielny silnik , aby wytworzyć ciąg strumieniowy . Inne typy wykorzystują system, który działa podobnie do dopalacza (dogrzewania) w konwencjonalnym silniku odrzutowym, z tym wyjątkiem, że zamiast podgrzewania strumienia gazu, służą jako podgrzewacz główny, wytwarzając większy ciąg niż sam przepływ wstępnie sprężonego powietrza; najlepszym tego opisem jest augmentacja ciągu . Inne konstrukcje obejmują silniki strumieniowe lub nawet kompletny silnik turboodrzutowy. Niektóre, znane jako systemy Rocket On Rotor , polegają na umieszczaniu rakiet na końcach łopat wirnika, które są zasilane paliwem z pokładowego zbiornika paliwa.

Jeśli silnik helikoptera ulegnie awarii, dysze na wirniku zwiększają moment bezwładności , umożliwiając w ten sposób magazynowanie energii, co ułatwia wykonanie udanego lądowania autorotacyjnego . Jednak dysza typu tip jet zazwyczaj generuje również znaczny dodatkowy opór powietrza, co wymaga większej szybkości opadania i oznacza, że aby przetrwać, musi nastąpić bardzo nagłe przejście do flary lądowania , z niewielkim miejscem na błędy.

Historia

Początki

W latach 1900 austriacki Ludwig Wittgenstein badał zastosowanie dysz do napędzania śmigła samolotu , studiując inżynierię lotniczą na Uniwersytecie w Manchesterze w Wielkiej Brytanii. Koncepcja Wittgensteina wymagała przetłaczania powietrza i gazu wzdłuż ramion śmigła do komór spalania na końcu każdej łopaty, w którym to momencie gazy te ulegałyby kompresji poprzez siłę odśrodkową wywieraną przez obracające się ramiona, wytwarzając w ten sposób wystarczającą ilość ciepła do osiągnięcia zapłonu. W 1911 r. Wittgenstein był w stanie uzyskać patent związany z pracą z dyszami dyszowymi.

Pomimo stosunkowo wczesnych początków koncepcji, osiągnięcie kolejnego etapu praktycznego zastosowania okazało się bardzo trudne, głównie ze względu na stosunkowo prymitywne konstrukcje śmigieł z epoki i niekompatybilność ze zmianami konstrukcyjnymi wymaganymi do wdrożenia dysz Wittgensteina. Upłynęło wiele lat, zanim opracowano projekt ostrza, który mógłby wspierać tę innowację. Śmigła z tamtego okresu były zazwyczaj drewniane, podczas gdy nowsze łopaty śmigieł są zazwyczaj wykonane z materiałów kompozytowych lub laminatów ze stali prasowanej ; ta ostatnia jest wytwarzana jako oddzielne połówki przed zgrzaniem, dzięki czemu ostrze ma puste wnętrze, a zatem idealną ścieżkę do kierowania powietrza i gazu dla strumienia końcówki. Postęp w dziedzinie śmigła z napędem odrzutowym był dodatkowo sfrustrowany brakiem praktycznego doświadczenia Wittgensteina z maszynami. Ostatecznie stracił zainteresowanie lotnictwem i przerwał pracę inżynierską. Wittgenstein stał się bardziej znany ze swojej późniejszej pracy jako filozofa .

W latach dwudziestych włoski inżynier lotnictwa Vittorio Isacco zaprojektował i zbudował kilka niekonwencjonalnych wiropłatów, które stały się znane jako Helicogyre . W 1929 roku Helicogyre K1171 został wyprodukowany przez brytyjskiego producenta samolotów SE Saunders Limited i został dostarczony drogą lądową do Royal Aircraft Establishment (RAE) w Farnborough, gdzie przeszedł ograniczone testy przed zakończeniem programu. Chociaż Helicogyre nie używał dysz typu tipjet, a zamiast tego był napędzany silnikami tłokowymi umieszczonymi na końcach skrzydła obrotowego, Isacco przewidział, że można je zastąpić odrzutowcami.

Innym pionierem w dziedzinie dysz dyszowych był rosyjsko-amerykański inżynier Eugene Michael Gluhareff , wynalazca Gluhareff Pressure Jet .

Do lotu

Model Doblhoff WNF 342 V4

Podczas II wojny światowej niemiecki inżynier Friedrich von Doblhoff zasugerował napędzanie helikoptera silnikami strumieniowymi umieszczonymi na końcówkach wirnika. Jego pomysł został zrealizowany i w 1943 roku WNF 342 V1 stał się pierwszym śmigłowcem z napędem odrzutowym; wykorzystywał konwencjonalny silnik tłokowy do napędzania zarówno kompaktowego śmigła, jak i sprężarki powietrza, aby dostarczać powietrze (następnie zmieszane z paliwem) przez kanały w głowicy wirnika i wydrążone łopaty wirnika do komór spalania ustawionych na końcówkach wirnika. Oprócz eksperymentalnego użycia WNF 342 przez Niemcy, Stany Zjednoczone otrzymały dwa prototypy, gdy konflikt dobiegł końca.

Następnie Doblhoff dołączył do amerykańskiego producenta samolotów McDonnell Aircraft , który na początku lat pięćdziesiątych opracował i pilotował eksperymentalną żyrostację McDonnell XV-1 . Wiropłaty ta została sklasyfikowana jako zmiennopłatu ; układ napędowy był napędzany pojedynczym silnikiem promieniowym R-975 wyprodukowanym przez firmę Continental , który napędzał parę sprężarek powietrza dostarczających powietrze pod wysokim ciśnieniem przez przewody rurowe w łopatach wirnika do komory spalania na każdym z trzech wierzchołków wirnika, gdzie znajduje się palnik zapalał paliwo zwiększające ciąg, który napędzał wirniki i pozwalał pojazdowi latać w sposób podobny do konwencjonalnego helikoptera. Jednak podczas lotu poziomego sprężarki zostały odłączone od silnika, który zamiast tego napędzał dwułopatowe śmigło pchające; w locie do przodu 80 procent siły nośnej zapewniało skrzydło, podczas gdy pozostała część była generowana przez główny wirnik, który przy bezpośrednim zasilaniu obracał się z prędkością około 50 procent obrotów. XV-1 został odwołany ze względu na jego niekorzystną złożoność i szybki postęp konwencjonalnych śmigłowców.

Fairey Rotodyne prototyp, circa 1959

Inżynier August Stephan był przypisywany do produkcji silników odrzutowych, które są używane przez firmę Fairey Aviation, zajmującą się produkcją brytyjskich samolotów . Po II wojnie światowej Fairey Aviation chciało zbadać wiropłaty, opracowując żyrostację Fairey FB-1 zgodnie ze specyfikacją E.16/47 . Drugi FB-1 został zmodyfikowany w celu zbadania wirnika napędzanego strumieniem szczytowym w połączeniu z parą śmigieł zamontowanych na krótkich skrzydłach; później przemianowano go na Jet Gyrodyne . Kolejny wiropłat opracowany przez firmę, Fairey Ultra-light Helicopter, był kompaktowym dwumiejscowym pojazdem, który używał dysz typu tip- jet napędzanych pojedynczym silnikiem turboodrzutowym Turbomeca Palouste . Typ prowadził kontrakt z Ministerstwem Zaopatrzenia na cztery samoloty zdolne do testów w locie; Możliwości ultralekkiego pojazdu zostały następnie zademonstrowane na licznych ćwiczeniach wojskowych, pokazach lotniczych, a nawet na morzu. Jednak armia brytyjska skupiła się bardziej na rywalu Saunders-Roe Skeeter , rzekomo z powodu zainteresowania tym ostatnim ze strony rządu niemieckiego.

Zgodnie ze specyfikacją wyprodukowaną przez linie lotnicze British European Airways (BEA) dla wiropłatu do przewozu pasażerów, określanego jako BEA Bus , Fairey przystąpił do opracowania Fairey Rotodyne . 6 listopada 1957 prototyp Rotodyne wykonał swój dziewiczy lot , pilotowany przez dowódcę eskadry pilota testowego śmigłowca W. Rona Gellatly'ego i zastępcę głównego pilota testowego śmigłowca porucznika Johna GP Mortona jako drugiego pilota. 10 kwietnia 1958 Rotodyne dokonało pierwszego udanego przejścia z lotu pionowego do lotu poziomego, a następnie z powrotem do lotu pionowego. 5 stycznia 1959 r. Rotodyne ustanowił światowy rekord prędkości w kategorii samolotów cyprysowych z prędkością 190,9 mil na godzinę (307,2 km/h) na 100-kilometrowym torze zamkniętym.

Zarówno BEA, jak i RAF publicznie ogłosiły zainteresowanie Rotodyne, a ta ostatnia złożyła pierwsze zamówienie na ten typ. Podobno większa konstrukcja Rotodyne Z mogłaby zostać opracowana, aby pomieścić do 75 pasażerów, a wyposażona w silniki Rolls-Royce Tyne miałaby przewidywaną prędkość przelotową 200 węzłów (370 km/h). Mógłby przewieźć blisko 8 ton (7 ton) ładunku; ładunki mogły obejmować kilka pojazdów armii brytyjskiej i nienaruszony kadłub niektórych samolotów myśliwskich w jego kadłubie. Pomimo zakończenia wielu prac rozwojowych, rząd brytyjski zadeklarował, że nie będzie udzielał dalszego wsparcia dla Rotodyne z powodów ekonomicznych. W związku z tym 26 lutego 1962 roku oficjalne finansowanie Rotodyne zostało zakończone.

Do produkcji

Widok masztu wirnika i łopaty wirnika Djinna

Francuski producent samolotów Sud-Ouest byłby pierwszą firmą, która osiągnęła masową produkcję wiropłatu wyposażonego w napęd typu tip-jet . Po początkowym opracowaniu Sud-Ouest Ariel z końcówkami strumieniowymi do celów czysto eksperymentalnych, firma miała wystarczającą pewność, że może kontynuować produkcję wiropłatu Sud-Ouest Djinn o standardowej produkcji . Skonstruowano jednomiejscowy prototyp, oznaczony SO1220 , który służył jako lotnicze stanowisko testowe dla koncepcji napędu wiropłatu. Armia francuska zachęcała do budowy dużej partii przedprodukcyjnej 22 śmigłowców do celów ewaluacyjnych. Pierwszy z nich poleciał 23 września 1954 roku. Trzy przedprodukcyjne wiropłaty zostały nabyte przez armię Stanów Zjednoczonych , oznaczoną jako YHO-1 , do własnych prób; według autora lotnictwa Stanleya S. McGowena, armia amerykańska nie interesowała się tym typem. Według autora Wayne'a Mutzy armia amerykańska uznała YHO-1 za doskonałą platformę uzbrojenia, ale została zmuszona do rezygnacji z zainteresowania przez polityczny sprzeciw wobec zakupu wiropłatów zaprojektowanych za granicą.

Oprócz wojska francuskiego kolejne dziesięć krajów złożyło zamówienia na ten typ; takich jak partia sześciu wiropłatów zakupionych przez armię niemiecką . Produkcja dżinów dobiegła końca w połowie lat 60., kiedy to zbudowano w sumie 178 dżinów; typ ten został skutecznie zastąpiony przez bardziej konwencjonalny i cieszący się dużym powodzeniem Aérospatiale Alouette II . Niektóre Djinny zostały sprzedane operatorom cywilnym; w tym charakterze były często wyposażone do celów rolniczych , wyposażone w zbiorniki chemiczne i opryskiwacze. Pod koniec lat pięćdziesiątych Sud Aviation badała ulepszoną wersję Djinna, wstępnie oznaczoną jako Djinn III lub Super Djinn . Zgodnie z przewidywaniami projektowany Super Djinn miałby zastosować nowszy silnik Turbomeca Palouste IV wraz z innymi zmianami w celu zwiększenia mocy i wytrzymałości niż w oryginalnym modelu produkcyjnym.

Wiropłat z dyszami końcówkowymi

Dysze zimnej końcówki

Sprężone powietrze w dyszach z zimną końcówką generalnie wychodziło w dość wysokich temperaturach ze względu na efekt ogrzewania kompresyjnego, ale są one określane jako „zimne” dysze, aby odróżnić je od dysz, które spalają paliwo w celu podgrzania powietrza w celu uzyskania większego ciągu; podobna do różnicy między „zimnymi” i „gorącymi” wydechami w Harrier „Jump Jet” , który wykorzystuje „zimne” powietrze podgrzane do kilkuset stopni przez sprężanie wewnątrz niskociśnieniowej sprężarki silnika Pegasus .)

  • Avimech Dragonfly DF-1 - amerykański śmigłowiec napędzany nadtlenkiem wodoru
  • Dornier Do 32 - niemiecki ultralekki śmigłowiec typu tip-jet, pierwszy oblatany 29 czerwca 1962: zbudowano 4.
  • Dornier Do 132 - niemiecki projekt śmigłowca tip-jet, anulowany w 1969 roku.
  • Fiat 7002 - włoski śmigłowiec tip-jet, pierwszy oblatany w 1961 roku, zbudowany tylko jeden.
  • Percival P.74 - używał drugich sprężarek do mieszania spalin z turbiny z większą ilością powietrza w celu uzyskania wypływu na końcach skrzydeł. Silniki nigdy nie wytwarzały wystarczającej mocy, więc nigdy nie latał. Dalsze postępy w projektowaniu wykorzystującym mocniejsze silniki zostały anulowane.
  • Sud-Ouest Ariel - francuski śmigłowiec z napędem tip-jet, pierwszy oblatany w 1947; zbudowano trzy prototypy.
  • Sud-Ouest Djinn - francuski śmigłowiec z napędem tip-jet, pierwszy oblatany w 1953 roku; 178 zbudowany.
  • VFW-Fokker H3 - niemiecki śmigłowiec typu tip-jet; dwa zbudowane i oblatane.

Dysze z gorącymi końcówkami

  • Doblhoff WNF 342 - niemiecki śmigłowiec z czasów II wojny światowej z napędem typu tip-jet.
  • Ultralekki helikopter Fairey – pierwszy lot w 1955 roku. Cztery zbudowane do użytku wojskowego, ale brak zainteresowania sprawił, że Fairey skoncentrował się na większym projekcie Rotodyne.
  • Fairey Jet Gyrodyne — eksperymentalny, mieszany wiatrakowiec z wirnikiem napędzanym dyszami w Wielkiej Brytanii , dostarczający danych dla Fairey Rotodyne. Pierwszy lot w 1954 roku.
  • Fairey Rotodyne - brytyjska żyrostacja mieszana z wirnikiem napędzanym dyszami końcówek (sprężone powietrze i paliwo spalane w komorach spalania końcówek) dla VTOL. 48-miejscowy samolot krótkodystansowy. Pierwszy lot w 1957 r. Anulowany z powodu braku zainteresowania komercyjnego; częściowo z powodu obaw o hałas dysz podczas pracy.
  • Hughes XH-17 — amerykański latający dźwig z palnikiem odrzutowym (największy wirnik dowolnego typu na śmigłowcu), anulowany z powodu nieefektywnego projektu (zasięg około 40 mil (64 km))
  • McDonnell XV-1 - amerykańska eksperymentalna żyrostacja złożona. konkurował z karuzelą Bell XV-1. Latał w 1954 roku, ale został odwołany z powodu niewystarczającej przewagi nad współczesnymi śmigłowcami.

Ramjets

Impulsy

Główny artykuł: impulsowy

Rakiety

(Uwaga: Paliwo i utleniacz dostarczane do komór spalania na końcach wirnika.)

  • Rotary Rocket Roton ATV - amerykańska koncepcja rakiety wielokrotnego użytku, oryginalnie zaprojektowana z wirnikiem napędzanym dyszami rakietowymi.

Zobacz też

Bibliografia

Cytaty

Bibliografia

Linki zewnętrzne