Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Турбомоторлы машиналар тұжырымдамасы
Turbomachinery concept
Алдын ала салқындатылған реактивті қозғалтқыш – бұл рамджеттерге қарағанда турбомоторлы реактивті қозғалтқыштарды жоғары жылдамдықтарда пайдалануға мүмкіндік беретін тұжырымдама. Алдын ала салқындату қозғалтқыш компрессорының (айналмалы тоқтаудың/тұншығудың/ағынның төмендеуінің алдын алу арқылы) және толық газ генераторының (белгілі бір турбина температурасы шегінде жану камерасының температурасының маңызды өсуін сақтап қалу арқылы) өнімділігінің нашарлауын толығымен немесе жартылай қалпына келтіреді, әйтпесе бұл жоғары температуралы ауа ағынымен ұшуға кедерес келтірер еді.
A precooled jet engine is a concept that enables jet engines with turbomachinery, as opposed to ramjets, to be used at high speeds. Precooling restores some or all of the performance degradation of the engine compressor (by preventing rotating stall/choking/reduced flow), as well as that of the complete gas generator (by maintaining a significant combustor temperature rise within a fixed turbine temperature limit), which would otherwise prevent flight with high ram temperatures.
Тарих
Роберт П. Кармайкл 1955 жылы бірнеше қозғалтқыш циклдерін жасады, олар сұйық сутекті отын ретінде пайдалану алдында қозғалтқышқа кіретін ауаны салқындату үшін қолданды.
Robert P. Carmichael in 1955 devised several engine cycles that used liquid hydrogen to precool the inlet air to the engine before using it as fuel.
Дизайн
Жоғары ұшу жылдамдықтары үшін алдын ала салқындату кезінде ауа компрессорға түсер алдында криогендік отынмен салқындатылған жылу алмастырғыш қолданылуы мүмкін. Жылу алмастырғышта жылу алып, буға айналғаннан кейін отын (мысалы, H2) жану камерасында жағады. Жылу алмастырғышты пайдалану арқылы алдын ала салқындату әзірге ұшуда қолданылмаған, бірақ 5,5 Махқа дейінгі жылдамдықтарда айтарлықтай жоғары тартылым күші мен тиімділікке қол жеткізеді деп күтілуде. Алдын ала салқындатылған реактивтік қозғалтқыш циклдарын Роберт П. Кармайкл 1955 жылы зерттеді. Бұл әдіс ұшақтың қалыпты ең жоғары жылдамдығын қысқа мерзімге арттыру үшін қолданылады (салқындатқыш көлемінің шектеулі болуына байланысты). "Скайбернер операциясы" атымен танылған McDonnell Douglas F 4 Phantom II ұшағымен әлемдік жылдамдық рекорды орнатылды, ал Миг-25 (Микоян Е-266) компрессорға түсетін ауаны суыту үшін су-спирт қоспасын қолданды. Алдын ала салқындату (сондай-ақ жану камерасына су шашу) ең төменгі ұшу жылдамдықтарында, яғни ұшып тұрғанда, жоғары қоршаған орта температурасында тартылым күшін арттыру үшін қолданылады.
For higher flight speeds, precooling may feature a cryogenic fuel cooled heat exchanger before the air enters the compressor. After gaining heat and vapourising in the heat exchanger, the fuel (e. g. H2) burns in the combustor. Precooling using a heat exchanger has not been used in flight, but is predicted to have significantly high thrust and efficiency at speeds up to Mach 5.5. Precooled jet engine cycles were analyzed by Robert P. Carmichael in 1955. This method has been used for short duration (due to limited coolant capacity) increases to an aircraft's normal maximum speed. "Operation Skyburner", which gained a world speed record with a McDonnell Douglas F 4 Phantom II, and the Mikoyan Ye 266 (Mig 25) both used a water/alcohol spray to cool the air ahead of the compressor. Precooling (as well as combustion chamber water injection) is used at the lowest flight speeds, i. e. during take off, to increase thrust at high ambient temperatures.
Сипаттамалары
Алдын ала салқындатудың басты артықшылығы (идеалдық газ заңымен болжанғандай) берілген жалпы қысым қатынасы үшін компрессордың шығу температурасының (T3) айтарлықтай төмендеуі болып табылады, бұл T3 шегіне жетуді жоғары Мах санына дейін ықпалдастырады. Салдарынан, теңіз деңгейі жағдайлары (түзетілген ағын) алдын ала салқындатқыштан кейін ұшу жылдамдықтарының өте кең диапазонында сақталуы мүмкін, осылайша жоғары жылдамдықтарда да жалпы итермелеу күшін максималды түрде арттырады. Компрессор және кіреберістен кейінгі өткізу құбырлары әлдеқайда төмен және тұрақты температураға ұшырайды, сондықтан олар жеңіл қорытпалардан жасалуы мүмкін. Бұл қозғалтқыштың салмағын азайтады, бұл итермелеу күші мен салмақ арақатынасын одан әрі жақсартады. Сутек қолайлы отын болып табылады, өйткені ол терең криогендік температурада сұйық күйде болады және пайдалы диапазонында судан жоғары жалпы меншікті жылу сыйымдылығына ие, оның ішінде буланудың жасырын жылуы да бар. Дегенмен, сұйық сутегінің төмен тығыздығы көліктің қалған бөліктеріне кері әсер етеді, ал көлік физикалық тұрғыдан өте үлкен болады, бірақ шассиге түсетін жүк және қанатқа түсетін жүк төмен болуы мүмкін. Сутек көптеген материалдардың құрылымдық беріктігін әлсіретеді, бұл сутекпен әсер ету деп аталады. Алдын ала салқындатқыштың салмағы қозғалтқыштың салмағына қосылады, осылайша итермелеу күші мен салмақ арақатынасын төмендетеді. Кіріс ауасын алдын ала салқындатқыш арқылы өткізу кіреберіске кедергі жасауды арттырады, осылайша қозғалтқыштың жалпы итермелеу күшін азайтады, нәтижесінде итермелеу күші мен салмақ арақатынасы төмендейді. Қажетті салқындату мөлшеріне байланысты, жоғары жылу сыйымдылығына қарамастан, ауаны салқындату үшін салқындатылған ауамен жағуға болатыннан көп сутек қажет болуы мүмкін. Кейбір жағдайларда, артық сутегінің бір бөлігін осы тиімсіздікті азайту үшін салқындатылмаған ауамен бірге рамджетте жағуға болады. LACE қозғалтқышынан айырмашылығы, алдын ала салқындатылған қозғалтқышқа оттекті сұйыту қажет емес, сондықтан салқындату мөлшері азаяды, себебі оттектің қорытылуын жабу қажеттілігі жоқ және жалпы температураның төмендеуі аз болады. Бұл өз кезегінде жылуды сіңіретін ретінде қолданылатын, бірақ жанып кетпейтін сутегінің мөлшерін азайтады. Сонымен қатар, конденсатор қажет емес, бұл салмақты үнемдеуге мүмкіндік береді.
One main advantage of pre cooling is (as predicted by the ideal gas law) for a given overall pressure ratio, there is a significant reduction in compressor delivery temperature (T3), which delays reaching the T3 limit to a higher Mach number. Consequently, sea level conditions (corrected flow) can be maintained after the pre cooler over a very wide range of flight speeds, thus maximizing net thrust even at high speeds. The compressor and ducting after the inlet is subject to much lower and more consistent temperatures, and hence may be made of light alloys. This reduces the weight of the engine, which further improves the thrust/weight ratio. Hydrogen is a suitable fuel because it is liquid at deeply cryogenic temperatures, and over its useful range has a very high total specific heat capacity, including the latent heat of vapourisation, higher than water. However, the low density of liquid hydrogen has negative effects on the rest of the vehicle, and the vehicle physically becomes very large, although the weight on the undercarriage and wing loading may remain low. Hydrogen causes structural weakening in many materials, known as hydrogen embrittlement. The weight of the precooler adds to the weight of the engine, thereby reducing its thrust to weight ratio. Passing the intake air through the precooler adds to the inlet drag, thereby reducing the engine net thrust, and so reducing the thrust to weight ratio. Depending on the amount of cooling required, despite its high thermal capacity, more hydrogen may be needed to cool the air than can be burnt with the cooled air. In some cases, part of the excess hydrogen can be burnt in a ramjet with uncooled air to reduce this inefficiency. Unlike a LACE engine, a precooled engine does not need to liquefy the oxygen, so the amount of cooling is reduced as there is no need to cover of fusion of the oxygen and a smaller total temperature drop is required. This in turn reduces the amount of hydrogen used as a heat sink, but unable to be burnt. In addition a condenser isn't required, giving a weight saving.