Кластерный мотор поднимет самолёт силой воздуха
Вариантов вертикального взлёта автомобилей (простые вертолёты – не в счёт) – довольно много. Это и поворотные роторы, и управляемый вектор тяги реактивного движка, и другое, и другое.
Но японцы ухитрились придумать новый тип таковой силовой установки.
Японское космическое агентство JAXA разрабатывает уникальную концепцию лёгких пилотируемых аппаратов посадки и вертикального взлёта, так называемых VTOL.
Необходимо выделить, что до тех пор пока это не проект конкретного летательного аппарата, а неспециализированная мысль, проработанная, но, во многих подробностях. И касается она двигателей для таких автомобилей.
Именуется изобретение — «Кластерный вентиляторный двигатель» (cluster fan engine). В случае если взглянуть на рисунок, видно, что это целая гроздь движков, причём разнокалиберных.
Из-за чего так, и где они все должны размешаться?
Те движки, каковые больше, японцы назвали core engine, что возможно перевести как «главные двигатели». Их возможно пара штук. На данном рисунке продемонстрировано три.
Россыпь маленьких движков названа, фактически, кластером, а любой из них – это cluster fan – «кластерный вентилятор».
Упрощённая схема кластерного двигателя (иллюстрация JAXA).
Чтобы выяснить, для чего такие сложности, нужно отыскать в памяти про турбовентиляторные реактивные двигатели. В них имеется пара главных узлов.
Многоступенчатый компрессор (в виде последовательности колёс с лопатками), что сжимает воздушное пространство, камера сгорания, куда подаётся горючее, турбина, в которой тёплые газы увеличиваются, раскручивая компрессор, сопло, из которого бьёт реактивная струя, и вентилятор.
А данный зверь, по сути, громадный многолопастный «винт», что вращается как и колёса компрессора за счёт работы турбины, и что прогоняет огромную массу воздуха мимо главного тракта движка – прямо назад.
Двухконтурные реактивные движки, в которых внешний контур даёт значительно солидную часть неспециализированной тяги – и имеется турбовентиляторные. Они отличаются хорошей экономичностью и относительно низким уровнем шума.
Но вот беда – такие движки, в большинстве случаев, весьма большие. А вдруг нам необходимо ещё их и поворачивать на 90 градусов (в случае если мы желаем сделать самолёт-VTOL) – это делается проблемой.
Разрез турбовентиляторного двигателя. 1 – вентилятор, прогоняющий воздушное пространство по внешнему контуру; внутренний контур (где сжигается горючее): 2 – компрессор; 3 – камера сгорания; 4 – турбина (иллюстрация JAXA).
Так вот, инженеры JAXA решили расчленить турбовентиляторный двигатель на две части: несложной одноконтурный вентилятор и турбореактивный движок, дающий тягу за счёт выбрасывания громадной массы воздуха.
А дабы разместить их на самолёте возможно было каким угодно причудливым образом, придумали следующее. В том месте, в одноконтурного движка (того самого core engine), где свежий воздушное пространство достигает громаднейшего давления, другими словами – перед камерой сгорания, сделали ответвление: маленькую трубку, через которую сжатый воздушное пространство направили в раздельно стоящий cluster fan.
Любой таковой агрегат является вентилятором в корпусе и мелкую турбину.
Сжатый воздушное пространство раскручивает турбину до громадных оборотов. Она, через понижающую передачу, вращает вентилятор, что гонит через корпус воздушное пространство из воздуха, создавая тягу.
В случае если быть правильными, так смотрелся первый вариант кластерного вентилятора. Во втором варианте инженеры сумели обойтись без шестерёнок.
Легко лопатки турбины большого давления расположили снаружи вращающегося «бочонка», скрывающего в себе вентилятор. И никаких передач не пригодилось.
Два варианта кластерного вентилятора.
На врезке: с отдельной пневмотрубной, раскручивающей вентилятор через шестерни (зелёная стрелка – подача воздуха от главных движков). На главной картине: более поздний и более несложный вариант, с пневмотурбиной, расположенной снаружи корпуса вентилятора.
Стрелки говорят о том, что сжатый воздушное пространство будет проходить по каналам сложной формы, для самоё полного применения энергии в турбине. В – фактически, вентилятор (иллюстрация JAXA).
Наличие пневматической связи между несколькими главными движками и несколькими кластерными вентиляторами свидетельствует не просто свободу компоновки летательного аппарата.
Авторы проекта предлагают сделать главные движки тяговыми, маршевыми, а оси бессчётных cluster fan расположить вертикально – они должны снабжать машине вертикальные подъём и посадку.
Разумеется, пока трудятся кластерные вентиляторы, большая утрата воздуха недалеко от камер сгорания главных двигателей не разрешит им развивать громадную тягу. Но она сейчас и не нужна.
А вот по мере разгона автомобили, в то время, когда её вес возьмут на себя крылья, кластер из вентиляторов отключится от пневматических магистралей, остановится а также возможно скрыт поворачивающимися створками, для понижения сопротивления воздуху.
Сейчас главные двигатели смогут всецело применять «приготовленный» ими же сжатый воздушное пространство для сжигания горючего, другими словами – для большой тяги.
Как бонус кластерной совокупности японцы разглядывают безопасность. В то время, когда машину поднимает в атмосферу пара десятков маленьких вентиляторов, остановка нескольких штук, скажем, из-за нарушения герметичности части пневматических линий, не повлияет на полёт автомобили.
То же и с главными движками. В случае если их будет штук шесть либо, например, двенадцать – поломка двух-трёх не приведёт к падению автомобили.
К тому же, мелкие и весьма простые одноконтурные движки не только надёжны. Их легко ремонтировать – снимать с самолёта и ставить обратно.
Подобно легко выполняется ремонт любого из кластерных вентиляторов.
«Кластерный» самолёт сможет летать и как в большинстве случаев, с посадкой на полосу аэропорта и простым взлётом (иллюстрация JAXA).
JAXA набросало эскиз для того чтобы четырёхместного самолёта. Как видно из рисунка, самолёт выполнен по схеме утка.
Его габариты 8,5 (протяженность) ? 7,1 (размах крыла) ? 3,1 (высота) метра. Полная взлётная масса – 2,5 тонны.
Главные движки, стоящие в хвосте автомобили, сгруппированы в два блока по 7 штук. Кластерные подъёмные вентиляторы, расположенные внизу фюзеляжа, выполнены в виде двух блоков по 21 вентилятору в каждом.
Расчётная большая скорость этого аппарата – 557 км/ч, дальность полёта – 1150 километров, потолок – 7,62 километра.
"Наверное," тут должна быть предусмотрена разветвлённая пневмосистема, с дублирующими предохранительными клапанами и линиями. Она разрешит вентиляторам подъёма раскручиваться кроме того при остановке некоторых главных движков.
Только бы оставшиеся давали какое-то давление в пневмосистему.
Ну, а на конечный случай остаётся посадка и планирование по-самолётному, с пробегом по полосе.
О вероятной постройке действующего примера самолёта вертикального взлёта с кластерными двигателями – японцы ничего не информируют. Да и о рациональности таковой схемы возможно ещё поспорить. Но, по крайней мере, смотреться такая машина в небе обязана очень экзотично.
А это уже хорошо.
