Silniki lotnicze. Wykład nr 1. Historia i przegląd konstrukcji silników lotniczych. Studia podyplomowe rok ak. 2014/15

Transkrypt

1 Studia podyplomowe rok ak. 2014/15 Silniki lotnicze Wykład nr 1 Historia i przegląd konstrukcji silników lotniczych Dr inż. Robert Jakubowski e_mail: robert.jakubowski@prz.edu.pl

2 Literatura Dzierżanowski i in. Turbinowe silniki odrzutowe, WKŁ, Warszawa 1983 Mattingly J. D. Aircraft engine design, AIAA Education Series Dzierżanowski i in. Turbinowe silniki śmigłowe i śmigłowcowe, WKŁ, Warszawa 1985 Balicki W. i in. Lotnicze silniki turbinowe, konstrukcja eksploatacja diagnostyka, Biblioteka Naukowa IL, Warszawa 2010 Orkisz M.: Wybrane zagadnienia z teorii turbinowych silników odrzutowych, Instytut Technologii Eksploatacji, Radom 1995 Gieras M. Obliczenia parametrów użytkowych lotniczych silników turbinowych, Skrypt PW 2013

3 Rys historyczny rozwoju silników lotniczych

4 Pierwszy silnik do samolotu moc-12km Lot braci Wright, 17 grudnia 1903 roku, Kitti Hawk, Floryda

5 Silnik lotniczy chłodzony powietrzem W 1908 r bracia Louis i Laurent Seguin zaprojektowali i wyprodukowali silnik chłodzony powietrzem

6 Pionierski okres samolotu 1913 powstaje pierwszy samolot wielosilnikowy (4 silniki) Ruskij Witiaź (z 7 pasażerami przebył w powietrzu ok. 2 godzin) 1914 Ilia Muromiec kolejny samolot wielosilnikowy wyprodukowany w Rosji. Twórcą tych samolotów był Igor Sikorski

7 Doładowanie silnika zwiększenie zakresu mocy na wysokości Połowa lat 30-ych ubiegłego wieku początek silników doładowanych w lotnictwie Przed II WŚ pojawiły się silniki doładowane ze sprężarką dwubiegową W latach 40-ych ubiegłego wieku pojawiły się silniki ze sprężarką dwustopniową i chłodzeniem pośrednim Silniki turbodoładowane P H Obl Silnik ze sprężarką dwubiegową Silniki doładowany Silniki niedoładowany H

8 Największy tłokowy silnik lotniczy Lycoming 7755 (1944 rok) 9 rzędów po 4 cylindry chłodzone wodą Prawie 127 dm 3 pojemności skokowej KM mocy Wymiary 3m długości, 1,5m średnica Waga 2740 kg

9 Osiągi silnika tłokowego Sprawność śmigła [%] SILNIK NIEDOŁADOWANY SILNIK ZE SPRĘŻARKĄ SILNIK ZE SPRĘŻARKĄ DWUSTOPN. JEDNOST Prędkość lotu [km/h] Ograniczenie prędkości lotu ze względu na sprawność śmigła Ograniczenie wysokości lotu ze względu na konstrukcję silnika 9

10 [km/h] prędkość dźwięku silniki tłokowe silniki tłokowe doładowane silniki odrzutowe Samoloty wyczynowe Samoloty wojskowe Maksymalne prędkości samolotów w latach

11 Silnik: 9 cylindrów 300 KM moc startowa Sprężarka umożliwia utrzymanie poziomu mocy do 1800 m Samoloty: PZL 101- Wilga PZL Gawron Jak-12A AI 14 R

12 Silnik: 9 cylindrów 860 kw moc startowa Sprężarka umożliwia utrzymanie poziomu mocy do 1500 m Samoloty: An 2 M 18 PZL M-24 Super dromader DC-3 Dakota ASz 62 IR

13 Współczesne silnik tłokowe Lotniczy silnik tłokowy typu bokser Centurion silnik o zapłonie samoczynnym

14 Współczesne zastosowanie silników tłokowych Samolot Zlin 42 dwumiejscowy, prędkość maksymalna 226 km/h NAPĘD Silnik tłokowy czterosuwowy Avia M -137 AZ, Moc: 132,5 kw ze śmigłem dwułopatowym 14

15 Era silników turbinowych

16 Lata 30-e XX w. Nowa koncepcja napędu 1. Axial compressor casing 2. Intake 3. Compressor body 4. Compressor blades 5. Stator blades 7. Centrifugal compressor 8. Compressor outlet 9. Elbow 10. Combustion chambers 11. Fuel injector 13. Turbine disk 14. Turbine blades 15. Stator blades 16. Shaft 17. Divergent nozzle ring. Sir Frank WHITTLE Dr Hans Joachim PABST von OHAIN

17 Hans von OHAIN 1935 patent na silnik odrzutowy ze sprężarką odśrodkową Silnik HeS-3B o ciągu 5 kn (zastosowany w pierwszym samolocie odrzutowym He-178 pierwszy lot 27 sierpnia 1939)

18 Gloster E28/39 z silnikiem odrzutowym W1 Gloster E28/39 z silnikiem odrzutowym W1 oblot

19 Silnik odrzutowy Secondo Campini W 1931 roku Secondo Campini przedstawił do Ministerstwa Sił Powietrznych propozycję budowy napędu odrzutowego termojet do samolotu, a 27 sierpnia 1940 roku odbył się pierwszy lot prototypu Caproni Campini CC-2 N.1

20 Messerschmitt Me 262 pierwszy myśliwiec produkowany seryjnie (z dwoma silnikami odrzutowymi Jumo 004B)

21 Archipow Michajlovicz Lulka twórca pierwszego koncepcji pierwszego silnika dwuprzepływowego Patent A.M. Lulki dwuprzepływowego turbinowego silnika odrzutowego ( 1937 / 1941 )

22 Lotnictwo komunikacyjne Po I WŚ powstały pierwsze organizacje lotnicze (Niemcy, Francja, Wielka Brytania, ZSSR) W połowie lat 30 samoloty pasażerskie osiągnęły prędkość 300 km/h i zabierały pow. 50 pasaż.

23 Lotnictwo komunikacyjne Pierwszy odrzutowym samolotem pasażerskim był brytyjski De Havilland Comet Państwo Producent Typ Załoga Dane podstawowe Wielka Brytania De Havilland samolot pasażerski 2 + do 78 pasażerów Historia Data oblotu 27 lipca 1949 Lata produkcji ? Zachowane egzemplarze 125 Napęd Moc Rozpiętość Długość Wysokość Powierzchnia nośna Własna Startowa Prędkość maksymalna Dane techniczne 4 silniki turboodrzutowe Rolls-Royce Avon 524 każdy 46,8 kn Wymiary 35,00 m 33,99 m 8,99 m 197,04 m² Masa kg kg Osiągi 900 km/h

24 Pasażerskie samoloty naddźwiękowe Tu 144 Concorde

25 Obniżenie zużycia paliwa we współczesnym lotnictwie komunikacyjnym Łopaty śmigło-wentylatorów samolotu An-70 średnica 4,5 m Moc startowa 4x10300 kw Zużycie paliwa na poziomie 30 % niższym niż porównywalne samoloty o napędzie odrzutowym

26 Nowoczesne samoloty transportowe Boeing 787 i Airbus A380 Rozmieszczenie siedzeń w A380 Airbus A380 Boeing 787 Napęd: - silniki dwuprzepływowe o dużym stopniu dwuprzepływowości -niskie zużycie paliwa w odniesieniu do wytwarzanego ciagu - prędkości lotu poddźwiękowe

27 Samoloty transportowe krótkiego zasięgu Silnik poprzez turbinę wytwarza moc, która jest wykorzystana do napędu śmigła

28 F16 Fighting Falcon

29 Wykorzystanie dopalacza do chwilowego zwiększenia ciągu silnika Metoda chwilowego zwiększenia ciągu silnika w granicach 30-50% Powoduje ok. dwukrotny wzrost jednostkowego zużycia paliwa Przyrost ciągu silnika po włączeniu dopalacza jest proporcjonalny do pierwiastka ze stosunku temperatur w dopalaczu

30 Wektorowanie ciągu samolotów wysokomanewrowych Odchylenie strumienia wylotowego spalin umożliwia dodatkowe kierowanie wektorem ciągu przez co zwiększa się manewrowość samolotu Stosowane rozwiązania Dysze płaskie Dysze osiowo-symetryczne Dysze klapowe YF-22 X-31

31 Samoloty pionowego startu i lądowania Joint Strike Fighter (JSF) Harier

32 Myśliwiec niewykrywalny przez radary F-117 Nighthawk

33 Śmigłowce Śmigłowiec Paula Cornu z 1907 Mi 24 Ka-50

34 Silniki odrzutowe strumieniowe X-43A M=6.83 ( ) Silnik HYPOSED III 7,6 Ma Pojazd X-43A osiągnął z silnikiem strumieniowym prędkość 9,6 Ma

35 Silniki odrzutowe pulsacyjne

36 Silnik rakietowy - na paliwo stałe - na paliwo ciekłe

37 Napęd jonowy (plazmowy) Napęd jonowy jest cichy, czysty i bardzo wydajny. Czynnikiem roboczym jest silnie zjonizowany gaz (ksenon) Silnik cechuje się dużym ciągiem jednostkowym (prędkość wypływających jonów 35 km/s) jednak małą siłą ciągu ze względu na małą masę czynnika roboczego Jest on znacznie bardziej efektywny w przestrzeni kosmicznej od innych zespołów napędowych

38 Podział silników lotniczych ze względu na sposób wytwarzania ciągu Silniki lotnicze O działaniu bezpośrednim O działaniu pośrednim Silniki odrzutowe Silniki samolotów śmigłowych i śmigłowcowych Przepływowe silniki odrzutowe Silniki rakietowe Tłokowe Turbinowe silniki śmigłowe i śmigłowcowe Turbinowe silniki odrzutowe Pulsacyjne Strumieniowe