Сергей (22sobaki) wrote in engineering_ru,
Сергей
22sobaki
engineering_ru

Даёшь паролёты!

Пишет fan_d_or (пост 2012 года):

Наконец то Россия определилась - отечественному авианосному флоту быть!
Новость, конечно, хорошая - по крайней мере, для тех, кто заинтересован в сильной и независимой России.
Но во всей этой истории меня беспокоит один специфический аспект: хорошо зная дурь человеческую, приходится опасаться, что по горячке конструктора наломают немало дров и потратят впустую множество денег. А конкретно - напрягают планы установки на новейшие по своей задумке корабли такой архаики, как паровые катапульты!
Вот, к примеру, цитата: "У России до сих пор нет ключевых технологий полноценного авианосца, например, самолетной катапульты. Единственный эксплуатируемый тяжелый авианесущий крейсер "Адмирал Кузнецов", вошедший в состав Северного флота в январе 1991 года и считающийся авианосцем довольно условно, вместо катапульты оснащен взлетным трамплином."

(фото отсюда)

Такие высказывания и заставляют вспоминать про дурь человеческую и про инерцию мышления, тормозящую реальный прогресс.

Решившись в 70-е годы на строительство авианосцев, СССР выбрал реально перспективное направление - авианосцы трамплинные, а не катапультные. С технической точки зрения именно этот путь правилен - потому, что катапульта есть костыль для самолёта со слабеньким движком. А именно в 70-е годы авиация перешла к новому поколению самолётов с высокой энерговооружённостью - четвёртое поколение (МиГ-29 и Су-27) достигло тяговооружённости, превышающей единицу, что и позволило решить проблему бескатапультного взлёта с борта авианесущего корабля.

Однако, как водится, далеко не всем реально правильная линия развития очевидна - воякам, озабоченным своими боевыми задачами, не очень понравилось заметное снижение боевой нагрузки морских вариантов истребителей относительно сухопутных - потому тыкать в "недостаток" трамплинных авианосцев стало очень популярным: мол американцы в этой теме уж сто лет и о трамплинах не помышляют. Потому нафиг трамплины - давайте делать катапульту!
Мне представляется, что отказ на новом витке от своего самобытного пути для России обернётся очень большими потерями - потратив чрезвычайно много усилий на создание катапульты, мы загоним в тупик развитие своей палубной авиации.

Но боевую нагрузку надо увеличивать - это аксиома и с ней не поспоришь.
Так что делать то?

А вот что: на мой взгляд надо активно внедрять пар в палубную авиацию! ;-)
И это не шутка - есть реальная техническая возможность очень существенно улучшить характеристики газотурбинных двигателей - по крайней мере на момент взлёта.

Рассмотрим проблему взлёта с палубы чуть более внимательно - хотя и не количественно, но качественно.
Итак, взлёт истребителя с палубы возможен - при наличии мощных двигателей, обеспечивающих достаточное ускорение на дистанции взлёта.
Будем упрощённо считать, что наш самолёт на старте обладает тяговоружённостью, равной единичке - то есть, тяга двигателей равна массе машины. Под примерно такие динамические возможности и рассчитан трамплин, который задаёт стартующему борту вертикальную компоненту скорости - в результате чего самолёт взлетает не только и не столько опираясь на подъёмную силу крыла, сколько следует баллистической траектории, поднимающей высоко над поверхностью моря и тем дающей ему дополнительную дистанцию для набора эволютивной скорости.
Между прочим, крутой баллистический взлёт после отрыва от палубы значительно повышает безопасность - резерв времени для катапультирования в случае отказа техники у нашего пилота значительно больше, чем у американского - чей самолёт буквально ныряет под нос идущего на полном ходу корабля.

Проблема резкого снижения максимальной нагрузки заключается в том, что лишняя масса на борту уменьшает ускорение при разгоне - потому дополнительная нагрузка требует дополнительной тяги двигателя. Поскольку расчётная динамика трамплина оптимизирована под тяговооружённость порядка единицы, то мы вправе утверждать, что каждая тонна груза на борту требует одной тонны тяги двигателей.
Если мы хотим взлетать с 4...5 тоннами груза - мы должны добавить 4...5 тонн к тяге двигателей. Пусть наш истребитель весит 20 тонн и имеет исходную тягу двигателей - тоже 20 тонн. Повесив ему в перегрузку 4 тонны, мы должны форсировать двигатели до 24 тонн. А современные двигатели вылизаны до предела - и двигателисты вам эти вожделённые тонны не дадут - потому то американцы и приделывают седло на корову катапульту на палубу, давая с её помощью тот самый Волшебный Пинок.

Но что же делать то? Катапульту низзя - а взлетать надо!
Традиционная, обременённая инерцией инженерная мысль в такой ситуации бежит к ракетным ускорителям и с их помощью намеревается придать заветный ВП. Ан нет - ещё при эскизных расчётах первых отечественных авианосцев было показано, что потребное для планируемой активности авиакрыла количество ускорителей превышает возможности корабля - их попросту там негде разместить.

Но давайте вспомним классический способ форсирования газотурбинных двигателей, описанный в любом букваре, с которого начинают изучение профессии будущие двигателестроители - это же впрыск воды!
Обычно этой теме в учебниках отводится отдельная глава, а в старых учебниках 50...60-х годов, так порой и целый раздел - впрыск воды был популярным средством форсирования на первом поколении реактивной техники.
Не прибегая к излишней зауми, просто припомним, что 20...30% форсирования по тяге доступно практически на любом двигателе - надо только оборудовать его системой впрыска воды и чуть-чуть перестроить топливную автоматику, допустив увеличение расхода топлива. При этом, ресурс двигателя не снижается - поскольку при водяном форсировании температура на турбине падает, а не повышается, как при любом ином способе форсирования (включая традиционную камеру дожигания).

Пример: http://www.dissercat.com/content/razrabotka-kompleksa-metodik-opredeleniya-i-forsirovaniya-vzletnykh-kharakteristik-dvukhkont
"...при впрыске воды в количестве 3% удается повысить тягу двигателя на 27,5%. При этом степень двухконтурности и температура газа перед турбиной уменьшаются соответственно на 12,6% и 3,733%, а удельный расход топлива растет на 2,167%..."

Итак, что же мы имеем с этого "водяного гуся"?
А вот что: 30% от наших изначальных 20 тонн - это же 6 тонн!!!
То есть, мы теперь имеем право подвесить целых 6 тонн - и сохраним при этом динамику разгона!!!
Круто?!
Не то слово...

Вопрос, который возникает у каждого, кто с этой темой сталкивается впервые - но коль это всё так просто, то почему же самолёты не летают на водно-керосиновой смеси? Ответ простой - удельный расход воды в совокупности с топливом существенно превышает удельный расход только топлива: вода является рабочим телом, но не несёт в себе запаса энергии, необходимой для дальнего полёта.
Другими словами - возить воду накладно, поскольку это существенно уменьшает общую дальность. Потому, массово применяя водяной форсаж на ранних этапах развития реактивной авиации, впоследствии от этого метода отказались - двигатели выросли в параметрах и паровой костыль улучшенным движкам не понадобился. А динамика разгона по длинной полосе не требует избыточного форсирования.

Другое дело - палуба!
Тут Волшебный Пинок является важнейшим компонентом системы - и вопрос только в том, придётся ли его осуществлять внешним для самолёта устройством, или же удастся обойтись внутренними резервами самолёта.
Надо всего лишь разместить бачок на сотню литров, трубопровод и насос - именно "всего лишь", поскольку упрочнение конструкции планера, требуемое для катапультного взлёта, может оказаться даже потяжелей, чем устройства для водяного форсажа.
Потребное время работы водяного форсажа - десяток секунд, что сводит запас воды к мизеру, а вес бачка - к незначительному. Вполне возможна и газобалонная подача вместо насосной - летали ж на этом принципе ракеты, и вполне успешно. Тогда только вес баллона + трубопровод + клапан...

Итак, что же мы имеем в итоге?

1. Развитие трамплинной технологии не исчерпало пока своих границ - очень несложная  доработка двигателей палубного самолёта позволяет резко поднять грузоподъёмность при старте с трамплина.

2. Стоимость и сроки НИОКР по водяному форсированию ГТД на несколько порядков ниже НИОКР по строительству катапульты.

3. Эксплуатационная надёжность трамплина несоизмеримо выше, чем надёжность катапульты. Трамплин не теряет эффективности в северных широтах, в то время, как эксплуатация паровой катапульты при отрицательных температурах является серьёзной системной проблемой.

4. Боевая надёжность трамплина тоже несоизмеримо выше - достаточно "удачного" попадания некрупного боезаряда в палубу в зоне катапульты, что б авианосец оказался неспособным к дальнейшему выполнению боевой задачи и вынужден был следовать в док для ремонта. Трамплину всё это по фигу...

5. Боевой темп стартов для трамплина потенциально выше, чем для катапульты - ввиду отсутствия фазы перезарядки.

6. Трамплин существенно легче и не создаёт нагрузки на энергосиловую систему корабля. Потому грузоподъёмность трамплинного авианосца возрастает без увеличения водоизмещения.

7. Трамплин не требует обслуживания - в противоположность катапульте, являющейся сложной и нежной технической системой: не нужен дополнительный экипаж.

Разумеется, это только беглый взгляд на проблему - но представляется, что в высказанном суждении нет фатальных ошибок - и потому сама тема требует более детального изучения и анализа. А уж сулит она, как видно уже сейчас, очень много пользы для отечественного флота...

UPD: по ходу обсуждения возникла интересная идея, которая выходит за рамки решения проблемы размещения дополнительного запаса воды - дополнительный бак размещается на спине и представляет собой "мех". То есть, это мягкий объём, прикрытый сверху жёстким фрагментом основной обшивки. Заполненный бак торчит на горбу - но это не страшно, поскольку за звук с ним не ходить и даже просто летать быстро не придётся.
Подача воды осуществляется не насосом, а телескопическими тягами - допустим, винтовыми: электромотор с редуктором и ходовым винтом. Жёсткая крышка, являющаяся частью обшивки, давит на мех - и выжимает воду в двигатель с нужным уровнем давления. Когда мех опустошится - крышка станет в пазы и замкнёт силовой набор. Аэродинамика не пострадает, прочность тоже - вес невелик (несколько десятков кг - с тягамии мягкой оболочкой)
К слову - таим образом можно брать в перегруз и обычное топливо - то есть, сделать этот мех комбинированным (двухобъёмным). В одной части объёма - стартовый запас воды, а в другом - запас топлива на начальный этап миссии. Таким способом можно упаковать и пару тонн горючки для значительного увеличения дальности...
Tags: авиация и воздухоплавание, вооружение, пар, флот
Subscribe
promo nikonofficial 11:06, wednesday 3
Buy for 210 tokens
Юрий Иванов в настоящий момент является дайв-мастером, за его плечами более пяти тысяч часов под водой: “Красное море, Тайланд, Филиппины, Индонезия, Палау, Мальдивы — это моя география дайвинга. Подводной фотографией увлекаюсь около 10 лет, это мое серьезное хобби, но не средство…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 209 comments