Термин в Энциклопедическом Фонде

Двигатель турбореактивный в авиамоделизме

Двигатель турбореактивный (ТРД, англоязычный термин - turbojet engine) или газотурбинный привод основан на работе расширения газа. Первую идею такого двигателя, в середине тридцатых годов, предложил один английский инженер. До сих пор все ТРД работают по этому принципу.

ТРД состоит из пяти основных частей: входного устройства, компрессора, камеры сгорания, газовой турбины и выходного устройства (выходного сопла). 

При полете самолета на двигатель набегает воздушный поток. Во входном устройстве этот поток тормозится и скоростной напор преобразуется в давление. 
Из входного устройства воздух поступает в компрессор, где осуществляется дальнейшее повышение давления. 
Далее поджатый воздух направляется в камеру сгорания, где нагревается при сжигании топлива. Процесс подвода тепла в камеру, в отличии от поршневых двигателей, происходит при почти постоянном давлении. 
Из камеры сгорания поджатый и подогретый газовый поток направляется в турбину. Расширяясь в турбине, газы совершают работу, которую передают компрессору и вспомогательным агрегатам, обслуживающим двигатель и самолет. При выходе из турбины давление газа значительно превышает атмосферное. Дальнейшее расширение газов до атмосферного давления происходит в выходном сопле. В результате скорость истечения газов из сопла получается намного больше, чем скорость полета. Разность количества движения секундных масс, вытекающих из ТРД газов и входящего воздуха равна силе тяги двигателя. 
Турбореактивные двигатели получили широкое применение в летательных аппаратах развивающих большие дозвуковые и сверхзвуковые скорости полета, где они наиболее эффективны.

Важной и неотъемлемой частью турбины, от которой зависят её мощность и надёжность, является компрессор. Существует   А. Аксиальный или линейный 
  Б. Радиальный или центробежный 
  В. Диагональный 

Конструкция авиамодельного ТРБ и его схема работы мало чем отличаются от конструкции и работы полноразмерного ТРД. Главное отличие, конечно, это его размер, ну и доступность (Исходя из того, что это ведь модель с реактивным двигателем, а, например, не с ДВС!!! ). Хотя, реактивный моделизм удовольствие недешевое. Средняя цена модели реактивного самолёта варьирует от 400 до 600 т. руб., и выше...

Развитие ТРД в авиамоделизме
Рождению модельных турбореактивных авиадвигателей, как, впрочем, и полноразмерных, мы обязаны германским инженерам. Отцом микротурбин принято считать Курта Шреклинга, создавшего простой, технологичный и дешевый в производстве двигатель еще лет двадцать назад. Этот двигатель в деталях повторял первый немецкий турбореактивный двигатель HeS 3, созданный Пабстом фон Охайном в 1939 г. Одноконтурный центробежный компрессор, посаженный на один вал с одноконтурной же турбиной. Конструкция была сколь простой, столь и выдающейся. Шреклинг выбрал центробежный компрессор из-за простоты реализации и меньших требований по допускам - он обеспечивал вполне достаточное увеличение давления в 2,4-2,7 раза.
Крыльчатку компрессора Шреклинг делал из дерева (!), усиленного углеволокном. Самодельное колесо турбины было изготовлено из 2,5-миллиметровой жести. Настоящим инженерным откровением была камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длиной примерно в 1 м подавалось топливо. При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм двигатель весил 700 г и выдавал тягу в 30 Н! Это до сих пор самый тихий ТРД в мире, потому как скорость покидания газа в сопле двигателя составляла всего 200 м/с. Во все это верится с трудом - один человек в одиночку проделал путь, который на полстолетия раньше не могли осилить государства. Тем не менее двигатель Шреклинга был создан, на нем летали модели самолетов, и по лицензии производство наборов для самостоятельной сборки наладили несколько стран. Самым известным стал FD-3 австрийской фирмы Schneider-Sanchez.
Первыми полностью собранными серийными авиамодельными турбинами были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision. 
Вторую революцию в мини-турбиностроении произвела немецкая компания JetCat. 
JetCat добавила к уже стандартной турбине Шреклинга электрический стартер, датчик температуры, оптический датчик оборотов, насос-регулятор и электронные "мозги", которые заставили все это вместе работать. После подачи команды на запуск первым включается электрический стартер, который и раскручивает турбину до 5000 оборотов. Далее через шесть форсунок (тоненькие стальные трубочки диаметром 0,7 мм) в камеру сгорания начинает поступать газовая смесь (35% пропана и 65% бутана), которая поджигается обычной авиамодельной калильной свечой. После появления устойчивого фронта горения в форсунки одновременно с газом начинает подаваться керосин. По достижении 45 000-55 000 оборотов в минуту двигатель переходит только на керосин. Затем опускается на малые (холостые) обороты (33 000-35 000). На пульте загорается зеленая лампочка - это означает, что бортовая электроника передала управление турбиной на пульт радиоуправления.
Последний писк микротурбинной моды - замена авиамодельной калильной свечи на специальное устройство, распыляющее керосин, который, в свою очередь, воспламеняет раскаленная спираль. Подобная схема позволяет и вовсе отказаться от газа при старте. У такого двигателя два недостатка: увеличение цены и потребления электроэнергии. Для сравнения: керосиновый старт потребляет 700-800 мАч аккумулятора, а газовый - 300-400 мАч. А на борту самолета, как правило, стоит литий-полимерный аккумулятор емкостью в 4300 мАч. Если использовать газовый старт, то перезаряжать его в течение дня полетов не потребуется. А вот в "керосиновом" случае придется.

Несколько слов о реактивных моделях
Реактивные самолеты стоят особняком в мире авиамоделизма, федерация реактивной авиации даже не входит в FAI. На это есть множество причин: возраст пилотов, как правило они моложе, дороговизна таких моделей, реактивные самолёты,это как правило очень сложные устройства, как в создании,так и в обслуживании, размер моделй и тд. Средний размер турбинного самолётав длину - 2-2,5 м. Турбореактивные двигатели позволяют развивать скорость от 40 до 350 км/ч. Можно и быстрее, но тогда непонятно, как управлять. Обычная скорость пилотирования составляет 200-250 км/ч. Взлет осуществляется на скорости 70-80 км/ч, посадка - 60-70 км/ч.
Такие скорости диктуют совершенно особые требования по прочности - большинство элементов конструкции в 3-4 раза прочнее, чем в поршневой авиации. Ведь нагрузка растет пропорционально квадрату скорости. В реактивной авиации разрушение неправильно рассчитанной модели прямо в воздухе - вполне обычное явление. Огромные нагрузки диктуют и специфические требования к рулевым машинкам: начиная от силы в 12-15 кгс до 25 кгс на щитках и закрылках
Механизация самолета - отдельный разговор. Без механизации крыла скорость при посадке может составить 120-150 км/ч, что почти наверняка грозит потерей самолета. Поэтому реактивные самолеты оборудуют как минимум закрылками. Как правило, есть воздушный тормоз. На наиболее сложных моделях устанавливают и предкрылки, которые работают как при взлете-посадке, так и в полете. Шасси - разумеется, убирающееся - снабжается дисковыми или барабанными тормозами. Иногда на самолеты ставят тормозные парашюты.
Все это требует множества сервомашинок, которые потребляют массу электроэнергии. Сбой в питании почти наверняка приводит к катастрофе модели. Поэтому вся электропроводка на борту дублируется, дублируются и источники питания: их, как правило, два по 3-4 А. Плюс - отдельный аккумулятор для запуска двигателей.

Используемые источники
1. popularmechanics.ru.
2. ru.wikipedia.org/wiki/ПВРД.
3. jmk-project.narod.ru/b/Model_engine73/101.htm.
4. engine.h10.ru/types/trd.shtml.
5. rcdesign.ru.
Энциклопедический Фонд