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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Avion à turboréacteur. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Avion à réaction - un avion propulsé par un moteur respiratoire (turboréacteur, statoréacteur, pulsejet, jet à propergol liquide, etc.) ou un moteur-fusée. Les avions à réaction constituent la base de l’aviation militaire et civile moderne.
L'aviation à turboréacteurs est née pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque la limite de perfection des avions à hélices précédents équipés de moteurs à combustion interne a été atteinte. Chaque année, la course à la vitesse devenait de plus en plus difficile, car même une légère augmentation de la vitesse nécessitait des centaines de chevaux supplémentaires de puissance moteur et entraînait automatiquement le poids de l'avion. En moyenne, une augmentation de puissance de 1 ch. conduit à une augmentation de la masse du système de propulsion (le moteur lui-même, l'hélice et les équipements auxiliaires) de 1 kg en moyenne. Des calculs simples ont montré qu'il était pratiquement impossible de créer un avion de chasse à hélices avec une vitesse de l'ordre de 1000 km/h. La puissance moteur requise de 12000 6000 chevaux ne pouvait être atteinte qu'avec un poids moteur d'environ XNUMX XNUMX kg. À l'avenir, il s'est avéré qu'une nouvelle augmentation de la vitesse entraînerait la dégénérescence des avions de combat, les transformant en véhicules capables de ne transporter qu'eux-mêmes. Il n'y avait plus de place pour les armes, l'équipement radio, l'armure et le carburant à bord. Mais même à ce prix, il était impossible d'obtenir une grande augmentation de la vitesse. Un moteur plus lourd augmentait le poids total de la voiture, ce qui obligeait à augmenter la surface de l'aile, ce qui entraînait une augmentation de leur traînée aérodynamique, pour surmonter laquelle il était nécessaire d'augmenter la puissance du moteur. Ainsi, la boucle était bouclée et la vitesse de l'ordre de 850 km/h s'est avérée être le maximum possible pour un avion à moteur à pistons. Il ne pouvait y avoir qu'un seul moyen de sortir de cette situation vicieuse - il était nécessaire de créer une conception fondamentalement nouvelle d'un moteur d'avion, ce qui a été fait lorsque les avions à turboréacteurs ont remplacé les avions à pistons. Le principe de fonctionnement d'un moteur à réaction simple peut être compris si l'on considère le fonctionnement d'une lance à incendie. L'eau sous pression est fournie par un tuyau au tuyau et en sort. La section interne de l'embout du tuyau se rétrécit vers l'extrémité, et donc le jet d'eau sortant a une vitesse plus élevée que dans un tuyau. La force de la contre-pression (réaction) dans ce cas est si grande que le pompier doit souvent exercer toute sa force pour maintenir le tuyau dans la direction requise. Le même principe peut être appliqué à un moteur d'avion. Le moteur à réaction le plus simple est un statoréacteur.
Imaginez un tuyau avec des extrémités ouvertes monté sur un avion en mouvement. La partie avant du tuyau, dans laquelle l'air pénètre en raison du mouvement de l'avion, a une section interne en expansion. En raison de la dilatation du tuyau, la vitesse de l'air qui y pénètre diminue et la pression augmente en conséquence. Supposons que dans la partie en expansion, le carburant est injecté et brûlé dans le flux d'air. Cette partie du tuyau peut être appelée chambre de combustion. Les gaz hautement chauffés se dilatent rapidement et s'échappent à travers une buse à jet rétrécie à une vitesse plusieurs fois supérieure à celle que le flux d'air avait à l'entrée. Cette augmentation de vitesse crée une force de poussée qui pousse l'avion vers l'avant. Il est facile de voir qu'un tel moteur ne peut fonctionner que s'il se déplace dans l'air à une vitesse considérable, mais il ne peut pas être mis en action lorsqu'il ne se déplace pas. Un avion équipé d'un tel moteur doit soit être lancé depuis un autre avion, soit être accéléré à l'aide d'un moteur de démarrage spécial. Cet inconvénient est surmonté dans un turboréacteur plus complexe.
L'élément le plus critique de ce moteur est la turbine à gaz (6), qui entraîne le compresseur d'air (2) assis sur le même arbre avec lui. L'air entrant dans le moteur est d'abord comprimé dans le diffuseur d'admission (1), puis dans le compresseur axial (2) et pénètre ensuite dans la chambre de combustion (3). Le carburant est généralement du kérosène, qui est pulvérisé dans la chambre de combustion à travers une buse. De la chambre, les produits de combustion, en se dilatant, parviennent d'abord aux aubes de la turbine à gaz, la faisant tourner, puis à la tuyère (7), dans laquelle ils sont accélérés à des vitesses très élevées. La turbine à gaz n'utilise qu'une petite partie de l'énergie du jet air-gaz. Le reste des gaz va créer une force de poussée réactive, qui se produit en raison de la sortie d'un jet de produits de combustion de la tuyère à grande vitesse. La poussée d'un turboréacteur peut être boostée, c'est-à-dire augmentée pendant une courte durée, de différentes manières. Par exemple, cela peut être fait en utilisant ce que l'on appelle la postcombustion (dans ce cas, du carburant est en outre injecté dans le flux de gaz derrière la turbine, qui brûle en raison de l'oxygène non utilisé dans les chambres de combustion). La postcombustion peut en outre augmenter la poussée du moteur de 25 à 30 % à bas régime et jusqu'à 70 % à haut régime en peu de temps. Les moteurs à turbine à gaz depuis 1940 ont fait une véritable révolution dans la technologie aéronautique, mais les premiers développements pour leur création sont apparus dix ans plus tôt. Frank Whittle est considéré comme le père du turboréacteur. Dès 1928, alors qu'il est étudiant à la Cranwell Aviation School, Whittle propose la première ébauche d'un moteur à réaction équipé d'une turbine à gaz. En 1930, il a reçu un brevet pour cela. L'État à cette époque ne s'intéressait pas à ses développements. Mais Whittle a reçu l'aide de certaines entreprises privées et, en 1937, selon sa conception, le britannique Thomson-Houston a construit le premier turboréacteur de l'histoire, qui a reçu la désignation "U". Ce n'est qu'après cela que le ministère de l'Air a prêté attention à l'invention de Whittle. Pour améliorer encore les moteurs de sa conception, la société Power a été créée, avec le soutien de l'État. Dans le même temps, les idées de Whittle ont fertilisé la pensée du design en Allemagne. En 1936, l'inventeur allemand Ohain, alors étudiant à l'Université de Göttingen, met au point et brevette son turboréacteur. Sa conception n'était presque pas différente de celle de Whittle. En 1938, la firme Heinkel, qui a engagé Ohain, a développé sous sa direction le turboréacteur HeS-3B, qui a été installé sur l'avion He-178. Le 27 août 1939, cet appareil effectue son premier vol réussi.
La conception du He-178 a largement anticipé la conception des futurs avions à réaction. La prise d'air était située dans le fuselage avant. L'air, se ramifiant, contournait le cockpit et pénétrait dans le moteur en un flux direct. Les gaz chauds s'écoulaient à travers une buse dans la section de queue. Les ailes de cet avion étaient encore en bois, mais le fuselage était en duralumin. Le moteur, monté derrière le cockpit, fonctionnait à l'essence et développait une poussée de 500 kg. La vitesse maximale de l'avion a atteint 700 km / h. Au début de 1941, Ohain a développé un moteur HeS-8 plus avancé avec une poussée de 600 kg. Deux de ces moteurs ont été installés sur le prochain avion He-280V. Ses tests ont commencé en avril de la même année et ont donné de bons résultats - l'avion a atteint des vitesses allant jusqu'à 925 km / h. Cependant, la production en série de ce chasseur n'a jamais commencé (un total de 8 pièces ont été fabriquées) en raison du fait que le moteur s'est toujours avéré peu fiable. Entre-temps, le britannique Thomson Houston a produit le moteur W1.X, spécialement conçu pour le premier avion à turboréacteur britannique, le Gloucester G40, qui a effectué son premier vol en mai 1941 (l'avion était alors équipé d'un moteur Whittle W.1 amélioré) . Le premier-né anglais était loin de l'allemand. Sa vitesse maximale était de 480 km/h. En 1943, le deuxième Gloucester G40 a été construit avec un moteur plus puissant, atteignant des vitesses allant jusqu'à 500 km/h. Dans sa conception, le Gloucester rappelait étonnamment le Heinkel allemand. Le G40 avait une construction entièrement métallique avec une prise d'air dans le fuselage avant. Le conduit d'admission d'air était divisé et faisait le tour du cockpit des deux côtés. La sortie de gaz s'est produite à travers une buse dans la queue du fuselage. Bien que les paramètres du G40 non seulement ne dépassaient pas ceux que les avions à hélices à grande vitesse avaient à l'époque, mais leur étaient sensiblement inférieurs, les perspectives d'utilisation des moteurs à réaction se sont avérées si prometteuses que la British Air Le ministère a décidé de lancer la production en série de chasseurs intercepteurs à turboréacteurs. La société "Gloucester" a reçu une commande pour développer un tel avion. Au cours des années suivantes, plusieurs entreprises anglaises ont immédiatement commencé à produire diverses modifications du turboréacteur Whittle. Sur la base du moteur W.1, Rover a développé les moteurs W2B/23 et W2B/26. Ensuite, ces moteurs ont été achetés par Rolls-Royce, qui, sur la base d'eux, a créé ses propres modèles - Welland et Derwent. Le premier avion à turboréacteur de série de l'histoire n'était cependant pas le Gloucester anglais, mais le Messerschmitt Me-262 allemand. Au total, environ 1300 de ces avions de diverses modifications ont été fabriqués, équipés du moteur Junkers Yumo-004B. Le premier avion de cette série a été testé en 1942. Il avait deux moteurs avec une poussée de 900 kg et une vitesse de pointe de 845 km/h.
L'avion de production anglais "Gloucester G41 Meteor" est apparu en 1943. Équipé de deux moteurs Dervent d'une poussée de 900 kg chacun, le Meteor développait une vitesse allant jusqu'à 760 km / h et avait une altitude de vol allant jusqu'à 9000 1600 m. Plus tard, des Dervents plus puissants d'une poussée d'environ 935 41 kg ont été installés. sur l'avion, qui augmentent la vitesse à 40 km/h. Cet avion s'est avéré excellent, de sorte que la production de diverses modifications du GXNUMX s'est poursuivie jusqu'à la fin des années XNUMX. Les États-Unis dans le développement de l'aviation à réaction étaient d'abord loin derrière les pays européens. Jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, il n'y a eu aucune tentative de créer un avion à réaction. Ce n'est qu'en 1941, lorsque des échantillons et des dessins de moteurs Whittle ont été reçus d'Angleterre, que ces travaux ont commencé à battre leur plein. General Electric, basé sur le modèle de Whittle, a développé le turboréacteur IA, qui a été installé sur le premier avion à réaction américain, le P-59A Ercomet. Le premier-né américain a pris son envol pour la première fois en octobre 1942. Il avait deux moteurs, qui étaient placés sous les ailes près du fuselage. C'était encore une conception imparfaite. Selon les pilotes américains qui ont testé l'appareil, le P-59 était bon à piloter, mais ses performances de vol restaient sans importance. Le moteur s'est avéré trop peu puissant, il ressemblait donc plus à un planeur qu'à un véritable avion de combat. Au total, 33 de ces machines ont été construites. Leur vitesse maximale était de 660 km / h et l'altitude de vol atteignait 14000 XNUMX m. Le premier chasseur à turboréacteur en série aux États-Unis était le Lockheed F-80 Shooting Star avec un moteur General Electric I-40 (modification IA). Jusqu'à la fin des années 40, environ 2500 de ces chasseurs de différents modèles ont été produits. Leur vitesse moyenne était d'environ 900 km/h. Cependant, le 80 juin 19, l'une des modifications de cet avion XF-1947B atteint une vitesse de 1000 km/h pour la première fois de l'histoire.
À la fin de la guerre, les avions à réaction étaient encore inférieurs à bien des égards aux modèles éprouvés d'avions à hélices et présentaient bon nombre de leurs propres lacunes. En général, lors de la construction du premier avion à turboréacteur, les concepteurs de tous les pays ont rencontré des difficultés importantes. De temps en temps, les chambres de combustion brûlaient, les aubes des turbines et des compresseurs se brisaient et, séparées du rotor, se transformaient en obus qui écrasaient le carter du moteur, le fuselage et l'aile. Mais, malgré cela, les avions à réaction avaient un énorme avantage sur ceux à hélices - l'augmentation de la vitesse avec une augmentation de la puissance d'un turboréacteur et son poids était beaucoup plus rapide que celui d'un piston. Cela a décidé du sort futur de l'aviation à grande vitesse - elle devient partout à réaction. L'augmentation de la vitesse a rapidement entraîné un changement complet de l'apparence de l'avion. À des vitesses transsoniques, l'ancienne forme et le profil de l'aile se sont avérés incapables de transporter l'avion - il a commencé à «picorer» avec son nez et est entré dans une plongée incontrôlable. Les résultats des tests aérodynamiques et l'analyse des accidents de vol ont progressivement conduit les concepteurs à un nouveau type d'aile - une aile fine et balayée. Pour la première fois, cette forme d'ailes est apparue sur des chasseurs soviétiques. Malgré le fait que l'URSS a commencé à créer des avions à turboréacteurs plus tard que les États occidentaux, les concepteurs soviétiques ont très rapidement réussi à créer des véhicules de combat de grande classe. Le premier chasseur à réaction soviétique mis en production fut le Yak-15. Il est apparu à la fin de 1945 et était un Yak-3 converti (un chasseur célèbre avec un moteur à piston pendant la guerre), sur lequel un turboréacteur RD-10 a été installé - une copie du Yumo-004B allemand capturé avec une poussée de 900 kg. Il a développé une vitesse d'environ 830 km / h.
En 1946, le MiG-9 est entré en service dans l'armée soviétique, équipé de deux turboréacteurs Yumo-004B (désignation officielle RD-20), et en 1947, le MiG-15 est apparu - le tout premier avion à réaction de combat à voilure en flèche équipé de un moteur RD-45 (comme le moteur Rolls-Royce "Nin", acheté sous licence et modernisé par des concepteurs d'avions soviétiques) d'une poussée de 2200 kg a été désigné. Le MiG-15 était remarquablement différent de ses prédécesseurs et surprenait les pilotes de combat avec des ailes inhabituelles inclinées vers l'arrière, une énorme quille surmontée du même stabilisateur balayé et un fuselage en forme de cigare. L'avion avait également d'autres nouveautés : un siège éjectable et une direction assistée hydraulique. Il était armé d'un canon à tir rapide et de deux mitrailleuses (dans les modifications ultérieures, trois canons). Avec une vitesse de 1100 km/h et un plafond de 15000 m, ce chasseur est resté pendant plusieurs années le meilleur avion de combat au monde et a suscité un grand intérêt. (Plus tard, la conception du MiG-15 a eu un impact significatif sur la conception des chasseurs dans les pays occidentaux.)
En peu de temps, le MiG-15 est devenu le chasseur le plus répandu en URSS et a également été adopté par les armées de ses alliés. Cet avion a fait ses preuves pendant la guerre de Corée. À bien des égards, il était supérieur aux Sabres américains. Avec l'avènement du MiG-15, l'enfance de l'aviation à turboréacteurs s'est terminée et une nouvelle étape de son histoire a commencé. À ce moment-là, les avions à réaction avaient maîtrisé toutes les vitesses subsoniques et se sont approchés du mur du son. Auteur : Ryzhov K.V.
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