Как устроена телеметрическая система для турбореактивных двигателей

Как работает турбореактивный двигатель

Приветствую, ХАБРчане. Пришла мне в голову идея создать турбореактивный мотоцикл. И, естественно, пришлось собирать техническую информацию и во всём разбираться. Но простого объяснения принципа работы такого двигателя я не нашёл. Везде рассказывается сложным техническим языком, зачастую понятным только инженеру. И я решил попробовать рассказать по-простому так, чтобы понял и инженер, и ребёнок.

Физический принцип

Чтобы объяснить, на каком принципе работает турбореактивный двигатель, рассмотрим следующий пример.

Давайте представим, что мы взяли обычный домашний вентилятор. Включив его в розетку, мы увидим, что электрический двигатель будет раскручивать крыльчатку вентилятора и она начнёт создавать тот самый поток воздуха, который мы так любим в сильную жару. А теперь давайте поставим второй вентилятор напротив первого.

Тогда поток ветра с первого вентилятора будет вращать крыльчатку второго (не подключённого к сети) вентилятора, и если на второй вентилятор вместо двигателя мы установим электрогенератор, то он, разумеется, будет вырабатывать электричество. Получится как бы ветряной генератор. И тут сама собой напрашивается идея соединить эти два вентилятора проводами, то есть запитать первый вентилятор от генератора. Получится так называемая замкнутая система. Генератор вырабатывает электричество для двигателя, а двигатель вырабатывает ветер для генератора.

Получается, как бы вечный двигатель. Но сразу спешу огорчить, что вечного двигателя на самом деле не получится, так как и у крыльчаток, и у двигателя, и у генератора есть какой‑то свой коэффициент полезного действия (КПД). И, к сожалению, он почти всегда меньше единицы, ибо в этой замкнутой системе много потерь. В итоге эта связь двух вентиляторов будет иметь затухающий характер. Но люди придумали следующее: они расположили между этими двумя вентиляторами огонь.

Поскольку при сжигании керосина происходит расширение газов примерно в 27 раз, к тому же эти выхлопные газы будут изрядно разогреты, а значит дополнительно увеличены в объёме, то на второй вентилятор будет приходить намного больше энергии, чем тратит первый вентилятор.

И в таком случае мы действительно можем соединить оба вентилятора проводом, и эта система будет работать. Тогда наш генератор (вентилятор № 2) будет вырабатывать электричество с избытком, даже больше, чем потребуется для вращения первого вентилятора. И тут возникает вопрос: а зачем нам вообще нужен генератор, двигатель, провода, когда можно просто взять две крыльчатки и просто закрепить их на один общий вал, тем самым избавиться от преобразования в электричество и исключить тяжёлые дорогие агрегаты? В такой схеме механизм упрощён до максимума, а его эффективность будет даже выше, так как исключены лишние преобразования энергии в электричество и обратно.

Вот на таком простом принципе и работают все турбореактивные двигатели.

Первый вентилятор (нагнетающий воздух) называется турбокомпрессором и порой состоит из десятка последовательно расположенных крыльчаток для создания необходимого давления. А второй вентилятор называется силовой турбиной. Силовой, потому что она и вращает этот самый турбокомпрессор. В итоге эта система вращающихся крыльчаток раскручивается до огромных скоростей: 100 и даже 200 тысяч оборотов в минуту в зависимости от размеров турбины. В результате этого выходящие потоки воздуха и выхлопных газов двигаются с такой скоростью, что формируют реактивную струю такой силы, что этого достаточно, чтобы толкать самолёт.

Применение

Применение этой турбинной системы не ограничивается одними только самолётами. С вала турбины можно отбирать механическую энергию (турбовальная схема) и вращать генератор, который будет питать целый город. Поэтому такая технология ГТУ (газотурбинная установка) широко используется на электростанциях, а также различных перекачивающих нагнетающих компрессорах и даже на некоторых танках.

Из плюсов подобных силовых установок можно отметить большую мощность при малых размерах и весе, поэтому подобные реактивные двигатели так полюбились в авиации. Но есть у них и минусы: большой расход топлива (относительно ДВС) и огромная стоимость. Так что вряд ли вы когда-то увидите реактивный трактор или автобус.

Заключение

На мой взгляд, турбореактивный двигатель (ТРД) лучше всего подойдёт для создания будущего реактивного мотоцикла. И, кстати, работа по конструированию такого двигателя уже началась. Как и в предыдущих моих проектах, мне интересно поделиться процессом создания этого реактивного ЧУДОвища. Поэтому, будет сделана серия коротких видео, где я всё подробно рассказываю, показываю и объясняю с применением самодельных объясняющих анимаций.

Первый выпуск, в котором описывается принцип работы реактивного двигателя, можно посмотреть здесь:

Автор: Лёха Романтик

Антенная система для приёма телеметрической информации с подвижного объекта

Представлена система приёма телеметрической информации по радиоканалу с подвижного объекта. Система работает в нелицензированном международном диапазоне частот ISN на частоте 869 МГц.

Ключевые слова

Для цитирования:

Востров Д.О., Балыкин К.С., Горев А.В. Антенная система для приёма телеметрической информации с подвижного объекта. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2015;(2):33-36. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2015-2-33-36

For citation:

Vostrov D.O., Balykin K.S., Gorev A.V. Antenna system for the reception of telemetry data with mobile unit. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2015;(2):33-36. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2015-2-33-36

Введение

В рамках технического проекта «Модерниза­ция оборудования вертолёта Ми-8 в интересах натурных испытаний головки самонаведения крылатых ракет» для обеспечения испытаний выпускаемых в АО «ОКБ «Новатор» крыла­тых ракет разработана новая антенная система для приёма телеметрической информации по радиоканалу во время испытательных и бое­вых пусков.

Обсуждение

Упрощённо структурную схему телеметриче­ской системы можно представить в виде че­тырёх блоков (рис. 1): блоки сбора и передачи данных расположены на объекте телеметрии, а блоки приёма и обработки данных — у полу­чателя.

Рис. 1. Структурная схема телеметрической системы

На основе анализа существующих схемо­технических решений [1-3] была спроектиро­вана структурная электрическая схема устрой­ства приёма телеметрической информации с подвижного объекта (рис. 2).

Рис. 2. Структурная электрическая схема устройства приёма телеметрической информации с подвижного объекта

Система телеметрической информа­ции предыдущей модели ПУ-800 (приёмное устройство телеметрической информации с крылатой ракеты) выполнена с антенной ви­браторного типа. Полуволновый вибратор из­готовлен в форме полого металлического ци­линдра с внешним диаметром D = 22 мм и внутренним проводником d = 6 мм. Тем самым обеспечивается согласование в широкой поло­се частот. Размер антенны определяется рабо­чей частотой и равен λ/2 = 160 мм.

Система телеметрической информации новой модели ПУ-800-2М (приёмное устрой­ство двухканальное модернизированное) вы­полнена с антенной полоскового типа [4-7], настроенной на частоту 869 МГц.

Масса и габариты приёмного устройства системы меньше благодаря новой, плоской конструкции антенны взамен старой, объём­ной. Конструкция антенны обладает двумя взаимно ортогональными поляризациями — вертикальной и горизонтальной, что даёт воз­можность осуществлять двухканальный при­ём. Сигналы с каждого из каналов проходят по разным, но идентичным по конструкции, схемам приёма телеметрической информации с подвижного объекта. Опрос обоих каналов производится параллельно; ведётся запись по­лучаемых данных на ПЭВМ для дальнейшей их обработки специализированным программ­ным обеспечением.

Антенна полоскового типа (рис. 3) пред­ставляет собой тонкую плоскую проводящую пластину той или иной формы, размещенную на диэлектрическом слое — подложке, огра­ниченной снизу проводящей экранной пло­скостью больших, чем у пластины, размеров. Подложка для антенны выполнена из флана толщиной 3 мм, ε = 3,8. Коэффициент стоячей волны (КСВ) антенны — не более 1,1 на рабочей частоте и не более 2 в полосе частот ± 3 МГц.

Рис. 3. Антенна полоскового типа для приема телеметрической информации с подвижного объекта

Для расчёта характеристик антенны ис­пользуем резонаторный метод, который имеет в случае дисковой антенны очевидные преиму­щества вследствие простоты интегрирования поверхностных магнитных токов по круговой поверхности при записи функции Грина в ци­линдрической системе координат.

Составляющая поля по основной поля­ризации будет иметь вид:

где E_ОП — напряженность электрического поля основной поляризации;

θ — угол поворота в сферической системе координат;

φ — фаза поля в сферической системе ко­ординат;

J₁(x) , J’ ₁(x) — функция Бесселя первого по­рядка и её производная;

а — величина вектора в сферической систе­ме координат;

k₀ — начальное волновое число (коэффици­ент фазы).

G M (θ), F M (θ) — функции, учитывающие структуру подложки (в нашем случае — вы­полненной из флана);

E_maxОП — максимальная напряженность элек­трического поля основной поляризации.

Кроссполяризационную составляющую поля в нашем случае не рассматриваем как не­значительную.

Моделирование и расчёт антенны полоскового типа произведены в специализирован­ном программном обеспечении FEKO. Данные диаграммы направленности (ДН, рис. 4) позво­ляют судить о реальном распределении энер­гии в дальней зоне, принимаемой антенной в плоскостях E и H, что с высокой точностью моделирует реальную радиолинию.

Рис. 4. Диаграммы направленности приемной антенны: рассчитанная в FEKO (пунктирная линия) и полученная в безэховой камере (сплошная линия)

После сборки и настройки приёмной ан­тенны в безэховой камере была снята реальная ДН. Сравнение двух ДН показало, что ширина ДН по уровню половинной мощности, рассчи­танная в FEKO, составляет 95°, а полученная в безэховой камере — 90°. Это различие связано с упрощённостью математической модели, за­данной в FEKO.

Сравнительные характеристики систем приемопередачи телеметрической информации