В частности, я ищу, какие области науки должны быть развиты, чтобы процесс производства реактивных двигателей стал обычным явлением для крупных производственных фирм.
Для контекста мой мир относительно низкотехнологичен с разбросанными точками индустриализации («высокие технологии»). Какой вид индустриализации целиком определяется тем, какие уровни необходимы для производства реактивных двигателей (ТРДД, ТРД, ДВС и т. д.).
Знание этой маленькой детали очень поможет мне в моем процессе построения мира.
История паровой турбины насчитывает 2000 лет, если считать Эолипила Герона.
https://en.wikipedia.org/wiki/Эолипиле
Что нужно для газотурбинных двигателей в современном понимании?
Металлургия: чтобы сделать двигатели более мощными, компоненты должны выдерживать высокие температуры и нагрузки.
Шестерни: турбинные двигатели хотят вращаться очень быстро, слишком быстро, чтобы напрямую подключаться к пропеллеру.
Машиностроение: компоненты турбин и шестерни требуют высокой точности изготовления.
Топливо: для турбины с воздушным дыханием вам понадобится жидкое топливо, такое как керосин.
Так на каком уровне человеческой истории это было возможно? Современная паровая турбина была запатентована в 1894 году. В 1937 году у немцев и англичан появились газотурбинные двигатели для самолетов с воздушным дыханием.
Если вы ищете очень простой, но полезный (поэтому не Aeolipile) реактивный двигатель, обратите внимание на бесклапанные импульсные двигатели . Они довольно шумные, имеют короткий срок службы и довольно неэффективны (около 700 с против 3000 с для хорошего турбовентилятора), но их очень легко сделать - вы можете сделать один в гараже ( или на этом сайте ), как условия, если у вас есть стальные листы Бессемера. и сварка, может быть, вы можете сделать это, просто выковав кованое железо вручную (никто не пробовал это, но я думаю, что это может сработать).
Они могут работать на чем угодно, что работает (даже угольная пыль была опробована ). Распространенное заблуждение о импульсных двигателях состоит в том, что они не работают в состоянии покоя - они работают, но взлет только на импульсных двигателях был бы очень неэффективным.
Для получения дополнительной информации я настоятельно рекомендую «Руководство для энтузиастов по импульсным реактивным двигателям» Симпсона Брюса.
Глядя на реактивные двигатели, на самом деле нужно было сделать множество изобретений, чтобы преодолеть:
Винтовые двигатели были хорошо известны в период до Первой мировой войны, но их ограничения были хорошо известны с точки зрения мощности и, следовательно, высоты и скорости. По иронии судьбы, до и в начале Второй мировой войны вышеуказанные проблемы были решены как немецкими, так и союзными исследователями, так что первые стабильно работающие реактивные двигатели смогли быть запущены в производство незадолго до окончания войны.
Однако эти ранние модели во время войны все еще экспериментировали с турбовентиляторными двигателями, с новыми формами жидкого топлива и новыми металлургическими технологиями. Безопасность была серьезной проблемой, поскольку отказы реактивных двигателей были довольно частым явлением. Также в это время у них был очень ограниченный диапазон.
Потребуются десятилетия, чтобы доработать все вышеперечисленное, чтобы вселить уверенность не только в военных, но и в коммерческих операторов, чтобы разрешить массовое производство.
Имейте в виду, что двигатель — это только часть уравнения, необходимого для полета. Например, во время Корейской войны было обнаружено, что американские самолеты часто сбивали из-за того, что у них не было стреловидных крыльев, в отличие от их собратьев из МИГов (по случайным причинам). Топливо и дальность полета также были серьезной проблемой, пока не были изобретены более эффективные ТРДД и не были усовершенствованы исследования в области аэродинамики. Напряжение металла и усталость от многократных полетов (даже такие вещи, как опасное открытие, касающееся квадратных окон) изменили форму самолета и даже техническое обслуживание - вот почему вы видите сейчас много двигателей, установленных под крылом, поскольку вы можете получить к ним доступ для обслуживания. их, тогда как трехдвигательные и задние стручки было сложнее обслуживать, потому что они были выше.
Дизайн коммерческих самолетов завораживает — они развиваются через тысячи небольших улучшений с течением времени, чтобы сформировать то, чем они являются сейчас.
Импульсный реактивный двигатель можно сделать с очень ограниченными технологиями.
Действительно: для минимальной рабочей модели хватило бы и обработки бронзы, и перегонки спирта. Только посмотрите, как легко Колин Фёрз вырубает одного!
Но вас интересуют реактивные турбины , верно? Вращающийся сорт?
Ваше основное требование - металлургия и точная обработка лопаток турбины, а также подшипников. Вы должны быть в состоянии сделать лопатку турбины очень точной формы, которая может выдерживать вращение на высоких оборотах при температуре не менее 850°C, предпочтительно до 1400°C+. И эту температуру придает горение, происходящее непосредственно рядом с лопатками турбины.
Вся сила этой вращающейся турбины должна вращаться вокруг оси, что, конечно, означает подшипники. Подшипники, способные выдерживать значительные температуры и вибрации.
И лопасти турбины, и подшипники никогда не должны выходить из строя . Вышедший из строя подшипник или лопатка турбины в турбовентиляторном двигателе является катастрофическим отказом, как минимум останавливающим двигатель и, вероятно, разрушающим его. Возможно, забрав с собой свой самолет.
Было бы удобно иметь коробку передач, но это не обязательно для создания функционального турбореактивного двигателя. Хотя это повышает эффективность. Но если вы можете сделать лопасти турбины, редуктор должен быть достаточно простым.
Чтобы реактивный двигатель работал, вам нужно топливо, которое является энергичным, очень чистым и предсказуемым. Таким образом, нефтехимическая промышленность и все, что с этим связано. Но требования менее продвинуты, чем для металлургии.
Есть много других технологий, которые необходимы, но на гораздо более низких уровнях. Электрические элементы управления и датчики, обработка листового металла, обработка точных валов и т. д.
Но если вы способны делать металлические лопатки турбины, вы более чем способны к более простой металлоконструкции остальной части двигателя. И остальная часть самолета, если уж на то пошло. Турбореактивный двигатель на сегодняшний день является наиболее технологически сложной частью реактивного самолета, а лопатки турбины являются наиболее сложной частью двигателя.
Андон
Фукидид
Кетгут
Робби Гудвин