Зверь-мотор для вертолётов: ответы на вопросы
Тема бесшатунного мотора Баландина (БМБ-200) на Пикабу сразу попала в «горячие», о чем свидетельствует масса заинтересованных, а иногда и скептических комментариев, например, к предыдущему материалу (Ответ на пост «Мой старый знакомый: Железный Зверь»). И это хорошо. Раз есть интерес, есть вопросы, значит, автору разработки есть на что отвечать. Поэтому сразу передаю слово директору АНО "Конструкторское бюро Зверева "Русский мотор" (https://kbrusmotor.ru) Звереву Александру Александровичу.
"Интерес к теме радует, так же как и вполне грамотные комментарии и вопросы.
Вопросы для удобства можно разделить на две группы:
1) вопросы, касающиеся самих вертолётов, возможности их сравнения между собой и даже особенностей вертолётной работы.
2) вопросы, связанные со свойствами и особенностями силовых установок.
Итак, по первой группе вопросов. Что здесь нужно учитывать? Вертолёт – «не совсем авиация». В армии про вертолёты говорят так: «Вертолётные части и подразделения». Во всяком случае такое положение было, когда я учился в Сызранском военном вертолётном училище. «На гражданке» наши геологи, эксплуатанты месторождений и другие специалисты вертолёт считали необходимым технологическим звеном.
На этом более подробно я здесь останавливаться не буду. Просто нужно подчеркнуть, что вертолёт и самолёт – очень разные устройства по своим возможностям и предназначению, и то, что хорошо для самолёта, не всегда хорошо для вертолёта. Это в первую очередь касается свойств, предъявляемых к силовым установкам.
Итак, первое, что нужно хорошо представлять. Основа вертолёта – это несущий винт. Именно от его свойств зависит и грузоподъёмность, и в какой-то мере скорость вертолёта. Задача силовой установки – этот самый винт крутить. А как будет устроена сама силовая установка, это уже второй вопрос. Для вертолётного винта совершенно безразлично, «кто» будет его вращать – поршни, турбина, электромотор. Или в концы лопастей встроят реактивные устройства, и винт будет вращаться под их действием. Винту это «по барабану».
Второе, что нужно по этому вопросу хорошо представлять. Вес силовой установки вертолёта (и самолёта, кстати) – это не только вес двигателя, но и вес его вспомогательных систем. Например, для запуска двигателей Ми-8 требуется 6 (шесть) аккумуляторов по 32 кг каждый, а на Ми-1 запуск воздушный: запас воздуха в полых стойках шасси. Грубо говоря, система запуска у него ничего не весит. Но главное, что всё время упускается из виду, это вес топлива. Да, вес топлива – величина переменная – зависит от работы, но в любом случае это очень большая, даже большая по весу и неотъемлемая часть веса силовой установки.
Вторая группа вопросов – по обобщённым свойствам силовых установок.
Понимая, что вес топлива входит в общий вес силовой установки вертолёта, нужно озаботиться возможно меньшим удельным расходом топлива на основном режиме работы вертолёта. Здесь выбор не велик. Реактивный привод винта (на концах лопастей) пока ещё в большой туманной перспективе. Электропривод – это пока из разряда мечты, потому что хотя электродвигатели достигли достаточной степени совершенства, по весу аккумуляторы ещё весьма тяжелы. Остаются очень непростые вопросы их зарядки. Можно надеяться, что электовертолёты малой грузоподъёмности и малой продолжительности полёта могут появиться в обозримом будущем, например, как беспилотники. Хотя о привязном вертолёте-кране с электроприводом уже можно думать, как о возможной реальности. В общем, сравнивать нам придётся пока только два типа силовых установок – поршневые и газотурбинные.
Определяющим для сравнения будет главная характеристика вертолёта, основанная на объективных законах аэродинамики. Это зависимость потребной мощности от скорости полёта.
Самая большая мощность требуется на взлёте, а в горизонтальном полёте (основной режим) мощности требуется примерно 50% от взлётной. Именно по этой причине вертолёт в случае отказа одного двигателя может продолжать полёт. Просто второй двигатель выводят на 100% мощности, и полёт продолжается.
Делаем себе зарубку «на память»: в полёте требуется лишь 50% от взлётной мощности.
Теперь обобщённые характеристики ГТД и поршневого двигателя. У поршневого двигателя самые «экономные» (наименее прожорливые) лошадиные силы как раз на средних режимах. Например, тот же Аш-82, который стоит на Ми-4: на взлётном режиме каждая «лошадка» «кушает» примерно 350 гр/л.с. в час. А в горизонтальном полёте «аппетит» снижается до 210-220 гр/л.с. в час.
А у газотурбинных наоборот. Чем меньше режим, тем «лошадки» прожорливее.
И такие зависимости у этих силовых установок связаны с объективными закономерностями. Таковы свойства «поршней» и таковы свойства «лопаточных машин».
Понимая это, нужно вести поиск в этом направлении – в направлении «поршневого» принципа работы силовой установки. Поиск в этом направлении заставил меня искать разные роторные схемы и т.д. Но вопрос решается наилучшим образом поршневым двигателем, построенным по бесшатунной схеме.
На часть «узких» вопросов, касающихся удельной экономичности, я отвечу в следующем материале, а здесь отвечу на глобальный по своему значению вопрос. Это вопрос сравнения вертолётов между собой. Он до сих пор был не решенным. Казалось бы, как можно сравнивать между собой Ми-1 (полётный вес 2470 кг с поршневым двигателем) и гигант Ми-6 (полётный вес 42,5 тонны и с газотурбинными двигателями). Практика заставила найти ответ. И ответ такой:
- Вертолёты сравниваются по экономичности. Что это такое?
В предыдущем материале мы посчитали, что Ми-4, готовый к полёту, но без запаса топлива, весит 5725 кг. Заправляем его до полного полётного веса (7500 – 5725 = 1775). То есть до полного полётного веса можно взять на борт 1775 топлива. На этом топливе Ми-4 будет лететь (1775 : 240 = 7,4 часа). За это время при скорости 180 км/час он пройдёт 1330 км.
Расстояние, пройденное на заправке до полного полётного веса, однозначно характеризует экономичность вертолёта. В данном случае для Ми-4 это получилось 1330 километров.
Этот же показатель рассчитаем для Ми-2. Его неизменный вес равен 2675 кг. Предельный полётный вес – 3500 кг. Следовательно, до полного полётного веса мы можем взять (3500 – 2675 = 825 кг). На 825 кг, при расходе в 240 кг/час и скорости 200 км/час, Ми-2 будет лететь (825 : 240 = 3,44 ч). За 3,44 часа при скорости 200 км/час Ми-2 пройдёт 688 км.
Грубо говоря, для Ми-2 показатель экономичности получился равным 690 км.
Показатель, который мы сейчас разобрали, ранее не применялся. Он позволяет сравнивать между собой любые вертолёты вне типа схемы (соосная или другая) и вне типа силовой установки. Но это мы оценили только экономичность. Сам размер вертолёта нас мало волнует. Нам нужно знать, сколько по весу может возить вертолёт? Он же для этого создан, чтобы груз возить. Для оценки этого параметра мы берём РАЗНИЦУ между неизменным весом вертолёта и его предельным весом. Мы эти цифры уже считали.
Для Ми-4 с обычным двигателем эта цифра – 1775 кг, а для Ми-2 тоже со своими обычными двигателями – 825 кг.
В целом получается так.
Экономичность Ми-4 – 1330 км, а грузоподъёмность – 1775 кг.
Для Ми-2, соответственно, экономичность – 690 км, а грузоподъёмность – 825 кг.
По таким параметрам можно сравнивать между собой любые вертолёты да и самолёты тоже.
Это обобщённые характеристики. Но для практики приведённые выше цифры не совсем удобны, «слишком умозрительны». Удобнее пользоваться «половинными» значениями.
- Для Ми-4 (с обычным двигателем) это будет выглядеть так: «888 кг/665 км» и обозначает, что при заправке вертолёта топливом на 888 кг он возьмёт 888 кг груза и увезёт его на расстояние в 665 км.
- Для Ми-2 (тоже со штатными двигателями) это выглядит так: «413 кг/345 км» и обозначает, что при заправке на 413 кг он возьмёт еще 413 кг загрузки и увезёт на расстояние в 345 км.
Все эти показатели, их развёрнутое объяснение, имеются на нашем Ютуб-канале в этом видеоролике:
Мы здесь не затронули особенностей вертолётной работы и особенностей самих силовых установок. Это будет в последующих ответах на ваши вопросы.