Паровой самолет на дровах/угле/мазуте. Расчет и изготовление.

[алабам]

Самолет на дровах - это фигня.
Вот ежели запрячь пару лошадей , пусть крутят пропеллеры , вот это прорыв будет .
Топливо - травка, листья , вообще бесплатно.
А если горохом кормить , то еще и дополнительная реактивная тяга будет

[novice]

Паросиловая установка Беслеров в 1955-1958 гг при весе 200 кг (вместе с котлом и 50 литрами воды) на стенде развила мощность 200 лс при расходе 910 кг пара давлением 82 атм и 420С в час. 4 таких двигателя установку планировалось установить на самолет весом 5000 кг с укороченным взлетом и посадкой.
В СССР также разрабатывались поршневые
и турбинные паровые двигатели для самолетов. В последнем случае их мощность была 3000 и 6000 лс. Но расчеты показывали что невозможно полностью сконденсировать отработанный пар если конденсаторы пара разместить в крыльях самолета. Проект закрыли в 1939 году.

Тогда еще не было известно что в 1935 году английский инженер Мередиф (Meredith) произвел расчет прямоточного реактивного двигателя использующего тепло радиатора водяной системы охлаждения двигателя и выхлопных газов для разогрева охлаждающего воздуха и его ускорения до скорости превышающей скорость полета. Чем быстрее летит самолет тем больше сжимается поток воздуха, больше тепла отбирается от радиатора и больше реактивная  тяга.
Для самолета P51 Mustang на скорости 700 км/ч дополнительная тяга от тепла радиатора составляла около 120 кг. Для получения такой дополнительной тяги без реактивного радиатора мощность двигателя пришлось бы увеличить на 350-400 лс.

Вы описываете реальный образец или фантазируете на тему ?У вас есть количественная оценка прироста тяги от такого эффекта  относительно сопротивления которое  получается самим фактом наличия радиатора ?

Добавлено 07 Апр. 2018 в 20:00

Паросиловая установка Беслеров в 1955-1958 гг при весе 200 кг (вместе с котлом и 50 литрами воды) на стенде развила мощность 200 лс при расходе 910 кг пара давлением 82 атм и 420С в час. 4 таких двигателя планировалось установить на самолет весом 5000 кг с укороченным взлетом и посадкой.
В СССР также разрабатывались поршневые
и турбинные паровые двигатели для самолетов. В последнем случае их мощность была 3000 и 6000 лс. Но расчеты показывали что невозможно полностью сконденсировать отработанный пар если конденсаторы пара разместить в крыльях самолета. Проект закрыли в 1939 году.

Тогда еще не было известно что в 1935 году английский инженер Мередиф (Meredith) произвел расчет прямоточного реактивного двигателя использующего тепло радиатора водяной системы охлаждения двигателя и выхлопных газов для разогрева охлаждающего воздуха и его ускорения до скорости превышающей скорость полета. Чем быстрее летит самолет тем больше сжимается поток воздуха, больше тепла отбирается от радиатора и больше реактивная  тяга.
Для самолета P51 Mustang на скорости 700 км/ч дополнительная тяга от тепла радиатора составляла около 120 кг. Для получения такой дополнительной тяги без реактивного радиатора мощность двигателя пришлось бы увеличить на 350-400 лс.

[krym2016]

дрыгатели по типа револьвера очень опасны в плане гидроудара,возможно они именно поэтому так и не прижились.

Даже опозитные субаровские моторы имеют относительно малый ресурс до кпиталки,из-за горизонтального рассположения поршней.

[edw123]

Ошибаетесь
Сейчас электровертолеты (rc) рвут двс как тузик грелку в 3д пилотировании. Да и рекорды скорости и ускорений машин сейчас не за двс-ами

А за счёт чего, собственно?
Добавлено 07 Апр. 2018 в 20:37

Паросиловая установка Беслеров в 1955-1958 гг при весе 200 кг (вместе с котлом и 50 литрами воды) на стенде развила мощность 200 лс

Американцы в конце 60х обкатывали автомобиль с паровой турбиной и теплообменником на крыше. Правда не на дровах. Был низкий вес (без учета теплообменника) и габариты, хорошая экономичность и ровный крутящий момент по оборотам.

[FX_888]

Паросиловая установка Беслеров в 1955-1958 гг при весе 200 кг (вместе с котлом и 50 литрами воды) на стенде развила мощность 200 лс при расходе 910 кг пара давлением 82 атм и 420С в час. 4 таких двигателя установку планировалось установить на самолет весом 5000 кг с укороченным взлетом и посадкой.

Можете не цитировать книгу,  у меня она есть,  и я нигде не нашел в ней упоминания о реально построенном самолете с паросиловой установкой мощностью в 1000 лс, не говоря уже про ее вес в 1000кг. Время тогда было интересное, разведки работали  думаю хорошо.
и еще они лучше работали в перспективных направлениях
паровые установки в авиации убили отвратительные удельные показатели  мощности в три раза хуже чем у ДВС, и минимум в 5 раз хуже чем у последовавших за ними ТВД и ТРД, и гигантским тазом это все накрыла проблема конденсатора.  которая даже на текущем уровне техники и технологии остается весьма нетривиальной задачей.  Так же никакая силовая установка  с получением энергии за счет сжигания углевододов
неспособна обеспечить неограниченное пребывание ЛА (и соответственно дальность полета) в воздухе. но уже сейчас  это вполне по силам электричеству. а перспектива получения компактного источника неограниченной энергии (любой) помимо атомного  к счастью, человечеству пока не грозит

Для самолета P51 Mustang на скорости 700 км/ч дополнительная тяга от тепла радиатора составляла около 120 кг. Для получения такой дополнительной тяги без реактивного радиатора мощность двигателя пришлось бы увеличить на 350-400 лс.

самый оптимистичный расчет показывает что, сам радиатор и воздухозаборник торчащие в набегающем  потоке на такой скорости создает силу сопротивления минимум в 150кг

[novice]

Тяга от работы радиатора частично или полностью компенсировала его сопротивление и можно было установить более мощный мотор без изменения габаритов радиатора.

В книге Друзя использовался перевод публикаций 1930х годов. В 1954 году Беслер разработал проект самолета  с низким уровнем шума и возможностью работы на любом топливе. Для этого он повысил давление и температуру пара, а также применил более легкие сплавы в конструкции паровой машины.

Сухой вес парового V двигателя с четырьмя цилиндрами был 47 кг.
Вес котла 61 кг.
Алюминиевый конденсатор пара площадью 0.8 кв м.-26 кг.
Вспомогательные системы -36 кг
Смазочное масло - 5 кг.
Вода дистиллированная- 23 литра.

Температура пара в паровой машине- 416С, давление-82 атмосферы.

Кпд паровой машины 22 процента.
Кпд котла-80 процентов.
Паропроизводительность 1134 кг в час.
На крейсерской скорости-680 кг в час.
Расход пара в паровой машине -4.5 кг/лс в час.
Расход энергии на вспомогательные нужды -5 процентов.
Кпд на валу пропеллера -16.8 процентов.
Расход мазута - 360 г/лс в час.
Расход угля 700 г/лс в час.

[FX_888]

Кпд на валу пропеллера -16.8 процентов.

КПД самого пропеллера такой размерности в лучшем случае 80%
Вы в самом деле считаете перспективной силовую установку в которой  более 85% энергии топлива  уходят на обогрев атмосферы  не совершая при этом никакой работы?

[DIVAS]

Я прям вспомнил фильм "Назад в будущее", часть 3...
С таким самолётом видимо тоже было бы что-то вроде:
- "Сейчас будет первое!"
- "Выруливаем на полосу!"
- "Ща рванёт второе!!"
- "Начинаем разгон!"
- "Третье пошло!!"
- "Взлетаеееем!!!"

На самом деле, все эти разговоры о паровых машинах и их весе в 200кг не учитывают ещё таких фактов как вес необходимого для бесперебойной работы машины кочегара, а также вес запаса дров и воды. В итоге получается, что сама установка весит 200кг, а чтобы она заработала и могла работать продолжительное время, нужно ещё 300кг.

И если бы даже, предположим, по расчётам 200кг установка ещё хоть как-то могла поднять себя в воздух, то 500кг при той же мощности уже точно не сможет.

А вообще, первое апреля было неделю назад. Тема как-то сильно запоздала.

[DIVAS]

Сухой вес парового V двигателя с четырьмя цилиндрами был 47 кг.
Вес котла 61 кг.
Алюминиевый конденсатор пара площадью 0.8 кв м.-26 кг.
Вспомогательные системы -36 кг
Смазочное масло - 5 кг.
Вода дистиллированная- 23 литра.

Температура пара в паровой машине- 416С, давление-82 атмосферы.

Кпд паровой машины 22 процента.
Кпд котла-80 процентов.
Паропроизводительность 1134 кг в час.
На крейсерской скорости-680 кг в час.
Расход пара в паровой машине -4.5 кг/лс в час.
Расход энергии на вспомогательные нужды -5 процентов.
Кпд на валу пропеллера -16.8 процентов.
Расход мазута - 360 г/лс в час.
Расход угля 700 г/лс в час.

Паросиловая установка Беслеров в 1955-1958 гг при весе 200 кг (вместе с котлом и 50 литрами воды) на стенде развила мощность 200 лс при расходе 910 кг пара давлением 82 атм и 420С в час. 4 таких двигателя установку планировалось установить на самолет весом 5000 кг с укороченным взлетом и посадкой.

Ну давайте посчитаем:
910кг пара в час. Из чего Вы эти килограммы пара собираетесь выпаривать? Видимо, из воды, которой должно быть на борту четырёхмоторного самолёта примерно 3640кг на каждый час полёта.
Конденсаторы, говорите? Ну, допустим, сконденсировать воду из отработанного пара Вы сможете, а какой силой Вы её запихаете обратно в котёл под давлением 82 атм.? Либо это будет некая дополнительная тяжёлая помпа высокого давления, жрущая мощность, либо Вы эту воду сможете только сливать в резервный бак.

"Расход угля 700 г/лс в час" Т.е. 700*800 = 560кг угля должно быть на борту для часового полёта.

Итого, на час полёта необходимая полётная масса силовых установок и доп. оборудования и расходников составит:
4*200=800 кг сами силовые установки
3640кг воды
560кг угля
4 кочегара по 80 кг = 320кг
Итого, 800+3640+560+320 = 5320кг.
А ещё в полёте обычно нужен пилот и ещё обычно смысл полёта заключается в перевозке полезного груза или пассажиров.

А самолёт весом 5000кг? Да он не то что с укороченным взлётом, он вообще не сможет взлететь с таким балластом! И это всего лишь из расчёта на час полёта.

Ну, допустим, сконденсированная с эффективностью 80% вода всё-таки закачивается обратно в котёл в реальном времени и запаса воды в 640кг на 4 мотора на час хватит.
Тогда масса силовых установок со всем сопутствующим будет 2320кг.
Шанс как-нибудь взлететь уже понемногу повышается, но только если в качестве кочегаров использовать детский труд (незаконно) и посадить за штурвал самого дрищавого пилота. Для груза и пассажиров уже не остаётся свободной грузоподъёмности = нет смысла так летать.

А теперь вопрос: нафига оно вообще надо - строить такое чудовище ради коротких полётов налегке? Есть же нормальные ДВС, ТРД и ТВД, имеющие достаточную мощность и эффективность для нормального осмысленного полёта с положительной грузоподъёмностью. На крайняк, электротяга тоже уже способна уверенно летать.

[krym2016]

нагнетатель воды в котёл  это  -  6-7 кВт если отталкиваться от данных кёрхера(таких показателей тогда явно не было))))))

[DragonTM]

Электромотору это пока не под силу из за слабых аккумуляторов.

современные электролеты должны использовать топливные элементы уже....

[novice]

Паровая машина была расчитана на 200 лс взлетной мощности. Это 5 минут полета.
Конденсация пара была полной при температуре воздуха ниже +32С.
Далее мощность снижается до первой крейсерской -120лс при скорости полета 300 км/ч. Расход пара на одну машину -550 кг в час. Количество воды на один двигатель - 23 кг. Вся вода проходит через двигатель по кругу каждые 2.5 минуты. Запас воды на весь самолет  92 литра плюс резерв 50 литров.
Двигатель работал на сравнительно низком давлении 82 атмосферы и температуре пара меньше 420С. Современные турбины работают на паре давлением 250-300 атм и температуре  600-650 С.  Если сделать паровой двигатель на такие параметры то его кпд вместе с котлом будет 33-35 процентов. Расход пара уменьшиться в два раза.
Расход топлива на крейсерской мощности самолета 4х120лс - 87 кг мазута или 168 кг древесных отходов в виде гранул в час. Вес паросиловой установки вместе с винтами 1000 кг, вес конструкции самолета-2000 кг, топливо -1000 кг, полезная нагрузка -1000 кг.
Но даже в прежнем малоэкономичном варианте самолет на скорости 300 км/ч будет  лететь 5 часов на мазуте или 2.5 часа на древесных отходах.
В 1950-е гг паровую машину рассматривали как вариант из-за малого ресурса турбовинтовых двигателей и прежде всего из за малошумности.

Электропривод конструктивно проще парового привода, но для пятитонного самолета на 1 час полета плюс обязательный  30 минутный резерв потребуется батарея минимум 600 кВтч легче 1500 кг. Таких батарей пока нет. Есть попливные элементы но их мощность пока недостаточна.Кроме того один час полета сделает такую машину неконкурентноспособной даже по сравнению с паровым самолетом на дровах.

Запас энергии в даже в дровах во много раз превосходить параметры самых лучших аккумуляторов. По этому даже паровая машина с небольшим кпд  лучше для самолета, чем батареи с электромотором.
С другой стороны электропривод вне конкуренции если требуется многодневный полет на высоте 20-25 км с питанием от солнечных батарей.

[DragonTM]

Есть попливные элементы но их мощность пока недостаточна.

А ничего что они отлично масштабируются? И были даже электростанции на ТЭ!

[DIVAS]

[user]novice[/user], и всё же, первое апреля было неделю назад.

Или Вы в самом деле считаете, что паровые самолёты имеют хоть какие-то перспективы?
Если бы паровая тяга была перспективна, от неё бы не отказались везде и всюду много десятилетий назад.
Однако, ни паровозы, ни пароходы, ни паромобили, ни даже стационарные паровые машины уже больше полувека не используются нигде (если только не считать паровой машиной атомную электростанцию).

Задумайтесь: почему так?
Очевидно, у паровых машин есть фатальные недостатки, о которых Вы забыли.

[novice]

Кроме паровых машин для небольших самолетов в начале 1950х были спроектированы но не построены сверхзвуковые самолеты с паротурбореактивным двигателем работающем на паре давлением 350 атмосфер и температурой 850 С.

Скорость полета была 0.9М(1000 км/ч) на высоте 9 км и 1.5М( 1600 км/ч) на высоте 15 км.

Вес парового котла с водой и топливом - 68 т
Отношение веса планера самолета к взлетному весу - 0.35
Аэродинамическое качество -5 на сверхзвуке и 18 на дозвуковой скорости
Степень повышения давления в воздушном компрессоре на крейсерской сверхзвуковой скорости -1.27
Массовый расход воздуха - 2468 кг/с
Массовый расход пара - 263 кг/с
Тепловой поток в котле - 1.75 гигаджоуля в час( 41 тонна мазута в час)

Тяга двигателей на сверхзвуке- 30.4 тонны
Скорость реактивного выхлопа на 121 м/с больше чем скорость полета.
Взлетный вес -152 т
Вес 8 двигателей - 31 т
Вес 8 теплообменников - 18т
Площадь воздухозаборников - 53 м2
Площадь паровых конденсаторов- 111 м2
Давление в конденсаторах -90 атмосфер

[DragonTM]

[user]novice[/user], вот в 2008 году еще боинг взлетел

Энергоемкость  на кг водорода кстати раза в 2,5 выше чем у нефтепродуктов.

[DIVAS]

[user]novice[/user], Сказки писать многие умеют. И псевдонаучные тоже. А Вы их перечитываете и копипастите сюда.

Если бы паровая тяга была перспективна, её бы сейчас использовали. А раз не используют, значит, в реальности всё сильно сложнее чем в сказке.

[novice]

Если кпд паровой турбины превышает 20 процентов то возможно осуществить схему паротурбинного турбореактивного двигателя.
Конструктивно такой двигатель состоит из воздухозаборника, вентилятора низкого давления(1.1-2 атмосферы), паровой турбины(с понижающим редуктором или без),конденсатора пара и реактивного дозвукового сопла. Конденсатор пара для уменьшения габаритов работает при повышенном давлении и температуре +100-150С.

Паровая турбина мощностью 3000 лс и вентилятор диаметром 1 м прокачивают через двигатель около 100 кг воздуха секунду. При разности температуры воздуха за вентилятором и в конденсаторе пара равной 100 градусам можно сбросить в выхлоп до 36000 мегаджоулей в час, все потери в паровой турбине 3000 лс. Потери пара в атмосферу практически исчезнут.
Это тепло повышает давление в двигателе и в результате воздух на выходе из сопла разгоняется до 300 м/с. Тяга такого двигателя на взлетном режиме будет около 3 тонн. При использовании современных высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов вес двигателя будет около 1000 кг без учета веса парового котла с водой.
На высоте 10-12 км и скорости 0.8-0.9 скорости звука характеристики двигателя значительно улучшаются. Крейсерский кпд двигателя при таких условиях 25-30 процентов. Полный Кпд парового самолета при скорости полета 250 м/с (900 км/ч)  и скорости реактивного выхлопа паротурбореактивного двигателя 350 м/с составит 20-25 процентов. Это примерно соответствует кпд полета таких самолетов как ТУ-134.