83. Турбовинтовые, ПВРД, РДТТ — обзор для тяжёлых БПЛА #

Помимо турбореактивных двигателей (статья 82) в тяжёлых БПЛА работают три других типа: турбовинтовой (ТВ3) — для 100–500 км/ч, пульсореактивный (ПВРД) — для медленных дешёвых «дальнолетов», твердотопливный ракетный (РДТТ) — для баллистического старта и «снарядных» аппаратов. Здесь — обзор: устройство, диапазоны, удельные характеристики и где что выбрать. Тяговые расчёты — по формулам статей 80–82.

Содержание

1. Цели статьи
- Что вы сможете после прочтения
2. Глоссарий величин
- Все величины с единицами измерения
3. Турбовинтовой двигатель (ТВ3)
- Устройство, винт, эффективность до 500 км/ч
4. Пульсореактивный двигатель (ПВРД)
- Цикл, сильные и слабые стороны, где применяется
5. Твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ)
- Старт, баллистика, «снарядные» БПЛА
6. Сводка выбора
- Диапазоны скорости и времени
7. Практика: типовые задачи
8. Резюме
- Чек-лист самопроверки
9. Источники
- Референсы

1. Цели статьи

Обзор трёх типов установок для тяжёлых БПЛА: турбовинтовые (ТВ3), пульсореактивные (ПВРД), твердотопливные ракетные (РДТТ). Материал рассчитан на инженера, который проектирует БПЛА вне «основного» диапазона ТРД (статья 82): медленные 100–500 км/ч, дешёвые дальнолеты, баллистические аппараты.

Знать устройство ТВ3 (турбина + редуктор + винт/реверсивный винт) и почему он эффективнее ТРД до ~500 км/ч.
Понимать ПВРД: импульсный цикл без ротора, дешевизна, низкий КПД, ниша.
Знать РДТТ: не регулируется, минуты работы, баллистический старт.
Уметь считать тягу/расход для каждого типа и выбрать по задаче.

Позиция в категории 8. 82 — ТРД (300–900 км/ч), 83 (здесь) — турбовинтовой двигатель, пульсирующий воздушно-реактивный двигатель и ракетный двигатель твёрдого топлива, 84 — топлива (бензин, Jet-A), 85 — масла. Закрытие темы двигателей: дальше — топливо и обслуживание.

↑ К оглавлению

2. Глоссарий величин

Полный перечень величин с единицами измерения.

Величина	Обозначение	Единицы	Типичные значения
Мощность на валу (ТВ3)	P_вал	кВт	10–2000
Удельный расход (ТВ3, на вал)	c	г/(кВт·ч)	180–250
Тяга (ПВРД, РДТТ)	F	Н (кН)	ПВРД 20–300; РДТТ 100–10 000
SFC (ПВРД)	SFC	г/(Н·ч)	120–180 (в 2–3 раза хуже ТРД)
Время работы (РДТТ)	t_р	с	5–60
Скорость полёта	V	км/ч	ТВ3 100–500; ПВРД 250–450; РДТТ — разгон
Передаточное число редуктора (ТВ3)	i	безразмерный	10–15

↑ К оглавлению

3. Турбовинтовой двигатель (ТВ3)

Турбовинт — газотурбина, вращающая винт через редуктор (i = 10–15). [Турбовинтовой двигатель — Turboprop (рисунок — Wikipedia) / Турбовинтовой двигатель] Турбина работает как в ТРД, но энергию потока снимает не сопло, а турбина на вал; сопло — узкое, остаточная струя мала. Винт (чаще — реверсивный, с изменяемым шагом) превращает валовую мощность в тягу.

Почему ТВ3 эффективнее ТРД до ~500 км/ч. Винт ускоряет большой объём воздуха на малую дельту скорости — это «медленный» реактив, КПД выше при V ниже 0,75 Маха. Выше ~500–600 км/ч эффективность винта падает (концевые вихри, скорость кромки выше 0,8–0,9 Маха), и выигрывает ТРД.

Параметр	ТВ3 (лёгкие/средние)	Применение
Мощность на валу	10–2000 кВт	БПЛА 20–500 кг
Скорость	100–500 км/ч	максимум ~500–550
c (на вал)	180–250 г/(кВт·ч)	в 2–3 раза «экономичнее» ТРД по мощности
Топливо	Jet-A (статья 84)	запуск на высоте
Винт	3–5 лопастей, реверсивный	реверс для посадки/манёвра
Ресурс (TBO)	1000–3000 моточасов	сервис дороже, чем у ДВС

Подбор: \(P_{вал} = D\cdot V \) (валовая мощность на крейсерской) с запасом 1,3; винт — под n_вала/i. Типовые пары: 100 кг БПЛА, 400 км/ч — 30–60 кВт; 200 кг, 450 км/ч — 80–150 кВт.

↑ К оглавлению

4. Пульсореактивный двигатель (ПВРД)

ПВРД — «древний» реактив без ротора: воздух входит через клапаны/заслонки, поджигается (электрическая искра), горит импульсами (~30–100 Гц), выхлоп выталкивает аппарат. [Пульсореактивный двигатель — Pulsejet / Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель]

Плюсы: простота (нет компрессора/турбины — на порядок дешевле ТРД), масса, надёжность (мало деталей), легко запускать.
Минусы: низкий КПД (SFC в 2–3 раза хуже ТРД), рывковая тяга (импульсы), шум (100–110 дБ), ограниченный срок службы (клапаны — расходник).
Ниша: медленные (250–450 км/ч) дешёвые дальнолеты 10–30 кг, учебные, «одноразовые» аппараты. В 1950-х — основные двигатели первых БПЛА; сейчас — узкая ниша, где цена важнее КПД.

Топливо: бензин/авиационный бензин (смесь), расход 120–180 г/(Н·ч). Запуск — искрой, прогрев 10–30 с.

↑ К оглавлению

5. Твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ)

РДТТ — корпус с залитым твердым топливом (связующее + окислитель + горючее), пуск — зажигательным зарядом. [Твердотопливная ракета — Solid-fuel_rocket / Твердотопливный ракетный двигатель] Газы выходят через сопло, тяга — за счёт реакции (не зависит от воздуха — работает в разрежении).

Свойства: не регулируется (тяга фиксирована профилем зерна), время работы 5–60 секунд, тяга 100–10 000 Н, удельный импульс 180–250 с (2–2,5 кН·с на 1 кг топлива).
Где в БПЛА: (а) баллистический старт — БПЛА стартует ракетой на 400–800 м/с и переходит на марш (ПВРД/ТРД/электрика); (б) «снарядные» аппараты — РДТТ работает весь полёт (баллистика + крылья, минуты); (в) ускорение при старте с палубы/горы.
Ограничения: топливо в корпусе (масса), безопасность хранения (окислитель), не работает «по требованию» (запустил — догорел).

↑ К оглавлению

6. Сводка выбора

Установка	Скорость	Время	Масса БПЛА	Когда
ТВ3	100–500 км/ч	2–12 ч	20–500 кг	дальний «крейсер», эффективность
ТРД (статья 82)	300–900 км/ч	2–24 ч	10–500 кг	скорость + дальность
ПВРД	250–450 км/ч	1–4 ч	10–30 кг	дешёвый дальнолёт, бюджет
РДТТ	разгон 400–800 м/с	5–60 с (рабочая)	5–100 кг	баллистический старт, «снаряд»

Гибриды: ТВ3/ТРД + электрика (гибрид на 10+ часов, статья 82), РДТТ-старт + ПВРД/ТРД-марш (баллистика + крейсер).

↑ К оглавлению

7. Практика: типовые задачи

Задача 1. Турбовинт: расход

Задача. \(БПЛА m = 100\ \text{кг} \) на ТВ3: \(\frac{L}{D} = 14 \), \(V = 120\ \text{м/с} (430\ \text{км/ч}) \), \(c = 200 \frac{\text{г}}{\text{кВт·ч}} \) (на вал). Полёт 3 часа. Определить валовую мощность и расход топлива.

Заданные параметры:

Параметр	Значение
Масса	100 кг
L/D	14
V	120 м/с
c	200 г/(кВт·ч) = 0,2 кг/(кВт·ч)
t	3 ч

Искомые параметры: P_вал (кВт); m_топ (кг).

Решение.

D = m·g/(L/D) = 981/14 = 70,1 Н.
P_вал = D·V = 70,1·120 = 8412 Вт = 8,4 кВт.
m_топ = c·P_вал·t = 0,2·8,4·3 = 5,04 кг.

Ответ: \(P_{вал} = 8{,}4\ \text{кВт} \); расход 5 кг на 3 часа (1,7 кг/ч).

Вывод. 100 кг на 430 км/ч — 8,4 кВт и 5 кг керосина на 3 часа: дальность 1 300 км. Сравнение: ТРД на той же задаче \((F = 70\ \text{Н}) \) жрёт ~4 кг/ч — сопоставимо, но ТВ3 тише и дешевле по массе установки.

Задача 2. ПВРД: время полёта

Задача. \(БПЛА m = 25\ \text{кг} \) на ПВРД: \(\frac{L}{D} = 8 \), \(V = 80\ \text{м/с} (290\ \text{км/ч}) \), SFC = 150 г/(Н·ч). Бак 10 кг. Определить требуемую тягу и время полёта.

Заданные параметры:

Параметр	Значение
Масса	25 кг
L/D	8
V	80 м/с
SFC	150 г/(Н·ч) = 0,15 кг/(Н·ч)
Бак	10 кг

Искомые параметры: F (Н); t (ч).

Решение.

D = 245/8 = 30,6 Н; \(F = 1{,}3\cdot 30{,}6 = 40\ \text{Н} \).
Расход = 0,15·40 = 6 кг/ч.
t = 10/6 = 1,7 ч (с 15 % запасом: 1,4 ч).

Ответ: \(F = 40\ \text{Н} \); время 1,7 ч (полезное 1,4 ч) на 10 кг топлива.

Вывод. ПВРД — 290 км/ч и 1,4 часа на 10 кг: это «дешёвый дальнолёт». Дальше 2–3 часов — ПВРД проигрывает ТРД/ТВ3 по расходу (задача 5).

Задача 3. РДТТ: сила тяги

Задача. «Снарядный» \(БПЛА m = 5\ \text{кг} \). РДТТ должен разогнать его до 400 м/с за 5 секунд (ускорение против лобового сопротивления \(D \approx 200\ \text{Н} \)). Определить среднюю тягу.

Заданные параметры:

Параметр	Значение
Масса	5 кг
Δv	400 м/с
t	5 с
D	200 Н

Искомые параметры: a (м/с²); F (Н).

Решение.

a = Δv/t = 400/5 = 80 м/с² (≈ 8 g).
F = m·a + D = 5·80 + 200 = 600 Н.

Ответ: \(a = 80\ \text{м/с}^{2} \); средняя тяга 600 Н (массовый коэффициент 120 Н/кг).

Вывод. Суммарный импульс \(600\cdot 5 = 3000\ \text{Н·с} \): топливо ~1,4 кг (удельный импульс ~220 с), двигатель с корпусом ~2 кг. После выгорания — крылья и баллистика/маршевый двигатель. Конструкция должна держать 8 g (статьи 73–74).

Задача 4. Выбор по задаче

Задача. Три задачи: (а) 60 кг, 400 км/ч, 4 ч; (б) 15 кг, 300 км/ч, 2 ч, бюджет; (в) 5 кг, старт 500 м/с, баллистика. Подобрать установку.

Заданные параметры:

Задача	Масса	Скорость	Время/режим
(а)	60 кг	400 км/ч	4 ч
(б)	15 кг	300 км/ч	2 ч, бюджет
(в)	5 кг	500 м/с (старт)	баллистика

Искомые параметры: тип установки.

Решение.

(а) 400 км/ч — верх диапазона ТВ3; 4 часа — ТВ3 (ТРД дороже по массе установки при этой скорости). ТВ3 30–60 кВт.
(б) 300 км/ч, 2 ч, бюджет — ПВРД (дешевле ТРД в 3–5 раз; расход выше, но время умеренное).
(в) 500 м/с за секунды — только РДТТ (газодинамические не разгоняют так быстро).

Ответ: (а) ТВ3; (б) ПВРД; (в) РДТТ.

Вывод. Скорость + время задают тип: 100–500 км/ч с 2+ часами — ТВ3; 250–450 км/ч с бюджетом — ПВРД; 400+ м/с за секунды — РДТТ. Выше 500 км/ч — ТРД (статья 82).

Задача 5. ПВРД против ТРД

Задача. Одна и та же задача: \(F = 40\ \text{Н} \), t = 2 ч. ПВРД: SFC = 150 г/(Н·ч); ТРД (микро): SFC = 60 г/(Н·ч). Сравнить расход топлива.

Заданные параметры:

Параметр	ПВРД	ТРД
F, t	40 Н × 2 ч
SFC	150 г/(Н·ч)	60 г/(Н·ч)

Искомые параметры: m_топ (кг) для каждого; отношение.

Решение.

ПВРД: \(0{,}15\cdot 40\cdot 2 = 12\ \text{кг} \).
ТРД: \(0{,}06\cdot 40\cdot 2 = 4{,}8\ \text{кг} \).
Отношение: 12/4,8 = 2,5 — ПВРД жрёт в 2,5 раза больше.

Ответ: ПВРД 12 кг, ТРД 4,8 кг — ТРД экономичнее в 2,5 раза.

Вывод. На 2 часах разница 7,2 кг — уже масса фюзеляжа. ПВРД оправдан, когда бюджет важнее массы (учебные, одноразовые); на 4+ часах ТРД/ТВ3 выигрывают и по массе, и по общей стоимости владения.

↑ К оглавлению

8. Чек-лист самопроверки знаний

Отметьте пункты, которые вы действительно понимаете и можете применить без подсказок.

✓	Навык	Проверка
	ТВ3	турбина + редуктор + винт; эффективен до ~500 км/ч; c 180–250 г/(кВт·ч).
	ПВРД	импульсный, без ротора; SFC в 2–3 раза хуже ТРД; ниша — дешёвые дальнолеты.
	РДТТ	не регулируется, 5–60 с; баллистический старт, «снарядные».
	P_вал (ТВ3) = D·V	F (реактив) = D + запас.
	500+ км/ч	ТРД; 100–500 км/ч + 2+ часа — ТВ3; бюджет 250–450 км/ч — ПВРД.

↑ К оглавлению

9. Источники

Wikipedia, «Turboprop» — турбовинтовые двигатели. en.wikipedia.org/wiki/Turboprop / ru.wikipedia.org/wiki/Турбовинтовой_двигатель (Турбовинтовой двигатель)
Wikipedia, «Pulsejet» — пульсореактивные двигатели. en.wikipedia.org/wiki/Pulsejet / ru.wikipedia.org/wiki/Пульсирующий_воздушно-реактивный_двигатель (Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель)
Wikipedia, «Solid-fuel rocket» — твердотопливные ракеты. en.wikipedia.org/wiki/Solid-fuel_rocket / ru.wikipedia.org/wiki/Твердотопливный_ракетный_двигатель (Твердотопливный ракетный двигатель) Solid-propellant_rocket / Твердотопливный ракетный двигатель / ru.wikipedia.org/wiki/Твердотопливный_ракетный_двигатель (Твердотопливный ракетный двигатель)

Проверено: 05.09.2026.

↑ К оглавлению

мод. : Воскресенье, 13 сентября 2026