Принцип действия реактивного двигателя. Реактивный двигатель как работает

Что такое реактивный двигатель?

Сегодня мы поговорим о том, что же такое реактивный двигатель и каково его значение для современной авиации. С самого своего появления на Земле Человек устремлял свой взор к небу. С какой невероятной легкостью птицы парят в восходящих потоках теплого воздуха! Причем не только маленькие экземпляры, но даже такие крупные, как пеликаны, журавли и многие другие. Попытки подражать им, применяя примитивные летательные аппараты, основанные на мускульной силе самого летчика, если и приводили к своеобразному «полету», то все равно о массовом внедрении разработки речь идти не могла – уж очень ненадежными были конструкции, слишком много ограничений накладывалось на человека, их использующего.

Затем появились двигатели внутреннего сгорания и пропеллерные моторы. Они оказались настолько успешными, что современный реактивный двигатель и винтово-моторный (пропеллерный) до сих пор параллельно сосуществуют. Конечно, претерпев ряд модификаций.

Как появился реактивный двигатель

Большинство технических решений, изобретение которых приписывается Человеку, на самом деле были подсмотрены у природы. К примеру, созданию дельтаплана предшествовало наблюдение за полетом птиц, парящих в небе. Обтекаемые формы рыб и птиц также были блестяще аргументированы, но уже в рамках технических средств. Подобная история не обошла стороной и реактивный двигатель. Данный принцип движения используют многие морские обитатели – осьминоги, кальмары, медузы и пр. О подобном двигателе высказывался Циолковский. Даже более – он теоретически обосновал возможность создания дирижабля для полетов в межпланетном пространстве.

Реактивное движение лежит в основе ракетных двигателей. А ракеты были известны еще в Древнем Китае. Можно сказать, что идея создания реактивного мотора «витала в воздухе», требовалось лишь увидеть ее и воплотить в технике.

Строение двигателя и принцип работы

В основе любого реактивного мотора лежит камера с выходом, заканчивающимся трубкой-раструбом. Внутрь камеры подается топливная смесь, воспламеняется там, превращаясь в газ высокой температуры. Так как его давление распространяется равномерно во все стороны, давя на стенки, то покинуть камеру газ может только через раструб, ориентированный в противоположную сторону желаемого направления движения. Это создает движущую силу. Сказанное легче понять на примере: на льду стоит человек, держа в руках тяжелый лом. Но стоит ему отбросить лом в сторону, как он получит импульс ускорения и заскользит по льду в противоположную броску сторону. Различие в дальности полета лома и смещения человека объясняется только их массой, сами же силы равны, а векторы противоположны. Проводя аналогию с реактивным двигателем: человек – это летательный аппарат, а лом – перегретый газ из раструба камеры.

При всей своей простоте данная схема обладает несколькими существенными недостатками – большим расходом топлива и огромным давление на стенки камеры. Для снижения потребления используют различные решения: в качестве горючего применяют сжиженный газ и окислитель, которые, изменяя свое агрегатное состояние, более предпочтительны, чем жидкое топливо; другой вариант – окисляемый порошок вместо жидкости.

Но наилучшим решением является прямоточный реактивный двигатель. Он представляет собой сквозную камеру, с входом и выходом (условно говоря – цилиндр с раструбом). При движении аппарата в камеру под давлением попадает воздух внешней среды, нагревается и сжимается. Подающаяся топливная смесь воспламеняется и сообщает сжатому воздуху дополнительную температуру. Далее он вырывается через раструб и создает импульс, как в обычном реактивном моторе. В этой схеме топливо является вспомогательным элементом, поэтому его затраты существенно ниже. Именно такой тип двигателя использован в самолетах, где можно увидеть лопасти турбины, нагнетающей воздух в камеру.

fb.ru

Как работает реактивный двигатель | Энергия

Чертеж не стоит воспринимать буквально. Он значительно упрощен, а пропорции не соблюдены, так что какие-то размеры значительно увеличены, а другие, наоборот, уменьшены, чтобы нагляднее показать взаимодействие между основными компонентами. Воздух поступает в большое отверстие воздухозаборника и засасывается внутрь двигателя благодаря вращению лопаточного колеса компрессора. Сжатый компрессором воздух поступает в камеру сгорания, туда же впрыскивается топливо, и смесь топлива с воздухом загорается. Сильное увеличение температуры вызывает экстремальный подъем давления в камере, и горячие газы вырываются из выходного отверстия камеры сгорания с большой скоростью (Экстремальное увеличение давления при увеличении температуры продуктов сгорания происходит только в ДВС, поскольку сгорание протекает в замкнутом объеме, что и приводит к резкому увеличению скорости на выходе из камеры сгорания. — Прим. ред.). Турбина, вращаясь в этом газовом потоке, обеспечивает вращение лопаточного колеса компрессора (с которым турбина связана через центральный вал), но только после того, как двигатель начинает работать, а вначале компрессор требуется запустить от внешнего источника питания. В первых моделях реактивных двигателей питание компрессора обеспечивалось за счет поршневого двигателя, подобного тому, который установлен в винтовых самолетах.

Выхлопные газы выбрасываются из двигателя через сопло в сторону, противоположную движению. Если скорость выхлопных газов выше, чем воздушная скорость всей конструкции (скорость движения вперед в воздушном потоке), то возникает тяга.

Реактивные двигатели лучше всего работают на больших скоростях полета (более 640 км/ч), потому что в них малые объемы воздуха ускоряются с большим коэффициентом. На меньших скоростях движения винтовые самолеты часто работают лучше, потому что они ускоряют большие количества воздуха с маленьким коэффициентом. Для самолетов, летающих на малых скоростях, хорошо подходят и турбовинтовые двигатели. Вот почему они заменяют винтовые двигатели на небольших и средних рейсовых самолетах местных авиалиний.

www.enersy.ru

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

МОТОР

Казалось бы, в лице бензинового мотора авиация полу-

Чила могучее и надёжное «сердце», которое в состоянии обеспечить большие скорости самолётов.

Однако действительность говорит иное.

На очень больших скоростях, порядка 800—900 километров в час, которые уже достигнуты современными

Самолётами, воздушный винт — движущий орган машины — перестаёт надёжно тянуть самолёт. Какую бы большую мощность мы ни подводили от мотора к винту, он на больших скоростях всё равно не потянет самолёт быстрее. Воздушный винт и обычный поршневой бензиновый мотор не в состоянии обеспечить самолёту очень больших скоростей.

На помощь авиации приходит совершенно новый двигатель — реактивный.

У нас, в России, были впервые разработаны основные типы реактивных двигателей и произведены теоретические исследования их работы и полёта в пределах и за пределами атмосферы.

Впервые наиболее чётко о возможности применения реактивного двигателя в авиации сказал в 1881 году в своём завещании приговорённый к смертной казни за изготовление бомбы, убившей Александра II, революционер-народник Николай Иванович Кибальчич.

Заключённый в каземат Петропавловской крепости, за несколько дней до своей смерти Кибальчич составил «Проект воздухоплавательного прибора»—первый проект реактивного летательного аппарата. «Находясь в заключении,— писал он,— за несколько дней до своей смерти, я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и Эта вера поддерживает меня в моём ужасном положении».

Не желая унести в могилу тайну своего замечательного изобретения, революционер просил устроить ему перед смертью свидание с кем-либо из учёных, чтобы передать свой проект потомкам. В свидании Кибальчичу отказали.

После Великой Октябрьской революции этот замечательный проект ракетоплана, который мог перемещаться в воздухе и в безвоздушном пространстве, был найден среди особо секретных дел царской охранки.

Но ещё до того, как был извлечён из архивов охранки проект Кибальчича, с идеей реактивного полёта выступил великий русский учёный Константин Эдуардович Циолковский.

В 1903 году в журнале «Научное обозрение» появилась его статья «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В этой работе Циолковский пошёл значительно дальше Кибальчича; он дал не только строго научное обоснование возможности использованияреактивного двигателя для полётов, но и разработал первые конструкции ракетопланов.

Непрерывно совершенствуя свои изыскания, углубляя их, великий «фантаст и мечтатель», к<ак его называли в те дни, занимался вполне реальным делом.

Увлечённый мыслью о межпланетных полётах, Циолковский сорок пять лет назад создал проект жидкостного реактивного двигателя, который по принципу своему явился предшественником современных жидкостных реактивных двигателей самолётов и реактивных снарядов.

Великий русский учёный К. Э. Циолковский (родился в 1857 г., умер в 1935 г.).

В те годы, когда воздухоплавание только ещё утверждалось, Циолковский уже говорил: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных или аэропланов стратосферы».

Что же представляет собой реактивный двигатель? Как он работает?

С давних пор передвижение по земле в нашем сознании

Прочно связано с вращающимся колесом. Вращение — основа современной техники. И когда мы говорим о двигателе — будь то паровой, внутреннего сгорания или электрический,— мы знаем, что его работа заключается во вращении; мотор вращает колёса автомашины, винт корабля, винт самолёта, которые сообщают в конечном итоге поступательное движение тому или иному виду транспорта.

Реактивный двигатель не имеет ни колёс, ни винтов; он создаёт тягу, как бы отталкиваясь от газов, которые в нём самом образуются.

Основное преимущество реактивной техники — простота. Взгляните на современный бензиновый авиамотор в разрезе. Какое обилие механизмов, колёс, поршней и многих других частей упрятано в этот двигатель. Реактивный же двигатель очень прост. Имея ту же мощность, реактивный двигатель в три-четыре раза легче поршневого авиамотора. Кроме того, он имеет малый размер, а это позволяет придать самолёту обтекаемую форму, необходимую для уменьшения сопротивления воздуха в

Рис. 22. При выстреле пушка откатывается назад реактивной силой.

Полёте. По управлению своему и по обслуживанию новый тип двигателя также проще обычных авиамоторов.

Как же работает такой двигатель?

В начале книги мы приводили сравнение между пушкой и двигателем внутреннего сгорания. Посмотрим внимательно ещё раз, как стреляет пушка. Мы поджигаем порох. Он взрывается. Снаряд вылетает из ствола-цилиндра под давлением газов. Но в это же мгновение сама пушка под давлением тех же газов откатывается в противоположную сторону (рис. 22). Почему это происходит? Газы, образующиеся при выстреле в стволе пушки, давят во все стороны одинаково. При этом давление газов о днище ствола пушки не уравновешивается противоположным давлением со стороны ядра, так как ядро вылетело и никакой жёсткой стенки для газов уже нет. Это давление газов о днище ствола и откатывает пушку назад. Если из пушки продолжать стрелять непрерывно и не закреплять её, она будет непрерывно катиться под действием силы отдачи или, как её называют, реактивной силы в сторону, обратную направлению выстрела. На этом и основана работа реактивного двигателя. Для получения реактивной тяги в таком двигателе необходимо, чтобы из него вытекала непрерывная струя газов в сторону, противоположную движению самого двигателя.

Тяга реактивного мотора тем больше, чем больше газов выходит из двигателя и чем больше скорость их истечения.

Но как заставить выходить из двигателя постоянный мощный поток газов?

Каждый, наверное, видел обыкновенную паяльную лампу. В горелку этой лампы поступают бензиновые пары. Они смешиваются с воздухом и сгорают. Голубой язык пламени с рёвом вырывается из горелки, вытягиваясь далеко вперёд. Кажется, что вся лампа содрогается от раскалённого потока вылетающих газов.

Паяльная лампа и напоминает современный реактивный двигатель. Поток значительной массы газов может быть получен за счёт сгорания большой массы топлива. В технике для этой цели могут служить керосин, бензин, бензол, спирт и т. д. Чем больше тепла они дают при сгорании, тем больше скорость истечения образующихся газов и тем сильнее тяга двигателя.

Для горения необходим кислород. Он применяется либо в виде окислителей, например азотной кислоты, перекиси водорода, либо в чистом виде: в виде жидкого кислорода или кислорода из воздуха.

В зависимости от того, в каком виде используется в двигателе кислород, они разделяются на жидкостные и воздушные.

Жидкостный реактивный двигатель (или кратко ЖРД) прост по конструкции и не отличается от двигателя, предложенного и разработанного Циолковским (рис. 23). Он состоит из камеры сгорания, в которую из специальных баков вводятся горючее и окислитель. Так как в камере сгорания развивается давление до 20 атмосфер, горючее накачивается в камеру насосами.

Современный ЖРД при сжигании одного килограмма топлива в секунду даёт толкающее усилие, равное примерно 200 килограммам.

Ввиду большого расхода горючего действие этого двигателя на самолётах пока ещё непродолжительно, практически не превышает 10—15 минут. Зато мощность ЖРД не ограничена и не зависит от высоты полёта самолёта, а лишь от того, сколько топлива сгорает в данный момент.

ЖРД применяется в авиации как двигатель для разгона тяжело нагружённых самолётов при взлёте, а также в скоростных истребителях-перехватчиках и ракетных снарядах.

ЖРД — это пока единственный двигатель, который может практически работать в безвоздушном простран-

НапраВление .... дВиз/сения-

Рис. 23. Схема жидкостного реактивного двигателя (ЖРД).

Стве. Лишь упомянутый недостаток его — большой расход топлива — задерживает широкое использование этого двигателя в авиации.

Как же увеличить продолжительность работы реактивного двигателя?

Попробуем отказаться возить с собой окислитель в виде жидкого кислорода, азотной кислоты и т. д., а б уд ей забирать его прямо из воздуха. Самолёты с воздушно-реактивными двигателями (ВРД) берут с собой только горючее, кислород же засасывается с воздухом. Воздушно-реактивные двигатели для обычных скоростей современных самолётов экономичнее жидкостных примерно в 10 раз.

В настоящее время существует несколько систем ВРД.

Посмотрим, как работает пульсирующий воздушно - реактивный двигатель (ПуВРД). Он представляет собой цилиндрическую трубу с установленными внутри неё клапанными решётками и форсунками (рис. 24). Через переднее отверстие в двигателе сквозь открытые решётки клапанов воздух попадает в камеру сгорания. В это же мгновение туда с помощью форсунок впрыскивается горючее и поджигается. Клапанные решётки сами захлопываются от внутреннего давления газов. Теперь двига-

> Напрадлгние ддиокения

Форсунки

Рис. 24. Схема пульсирующего воздушно - реактивного двигателя (ПуВРД).

Тель напоминает ствол пушки, закрытый с одного конца. Газы вырываются из заднего отверстия, как из ствола, создавая реактивную тягу. В следующий момент новая

.. ^ л

Форсунки

Рис. 25. Схема прямоточного воздушно - реактивного двигателя (ПВРД).

Порция воздуха врывается сквозь клапанные решётки, снова впрыскивается горючее и опять происходит взрыв.

Двигатель работает отдельными толчками, создавая тягу самолёту.

Но можно построить ВРД и без решёток — это так называемый прямоточный воздушно-реактив - ный двигатель (ПВРД). Он имеет цилиндрический корпус (рис. 25). Переднее отверстие в корпусе несколько меньше заднего, откуда выходят реактивные газы. При большой скорости самолёта сквозь переднее отверстиеврывается воздух, который служит окислителем для горючего, поступающего из форсунки. Газы, образующиеся от сгорания горючего в сильной воздушной струе, проходящей через двигатель, нагревают этот воздух, и он от этого стремится расшириться и с огромной силой вырывается через заднее отверстие двигателя. Поэтому грубо можно сказать, что тяга этого двигателя получается как бы только за счёт «разгона воздуха», который входит в двигатель и покидает его в сильно разогретом состоянии.

Камера сгорания

Направление дбаэкения

Рис. 26. Схема турбокомпрессорного воздушно-реактивного двигателя (ТКВРД).

Газовая

Воздушный I У 'тдрбана.

Компрессор л-гч

Форсунка

Однако при всей своей простоте прямоточный двигатель будет выгоден только на очень больших скоростях самолёта (2—3 тысячи километров в час), когда воздух будет врываться в переднее отверстие двигателя с огромным давлением.

Эти скорости пока ещё не достигнуты самолётом.

Л нельзя ли искусственно увеличить давление входящего в двигатель воздуха? Можно.

Техника реактивных самолётов остановилась в настоящее время на так называемом турбокомпрессор - ном воздушн о-р еактивном двигателе (ТКВРД). Это сейчас основной двигатель в реактивной авиации (рис. 26). В нём нагнетание воздуха в двигатель производит компрессор — воздушный насос. Вращается

Компрессор от газовой турбины, которая установлена в струе реактивных газов и действие которой мы уже разобрали. ТКВРД может развить достаточную тягу при взлёте самолёта, а также на малых скоростях полёта.

Для того чтобы уяснить себе работу наиболее распространённого турбокомпрессорного реактивного двигателя, рассмотрим подробнее процессы, которые в нём протекают, и попытаемся сравнить их с уже известными нам четырьмя тактами двигателя внутреннего сгорания.

В ТКВРД можно проследить следующие четыре процесса: всасывание атмосферного воздуха, сжатие его турбокомпрессором, впрыскивание горючего, горение и, наконец, реактивный выхлоп.

Сравнивая этот двигатель с обычным четырёхтактным двигателем внутреннего сгорания, мы найдём много общего. В каждом цилиндре поршневого двигателя по очереди повторяются такты: всасывание, сжатие, горение и выхлоп.

В турбокомпрессорном реактивном двигателе также происходит некоторое подобие этих процессов. Однако это осуществляется одновременно и непрерывно, но в разных зонах двигателя.

Таким образом, если четыре такта в цилиндре поршневого двигателя чередуются во времени, то в реактивном двигателе четыре такта как бы чередуются в пространстве— по отдельным зонам двигателя. Правда, и роль этих процессов здесь несколько отлична.

Сложность турбокомпрессорного двигателя в сравнении с другими реактивными двигателями окупается его совершенными качествами: двигатель даёт большую тягу и хорошо работает на всех скоростях самолёта. Изменяя подачу горючего, можно управлять мощностью этого двигателя.

Каждый из рассмотренных нами типов реактивных двигателей находит, или найдёт в ближайшем будущем, своё применение в авиации: ТКВРД — уже применяется для скоростей, достигающих скорость звука (1 200 км в час), ПВРД — для скоростей в 2—3 раза выше скорости звука и ЖРД — для полёта к стратосфере.

И сейчас, когда первые эскадрильи реактивных самолётов (рис. 27) уже летают в воздушном океане, когда на

Сверхвысоких скоростях полёта поршневой мотор уже уступил своё место реактивному двигателю, хочется ещё раз вспомнить слова Циолковского, сказанные в 1933 году:

«Сорок лет я работал над реактивными двигателями и думал, что прогулка на Марс начнётся лишь через много сотен лет. Но сроки меняются. Я верю, что многие из вас будут свидетелями заатмосферного путешествия».

Набина ;

Рис. 27. Самолёт с воздушно-реактивным двигателем.

Только Советская власть дала учёному веру в реальность своих идей, дала ему веру в силы человеческого творчества. Только Советская власть по-настоящему оценила всю глубину и значимость его трудов и стремлений.

Циолковский видел ту силу, которая способна двигать вперёд развитие человечества. В своём письме товарищу Сталину он писал в 1935 году, в год своей смерти:

«Всю свою жизнь я мечтал своими трудами хоть немного продвинуть человечество вперёд. До революции моя мечта не могла осуществиться. Лишь Октябрь принёс признание трудам самоучки: лишь Советская

Власть и партия Ленина — Сталина оказали мне действенную помощь. Я почувствовал любовь народных масс, и это давало мне силы продолжать работу уже будучи больным...

Все свои труды по авиации, ракетоплаванию и межпланетным сообщениям передаю партии большевиков и

Советской власти — подлинным руководителям прогресса человеческой культуры. Уверен, что они успешно закончат эти труды».

И если раньше казённая царская наука, окружив непроходимой стеной молчания дерзновенные проекты великого учёного, пыталась представить его «калужским чудаком и мечтателем», то освобождённый русский народ понял и воспринял замыслы Циолковского. Знаменитым деятелем науки назвал Циолковского товарищ Сталин.

Наступил день, когда реактивные самолёты поднялись в небо.

И недалеко время, когда первые космические корабли, оснащённые реактивными двигателями, устремятся за пределы земной атмосферы на исследование мировых пространств.

Оы познакомились с различными двигателями внутрен - него сгорания, объединёнными одной общей чертой: в них сжигание топлива происходит в самом двигателе. Подведём заключительные итоги. Наша Родина имеет бесспорное первенство в …

В памяти каждого из нас всё ещё живы неостывшие воспоминания о победоносной Великой Отечественной войне. Эта война по

msd.com.ua

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель | Техника и человек

Одним из наиболее простых по конструкции силовых агрегатов семейства воздушно-реактивных двигателей является прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД). Как и у всех других ВРД, его тяга обеспечивается сгоранием топлива и образованием реактивного потока, но при этом он имеет и ряд принципиальных отличий.

Устройство ПВРД

Конструкция ПВРД, как было отмечено выше, отличается лаконичностью и минимальным количеством составляющих элементов. В упрощенном варианте он состоит из диффузора, камеры сгорания и сопла, а также вспомогательных систем подачи топлива и зажигания, которые в некоторых моделях могут и отсутствовать. На первый взгляд может показаться, что собрать такой двигатель можно и самостоятельно, ведь в нем нет ничего сложного, но на самом деле это не совсем так. Эффективность работы ПВРД зависит от множества мелких нюансов, в том числе и от формы, геометрии и размеров диффузора и сопла. Эти параметры определяют тип ПВРД, его мощность и сферу применения.

pvrd_1

Принцип работы

Работа ПВРД, как и практически всех реактивных двигателей (кроме пульсирующих ВРД), нециклична, то есть беспрерывна. Встречный поток воздуха через входное устройство попадает в диффузор, где снижает свою скорость и сжимается, превращая кинетическую энергию движения во внутреннюю. Сжатый и нагретый воздух с пониженной скоростью попадает в камеру сгорания, перемешивается с впрыснутым форсунками топливом и образует топливный заряд. Полученная горючая смесь воспламеняется от искры или при контакте с горячими стенками двигателя, в результате чего образуются продукты сгорания – газы с большим зарядом энергии. Поток расширяющихся газов проходит через сопло и выходит наружу со скоростью большей, чем скорость полета, образуя реактивную тягу.

В некоторых моделях ПВРД жидкое топливо заменяется твердым, расположенным в камере сгорания, что значительно упрощает его конструкцию. В этом случае система подачи топлива отсутствует, а само топливо представляет собой измельченный порошок бериллия, алюминия или магния, который нагревается и под влиянием температуры и кислорода постепенно окисляется.

Как легко заметить, ПВРД имеет один недостаток: он не может работать при низких скоростях или в неподвижном состоянии. Для его запуска и стабильной работы необходим достаточно мощный встречный воздушный поток, который может обеспечиваться только дополнительным ускорителем.

История создания

Конструкция и принцип работы ПВРД были разработаны и запатентованы французом Рене Лореном в 1913 году. Многих авиаконструкторов того времени привлекла простота устройства этого двигателя, возможность его использования при полетах со сверхзвуковыми скоростями и в разреженных слоях атмосферы. Первые рабочие модели были получены во Франции, США и СССР уже в 30-х годах. Начало Второй мировой войны остановило многие научные работы, но уже в конце 40-х – начале 50-х годов ученые вновь вернулись к ПВРД. Первой ракетой, оснащенной этим двигателем, стала французская Leduc 010, за которой последовали Leduc 021 и Leduc 022. Со временем эксперименты с ПВРД прекратились, а их признали бесперспективными, потому как появились более удобные в использовании и эффективные ТРД.

Leduc 022

Среди отечественных разработок стоит отметить межконтинентальную ракету «Буря», над созданием которой работали советские конструкторы. В 1957 году она прошла первые испытания, которые выявили ряд ее недостатков, таких как проблемы с точностью поражения целей. Из современных ракет ПВРД оснащаются П-270 «Москит» и П-800 «Оникс».

П-270 «Москит»

Типы ПВРД

В зависимости от скорости, которую они могут развивать, ПВРД делятся на три типа:

дозвуковые;
сверхзвуковые;
гиперзвуковые.

Дозвуковые ПВРД используются для полетов со скоростью, не превышающей звуковой. Они имеют наиболее простую конструкцию, описанную выше, и отличаются довольно низким КПД, что объясняется низкой степенью сжатия воздуха в диффузоре. Диапазон их скоростей находится в пределах 0,5-1М (М – число Маха), если скорость ниже, двигатель перестает работать. Низкий КПД, ограничение по скорости, необходимость первоначального разгона – все это делает дозвуковые ПВРД малоэффективными, поэтому они практически не используются.

Сверхзвуковые ПВРД развивают скорость в пределах от 1 до 5М. Их легко узнать по характерному конусу, который выступает в передней части и предназначен для скачкообразного торможения воздушного потока. Такие конусы называются центральным телом и обеспечивают внешнее сжатие. При движении на сверхзвуковых скоростях поток воздуха попадает на конусную поверхность и тормозится, причем торможение происходит в виде резкого скачка в несколько этапов (обычно не более 4-х скачков). Скорость при этом остается сверхзвуковой. Далее воздушный поток попадает в диффузор, где продолжает сжиматься и тормозиться до дозвуковой скорости.

Конусы могут заменяться плоскими входными устройствами двухмерного течения без центрального тела. Скачкообразное повышение давления в этом случае обеспечивается сложной формой внутреннего канала. Именно сверхзвуковые ПВРД нашли широкое применение в военной авиации. По своим характеристикам они сравнимы с другими типами ВРД, что в сочетании с простой конструкцией делает их незаменимыми в определенной сфере. Степень сжатия воздуха в таких двигателях сравнима со степенью сжатия в компрессорах ТРД. Правда, диапазон скоростей, на которых они достигают наибольшей эффективности, находится в узких пределах от 3 до 5М.

Гиперзвуковые ПВРД – это пока только научные разработки авиаконструкторов. На сегодняшний день еще нет ни одного экспериментального рабочего образца этих двигателей, диапазон скоростей которых должен быть выше 5М. Его принципиальное отличие от двух предыдущих типов заключается в том, что поток воздуха проходит через диффузор и камеру сгорания со сверхзвуковой скоростью. Сечение всего тракта двигателя постоянно расширяется; поток, проходя по нему, тормозится лишь частично, а при сгорании топлива дополнительно ускоряется, так что его скорость на выходе больше, чем на входе. Основной проблемой при разработке таких двигателей является организация сгорания топлива в условиях сверхзвукового воздушного потока.

Основные отличия ПВРД от других типов двигателей:

отсутствие компрессора, как такового. Роль компрессора играет либо диффузор, либо входное устройство;
невозможность запуска при нулевой скорости, необходимость внешнего дополнительного ускорителя;
эффективная работа только в узких скоростных диапазонах в зависимости от типа ПВРД.

Если сравнивать рабочие характеристики ПВРД и других типов реактивных двигателей, можно сделать вывод, что дозвуковые ПВРД полностью проигрывают своим ближайшим «родственникам» по мощности и КПД. А вот сверхзвуковые модели вполне конкурентоспособные: их термический КПД выше, чем у других реактивных моторов.

Достоинства и недостатки ПВРД

К достоинствам прямоточного ВРД несомненно стоит отнести простоту конструкции и минимальное количество составляющих элементов, а значит, и сравнительно низкую себестоимость. Кроме этого:

возможность использования двигателя при полетах на большой высоте в разреженных слоях атмосферы;
возможность использования твердого топлива, что упрощает конструкцию;
высокий показатель термического КПД у сверхзвуковых ПВРД, достигающий значения порядка 60%, что выше, чем у других реактивных двигателей.

Недостатки:

двигатель не может работать при нулевой и при низкой скорости; для его работы необходимо наличие встречного воздушного потока;
наиболее перспективные сверхзвуковые ПВРД эффективно работают только в узких скоростных диапазонах (3-5М).

Сфера применения

Использование ПВРД на пилотируемых самолетах нецелесообразно, ведь для их запуска нужны дополнительные двигатели. Намного проще сразу установить, например, ТРД. Именно поэтому их применение сводится к установке на крылатые ракеты, летающие мишени и непилотируемые самолеты, летающие со скоростью в пределах от 2 до 5М. В основном это «одноразовые» двигатели, что вполне логично, учитывая их невысокую стоимость и простую конструкцию. Запуск аппаратов с ПВРД осуществляется за счет их разгона до рабочей скорости с помощью самолетов-носителей или ракетных ускорителей.

Гиперзвуковые ПВРД планируется использовать на космических аппаратах, но пока это только теория.

Несмотря на то, что использование ПВРД в настоящее время ограничено, постоянно ведутся работы по улучшению их рабочих характеристик и созданию новых моделей.

Последняя разработка является двигатель Sabre частной фирмы Reaction Engines.

sabre

Суть данного двигателя в том, что традиционные двигатели, которые сегодня применяются в авиации, для полета на гипер скоростях требуют спецрезервуаров с жидким кислородом, если самолет развивает в полете скорость более 3000 км/ч. Обыкновенный воздух на таких скоростях нагревается до очень высоких температур, порядка 1000 градусов по Цельсию, что резко понижает термическое КПД. Особенность двигателя Sabre в том, что позволяет применять атмосферный воздух вместо жидкого кислорода. Когда воздух проходит сквозь двигатель, он сжимается и разогревается, в это время он попадает в холодильник, который оснащен целой системой трубок, которые наполняются гелием эти трубки, гелий охлаждает воздух до необходимой температуры. У двигателя Sabre есть одна особенность. Он в состоянии работать в 2-х режимах: как реактивный двигатель и как ракетный двигатель. Устанавливаться он будет на самолете Skylon. Данная аппарат сможет разогнаться в атмосфере в 5 раз быстрее скорости звука и в 25 раз в открытом космическом пространстве.

skylon_aviockaft

Skylon готовиться как космический самолет, способный выводить спутники на низкую орбиту. При этом это будет очень выгодная технология. По словам Алана Бонда, являющегося основателем компании, суммы, которые требуются для запуска спутников и других похожих миссий, могут уменьшиться сразу на 95% в том случае, если будет налажено коммерческое производство двигателей Sabre.

zewerok.ru

Что такое реактивное движение и как работает реактивный двигатель — доклад про ракеты

В небо взмывают многотонные космические корабли, а в морских водах ловко лавируют прозрачные, студенистые медузы, каракатицы и осьминоги — что между ними общего? Оказывается, в обоих случаях для перемещения используется принцип реактивного движения. Именно этой теме и посвящена наша сегодняшняя статья.

Заглянем в историю

Самые первые достоверные сведения о ракетах относятся к XIII веку. Они применялись индусами, китайцами, арабами и европейцами в боевых действиях как боевое и сигнальное оружие. Затем последовали целые столетия почти полного забвения этих устройств.

В России идея использования реактивного двигателя возродилась благодаря работам революционера-народовольца Николая Кибальчича. Сидя в царских застенках, он разработал российский проект реактивного двигателя и летательный аппарат для людей. Кибальчич был казнен, а его проект долгие годы пылился в архивах царской охранки.

Изобретатель Николай Кибальчич.

Основные идеи, чертежи и расчеты этого талантливого и мужественного человека получили дальнейшее развитие в трудах К. Э. Циолковского, который предложил использовать их для межпланетных сообщений. С 1903 по1914 год он публикует ряд работ, где убедительно доказывает возможность использования реактивного движения для исследования космического пространства и обосновывает целесообразность использования многоступенчатых ракет.

Многие научные разработки Циолковского и по сей день применяются в ракетостроении.

Биологические ракеты

Как, вообще возникла идея перемещаться, отталкиваясь от собственной реактивной струи? Возможно, пристально наблюдая за морскими обитателями, жители прибрежных зон заметили, как это происходит в животном мире.

Например, морской гребешок перемещается за счет реактивной силы водной струи, выбрасываемой из раковины при быстром сжатии её створок. Но ему никогда не угнаться за самыми быстрыми пловцами — кальмарами.

Кальмар — пример реактивного движения в живой природе.

Их ракетообразные тела мчатся хвостом вперед, выбрасывая из специальной воронки, запасенную воду. Медлительные медузы перемещаются по тому же принципу, выдавливая воду сокращением своего прозрачного купола.

Природа одарила «реактивным двигателем» и растение под названием «бешеный огурец». Когда его плоды полностью созревают, в ответ на самое слабое прикосновение, он выстреливает клейковину с семенами. Сам плод при этом отбрасывается в противоположную сторону на расстояние до 12 м!

Ни морским обитателям, ни растениям неведомы физические законы, лежащие в основе этого способа передвижения. Мы же попробуем в этом разобраться.

Физические основы принципа реактивного движения

Вначале обратимся к простейшему опыту. Надуем резиновый шарик и, не завязывая, отпустим в свободный полёт. Стремительное движение шарика будет продолжаться до тех пор, пока истекающая из него струя воздуха будет достаточно сильной.

Струя воздуха с силой выходит из шарика.

Для объяснения результатов этого опыта нам следует обратиться к III закону Ньютона, который утверждает, что два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению. Следовательно, сила, с которой шарик воздействует на вырывающиеся из него струи воздуха, равна силе, с которой воздух отталкивает от себя шарик.

Перенесем эти рассуждения на ракету. Эти устройства на огромной скорости выбрасывают некоторую часть своей массы, вследствие чего сами получают ускорение в противоположном направлении.

Сообщение о ракетах.

С точки зрения физики этот процесс чётко объясняется законом сохранения импульса. Импульс — это произведение массы тела на его скорость (mv) Пока ракета в покое, её скорость и импульс равны нулю. Если из неё выбрасывается реактивная струя, то оставшаяся часть по закону сохранения импульса должна приобрести такую скорость, чтобы суммарный импульс по-прежнему был равным нулю.

Обратимся к формулам:

m гvг+ m рvр=0;

отсюда

m гvг=- m рvр,

где m гvг импульс создаваемой струей газов, m рvр импульс, полученный ракетой.

Знак минус показывает, что направление движения ракеты и реактивной струи противоположны.

Устройство и принцип работы реактивного двигателя

В технике реактивные двигатели приводят в движение самолёты, ракеты, выводят на орбиты космические аппараты. В зависимости от назначения они имеют разное устройство. Но каждый из них имеет запас топлива, камеру для его сгорания и сопло, ускоряющее реактивную струю.

Устройско ракетного двигателя.

На межпланетных автоматических станциях оборудован также приборный отсек и кабины с системой жизнеобеспечения для космонавтов.

Современные космические ракеты это сложные, многоступенчатые летательные аппараты, использующие новейшие достижения инженерной мысли. После старта вначале сгорает топливо в нижней ступени, после чего она отделяется от ракеты, уменьшая её общую массу и увеличивая скорость.

Схема отделения ступени ракеты.

Затем расходуется топливо во второй ступени и т. д. Наконец, летательный аппарат выводится на заданную траекторию и начинает свой самостоятельный полёт.

Немного помечтаем

Великий мечтатель и учёный К. Э. Циолковский подарил будущим поколениям уверенность в том, что реактивные двигатели позволят человечеству вырваться за пределы земной атмосферы и устремиться в космос. Его предвидение сбылось. Луна, Марс и даже далёкие кометы успешно исследуются космическими аппаратами. Учёный-изобретатель Константин Эдуардович Циолкоский.

В космонавтике используют жидкостные реактивные двигатели. Используя в качестве топлива нефтепродукты, но скорости, которые удается получить с их помощью, недостаточны для очень дальних перелётов.

Возможно, вы, наши дорогие читатели, станете свидетелями полётов землян в другие галактики на аппаратах с ядерными, термоядерными или ионными реактивными двигателями.

Автор: Драчёва Светлана Семёновна

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

Вы можете оставить комментарий к докладу.

www.doklad-na-temu.ru

Как Реактивный двигатель Работает — КиберПедия

Как Реактивный двигатель Работает

Турбореактивный двигатель - по существу машина, разработанная в единственной цели произвести высоко-скоростные газы, которые освобождены от обязательств через реактивный носик в тылу двигателя. Двигатель начат, вращая компрессор со стартером, затем зажигая смесь топлива и воздуха в камере сгорания с одним или более воспламенителями. Когда двигатель начался, и его компрессор вращается должным образом, стартер и воспламенители выключены. Двигатель будет тогда бежать без дальнейшего assisstance, пока топливо и воздух в надлежащих пропорциях продолжают входить в камеру сгорания.

Газы, созданные топливной и воздушной смесью, горящей под нормальным атмосферным давлением не расширяются достаточно, чтобы сделать полезную работу. Воздух под давлением должен быть смешан с топливом прежде, чем газы, произведенные сгоранием могут успешно использоваться, чтобы заставить турбореактивный двигатель работать. Чем более воздушный двигатель может сжать и использовать, тем больше - власть или толкает это, может произвести.

В реактивном двигателе топливная и воздушная смесь сжата посредством центробежного компрессора. Власть, необходимая вести компрессор в турбореактивном двигателе очень высока. Чтобы указывать, сколько власти поглощено компрессором умеренно большого турбореактивного двигателя, позвольте нам предполагать, что мы имеем двигатель, который производит 10 000 фунтов толчка для взлета. В этом двигателе, турбина должна произвести приблизительно 35 000 шахт horsepower4, чтобы вести компрессор, когда двигатель работает при полном толчке. О трех четвертях власти, произведенной в реактивном двигателе используется, чтобы вести компрессор. Только, что перенесено, доступно, чтобы произвести толчок, должен был продвинуть самолет.

Единственная стадия центробежные компрессоры практична для отношений давления до приблизительно 4:1. Более высокие давления могут быть достигнуты, но в уменьшении в эффективности. Возможно получить более высокие давления при использовании больше чем одной стадии сжатия.

Температурная Проблема

Проблема, которая случилась с увеличивающейся важностью как скорости самолета, стала выше - та из температуры. Температуры, связанные с очень высокими энергиями, рассеянными в течение возвращения ракеты - часто выше точки плавления большинства материалов. Даже температуры, связанные с передним краем самолетов в сверхзвуковом полете высоко достаточно, чтобы уменьшить строго особенности силы структурных материалов.

Три метода использовались, чтобы преодолеть температурную проблему. К certam ракетному заявлению возвращения, возможно строитьтело с ограждением материала, который является в состоянии поглотить высокую температуру произведенный в течение возвращения маневрируют, просто тая или горя далеко ограждение, оставляя главную неповрежденную структуру. В случаях где такой подход был бы неудовлетворительным, усилия были сделанный сражаться с температурой, используя системы охлаждения, типаподача воды под давлением через передний край и поглощениелишняя высокая температура, преобразовывая это, чтобы двигаться. На более низких скоростях, стойких к температуре материалах, типа нержавеющей стали или титана или даже определенные алюминиевые сплавы, доказали очень удовлетворительный подход.

STOLs и VTOLs

С УКОРОЧЕННЫМИ ВЗЛёТОМ И ПОСАДКОЙ стенды для короткого взлета и приземления. С УКОРОЧЕННЫМИ ВЗЛёТОМ И ПОСАДКОЙ взгляды как обычный самолет, но зависит от мощных двигателей и устройств стабилизации для приземления и взлета. Они могли бы включить большие выдвигающиеся откидные створки, чтобы увеличить область крыла в низких скоростях и отклонить воздушный поток вниз для увеличенного подъема.

Быть быстрее чем вертолеты, но требуя большего места посадить STOLs могло бы использоваться в междугородних операциях между пригородными аэропортами.

СВВП поддерживает вертикальный взлет и приземление. Должно быть отмечено, что ремесло СВВП может также работать в С УКОРОЧЕННЫМИ ВЗЛёТОМ И ПОСАДКОЙ способе, где приземление места доступно. Все VTOLs излагают трудные технические проблемы. В то время как обычный самолет может развить подъем медленно, увеличивая скорость по взлетно-посадочной полосе, СВВП должен взлететь без этого вида помощи. Это ищет весь его начальный подъем без любой передовой скорости. Это требует большого количества грузоподъемности, которая, вероятно, будет необходима только для взлета и приземления. Результат более низкий полезный груз, более высокие затраты, и более короткий диапазон.

Эксплуатационные расходы улучшаются, но все еще выше чем таковые из обычного самолета. Однако, нет никакого вопроса, что есть место для VTOLs - принятие удовлетворительного проекта может быть найдено.

Множество различных видов СВВП было построено или находится под исследованием.

Модель странно-выглядящего АДАМА II была уже построена и проверяется. АДАМ поддерживает Воздушное Отклонение и Модуляцию. Турбовентиляторные двигатели будут расположены прямо в крыльях и носу. Чтобы получить вверх толчок, проект неподвижного крыла отклоняет поток воздуха вниз через ряд жалюзи или планок. АДАМ запланирован как высоко-звуковое ремесло, которое может принести это в класс на 600 миль в час. Наконец, работа переходит на несколько сверхзвуковой, реактивный-управляемый VTOLs. Они, так же как АДАМ, являются видом высокоэффективного ремесла, которое должно пожертвовать полезным грузом и экономикой операции, чтобы получить эту высокую эффективность. Поэтому теперь они представляют больше интереса для вооруженных сил чем коммерческим операторам. Будущее, однако, может видеть еще более новые проекты.

Электронная Оптика

Преобразование визуального изображения - двумерное распределение света и оттенка - в электрический сигнал требует не просто фоточувствительного элемента, который переводит различия в легкой интенсивности в различия в потоке или напряжении, но также и коммутаторе, который последовательно заставляет фотоэмиссию, полученную из различных картинных элементов приводить в действие общий генератор сигнала, или, поскольку альтернатива, последовательно получает сигнал продукции из индивидуальных фотоэлементов, связанных с картинными элементами. Точно так же в картинной реконструкции, коммутатор необходим, чтобы применить полученный сигнал последовательно к элементам в рамке кадра, соответствующей картинным элементам в передатчике, из которого произошел сигнал.

В электронном телевидении коммутаторы, используемые в обеих целях. являются электронными лучами. Чтобы воспроизведенная картина могла быть преданной точной копией оригинальной сцены, эти лучи должны быть отклонены в манере, которой точно управляют; чтобы понимать острые, высококачественные картины, они должны резко сходиться. Электрический и магнитные поля - средства, используемые для того, чтобы достигнуть обеих целей.

Проект электрических и магнитные поля, чтобы сосредоточиться и отклонять электроны в предписанной манере обычно называют электронной оптикой. Срок следует из признания, что дорожки материальных частиц, подчиненных консервативным областям силы повинуются тем же самым математическим законам как легкие лучи в среде переменного преломляющего индекса. Позже, это показывал, и теоретически и экспериментально, что axially симметрический электрический и акт магнитных полей действительно на электронных лучах в той же самой манере, поскольку обычные стеклянные линзы действуют на легкие лучи. "Преломляющий индекс" и для электронов в области с электростатической потенциальной победой и магнитной векторной потенциальной Банкой, быть написан просто то, где видят, - скорость света и 0 угол между дорожкой и магнитным векторным потенциалом. Нулевой уровень потенциальной победы сделан таким, что e победа представляет кинетическую энергию электрона. Таким образом возможно получить уравнения дорожки электронов из закона Фермата оптики: Закон Фермата заявляет, что для фактического легкого луча (или электронная дорожка) от пункта, чтобы указать B оптическое расстояние - минимум или максимум по сравнению с любой дорожкой сравнения.

В любой фактической электронной-оптической системе только электроды, окружающие область, через которую электроны перемещаются, наряду с их потенциалами, так же как внешними текущими катушками переноса и магнитными ядрами, могут быть определены по желанию. Области в интерьере, которые вступают в выражение преломляющего индекса и уравнения дорожки, должны быть получены из решения уравнения Лаплас для граничных условий, установленных электродами и magnetics. Для гальваностереотипа статические системы уравнение Лаплас - просто:

Определение электронных дорожек в пределах системы таким образом обычно выполняется в двух шагах: определение областей и решения уравнения дорожки в этих областях. Однако, компьютерные программы, применимые для большого диапазона практических случаев, были написаны для того, чтобы выполнить обе операции. С ними, компьютер поставляет электронные дорожки, если пункт происхождения и начальной скорости электрона также граничные потенциалы определен.

Радиация

Радиация - процесс, которым произведены волны. Если мы соединяемся, ac источник к одному концу электрической линии передачи (скажите, пара проводов или коаксиальных проводников), мы ожидаем, что электромагнитная волна путешествует вниз по линии. Точно так же, если, как в первой иллюстрации, мы перемещаем ныряльщика назад и вперед в заполненную воздухом трубу, мы ожидаем, что акустическая волна путешествует вниз по трубе.

Таким образом, мы обычно связываем радиацию волн с колеблющимися источниками. Вибрирующий конус громкоговорителя излучает акустические (звуковые) волны. Колеблющийся поток в радио или телевидении, передающем антенну излучает электромагнитные волны. Колеблющийся электрический или магнитный диполь излучает поляризованные самолетом волны. Вращающийся электрический или магнитный диполь излучает циркулярные поляризованные волны.

Радиация всегда связывается с движением, но это не всегда связывается с изменяющимся движением. Вообразите своего рода неподвижное устройство, проходящее дисперсионная среда. В иллюстрации ниже этого иллюстрирован как "гид" пройти тонкий прут и перемещать прут, поскольку это перемещается. Такое движущееся устройство производит волну в дисперсионной среде. Частота волны - такой, что победа скорости фазы волны соответствует скоростной победе перемещающегося устройства. Если скорость группы - меньше чем скорость фазы, волна, которая произведена следы позади перемещающегося устройства. Если скорость группы больше чем скорость фазы, волна выбегает перед перемещающимся устройством. Таким образом, объект, который перемещается в прямую линию в постоянной скорости, может излучить волны, если скорость движения равна скорости фазы волн, которые произведены. Это может произойти в линейной дисперсионной среде, поскольку мы отметили выше. Это может также произойти в случае объекта, перемещающегося через место, в котором могут поехать волны самолета.

Антенны и Дифракция

Иллюстрация представляет пучок света, появляющийся от лазера. Как путешествия луча, это расширяется, и поверхности постоянной фазы становятся сферическими. Луч тогда проходит через выпуклую линзу, сделанную из материала, в котором свет едет более медленно чем в воздухе. Это занимает более длинное время для волн, чтобы пройти центр линзы чем через край линзы. Эффект линзы должен произвести волну самолета по области линзы. Когда свет появляется от линзы, фронт импульса, или поверхность постоянной фазы, являются самолетом.

Следующий пример представляет тип микроволновой антенны. Микроволновый источник, типа конца волновода, расположен в центре параболического (действительно, paraboloidal) отражатель. После отражения, фронт фазы волны - самолет по апертуре отражателя.

Свет, появляющийся от линзы первой иллюстрации не едет навсегда в луче с диаметром линзы. Микроволновые печи от параболического отражателя не путешествуют навсегда в луче по диаметру отражателя. Насколько сильный - волна на большом расстоянии от линзы или отражателя?

Специфическая форма этого вопроса изложена в иллюстрации в'; основание текста. Мы кормим ЗАПЯТУЮ власти в антенну, которая испускает волну самолета по области В. Мы имеем другую антенну расстояние L далеко, который собирает власть волны самолета в ПЛОЩАДИ области и поставляет эту связь с общественностью власти приемнику. Каково отношение среди Запятой, Pr, В, Площади, и L? Есть очень простая формула, связывающая эти количества:

Компьютеры и Математика

Сегодня физики и инженеры имеют в их распоряжении два больших инструмента: компьютер и математика. При использовании компьютера, человек, который знает физические законы, управляющие поведением специфического устройства или системы, может вычислить поведение того устройства или системы в специфических случаях, даже если он знает только очень немного математики. Сегодня новичок может получить числовые результаты, которые лежат вне досягаемости самого квалифицированного математика в дни перед компьютером. Что мы должны сказать относительно ценности математики в сегодняшнем мире? Что из человека с практическим интересом, человек, который хочет использовать математику?

Сегодня пользователь математики, физика или инженера, потребность знает очень немного математики, чтобы получить специфические числовые ответы. Возможно, он может даже обойтись без сложного вида функций, которые использовались в связи с конфигурациями вопроса. Но очень немного математики может дать физику или инженеру, который тяжелее, чтобы достать с помощью компьютера. Та вещь - понимание. Законы сохранения механической энергии и импульса могут быть просто получены из законов Ньютона движения. Законы просты, их заявление универсально. Нет никакой потребности в компьютерах, которые могут быть сохранены для большего количества специфических проблем.

Как Реактивный двигатель Работает

Температурная Проблема

STOLs и VTOLs

Множество различных видов СВВП было построено или находится под исследованием.

cyberpedia.su

Принцип действия реактивного двигателя

С начала XX века до Второй мировой войны успешно использовались винтомоторные самолеты, оснащенные двигателями внутреннего сгорания.

Прогресс требовал все более быстрых и мощных самолетов, но изобретатели столкнулись с проблемой: даже незначительный прирост мощности двигателя приводил к значительному увеличению массы самолета. При добавлении двигателю мощности на 1 л.с., общий вес двигателя, винта и всех вспомогательных средств увеличивался примерно на 1 кг. Это означало, что для создания истребителя способного развивать скорость до 1000 км/ч пришлось бы использовать двигатель весом 6000 кг.

Самолет с реактивным двигателем Увеличение веса двигателя приводило к тому, что самолет мог превратиться в аппарат, способный носить только сам себя – его грузоподъемность не смогла бы вместить ни оружия, ни какого-либо другого оборудования. Но даже за счет таких жертв значительно увеличить скорость все равно не удалось бы: увеличивается вес двигателя – увеличивается вес всей машины. Чтобы сделать самолет более быстрым – нужно увеличить площадь крыла. При этом увеличивается аэродинамическое сопротивление, преодолеть которое можно только при увеличении мощности двигателя. Получается замкнутый круг, разорвать который можно только изобретением принципиально нового двигателя.

Самолет с реактивным двигателем Такой двигатель, названный реактивным, был изобретен англичанином Френком Уиллом. Принцип действия реактивного двигателя можно объяснить на действии пожарного брандспойта. Вода под давлением подается по шлангу к брандспойту, который имеет зауженный конец. Вытекая через это более узкое, чем сам шланг, отверстие, вода обретает скорость большую, чем в шланге. Реакция (сила обратного давления) воды при этом настолько сильная, что пожарнику приходится со всех сил держать шланг, направляя поток воды. Этот принцип реакции и используется в реактивных двигателях.

Самым простым реактивным двигателем является прямоточный. Представим себе его в виде трубы с открытыми концами, установленной на движущемся самолете. Передняя часть трубы имеет расширяющееся внутреннее поперечное сечение, благодаря которому скорость входящего воздуха снижается, а давление увеличивается. В самом широком месте (камере сгорания) происходит впрыскивание и сгорание горючего, что приводит к сильному нагреванию и расширению газов. Газы вырываются наружу с другого, более узкого, конца трубы с огромной скоростью, производя реактивную силу тяги. Именно эта сила и заставляет двигаться самолет.

Несовершенство этого двигателя в том, что он может использоваться только на движущемся самолете, и не может приводиться в действие с состояния спокойствия. Такой самолет приходилось бы запускать или с другого самолета, или используя какой-то стартовый двигатель.Эта проблема была решена с изобретением турбореактивного двигателя.

Основным элементом турбореактивного двигателя является газовая турбина. Она приводит в действие воздушный компрессор, через который сжатый воздух попадает в камеру сгорания. Продукты сгорания (обычно топливом является керосин) поступают сначала на лопасти турбины (приводя ее в действие), а потом в сопло, где разгоняются до больших скоростей. Для вращения турбины используется очень малое количество энергии воздушно-газового потока и при выходе из двигателя поток создает огромную реактивную силу тяги.

Увеличить на короткий период времени реактивную тягу двигателя можно при помощи дожигания: при выходе из турбины в поток газа впрыскивается дополнительное количество топлива, которое сгорает за счет кислорода, не использованного в турбине. Дожигание помогает увеличить тягу двигателя до 70% на больших скоростях и до 25-30% на малых.

Статья подготовлена по материалам книги: К. Рыжов «100 великих изобретений», 2006 г.

www.thingshistory.com