Реактивный двигатель в вакууме: РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ • Большая российская энциклопедия |

Содержание

Принцип работы реактивного и турбореактивного двигателя самолета и ракеты

Современный мир трудно представить без самолетов. Авиация прочно вошла в нашу жизнь и помогает путешественникам преодолевать тысячи километров за считанные часы, что, в еще недавнем прошлом, казалось фантастикой. Не говоря уже о полетах в космос и путешествиях к дальним планетам. Все это стало возможным благодаря изобретению реактивных двигателей. Давайте разберемся в принципе их работы.

Первые двигатели появились давным-давно и преобразовывали мускульную силу животных в полезную для достижения конкретной цели энергию. Простейший пример – лошадь, помогающая крутить эернова мельницы. Затем появились ветряные мельницы, где жернова приходили в движение за счет энергии ветра, иди водяные мельницы, использующие течение рек.

Двигатели, работающие на топливе

Общество сразу по достоинству оценило преимущества использование простейших двигателей и в последующие годы многие ученые трудились над разработкой моделей, работа которых не зависела бы от природных и погодных условий, усталости животного, выступающего в качестве источника энергии.

Гюйгенс ван Зейлихем

Наибольшего успеха на этом поприще добился голландский физик Христиан Гюйгенс ван Зейлихем, который в 1687 году первым предложил использовать порох в качестве источника энергии. Согласно замыслу, в двигателе создавалась камера внутреннего сгорания, в которой должен был сжигаться порох, а выделенная в результате горения энергия, преобразовываться в силу, приводящую определенный элемент в движение. Порох являлся первым прототипом современного топлива.

Примечательно, что идея была позаимствована у артиллеристов, наблюдая за которыми, Гюйгенс обратил внимание на то, что после выстрела, орудия откатывались в сторону, противоположную выстрелу.

Наработки голландца, а также ряда других заслуженных ученых, значительно облегчили путь создания топливных двигателей, которыми мы пользуемся до сих пор. На место пороха пришли бензин и солярка, обладающие иными физическими свойствами и температурами горения, необходимыми для выделения энергии.

Явление отдачи

Шло время, наука не стояла на месте. На смену простейшим механическим двигателям пришли паровые, топливные, электрические.

Но научные поиски и разработки на этом не прекращались. Как всегда, на помощь пришла природа, которая, в большинстве случаев и наталкивает изобретателей на удивительные открытия.

Наблюдения за морскими жителями, такими как осьминоги, кальмары и каракатицы, привели к неожиданным результатам. Манера движения этих морских обитателей, была схожа с кратковременным толчком. Будто тело отталкивается отчего – то и продвигается вперед.

Эти наблюдения были чем-то схожи с замечаниями Гюегенса про выстрел и пушку, которые мы упоминали выше.

Таким образом, в физики появилось понятие «явление отдачи». В ходе дальнейших научных исследований было выяснено, что именно благодаря явлению отдачи происходит все движение на планете Земля: автомобиль отталкивается от земли, корабль – от воды и т. д.

Движение тел происходит благодаря передаче импульса от одного объекта другому. Для объяснения явления приведем простейший пример: вы решили толкнуть своего товарища в плечо, приложили определенную силу, в результате которой, он сдвинулся с места, но и вы испытали силу, отталкивающую вас в противоположную сторону.

Конечно, расстояние, на которое сдвинетесь вы и ваш друг, будет зависеть от ряда факторов: сколько вы весите, как сильно вы его толкнули.

Реактивный двигатель и принцип его работы

Таким образом, мы постепенно подошли к рассмотрению самого распространенного в самолетостроении и ракетной отрасли типа двигателя – реактивный двигатель.

Любой из нас способен воочию наблюдать явление реактивной реакции. Все что необходимо, надуть воздушный шарик и отпустить. Каждый знает, что произойдет далее: из шарика будет вырываться поток воздуха, который будет двигать тело шарика в противоположном направлении.

Согласитесь, очень похоже на то, как кальмар, сокращая свои мышцы, создает струю воды, толкающую его в противоположном направлении.

Наблюдения, описанные выше, получили точные научные объяснения, были отображены в физических законах:

закон сохранения импульса;
третий закон Ньютона.

Именно на них основывается принцип работы реактивного двигателя: в двигатель поступает поток воздуха, который сгорает в камере внутреннего сгорания, смешиваясь с топливом, в результате чего образуется реактивная струя, заставляющая тело двигаться вперед.

Принцип работы достаточно прост, однако устройство подобного двигателя довольно сложное и требует точнейших расчетов.

Устройство реактивного двигателя

Реактивный двигатель состоит из следующих основных элементов:

компрессор, который засасывает в двигатель поток воздуха;
камера внутреннего сгорания, где происходит смешивание топлива с воздухом, их горение;
турбина – придает дополнительное ускорение потоку тепловой энергии, полученной в результате горения топлива и воздуха;
сопло, важнейший элемент, который преобразует внутреннюю энергию в «движущую силу» – кинетическую энергию.

Благодаря совместному взаимодействию этих элементов, на выходе реактивного двигателя образуется мощнейшая реактивная струя, придающая объектам, на которых установлен двигатель, высочайшую скорость.

Реактивные двигатели в самолете

В преддверии Мировой Войны, ученые ведущих стран старательно трудились над разработками самолетов с реактивными двигателями, которые бы позволили их странам безоговорочно диктовать свои условия на небесном фронте.

Первый реактивный самолет был разработан немцами в 1937 году, а его испытания начались лишь в 1939 году. Однако имеющиеся на то время двигатели потребляли невероятно большое количество топлива и запас хода такого самолета составлял всего лишь 60 км.

В это же время Японии и Великобритании удалось создать собственные самолеты с реактивными двигателями. Но это были лишь опытные экземпляры, так и не поступившие в серийное производство.

Первым серийным реактивным самолетом стал немецкий «Мессершмит», который, однако, не позволил гитлеровской коалиции взять верх в развязанной ими войне.

Мессершмитт Me-262 Швальбе/Штурмфогель

В гражданской же авиации реактивные самолеты появились лишь в 1952 году в Великобритании.

С тех пор и по настоящие дни, реактивные двигатели являются основными двигателями, применяемыми в самолетостроении. Именно благодаря им, современны лайнеры развивают скорость до 800 километров в час.

Реактивные двигатели в космосе

После освоения неба человечество поставило перед собой задачу покорить космос.

Как вы уже поняли, наиболее мощным двигателем, способным поднять ракету на высоту во много тысяч километров, являлся именно реактивный двигатель.

Конечно, возникает вопрос: как может работать реактивный двигатель в космосе, в безвоздушном пространстве?

В устройстве ракеты предусмотрен резервуар с кислородом, который смешивается с ракетным топливом и образует необходимую тягу полета ракеты, когда космический корабль покидает атмосферу Земли.

Затем приходит в действие закон сохранения импульса: масса ракеты постепенно уменьшается, сгоревшая смесь топлива и кислорода выбрасывается через сопло в одну сторону, а тело ракеты движется в противоположную.

Содержание

Двигатели, работающие на топливе
Явление отдачи
Принцип работы
Устройство реактивного двигателя
Реактивные двигатели в самолете
Реактивные двигатели в космосе

Перестать бояться: trurost — LiveJournal

Пару дней назад, у меня были батлы под постом Сибведа с целой толпой оппонентов. Я задал простой вопрос: с чем взаимодействует реактивная струя двигателя?
Бля, сколько же я выслушал оскорблений… Но, я держался, изображая из себя спокойствие и невозмутимость. Лупил в одну точку: «Кем доказано, что реактивный двигатель способен работать в безвоздушном пространстве?».

Меня и идиотом называли, и в школу отправляли учиться, и законы ньютона и циолковского изучать. ..

А, я упрямо и спокойно: «Кем доказано на практике, что реактивный двигатель способен работать в вакууме?».
А они мне отвечают: «Учёными доказано!».

На самом деле, никем не доказано. Никто не проводил испытаний космических реактивных двигателей в безвоздушных камерах. Почему?
Да потому, что, как мне отвечали оппоненты: «А, зачем?».

А действительно, ну нахера проверять теорию на практике, если просто — напиши формулы и пуляй ракеты в космос!

Они мне говорят, что факт наличия спутников в космосе и луноходов на луне — доказательство того, что реактивный двигатель работает в безвоздушном пространстве.
А я такой весь, отвечаю, что данный аргумент можно использовать также и в доказательство обратного — что в космосе имеется атмосфера, поскольку двигатели работают.

Оскорбления на меня сыпались, не переставая. Потому что общался с руснёй, а она в любом споре всегда переходит на личности.

Даже какая-то баба прискакала, стала меня обзывать троллем и еще как-то. А я ей весь такой: «Сразу видно, что человек из росии». В ней от этого говно ещё больше закипело — она снова высралась и бегом меня забанила, чтобы я не успел ей ответить. Я легко угадал, что она кацапка. Поскольку свинья.

Я думаю, что русня так заволновалась потому что: «А как же тогда наш любимый Юра Гагарин?!».

Похую ваш юра. Вы просто докажите, что реактивный двигатель способен работать в вакуумной камере. Уже более 60 лет, якобы, пуляют спутники в космос, но никто ни разу не соизволил испытать двигатель в приближенных к космическим условиях? Да? Серьёзно? Типа «а, зачем?».

Я говорю этой русне, что если теория реактивной тяги верна, тогда двигатель толкает сам себя. Мне один кацап отвечает: не двигатель толкает себя, а реактивная струя.
Им важно, чтобы не было внятных и понятных простому человеку формулировок. Вместо того, чтобы сказать: «двигатель толкает сам себя», они начинают повторять научную теорию: «начальная энергия двигателя преобразуется в кинетическую, которая и воздействует на двигатель, толкая того в противоположную сторону».

А я такой весь спрашиваю: «Кем это доказано на практике?».

А говно в них еще более закипает! Но, крыть-то нечем. И они начинают крыть матом.

Я такой весь, говорю: ну чего тут сложного, если уже выпускаются крошечные, почти карманные реактивные двигатели — почему нельзя испытать их в безвоздушной камере? Ну, ведь можно же! Почему никто не хочет провести этот вовсе недорогой эксперимент?

А им сказать нечего. Они начинают снова показывать пальцем в космос, мол: «смотри, спутники летают, луноходы ходят». А я им снова типа: «Это может доказывать то, что там есть атмосфера».

Ничего они со мной не смогли поделать, поскольку, действительно, никто и никогда не доказал формулы циолковского, ньютона, а так же закон сохранения импульсов на практике, а именно в земных условиях. И никогда не докажет. Если бы могли, то уже доказали бы. Я русне так и говорил: «Никто испытания такие не проводил и не проводит, потому что знают, что реактивный двигатель, запущенный в безвоздушной камере, не сдвинется с места».

Не нужно тыкать пальцем в космос, а просто испытайте двигатель в вакууме, в земных условиях, таким образом доказав сразу две вещи — что двигатель способен работать в безвоздушном пространстве, и то что в космосе вакуум. Два зайца одним выстрелом.

Реактивная теория просто фантастична, и я не понимаю, как можно бездоказательно в неё верить.

Как можно бездоказательно согласиться с тем, что двигатель находящийся в безвоздушном космосе, и представляя собой закрытую систему(!), способен передвигаться. Он якобы ни от чего не отталкивается, кроме как от своей же энергии, которая якобы чудным образом преобразуется в «рабочее тело». И это «рабочее тело», подобно гире, выбрасываемой наружу, создаёт обратный толчок/отдачу — реактивную тягу. Двигатель толкающий сам себя! Если птица отталкивается от воздуха, то реактивный двигатель — сам от себя.

Такая смелая теория, как минимум, требует подтверждения в лабораторных условиях, а не в недоступном для наблюдателя космосе. Бессмысленные коллайдеры строят, а реактивный двигатель за 60 лет испытать не осилили?

Почему я говорю об этом?

Потому что, находясь у моря, я обнаружил несовпадение — я вижу объекты, находящиеся от меня на значительном отдалении, которые видеть вовсе не должен, либо должен видеть их не полностью, если Земля действительно сферической формы.
Я не просто наблюдаю, а провожу расчёты, и делаю это с помощью лицензионного калькулятора Массачусетского технологического института. Не совпадает! И при том, очень серьёзно.

Я уже созрел к тому, чтобы перестать бояться выглядеть идиотом и белой вороной.

Глава IV. Двигатель-рекордист. В небе завтрашнего дня

Глава IV. Двигатель-рекордист

В этой главе рассказывается об изобретенном Циолковским жидкостном ракетном двигателе, об одержанных им замечательных победах, о его необычайной «прожорливости» и роли в авиации будущего.

Чтобы двигатель не нуждался в окружающем нас воздухе, сгорание топлива в нем должно происходить без атмосферного кислорода. Известны многие примеры подобного сгорания. Вот взлетела пороховая ракета, оставляющая за собой длинный дымовой след. Порох сгорает, как известно, без воздуха, он может гореть и в абсолютном вакууме, и под водой. Плесните крепкой азотной кислотой на пролитый анилин — произойдет воспламенение, в котором воздух также не принимает никакого участия.

Особенно интересен для нас последний пример, когда одна жидкость горит в другой. Это явление и лежит в основе работы жидкостного ракетного двигателя. Одна из жидкостей — горючее: например бензин, керосин, спирт. Другая жидкость — окислитель: азотная кислота, жидкий кислород и др. Химическая реакция между горючим и окислителем приводит к бурному газообразованию с выделением большого количества тепла. Когда такая реакция происходит в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя при давлении в десятки атмосфер и температуре, доходящей до 3000 и более градусов, то через сопло вытекают раскаленные газы со скоростью 2,5–3 километра в секунду. Сила реакции вытекающих из двигателя газов, то есть реактивная тяга жидкостного ракетного двигателя, оказывается достаточной для полета со скоростью, недостижимой для двигателей любого другого типа.

Это объясняется тем, что жидкостный ракетный двигатель обладает рекордно малым удельным весом, то есть весом, приходящимся на килограмм тяги. С полным правом и его можно назвать «летающей топкой» — настолько он прост. Создание жидкостных ракетных двигателей большой тяги не представляет особых трудностей. Уже сейчас есть такие двигатели для дальних тяжелых ракет с тягой в несколько десятков и даже сотен тонн, развивающие при скорости полета 6–7 километров в секунду мощность во много миллионов лошадиных сил!

Неудивительно, что с помощью малогабаритных и мощных 13* жидкостных ракетных двигателей, способных работать на самых больших высотах, в последнее время удалось достигнуть рекордных скоростей и высот полета самолетов. Такой же двигатель был установлен и на самолете, впервые превысившем скорость звука в горизонтальном полете.

По данным зарубежной печати, экспериментальный исследовательский самолет США, получивший обозначение «Х-15» и снабженный жидкостным ракетным двигателем тягой 25 850 килограммов, в 1962 году развил скорость 6693 километра в час и достиг максимальной высоты 95 936 метров 14*. Эти результаты можно считать в настоящее время рекордными для самолета с человеком. В частности, они официально зарегистрированы Международной авиационной федерацией в качестве таких рекордов 15*. Однако следует подчеркнуть, что абсолютные мировые рекорды скорости и высоты полета на самолете, зарегистрированные той же Федерацией, установлены советским летчиком Г. К. Мосоловым в 1962 году на самолете с турбореактивным двигателем. В одном полете он достиг скорости 2681 километр в час, в другом — высоты 34 714 метров. При выполнении рекордного скоростного полета в отдельных заходах скорость превышала 3000 километров в час.

Регистрация сразу двух различных рекордов и существенная разница в достигнутых значениях высоты и скорости полета объясняется просто. Самолет «Х-15» совершал свои полеты не самостоятельно, а с помощью другого самолета, заносившего его на большую высоту. Только там на этой высоте самолет «Х-15» отделялся от самолета- носителя и переходил на самостоятельный полет. О том, как осуществляются подобные полеты, будет подробнее рассказано в конце этой главы.

Впереди — еще более высокие достижения ракетных самолетов. Об их возможности свидетельствуют полеты беспилотных летательных аппаратов с жидкостными ракетными двигателями — дальних и высотных ракет, управляемых снарядов и, в особенности, космических ракет. В этих полетах уже достигнуты значительно большие высоты и скорости полета.

Правда, это достижения беспилотной авиации и ракетной техники. При полете человека возникают новые трудности: должна быть предусмотрена герметическая кабина для летчика, величина ускорений ограничивается допустимыми для человека инерционными перегрузками, ракета должна быть крылатой и др. Но эти трудности не принципиальны, и нет сомнений, что полет самолета с человеком со скоростью, во много раз превышающей скорость звука, на высотах в сотни километров — дело очень недалекого будущего. Разве об этом не свидетельствуют со всей убедительностью замечательные полеты советских летчиков-космонавтов Ю. Гагарина, Г. Титова, А. Николаева, П. Поповича, В. Быковского и В. Николаевой-Терешковой на кораблях-спутниках «Восток»? Ведь в этих полетах была достигнута скорость порядка 28 000 километров в час, а высота более 300 километров.

Понятно, что подобные скорости полета только и возможны в космосе, вне пределов земной атмосферы с ее коварным «тепловым барьером». Конечно, корабль-спутник «Восток» не похож на привычный самолет и, в частности, не имеет крыльев и шасси; в нем иначе устроена герметическая кабина с ее системой регенерации воздуха и т. д. Однако это не меняет дела — полет человека с космической скоростью, о чем столько мечтали люди, уже совершен. Нет сомнений, что в будущем с подобными скоростями будут летать и пассажирские ракетопланы.

13* Огромная мощность при малом весе достигается в этих двигателях, конечно, нелегко — срок их жизни, или ресурс, оказывается очень ограниченным. Это — общий закон: за увеличение мощности и уменьшение веса приходится расплачиваться долговечностью.

14* Об этом сообщают журналы «Флюгвельт» (январь 1963 г. ) и др.

15* Эта Федерация установила, что до высоты 100 километров все рекорды считаются авиационными, а выше — космическими. Поэтому высота полета более 107 километров, достигнутая самолетом «Х-15» в 1963 г. (об этом сообщено в журнале «Флайт» в январе 1964 г., и др.), является уже «космической».

Одна из первых в мире установок жидкостного ракетного двигателя на отечественном самолете (1943 г.).

Однако и у жидкостного ракетного двигателя есть недостаток — он чрезвычайно неэкономичен при сравнительно небольших скоростях полета, близких к скорости звука. В этих условиях он расходует в 10–15 раз больше топлива на килограмм тяги, чем турбореактивные двигатели. Поэтому продолжительность полета самолета с жидкостным ракетным двигателем (когда он работает на полной тяге) не может превысить обычно 4–5 минут: за эти считанные минуты двигатель полностью расходует те несколько тонн топлива, которые можно разместить в самолете. Этим и объясняется, почему до сих пор жидкостные ракетные двигатели нашли весьма ограниченное применение в военной авиации. Они устанавливаются лишь на истребителях обороны или так называемых истребителях-перехватчиках, предназначенных для борьбы с бомбардировщиками. Только в этих случаях превосходство в скорости и высоте полета компенсирует крайне малую продолжительность полета. Используя полет с выключенным двигателем, можно увеличить эту продолжительность до десятков минут.

Более широкое применение на военных самолетах жидкостные ракетные двигатели получили в качестве вспомогательной силовой установки к турбореактивному или прямоточному двигателю. В этом случае жидкостный ракетный двигатель включается лишь на короткие промежутки времени — для ускорения взлета и набора высоты, в воздушном бою и т. д., что не связано со столь значительным перерасходом топлива. Особенно ценной оказывается эта «помощь» на больших высотах. Известно ведь, что тяга турбореактивного двигателя быстро уменьшается с высотой. Поэтому жидкостный ракетный двигатель, имеющий на земле вдвое, а иногда и втрое меньшую тягу, чем турбореактивный, на большой высоте разовьет уже в несколько раз большую тягу, так как она останется у него неизменной (иди даже несколько возрастет), а тяга турбореактивного двигателя катастрофически упадет вместе с плотностью воздуха.

Очень важным оказывается иногда и то, что тяга ракетного двигателя не зависит от скорости полета. Ведь когда скорость уменьшается, тяга любого воздушно-реактивного двигателя обычно тоже падает, отчего самолет теряет маневренность. Установка турбореактивного двигателя совместно с ракетным, как это сделано на некоторых новейших истребителях, значительно повышает маневренность самолета, столь важную в военной авиации.

Для облегчения взлета и набора высоты вспомогательные жидкостные ракетные двигатели применяются и на тяжелых самолетах — бомбардировщиках, транспортных.

Но, как это ни парадоксально, тот же ракетный двигатель, способный работать на полной мощности считанные минуты, может обеспечить сверхдальний полет самолета подобно тому, как это случилось с космическими кораблями «Восток». Правда, такой самолет будет необычным. Необычным будет и его полет, напоминающий скорее полет ракеты.

Действительно, двигатель самолета будет работать только в самом начале полета, как двигатель ракеты на активном участке ее траектории. Потом, когда топливо будет выработано, самолет полетит, как снаряд. Оттого и полет этот, для которого крылья не нужны, называется баллистическим, как в артиллерии.

За короткое время летящий с огромной скоростью самолет заберется на высоту в сотни, а может, и тысячи километров — все зависит от полученной скорости. Оттуда, израсходовав кинетическую энергию, самолет станет падать на землю. Как видно, и здесь крылья все еще не нужны. Они могут и вовсе не понадобиться, если на самолете будет оставлен достаточный запас топлива и предусмотрен специальный двигатель для торможения, как это и было на кораблях «Восток». Иначе ведь самолет разрушится — расплавится, испарится из-за нагрева в плотной атмосфере.

Но можно попытаться обойтись и без специального двигателя и запасного топлива. Вот тут-то уже понадобятся крылья! С их помощью вслед за коротким и стремительным баллистическим прыжком в сотни и тысячи километров — прыжком в космос — самолет сможет совершить планирующий полет в плотном воздухе нижних слоев атмосферы.

Заманчивая идея! Правда, осуществить ее куда труднее, чем предложить. Трудности, которые придется преодолеть, под стать размаху самой идеи. Вряд ли мы ошибемся, если предскажем не только экспериментальные, но и регулярные линейные полеты таких пассажирских самолетов через материки и океаны в авиации завтрашнего дня 16*.

Большую службу несут жидкостные ракетные двигатели для исследования сверхзвукового полета. В авиации, как и р других отраслях техники, должны быть свои «разведчики», первыми проникающие в еще не исследованные, неизвестные области. Только их роль здесь, пожалуй, более ответственна и сложна. Вот такими «разведчиками» и являются экспериментальные, исследовательские самолеты с жидкостными ракетными двигателями.

Однако необычайная «прожорливость» этих двигателей осложняет их использование и на исследовательских самолетах. Дело в том, что полет с большой, сверхзвуковой скоростью возможен лишь на высотах 15–20 и более километров. Это объясняется двумя причинами. При полете на меньших высотах, в плотном воздухе, сопротивление, которое оказывает атмосфера летящему самолету, становится чрезмерным, что и требует очень мощных двигателей. С другой стороны — и это по крайней мере так же, если не более важно, — подобный полет — связан с опасностью чрезмерного перегрева самолета в результате так называемого аэродинамического нагрева. Но как забраться на необходимую высоту? Ведь даже при исключительно большой скороподъемности самолетов с жидкостными ракетными двигателями они могут достигнуть нужной высоты, лишь израсходовав все имеющееся топливо!

Часто эта задача решается так, что жидкостный ракетный двигатель исследовательского самолета освобождается от обязанности поднимать самолет на «рабочую» высоту. Эта «черновая» работа возлагается на другой самолет, выполняющий в данном случае роль своеобразного сверхвысотного лифта. Исследовательский самолет устанавливается на тяжелом самолете-носителе — либо «на хребте», сверху, либо снизу, в бомбовом люке, — и освобождается от него уже только на большой высоте, где запускается жидкостный ракетный двигатель. Рекордные результаты по высоте и скорости полета, достигнутые самолетом «Х-15», о которых упоминалось выше, получены именно таким образом.

16* Подробнее об этом см. в главе XI.

* * *

Так были одержаны первые победы над скоростью звука. Теперь уже можно с уверенностью ждать все более стремительного продвижения вперед, ко все большим скоростям полета. Используя военную терминологию, можно сказать, что реактивная авиация прорвала укрепленную полосу — «звуковой барьер» — и вышла на оперативный простор сверхзвуковых скоростей полета.

Эта аналогия глубже, чем может казаться. После того как «звуковой барьер» преодолен, дальнейшая борьба за скорость значительно облегчается и, можно думать, будет развиваться гораздо успешнее* Пока шел штурм «звукового барьера», даже незначительное увеличение скорости полета требовало существенного повышения тяги двигателя. Это был тяжелый штурм, трудное восхождение на почти отвесную вершину. Но вот «барьер» взят — и теперь даже сравнительно небольшое увеличение тяги сразу сказывается в значительном увеличении скорости полета. Сейчас идет увлекательная борьба за скорости в 2–3 тысячи и более километров в час.

Вот что значит выйти на простор сверхзвуковых скоростей полета!

6. Вечный двигатель Редхеффера

6. Вечный двигатель Редхеффера
Филадельфия — город, являющийся с самого начала своего существования крупным административным и промышленным центром Соединенных Штатов Америки, — стал родиной нескольких весьма примечательных вечных двигателей. Сегодня в

10. «Вечный Двигатель» Кокса

10. «Вечный Двигатель» Кокса
Сентиментальному читателю эта книга может показаться своеобразной хроникой заблуждений, историей несбывшихся надежд, повестью о мудрецах, доведенных до отчаяния, и о глупцах, превратившихся в шарлатанов.И все-таки был человек, который

Двигатель перегревается

Двигатель перегревается
Неисправности системы охлаждения
Слабое натяжение ремней вентилятора, износ, пробуксовка. Натяжение ремня вентилятора регулировать изменением положения генератора. При слабом натяжении ремень проскальзывает, при большом – излишне

Двигатель детонирует

Двигатель детонирует
Детонация—взрывное сгорание рабочей смеси в цилиндрах (в 10 раз быстрее нормального). Появляется ударная (детонационная) волна и значительно повышается давление. Днище поршня вибрирует (слышен звонкий металлический стук). Детонацию надо немедленно

Двигатель долго не прогревается

Двигатель долго не прогревается
Неисправности системы охлаждения
Заедание в открытом положении клапана термостата. Основной клапан постоянно открыт, и циркуляция осуществляется только по «большому кругу». Термостат неисправен. Пока двигатель холодный, охлаждающая

Строим солнечный двигатель

Строим солнечный двигатель
Солнечный двигатель часто используется в качестве бортового источника тока, применяемого в BEAM-роботах, которых часто называют «живущими» роботами (см. обсуждение BEAM-роботов в главе 8). Свое распространение солнечные двигатели получили

Как был создан пороховой ракетный двигатель

Как был создан пороховой ракетный двигатель
Пороховые ракетные двигатели исторически появились значительно раньше, чем какие бы то ни было другие реактивные двигатели.Нельзя достоверно сказать, кто и когда изобрел первый пороховой ракетный двигатель.Имеются указания

Глава третья Турбореактивный двигатель

Глава третья
Турбореактивный двигатель
Назначение одной из машин, составляющих турбореактивный двигатель, совершенно очевидно. Ведь из двигателя наружу через выходное отверстие должен вытекать с большой скоростью воздух (газы). Как же можно этою добиться? Очевидно, для

Глава пятая Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Глава пятая
Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель
На первый взгляд возможность значительного упрощения двигателя при переходе к большим скоростям полета кажется странной, пожалуй, даже невероятной. Вся история авиации до сих пор говорит о противоположном: борьба

Мотор Сич» предложил двигатель для SSJ 100

Мотор Сич» предложил двигатель для SSJ 100
Генеральный директор украинской компании «Мотор Сич» Вячеслав Богуслаев предлагает устанавливать на новый региональный самолет Sukhoi Superjet 100 (SSJ 100) одну из модификаций двигателя Д-436, выпускаемого на «Мотор Сич». По его словам, в

6.6.7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ. СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ (ТП — Д) И ИСТОЧНИК ТОКА — ДВИГАТЕЛЬ (ИТ — Д)

6.6.7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ. СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ (ТП — Д) И ИСТОЧНИК ТОКА — ДВИГАТЕЛЬ (ИТ — Д)
В послевоенные годы в ведущих лабораториях мира произошел прорыв в области силовой электроники, кардинально изменивший многие

Двигатель не запускается [2]

Двигатель не запускается [2]
Рис. 3. Схема включения стартера с помощью дополнительного провода.
Рис. 4. Схема проверки наличия напряжения на выводе 50 выключателя зажигания: 1 – штекерная колодка жгута проводов к выключателю зажигания; 2 – наконечник провода вывода 50; 3

Двигатель перегревается

Двигатель детонирует

Предпусковой двигатель

Предпусковой двигатель
Устанавливают на некоторых двигателях. Служит предпусковой двигатель для прогрева двигателя зимой, при температуре ниже – 20 градусов. Основные части предпускового двигателя:
Рис. Предпусковой подогреватель, 1 – переключатель, 2 – включатель

Как устроен двигатель для покорения глубокого космоса: проекты, концепты и идеи

Через десять лет после удачного штурма космоса несколько стран затеяли чрезвычайно амбициозные проекты по его дальнейшему освоению. В 1971 году США запустили программу Space Shuttle, через пять лет СССР начал разработку системы «Энергия – Буран», а еще через шесть лет к гонке подключилась Великобритания с проектом HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing).

Men Today

Многие специалисты считают именно английский проект самым революционным: если США и СССР развивали традиционные ракетные технологии, заложенные еще Вернером фон Брауном, то Великобритания решила создать принципиально новый воздушно-космический самолет. Самим аппаратом занималась British Aerospace, а уникальный воздушно-реактивный двигатель должна была разработать компания Rolls-Royce. Планировалось, что HOTOL будет взлетать с разгонной аэродромной тележки, двигатель начнет работать в воздушно-реактивном режиме (до высоты около 28 км), используя в качестве окислителя забортный воздух, после чего перейдет в режим классического ракетного жидкостного двигателя. Создание такого двигателя и сейчас задача почти фантастическая, что же говорить о восьмидесятых годах. Довольно скоро Rolls-Royce столкнулась с рядом трудностей, повлекших незапланированный рост затрат на исследовательские работы. В итоге British Aerospace решила отказаться от революционного двигателя и вступить в кооперацию с СССР, переименовав проект в Interim HOTOL. Аппарат планировали оснастить советскими ЖРД и запускать с модифицированного самолета Ан-225. Сотрудничество началось в 1991-м, однако в этом же году Советский Союз закончил свое существование, похоронив под своими обломками и совместный проект.

HOTOL

Беспилотный аппарат был предназначен для доставки полезной нагрузки массой около 7–8 т на низкую орбиту высотой 300 км. Он должен был взлетать с взлетно-посадочной полосы, размещаясь на фюзеляже большого самолета-носителя с ракетными ускорителями, которые должны были помочь разогнать аппарат до скоростей, оптимальных для работы его двигателей. Двигатели должны были переключаться с воздушно-реактивного на ракетный режим работы при достижении аппаратом скорости в 5–7 М.

Три в одном

Не все были согласны с таким положением дел. После сворачивания работ над RB545 в 1989 году ведущий конструктор двигателя Алан Бонд забрал с собой двух инженеров Rolls-Royce и основал собственную компанию – Reaction Engines. Она сосредоточилась на создании гибридного двигателя SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) и разработке других технологий для воплощения проекта космоплана Skylon. Многие эксперты считают, что проект SABRE способен перевернуть современную космонавтику и сделать возможным создание одноступенчатого космического аппарата. Он может работать на первом этапе полета как турбореактивный двигатель, в качестве окислителя забирая забортный воздух. На втором этапе – как прямоточный двигатель, а на третьем – как обычный ракетный двигатель, используя внутренний бортовой окислитель.

Идея одноступенчатого многоразового воздушно-космического аппарата (SSTO, Single Stage to Orbit) далеко не нова, но на пути ее воплощения стоит ряд препятствий – низкий уровень весовой отдачи конструкции и недостаточный удельный импульс существующих ракетных двигателей. Это взаимосвязанные параметры: повысив удельный импульс (который показывает, сколько секунд данный двигатель сможет создавать тягу в 1 Н, истратив при этом 1 кг топлива), вы можете получить ту же тягу с меньшим расходом топлива и окислителя, что позволяет сделать конструкцию большей массы. Однако существующие жидкостные ракетные двигатели имеют удельный импульс в вакууме порядка 400 с (рекорд для кислород-водородных КВД1 и RL-10 составляет 462 с, двигатели на экзотических компонентах – например, использующие водород-литий-фтор – позволяют получить на сотню больше, однако с ними столько проблем, что игра не стоит свеч).

Сравнительные размеры многоразовых кораблей

Проекты кораблей с двигателями SABRE на фоне существующих челноков смотрятся как звездолеты из «Звездных войн». Это действительно принципиально другие космические аппараты.

Не ракета, не самолет

В то же время двигатели современных авиалайнеров имеют удельный импульс на порядок выше, приближаясь к цифре 6000 с, и даже «прожорливый» двигатель сверхзвукового Concorde имел удельный импульс всего в два раза ниже – 3000 с (почти в десять раз экономичней космической ракеты). Такая радикальная разница из-за иного принципа работы: воздушно-реактивный двигатель на каждую часть топлива использует 14 частей воздуха (если топливо – водород, то 30), а ракетному приходится черпать из баков все, что потом улетит в сопло.

Можно, конечно, использовать воздушно-реактивный двигатель на части траектории выведения, которая проходит сквозь плотные слои атмосферы, с его экономичностью и отсутствием необходимости в окислителе. Но не все так просто. Космическая ракета стремится пройти плотные слои атмосферы быстро, проткнув их на вертикальном участке траектории, а уже потом заваливая траекторию горизонтально. Аппарат с ВРД не может позволить себе такой роскоши – он должен максимально использовать бесплатный окислитель за бортом, потому его траектория пологая и долгое время проходит в плотных слоях атмосферы, с большой скоростью полета на этом участке. Все это время аппарат находится под воздействием скоростного напора набегающего потока, что требует упрочнения конструкции и повышения эффективности теплозащиты – и то и другое тянет за собой увеличение веса. Есть еще одна хитрость – возможность использовать подъемную силу крыла: если ракета с вертикальным стартом висит на тяге двигателей и при наборе высоты тяга должна быть больше ее веса, то крылатый аппарат с аэродинамическим качеством 5 для набора высоты должен иметь тягу всего лишь больше 1/5 веса. Однако крылья – это тоже дополнительный рост веса конструкции. Все это затягивается в тугой клубок противоречий, решить которые на современном технологическом уровне, получив преимущества над многоступенчатой системой, достаточно сложно.

Самый мощный холодильник в мире

Алан Бонд со своей командой столкнулся с теми же проблемами, что и его предшественники: среди всего множества существующих типов воздушно-реактивных двигателей нет универсала, каждый из них отличается разной эффективностью, каждый хорош в своем диапазоне скоростей, обладает своего рода узкой специализацией. Турбореактивный двигатель отлично работает в диапазоне от 0 до 3 М, но разгон с его помощью до больших скоростей затруднителен: воздух при торможении в воздухозаборнике нагревается так сильно, что дальнейшее сжатие его компрессором приводит к росту температуры до величин, выходящих за пределы термостойкости материалов камеры сгорания и турбины. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель и гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (последний отличается сверхзвуковым течением в камере сгорания) отлично работают на больших скоростях (Х-43А достиг 10 М), однако не работают на малых. Турборакетные двигатели обладают низким удельным импульсом и тяговооруженностью (они тяжелы для той тяги, что создают). В свое время большие надежды возлагали на двигатель со сжижением кислорода (LACE, Liquid Air Cycle Engine), в котором криогенное топливо идет через теплообменник, забирая тепло у набегающего потока до температуры сжижения воздуха, далее через сепаратор, где кислород отделяется от азота и подается в камеру сгорания. Однако такой двигатель тяжел, конструктивно сложен (прощай, надежность) и имеет повышенный расход топлива (водорода на охлаждение тратится больше, чем можно сжечь в камере сгорания с полученным жидким кислородом, а это потери удельного импульса). Впрочем, от LACE Алан Бонд решил позаимствовать идею охлаждать воздушный поток в теплообменнике.

Одна из самых сложных и важных деталей SABRE – криогенный теплообменник. Он должен практически мгновенно охлаждать входящий воздух, который нагревается при сжатии до 1000 ˚C, до температуры порядка –140 ˚C. До сих пор это никому не удавалось.

В итоге инженеры пришли к необходимости комбинированной силовой установки из разных двигателей, в которой каждый работает на своем участке (например, для старта используется турбореактивный, для высокоскоростного разгона – прямоточный, для внеатмосферного полета – ракетный). Ракетный двигатель – необходимый компонент коктейля, остальные по вкусу, в разных комбинациях. Однако это порождает определенные проблемы: на всех режимах полета нужно везти мертвый груз в виде двигателя для другого участка траектории, растет аэродинамическое сопротивление из-за сопел неработающих двигателей. Альтернатива – гибридная силовая установка, которая сочетает в себе качества (и агрегаты) всех типов двигателя. Сопло ведь нужно всем? Так зачем тащить несколько, используем одно для всех. Воздухозаборник нужен всем, кроме ракетного? Используем один, а потом закроем заподлицо, чтобы сопротивления не создавал. В этом направлении и двигалась мировая конструкторская мысль (даже силовая установка самолета SR-71 Blackbird – гибрид турбореактивного и прямоточного двигателей, некоторые зенитные ракеты используют ракетно-прямоточный).

Очень быстрый гибрид

Двигатель компании Reaction Engines – SABRE – вполне подходит на роль ключевой технологии, с помощью которой можно разрубить гордиев узел противоречий и реализовать одноступенчатый воздушно-космический аппарат. Этот гибрид сочетает в себе качества турбореактивного (хотя турбину компрессора крутят не выхлопные газы, а горячий гелий в замкнутом цикле), прямоточного и ракетного двигателей и работает с достаточной эффективностью на всех участках траектории, от взлетной полосы до орбиты. Расчеты Reaction Engines показывают, что в случае применения ЖРД общий вес корабля и полезной нагрузки должен составлять 13% от стартового веса для вывода полезной нагрузки 15 т на низкую опорную орбиту. Двигатель SABRE позволяет при тех же условиях довести вес корабля с полезной нагрузкой до 22% – цифра вполне достижимая при современном уровне технологий.

Революционный двигатель SABRE разрабатывается Reaction Engines при поддержке BAE Systems. Ожидается, что он сможет поднять самолет в воздух и разогнать его до 5 М, после чего перейдет в реактивный режим работы – для скоростей до 25 М.

SABRE, как и его предшественник RB545, – гибридный воздушно-реактивный двигатель с предохлаждением потока. Здесь, как и в LACE, за воздухозаборником стоит криогенный теплообменник, однако входящий поток не сжижается, всего лишь охлаждаясь до низких температур. Далее воздух с температурой порядка –140 °С (до этого он нагрелся при торможении свыше 1000 °С) поступает в простой турбокомпрессор из легких сплавов (низкая температура воздушного потока позволила облегчить его на три четверти по сравнению с компрессором турбореактивного двигателя), сжимающий газы до давления камеры сгорания, в которой газообразный воздух смешивается с жидким водородом. При выходе из плотных слоев атмосферы воздухозаборник запирается створками, а камера сгорания питается жидким кислородом из внутренних баков. Поскольку расход водорода на охлаждение больше, чем окислителя в полученном воздухе, избыток (2/3 потока, прошедшего теплообменник) дожигается во втором контуре, смешиваясь с той частью воздуха, которая не поступила в теплообменник.

Однако принципиальная схема по сравнению с RB545 несколько изменилась: добавилась промежуточная петля с жидким гелием – теперь водород охлаждает гелий, а гелий уже отбирает тепло у воздуха и, нагревшись, крутит турбину компрессора и насосов, после чего поступает на повторное охлаждение. Это позволило избежать проблем водородной хрупкости в температурно-напряженном теплообменнике воздухозаборника. Компоновка космического аппарата тоже изменилась: тонкое веретено корпуса оснащено треугольным крылом со слегка искривленными мотогондолами на его концах.

Запарились

История создания SABRE – это прежде всего история разработки и совершенствования теплообменника, поскольку все завязано на его характеристики. Он должен извлечь из воздуха до 400 МВт тепла, при этом иметь минимальный вес, малые габариты, малое гидравлическое сопротивление (чтобы обеспечить заданный расход хладагента без установки тяжелых насосов), работать в условиях громадного перепада температур и давлений, сохранив целостность на протяжении всего жизненного цикла аппарата, и быть технологичным в изготовлении. По словам Алана Бонда, современные промышленные теплообменники такой мощности имеют вес в 30 раз больше, чем допустимо для применения на борту одноступенчатого космического аппарата (18 т против 600 кг, заложенных в конструкцию SABRE). Ответ, как часто бывает, подсказала природа. Жабры рыб имеют разветвленную систему капилляров, в которых более тонкая сеть трубочек вливается в толстые сосуды. Это оказалось именно тем решением, которое позволяет снизить сопротивление току жидкости при достаточной площади теплообмена. Существующие теплообменники, как правило, имеют набор трубок равного диаметра, в новой же конструкции применяются изогнутые тонкостенные трубки диаметром 0,9 мм с толщиной стенок 30 нм из сплава Inсonel 718, которые соединяют основные трубопроводы большего диаметра. Для изготовления применяется пайка, а отверстия в основных трубопроводах прожигаются лазером. Был изготовлен опытный образец теплообменника, который поместили перед установленным на стенде реактивным двигателем Rolls-Royce Viper. Инженеры провели цикл наземных испытаний, в которых модуль прошел 200 рабочих циклов по 5 минут каждый – больше, чем за планируемый жизненный цикл аппарата Skylon.

Схема SKYLON

1. Керамический обтекатель; 2. Носовые стабилизаторы; 3. Бак с жидким кислородом; 4. Бак с жидким водородом; 5. Грузовой отсек; 6. Блок управления; 7. Воздухозаборник; 8. Теплообменник; 9. Двигатель SABRE; 10. Орбитальные маневровые двигатели.

При охлаждении воздуха до –140 °С неизбежно возникает проблема обледенения: весь пар (а при этой температуре уже не только пар, но и углекислый газ), который содержался в окружающем воздухе, превращается в лед. При первом пробном запуске теплообменник за считаные секунды покрылся сплошной коркой льда, который полностью забил все каналы для воздуха. По заявлению Reaction Engines, в настоящее время проблема решена, однако компания избегает даже малейших намеков на то, каким образом это удалось, ссылаясь на коммерческую тайну. Некоторое представление можно получить, посмотрев, как с обледенением справлялись в проекте RB545. Охлаждение потока там проводилось в две стадии: первый теплообменник охлаждал воздух до +10 °С, превращая почти весь пар в туман, а затем впрыск жидкого кислорода моментально снижал температуру потока до –50 °С. Вся оставшаяся влага (перед этим опционально стоял еще влагоуловитель) моментально превращалась в мелкодисперсные кристаллы льда, не намерзая на трубки теплообменника.

Поскольку двигатель обладает высокой термодинамической эффективностью, разработчики использовали простой и легкий осесимметричный воздухозаборник с двухскачковой системой торможения воздушного потока с повышением его давления до 1,3 бара. Альтернативой был вариант с плоским клином сжатия, представленный на эскизах HOTOL. Он обладает большей эффективностью (большее число косых скачков уплотнения минимизирует потери полного давления на входе), однако при изменении числа Маха необходимо регулировать углы наклона множества поверхностей, чтобы все скачки сошлись в одну точку. Эта механизация с шарнирами и приводами тянет за собой дополнительный вес. В осесимметричном двухскачковом воздухозаборнике задача решается только перемещением конуса взад-вперед.

Клин клином

Сопло двигателя тоже высокотехнологичный агрегат, имеющий отличия от классического колокола сопла Лаваля, применяющегося на современных жидкостных реактивных двигателях. Существенной проблемой одноступенчатых аппаратов является изменение давления на срезе сопла: оптимизированное под вакуум сопло не даст той тяги в атмосфере, и наоборот. В результате весь участок разгона сопло будет работать то с недорасширением, то с перерасширением, что приведет к падению удельного импульса. В многоступенчатых аппаратах можно оптимизировать сопло каждой ступени под давление на участке ее работы (оно тоже варьируется, но не в таком широком диапазоне). В одноступенчатых нужно или применять сопло изменяемой геометрии (а это дополнительный вес механизмов и приводов), или мириться с потерей эффективности. Решить эту проблему позволяют двигатели с высотной компенсацией, в которых расширяющийся сверхзвуковой поток газа только с одной стороны ограничен стенкой сопла, с другой же – внешняя среда. К таковым относится клиновоздушный ракетный двигатель (aerospike engine, применялся в американском проекте Х-33) и expansion-deflection nozzle – именно такой тип сопла разрабатывается в рамках научно-исследовательских программ STERN и STRICT для SABRE. Этот тип сопла имеет такой же колокол, как и у сопла Лаваля (правда, короче и другой геометрии), с центральным телом по оси, отклоняющим поток к стенкам колокола (по форме похоже на впускной клапан в цилиндре ДВС). За центральным телом остается не занятая выхлопными газами зона, позволяющая компенсировать влияние давления окружающей среды.

Одни проблемы

И это далеко не все сложности. Перед инженерами Reaction Engines стоит ряд других задач: создание систем охлаждения камеры сгорания (на атмосферном участке полета предлагается охлаждать воздухом, пропущенным через рубашку, вне атмосферы – жидким кислородом), отработка сопел системы орбитального маневрирования, промежуточного теплообменника между водородом и гелием (предлагается использовать керамическую матрицу), турбины для жидкого гелия (тут планируется применять оригинальную систему с рабочими колесами противоположного направления вращения) и решение аэродинамических проблем с конструкцией самого космолета.

Все эти работы выполняются в основном на деньги частных инвесторов с минимальным привлечением бюджетного финансирования. При этом сложность возникающих проблем превышает возможности современного компьютерного моделирования, и многое приходится решать экспериментом на натурных стендах (так, для отработки геометрии сопел планируется запуск суборбитальной ракеты, которая пройдет атмосферный участок с тем же числом Маха на заданной высоте, в планах и создание летательного аппарата для отработки компоновки мотогондолы). Еще недавно Алан Бонд говорил, что первый полет планируется в 2029 году, а сейчас называет уже 2024 год. И это будет самолет, который выведет на круговую орбиту 1300 кг. Успех этих работ может существенно снизить цену вывода груза на орбиту, сделать ближний космос столь же доступным, как Антарктика, а технологии двигателей с предохлаждением можно использовать и на Земле – для воздушных перевозок с гиперзвуковой скоростью.

Декабрь ушедшего года принес свежие новости: наряду с возводимым в Великобритании (Уэсткотт, графство Бакингемшир) испытательным стендом для двигателя SABRE Reaction Engines начала строительство еще одного стенда в США. Работы ведутся на средства гранта, выделенного DARPA. А это значит, что к финансированию подключился Пентагон. На стенде будет испытываться система предохлаждения перспективной силовой установки.

«Если в космосе вакуум, то от чего отталкиваются космические корабли? И почему космонавты спокойно выходят в открытый космос?» — Яндекс Кью

Вакуумный двигатель — Российская газета

Юрий Бауров уже вошел в историю науки. Правда, не с парадного входа. Он попал в научный бестселлер «Ученые с большой дороги», написанный председателем Комиссии по борьбе с лженаукой, РАН академиком Эдуардом Кругляковым.

— В отличие от других «героев» книги со мной академик обошелся довольно мягко, — замечает Юрий Алексеевич. — Мол, мои эксперименты не укладываются в современные научные представления, а потому их следует проверить в авторитетных лабораториях. С тех пор таких проверок было несколько, результаты опубликованы в известных научных журналах. О чем и сообщил академику, но ответа не получил.

…ЦНИИМаш — организация серьезная. Многие годы была одним из флагманов российской космонавтики. Здесь расположен знаменитый Центр управления полетами. И здесь же заведующий лабораторией Юрий Бауров ведет свои «еретические» исследования, пытаясь понять — возможно ли из физического вакуума получать энергию.

Именно на слове «возможно» настаивают руководители ЦНИИМаша, в частности и его директор, академик РАН Николай Анфимов. (Он вместе с создателем легендарного «Бурана» Г. Лозино-Лозинским написал предисловие к, мягко говоря, спорной книге Баурова.) Сам же автор убежден, что уже черпает энергию из вакуума. Что и продемонстрировал мне в своей лаборатории.

Внешне все выглядело прозаично. Бауров подвел меня к своему двигателю, включил, и через несколько минут датчик показал, что его масса — а она около 90 кг — уменьшилась на 25 грамм.

Кто-то удивится — и все? Все. Сам автор считает результат феноменальным. Но эти граммы вызвали энтузиазм и у руководителей ЦНИИМаша. Они впервые дали «добро» на то, чтобы Бауров «засветил» название уважаемой и осторожной организации, рассказав, что в ее стенах уже многие годы идут такие «бредовые» с точки зрения современной физики эксперименты. Почему?

— Развиваемая двигателем тяга в 30 раз больше, чем у лучших космических электрореактивных установок, с помощью которых корректируют положение аппаратов на орбитах, — объясняет Бауров. По его словам, ракета с таким двигателем сможет перемещаться в космосе вообще без расхода топлива. Только на энергии из вакуума.

Знаменитый фантаст Артур Кларк прогнозировал, что уже в 2010 году человечество сможет «качать» энергию из вакуума, который по латыни означает «ничто». Попытки его запрячь делаются в разных странах. Однако задача столь сложна, что положить на нее жизнь отваживаются лишь отъявленные энтузиасты. Судя по публикациям в научных журналах, Бауров продвинулся на этом пути дальше остальных. Своим «крестным отцом» он считает нобелевского лауреата, академика Александра Михайловича Прохорова, который под свою ответственность рекомендовал его статью в журнал «Доклады Академии наук». В этой первой публикации Бауров застолбил свой приоритет на открытие нового явления природы.

С тех пор выполнено еще несколько работ, каждая из которых, по мнению ученого, дает все новые свидетельства, что найден ключ к вакууму. Скажем, с помощью электромагнитного поля (сам способ воздействия является ноу-хау) можно не только менять массу тел, но и в разы увеличивать кпд энергоустановок. Или влиять на скорость b-распада, что противоречит законам физики.

Почему Баурову удалось опередить других таких же энтузиастов? Его эксперименты базируются на разработанной им теоретической модели вакуума. Кстати, само понятие «физический вакуум» родилось из формул квантовой физики, когда ученым надо было как-то назвать «место», где рождаются элементарные частицы — «кирпичики» нашего мира — и куда они исчезают.

И из формул Баурова совершенно неожиданно «появилась» новая фундаментальная константа нашего мира. Она обладает двумя удивительными свойствами. Всегда направлена к созвездию Геркулеса, к которому, между прочим, летит наша Солнечная система. И самое главное — от нее зависят массы элементарных частиц.

— А это и есть ключ к вакууму, — говорит Бауров. — Нам в своих экспериментах удалось его возмутить. Иными словами, так вмешаться в гравитационный процесс формирования масс, что они стали уменьшаться. А энергию, говоря образно, «извлекаем» из знаменитой формулы Эйнштейна Е = mc2. Потеря массы и порождает энергию.

Конечно, это очень приблизительное изложение сути работ ученого, на которые потрачены десятилетия его жизни. Убедил ли он коллег в своей правоте? Вряд ли. Но вот заинтересовать кое-кого из них удалось. Ученые наших ведущих научных центров, из Дубны и Троицка, без каких-либо грантов и средств из бюджета взялись проверять его опыты. И пока результаты независимых проверок совпадают с теми, что получены Бауровым. Но до окончательных выводов далеко. Слишком они революционны. А потому требуется осторожность. Или очень веские, «неубиенные» доказательства.

— Чтобы убедить широкие массы, мне нужно 200 тысяч долларов, — говорит ученый. — Вполне достаточно для постройки генератора. Получив начальный импульс, он сможет затем извлекать энергию из вакуума. Отключенный от розетки будет крутиться сколько угодно.

Осчастливит ли Бауров человечество энергией из «ничего»? Или его теории, эксперименты, как это нередко бывает, окажутся очередным артефактом?

Наука жестока. Она дарит и фантастические ощущения счастья, когда ученый открывает фундаментальный закон природы. И горчайшие разочарования, когда жар-птица, которая, кажется, уже в руках, превращается в «ничто».

Сами ученые утверждают, что в науке ничего не пропадает. Отрицательный результат так же важен, как и положительный. Скажем, попытки алхимиков — в нынешнем понимании ярких представителей лженауки получить золото — заложили основу химии.

Вакуумные системы

Гироскопический манометр, вакуумметр или всасывающий манометр — все термины для обозначения одного и того же манометра, используемого для контроля вакуума, создаваемого в системе, которая приводит в действие пневматические гироскопические пилотажные приборы
Воздух проходит через инструменты, заставляя гироскопы вращаться
Скорость вращения гироскопов должна находиться в определенном диапазоне для правильной работы
Эта скорость напрямую связана с давлением всасывания, которое создается в системе
Всасывающий манометр чрезвычайно важен в самолетах, использующих исключительно вакуумные гироскопические пилотажные приборы
Вакуум — это показатель перепада давления, означающий, что измеряемое давление сравнивается с атмосферным давлением за счет использования герметичной диафрагмы или капсулы
Манометр откалиброван в дюймах ртутного столба
Показывает, насколько меньше давление в системе, чем в атмосфере [Рисунок 1]

Всасывающий манометр
Чтобы преодолеть главный недостаток трубки Вентури, а именно ее восприимчивость к обледенению, самолеты были оснащены вакуумными насосами с приводом от двигателя, а гироскопические приборы приводились в движение воздухом, проходящим через прибор за счет всасывания, создаваемого этими насосами
Предохранительный клапан на всасывании поддерживал желаемое давление (обычно около четырех дюймов ртутного столба) на приборах гироскопа ориентации, а игольчатый клапан между одним из авиагоризонтов и индикатором поворота и скольжения ограничивал поток воздуха для поддержания желаемых 2 дюймов всасывания. в его случае
В большинстве ранних приборов использовались только бумажные фильтры в каждом корпусе прибора, но в некоторых установках использовался центральный воздушный фильтр для удаления загрязняющих веществ из воздуха в салоне до того, как он попадал в корпус прибора.
- Ранние вакуумные насосы были лопастными, так называемого мокрого типа, с чугунным корпусом и стальными лопастями.
  - Моторное масло дозировано подавалось в насос для обеспечения герметизации, смазки и охлаждения, а затем это масло вместе с воздухом продувалось через маслоотделитель, где масло собиралось на перегородках и возвращалось в картер двигателя
  - Затем воздух был выпущен за борт
  - Самолеты, оснащенные резиновыми противообледенительными чехлами, использовали этот нагнетаемый воздух для надувания чехлов
  - Но перед тем, как его можно было использовать, этот воздух проходил через вторую ступень отделения масла, затем к распределительному клапану и, наконец, к пыльникам (см. рис. 12-2.)
- Поток воздуха через инструменты контролируется путем поддержания всасывания в корпусе инструментов на нужном уровне с помощью предохранительного клапана на всасывании, установленного между насосом и инструментами.
  - Этот клапан имеет подпружиненную тарелку, которая смещается, позволяя воздуху салона поступать в насос и поддерживать правильное отрицательное давление внутри корпуса прибора
- Более современные вакуумные насосы сухого типа.
  - В этих насосах используются угольные лопасти, и они не требуют смазки, поскольку лопасти обеспечивают собственную смазку по мере износа с тщательно заданной скоростью. За исключением того факта, что они не требуют маслоотделителя, системы с сухими воздушными насосами очень похожи на системы с мокрым насосом. Небольшое отличие, однако, заключается в необходимости содержать внутреннюю часть насоса в идеальной чистоте. Любые твердые частицы, попавшие в систему через предохранительный клапан на всасывании, могут повредить одну из угольных лопастей, что может привести к разрушению насоса, так как частицы, отколовшиеся от одной лопасти, повредят все остальные лопасти. Чтобы предотвратить попадание частиц в предохранительный клапан, его воздухозаборник закрыт фильтром, который необходимо очищать или заменять через интервалы времени, рекомендованные изготовителем самолета
Всасывающий манометр

Уменьшает или устраняет эффективность координатора поворота, авиагоризонта и указателя курса
Обнаружено по низкому показателю вакуумметра или необычным индикаторам прибора
Когда первичный воздухозаборник заблокирован, резервный воздухозаборник автоматически открывается из-за давления
Возникает при выходе из строя вакуумного насоса или при блокировке обоих впускных отверстий

- Обеспечивает «питание» авиагоризонта и указателя направления
- Желаемый диапазон всасывания составляет от 4,5 до 5,5 дюймов ртутного столба
- Датчики измеряют выход вакуума на каждом насосе
- Если производительность левого или правого насоса падает ниже 3,0 дюймов ртутного столба, L VAC R будет мигать в течение 10 секунд, прежде чем станет постоянным
- Имеется 2 вакуумных насоса с приводом от двигателя
- Защищен регулятором вакуума (защищает гироскопы)
- Нормальная работа показывает от 4,8 до 5,1 дюйма ртутного столба
- Пневматические гироскопические приборы Powers
- Вакуумный насос сухого типа
- Нулевое давление может указывать на смещенный привод насоса
- Снижение давления может указывать на загрязнение фильтров и сеток

Стандарты сертификации пилотов вакуумной системы частного пилота

Вакуумная система является важным компонентом многих самолетов, поскольку она управляет приборами и потенциально другими системами
Однако следует отметить, что эти системы могут быть дорогими в обслуживании, и существует возможность запуска многих, если не всех систем, требующих вакуума, на электричестве
Все еще что-то ищете? Продолжить поиск:

Федеральное авиационное управление — Глоссарий пилотов/диспетчеров
Консультативный циркуляр (43. 13-1B CHG 1) Приемлемые методы, приемы и практика — проверка и ремонт воздушных судов
FAA — Справочник техника по техническому обслуживанию авиации
AvWeb — Пылесос для сброса электричества
CFI Notebook.net — Индикатор отношения
CFI Notebook.net — Индикатор курса
CFI Notebook.net — Информационное руководство для пилотов
CFI Notebook.net — Координатор поворотов
Справочник по полетам по приборам (3-19) Индикаторы курса

Как ракеты движутся в космическом вакууме

Как ракеты движутся в космическом вакууме . Ракеты и двигатели в космосе ведут себя согласно третьему закону движения Исаака Ньютона: Но третий закон Ньютона гласит, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие.

Если в космосе вакуум, то что толкает ракета с www. quora.com

У них есть источник топлива, которое нагревается так, что оно расширяется и выталкивается из ракеты. Электростатический двигатель, также называемый ионным двигателем, использует то, что представляет собой небольшой ускоритель частиц, чтобы выталкивать частицы топлива из задней части ракеты, обеспечивая скорость выхлопа 100 км/с (= 220 000 миль в час). Несмотря на то, что они думают, ракеты могут летать и летают в вакууме.

Если в космосе вакуум, что толкает ракета

В космическом вакууме аэродинамические крылья, как у самолетов, бесполезны. Подруливающие устройства шаттла были сгруппированы в носовой части машины и дальше. Подобно реактивному двигателю самолета, ракета создает тягу, выбрасывая массу, чтобы воспользоваться третьим законом сэра Исаака Ньютона (см. выше). Вместо этого движение и рулевое управление достигаются с помощью ракет.

Источник: www.quora.com

Когда ракета выбрасывает топливо с одного конца, это толкает ракету вперед — воздух не требуется. Каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие. Чтобы изменить направление в космических ракетах, они должны иметь маленькие «двигатели» со всех сторон (всего для маневра вам нужно 6). Подобным образом ракета движется в космосе, потому что газы получают импульс, когда они выбрасываются ракетой. Ракеты должны нести кислород во время полета в космос.

Источник: www.abovetopsecret.com

Однако представьте себе, что вы берете с собой несколько тяжелых баллонов с кислородом во время длительной космической миссии. Однако для замедления космического корабля до нулевой скорости требуется столько же топлива, сколько и для его ускорения в первую очередь, что является целью всей большой ракеты, когда она отрывается от земли. Это то, что происходит в ракетах, топливо выходит из ракеты с большой скоростью. В космическом вакууме двигателю не на что давить. Итак, сила, создаваемая двигателями шаттла при выбрасывании горящего топлива.

Источник: www.abovetopsecret.com

Ракеты и двигатели в космосе ведут себя в соответствии с третьим законом движения Исаака Ньютона: благодаря третьему закону движения Ньютона этим газам не нужен воздух, чтобы эти газы «отталкивались». Это то, что происходит в ракетах, топливо выходит из ракеты с большой скоростью. Испытательный аппарат НАСА Deep Space 1 с передовыми технологиями успешно использует ионный двигатель с момента его запуска в октябре 1998 года. Несмотря на то, что они думают, ракеты могут летать и летают в вакууме.

Источник: www.quora.com

Вот что произошло в ракетах, топливо вылетает из ракеты с большой скоростью. Ракеты и двигатели в космосе ведут себя согласно третьему закону движения Исаака Ньютона: Увеличивая тягу, ракета может ускоряться. Как ракеты движутся в космическом вакууме? Без молекул воздуха, на которые можно было бы толкать, вы можете задаться вопросом, как ракеты шаттла поддерживают его движение.

Источник: www.quora.com

Согласно третьему закону Ньютона, если вы что-то бросите из предмета, предмет будет двигаться в противоположном направлении. Каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие. Когда ракета вылетает. Точно так же ракета движется в космосе, потому что газы получают импульс, когда они выбрасываются ракетным двигателем. За счет увеличения тяги ракета может разогнаться в.

Источник: www.kickstarter.com

Вместо этого движение и рулевое управление обеспечиваются ракетами. Ракеты и двигатели в космосе ведут себя согласно третьему закону движения Исаака Ньютона: каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие. Без молекул воздуха, на которые можно было бы толкать, вы можете задаться вопросом, как ракеты шаттла поддерживают его движение. Да, направление удара помогает ракете летать в космосе.

Источник: scienceblogs. com

Ракеты и двигатели в космосе ведут себя согласно третьему закону движения Исаака Ньютона: на орбитальном корабле шаттла было несколько двигателей RCS (система управления реакцией), которые использовались для перемещения в космосе и выполнения маневров стыковки на орбите. Ракеты могут ускоряться в космосе благодаря третьему закону движения Ньютона, генерируя и выталкивая горячие газы с высокой скоростью через заднюю часть сопла транспортного средства, что создает тягу, толкающую ракету вперед. По аналогии с пушкой в пушке шар выстреливается и летит с высокой скоростью к своей цели. В случае с ракетой она пока находится в космосе.

Источник: www.inquisitr.com

Как ракеты движутся в безвоздушном пространстве? Орбитальный корабль космического корабля «Шаттл» имел несколько двигателей RCS (система управления реакцией), которые использовались для перемещения в космосе и выполнения маневров стыковки на орбите. Я думаю, что вся эта история о том, что «ракеты не могут создавать никакой тяги в вакууме, потому что ей не на что отталкиваться», началась с того, что один человек одновременно верил, что все космические путешествия — это обман. Когда ракета выбрасывает топливо с одного конца, это толкает ракету вперед — воздух не требуется. Каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие.

Источник: keysforum.info

Двигатели шаттла были сгруппированы в носовой части корабля и далее. Ракеты и двигатели в космосе ведут себя в соответствии с третьим законом движения Исаака Ньютона: простой ответ заключается в том, что ракета движется, толкая газ, вырывающийся из ее двигателей. Ракеты и двигатели в космосе ведут себя в соответствии с третьим законом движения Исаака Ньютона: но сама пушка создает сильную обратную силу или отдачу.

РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ

ДВИГАТЕЛИ
Фред Лэндис

Ближе к концу Второй мировой войны пилоты союзников
пораженный новым немецким истребителем. У него не было винта, он летал
с глухим ревом, и пронесся по воздуху со скоростью более
более 500 миль (800 километров) в час. Этот удивительный самолет
был реактивный Мессершмитт Ме-262.

Сегодня реактивные истребители летают через стратосферу больше
быстрее, чем звук. Реактивные авиалайнеры летают выше, быстрее и дальше
чем когда-либо прежде.

Реактивный двигатель ускоряет ракеты до их целей.
Кроме того, ракеты выводят спутники Земли на орбиту.

Хотя большинство применений реактивного движения было для
полет, он также может быть применен к гидравлическому реактивному двигателю для
небольшие, быстроходные катера и прогулочные суда. В таких приложениях
вода забирается в носовой части лодки и сжимается
насосы высокого давления и выбрасываются через сопло в задней части
ремесла. Необходимость в эффективных насосах и ограничения
скоростей лодок не сделали гидрореактивный двигатель привлекательным
или экономичная альтернатива винтомоторным судам.

Реактивное движение – это движение тела вперед за счет
посредством струи газа или жидкости. Идея восходит к 1-му
век нашей эры, когда Герой Александрийский построил двигатель, названный эолипилом.
Он установил полый металлический шар с выступающими трубками между
две трубы, чтобы он мог вращаться. Steam вышел на земной шар через
трубы. Когда он вырвался через изогнутые трубы, струи пара
крутил земной шар.

Машина Героя иллюстрирует научный принцип
которую сэр Исаак Ньютон сформулировал в 1687 году. Третий закон Ньютона
движение утверждает, что для каждого действия существует равное и противоположное
реакция. В машине Геро струи пара, выходящие из
трубы — это действие, вращение земного шара — реакция.
Тот же принцип применим к реактивным двигателям, и по этой причине
они называются реактивными двигателями.

Сам Ньютон сконструировал реактивную повозку.
под названием «Вагон Ньютона». Наполненный водой шар был нагрет огнем,
создание пара. Большое сопло выступало из сферы.
Когда пар вырывался из сопла, он толкал фургон вперед.

Принцип

Есть много повседневных примеров реактивного движения.
Надутый игрушечный шарик с закрытой горловиной не проявляет тенденции
двигаться, потому что воздух внутри давит одинаково во всех направлениях.
Если горлышко внезапно откроется, шар улетит. Побег
воздух снимает давление на шею, и возникает реакция со стороны
воздух напротив шеи. Это не воздух вырывается из
шею и толкая наружный воздух, однако, который заставляет
воздушный шар впереди. Это воздух давит на внутренний фронт
стенка воздушного шара, толкающая его вперед. На самом деле, самолет
работать более эффективно в вакууме, потому что не было бы
воздух, препятствующий выходу газов.

Отдача винтовки также иллюстрирует действие и
реакция. Расширяющиеся газы выталкивают пулю из ствола
на высокой скорости. Винтовка в ответ на силу газов
«откидывается назад». Еще один пример реактивного действия — сад.
шланг, сопло которого отскакивает назад при резком повороте воды
в полную силу.

Типы

Существует два основных типа реактивных двигателей: воздушно-реактивные.
и невоздушные двигатели. Воздушно-реактивные двигатели используют кислород
из атмосферы при сгорании топлива. Они включают в себя
турбореактивный, турбовинтовой, прямоточный и импульсно-реактивный. Термин «струя» обычно
используется только в отношении воздушно-реактивных двигателей.

Двигатели без воздушного дыхания несут запас кислорода.
Их можно использовать как в атмосфере, так и в космическом пространстве. Они
обычно называются ракетами и бывают двух видов: жидкостные
и твердотопливные.

Воздушно-реактивные двигатели можно разделить на
две группы в зависимости от того, как они сжимают воздух для горения.
Каждый турбореактивный и турбовинтовой двигатели имеют компрессор, обычно с турбинным приводом.
набрать воздуха. Их называют газотурбинными двигателями. ПВРД
а импульсно-струйные не имеют компрессоров.

Турбореактивные двигатели .
Самым распространенным воздушно-реактивным двигателем является турбореактивный. После
воздух всасывается в двигатель через воздухозаборник, его давление равно
сначала увеличен компонентом, называемым компрессором. Затем воздух
поступает в камеру сгорания, где сгорает вместе с топливом до
повысить его температуру. Затем горячий газ под высоким давлением расширяется.
через похожее на колесо устройство, называемое турбиной, где оно производит
сила. Турбина соединена с компрессором валом,
а выходная мощность турбины приводит в действие компрессор. В
на выходе из турбины давление горячего газа все еще выше
окружение, а окончательное расширение происходит через
выхлопное сопло, где скорость выхлопных газов увеличивается.
Это последняя высокоскоростная струя, создающая тягу
толкать самолет по воздуху. Хотя по задумке реактивный двигатель
намного проще, чем поршневой двигатель, вращающий пропеллер,
фактическая конструкция для эффективной работы сложна и велика
реактивные двигатели чрезвычайно дороги.

Сегодня почти все авиационные реактивные двигатели используют осевой поток.
компрессоры. В этих устройствах воздух течет, как правило, в одном направлении.
по валу, соединяющему компрессор и турбину;
он движется через чередующиеся ряды неподвижных и вращающихся наборов
лопастей, называемых статорами и роторами соответственно. Лопасти
устроен так, что входящий воздух замедляется при прохождении через
их, и его давление увеличилось. Современные осевые компрессоры
может увеличить давление в 25 раз примерно за 16 «стадий»,
каждая ступень состоит из набора лопаток ротора и статора.

Центробежные компрессоры, использовавшиеся в начале
авиационные реактивные двигатели, всасывают воздух в центр рабочего колеса,
или лопаточное колесо, и сжать его в радиальном или внешнем направлении.
Более низкая эффективность, ограниченный рост давления и большие диаметры
которые увеличивают сопротивление узла двигателя, теперь ограничивают использование
центробежных компрессоров к малым двигателям и к нелетным
Приложения.

Когда воздух в ТРД выходит из компрессора
и поступает в камеру сгорания, смешивается с мелкодисперсным
керосинообразное топливо и сгорело. Теоретически для лучшей производительности
температура горения должна быть настолько высокой, насколько это возможно
полное сгорание топлива и кислорода в воздухе.
Это, однако, сделало бы температуру на входе в турбину слишком высокой.
высокая для эксплуатации, а при нынешних температурах на входе в турбину
ограничены примерно 1,9от 00 до 2200 F (от 1040 до 1200 C).
температура регулируется сжиганием только части компрессора
выпускаемый воздух, а остальная часть отводится мимо секции горения
и смешивается с высокотемпературными газами дальше по ходу горения
камера.

Камеры сгорания могут состоять из отдельных
банки или цилиндры, расположенные вокруг вала турбины. Другая
подход заключается в использовании кольцевой камеры, в которой лайнер или
трубчатая втулка, окружающая вал.

Специальные сплавы, прочные и легкие
требуются в лопатках турбин, чтобы выдерживать высокие
температуры и напряжения там. Среди исследуемых – комбинации
металлов и керамики, называемых керметами. Лопасти турбины можно охлаждать
путем отвода части несгоревшего компрессорного воздуха и подачи его
через внутренние проходы к небольшим отверстиям спереди или ведущим
кромка лопаток турбины. Это обеспечивает пленку прохладного воздуха
который защищает стенку лопатки от горячих газов.

Двигатели с высоким коэффициентом сжатия имеют два вала.
вращающиеся друг в друге. Внешний — быстроходный вал,
который может работать со скоростью около 11 000 оборотов в минуту (об/мин).
Он соединяет ступени турбины высокого давления и компрессора.
внутренний вал, работающий со скоростью около 3000 об/мин, соединяется с
турбинная и компрессорная части двигателя.

Наибольшая тяга будет получена, если выхлоп
сопло могло расширить газ до давления окружающего
воздуха. Однако сопло, способное на это, было бы
слишком большие и тяжелые, и поэтому используются более короткие насадки
вызывают небольшие потери в работе двигателя.

Турбореактивный двигатель не может быть запущен непосредственно из
отдыхать. Внешний пусковой двигатель запускает агрегат.
Затем топливо воспламеняется нагретой свечой зажигания. Как только двигатель
работает, сгорание может поддерживаться без свечи зажигания.

Полезной мощностью ТРД является его тяга,
которая пропорциональна массовому расходу воздуха через
двигатель и изменение скорости между выходом и входом.
(Массовый расход – это масса движущейся жидкости, пересекающей
заданной площади в единицу времени.) Это делает желательным достижение
высокая скорость на выходе из сопла.

Обычно используются две рабочие характеристики
для описания турбореактивных двигателей: удельная тяга и удельный расход топлива
потребление. Создаваемая удельная тяга (единицы тяги на
единица расхода газа двигателя в секунду) увеличивается вместе с турбиной
температура на входе. По этой причине инженеры постоянно ищут
более высокая температура на входе в турбину за счет улучшенных материалов
и лучшее охлаждение лезвия. Удельный расход топлива (ед.
тяги на единицу сожженного топлива в секунду), что
уменьшается по мере увеличения КПД двигателя, улучшается с
увеличение коэффициента давления. Это требует все больше и больше компрессора
этапы. В реальном реактивном двигателе должен быть компромисс между
высокое давление и высокие температуры для наилучшей общей производительности.

Еще один важный фактор производительности турбореактивного двигателя
двигатель — КПД двигателя в полете. В этом случае
наилучшие характеристики получаются, если выход струи (из сопла)
скорость примерно в два раза выше скорости полета самолета. В качестве
тяга увеличивается за счет повышения температуры на входе в турбину,
скорость на выходе из турбины также увеличивается, а скорость на выходе из струи
становится слишком высоким. В этом случае двигательные характеристики могут быть
увеличивается за счет добавления перепускного воздуха, как обсуждается далее в этой статье.

Максимальная тяга обычно требуется на взлете, а
желательна максимальная эффективность на крейсерской скорости самолета,
что составляет от 500 до 550 миль (от 800 до 880 километров) в час.
для большинства коммерческих авиалайнеров. Для взлета с большой высоты
аэропорта в жаркий летний день низкая плотность воздуха приводит к
меньший массовый расход воздуха через двигатель и, следовательно, уменьшается
доступная тяга. В таком случае самолету, возможно, придется лететь
частично пустой.

Поскольку продукты сгорания выходят из турбины
в них еще содержится большое количество кислорода (от
подмешивание дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания),
можно поставить другую камеру сгорания у турбины
выход. Этот так называемый форсаж используется в некоторых военных самолетах.
обеспечить экстренные всплески скорости. Расход топлива в
Однако форсаж очень высок, поэтому это увеличение тяги,
или увеличить, нецелесообразно для крейсерских или коммерческих самолетов.

Закачка воды состоит из подачи воды в
компрессор. Это увеличивает тягу за счет охлаждения воздуха и
тем самым увеличивая как его плотность, так и массу, которую можно пропустить
для заданной скорости воздуха. Нагнетание воды можно использовать в экстренных случаях.
взлетная тяга, но вес воды, который требуется, чтобы
перевозимый на самолете, не делает его желательным для эксплуатации в полете.

Как указано выше, желательно иметь средний
скорость выхода реактивной струи примерно в два раза превышает воздушную скорость самолета. Прямой
Расширение всех газов через турбину приведет к
скорость струи, которая была бы слишком высока для эффективного полета
производительность. В большинстве современных реактивных самолетов используется турбовентиляторный двигатель.
в котором большая часть воздуха лишь слегка сжимается пропеллероподобным
компрессорное устройство в передней части двигателя, а затем передается
вокруг ядра двигателя для смешивания с выхлопными газами турбины,
поэтому в обход основного двигателя. Двухконтурные двигатели обеспечивают повышенную
тяги для взлета и набора высоты, а также снижают шум реактивных двигателей. Современный
двигатели могут обходить в пять или шесть раз больше потока, чем
сердцевина двигателя, и ожидается даже более высокая степень двухконтурности
в будущем для двигателей, работающих при более высоких температурах на входе в турбину.

В большинстве двигателей коммерческих самолетов начальный
компрессия как для основного, так и для обходного потока достигается за счет большого
вентилятор, состоящий из одной или двух компрессороподобных ступеней. После
поток был разделен, основной поток дополнительно сжат, и
перепускной поток направлен вокруг двигателя.

Турбореактивные двигатели имеют тенденцию быть шумными, что создает
проблема в окрестностях аэропортов. Есть как высокочастотный
шум или вой, исходящий от компрессора и низкочастотный
шум от выходной струи, когда он смешивается с окружающим воздухом и
производит турбулентность. Шум компрессора можно уменьшить, поместив
звукопоглощающий материал во впускной канал. Струйное смешение
шум снижается за счет увеличения байпасного воздуха и специальных смесителей
в выхлопной трубе. Эти смесители гофрированы для увеличения
площадь, над которой соприкасаются горячие и холодные газы.
начинаем смешивать.

В хвосте двигателя находится упорный тормоз, или
реверс тяги. Это похожее на раскладушку устройство, активируемое
пилот после приземления. Он закрывается над выходным соплом струи, чтобы
отклонить поток наружу и немного вперед, чтобы тяга
Воздействующий на самолет теперь назад, помогая затормозить корабль.
При включенном реверсоре тяги реактивный самолет можно заставить катиться назад.
на земле.

Самая серьезная проблема, с которой может столкнуться реактивный самолет
это отлом лопатки турбины или компрессора, если она
ударом постороннего предмета или если он вырвался из-за
внутренняя неисправность двигателя. Все двигатели должны иметь корпус
достаточно прочный, чтобы сдержать неисправные лезвия и предотвратить поломку
лезвие от прорезания двигателя и повреждения жизненно важных частей
или от проникновения в пассажирское пространство.

Наиболее серьезной проблемой, с которой сталкивается компрессор, является
поставленные птицами. Все двигатели должны уметь «глотать»
тяжелая птица без катастрофического отказа, так как птиц можно
непредсказуемо всасывается в реактивные двигатели на малых высотах или на
земля.

В случае отказа двигателя в полете двигатель
должен быть закрыт. Все многомоторные самолеты могут безопасно садиться на
один двигатель, так что это не более чем неудобство для
вовлеченные пассажиры, если самолет должен повернуть назад в целях безопасности
причины.

Турбовинтовые двигатели . В
турбовинтовых двигателей обычный воздушный винт обычно
установлен перед реактивным двигателем и в одном типе двигателя
приводится в движение второй или свободной турбиной. Это расположено за
турбина, приводящая в движение компрессор. В других конструкциях мощность
получается за счет дополнительных ступеней на основной турбине.

Так как скорость турбины намного выше, чем у винта
скорости, требуется редуктор между турбиной и
пропеллер. Около 90 процентов энергии горячих газов составляет
поглощается турбиной, и только около 10 процентов остается на
увеличить скорость выхлопной струи. Соответственно, только очень
небольшая часть общей тяги создается струей; самый
из него исходит от пропеллера.

Турбовинтовые двигатели выгодны для малых и средних
самолетах и на скоростях от 300 до 400 миль (от 480 до 640 километров)
в час. Они не могут конкурировать с ТРД для очень больших самолетов
или на более высоких скоростях.

ПВРД . Воздух
в которую бросается двигатель на больших скоростях полета частично
сжаты за счет так называемого эффекта тарана. Если скорость достаточно высока,
этого сжатия может быть достаточно для работы двигателя ни с
ни компрессор, ни турбина. ПВРД назвали летающим
дымоход, потому что он открыт с обоих концов и имеет только топливные форсунки
в середине. Однако прямая дымовая труба не сработала;
прямоточный воздушно-реактивный двигатель должен иметь входной диффузор правильной формы, который производит
низкоскоростной воздух высокого давления в секции сгорания и
он также должен иметь выхлопное сопло правильной формы для увеличения
скорость потока.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут работать на скоростях свыше 200 миль (320
километров) в час, но практичными они становятся только при очень высоких
скорости, которая должна быть больше скорости звука. Ракеты или другие
подобные устройства необходимы для получения начальной скорости, при которой
ПВРД может начать работать.

Импульсно-реактивные двигатели . Импульсный реактивный самолет
похож на прямоточный воздушно-реактивный двигатель, за исключением того, что ряд подпружиненных,
клапаны шиберного типа расположены перед секцией сгорания.
В импульсной струе горение прерывистое или скорее пульсирующее.
чем непрерывный, как в ПВРД. Воздух поступает через клапаны,
и начинается горение. Это увеличивает давление и закрывает
клапаны, предотвращающие обратный поток через вход. Как газы
расширяться через заднее сопло для создания тяги, давление
в секции сгорания падает до точки, где клапаны
открыть снова, чтобы впустить свежий воздух. Затем этот цикл повторяется.

Наиболее широко известным импульсно-реактивным двигателем был немецкий Фау-1.
ракета или «жужжащая бомба», которая использовалась ближе к концу
Второй мировой войны и которые стреляли с частотой около 40 циклов
в секунду. Импульсные струи неэффективны, шумны и подвержены
сильная вибрация. В настоящее время их использование ограничено недорогими беспилотными
транспортные средства.

Безвоздушные или ракетные двигатели .
Ракетные двигатели несут на борту как горючее, так и окислитель, и они
Поэтому они не зависят от окружающей атмосферы.
необходимый запас кислорода. Соответственно, они обеспечивают основное
средства передвижения в космическом пространстве.

Ракеты принято классифицировать по типу топлива.
сгорел; твердотопливные ракеты несут твердую смесь топлива
и окислитель. Эта смесь похожа на порох и полностью сгорает.
после зажигания. Горение создает большой объем высокого давления.
газа в камере сгорания. Затем этот газ расширяется в
высокоскоростная струя на выходе из выпускного сопла. Сжигание
Скорость регулируется путем формирования твердого топлива таким образом
что газы сгорания выбрасываются с почти равномерной скоростью.
Однако управление тягой ограничено, что делает твердотопливные
ракеты, подходящие только для первой или взлетной ступени космического пространства
ракеты.

Лучшее управление может быть получено в жидкостном топливе.
ракеты. В них и горючее, и окислитель хранятся в отдельных
цистерны, а затем тщательно дозированным способом закачивается в
камера сгорания. Там они распыляются, смешиваются и сжигаются.
Поскольку жидкостные ракеты могут быть перезапущены и полностью отрегулированы,
они стали основными двигательными установками в космических программах.

История

Герой Александрийский применил принцип реактивного движения
в своем эолипиле в первом веке нашей эры. Китайцы наверное
изобрел ракеты около 1100 г. Около 1400 г. богатый китаец разработал
санки с ракетным двигателем, но при испытаниях они взорвались.

Леонардо да Винчи в 16 веке использовал струю
принцип двигателя, чтобы сконструировать механизм для поворота жаровни
плевать. В 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка построил паровую
турбина, приводившая в движение камнедробилку. Джон Барбер из Англии
был выдан первый патент на газовую турбину в 1791 году.

Сэнфорд А. Мосс в 1902 г., вероятно, первым
разработать газовую турбину в США. Работа на генерала
Electric Company, он сконструировал авиационную газовую турбину в 1918.

В Англии А. А. Гриффит из Royal Aeronautical
В 1927 году предприятие экспериментировало с газотурбинными компрессорами.
В 1930 году другой англичанин, Фрэнк Уиттл, запатентовал конструкцию для
реактивный двигатель, и в 1937 году такой двигатель был успешно испытан
и в 1941 году совершил свой первый полет.

В Германии авиастроительная компания Ernst Heinkel производила
В 1939 году появился первый успешный газотурбинный реактивный самолет Heinkel.
Он-178. В следующем году Caproni-Campini CC2 совершил полет в Италии.
В качестве двигателя использовался поршневой двигатель, а не газовая турбина.
выхлопная струя.

В 1941 году британцы подняли в воздух свой первый реактивный самолет.
Gloster E28/39 с двигателем Whittle. В Соединенных Штатах
Утверждает, что General Electric Company построила двигатель на основе двигателя Уиттла.
дизайн. Он приводил в действие Bell XP-59 Airacomet в 1942 году.
реактивный самолет для полетов в Соединенных Штатах. В том же году
Немцы построили первый успешный реактивный боевой самолет «Мессершмитт».
Ме-262. Германия была единственной страной, в которой воевали реактивные самолеты.
Второй мировой войны, но они были введены слишком поздно, чтобы иметь решающее значение.

После войны исследования реактивных самолетов продолжались. В 1947 г.
Американский ракетный «Белл Х-1» стал первым самолетом,
летать быстрее звука. В следующем году Великобритания подняла в воздух свой первый сверхзвуковой самолет.
Самолет De Havilland DH-108. В 1959 году построен американский F-106.
Convair летал со скоростью, более чем в два раза превышающей скорость звука.

Великобритания открыла первые реактивные авиалинии в 1952 году.
с De Havilland Comet, обслуживающим регулярные рейсы из Лондона
в Йоханнесбург, Южная Африка. Однако эта служба была остановлена.
после двух серьезных аварий в 1954. В США
Первым реактивным самолетом, прошедшим коммерческие испытания в 1954 году, стал Боинг.
707, который начал регулярные рейсы в 1958 году. С тех пор
было разработано множество реактивных лайнеров, как больших, так и малых,
и сегодня основная часть всех коммерческих воздушных флотов во всем мире
мире используют реактивные самолеты.

Конкорд, построенный британцами и французами, первый
сверхзвуковой транспорт, сделанный в некоммунистическом мире, вошел
коммерческая служба в 1976. Летать со скоростью, в 2,5 раза превышающей скорость звука,
самолет вмещает всего около 100 пассажиров. Из-за его высокого
расход топлива и низкая вместимость, он не доказал свою эффективность.
иметь коммерческий успех.

В то время как оригинальные самолеты Boeing 707 и Douglas DC-8
использовал четыре двигателя, увеличивая объем двигателя и улучшая характеристики
позволили использовать меньше двигателей. Локхид L-1011 и
McDonnell Douglas DC-10 — большие трехмоторные самолеты с
два двигателя под крылом и один в центре хвоста. Более
недавно построенные двухмоторные самолеты среднего размера, такие как Airbus,
несколькими европейскими фирмами, и Боинг 767 был представлен
с экономичными двигателями. Они конкурируют с Боингом.
727, трехмоторный самолет, ставший одним из самых массовых
подержанные самолеты в свободном мире.

Источник: Интерактивная энциклопедия Комптона.

[Решено] __________ двигатели могут работать в вакууме.

Turbojet
Rocket
Turboprop
Ramjet

Option 2 : Rocket

Free

ISRO VSSC Technical Assistant Mechanical held on 09/06/2019

3,8 тыс. пользователей

80 вопросов

320 баллов

120 минут

Пояснение :

Ракетный двигатель

Ракетный двигатель — это чисто реактивный двигатель, создающий тягу.
Во время полета в жидкостной ракете двигатель работает по принципу третьего закона Ньютона, который гласит, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие.
Движущая тяга, создаваемая двигателем ракеты, является действием, а реактивная сила текучей среды, действующей на ракету, является реакцией, которая в конечном итоге толкает ракету.
В случае путешествия в вакууме текучая среда отсутствует. В любой силовой установке рабочая жидкость ускоряется системой, и реакция на это ускорение создает силу, действующую на систему.
Когда ракета выбрасывает топливо с одного конца, это толкает ракету вперед — воздух не требуется.
Общий вывод уравнения тяги показывает, что количество создаваемой тяги зависит от массового потока через двигатель и выходной скорости газа, поскольку реактивная сила F = ma [a = ускорение ракеты, m = масса ракеты ]

Теперь это можно записать как

\(F = m. \frac{{dv}}{{dt}}\)

\({\rm{Or}},F = \frac{{dm }}{{dt}}.v\)

[где v = скорость, с которой выхлопные газы выходят из сопла ракеты]

Итак, при движении в вакууме за счет потери массы сгоревшего топлива ракета получает прямое ускорение или реактивную силу, толкающую ракету.

Дополнительная информация

Турбореактивный двигатель

Газотурбинный двигатель, создающий тягу через сопло, называется турбореактивным двигателем.
Турбореактивный двигатель – это газотурбинный двигатель, в котором турбина не передает на вал избыточную мощность (сверх необходимой для компрессора).
Имеющаяся энергия выхлопных газов преобразуется в кинетическую энергию струи через ее сопло (т.е. тягу).
В турбореактивном двигателе энергия, сообщаемая воздуху компрессором (высокое давление) и камерой сгорания (высокая температура), делится на две части.
Одна часть возвращается обратно в компрессор, а другая идет в сопло. Энергия, которая должна передаваться компрессору, сначала поглощается турбиной и преобразуется в механическую энергию.
Таким образом, вся механическая энергия, производимая турбиной, передается в компрессор через вал для увеличения давления поступающего воздуха.
Оставшаяся энергия высокотемпературного воздуха высокого давления передается в сопло.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель — это газотурбинный двигатель, в котором турбина потребляет мощность, превышающую мощность, необходимую для привода компрессора.
Избыточная мощность используется для привода гребного винта.
Хотя большая часть энергии горячих газов поглощается турбиной, турбовинтовой двигатель по-прежнему имеет небольшую реактивную тягу, создаваемую выхлопными газами в его сопле.
Таким образом, большая часть энергии газа извлекается турбиной для привода гребного винта.
Здесь, как и в ТРД, входящий воздух сжимается осевым компрессором, смешивается с топливом и сжигается в камере сгорания, расширяется через турбину, а затем выпускается через сопло.
Однако, в отличие от ТРД, турбина приводит в действие не только компрессор, но и воздушный винт.
Серьезной проблемой турбовинтового двигателя является очень громкий шум, что делает его нежелательным для перевозки пассажиров.

ПВРД

На высоких сверхзвуковых скоростях (числа Маха выше 3) реактивный двигатель нового типа, ПВРД, более эффективен, чем турбореактивные и турбовентиляторные двигатели.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель имеет простую конструкцию и не имеет движущейся части (турбины).
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель представляет собой канал с передним концом, имеющим форму впускного отверстия, задним концом, выполненным в виде сопла, и камерой сгорания посередине.
Этот тип двигателя использует поступательное движение двигателя для сжатия поступающего воздуха.
Поскольку высокоскоростной поток имеет высокое давление торможения, это давление будет преобразовано в статическое давление во впускном канале в процессе замедления.
В камере сгорания расположены пламегасители, топливные форсунки и воспламенитель.
Основным недостатком прямоточного воздушно-реактивного двигателя является то, что сначала ему помогают разогнаться и достичь скорости, превышающей примерно 0,5 Маха, прежде чем он сможет стать самодостаточным.
После достижения этой скорости давление сгорания достаточно для продолжения работы двигателя.
Пламегасители, расположенные в камере сгорания, обеспечивают необходимую блокировку прохода для замедления потока воздуха, чтобы топливо и воздух могли смешаться и воспламениться.
Затем продукт сгорания пропускается через сопло, чтобы разогнать его до сверхзвуковой скорости.
Это ускорение создает тягу вперед.
Для сверхзвукового полета с числом Маха ускорение обычно достигается за счет сужающегося-расходящегося сопла.

Скачать решение PDF

Поделиться в WhatsApp

Последние обновления технического помощника ISRO

Последнее обновление: 22 сентября 2022 г.

Индийская организация космических исследований (ISRO) вскоре опубликует официальное уведомление о наборе технических помощников ISRO на 2022 год. ISRO открыла в общей сложности 41 вакансию для последнего цикла набора. Ожидается, что в этом году будет открыто больше вакансий. Кандидаты, отобранные на должность технического помощника, будут получать базовую заработную плату в размере рупий. 44,900. Кандидаты могут обратиться к книгам технических помощников ISRO, чтобы улучшить свою подготовку и повысить шансы на участие. Наличие диплома в качестве основного образовательного ценза дает соискателям прекрасную возможность работать в ISRO.

Нужна ли реактивному двигателю турбина или керосин?

Можно ли сделать реактивный двигатель, в котором не используется турбина (например, простая печь или поршни), и какие другие виды топлива можно использовать в реактивных двигателях?
Хуан

Возможно, вы слышали, что реактивные двигатели называются «турбореактивными двигателями» или «турбовентиляторами». Насколько необходима эта «турбо» на самом деле? Можем ли мы использовать что-то еще? И есть ли альтернативы авиационному топливу?

Как это бывает, в некоторых самолетах мы уже не используем турбины! А вот простые топки и поршни в этих местах не режут — и вряд ли в ближайшее время вы их увидите на коммерческих самолетах.

Доктор Мацей Мазур, старший преподаватель Инженерной школы Университета RMIT, говорит, что турбореактивные и турбовентиляторные двигатели — это два наиболее распространенных типа устройств, которые мы называем «реактивными двигателями».

«Как следует из названия, эти двигатели оснащены турбинами, — говорит Мазур.

Как в турбореактивных, так и в турбовентиляторных двигателях первой задачей турбины является получение энергии от высокоскоростного потока горячих газов и преобразование ее во вращательное движение. Это приводит в действие компрессор: воздух в реактивном двигателе должен быть сжат, чтобы он был достаточно горячим и взрывоопасным, чтобы при сгорании с топливом генерировать необходимую тягу. Вы могли бы написать целую дополнительную статью о том, как работают эти двигатели более подробно (и мы это сделали), но вкратце: горячие сгоревшие газы создают тягу или «толкающую силу», когда они выталкиваются из конца струи. двигатель.

«В случае ТРД весь воздух проходит через сам двигатель, а тяга создается только потоком выхлопных газов», — говорит Мазур.

«В случае турбовентиляторного двигателя, помимо привода компрессора, турбина также приводит в действие вентилятор в передней части двигателя, который пропускает часть воздуха через двигатель, а часть — снаружи двигателя. Тяга создается комбинацией выхлопных газов двигателя и воздуха, обдуваемого вентилятором вокруг двигателя».

Это добавление перепускаемого воздуха делает турбовентиляторный двигатель более эффективным и увеличивает его тягу.

«Как для турбовентиляторных, так и для турбореактивных двигателей сжатие поступающего в двигатель воздуха перед смешиванием с топливом и сгоранием является ключевым фактором, обеспечивающим высокую мощность и эффективность», — говорит Мазур.

Так что турбина нам точно не нужна — нам просто нужно что-то, что сжимает воздух. Можем ли мы использовать что-то еще? Мазур говорит, что возможны и другие средства.

«На самом деле, за эти годы было разработано несколько различных конструкций, включая прямоточные и прямоточные воздушно-реактивные двигатели. Вместо использования компрессорной системы с турбинным приводом эти двигатели полагаются на быстрое движение двигателя вперед для сжатия поступающего воздуха с использованием эффекта поршневого сжатия», — говорит Мазур.

«Затем воздух подается в камеру сгорания двигателя, где он смешивается и сгорает с топливом с образованием горячих газов, создающих тягу при выходе из двигателя. Из-за высокой скорости воздуха, необходимой для создания достаточного сжатия воздуха, прямоточные и прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут работать только на высоких скоростях, как правило, на сверхзвуковых или гиперзвуковых скоростях».

Поскольку прямоточные и прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут работать только на очень высоких скоростях, они не могут взлетать или ускоряться сами по себе — им нужна ракета или какое-либо другое вспомогательное средство, чтобы разогнаться до достаточной скорости, чтобы начать работу.

«Преимущество их состоит в том, что они имеют более простую механическую конструкцию из-за очень небольшого количества движущихся частей», — говорит Мазур.

«Однако они создают другие проблемы, связанные с управлением сверхзвуковым воздушным потоком, эффективным смешиванием с топливом, достижением быстрого сгорания топлива и работой с высокой температурой в двигателе и самолете».

Другие реактивные двигатели могут полностью решить проблему сжатия, но они не так эффективны.

«Есть также реактивные двигатели, которые не требуют сжатия воздуха на входе и могут работать на статических или малых скоростях, например, импульсные реактивные двигатели», — говорит Мазур.

Получайте свежие новости о науке прямо на свой почтовый ящик.

Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели «работают по принципу периодического воспламенения воздушно-топливной смеси в камере сгорания и создания пульсирующей выхлопной струи, которая периодически создает тягу».

«Эти двигатели также просты по конструкции, но обычно имеют низкий КПД, — говорит Мазур.

В разработке находятся и другие типы реактивных двигателей. Один из них, называемый вращающимся детонационным двигателем, работает за счет детонации топлива, а не его сжигания (дефлаграции), то есть сжигания его пламенем, которое расширяется так быстро, что преодолевает звуковой барьер, становясь сверхзвуковым.

РДЭ впрыскивают горючее и окислители в кольцеобразную (кольцевую) камеру, вызывая вращающуюся волну детонации.

«RDE механически просты, однако они создают много инженерных проблем, связанных с поддержанием устойчивой работы, стабильностью горения и приемлемыми устойчивыми рабочими температурами, и являются предметом постоянных исследований», — говорит Мазур.

Между прочим, импульсные реактивные двигатели также можно было бы сделать более эффективными за счет детонации, но это порождает множество других инженерных проблем, поэтому к ним гораздо меньше исследовательского интереса.

Так что да, безтурбинные реактивные двигатели возможны, но вы вряд ли увидите их на рейсе Сидней-Мельбурн в ближайшее время.

Что насчет топлива? На данный момент турбореактивные и турбовентиляторные двигатели используют топливо, полученное из керосина, бензина или нафты — химически все очень похоже на керосин. Теоретически они могли бы довольно легко использовать другое топливо, хотя Мазур отмечает, что керосин также является полезной смазкой, благодаря которой двигатель работает более плавно.

Д-р Алан Финкель, бывший главный научный сотрудник, а в настоящее время специальный советник правительства по технологиям с низким уровнем выбросов, говорит, что топливо на основе керосина популярно, потому что это «топливо с высокой плотностью энергии и отличными характеристиками, такими как простота обращения и возможность эксплуатации. при очень низких и высоких температурах окружающей среды».

Но керосин с интенсивным выбросом не всегда может быть лучшим вариантом.

«Идет постоянный поиск альтернатив с нулевым выбросом углерода», — говорит Финкель.

«Биотопливо чаще всего пытаются использовать, но оно не дает нулевых выбросов и дорого стоит. Говорят о синтетическом авиационном топливе, изготовленном из водорода и двуокиси углерода с нулевым уровнем выбросов, получаемых в результате промышленных процессов. Это было бы топливо с нулевым уровнем выбросов, но очень дорогое.

«Для самолетов малой дальности в некоторых прототипах используются батареи для привода электродвигателей, вращающих турбину».

Финкель также указывает, что водород исследуется как в винтовых двигателях, так и в реактивных турбинах. В прошлом месяце Airbus объявил, что будет тестировать водород для полета на A380, а к 2035 году планирует начать полеты на водороде.

Почему небо голубое? Что на самом деле представляет собой улавливание и хранение углерода? Почему мой пылесос издает такой шум? Как работает биткойн? И мог ли Йода действительно силой толкнуть Палпатина?

Глупых научных вопросов не бывает, но иногда бывает сложно найти ответы.

Мы сотрудничаем с ACM, чтобы ответить на ваши научные вопросы: задайте нам любой вопрос! Пришлите нам свою самую запутанную химическую головоломку, сложную задачу по физике или вообще любой научный вопрос, и мы привлекем к делу наших журналистов.

Почему вакуумные насосы выходят из строя — AVweb

В большинстве небольших самолетов используются пневматические гироскопические приборы, приводимые в действие вакуумом, создаваемым воздушным насосом с приводом от двигателя. Вакуумная система проста, и она должна быть надежной и безотказной. Однако слишком часто это не так.

На рис. 1 показана вакуумная система типичного одномоторного самолета. Окружающий воздух поступает в систему через центральный вакуумный фильтр, благодаря чему гироскопы дышат только чистым воздухом и защищены от грязи и других загрязнений. Воздух проходит через инструменты гироскопа (где он вращает гироскопы), затем через регулятор вакуума и, наконец, во всасывающий патрубок вакуумного насоса с приводом от двигателя. Нагнетательный патрубок насоса обычно выпускает воздух в моторный отсек. (Самолеты с пневматическими антиобледенителями используют нагнетаемый воздух для надувания ботинок.)

Сколько вакуума?

Пневматические гироскопические приборы предназначены для работы при перепаде давления около 5 дюймов ртутного столба (около 2,5 фунта на кв. дюйм). Насос предназначен для создания достаточного потока воздуха для вращения гироскопов, даже когда двигатель работает на холостом ходу на земле. При нормальных полетных оборотах его мощность намного больше необходимой (до 20 фунтов на квадратный дюйм). Чтобы поддерживать относительно постоянный поток воздуха через гироскопы, регулятор позволяет достаточному количеству окружающего воздуха просачиваться в систему после гироскопов, чтобы ограничить перепад давления на гироскопах примерно до 5 дюймов ртутного столба. Регулятор регулируется и имеет собственный поролоновый воздушный фильтр для защиты насоса от загрязнения.

Вакуумметр кабины подключается для считывания перепада давления на одном из гироскопических приборов (обычно авиагоризонт). Манометр обычно имеет зеленую дугу между 4,7 и 5,2 дюйма ртутного столба. Регулятор вакуума отрегулирован так, чтобы прибор в кабине показывал около 5 дюймов ртутного столба.

Большинство близнецов и некоторые одноместные самолеты (например, Cessna P210 и Piper Malibu) используют резервную систему с двумя вакуумными насосами с приводом от двигателя. В этих системах используются двойные регуляторы и набор обратных клапанов, чтобы гарантировать, что вакуум в приборе остается нормальным даже в случае отказа одного источника вакуума.

При нормальной работе системы (см. рис. 2) падение давления на центральном вакуумном фильтре практически отсутствует, а в остальной части системы потери давления незначительны. Нагрузка на вакуумный насос не должна превышать 6,5 дюймов ртутного столба. в однодвигательных самолетах. (Максимальное давление для двойных насосов с их более длинными шлангами составляет 7,0 дюймов ртутного столба.)

Сухие вакуумные насосы

Примерно с 1970 года наши гироскопы приводились в действие «сухими» воздушными насосами, в которых используются самосмазывающиеся графитовые лопасти, вращающиеся внутри. эксцентричной алюминиевой полости. (до 1970 использовались «мокрые» насосы с масляной смазкой; см. врезку.) Поскольку сухие насосы не используют моторное масло для смазки, они не требуют маслоотделителя и обеспечивают выпуск безмасляного воздуха для противообледенительных башмаков. Но у сухих насосов есть один большой недостаток, и это их исключительно непривлекательный режим отказа: они работают безупречно в течение непредсказуемого срока службы, а затем катастрофически и без предупреждения выходят из строя (обычно в большом клубе графитовой пыли).

Доминирующим производителем насосов сухого воздуха является Airborne, подразделение корпорации Parker-Hannifin, расположенное в Элирии, штат Огайо. Airborne производит широкий спектр воздушных насосов, регуляторов, фильтров, обратных клапанов, воздушных коллекторов, а также регулирующую арматуру для пневматических противообледенительных систем. В большинстве самолетов без защиты от обледенения используются насосы сухого воздуха Airborne серии 200, в то время как в самолетах с ботинками используются более крупные насосы серии 400.

Стоимость небольших насосов Airborne серии 200 составляет около 400 долларов США, а номинальный гарантийный срок службы составляет 1000 часов. Но не расстраивайтесь: более крупные насосы серии 400 стоят 1200 долларов и имеют гарантию на жалкие 400 часов!

Графит и пластик

Все насосы Airborne имеют графитовую ступицу с прорезями и графитовые лопасти. Ступица и лопасти вращаются внутри полированной эллиптической внутренней полости внутри алюминиевого корпуса насоса. Лопасти могут свободно входить и выходить из пазов ступицы при вращении внутри эксцентриковой полости. Центробежная сила прижимает лопасти к стенке полости, обеспечивая необходимое герметичное уплотнение.

Привод насоса включает хрупкую пластиковую муфту, которая предназначена для мгновенного срезания, если сопротивление вращения насоса превышает нормальный рабочий крутящий момент на сколько-нибудь значительную величину. Это гарантирует, что отказ насоса не может повредить привод вспомогательных агрегатов двигателя.

Назад — это плохо

Прорези ступиц воздушных насосов наклонены в направлении вращения. По этой причине Airborne предлагает различные модели насосов для работы с вращением по часовой стрелке и против часовой стрелки. Наиболее распространенные номера моделей: 211CC и 441CC (для вращения против часовой стрелки) и 212CW и 442CW (для вращения по часовой стрелке). Взломать код не сложно.

Установка насоса с неправильным направлением вращения — верный путь к преждевременному выходу из строя. Для большинства двигателей Continental требуется насос с вращением по часовой стрелке, а для большинства двигателей Lycoming требуется насос против часовой стрелки. Но не всегда. На самом деле, близнецам с вращающимися в противоположных направлениях опорами нужно по одной штуке!

Sigma-Tek против Airborne

В течение многих лет компания Airborne полностью владела бизнесом по производству сухих воздушных насосов. Но в середине 1980-х Sigma-Tek представила новый воздушный насос STC в качестве прямой замены популярных насосов Airborne 211CC и 212CW.

Насос Sigma-Tek модели 005 в принципе идентичен насосам Airborne, которые они заменяют. В них используются аналогичные свободно скользящие графитовые лопасти и аналогичная эксцентриковая полость. Однако в помпе Sigma-Tek используется алюминиевая (не графитовая) втулка с ортогональными (не наклонными) пазами. Следовательно, насос Sigma-Tek можно использовать как для вращения по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.

Помпа Sigma-Tek 005 стоит примерно столько же, сколько помпа Airborne серии 200, и имеет сопоставимую гарантию. Некоторые люди убеждены, что помпа Sigma-Tek служит дольше, но мы не видели достоверных данных, подтверждающих это утверждение. С другой стороны, если вам не повезло с насосами Airborne серии 200, не помешает попробовать Sigma-Tek.

Почему насосы выходят из строя

Существует множество страшных историй о сухих вакуумных насосах, которые выходят из строя преждевременно, иногда всего через несколько часов после установки. Владельцы, которые неоднократно становились жертвами таких преждевременных отказов, часто приходят к выводу, что получение номинального срока службы помпы — это вопрос удачи, вуду или кармы.

Это просто не так. Почти каждый случай преждевременного выхода из строя сухого вакуумного насоса можно объяснить одной из трех причин: загрязнением, перенапряжением или неправильной установкой.

Сухие воздушные насосы чрезвычайно уязвимы к загрязнению, особенно жидкостями. Графитовые лопасти рассчитаны на работу абсолютно всухую, и попадание любой жидкости может быстро вывести насос из строя.

Одной из наиболее распространенных причин преждевременного выхода из строя насоса из-за сухости является загрязнение растворителями, используемыми для промывки моторного отсека после технического обслуживания. Если избыток растворителя попадает в насос (обычно через напорное отверстие или приводную муфту), он смешивается с угольной пылью в насосе, образуя липкий осадок. Даже небольшое количество этого материала может привести к быстрому разрушению хрупких графитовых лопастей насоса. Следовательно, абсолютно необходимо накрыть вакуумный насос и его выпускную трубку (обычно полиэтиленовым пакетом) перед распылением растворителя.

Другой распространенной причиной отказа насоса является загрязнение маслом. Масло может попасть в вакуумный насос несколькими путями. Одним из часто встречающихся виновников является негерметичная прокладка между фланцем насоса и корпусом двигателя. На самом деле, любая утечка масла из моторного отсека, которая позволяет маслу попасть на насос, может проникнуть внутрь через приводную муфту. В качестве альтернативы, масло, попадающее на регулятор вакуума, быстро пропитает поролоновый стягивающий фильтр и начнет всасываться внутрь самого насоса. Если внутрь сухого насоса попадает даже крошечная капля масла, это уже история.

Сухой насос также может быть поврежден углеродистым загрязнением. Сухой насос обычно внезапно выходит из строя, когда ломается графитовая лопасть или ступица, образуя облако углеродных фрагментов. Когда неисправный насос перестает качать, остаточный вакуум перед насосом часто приводит к тому, что некоторые из этих кусков графита высасываются из насоса и застревают в шлангах или регуляторе вакуума. Если система не будет тщательно очищена от нагара перед установкой сменного насоса, новый насос может проглотить эти фрагменты. Это может привести к выходу из строя нового насоса всего за несколько минут или часов.

Перегруженные насосы

Другой причиной сокращения срока службы насоса является перенапряжение. Это может быть вызвано грязным центральным вакуумным фильтром, перегнутым воздухопроводом или любым другим препятствием или конструкцией, из-за которой вакуумный насос работает с большей нагрузкой, чем должен. Обратитесь к рисунку 3 для примера этой ситуации.

Вот типичный сценарий. В результате технического обслуживания или старения воздушный шланг в вакуумной системе сжимается (из-за перегиба или смятия). Пилот замечает, что показания вакуумметра в кабине ниже нормы, и сообщает об этом в мастерскую. A&amp P перенастраивает регулятор вакуума, чтобы вернуть вакуумметр в нормальный рабочий диапазон без устранения основной причины.

Пилот доволен, механик доволен… но вакуумный насос теперь глубоко недоволен , потому что теперь он должен создавать 150% нормального вакуума. Насос, который работает слишком усердно, будет перегреваться и в конечном итоге преждевременно выйдет из строя.

Правильная установка насосов

Установка сменного вакуумного насоса — это быстрая и простая процедура, но есть несколько важных правил, которые необходимо соблюдать, чтобы новый насос прослужил долгую и здоровую жизнь.

Убедитесь, что новый насос Airborne соответствует направлению вращения. Насос неправильного направления выглядит так же, но не прослужит долго. (Насосам Sigma-Tek все равно, в какую сторону они вращаются.)
Никогда не зажимайте новый вакуумный насос в тисках при установке фитингов. Мягкий алюминиевый корпус помпы можно легко деформировать, что приведет к поломке помпы. Воздушные насосы поставляются с завода с красно-белой наклейкой «против тисков», но после капитального ремонта насосы обычно без нее.
Никогда не используйте резьбовую смазку или тефлоновую ленту при сборке резьбовых вакуумных фитингов. Любой избыток герметика может попасть в насос, что приведет к его разрушению. Airborne рекомендует щадящее нанесение силиконового спрея на резьбу, но не более того.
Перед установкой нового насоса убедитесь, что вакуумная система тщательно очищена. Всегда продуйте шланги сжатым воздухом, замените центральный вакуумный фильтр и поролоновый бандажный фильтр регулятора на новые и проверьте седло регулятора на наличие застрявших угольных фрагментов. Любое загрязнение, оставшееся после выхода из строя старого насоса, может (и часто приводит) к преждевременному выходу из строя нового насоса.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Поиск и устранение неисправностей вакуумной системы — это процесс, который механики часто понимают неправильно. В большинстве магазинов отсутствует надлежащее испытательное оборудование, и они полагаются на вакуумметр в кабине. Но датчик в кабине — плохой инструмент для устранения неполадок. Он показывает только перепад давления на гироскопах; он не показывает, как тяжело работает насос.

Кроме того, приборная панель кабины нередко выходит из строя. Например, для вакуумметра на одном однодвигательном самолете требовалось 9дюймов рт.ст. вакуума для обозначения 5,0 дюймов ртутного столба. на инструменте. Вакуумный насос, вынужденный обеспечивать 10,5 дюймов ртутного столба. вместо обычных 6,5 заменялся каждые 300–400 часов, наряду с частым капитальным ремонтом гироскопа.

Для правильного поиска и устранения неисправностей вакуумной системы требуется специальное испытательное оборудование. Пневматический испытательный комплект модели 343 компании Airborne включает в себя все необходимое для устранения неполадок в системах вакуума и давления для инструментов и противообледенительных чехлов: источник вакуума, калиброванные манометры, регулируемые регуляторы и различные другие специальные приспособления. Для небольших магазинов, которые не могут оправдать расходы на покупку этого тестового комплекта, отдел технического обслуживания Airborne предлагает несколько наборов для краткосрочного кредитования.

Интересно, что одним из самых полезных индикаторов надвигающихся проблем с вакуумным насосом является маленькая красно-белая наклейка «против тисков», которая прикрепляется к каждому новому сухому насосу Airborne. Темнеющая наклейка является надежным признаком того, что температура корпуса насоса выше, чем должна быть. Обычно это означает, что насос работает усерднее, чем должен, и, вероятно, преждевременно выйдет из строя. Рекомендуется проверять цвет наклейки вакуумного насоса при каждой замене масла.

Капитальный ремонт по сравнению с новым

Рано или поздно вы столкнетесь с заменой вакуумного насоса. Вам придется решить, покупать ли новый насос, отремонтированный насос или комплект для ремонта насоса своими руками.

Первое, что вы должны знать, это то, что официальная позиция Airborne заключается в том, что их насосы не подлежат капитальному ремонту. Фактически, Airborne ставит штамп «Не ремонтировать» на корпусе каждого нового суховоздушного насоса, который они изготавливают.

Тем не менее, насосы сухого воздуха после капитального ремонта можно приобрести у RAPCO, Singer и других поставщиков. Типичные цены со скидкой на капитально отремонтированные насосы серии 200 варьируются от 175 до 225 долларов США при обмене с 400-часовой гарантией. Отремонтированные насосы серии 400 для загруженных самолетов продаются по цене от 550 до 650 долларов. Кроме того, ремонтные комплекты для ремонта насоса своими руками (содержащие новую ступицу, лопасти, приводную муфту и прокладку) стоят всего около 70 долларов США для насосов серии 200 и 135 долларов США для насосов серии 400. (Эти цены взяты из объявлений Chief и San-Val в Trade-A-Plane.)

Отремонтированные вакуумные насосы получили неоднозначные отзывы. Мы считаем, что недостаточно просто заменить ступицу, лопасти и приводную муфту. Если полость насоса не отполирована до блеска, то новые лопасти долго не прослужат. По этой причине мы не очень заботимся о ремонтных комплектах насосов, которые можно сделать своими руками. И если вы выберете капитально отремонтированный насос, будьте осторожны, какой ремонтник вы выберете. Спросите, ремонтирует ли он и полирует ли он полость насоса в своих восстановленных насосах. (Честно говоря, нам повезло с восстановлением RAPCO и не повезло с Singer.)

Стоит ли восстанавливать?

Есть ли смысл покупать отремонтированный насос вместо нового? Для больших насосов серии 400, может быть, и так. Капитальный ремонт RAPCO можно купить на 600 долларов дешевле, чем новый Airborne. У автора есть восстановленный насос RAPCO 400-й серии на одном двигателе его Cessna T310, который достиг 1000 часов и все еще работает.

Для небольших насосов серии 200 преимущества капитально отремонтированных узлов сомнительны. Те же объявления Trade-A-Plane, которые предлагают восстановленные насосы по цене от 175 до 225 долларов, также предлагают совершенно новые насосы Airborne и Sigma-Tek менее чем за 300 долларов. Гарантия на новые насосы составляет 1000 часов, а на восстановленные — всего 400 часов. За дополнительные от 75 до 125 долларов мы были бы склонны купить новый насос.

В любом случае мы бы держались подальше от комплектов для ремонта своими руками.

Мокрые насосы

Еще в 1960-х годах (когда легкие самолеты IFR были молоды) поршневые самолеты поставлялись с так называемыми «мокрыми» вакуумными насосами, которые использовали металлические лопасти и смазывались моторным маслом. Основным производителем мокрых вакуумных насосов была компания Garwin. Эти насосы были долговечны, надежны и обычно не выходили из строя внезапно; они постепенно изнашивались и в конечном итоге требовали капитального ремонта.

Выпускаемый из мокрого насоса воздух содержит масляный туман, поэтому этим насосам требуется маслоотделитель для возврата большей части масла в поддон двигателя. Даже с маслоотделителем определенное количество масла выбрасывается через сапун (и обычно на днище самолета).

Следовательно, мокрые насосы не подходят для самолетов с противообледенительными чехлами, так как масло может привести к порче резины. Кроме того, системы приборов нагнетательного типа (такие, как те, что используются в более поздних моделях Bonanzas и Barons) не могут использовать мокрые насосы, потому что инструменты гироскопа загрязнятся. с маслом.

Но если у вас есть старый самолет, в котором используется вакуумная система с мокрым насосом, вам лучше оставить свой старый насос Garwin и маслоотделитель, а не переходить на более новую систему. На наш взгляд, немного Масло на животе — небольшая цена за вакуумный насос, который не выходит из строя внезапно и без предупреждения.

Системы давления

Хотя в сопроводительной статье говорится о вакуумных системах, некоторые легкие самолеты (особенно более поздние модели Beechcraft) используют систему давления для питания. На рис. 4 показаны различия в подключении.

Нагнетательные системы используют точно такие же насосы сухого воздуха и гироскопы, что и вакуумные системы. Фильтры, регулятор и приборная панель отличаются.

Напорные системы имеют те же проблемы, что и вакуумные. Сухие насосы в напорных системах в равной степени уязвимы к загрязнению, перегрузке и неправильной установке. И методы устранения неполадок и оборудование, по сути, одинаковы.

Резервные системы

Поскольку сухие вакуумные насосы выходят из строя внезапно, без предупреждения и, как правило, в самый неподходящий момент, резервные вакуумные системы стали популярным дополнением для одномоторных самолетов, выполняющих серьезные полеты по ППП.

Некоторые самолеты (например, Cessna P210 и Piper Malibu) на заводе оснащаются двойными вакуумными насосами с приводом от двигателя, очень похожими на систему, которую используют близнецы. Недостатком такой схемы является то, что оба насоса постоянно крутятся (и изнашиваются). Если один насос выходит из строя, вероятность того, что вскоре после этого выйдет из строя другой насос, явно нетривиальна.

Несколько производителей (в том числе сами Airborne) предлагают резервные вакуумные системы STC, в которых используется насос сухого воздуха, приводимый в действие электродвигателем.