Реактивное движение в технике. Реактивные двигатели
Реактивное движение в технике. Реактивные двигатели
- Подробности
- Просмотров: 802
Физические основы реактивного движения
Большое значение закон сохранения импульса имеет при рассмотрении реактивного движения.
Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него, например при истечении продуктов сгорания из сопла реактивного летательного аппарата. При этом появляется так называемая реактивная сила, толкающая тело.
Особенность реактивной силы заключается в том, что она возникает в результате взаимодействия между собой частей самой системы без какого-либо взаимодействия с внешними телами.
В то время, как сила, сообщающая ускорение, например, пешеходу, кораблю или самолету, возникает только за счет взаимодействия этих тел с землей, водой или воздухом.
Так движение тела можно получить в результате вытекания струи жидкости или газа.
В природе реактивное движение присуще в основном живым организмам, обитающим в водной среде.
В технике реактивное движение используется на речном транспорте (водометные двигатели), в автомобилестроении (гоночные автомобили), в военном деле, в авиации и космонавтике.
Все современные скоростные самолеты оснащены реактивными двигателями, т.к. они способны обеспечить необходимую скорость полета.
В космическом пространстве использовать другие двигатели, кроме реактивных, невозможно, так как там нет опоры, отталкиваясь от которой можно было бы бы получать ускорение.
История развития реактивной техники
Создателем русской боевой ракеты был ученый-артиллерист К.И. Константинов. При весе в 80 кг далььность полета ракеты Константинова достигала 4 км.
Идея применения реактивного движения в летательном аппарате, проект реактивного воздухоплавательного прибора, в 1881 году была выдвинута Н.
И. Кибальчичем.
В 1903 году знаменитый ученый-физик К.Э. Циолковский доказал возможность полета в межпланетном пространстве и разработал проект первого ракетоплана с жидкостно-реактивным двигателем.
К.Э. Циолковский спроектировал космический ракетный поезд, составленный из ряда ракет, работающих поочередно и отпадающих по мере израсходования горючего.
Принципы применения реактивных двигателей
Основой любого реактивного двигателя является камера сгорания, в которой при сгорании топлива образуются газы, имеющие очень высокую температуру и оказывающие давление на стенки камеры. Газы вырываются из узкого сопла ракеты с большой скоростью и создают реактивную тягу. В соответствии с законом сохранения импульса, ракета приобретает скорость в противоположном направлении.
Импульс системы (ракета-продукты сгорания) остается равным нулю. Так как масса ракеты уменьшается, то даже при постоянной скорости истечения газов ее скорость будет увеличиваться, постепенно достигая максимального значения.
Движение ракеты — это пример движения тела с переменной массой. Для расчета ее скорости используют закон сохранения импульса.
Реактивные двигатели делятся на ракетные двигатели и воздушно-реактивные двигатели.
Ракетные двигатели бывают на твердом или на жидком топливе.
В ракетных двигателях на твердом топливе топливо, содержащее и горючее, и окислитель, помешают внутрь камеры сгорания двигателя.
В жидкостно-реактивных двигателях, предназначенных для запуска космических кораблей, горючее и окислитель хранятся отдельно в специальных баках и с помощью насосов подаются в камеру сгорания. В качестве горючего в них можно использовать керосин, бензин, спирт, жидкий водород и др., а в качестве окислителя, необходимого для горения, — жидкий кислород, азотную кислоту, и др.
Современные трехступенчатые космические ракеты запускаются вертикально, а после прохода плотных слоев атмосферы переводятся на полет в заданном направлении.
Каждая ступень ракеты имеет свой бак с горючим и бак с окислителем, а также свой реактивный двигатель. По мере сгорания топлива отработанные ступени ракеты отбрасываются.
Воздушно-реактивные двигатели в настоящее время применяют главным образом в самолетах. Основное их отличие от ракетных двигателей состоит в том, что окислителем для горения топлива служит кислород воздуха, поступающего внутрь двигателя из атмосферы.
К воздушно-реактивным двигателям относятся турбокомпрессорные двигатели как с осевым, так и с центробежным компрессором.
Воздух в таких двигателях всасывается и сжимается компрессором, приводимым в движение газовой турбиной. Газы, выходящие из камеры сгорания, создают реактивную силу тяги и вращают ротор турбины.
При очень болььших скоростях полета сжатие газов в камере сгорания можно осуществить за счет встречного набегающего воздушного потока. Необходимость в компрессоре отпадает.
Так устроены прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
Поэтому при полетах в плотных слоях атосферы для более полного использования мощности реактивного двигателя на валу турбины устанавливают воздушный винт.
Следующая страница «Закон Гука»
Назад в раздел «9 класс»
Динамика — Класс!ная физика
Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона —
Второй закон Ньютона —
Третий закон Ньютона —
Свободное падение тел —
Закон всемирного тяготения —
Ускорение свободного падения на Земле и других небесных телах —
Криволинейное движение. Равномерное движение тела по окружности —
Искусственные спутники Земли (ИСЗ) —
Импульс тела. Закон сохранения импульса —
Реактивное движение в природе —
Реактивное движение в технике. Реактивные двигатели —
Закон Гука
просто и понятно о его применении в природе и технике
История
У многих людей само понятие «реактивного движения» крепко ассоциируется с современными достижениями науки и техники, в особенности физики, а в голове появляются образы реактивных самолетов или даже космических кораблей, летающих на сверхзвуковых скоростях с помощью пресловутых реактивных двигателей.
На самом же деле явление реактивного движения намного более древнее, чем даже сам человек, ведь оно появилось задолго до нас, людей. Да, реактивное движение активно представлено в природе: медузы, осьминоги, каракатицы вот уже миллионы лет плавают в морских пучинах по тому же самому принципу, по которому сегодня летают современные сверхзвуковые реактивные самолеты.
История
С древних времен различные ученые наблюдали явления реактивного движения в природе, так раньше всех о нем писал древнегреческий математик и механик Герон, правда, дальше теории он так и не зашел.
Если же говорить о практическом применении реактивного движения, то первыми здесь были изобретательные китайцы. Примерно в XIII веке они догадались позаимствовать принцип движения осьминогов и каракатиц при изобретении первых ракет, которые они начали использовать, как для фейерверков, так и для боевых действий (в качестве боевого и сигнального оружия). Чуть позднее это полезное изобретение китайцев переняли арабы, а от них уже и европейцы.
Разумеется, первые условно реактивные ракеты имели сравнительно примитивную конструкцию и на протяжении нескольких веков они практически никак не развивались, казалось, что история развития реактивного движения замерла. Прорыв в этом деле произошел только в XIX веке.
Открытие
Пожалуй, лавры первооткрывателя реактивного движения в «новом времени» можно присудить Николаю Кибальчичу, не только талантливому российскому изобретателю, но и по совместительству революционеру-народовольцу. Свой проект реактивного двигателя и летательного аппарата для людей он создал сидя в царской тюрьме. Позднее Кибальчич был казнен за свою революционную деятельность, а его проект так и остался пылиться на полках в архивах царской охранки.
Позднее работы Кибальчича в этом направлении были открыты и дополнены трудами еще одного талантливого ученого К. Э. Циолковского. С 1903 по 1914 год им было опубликовано ряд работ, в которых убедительно доказывалась возможность использования реактивного движения при создании космических кораблей для исследования космического пространство.
Им же был сформирован принцип использования многоступенчатых ракет. И по сей день многие идеи Циолковского применяются в ракетостроении.
Примеры в природе
Наверняка купаясь в море, Вы видели медуз, но вряд ли задумывались, что передвигаются эти удивительные (и к тому же медлительные) существа как раз таки с благодаря реактивному движению. А именно с помощью сокращения своего прозрачного купола они выдавливают воду, которая служит своего рода «реактивных двигателем» медуз.
Похожий механизм движения имеет и каракатица – через особую воронку впереди тела и через боковую щель она набирает воду в свою жаберную полость, а затем энергично выбрасывает ее через воронку, направленную взад либо в бок (в зависимости от направления движения нужного каракатице).
Но самый интересный реактивный двигатель созданный природой имеется у кальмаров, которых вполне справедливо можно назвать «живыми торпедами». Ведь даже тело этих животных по своей форме напоминает ракету, хотя по правде все как раз с точностью наоборот – это ракета своей конструкцией копирует тело кальмара.
Если кальмару необходимо совершить быстрый бросок, он использует свой природный реактивный двигатель. Тело его окружено мантией, особой мышечной тканью и половина объема всего кальмара приходится на мантийную полость, в которую тот всасывает воду. Потом он резко выбрасывает набранную струю воды через узкое сопло, при этом складывая все свои десть щупалец над головой таким образом, чтобы приобрести обтекаемую форму. Благодаря столь совершенной реактивной навигации кальмары могут достигать впечатляющей скорости – 60-70 км в час.
Среди обладателей реактивного двигателя в природе есть и растения, а именно так званный «бешеный огурец». Когда его плоды созревают, в ответ на самое легкое прикосновение он выстреливает клейковиной с семенами
Закон реактивного движения
Кальмары, «бешеные огурцы», медузы и прочие каракатицы издревле пользуются реактивным движением, не задумываясь о его физической сути, мы же попробуем разобрать, в чем суть реактивного движения, какое движение называют реактивным, дать ему определение.
Для начала можно прибегнуть к простому опыту – если обычный воздушный шарик надуть воздухом и, не завязывая отпустить в полет, он будет стремительно лететь, пока у него не израсходуется запас воздуха. Такое явление поясняет третий закон Ньютона, говорящий, что два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению.
То есть сила воздействия шарика на вырывающиеся из него потоки воздуха равна силе, которой воздух отталкивает от себя шарик. По схожему с шариком принципу работает и ракета, которая на огромной скорости выбрасывает часть своей массы, при этом получая сильное ускорение в противоположном направлении.
Закон сохранения импульса
Физика поясняет процесс реактивного движения законом сохранения импульса. Импульс это произведение массы тела на его скорость (mv). Когда ракета находится в состоянии покоя ее импульс и скорость равны нулю. Когда же из нее начинает выбрасываться реактивная струя, то остальная часть согласно закону сохранения импульса, должна приобрести такую скорость, при которой суммарный импульс будет по прежнему равен нулю.
Формула
В целом реактивное движение можно описать следующей формулой:
msvs+mрvр=0
msvs=-mрvр
где msvs импульс создаваемой струей газов, mрvр импульс, полученный ракетой.
Знак минус показывает, что направление движения ракеты и сила реактивного движения струи противоположны.
Применение в технике – принцип работы реактивного двигателя
В современной технике реактивное движение играет очень важную роль, так реактивные двигатели приводят в движение самолеты, космические корабли. Само устройство реактивного двигателя может отличаться в зависимости от его размера и назначения. Но так или иначе в каждом из них есть
- запас топлива,
- камера, для сгорания топлива,
- сопло, задача которого ускорять реактивную струю.
Так выглядит реактивный двигатель.
Видео
И в завершение занимательное видео о физических экспериментах с реактивным движением.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.
Страница про автора
реактивных движителей — Студенты | Britannica Kids
Введение
ВВС США/Национальный музей ВВС США
Ближе к концу Второй мировой войны пилоты союзников были поражены новым немецким истребителем. У него не было пропеллера, он летел с глухим ревом и проносился по воздуху со скоростью более 500 миль (800 километров) в час. Этим удивительным самолетом был реактивный Мессершмитт Ме-262.
Сегодня реактивные истребители летят через стратосферу быстрее звука.
Реактивные авиалайнеры летают выше, быстрее и дальше, чем когда-либо прежде.
Реактивный двигатель ускоряет ракеты до цели ( см. управляемая ракета). Кроме того, ракеты выводят спутники Земли на орбиту.
Хотя в большинстве случаев реактивная тяга использовалась для полетов, она также может быть применена к гидравлической реактивной тяге для небольших высокоскоростных лодок и прогулочных судов. В таких случаях вода забирается в носовой части лодки, сжимается насосами высокого давления и выпускается через сопло в задней части лодки. Потребность в эффективных насосах и ограничения скорости лодок не сделали водометные движители привлекательной или экономичной альтернативой судам с гребными винтами.
Реактивное движение — движение тела вперед с помощью струи газа или жидкости. Идея восходит к I веку нашей эры, когда Герой Александрийский построил двигатель, названный эолипилом. Он установил полый металлический шар с выступающими трубками между двумя трубами, чтобы он мог вращаться.
Пар поступал в земной шар по трубам. Когда он вырвался через изогнутые трубы, струи пара закрутили шар.
Машина Героя иллюстрирует научный принцип, сформулированный сэром Исааком Ньютоном в 1687 году. Третий закон движения Ньютона гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. В машине Геро струи пара, выходящие из трубок, — это действие, вращение шара — реакция. Тот же принцип применим и к реактивным двигателям, и поэтому они называются реактивными двигателями.
Ньютон сам сконструировал реактивную повозку под названием «Вагон Ньютона». Наполненная водой сфера нагревалась от огня, создавая пар. Большое сопло выступало из сферы. Когда пар вырывался из сопла, он толкал фургон вперед.
Принцип
Британская энциклопедия, Inc.
Есть много повседневных примеров реактивного движения. Надутый игрушечный воздушный шар с закрытой горловиной не проявляет тенденции к движению, потому что воздух внутри давит одинаково во всех направлениях.
Если горлышко внезапно откроется, шар улетит. Выходящий воздух сбрасывает давление на шею, и возникает реакция со стороны воздуха напротив шеи. Однако не воздух, вырывающийся из шеи и толкающий внешний воздух, толкает воздушный шар вперед. Это воздух давит на внутреннюю переднюю стенку воздушного шара, который толкает его вперед. Фактически, струя работала бы более эффективно в вакууме, потому что не было бы воздуха, препятствующего выходу газов.
Отдача винтовки также иллюстрирует действие и реакцию. Расширяющиеся газы выталкивают пулю из ствола с большой скоростью. Винтовка в ответ на силу газов «отбрасывает». Другим примером струйного действия является садовый шланг, сопло которого отскакивает назад, когда вода внезапно включается на полную мощность.
Типы
Существует два основных типа реактивных двигателей — воздушно-реактивные и невоздушно-реактивные ( см. самолет). Воздушно-реактивные двигатели используют кислород из атмосферы при сгорании топлива.
К ним относятся турбореактивные, турбовинтовые, прямоточные и импульсно-реактивные двигатели. Термин реактивный обычно используется только по отношению к воздушно-реактивным двигателям.
Двигатели, не работающие на воздухе, снабжены кислородом. Их можно использовать как в атмосфере, так и в космическом пространстве. Их обычно называют ракетами, и они бывают двух видов — жидкотопливные и твердотопливные.
Воздушно-реактивные двигатели можно разделить на две группы в зависимости от того, каким образом они сжимают воздух для сгорания. Каждый турбореактивный и турбовинтовой двигатели имеют компрессор, обычно с турбинным приводом, для всасывания воздуха. Их называют газотурбинными двигателями. ПВРД и импульсно-реактивные двигатели не имеют компрессоров.
Турбореактивные двигатели.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Наиболее широко используемым воздушно-реактивным двигателем является турбореактивный двигатель. После того, как воздух всасывается в двигатель через впускное отверстие, его давление сначала увеличивается компонентом, называемым компрессором.
Затем воздух поступает в камеру сгорания, где он сжигается вместе с топливом для повышения его температуры. Затем горячий газ под высоким давлением расширяется через колесообразное устройство, называемое турбиной, где он производит энергию. Турбина соединена с компрессором валом, и выходная мощность турбины приводит в движение компрессор. На выходе из турбины давление горячего газа все еще выше, чем в окружающей среде, и окончательное расширение происходит через выхлопное сопло, где скорость выхлопного газа увеличивается. Это последняя высокоскоростная струя, создающая тягу, толкающую самолет в воздухе. Хотя концептуально реактивный двигатель намного проще, чем поршневой двигатель, вращающий пропеллер, фактическая конструкция для эффективной работы сложна, а большие реактивные двигатели чрезвычайно дороги.
В настоящее время практически во всех авиационных реактивных двигателях используются осевые компрессоры. В этих устройствах воздух течет обычно в одном направлении вдоль вала, соединяющего компрессор и турбину; он движется через чередующиеся ряды стационарных и вращающихся наборов лопастей, называемых статорами и роторами соответственно.
Лопасти расположены так, что при прохождении через них входящий воздух замедляется, а его давление увеличивается. Современные осевые компрессоры могут увеличивать давление в 25 раз примерно за 16 «ступеней», каждая из которых состоит из набора лопаток ротора и статора.
Центробежные компрессоры, использовавшиеся в ранних авиационных реактивных двигателях, всасывали воздух в центр рабочего колеса или лопастного колеса и сжимали 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 небольшими двигателями и нелетными приложениями.
Когда воздух в турбореактивном двигателе выходит из компрессора и поступает в камеру сгорания, он смешивается с мелкодисперсным керосиноподобным топливом и сжигается. Теоретически для наилучших характеристик температура горения должна быть настолько высокой, насколько это возможно при полном сгорании топлива и кислорода в воздухе.
Это, однако, сделало бы температуру на входе в турбину слишком высокой для работы, и в настоящее время температура на входе в турбину ограничена примерно 1,9°С.от 00° до 2200°F (от 1040° до 1200°C). Температуру регулируют за счет сжигания только части нагнетаемого компрессором воздуха, а остальную часть отводят мимо секции горения и смешивают с высокотемпературными газами дальше по камере сгорания.
Камеры сгорания могут состоять из отдельных корпусов или цилиндров, расположенных вокруг вала турбины. Другой подход заключается в использовании кольцевой камеры, в которой вал окружает вкладыш или трубчатая втулка.
Специальные сплавы, одновременно прочные и легкие, необходимы для лопаток турбин, чтобы выдерживать высокие температуры и напряжения. Среди исследуемых — комбинации металлов и керамики, называемые керметами. Лопасти турбины можно охлаждать, отводя часть несгоревшего воздуха компрессора и подавая его через внутренние каналы в небольшие отверстия на передней или передней кромке лопаток турбины.
Это обеспечивает пленку холодного воздуха, которая защищает стенку лопатки от горячих газов.
Двигатели с высоким коэффициентом сжатия состоят из двух валов, вращающихся внутри друг друга. Внешний — это высокоскоростной 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, соединяет турбину низкого давления и компрессорные части двигателя.
Наибольшая тяга была бы получена, если бы выхлопное сопло могло расширить газ до давления окружающего воздуха. Однако сопло, способное сделать это, было бы слишком большим и тяжелым, поэтому используемые более короткие сопла вызывают небольшие потери в работе двигателя.
Турбореактивный двигатель не может быть запущен непосредственно из состояния покоя. Внешний пусковой двигатель запускает агрегат. Затем топливо воспламеняется нагретой свечой зажигания. Когда двигатель работает, сгорание может поддерживаться без свечи зажигания.
Полезной мощностью ТРД является его тяга, которая пропорциональна массовому расходу воздуха через двигатель и изменению скорости между выходом и входом. (Массовый расход — это масса движущейся жидкости, которая пересекает заданную площадь в единицу времени.) Это делает желательным достижение высокой скорости на выходе из сопла.
Для описания турбореактивных двигателей обычно используются две характеристики: удельная тяга и удельный расход топлива. Создаваемая удельная тяга (единицы тяги на единицу расхода газа двигателя в секунду) увеличивается с увеличением температуры на входе в турбину. По этой причине инженеры постоянно ищут более высокие температуры на входе в турбину с помощью улучшенных материалов и лучшего охлаждения лопаток. Удельный расход топлива (единица тяги, вырабатываемая на единицу израсходованного топлива в секунду), снижающийся с увеличением КПД двигателя, улучшается с увеличением степени повышения давления. Для этого требуется все больше и больше ступеней компрессора.
В реальном реактивном двигателе должен быть компромисс между высоким давлением и высокими температурами для достижения наилучших общих характеристик.
Еще одним важным фактором эффективности турбореактивного двигателя является КПД в полете. В этом случае наилучшие характеристики достигаются, если скорость струи на выходе (из сопла) примерно в два раза превышает скорость полета самолета. Поскольку тяга увеличивается за счет повышения температуры на входе в турбину, скорость на выходе из турбины также увеличивается, а скорость на выходе струи становится слишком высокой. В таком случае производительность двигателя можно увеличить, добавив перепускной воздух, как описано далее в этой статье.
Максимальная тяга обычно требуется при взлете, а максимальная эффективность желательна при крейсерской скорости самолета, которая для большинства коммерческих авиалайнеров составляет от 500 до 550 миль (от 800 до 880 километров) в час. При взлете из высокогорного аэропорта в жаркий летний день более низкая плотность воздуха приводит к меньшему массовому расходу воздуха через двигатель и, таким образом, к уменьшению располагаемой тяги.
В таком случае самолету, возможно, придется лететь частично пустым.
Поскольку продукты сгорания, выходящие из турбины, все еще содержат большое количество кислорода (от подмешивания дополнительного сжатого воздуха в камере сгорания), можно поставить еще одну камеру сгорания на выходе из турбины. Этот так называемый форсаж используется в некоторых военных самолетах для обеспечения экстренного набора скорости. Однако расход топлива на форсажной камере очень высок, поэтому такое увеличение или увеличение тяги нецелесообразно для крейсерских или коммерческих самолетов.
Впрыск воды заключается в подаче воды в компрессор. Это увеличивает тягу за счет охлаждения воздуха и тем самым увеличивает как его плотность, так и массу, которую можно передать при данной скорости воздуха. Впрыск воды можно использовать для аварийной взлетной тяги, но вес воды, который требуется перевозить на самолете, не делает его желательным для работы в полете.
Предоставлено Pratt & Whitney
Как указывалось выше, желательно, чтобы средняя скорость выхода струи примерно в два раза превышала воздушную скорость самолета.
Прямое расширение всех газов через турбину привело бы к слишком высокой скорости струи для эффективной работы в полете. В большинстве современных реактивных самолетов в настоящее время используется турбовентиляторный двигатель, в котором большая часть воздуха лишь слегка сжимается пропеллерным компрессорным устройством в передней части двигателя, а затем проходит вокруг активной зоны двигателя для смешивания с выхлопными газами турбины, тем самым минуя главный двигатель. Двухконтурные двигатели обеспечивают повышенную тягу при взлете и наборе высоты, а также снижают шум реактивных двигателей. Современные двигатели могут перепускать в пять или шесть раз больше потока, который проходит через сердечник двигателя, и в будущем ожидается еще более высокая степень двухконтурности для двигателей, работающих при более высоких температурах на входе в турбину.
В большинстве коммерческих авиационных двигателей начальное сжатие как основного, так и обходного потока достигается большим вентилятором, состоящим из одной или двух компрессороподобных ступеней.
После разделения потока основной поток дополнительно сжимается, а обходной поток направляется в обход двигателя.
Турбореактивные двигатели имеют тенденцию быть шумными, что создает проблемы вблизи аэропортов. Существует как высокочастотный шум, или вой, исходящий от компрессора, так и более низкочастотный шум от выходной струи, поскольку он смешивается с окружающим воздухом и создает турбулентность. Шум компрессора можно уменьшить, поместив звукопоглощающий материал во впускной канал. Шум смешивания струи снижается за счет увеличения перепуска воздуха и специальных смесителей в выхлопной трубе. Эти смесители имеют гофрированную форму, чтобы увеличить площадь, на которой соприкасаются горячие и холодные газы, когда они начинают смешиваться.
Британская энциклопедия, Inc.
В хвостовой части двигателя находится тормоз тяги или реверсор тяги. Это похожее на раскладушку устройство, активируемое пилотом после приземления. Он закрывается над выходным соплом реактивной струи, чтобы отклонить поток наружу и немного вперед, так что тяга, действующая на самолет, теперь направлена назад, помогая тормозить корабль.
При включенном реверсоре тяги можно заставить реактивный самолет катиться назад по земле.
Самая серьезная проблема, с которой может столкнуться реактивный самолет, — это поломка лопатки турбины или компрессора при ударе о нее посторонним предметом или при ее отрыве из-за внутреннего отказа двигателя. Корпус всех двигателей должен быть достаточно прочным, чтобы удерживать вышедшие из строя лопасти и не допускать, чтобы сломанная лопасть прорезала двигатель и повредила жизненно важные детали или проникла в пассажирское пространство.
Наиболее серьезную проблему для компрессора представляют птицы. Все двигатели должны иметь возможность «проглотить» тяжелую птицу без катастрофического отказа, так как птиц может непредсказуемо засосать в реактивные двигатели на малых высотах или на земле.
В случае отказа двигателя в полете двигатель должен быть заглушен. Все многомоторные самолеты могут безопасно приземлиться на одном двигателе, так что пассажирам будет не более чем неудобство, если самолет должен повернуть назад из соображений безопасности.
Турбовинтовые двигатели.
Encyclopædia Britannica, Inc.
В турбовинтовых двигателях обычный воздушный винт обычно устанавливается перед реактивным двигателем, а в одном типе двигателя приводится в действие второй или свободной турбиной. Он расположен за турбиной, которая приводит в действие компрессор. В других конструкциях мощность получается за счет дополнительных ступеней главной турбины.
Поскольку скорость вращения турбины намного выше, чем скорость пропеллера, требуется редуктор между турбиной и пропеллером. Около 90 процентов энергии горячих газов поглощается в турбине, и только около 10 процентов остается на увеличение скорости выхлопной струи. Соответственно, реактивная струя создает лишь очень небольшую часть общей тяги; большая часть его исходит от пропеллера.
Турбовинтовые двигатели выгодны для самолетов малого и среднего размера и при скорости полета от 300 до 400 миль (от 480 до 640 километров) в час. Они не могут конкурировать с турбореактивными двигателями на очень больших самолетах или на более высоких скоростях.
ПВРД.
Encyclopdia Britannica, Inc.
Воздух, в который устремляется двигатель на высоких скоростях полета, частично сжимается за счет так называемого эффекта тарана. Если скорость достаточно высока, этого сжатия может быть достаточно для работы двигателя без компрессора и турбины. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель называют летающим дымоходом, потому что он открыт с обоих концов и имеет только топливные форсунки посередине. Однако прямая дымовая труба не сработала; прямоточный воздушно-реактивный двигатель должен иметь впускной диффузор правильной формы, который производит воздух с низкой скоростью и высоким давлением в секции сгорания, а также должен иметь выпускное сопло правильной формы для увеличения скорости потока.
ПВРД могут двигаться со скоростью выше 200 миль (320 километров) в час, но они становятся практичными только на очень высоких скоростях, которые должны быть выше скорости звука. Ракеты или другие подобные устройства необходимы для создания начальной скорости, при которой прямоточный воздушно-реактивный двигатель может начать работать.
Импульсно-реактивные двигатели.
Импульсный воздушно-реактивный двигатель похож на прямоточный воздушно-реактивный двигатель, за исключением того, что ряд подпружиненных клапанов затворного типа расположен перед секцией сгорания. В импульсно-реактивном двигателе горение прерывистое или пульсирующее, а не непрерывное, как в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Через клапаны поступает воздух, и начинается горение. Это увеличивает давление и закрывает клапаны, предотвращая обратный поток через вход. Когда газы расширяются через заднее сопло, создавая тягу, давление в секции сгорания падает до точки, когда клапаны снова открываются, чтобы впустить свежий воздух. Затем этот цикл повторяется.
Наиболее широко известным реактивным двигателем была немецкая ракета Фау-1, или «жужжащая бомба», которая использовалась ближе к концу Второй мировой войны и стреляла с частотой около 40 циклов в секунду. Импульсные форсунки неэффективны, шумны и подвержены сильной вибрации.
В настоящее время их использование ограничивается дешевыми беспилотными транспортными средствами.
Нереактивные или ракетные двигатели.
Ракетные двигатели несут на борту как топливо, так и окислитель, и поэтому они не зависят от окружающей атмосферы в плане необходимого снабжения кислородом. Соответственно, они обеспечивают основные средства движения в космическом пространстве.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Ракеты обычно классифицируют по типу сжигаемого топлива; твердотопливные ракеты несут твердую смесь горючего и окислителя. Эта смесь похожа на порох и полностью сгорает после воспламенения. При горении образуется большой объем газа под высоким давлением в секции сгорания. Затем этот газ расширяется в высокоскоростную струю на выходе из выхлопного сопла. Скорость горения регулируется за счет придания твердому топливу такой формы, при которой газы сгорания выбрасываются почти с одинаковой скоростью. Однако управление тягой ограничено, поэтому твердотопливные ракеты подходят только для первой, или взлетной, ступени космических ракет.
Лучшее управление можно получить на жидкостных ракетах. В них и топливо, и окислитель хранятся в отдельных резервуарах, а затем тщательно дозированным образом перекачиваются в камеру 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, вероятно, изобрели ракеты около 1100 года. Около 1400 года состоятельный китаец разработал ракетную санку-кресло, но она взорвалась при испытании.
Леонардо да Винчи в 16 веке использовал принцип реактивного двигателя, чтобы сконструировать механизм для вращения вертел. В 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка построил паровую турбину, приводившую в движение камнедробилку. Джон Барбер из Англии получил первый патент на газовую турбину в 1791 году.
Сэнфорд А. Мосс в 1902 году, вероятно, первым разработал газовую турбину в Соединенных Штатах. Работая в General Electric Company, он сконструировал авиационную газовую турбину в 1919 г.18.
В Англии А. А. Гриффит из Королевского аэронавигационного института экспериментировал с газотурбинными компрессорами в 1927 г. В 1930 г. другой англичанин Фрэнк Уиттл запатентовал конструкцию реактивного двигателя, а в 1937 г. такой двигатель был успешно испытан и в 1941 г. совершил свой первый полет.
ВВС США
В Германии авиастроительная компания Ernst Heinkel выпустила в 1939 году первый успешный газотурбинный реактивный самолет Heinkel He-178. В следующем году Caproni-Campini CC2 совершил полет в Италии. Для создания выхлопной струи использовался поршневой двигатель, а не газовая турбина.
ВВС США
В 1941 году британцы подняли в воздух свой первый реактивный самолет Gloster E28/39 с двигателем Уиттла. В Соединенных Штатах компания «Дженерал Электрик» построила двигатель, основанный на конструкции Уиттла.
Он приводил в действие Bell XP-59 Airacomet в 1942 году — первый реактивный самолет, совершивший полет в Соединенных Штатах. В том же году немцы выпустили первый успешный реактивный боевой самолет «Мессершмитт Ме-262». Германия была единственной страной с реактивными самолетами в бою во время Второй мировой войны, но они были введены слишком поздно, чтобы иметь решающее значение.
После войны исследования реактивных самолетов продолжались. В 1947 году американский Bell X-1 с ракетным двигателем стал первым самолетом, летевшим быстрее звука. В следующем году Великобритания подняла в воздух свой первый сверхзвуковой самолет De Havilland DH-108. В 1959 году американский F-106, построенный Convair, летал со скоростью, более чем в два раза превышающей скорость звука.
Hawker Siddeley Aviation Ltd.
Великобритания открыла первые реактивные авиалинии в 1952 году с De Havilland Comet, обслуживающего регулярные рейсы из Лондона в Йоханнесбург, Южная Африка. Однако эта услуга была остановлена после двух серьезных аварий в 1954.
В Соединенных Штатах первым реактивным самолетом, прошедшим коммерческие испытания в 1954 году, был Boeing 707, который начал регулярные полеты в 1958 году. С тех пор было разработано множество реактивных лайнеров, как больших, так и малых, и сегодня большая часть все коммерческие воздушные флоты во всем мире используют реактивные самолеты.
Построенный британцами и французами «Конкорд», первый сверхзвуковой транспорт некоммунистического мира, поступил на коммерческую эксплуатацию в 1976 году. Скорость полета в 2,5 раза превышает скорость звука, самолет вмещает всего около 100 пассажиров. Из-за высокого расхода топлива и малой вместимости он не имел коммерческого успеха.
© Flightlevel80/iStock.com
В то время как в оригинальных самолетах Boeing 707 и Douglas DC-8 использовалось четыре двигателя, увеличение объема двигателя и улучшение характеристик позволило использовать меньше двигателей. Lockheed L-1011 и McDonnell Douglas DC-10 — большие трехмоторные самолеты с двумя двигателями под крылом и одним в центре хвоста.
Совсем недавно двухмоторные самолеты среднего размера, такие как Airbus, построенные несколькими европейскими фирмами, и Boeing 767 были представлены с экономичными двигателями. Они конкурируют с Boeing 727, трехмоторным самолетом, который стал одним из наиболее широко используемых самолетов в свободном мире.
Фред Лэндис
РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ
РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ
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.
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. Другой
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
отдых. 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. Как
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
спектакль. 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; наиболее
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.