Rotirajući propeler vuče avion naprijed. Ali mlazni motor velikom brzinom izbacuje vruće izduvne gasove nazad i na taj način stvara silu potiska naprijed.
Vrste mlaznih motora
Postoje četiri tipa mlaznih ili gasnoturbinskih motora:
Turbomlazni;
Turbofan- kao što su oni koji se koriste na putničkim avionima Boeing 747;
Turboprop gde koriste propeleri, pogonjen turbinama;
I Turboshaft, koji se ugrađuju na helikoptere.
Turbofan motor sastoji se od tri glavna dijela: kompresora, komore za sagorijevanje i turbine koja daje energiju. Prvo, zrak ulazi u motor i komprimira ga ventilator. Zatim, u komori za sagorevanje, komprimovani vazduh se meša sa gorivom i sagoreva u gas na visokoj temperaturi i visokom pritisku. Ovaj gas prolazi kroz turbinu, uzrokujući je da se okreće velikom brzinom, i odbacuje se unazad, stvarajući tako silu potiska naprijed.
Na sliku se može kliknuti
Jednom unutra turbinski motor, vazduh prolazi kroz nekoliko faza kompresije. Pritisak i zapremina gasa se posebno povećavaju nakon prolaska kroz komoru za sagorevanje. Potisak koji stvaraju izduvni gasovi omogućava mlaznim avionima da lete na visinama i brzinama koje su daleko veće od onih sa klipnim motorom.
IN turbomlazni motor vazduh se usisava sa prednje strane, komprimira i sagoreva zajedno sa gorivom. Nastaje kao rezultat sagorijevanja saobraćajna isparenja stvoriti reaktivnu vučnu silu.
Turboelisni motori spajaju mlazni pogon izduvnih gasova sa potiskom naprijed stvorenim rotacijom propelera.
SAŽETAK
NA OVU TEMU:
Jet Engines .
NAPISAO: Kiselev A.V.
KALININGRAD
Uvod
Mlazni motor, motor koji stvara vučnu silu potrebnu za kretanje pretvaranjem početne energije u kinetičku energiju mlazne struje radnog fluida; Kao rezultat istjecanja radnog fluida iz mlaznice motora, stvara se reaktivna sila u obliku reakcije (povratka) mlaza, pomičući motor i uređaj koji je strukturno povezan s njim u prostoru u smjeru suprotnom od odliv mlaza. Različite vrste energije (hemijska, nuklearna, električna, solarna) mogu se pretvoriti u kinetičku (brzinsku) energiju mlaznog toka u raketnom mlazu. Motor s direktnom reakcijom (motor s izravnom reakcijom) kombinuje sam motor s pogonskim uređajem, odnosno osigurava vlastito kretanje bez sudjelovanja međumehanizama.
Za stvaranje mlazni potisak koristi R.D., potrebno vam je:
izvor početne (primarne) energije, koja se pretvara u kinetičku energiju mlaznog toka;
radni fluid, koji se izbacuje iz R.D.-a u obliku mlazne struje;
Sam R.D. je pretvarač energije.
Početna energija se pohranjuje u avionu ili drugom vozilu opremljenom raketnim motorom (hemijsko gorivo, nuklearno gorivo) ili (u principu) može doći izvana (solarna energija). Da bi se dobio radni fluid u tečnom pogonskom sredstvu, može se koristiti supstanca uzeta iz okoline (na primer, vazduh ili voda);
supstanca koja se nalazi u rezervoarima aparata ili direktno u R.D. komori; mješavina supstanci koje dolaze iz okoline i pohranjene u vozilu.
U modernom R.D.-u hemikalija se najčešće koristi kao primarna
Testovi paljbe projektila
motor Svemirski brod
Turbomlazni motori AL-31F avion Su-30MK. Pripada klasi motori koji dišu vazduh
energije. U ovom slučaju radni fluid su vrući gasovi - proizvodi sagorevanja hemijskih goriva. Tokom rada mlaznog motora, hemijska energija materija sagorevanja pretvara se u toplotnu energiju produkata sagorevanja, a toplotna energija vrelih gasova pretvara se u mehaničku energiju translacionog kretanja mlazne struje i, posledično, aparata na na koji je motor ugrađen. Glavni dio svakog motora s unutarnjim izgaranjem je komora za izgaranje u kojoj se stvara radni fluid. Završni dio komore, koji služi za ubrzavanje radnog fluida i stvaranje mlazne struje, naziva se mlaznica.
U zavisnosti od toga da li se okruženje koristi ili ne tokom rada R.D.-a, dele se u 2 glavne klase - vazdušni mlazni motori(WRD) i raketni motori (RD). Svi VRD su toplinski motori, čija se radna tekućina formira tijekom reakcije oksidacije zapaljive tvari s atmosferskim kisikom. Vazduh koji dolazi iz atmosfere čini najveći deo radnog fluida WRD. Dakle, uređaj sa pogonskim motorom nosi izvor energije (gorivo) na brodu i izvlači većinu radnog fluida iz okoline. Za razliku od VRD-a, sve komponente radnog fluida potisnika nalaze se na aparatu opremljenom potisnikom. Nedostatak pogona koji je u interakciji sa okruženje, a prisustvo svih komponenti radnog fluida na uređaju čine RD jedinim pogodnim za rad u svemiru. Postoje i kombinovani raketni motori, koji su kombinacija oba glavna tipa.
Istorija mlaznih motora
Princip mlaznog pogona poznat je jako dugo. Predak R. d. može se smatrati loptom Heron. Raketni motori na čvrsto gorivo - rakete sa prahom - pojavili su se u Kini u 10. veku. n. e. Stotinama godina, takvi projektili su korišteni prvo na istoku, a zatim u Evropi kao vatromet, signalni i borbeni projektili. Godine 1903. K. E. Tsiolkovsky je u svom djelu “Istraživanje svjetskih prostora pomoću mlaznih instrumenata” prvi u svijetu iznio osnovne principe teorije raketnih motora na tekućinu i predložio osnovne elemente raketnog motora na tekuće gorivo. dizajn. Prve sovjetske raketne motore - ORM, ORM-1, ORM-2 dizajnirao je V.P. Glushko i pod njegovim vodstvom kreirao ih je 1930-31. u Laboratoriji za plinsku dinamiku (GDL). Godine 1926. R. Goddard je lansirao raketu na tečno gorivo. Prvi elektrotermalni RD kreirao je i testirao Glushko u GDL-u 1929-33.
Godine 1939. SSSR je testirao rakete sa ramjet motorima koje je dizajnirao I. A. Merkulov. Prvi dijagram turbomlaznog motora? predložio je ruski inženjer N. Gerasimov 1909. godine.
Godine 1939. u fabrici Kirov u Lenjingradu počela je izgradnja turbomlaznih motora koje je dizajnirao A. M. Lyulka. Ispitivanje stvorenog motora spriječio je Veliki Domovinski rat 1941-45. 1941. godine, turbomlazni motor koji je dizajnirao F. Whittle (Velika Britanija) je prvi put ugrađen na avion i testiran. Teorijski radovi ruskih naučnika S. S. Nezhdanovskog, I. V. Meščerskog i N. E. Žukovskog, radovi francuskog naučnika R. Hainault-Peltryja i njemačkog naučnika G. Obertha bili su od velikog značaja za stvaranje R.D. Važan doprinos stvaranju WRD-a bio je rad sovjetskog naučnika B. S. Stechkina, „Teorija vazdušno-mlaznog motora“, objavljen 1929.
R.D. imaju različite namjene i opseg njihove primjene se stalno širi.
Radarski pogoni se najčešće koriste na avionima raznih tipova.
Većina vojnih i civilnih aviona širom svijeta opremljena je turbomlaznim motorima i bajpasnim turbomlaznim motorima, a koriste se i na helikopterima. Ovi radarski motori su pogodni za letove i podzvučnim i nadzvučnim brzinama; Ugrađuju se i na projektile aviona sa nadzvučnim turbomlaznim motorima. Ramjet motori se ugrađuju na protivavionske vođene rakete, krstareće rakete i nadzvučne lovce presretače. Podzvučni ramjet motori se koriste na helikopterima (instalirani na krajevima lopatica glavnog rotora). Pulsni mlazni motori imaju mali potisak i namijenjeni su samo za letjelice sa podzvučnim brzinama. Tokom 2. svjetskog rata 1939-45, ovi motori su bili opremljeni projektilima V-1.
Rulne staze se uglavnom koriste za letjelice velike brzine.
Raketni motori na tečnost koriste se na lansirnim vozilima svemirskih letelica i svemirskih letelica kao pogonski, kočni i kontrolni motori, kao i na vođenim balističkim projektilima. Raketni motori na čvrsto gorivo koriste se u balističkim, protivavionskim, protivtenkovskim i drugim vojnim projektilima, kao i na lansirnim vozilima i svemirskim letelicama. Mali motori na čvrsto gorivo koriste se kao pojačivači za poletanje aviona. Električni raketni motori i nuklearni raketni motori mogu se koristiti na svemirskim letjelicama.
Međutim, ovo moćno deblo, princip direktne reakcije, iznjedrilo je ogromnu krunu "porodičnog stabla" porodice mlaznih motora. Da biste se upoznali s glavnim granama njegove krune, krunišući "deblo" direktne reakcije. Ubrzo, kao što možete vidjeti sa slike (vidi dolje), ovo deblo je podijeljeno na dva dijela, kao da je rascijepljeno udarom groma. Oba nova debla su podjednako ukrašena moćnim krunama. Ova podjela je nastala zato što su svi “hemijski” mlazni motori podijeljeni u dvije klase u zavisnosti od toga da li za svoj rad koriste zrak iz okoline ili ne.
Jedan od novoformiranih trupa je klasa motora koji dišu zrak (WRE). Kao što samo ime govori, ne mogu raditi izvan atmosfere. Zato su ovi motori osnova moderne avijacije, kako sa posadom, tako i bez posade. WRD koriste atmosferski kiseonik za sagorevanje goriva bez njega, reakcija sagorevanja u motoru se neće nastaviti. Ipak, turbomlazni motori su trenutno u najširoj upotrebi.
(turbomlazni motori), ugrađeni na skoro sve moderne avione bez izuzetka. Kao i svi motori koji koriste atmosferski vazduh, turbomlazni motori zahtevaju poseban uređaj za komprimovanje vazduha pre nego što se dovede u komoru za sagorevanje. Uostalom, ako pritisak u komori za sagorevanje ne prelazi značajno atmosferski pritisak, tada gasovi neće izlaziti iz motora sa veća brzina- pritisak je taj koji ih gura. Ali pri maloj brzini ispušnih plinova, potisak motora će biti nizak, a motor će trošiti puno goriva, takav motor neće naći primjenu. U turbomlaznom motoru kompresor se koristi za kompresiju zraka, a konstrukcija motora u velikoj mjeri ovisi o vrsti kompresora. Postoje motori sa aksijalnim i centrifugalnim kompresorom koji mogu imati manje ili više stupnjeva kompresije, biti jednostepeni ili dvostepeni, itd. Za pogon kompresora, turbomlazni motor ima plinsku turbinu, po kojoj je motor dobio ime. Zbog kompresora i turbine, dizajn motora je prilično složen.
Nekompresorski zračni motori su mnogo jednostavniji u konstrukciji, u kojima se potrebno povećanje tlaka postiže drugim metodama koje imaju nazive: pulsirajući i ramjet motori.
U pulsirajućem motoru to se obično radi pomoću rešetke ventila postavljene na ulazu u motor kada novi dio mješavine goriva i zraka ispuni komoru za sagorijevanje i u njoj se pojavi bljesak, ventili se zatvaraju, izolirajući komoru za sagorijevanje od komore za sagorijevanje; ulaz motora. Kao rezultat, pritisak u komori se povećava, a plinovi izjure kroz mlaznicu, nakon čega se cijeli proces ponavlja.
Kod nekompresorskog motora drugog tipa, direktnog, nema čak ni ove rešetke ventila i pritisak u komori za sagorevanje raste kao rezultat pritiska velike brzine, tj. kočenje nadolazećeg protoka zraka koji ulazi u motor u letu. Jasno je da je takav motor sposoban da radi samo kada aviona Već leti prilično velikom brzinom neće razviti nikakav potisak dok je parkiran. Ali na vrlo velika brzina, 4-5 puta brže od zvuka, ramjet motor razvija veoma veliki potisak i troši manje goriva nego bilo koji drugi "hemijski" mlazni motor u ovim uslovima. Zato ramjet motori.
Posebnost aerodinamičkog dizajna nadzvučnih aviona s ramjet motorima (ramjet motori) je zbog prisutnosti posebnih akceleratorskih motora koji osiguravaju brzinu potrebnu za početak stabilnog rada ramjet motora. To čini repni dio konstrukcije težim i zahtijeva ugradnju stabilizatora kako bi se osigurala potrebna stabilnost.
Princip rada mlaznog motora.
Savremeni snažni mlazni motori različitih tipova baziraju se na principu direktne reakcije, tj. princip stvaranja pokretačke sile (ili potiska) u obliku reakcije (trzaja) struje "radne tvari" koja teče iz motora, obično vrućih plinova.
U svim motorima postoje dva procesa konverzije energije. Prvo se hemijska energija goriva pretvara u toplotnu energiju produkata sagorevanja, a zatim se toplotna energija koristi za obavljanje mehaničkog rada. Takvi motori uključuju klipni motori automobili, dizel lokomotive, parne i gasne turbine elektrana itd.
Razmotrimo ovaj proces u odnosu na mlazne motore. Počnimo s komorom za sagorijevanje motora, u kojoj je na ovaj ili onaj način već stvorena zapaljiva mješavina, ovisno o vrsti motora i vrsti goriva. To može biti, na primjer, mješavina zraka i kerozina, kao u turbomlaznom motoru modernog mlaznog aviona, ili mješavina tečnog kisika i alkohola, kao u nekim tečnim raketnim motorima, ili, konačno, neko čvrsto gorivo za prah rakete. Zapaljiva smjesa može izgorjeti, tj. ulaze u hemijsku reakciju sa brzim oslobađanjem energije u obliku toplote. Sposobnost oslobađanja energije tokom hemijske reakcije je potencijalna hemijska energija molekula smeše. Hemijska energija molekula povezana je sa karakteristikama njihove strukture, tačnije sa strukturom njihovih elektronskih omotača, tj. taj elektronski oblak koji okružuje jezgra atoma koji čine molekul. Kao rezultat kemijske reakcije, u kojoj se neki molekuli uništavaju, a drugi stvaraju, dolazi do prirodnog restrukturiranja elektronskih ljuski. U ovom restrukturiranju postoji izvor oslobođene hemijske energije. Vidi se da goriva za mlazne motore mogu biti samo one tvari koje prilikom kemijske reakcije u motoru (sagorijevanje) oslobađaju dosta topline i stvaraju veliku količinu plinova. Svi ovi procesi se dešavaju u komori za sagorevanje, ali hajde da se fokusiramo na reakciju ne na molekularnom nivou (o tome je već bilo reči), već na „fazama“ rada. Sve dok sagorevanje ne započne, smeša ima veliku zalihu potencijalne hemijske energije. Ali onda je plamen zahvatio smjesu, još jedan trenutak - i kemijska reakcija je bila gotova. Sada umjesto molekula zapaljive smeše komora je ispunjena molekulima produkata sagorevanja, gušće „upakovanim“. Oslobađa se višak energije vezivanja, koja je hemijska energija reakcije sagorevanja koja se odigrala. Molekuli koji posjeduju ovaj višak energije gotovo trenutno su je prenijeli na druge molekule i atome kao rezultat čestih sudara s njima. Svi molekuli i atomi u komori za sagorijevanje počeli su se kretati nasumično, haotično znatno većom brzinom, a temperatura plinova se povećavala. Tako je potencijalna hemijska energija goriva pretvorena u toplotnu energiju produkata sagorevanja.
Sličan prijelaz izvršen je u svim ostalim toplinskim motorima, ali se mlazni motori bitno razlikuju od njih s obzirom na dalju sudbinu vrućih produkata izgaranja.
Nakon što se u toplotnom stroju generiraju vrući plinovi koji sadrže veliku toplinsku energiju, ova energija se mora pretvoriti u mehaničku energiju. Uostalom, motori služe da rade mehanički rad, da se nešto "pomakne", da se to sprovede u delo, nije bitno da li je dinamo, molim vas da dodate crteže elektrane, dizel lokomotive, automobila ili aviona.
Da bi se toplinska energija plinova transformirala u mehaničku energiju, njihov volumen se mora povećati. S takvim širenjem, plinovi obavljaju rad, koji troši njihovu unutrašnju i toplinsku energiju.
U slučaju klipnog motora, ekspandirajući plinovi pritiskaju klip koji se kreće unutar cilindra, klip gura klipnjaču, koja zatim rotira radilicu motora. Osovina je povezana sa rotorom dinamo, pogonskim osovinama dizel lokomotive ili automobila, ili propelerom aviona - motor obavlja koristan posao. IN parna mašina, ili plinska turbina, plinovi, šireći se, tjeraju točak spojen na osovinu turbine da se okreće - ovdje nema potrebe za mjenjačom radilice, što je jedna od velikih prednosti turbine
Gasovi se, naravno, šire i u mlaznom motoru, jer bez toga ne rade. Ali rad na proširenju u tom slučaju se ne troši na rotaciju osovine. Povezan sa pogonskim mehanizmom, kao i kod drugih toplotnih motora. Svrha mlaznog motora je drugačija - stvoriti mlazni potisak, a za to je potrebno da mlaz plinova - produkata izgaranja - istječe iz motora velikom brzinom: reakciona sila ove struje je potisak motora . Slijedom toga, rad ekspanzije plinovitih produkata sagorijevanja goriva u motoru mora se potrošiti na ubrzavanje samih plinova. To znači da se toplotna energija gasova u mlaznom motoru mora pretvoriti u njihovu kinetičku energiju - nasumično haotično toplotno kretanje molekula mora biti zamenjeno njihovim organizovanim tokom u jednom zajedničkom pravcu.
U tu svrhu služi jedan od najvažnijih dijelova motora, takozvana mlaznica. Bez obzira kojoj vrsti pripada ovaj ili onaj mlazni motor, on je nužno opremljen mlaznicom kroz koju vrući plinovi - produkti sagorijevanja goriva u motoru - izlaze iz motora velikom brzinom. Kod nekih motora gasovi ulaze u mlaznicu odmah nakon komore za sagorevanje, na primer, u raketi ili ramjet motori. Kod drugih, turbomlaznih motora, gasovi prvo prolaze kroz turbinu, kojoj odaju dio svoje toplotne energije. U tom slučaju se koristi za pogon kompresora koji komprimira zrak ispred komore za sagorijevanje. Ali, na ovaj ili onaj način, mlaznica je posljednji dio motora - plinovi prolaze kroz nju prije nego što napuste motor.
Mlaznica može imati različite oblike i, osim toga, različite dizajne ovisno o vrsti motora. Glavna stvar je brzina kojom gasovi izlaze iz motora. Ako ova brzina istjecanja ne prelazi brzinu kojom se zvučni valovi šire u izlaznim plinovima, tada je mlaznica običan cilindrični ili konusni dio cijevi. Ako bi brzina oticanja trebala premašiti brzinu zvuka, tada se mlaznica oblikuje kao cijev koja se širi ili se prvo sužava pa širi (Lavl mlaznica). Samo u cijevi ovakvog oblika, kako pokazuju teorija i iskustvo, plin se može ubrzati do nadzvučnih brzina i preći "zvučnu barijeru".
Dijagram mlaznog motora
Turboventilatorski motor je najčešće korišteni mlazni motor u civilnom zrakoplovstvu.
Gorivo, ulazeći u motor (1), miješa se sa komprimiranim zrakom i sagorijeva u komori za sagorijevanje (2). Ekspandirajući gasovi rotiraju brze (3) i male turbine, koje zauzvrat pokreću kompresor (5), koji gura vazduh u komoru za sagorevanje, i ventilatore (6) koji teraju vazduh kroz ovu komoru i usmeravaju u izduvnu cijev. Potiskujući zrak, ventilatori obezbjeđuju dodatni potisak. Motor ovog tipa sposoban je razviti potisak do 13.600 kg.
Zaključak
Mlazni motor ima mnogo divnih karakteristika, ali glavna je ova. Za kretanje raketi nije potrebna zemlja, voda ili vazduh, jer se kreće kao rezultat interakcije sa gasovima koji nastaju tokom sagorevanja goriva. Stoga se raketa može kretati u bezvazdušnom prostoru.
K. E. Ciolkovsky je osnivač teorije svemirskih letova. Naučni dokaz o mogućnosti upotrebe rakete za letove u svemir, izvan Zemljine atmosfere i na druge planete Sunčevog sistema prvi je dao ruski naučnik i pronalazač Konstantin Eduardovič Ciolkovski.
Bibliografija
Enciklopedijski rečnik mladih tehničara.
Toplotni fenomeni u tehnologiji.
Materijali sa stranice http://goldref.ru/;
Jet pokret (2)
Sažetak >> FizikaKoji je u formi reaktivan mlaznice se izbacuju iz reaktivan motor; sebe reaktivan motor- energetski pretvarač... sa kojim reaktivan motor utiče na uređaj opremljen ovim reaktivan motor. Trakcija reaktivan motor zavisi od...
Jet kretanja u prirodi i tehnologiji
Sažetak >> FizikaSalpu napred. Od najvećeg interesa je reaktivan motor lignje Lignje je najviše... tj. aparat sa reaktivan motor, koristeći gorivo i oksidant koji se nalazi na samom uređaju. Reaktivan motor- Ovo motor, transformacija...
Reaktivan BM-13 Katjuša višestruki raketni sistem
Sažetak >> Historijske ličnostiBojeva glava i prah reaktivan motor. Glavni dio je... fitilj i dodatni detonator. Reaktivan motor ima komoru za sagorevanje, u... naglo povećanje vatrenih sposobnosti reaktivan
Mlazno kretanje je proces u kojem se jedan njegov dio odvaja od određenog tijela određenom brzinom. Sila koja nastaje u ovom slučaju radi sama od sebe, bez i najmanjeg kontakta sa vanjskim tijelima. Mlazni pogon postao je poticaj za stvaranje mlaznog motora. Njegov princip rada je zasnovan upravo na ovoj sili. Kako radi takav motor? Pokušajmo to shvatiti.
Istorijske činjenice
Ideju o korištenju mlaznog pogona, koji bi omogućio savladavanje sile gravitacije Zemlje, iznio je 1903. godine fenomen ruske nauke - Ciolkovski. Objavio je čitavu studiju na ovu temu, ali nije shvaćena ozbiljno. Konstantin Eduardovič, koji je doživio promjenu političkog sistema, proveo je godine rada da svima dokaže da je u pravu.
Danas se mnogo priča da je revolucionar Kibalchich bio prvi u ovoj stvari. Ali u vrijeme kada su djela Ciolkovskog objavljena, oporuka ovog čovjeka je sahranjena zajedno sa Kibalchichom. Osim toga, ovo nije bio punopravni rad, već samo skice i obrisi - revolucionar nije mogao pružiti pouzdanu osnovu za teorijske proračune u svojim radovima.
Kako djeluje reaktivna sila?
Da biste razumjeli kako radi mlazni motor, morate razumjeti kako funkcionira ova sila.
Dakle, zamislite hitac iz bilo kog vatrenog oružja. Ovo jasan primjer dejstvo reaktivne sile. Mlaz vrelog gasa, koji nastaje tokom sagorevanja punjenja u patroni, gura oružje nazad. Što je naboj snažniji, to će i trzaj biti jači.
Sada zamislimo proces paljenja zapaljive mješavine: on se događa postepeno i kontinuirano. Upravo tako izgleda princip rada ramjet motora. Raketa s mlaznim motorom na čvrsto gorivo radi na sličan način - ovo je najjednostavnija njegova varijacija. Čak i početnici raketnim modelarima su upoznati s tim.
Crni barut se u početku koristio kao gorivo za mlazne motore. Mlazni motori, čiji je princip rada već bio napredniji, zahtijevali su gorivo na bazi nitroceluloze, koja je bila otopljena u nitroglicerinu. U velikim jedinicama koje lansiraju rakete koje izbacuju šatlove u orbitu, danas koriste posebnu mješavinu polimernog goriva s amonijum perkloratom kao oksidantom.
Princip rada RD
Sada je vrijedno razumjeti princip rada mlaznog motora. Da biste to učinili, možete uzeti u obzir klasike - tečni motori, koji su ostali gotovo nepromijenjeni od vremena Ciolkovskog. Ove jedinice koriste gorivo i oksidant.
Potonji koristi tekući kisik ili dušičnu kiselinu. Kerozin se koristi kao gorivo. Moderni tečni kriogeni motori troše tečni vodonik. Kada se oksidira kisikom, povećava specifični impuls (za čak 30 posto). Ideja da se vodik može koristiti takođe je nastala u glavi Ciolkovskog. Međutim, u to vrijeme, zbog velike opasnosti od eksplozije, bilo je potrebno potražiti drugo gorivo.
Princip rada je sljedeći. Komponente ulaze u komoru za sagorevanje iz dva odvojena rezervoara. Nakon miješanja, pretvaraju se u masu, koja, kada se sagori, oslobađa ogromnu količinu topline i desetine hiljada atmosfera pritiska. Oksidator se dovodi u komoru za sagorevanje. Smjesa goriva Dok prolazi između dvostrukih zidova komore i mlaznice, hladi ove elemente. Zatim će gorivo, zagrijano zidovima, teći kroz ogroman broj mlaznica u zonu paljenja. Mlaz koji se formira pomoću mlaznice izbija. Zbog toga je osiguran potisni moment.
Ukratko, princip rada mlaznog motora može se uporediti sa plamenikom. Međutim, ovo drugo je mnogo jednostavnije. Nema drugačije pomoćni sistemi motor. A to su kompresori potrebni za stvaranje pritiska ubrizgavanja, turbine, ventili, kao i drugi elementi bez kojih je mlazni motor jednostavno nemoguć.
Unatoč činjenici da tekući motori troše dosta goriva (potrošnja goriva je oko 1000 grama na 200 kilograma tereta), oni se i dalje koriste kao pogonske jedinice za lansirne rakete i manevarske jedinice za orbitalne stanice, kao i druge svemirske letjelice.
Uređaj
Tipičan mlazni motor je konstruisan na sledeći način. Njegove glavne komponente su:
Compressor;
Komora za sagorijevanje;
Turbine;
Izduvni sistem.
Pogledajmo ove elemente detaljnije. Kompresor se sastoji od nekoliko turbina. Njihov zadatak je da usisavaju i komprimiraju zrak dok prolazi kroz lopatice. Tokom procesa kompresije, temperatura i pritisak vazduha se povećavaju. Dio ovoga komprimirani zrak dovode u komoru za sagorevanje. U njemu se zrak miješa s gorivom i dolazi do paljenja. Ovaj proces dodatno povećava toplinsku energiju.
Smjesa napušta komoru za sagorijevanje velika brzina, a zatim se proširuje. Zatim slijedi druga turbina, čije se lopatice rotiraju pod utjecajem plinova. Ova turbina, povezana sa kompresorom koji se nalazi na prednjoj strani jedinice, pokreće ga. Zrak zagrijan na visoke temperature, izlazi kroz izduvni sistem. Temperatura, već prilično visoka, nastavlja rasti zbog efekta prigušivanja. Tada vazduh potpuno izlazi.
Motor aviona
Avioni takođe koriste ove motore. Na primjer, turbomlazne jedinice su ugrađene u ogromne putničke avione. Od konvencionalnih se razlikuju po prisustvu dva rezervoara. Jedan sadrži gorivo, a drugi oksidant. Dok turbomlazni motor nosi samo gorivo, vazduh koji se pumpa iz atmosfere koristi se kao oksidant.
Turbomlazni motor
Princip rada mlaznog motora aviona zasniva se na istoj reaktivnoj sili i istim zakonima fizike. Najvažniji dio su lopatice turbine. Konačna snaga ovisi o veličini oštrice.
Zahvaljujući turbinama stvara se potisak koji je potreban za ubrzanje aviona. Svaka od oštrica je deset puta snažnija od običnih oštrica automobilski motor sa unutrašnjim sagorevanjem. Turbine se postavljaju iza komore za sagorevanje gde je pritisak najveći. A temperatura ovdje može doseći hiljadu i po stepeni.
Rulna staza sa dva kruga
Ove jedinice imaju mnoge prednosti u odnosu na turbomlazne. Na primjer, znatno manja potrošnja goriva uz istu snagu.
Ali sam motor ima složeniji dizajn i veću težinu.
A princip rada mlaznog motora s dva kruga je malo drugačiji. Vazduh koji zahvata turbina se delimično komprimira i dovodi do kompresora u prvom krugu i do stacionarnih lopatica u drugom krugu. Turbina djeluje kao kompresor nizak pritisak. U prvom krugu motora zrak se komprimira i zagrijava, a zatim kroz kompresor visokog pritiska dovode u komoru za sagorevanje. Ovdje nastaje mješavina s gorivom i paljenje. Nastaju plinovi koji se dovode u turbinu visokog tlaka, zbog čega se lopatice turbine rotiraju, što zauzvrat dovodi rotacijsko kretanje kompresoru visokog pritiska. Gasovi tada prolaze kroz turbinu niskog pritiska. Potonji aktivira ventilator i, konačno, gasovi izlaze, stvarajući promaju.
Sinhrone rulne staze
Ovo su elektromotori. Princip rada sinhronog reluktantnog motora sličan je principu koračne jedinice. Izmjenična struja se dovodi do statora i stvara magnetsko polje oko rotora. Potonji se rotira zbog činjenice da pokušava minimizirati magnetni otpor. Ovi motori nemaju nikakve veze sa istraživanjem svemira i lansiranjem šatlova.
Mlazni motor je uređaj koji stvara vučnu silu potrebnu za kretanje pretvaranjem unutrašnje energije goriva u kinetičku energiju mlazne struje radnog fluida.
Klase mlaznih motora:
Svi mlazni motori su podeljeni u 2 klase:
- Air-jet - toplotnih motora, koristeći energiju oksidacije zraka dobivenu iz atmosfere. U ovim motorima radni fluid predstavlja mješavina produkata izgaranja s preostalim elementima odabranog zraka.
- Raketni motori - motori koji sadrže sve na brodu neophodne komponente i mogu da rade čak iu prostoru bez vazduha.
Direktan protok mlazni motor– najjednostavniji dizajn u WRD klasi. Povećanje pritiska potrebnog za rad uređaja nastaje kočenjem nadolazećeg protoka zraka.
Proces rada ramjet može se ukratko opisati na sljedeći način:
- Zrak ulazi u ulaz motora pri brzini leta, njegova kinetička energija se pretvara u unutrašnju energiju, a pritisak i temperatura zraka rastu. Na ulazu u komoru za sagorevanje i duž cele dužine puta protoka, primećuje se maksimalni pritisak.
- Zagrijavanje komprimiranog zraka u komori za sagorijevanje nastaje oksidacijom dovedenog zraka, dok se unutarnja energija radnog fluida povećava.
- Zatim, protok se sužava u mlaznici, radni fluid dostiže zvučnu brzinu, a opet, kada se širi, dostiže nadzvučnu brzinu. Zbog činjenice da se radni fluid kreće brzinom koja prelazi brzinu nadolazećeg toka, unutra se stvara mlazni potisak.
IN konstruktivno Ramjet je vrhunski jednostavan uređaj. Motor sadrži komoru za sagorevanje iz koje dolazi gorivo brizgaljke za gorivo, a zrak dolazi iz difuzora. Komora za sagorijevanje završava se na ulazu u mlaznicu, koja je konvergentno-divergentna mlaznica.
Razvoj tehnologije miješanog čvrstog goriva doveo je do upotrebe ovog goriva u ramjet motorima. Komora za sagorijevanje sadrži blok goriva sa centralnim uzdužnim kanalom. Prolazeći kroz kanal, radni fluid postepeno oksidira površinu goriva i sam se zagrijava. Upotreba čvrstog goriva dodatno pojednostavljuje dizajn motora: sistem goriva postaje nepotrebno.
Sastav miješanog goriva u ramjet motorima razlikuje se od onog koji se koristi u raketnim motorima na čvrsto gorivo. Ako u raketni motor Veći dio sastava goriva zauzima oksidator, ali se u ramjet motorima koristi u malim omjerima za aktiviranje procesa sagorijevanja.
Punilo miješanog ramjet goriva uglavnom se sastoji od finog praha berilijuma, magnezija ili aluminija. Njihova oksidaciona toplota znatno premašuje toplotu sagorevanja ugljikovodičnih goriva. Primjer ramjet na čvrsto gorivo je pogonski motor protivbrodske krstareće rakete P-270 Moskit.
Potisak Ramjet zavisi od brzine leta i određuje se na osnovu uticaja nekoliko faktora:
- Što je veća brzina leta, veći će biti protok zraka koji prolazi kroz put motora, odnosno velika količina kisik će prodrijeti u komoru za sagorijevanje, što povećava potrošnju goriva, toplinske i mehanička snaga motor.
- Što je veći protok zraka kroz put motora, to će biti veći potisak koji motor stvara. Međutim, postoji određena granica protoka zraka kroz motorni put ne može se povećavati beskonačno.
- Kako se brzina leta povećava, nivo pritiska u komori za sagorevanje raste. Kao rezultat, povećava se termička efikasnost motora.
- Kako više razlike između brzine leta vozila i brzine prolaska mlazne struje, veći je potisak motora.
Ovisnost potiska ramjet motora o brzini leta može se predstaviti na sljedeći način: sve dok brzina leta ne bude mnogo manja od brzine prolaska mlazne struje, potisak će se povećavati zajedno s povećanjem brzine leta. Kada se brzina leta približi brzini mlazne struje, potisak počinje opadati, nakon što je prošao određeni maksimum na kojem se opaža optimalna brzina let.
Ovisno o brzini leta, razlikuju se sljedeće kategorije ramjet motora:
- subsonic;
- supersonic;
- hipersonični.
Svaka grupa ima svoje karakteristične karakteristike dizajni.
Podzvučni ramjet motori
Ova grupa motora je dizajnirana da obezbedi brzine leta u rasponu od 0,5 do 1,0 maha. Kompresija zraka i kočenje u takvim motorima događa se u difuzoru - proširenom kanalu uređaja na ulazu u protok.
Ovi motori imaju izuzetno niska efikasnost. Pri letenju brzinom od M=0,5 nivo porasta pritiska u njima je 1,186, zbog čega je idealna termička efikasnost za njih samo 4,76%, a ako se uzmu u obzir i gubici u pravi motor, ova vrijednost će se približiti nuli. To znači da prilikom letenja brzinama M<0,5 дозвуковой ПВРД неработоспособен.
Ali čak i pri maksimalnoj brzini za podzvučni opseg na M=1, nivo povećanja pritiska je 1,89, a idealni termički koeficijent je samo 16,7%. Ove brojke su 1,5 puta manje od klipnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem i 2 puta manje od onih kod gasnoturbinskih motora. Gasnoturbinski i klipni motori su također učinkoviti za upotrebu u stacionarnom položaju. Stoga su se ramjet podzvučni motori u usporedbi s drugim avionskim motorima pokazali nekonkurentnima i trenutno se ne proizvode masovno.
Supersonični ramjet motori
Supersonični ramjet motori dizajnirani su za letove u rasponu brzina 1< M < 5.
Usporavanje nadzvučnog toka plina je uvijek diskontinuirano, što rezultira stvaranjem udarnog vala, koji se naziva udarni val. Na udaljenosti udarnog vala proces kompresije plina nije izentropski. Shodno tome, uočavaju se gubici mehaničke energije, nivo povećanja pritiska u njoj je manji nego u izentropskom procesu. Što je udarni val jači, to se brzina protoka na prednjoj strani više mijenja, a samim tim i veći je gubitak tlaka, ponekad dostižući 50%.
Kako bi se minimizirali gubici tlaka, kompresija je organizirana ne u jednom, već u nekoliko udarnih valova nižeg intenziteta. Nakon svakog od ovih skokova, uočava se smanjenje brzine protoka, koja ostaje nadzvučna. Ovo se postiže ako se prednji dio šokova nalazi pod uglom u odnosu na smjer brzine strujanja. Parametri protoka ostaju konstantni u intervalima između skokova.
U posljednjem skoku brzina dostiže podzvučni nivo, daljnji procesi kočenja i kompresije zraka se kontinuirano odvijaju u kanalu difuzora.
Ako se uređaj za unos motora nalazi u području nesmetanog strujanja (na primjer, ispred aviona na nosnom kraju ili na dovoljnoj udaljenosti od trupa na krilnoj konzoli), on je asimetričan i opremljen je središnje tijelo - oštar dugi "konus" koji se proteže iz ljuske. Središnje tijelo je dizajnirano tako da stvara kose udarne valove u nadolazećem protoku zraka, koji osiguravaju kompresiju i kočenje zraka dok ne uđe u poseban kanal ulaznog uređaja. Prikazani ulazni uređaji nazivaju se konusnim protokom zraka u njima cirkulira, formirajući konusni oblik.
Centralno konusno tijelo može biti opremljeno mehaničkim pogonom, koji mu omogućava da se kreće duž ose motora i optimizira kočenje protoka zraka pri različitim brzinama leta. Ovi ulazni uređaji se nazivaju podesivi.
Prilikom fiksiranja motora ispod krila ili ispod trupa, odnosno u području aerodinamičkog utjecaja konstrukcijskih elemenata zrakoplova, koriste se ulazni uređaji ravnog oblika dvodimenzionalnog toka. Nisu opremljeni centralnim tijelom i imaju poprečni pravokutni presjek. Nazivaju se i uređajima za mješovitu ili unutrašnju kompresiju, jer se vanjska kompresija ovdje događa samo za vrijeme udarnih valova koji nastaju na prednjoj ivici krila ili na nosnom kraju aviona. Podesivi ulazni uređaji pravokutnog poprečnog presjeka mogu mijenjati položaj klinova unutar kanala.
U nadzvučnom rasponu brzina, ramjet motori su efikasniji nego u podzvučnom rasponu brzina. Na primjer, pri brzini leta M=3, omjer povećanja pritiska je 36,7, što je blizu turbomlaznih motora, a izračunata idealna efikasnost dostiže 64,3%. U praksi, ovi pokazatelji su niži, ali pri brzinama u rasponu M = 3-5 SPVjet motori su efikasniji od svih postojećih tipova VRE.
Pri temperaturi neometanog strujanja vazduha od 273°K i brzini aviona M=5, temperatura radnog retardiranog tela je 1638°K, pri brzini od M=6 - 2238°K, a u stvarnom letu , uzimajući u obzir udarne valove i djelovanje sile trenja, ona postaje još veća.
Dalje zagrijavanje radnog fluida je problematično zbog termičke nestabilnosti konstrukcijskih materijala koji čine motor. Stoga se smatra da je maksimalna brzina za SPV mlaz M=5.
Hipersonični ramjet motor
Kategorija hipersoničnih ramjet motora uključuje ramjet motore koji rade pri brzinama većim od 5 maha. Početkom 21. stoljeća postojanje takvog motora bilo je samo hipotetičko: nije sastavljen niti jedan uzorak koji bi prošao letne testove i potvrdio izvodljivost i relevantnost njegove serijske proizvodnje.
Na ulazu u scramjet uređaj zračno kočenje se izvodi samo djelimično, a u ostatku hoda kretanje radnog fluida je nadzvučno. Većina kinetičke početne energije protoka se zadržava nakon kompresije, temperatura je relativno niska, što omogućava radnom fluidu da oslobodi značajnu količinu toplote. Nakon usisnog uređaja, put protoka motora se širi cijelom dužinom. Zbog sagorijevanja goriva u nadzvučnom toku, radni fluid se zagrijava, širi i ubrzava.
Ovaj tip motora je dizajniran za letove u razrijeđenoj stratosferi. Teoretski, takav motor se može koristiti na nosačima svemirskih letjelica za višekratnu upotrebu.
Jedan od glavnih problema u dizajnu scramjet je organizacija sagorijevanja goriva u nadzvučnom toku.
Pokrenuto je nekoliko programa u različitim zemljama za stvaranje scramjet motora, svi su u fazi teorijskih istraživanja i predprojektantskih laboratorijskih istraživanja.
Gdje se koriste ramjet motori?
Ramjet ne radi pri nultoj brzini i malim brzinama leta. Zrakoplov s takvim motorom zahtijeva ugradnju pomoćnih pogona, koji mogu biti čvrsti raketni pojačivač ili avion nosač iz kojeg se lansira vozilo sa ramjet.
Zbog neefikasnosti ramjet pri malim brzinama, praktično je neprikladan za upotrebu u avionima s posadom. Poželjno je koristiti takve motore za bespilotne, krstareće i jednokratne borbene rakete zbog njihove pouzdanosti, jednostavnosti i niske cijene. Ramjet motori se takođe koriste u letećim ciljevima. Karakteristike performansi ramjet aviona su konkurentne samo raketnom motoru.
Nuclear ramjet
Tokom Hladnog rata između SSSR-a i SAD-a nastali su projekti ramjet motora s nuklearnim reaktorom.
U takvim jedinicama izvor energije nije bila hemijska reakcija sagorevanja goriva, već toplota koju stvara nuklearni reaktor instaliran umesto komore za sagorevanje. U takvom ramjet, zrak koji ulazi kroz ulazni uređaj prodire u aktivno područje reaktora, hladi konstrukciju i sam se zagrijava do 3000 K. Zatim izlazi iz mlaznice motora brzinom bliskom brzini naprednih raketnih motora. . Nuklearni ramjet motori bili su namijenjeni za ugradnju u interkontinentalne krstareće rakete koje nose nuklearno punjenje. Dizajneri u obje zemlje stvorili su male nuklearne reaktore koji se uklapaju u dimenzije krstareće rakete.
Godine 1964., kao dio istraživačkih programa nuklearnog ramjet, Tory i Pluton izveli su stacionarne vatrene testove Tory-IIC nuklearnog ramjet. Program testiranja je zatvoren u julu 1964. godine, a motor nije testiran u letu. Pretpostavljeni razlog za ukidanje programa mogao bi biti poboljšanje konfiguracije balističkih projektila sa hemijskim raketnim motorima, što je omogućilo izvođenje borbenih zadataka bez upotrebe nuklearnih ramjet motora.
Na prednjoj strani mlaznog motora nalazi se ventilator. Uzima zrak iz vanjskog okruženja i usisava ga u turbinu. U raketnim motorima, vazduh zamenjuje tečni kiseonik. Ventilator je opremljen sa mnogo titanijumskih lopatica koje imaju poseban oblik.
Trude se da prostor za ventilatore učine dovoljno velikim. Osim usisavanja zraka, ovaj dio sistema učestvuje i u hlađenju motora, štiteći njegove komore od uništenja. Iza ventilatora je kompresor. Pod visokim pritiskom potiskuje vazduh u komoru za sagorevanje.
Jedan od glavnih strukturnih elemenata mlaznog motora je komora za sagorevanje. U njemu se gorivo miješa sa zrakom i pali. Smjesa se pali, praćena jakim zagrijavanjem dijelova kućišta. Smjesa goriva se širi pod visokom temperaturom. Zapravo, u motoru se događa kontrolirana eksplozija.
Iz komore za sagorijevanje, mješavina goriva i zraka ulazi u turbinu, koja se sastoji od mnogih lopatica. Mlazni tok vrši pritisak na njih i uzrokuje rotaciju turbine. Sila se prenosi na osovinu, kompresor i ventilator. Formira se zatvoreni sistem, za čiji rad je potrebna samo konstantna opskrba mješavinom goriva.
Posljednji dio mlaznog motora je mlaznica. Zagrijani tok ovdje ulazi iz turbine, formirajući mlazni tok. Hladan vazduh se takođe dovodi u ovaj deo motora iz ventilatora. Služi za hlađenje cijele strukture. Protok vazduha štiti manžetnu mlaznice od štetnog dejstva mlazne struje, sprečavajući topljenje delova.
Kako radi mlazni motor?
Radni fluid motora je mlaz. Izlazi iz mlaznice vrlo velikom brzinom. Ovo stvara reaktivnu silu koja gura cijeli uređaj u suprotnom smjeru. Vučna sila nastaje isključivo djelovanjem mlaza, bez ikakve potpore drugih tijela. Ova karakteristika mlaznog motora omogućava da se koristi kao elektrana za rakete, avione i svemirske letelice.
Djelomično je rad mlaznog motora uporediv s djelovanjem struje vode koja teče iz crijeva. Pod ogromnim pritiskom, tečnost se dovodi kroz crevo do suženog kraja creva. Brzina vode koja izlazi iz mlaznice je veća nego unutar crijeva. Ovo stvara silu povratnog pritiska koja omogućava vatrogascu da drži crijevo samo uz velike poteškoće.
Proizvodnja mlaznih motora je posebna grana tehnike. Budući da temperatura radnog fluida ovdje doseže nekoliko hiljada stepeni, dijelovi motora su izrađeni od metala visoke čvrstoće i materijala koji su otporni na topljenje. Pojedini dijelovi mlaznih motora izrađuju se, na primjer, od posebnih keramičkih smjesa.
