ABSTRAKTNÍ
NA TOTO TÉMA:
proudové motory .
NAPSAT: Kiselev A.V.
KALININGRAD
Úvod
Proudový motor, motor, který vytváří tažnou sílu potřebnou k pohybu přeměnou počáteční energie na kinetickou energii tryskového proudu pracovní tekutiny; v důsledku výdechu pracovní tekutiny z trysky motoru vzniká reaktivní síla ve formě reakce (zpětného rázu) paprsku, která pohybuje motorem a s ním konstrukčně spojeným zařízením v opačném směru. k výtoku proudnice. Kinetická (rychlostní) energie tryskového proudu může být převedena na R.j. různé druhy energie (chemická, jaderná, elektrická, solární). Motor s přímou reakcí (motor s přímou reakcí) kombinuje samotný motor s pohybem, to znamená, že zajišťuje svůj vlastní pohyb bez účasti mezilehlých mechanismů.
Pro tvoření proudový tah používá R. d., potřebujete:
zdroj počáteční (primární) energie, která se přeměňuje na kinetickou energii paprsku;
pracovní orgán, který je ve formě tryskového proudu vymrštěn z R. d .;
R. D. sám je měničem energie.
Počáteční energie je uložena na palubě letadla nebo jiného zařízení vybaveného R.D. (chemické palivo, jaderné palivo), nebo (v zásadě) může pocházet zvenčí (energie Slunce). Pro získání pracovní tekutiny v R. d. se použije látka vybraná z životní prostředí(například vzduch nebo voda);
látka, která je v nádržích zařízení nebo přímo v R. komoře d.; směs látek pocházejících z prostředí a uložených na palubě vozidla.
V moderní R. d. se jako primární nejčastěji používá chemikálie
Testy střelby
motor Raketoplán
Proudové motory AL-31F letadlo Su-30MK. patří do třídy proudové motory
energie. V tomto případě jsou pracovní tekutinou žhavé plyny - produkty spalování chemického paliva. Při provozu R. D. se chemická energie hořících látek přeměňuje na tepelnou energii zplodin hoření a tepelná energie horkých plynů se přeměňuje na mechanickou energii pohyb vpřed tryskový proud a následně zařízení, na kterém je motor instalován. Hlavní částí každého R. d. je spalovací komora, ve které vzniká pracovní tekutina. Koncová část komory, která slouží k urychlení pracovní tekutiny a získání proudového proudu, se nazývá tryska.
Podle toho, zda je prostředí při provozu raketových motorů využíváno či nikoli, se dělí na 2 hlavní třídy - vzduchové proudové motory (WRD) a raketové motory (RD). Všechny WFD jsou tepelné motory, jejichž pracovní kapalina vzniká oxidační reakcí hořlavé látky se vzdušným kyslíkem. Vzduch přicházející z atmosféry tvoří většinu pracovní tekutiny WFD. Zařízení s WFD tedy nese zdroj energie (palivo) na palubě a většinu pracovní tekutiny odebírá z okolí. Na rozdíl od WFD jsou všechny součásti pracovní tekutiny RD na palubě přístroje vybaveného RD. Absence pohonu interagujícího s prostředím a přítomnost všech složek pracovní tekutiny na palubě přístroje činí RD jediným vhodným pro práci ve vesmíru. Existují i kombinované raketové motory, které jsou jakoby kombinací obou hlavních typů.
Historie proudových motorů
Princip proudového pohonu je znám již velmi dlouho. Volavčí ples lze považovat za předka R. d. Raketové motory na tuhá paliva – práškové rakety se v Číně objevily v 10. století. n. E. Po stovky let byly takové střely používány nejprve na východě a poté v Evropě jako ohňostroje, signální, bojové. V roce 1903 K. E. Tsiolkovsky ve své práci „Investigation of World Spaces with Reactive Devices“ jako první na světě předložil hlavní ustanovení teorie raketových motorů na kapalné palivo a navrhl hlavní prvky kapalného paliva. raketový motor. První sovětské kapalné raketové motory - ORM, ORM-1, ORM-2 zkonstruoval V. P. Glushko a vznikly pod jeho vedením v letech 1930-31 v Gas Dynamics Laboratory (GDL). V roce 1926 vypustil R. Goddard raketu na kapalné palivo. Poprvé byl elektrotermální RD vytvořen a testován Glushkem na GDL v letech 1929-33.
V roce 1939 byly v SSSR testovány střely s náporovými motory navrženými I. A. Merkulovem. První schéma proudový motor? navrhl ruský inženýr N. Gerasimov v roce 1909.
V roce 1939 byla v Kirovově závodě v Leningradu zahájena konstrukce proudových motorů navržených A. M. Lyulkou. Testům vytvořeného motoru zabránila Velká vlastenecká válka v letech 1941-45. V roce 1941 byl do letadla poprvé instalován a testován proudový motor navržený F. Whittlem (Velká Británie). Velký význam pro vznik R. D. měly teoretické práce ruských vědců S. S. Nezhdanovského, I. V. Meshcherského a N. E. Žukovského, práce francouzského vědce R. Enot-Peltriho a německého vědce G. Obertha. Důležitým příspěvkem k vytvoření VRD byla práce sovětského vědce B. S. Stechkina „Teorie motoru dýchajícího vzduch“, publikovaná v roce 1929.
R. d. mají jiný účel a rozsah jejich uplatnění se neustále rozšiřuje.
R. d. se nejvíce používají na různých typech letadel.
Proudové motory a dvouokruhové proudové motory jsou vybaveny většinou vojenských i civilních letadel po celém světě, používají se ve vrtulnících. Tyto raketové motory jsou vhodné pro lety podzvukovou i nadzvukovou rychlostí; instalují se i na projektilová letadla, nadzvukové proudové motory lze použít v prvních stupních leteckých letadel. Motory Ramjet jsou instalovány na protiletadlové řízené střely, řízené střely, nadzvukové stíhačky-interceptory. U vrtulníků se používají podzvukové náporové motory (instalované na koncích listů hlavního rotoru). Pulzující proudové motory mají malý tah a jsou určeny pouze pro letadla při podzvukových rychlostech. Během 2. světové války v letech 1939-45 byly tyto motory vybaveny projektily V-1.
RD se ve většině případů používají na vysokorychlostních letadlech.
Raketové motory na kapalná paliva se používají na nosných raketách kosmických lodí a kosmických lodí jako pochodové, brzdící a řídicí motory a také na řízené balistické střely. Raketové motory na tuhá paliva se používají v balistických, protiletadlových, protitankových a jiných vojenských střelách, stejně jako na nosných raketách a kosmických lodích. Malé motory na tuhá paliva se používají jako posilovače pro vzlet letadel. Elektrické raketové motory a jaderné raketové motory lze použít v kosmických lodích.
Tento mohutný kmen, princip přímé reakce, však dal život obrovské koruně „rodokmenu“ rodiny proudových motorů. Seznámit se s hlavními větvemi jeho koruny, korunující „kmen“ přímé reakce. Brzy, jak je patrné z obrázku (viz níže), se tento kmen rozdělí na dvě části, jako by se rozdělil úderem blesku. Oba nové kmeny jsou stejně ozdobeny mohutnými korunami. K tomuto rozdělení došlo díky tomu, že všechny „chemické“ proudové motory jsou rozděleny do dvou tříd podle toho, zda ke své práci využívají okolní vzduch či nikoliv.
Jedním z nově vzniklých kmenů je třída motorů s dýcháním vzduchu (VRD). Jak název napovídá, nemohou fungovat mimo atmosféru. Proto jsou tyto motory základem moderního letectví jak s posádkou, tak bez posádky. WFD využívají ke spalování paliva atmosférický kyslík, bez něj spalovací reakce v motoru neproběhne. Ale přesto jsou v současnosti nejpoužívanější proudové motory.
(TRD), instalovaný na téměř všech moderních letadlech bez výjimky. Jako všechny používané motory atmosférický vzduch proudové motory potřebují speciální zařízení ke stlačování vzduchu před vstupem do spalovací komory. Pokud totiž tlak ve spalovací komoře výrazně nepřekročí atmosférický tlak, pak plyny z motoru při vyšších otáčkách nebudou vytékat ven - vytlačuje je totiž tlak. Ale při nízké rychlosti výfuku bude tah motoru malý a motor spotřebuje hodně paliva, takový motor nenajde uplatnění. U proudového motoru se ke stlačování vzduchu používá kompresor a konstrukce motoru do značné míry závisí na typu kompresoru. Existují motory s axiálními a odstředivými kompresory, axiální kompresory mohou mít díky použití našeho systému méně nebo více kompresních stupňů, být jedno- dvoustupňové atd. Pro pohon kompresoru má proudový motor plynovou turbínu, která dala motoru jméno. Vzhledem ke kompresoru a turbíně je konstrukce motoru velmi složitá.
Vzduchové proudové motory bez kompresorů jsou konstrukčně mnohem jednodušší, u kterých se potřebné zvýšení tlaku provádí jinými způsoby, které mají názvy: pulzační a náporové motory.
U pulzujícího motoru se to obvykle provádí ventilovou mřížkou instalovanou na vstupu motoru, když nová část směsi paliva a vzduchu naplní spalovací komoru a dojde v ní k záblesku, ventily se uzavřou, čímž se spalovací komora izoluje od vstup motoru. Výsledkem je, že tlak v komoře stoupá a plyny proudí ven tryskou, načež se celý proces opakuje.
U bezkompresorového motoru jiného typu, náporového motoru, není ani tato mřížka ventilů a tlak ve spalovacím prostoru stoupá v důsledku dynamického tlaku, tzn. zpomalení proudu vzduchu vstupujícího do motoru za letu. Je jasné, že takový motor je schopen pracovat pouze tehdy, když už letadlo letí dostatečně vysokou rychlostí, na parkovišti nevyvine tah. Ale ve velmi vysoká rychlost, 4-5 násobek rychlosti zvuku, nápor vyvine velmi vysoký tah a spotřebuje méně paliva než jakýkoli jiný „chemický“ proudový motor za těchto podmínek. Proto náporové motory.
Zvláštnost aerodynamického schématu nadzvukových letadel s náporovými motory (náporové motory) je způsobena přítomností speciálních akceleračních motorů, které poskytují rychlost potřebnou pro zahájení stabilního provozu náporového letadla. Tím je ocasní část konstrukce těžší a vyžaduje instalaci stabilizátorů pro zajištění potřebné stability.
Princip činnosti proudového motoru.
Základem moderních výkonných proudových motorů různých typů je princip přímé reakce, tzn. princip vytváření hnací síly (resp. tahu) v podobě reakce (zpětného rázu) paprsku „pracovní látky“ vytékající z motoru, zpravidla horkých plynů.
Ve všech motorech probíhají dva procesy přeměny energie. Nejprve se chemická energie paliva přemění na tepelnou energii zplodin hoření a poté se tepelná energie využije k provedení mechanické práce. Mezi takové motory patří pístové motory automobilů, dieselové lokomotivy, parní a plynové turbíny elektráren atd.
Zvažte tento proces ve vztahu k proudovým motorům. Začněme spalovacím prostorem motoru, ve kterém již tak či onak vznikla hořlavá směs podle typu motoru a druhu paliva. Může to být například směs vzduchu a petroleje, jako v proudovém motoru moderního proudového letadla, nebo směs kapalného kyslíku a alkoholu, jako u některých kapalných raketových motorů, nebo nakonec nějaký druh tuhého paliva. pro prachové rakety. Hořlavá směs může hořet, tzn. vstoupí do chemické reakce s rychlým uvolněním energie ve formě tepla. Schopnost uvolnit energii během chemické reakce je potenciální chemická energie molekul směsi. Chemická energie molekul souvisí se znaky jejich struktury, přesněji řečeno se strukturou jejich elektronových obalů, tzn. elektronový mrak, který obklopuje jádra atomů tvořících molekulu. V důsledku chemické reakce, při které jsou některé molekuly zničeny, zatímco jiné vznikají, přirozeně dochází k přeskupení elektronových obalů. Při této restrukturalizaci je zdrojem uvolněné chemické energie. Je vidět, že jako paliva pro proudové motory mohou sloužit pouze látky, které při chemické reakci v motoru (spalování) uvolňují dostatečně velké množství tepla a tvoří také velké množství plynů. Všechny tyto procesy probíhají ve spalovací komoře, ale zůstaňme u reakce nikoli na molekulární úrovni (o tom již byla řeč výše), ale u „fází“ práce. Dokud nezačne spalování, má směs velkou zásobu potenciální chemické energie. Pak ale plamen pohltil směs, další okamžik – a chemická reakce je u konce. Nyní místo molekul hořlavá směs komora je naplněna hustěji "nabalenými" molekulami zplodin hoření. Přebytečná vazebná energie, což je chemická energie probíhající spalovací reakce, byla uvolněna. Molekuly disponující touto přebytečnou energií ji téměř okamžitě přenesly na jiné molekuly a atomy v důsledku častých kolizí s nimi. Všechny molekuly a atomy ve spalovací komoře se začaly náhodně, chaoticky pohybovat mnohem vyšší rychlostí, teplota plynů se zvýšila. Došlo tedy k přechodu potenciální chemické energie paliva na tepelnou energii produktů spalování.
Podobný přechod byl proveden u všech ostatních tepelných motorů, ale proudové motory se od nich zásadně liší ve vztahu k dalšímu osudu horkých spalin.
Poté, co se v tepelném motoru vytvoří horké plyny obsahující velkou tepelnou energii, musí se tato energie přeměnit na mechanickou energii. Motory totiž slouží k výrobě mechanická práce, něco „pohnout“, uvést do činnosti, nezáleží na tom, zda je to dynamo, přidejte nákresy elektrárny, dieselové lokomotivy, auta nebo letadla.
Aby se tepelná energie plynů přeměnila na mechanickou, musí se zvětšit jejich objem. Při takové expanzi konají plyny práci, na kterou je vynaložena jejich vnitřní a tepelná energie.
Když pístový motor expandující plyny tlačí na píst pohybující se uvnitř válce, píst tlačí na ojnici a ta již roztáčí klikový hřídel motoru. Hřídel je spojena s rotorem dynama, hnacími nápravami dieselové lokomotivy nebo automobilu nebo vrtulí letadla - motor vykonává užitečnou práci. V Parní motor, nebo plynová turbína, plyny, rozpínání, nutí k otáčení kola spojeného s hřídelí turbíny - není potřeba klikový mechanismus převodovky, což je jedna z velkých výhod turbíny
Plyny se samozřejmě rozpínají v proudovém motoru, protože bez něj nefungují. Ale expanzní práce v tomto případě nejsou vynaloženy na otáčení hřídele. Souvisí s hnacím mechanismem, jako u jiných tepelných motorů. Účel proudového motoru je jiný - vytvořit proudový tah a k tomu je nutné, aby proud plynů - spalin proudil z motoru vysokou rychlostí: reakční silou tohoto proudu je tah motoru . V důsledku toho musí být práce na expanzi plynných produktů spalování paliva v motoru vynaložena na urychlení samotných plynů. To znamená, že tepelná energie plynů v proudovém motoru se musí přeměnit na jejich kinetickou energii – náhodný chaotický tepelný pohyb molekul musí být nahrazen jejich organizovaným tokem v jednom směru společném pro všechny.
K tomuto účelu slouží jedna z nejdůležitějších částí motoru, tzv. tryska. Bez ohledu na to, do jakého typu konkrétní proudový motor patří, je nutně vybaven tryskou, kterou z motoru velkou rychlostí proudí horké plyny - produkty spalování paliva v motoru. U některých motorů vstupují plyny do trysky bezprostředně za spalovací komorou, například u raketových nebo náporových motorů. U jiných, proudových, procházejí plyny nejprve turbínou, které odevzdávají část své tepelné energie. Ten spotřebuje v tomto případě na pohon kompresoru, který slouží ke stlačování vzduchu před spalovací komorou. Ale každopádně tryska je poslední částí motoru – proudí jí plyny, než opustí motor.
Tryska může mít různé formy, a navíc odlišná konstrukce v závislosti na typu motoru. Hlavní je rychlost, s jakou plyny z motoru vytékají. Pokud tato výstupní rychlost nepřekročí rychlost, s jakou se šíří zvukové vlny ve vystupujících plynech, pak je tryska jednoduchým válcovým nebo zužujícím se trubkovým úsekem. Pokud rychlost výtoku musí překročit rychlost zvuku, pak má tryska tvar rozšiřující se trubky nebo nejprve zužující se a poté rozšiřující (Lovova tryska). Pouze v trubici takového tvaru, jak ukazuje teorie a zkušenost, je možné rozptýlit plyn do nadzvukových rychlostí, překročit "zvukovou bariéru".
Schéma proudového motoru
Turboventilátorový motor je nejrozšířenějším proudovým motorem v civilním letectví.
Palivo vstupující do motoru (1) je smícháno se stlačeným vzduchem a spalováno ve spalovacím prostoru (2). Expandující plyny roztáčí vysokorychlostní (3) a pomaloběžné turbíny, které zase pohánějí kompresor (5), ženou vzduch do spalovací komory, a ventilátory (6), ženou vzduch touto komorou a usměrňují jej. do výfukového potrubí. Vytlačením vzduchu poskytují ventilátory další tah. Motor tohoto typu je schopen vyvinout tah až 13 600 kg.
Závěr
Proudový motor má mnoho pozoruhodných vlastností, ale hlavní je následující. Raketa nepotřebuje k pohybu zemi, vodu ani vzduch, protože se pohybuje v důsledku interakce s plyny vznikajícími při spalování paliva. Proto se raketa může pohybovat v bezvzduchovém prostoru.
K. E. Ciolkovskij je zakladatelem teorie vesmírných letů. Vědecký důkaz o možnosti využití rakety pro lety do vesmíru, mimo zemskou atmosféru a na další planety sluneční soustavy poprvé podal ruský vědec a vynálezce Konstantin Eduardovič Ciolkovskij
Bibliografie
Encyklopedický slovník mladého technika.
Tepelné jevy v technice.
Materiály z webu http://goldref.ru/;
proud pohyb (2)
Abstrakt >> FyzikaCož je ve formě reaktivní proud je vyhozen z reaktivní motor; moje maličkost reaktivní motor- měnič energie... se kterým reaktivní motor ovlivňuje zařízení, které je tímto vybaveno reaktivní motor. tah reaktivní motor záleží na...
proud pohyb v přírodě a technologie
Abstrakt >> FyzikaSalp vpřed. Největší zájem je reaktivní motor oliheň. Oliheň je nejvíc...tj. přístroj s reaktivní motor pomocí paliva a okysličovadla umístěného na samotném zařízení. Reaktivní motor- Tento motor transformace...
Reaktivní vícenásobný odpalovací raketový systém BM-13 Kaťuša
Abstrakt >> Historické postavyhlavu a střelný prach reaktivní motor. Hlavová část svým způsobem ... pojistka a přídavná rozbuška. Reaktivní motor má spalovací komoru, v ... prudké zvýšení palebných schopností reaktivní
TRYSKOVÝ MOTOR, motor, který vytváří tažnou sílu potřebnou pro pohyb přeměnou potenciální energie na kinetickou energii tryskového proudu pracovní tekutiny. Pracovní tekutinou m se ve vztahu k motorům rozumí látka (plyn, kapalina, pevná látka), pomocí které se tepelná energie uvolňovaná při spalování paliva přeměňuje na užitečnou mechanickou práci. V důsledku výdechu pracovní tekutiny z trysky motoru vzniká reaktivní síla ve formě reakce (zpětného rázu) paprsku směřujícího do prostoru ve směru opačném k výstupu paprsku. Různé druhy energie (chemická, jaderná, elektrická, sluneční) lze přeměnit na kinetickou (rychlostní) energii tryskového proudu v proudovém motoru.
Proudový motor (motor s přímou reakcí) kombinuje samotný motor s vrtulí, to znamená, že zajišťuje vlastní pohyb bez účasti mezilehlých mechanismů. K vytvoření proudového tahu (tahu motoru) využívaného proudovým motorem potřebujete: zdroj počáteční (primární) energie, která se přeměňuje na kinetickou energii proudového proudu; pracovní tekutina, která je vystřikována z proudového motoru ve formě proudového proudu; samotný proudový motor je měnič energie. Tah motoru - jedná se o reaktivní sílu, která je výsledkem plynodynamických sil tlaku a tření působících na vnitřní a vnější povrchy motoru. Rozlišujte mezi vnitřním tahem (reaktivním tahem) - výslednicí všech plynodynamických sil působících na motor, bez zohlednění vnějšího odporu a efektivního tahu, s přihlédnutím k vnějšímu odporu elektrárny. Počáteční energie je uložena na palubě letadla nebo jiného zařízení vybaveného proudovým motorem (chemické palivo, jaderné palivo), nebo (v zásadě) může pocházet zvenčí (solární energie).
K získání pracovní tekutiny v proudovém motoru lze použít látku odebranou z prostředí (například vzduch nebo voda); látka umístěná v nádržích zařízení nebo přímo v komoře proudového motoru; směs látek pocházejících z prostředí a uložených na palubě vozidla. Moderní proudové motory využívají jako primární energii nejčastěji chemickou energii. V tomto případě jsou pracovní tekutinou žhavé plyny - produkty spalování chemického paliva. Při provozu proudového motoru se chemická energie hořících látek přeměňuje na tepelnou energii zplodin hoření a tepelná energie horkých plynů se přeměňuje na mechanickou energii dopředného pohybu proudnice a následně , zařízení, na kterém je motor instalován.
Princip činnosti proudového motoru
U proudového motoru (obr. 1) proud vzduchu vstupuje do motoru, setkává se s turbínami otáčejícími se velkou rychlostí kompresor , který čerpá vzduch z vnější prostředí(pomocí vestavěného ventilátoru). Tím jsou vyřešeny dva úkoly - primární sání vzduchu a chlazení celého motoru jako celku. Lopatky kompresorové turbíny stlačují vzduch asi 30x a více a „tlačí“ ho (vstřikují) do spalovací komory (vzniká pracovní tekutina), která je hlavní součástí každého proudového motoru. Spalovací komora funguje také jako karburátor, směšuje palivo se vzduchem. Může to být například směs vzduchu a petroleje, jako v proudovém motoru moderního proudového letadla, nebo směs kapalného kyslíku a alkoholu, jako u některých kapalných raketových motorů, nebo nějaký druh tuhého paliva pro práškové rakety. . Po vzdělání směs paliva a vzduchu zapálí se a uvolní se energie ve formě tepla, tj. proudové motory mohou být poháněny pouze látkami, které při chemické reakci v motoru (spalování) uvolňují velké množství tepla a tvoří také velké množství plynů .
V procesu zapalování dochází k výraznému zahřívání směsi a okolních částí a také k objemové expanzi. Proudový motor ve skutečnosti využívá k pohonu řízený výbuch. Spalovací komora proudového motoru je jednou z jeho nejžhavějších částí (teplota v ní dosahuje 2700 ° C), musí se neustále intenzivně chladit. Proudový motor je vybaven tryskou, kterou z motoru velkou rychlostí proudí horké plyny, produkty spalování paliva v motoru. U některých motorů vstupují plyny do trysky bezprostředně za spalovací komorou, například u raketových nebo náporových motorů. U proudových motorů procházejí nejprve plyny za spalovací komorou turbína , kterému je předána část své tepelné energie k pohonu kompresoru, který stlačuje vzduch před spalovací komorou. Ale každopádně tryska je poslední částí motoru – proudí jí plyny, než opustí motor. Tvoří přímý tryskový proud. Tryska je odeslána studený vzduch, čerpané kompresorem pro chlazení vnitřních částí motoru. Tryska může mít různé tvary a provedení v závislosti na typu motoru. Pokud rychlost výtoku musí překročit rychlost zvuku, pak má tryska tvar rozšiřující se trubky, nebo nejprve zúžení a pak roztažení (Lavalova tryska). Pouze v potrubí tohoto tvaru lze plyn urychlit na nadzvukovou rychlost, překročit „zvukovou bariéru“.
V závislosti na tom, zda je při provozu proudového motoru používáno prostředí nebo ne, jsou rozděleny do dvou hlavních tříd - proudové motory(WFD) a raketové motory(RD). Všechny WFD - tepelné motory, jehož pracovní tekutina vzniká při oxidační reakci hořlavé látky se vzdušným kyslíkem. Vzduch přicházející z atmosféry tvoří většinu pracovní tekutiny WFD. Zařízení s WFD tedy nese zdroj energie (palivo) na palubě a většinu pracovní tekutiny odebírá z okolí. Patří mezi ně proudový motor (TRD), náporový motor (náporový motor), pulzní proudový motor (PuVRD), hypersonický náporový motor (scramjet). Na rozdíl od WFD jsou všechny součásti pracovní kapaliny RD na palubě vozidla vybaveného RD. Absence vrtule interagující s prostředím a přítomnost všech složek pracovní tekutiny na palubě vozidla činí RD vhodným pro vesmírný provoz. Existují i kombinované raketové motory, které jsou jakoby kombinací obou hlavních typů.
Hlavní charakteristiky proudových motorů
Hlavní technický parametr charakterizující proudový motor je tah - síla, která vyvine motor ve směru pohybu zařízení, specifický impuls - poměr tahu motoru k hmotnosti raketového paliva (pracovní kapaliny) spotřebované za 1 s, nebo shodná charakteristika - měrná spotřeba palivo (množství paliva spotřebovaného za 1 s na 1 N tahu vyvinutého proudovým motorem), měrná hmotnost motoru (hmotnost proudového motoru v pracovním stavu na jednotku jím vyvinutého tahu). Pro mnoho typů proudových motorů důležité vlastnosti jsou dimenze a zdroje. Specifický impuls je ukazatelem stupně dokonalosti nebo kvality motoru. Výše uvedený diagram (obr. 2) graficky znázorňuje horní hodnoty tohoto ukazatele pro odlišné typy proudové motory v závislosti na rychlosti letu, vyjádřené ve formě Machova čísla, které umožňuje vidět rozsah každého typu motoru. Tento ukazatel je také měřítkem účinnosti motoru.
Tah - síla, kterou proudový motor působí na zařízení vybavené tímto motorem - je určena vzorcem: $$P = mW_c + F_c (p_c - p_n), $$ kde je $m$ hmotnostní tok(hmotnostní spotřeba) pracovní kapaliny po dobu 1 s; $W_c$ je rychlost pracovní tekutiny v sekci trysky; $F_c$ je plocha výstupní části trysky; $p_c$ – tlak plynu v sekci trysky; $p_n$ – okolní tlak (obvykle atmosférický tlak). Jak je ze vzorce vidět, tah proudového motoru závisí na okolním tlaku. Je největší v prázdnotě a nejméně ze všech v nejhustších vrstvách atmosféry, to znamená, že se mění v závislosti na výšce letu zařízení vybaveného proudovým motorem nad hladinou moře, pokud se uvažuje o letu v zemské atmosféře. Měrný impuls proudového motoru je přímo úměrný rychlosti výtoku pracovní tekutiny z trysky. Rychlost odtoku se zvyšuje se zvýšením teploty vystupující pracovní kapaliny a snížením molekulové hmotnosti paliva (čím nižší je molekulová hmotnost paliva, tím větší je objem plynů vznikajících při jeho spalování a následně rychlost jejich odtoku). Protože rychlost výfuku spalin (pracovní kapaliny) je určena fyzikálně-chemickými vlastnostmi složek paliva a Designové vlastnosti motoru, přičemž konstantní hodnota není příliš vysoká velké změny režimu činnosti proudového motoru, pak je velikost reaktivní síly určována především hmotností za sekundu spotřebou paliva a pohybuje se ve velmi širokém rozmezí (minimum u elektrických - maximum u raketových motorů na kapalná a pevná paliva). Proudové motory s nízkým tahem se používají především v systémech stabilizace a řízení letadel. Ve vesmíru, kde jsou gravitační síly pociťovány slabě a prakticky neexistuje médium, jehož odpor by se muselo překonávat, se dají využít i k přetaktování. RD s maximálním tahem je nezbytný pro odpalování raket na velké vzdálenosti a výšky a zejména pro vypouštění letadel do vesmíru, tedy pro jejich urychlení na první kosmickou rychlost. Takové motory spotřebují velmi velké množství paliva; obvykle pracují velmi krátkou dobu a urychlují rakety na danou rychlost.
WFD využívají jako hlavní složku pracovní tekutiny okolní vzduch, což je mnohem ekonomičtější. WJD mohou pracovat nepřetržitě po mnoho hodin, což je činí vhodnými pro použití v letectví. Různá schémata umožnilo jejich použití pro provozovaná letadla různé režimy let. Hojně se používají proudové motory (TRD), které jsou bez výjimky instalovány na téměř všech moderních letadlech. Stejně jako všechny motory, které využívají atmosférický vzduch, i proudové motory potřebují speciální zařízení ke stlačování vzduchu před vstupem do spalovací komory. U proudového motoru se ke stlačování vzduchu používá kompresor a konstrukce motoru do značné míry závisí na typu kompresoru. Bezkompresorové proudové motory jsou konstrukčně mnohem jednodušší, u nichž se potřebné zvýšení tlaku provádí jinými způsoby; jedná se o pulzující a přímoproudé motory. U pulzujícího proudového motoru (PUVRD) se to obvykle provádí ventilovou mřížkou instalovanou na vstupu motoru, když nová část směsi paliva a vzduchu naplní spalovací komoru a dojde v ní k záblesku, ventily se uzavřou a izolují spalovací komory od vstupu motoru. Výsledkem je, že tlak v komoře stoupá a plyny proudí ven tryskou, načež se celý proces opakuje. V nekompresorovém motoru jiného typu, náporovém motoru, není ani toto ventilové pole a atmosférický vzduch, vstupující do vstupu motoru rychlostí rovnou rychlosti letu, je tlakem rychlosti stlačen a vstupuje do spalovací komory. Vstřikované palivo hoří, zvyšuje se tepelný obsah proudu, který proudí ven tryskou rychlostí větší než je rychlost letu. Díky tomu se vytváří proudový tah náporového proudu. Hlavní nevýhodou náporového letadla je neschopnost samostatně zajistit vzlet a zrychlení letadla (LA). Nejprve je nutné zrychlit letadlo na rychlost, na kterou je nápor spuštěn a je zajištěn jeho stabilní provoz. Zvláštnost aerodynamického schématu nadzvukových letadel s náporovými motory (náporové motory) je způsobena přítomností speciálních akceleračních motorů, které poskytují rychlost potřebnou pro zahájení stabilního provozu náporového letadla. Tím je ocasní část konstrukce těžší a vyžaduje instalaci stabilizátorů pro zajištění potřebné stability.
Historický odkaz
Princip proudového pohonu je znám již dlouhou dobu. Volavčí kouli lze považovat za praotce proudového motoru. Pevné raketové motory(RDTT - raketový motor na tuhá paliva) - práškové rakety se objevily v Číně v 10. stol. n. E. Po stovky let byly takové střely používány nejprve na východě a poté v Evropě jako ohňostroje, signální, bojové. Důležitý milník při vývoji myšlenky proudového pohonu byla myšlenka použít raketu jako motor pro letadlo. Poprvé jej zformuloval ruský revolucionář Narodnaja Volja N. I. Kibalčič, který v březnu 1881, krátce před svou popravou, navrhl schéma letadla (raketového letadla) využívajícího proudový pohon z výbušných práškových plynů. Raketové motory na tuhá paliva se používají ve všech třídách vojenských raket (balistické, protiletadlové, protitankové atd.), ve vesmíru (například jako startovací a udržovací motory) a v letecké technice (vzletové posilovače letadel, v systémy vyhození), atd. Malé motory na tuhá paliva se používají jako posilovače pro vzlet letadel. Elektrické raketové motory a jaderné raketové motory lze použít v kosmických lodích.
Proudové motory a dvouokruhové proudové motory jsou vybaveny většinou vojenských i civilních letadel po celém světě, používají se ve vrtulnících. Tyto proudové motory jsou vhodné pro lety podzvukovou i nadzvukovou rychlostí; instalují se i na projektilová letadla, v prvních stupních lze použít nadzvukové proudové motory letecká letadla, raketová a kosmická technika atd.
Velký význam pro vytvoření proudových motorů měly teoretické práce ruských vědců S. S. Nezhdanovského, I. V. Meshchersky, N. E. Žukovského, práce francouzského vědce R. Enot-Peltriho, německého vědce G. Obertha. Důležitým příspěvkem k vytvoření VRD byla práce sovětského vědce B. S. Stechkina The Theory of an Air Jet Engine, publikovaná v roce 1929. Prakticky více než 99 % letadel používá v té či oné míře proudový motor.
Tryskový pohyb je proces, při kterém se jedna jeho část určitou rychlostí odděluje od určitého tělesa. Síla, která v tomto případě vzniká, pracuje sama o sobě, bez sebemenšího kontaktu s vnějšími tělesy. Proudový pohon byl podnětem ke vzniku proudového motoru. Princip jeho fungování je založen právě na této síle. Jak takový motor funguje? Zkusme na to přijít.
Historická fakta
Myšlenku využití proudového tahu, který by umožnil překonat gravitační sílu Země, předložil v roce 1903 fenomén ruské vědy - Ciolkovskij. Na toto téma publikoval celou studii, která však nebyla brána vážně. Konstantin Eduardovič, který přežil změnu politického systému, strávil roky práce, aby všem dokázal, že má pravdu.
Dnes se hodně mluví o tom, že revolucionář Kibalchich byl v této věci první. Ale vůle tohoto muže v době zveřejnění děl Tsiolkovského byla pohřbena spolu s Kibalchichem. Navíc nešlo o plnohodnotné dílo, ale pouze o náčrtky a náčrty – revolucionář ve svých dílech nemohl přinést spolehlivý základ pro teoretické výpočty.
Jak funguje reaktivní síla?
Abyste pochopili, jak funguje proudový motor, musíte pochopit, jak tato síla funguje.
Představte si tedy výstřel z jakékoli střelné zbraně. Tento dobrý příklad reaktivní síla. Proud horkého plynu, který vznikl při hoření náplně v náboji, tlačí zbraň zpět. Čím silnější je náboj, tím silnější bude návrat.
A nyní si představte proces vznícení hořlavé směsi: probíhá postupně a nepřetržitě. Přesně tak vypadá princip fungování náporového motoru. Podobně funguje i raketa s proudovým motorem na tuhá paliva – jde o nejjednodušší variantu. Znají to i začínající raketoví modeláři.
Jako palivo pro proudové motory byl poprvé použit černý prach. Proudové motory, jejichž princip byl již pokročilejší, vyžadovaly palivo na bázi nitrocelulózy, která byla rozpuštěna v nitroglycerinu. Ve velkých jednotkách, které vypouštějí rakety vynášející na oběžnou dráhu raketoplány, dnes jako oxidační činidlo používají speciální směs polymerního paliva s chloristanem amonným.
Princip fungování RD
Nyní stojí za to pochopit princip fungování proudového motoru. K tomu můžete zvážit klasiku - kapalinové motory, které se od dob Ciolkovského příliš nezměnily. Tyto jednotky používají palivo a okysličovadlo.
Jako poslední se používá kapalný kyslík nebo kyselina dusičná. Jako palivo se používá petrolej. Moderní kapalné motory kryogenního typu spotřebovávají kapalný vodík. Při oxidaci kyslíkem zvyšuje specifický impuls (až o 30 procent). V hlavě Ciolkovského se zrodila i myšlenka, že by se dal využít vodík. Kvůli extrémní výbušnosti však bylo v té době nutné hledat jiné palivo.
Princip fungování je následující. Komponenty vstupují do spalovací komory ze dvou samostatných nádrží. Po smíchání se změní na hmotu, která při spalování uvolňuje obrovské množství tepla a desetitisíce atmosfér tlaku. Oxidační činidlo se přivádí do spalovací komory. palivová směs při průchodu mezi dvojitými stěnami komory a tryskou tyto prvky ochlazuje. Dále palivo ohřáté stěnami vstoupí do zóny vznícení velkým počtem trysek. Proud, který je tvořen tryskou, vyráží. Díky tomu je zajištěn tlačný moment.
Stručně řečeno, princip činnosti proudového motoru lze přirovnat k hořáku. To druhé je však mnohem jednodušší. Ve schématu jeho provozu nejsou žádné různé pomocné motorové systémy. A to jsou kompresory potřebné k vytvoření vstřikovacího tlaku, turbíny, ventily a další prvky, bez kterých je proudový motor prostě nemožný.
Navzdory skutečnosti, že kapalné motory spotřebují hodně paliva (spotřeba paliva je přibližně 1000 gramů na 200 kilogramů nákladu), stále se používají jako pochodové jednotky pro nosné rakety a posunovací jednotky pro orbitální stanice a další kosmické lodě.
přístroj
Typický proudový motor je uspořádán následovně. Jeho hlavní uzly jsou:
Kompresor;
spalovací komora;
Turbíny;
Výfukový systém.
Zvažme tyto prvky podrobněji. Kompresor se skládá z několika turbín. Jejich úkolem je nasávat a stlačovat vzduch, když prochází lopatkami. Proces komprese zvyšuje teplotu a tlak vzduchu. Část tohoto stlačeného vzduchu se přivádí do spalovací komory. V něm se vzduch mísí s palivem a dochází ke vznícení. Tento proces dále zvyšuje tepelnou energii.
Směs opouští spalovací komoru vysokou rychlostí a poté expanduje. Poté následuje další turbína, jejíž lopatky se otáčejí působením plynů. Tato turbína napojená na kompresor umístěný před agregátem jej uvádí do pohybu. Vzduch ohřátý na vysoké teploty, vystupuje skrz výfukový systém. Teplota, již dostatečně vysoká, stále stoupá v důsledku škrtícího efektu. Poté vzduch úplně vystoupí.
letecký motor
Tyto motory používají i letadla. Takže například proudové jednotky jsou instalovány v obrovských osobních vložkách. Od obvyklých se liší přítomností dvou nádrží. Jeden obsahuje palivo a druhý okysličovadlo. Zatímco proudový motor přenáší pouze palivo, vzduch vháněný z atmosféry se používá jako okysličovadlo.
Proudový motor
Princip činnosti leteckého proudového motoru je založen na stejné reaktivní síle a stejných fyzikálních zákonech. Nejdůležitější částí jsou lopatky turbíny. Konečný výkon závisí na velikosti čepele.
Právě díky turbínám vzniká tah, který je potřebný k urychlení letadla. Každá z lopatek je desetkrát výkonnější než běžný automobilový spalovací motor. Turbíny jsou instalovány za spalovací komorou, kde je nejvyšší tlak. A teplota zde může dosáhnout jednoho a půl tisíce stupňů.
Dvouokruhový RD
Tyto jednotky mají mnoho výhod oproti proudovým. Například výrazně nižší spotřeba paliva při stejném výkonu.
Samotný motor má ale složitější konstrukci a větší hmotnost.
Ano, a princip fungování obtokového proudového motoru je mírně odlišný. Vzduch zachycený turbínou je částečně stlačen a přiváděn do prvního okruhu ke kompresoru a do druhého okruhu k pevným lopatkám. Turbína pak funguje jako nízkotlaký kompresor. V prvním okruhu motoru je vzduch stlačován a ohříván a následně přes kompresor vysoký tlak přiváděny do spalovací komory. Zde se palivo míchá a vznítí. Vznikají plyny, které jsou přiváděny do vysokotlaké turbíny, díky čemuž se lopatky turbíny otáčejí a ty zase dodávají rotační pohyb vysokotlakému kompresoru. Plyny pak procházejí nízkotlakou turbínou. Ten pohání ventilátor a nakonec se plyny dostanou ven a vytvoří trakci.
Synchronní pojezdové dráhy
Jedná se o elektromotory. Princip činnosti synchronního reluktančního motoru je podobný jako u krokové jednotky. Střídavý proud aplikován na stator a vytváří magnetické pole kolem rotoru. Ten se otáčí díky tomu, že se snaží minimalizovat magnetický odpor. Tyto motory nemají nic společného s průzkumem vesmíru a starty raketoplánů.
Jak funguje a funguje motor na kapalná paliva
Motory na kapalná paliva se v současnosti používají jako motory pro těžké rakety PVO, rakety dlouhého doletu a stratosférické střely, raketová letadla, raketové bomby, letecká torpéda atd. Někdy se LRE používají také jako startovací motory pro usnadnění startu letadel.
S ohledem na hlavní účel LRE se seznámíme s jejich konstrukcí a provozem na příkladech dvou motorů: jeden pro raketu dlouhého doletu nebo stratosférickou raketu, druhý pro raketové letadlo. Tyto konkrétní motory nejsou zdaleka typické ve všem a samozřejmě jsou podřadné ve svých datech. nejnovější motory tohoto typu, ale přesto jsou v mnoha ohledech charakteristické a dávají poměrně jasnou představu o moderním motoru na kapalné pohonné hmoty.
LRE pro rakety dlouhého doletu nebo stratosférické rakety
Rakety tohoto typu se používaly buď jako supertěžká střela dlouhého doletu nebo pro průzkum stratosféry. Pro vojenské účely je použili Němci k bombardování Londýna v roce 1944. Tyto střely měly asi tun explozivní a dolet asi 300 km. Hlava rakety při průzkumu stratosféry nese místo výbušnin různé výzkumné zařízení a obvykle má zařízení na oddělení od rakety a sestup na padáku. Výška zdvihu rakety 150–180 km.
Vzhled takové rakety je znázorněn na Obr. 26 a jeho řez na Obr. 27. Postavy lidí, stojící poblíž s raketou udělejte představu o působivé velikosti rakety: její celková délka je 14 m, průměr cca 1,7 m, a opeření asi 3.6 m, hmotnost vybavené rakety výbušninami je 12,5 tuny.
Obr. 26. Příprava ke startu stratosférické rakety.
Raketa je poháněna motorem na kapalné palivo umístěným v její zadní části. Celkový pohled na motor je na obr. 28. Motor běží na dvousložkové palivo - běžný vinný (etyl)alkohol 75% a kapalný kyslík, které jsou skladovány ve dvou samostatných velké nádrže, jak je znázorněno na OBR. 27. Zásoba paliva na raketě je asi 9 tun, což je téměř 3/4 celkové hmotnosti rakety a co do objemu tvoří palivové nádrže většinu celého objemu rakety. I přes tak obrovské množství paliva to vystačí pouze na 1 minutu chodu motoru, protože motor spotřebuje více než 125 kg paliva za sekundu.
Obr. 27. Část rakety dlouhého doletu.
Množství obou složek paliva, lihu a kyslíku, je počítáno tak, aby vyhořely současně. Protože pro spalování 1 kg alkohol v tento případ spotřebuje cca 1,3 kg kyslík, palivová nádrž pojme přibližně 3,8 tuny alkoholu a nádrž okysličovadla pojme asi 5 tun kapalného kyslíku. Tedy i v případě lihu, který ke spalování vyžaduje podstatně méně kyslíku než benzín nebo petrolej, by plnění obou nádrží samotným palivem (líhem) pomocí atmosférického kyslíku prodloužilo životnost motoru dvakrát až třikrát. Zde přichází na řadu potřeba mít na palubě rakety okysličovadlo.
Obr. 28. Raketový motor.
Mimovolně se nabízí otázka: jak raketa urazí vzdálenost 300 km, když motor běží pouze 1 minutu? To je vysvětleno na Obr. 33, který ukazuje trajektorii rakety a také změnu rychlosti podél trajektorie.
Start rakety se provádí po umístění do svislé polohy pomocí světla startovací zařízení, jak je vidět na OBR. 26. Raketa po startu zpočátku stoupá téměř vertikálně a po 10–12 sekundách letu se začne od vertikály odchylovat a působením kormidel ovládaných gyroskopy se pohybuje po dráze blízké oblouku kruhu . Takový let trvá celou dobu za chodu motoru, tedy asi 60 sekund.
Když otáčky dosáhnou vypočítané hodnoty, řídicí zařízení vypnou motor; do této doby už v nádržích raket nezůstalo téměř žádné palivo. Výška rakety na konci motoru je 35–37 km, a osa rakety svírá s horizontem úhel 45° (bod A na obr. 29 odpovídá této poloze rakety).
Obr. 29. Dráha letu rakety dlouhého doletu.
Tento elevační úhel poskytuje maximální dostřel v následném letu, kdy se raketa pohybuje setrvačností, jako dělostřelecký granát, který by vyletěl z děla s uříznutou hlavní ve výšce 35–37 km. Dráha dalšího letu se blíží parabole a celková doba letu je přibližně 5 minut. Maximální výška, které raketa dosáhne, je v tomto případě 95-100 km, stratosférické rakety dosahují mnohem vyšších nadmořských výšek, více než 150 km. Na fotografiích pořízených z této výšky zařízením namontovaným na raketě je již dobře patrná kulovitost země.
Je zajímavé sledovat, jak se mění rychlost letu po trajektorii. Po vypnutí motoru, tedy po 60 sekundách letu, dosáhne letová rychlost nejvyšší hodnoty a je přibližně 5500 km/h, tj. 1525 slečna. Právě v tuto chvíli se také stává největší výkon motoru, který u některých raket dosahuje téměř 600 000 l. S.! Dále vlivem gravitace rychlost rakety klesá a po dosažení nejvyššího bodu trajektorie ze stejného důvodu začíná opět růst, dokud raketa nevstoupí do hustých vrstev atmosféry. Během celého letu, kromě úplně počáteční fáze - zrychlení - rychlost rakety výrazně převyšuje rychlost zvuku, průměrná rychlost podél celé trajektorie je přibližně 3500 km/h a dokonce i na zemi padá raketa rychlostí dvaapůlkrát vyšší než je rychlost zvuku a rovná se 3000 km/h. Znamená to, že silný zvuk z letu rakety přichází až po jejím pádu. Zde již nebude možné zachytit přiblížení rakety pomocí snímačů zvuku, běžně používaných v letectví nebo námořnictvu, to bude vyžadovat zcela jiné metody. Tyto metody jsou založeny na použití rádiových vln místo zvuku. Rádiová vlna se totiž šíří rychlostí světla – nejvyšší možnou rychlostí na zemi. Tato rychlost 300 000 km/s je samozřejmě více než dostačující k označení přiblížení nejrychlejší rakety.
Další problém souvisí s vysokou rychlostí letu rakety. Faktem je, že při vysokých rychlostech letu v atmosféře vlivem brzdění a stlačování vzduchu běžícího na raketě velmi stoupá teplota jejího těla. Z výpočtu vyplývá, že teplota stěn výše popsané rakety by měla dosahovat 1000–1100 °C. Testy však ukázaly, že ve skutečnosti je tato teplota díky ochlazování stěn vedením tepla a sáláním mnohem nižší, ale přesto dosahuje 600–700 °C, tedy raketa se zahřeje do rudého žáru. S rostoucí rychlostí letu rakety bude teplota jejích stěn rychle stoupat a může se stát vážnou překážkou pro další zvyšování rychlosti letu. Připomeňme, že meteority (nebeské kameny) praskají obrovskou rychlostí, až 100 km/s v hranicích zemské atmosféry zpravidla „vyhoří“, a to, co považujeme za padající meteorit („padající hvězda“), je ve skutečnosti pouze sraženina horkých plynů a vzduchu, která vznikla v důsledku pohyb meteoritu v atmosféře vysokou rychlostí. Lety s velmi vysokou rychlostí jsou proto možné pouze ve vyšších vrstvách atmosféry, kde je vzduch vzácnější, nebo mimo ni. Čím blíže k zemi, tím méně povolené rychlosti let.
Obr. 30. Schéma raketového motoru.
Schéma raketového motoru je na obr. 30. Pozoruhodná je relativní jednoduchost tohoto schématu ve srovnání s konvenčními pístovými leteckými motory; zvláště charakteristická pro LRE je téměř úplná absence in napájecí obvod pohyblivé části motoru. Hlavními prvky motoru jsou spalovací komora, proudová tryska, vyvíječ páry a turbočerpadla pro přívod paliva a řídicí systém.
Ve spalovací komoře dochází ke spalování paliva, tj. k přeměně chemické energie paliva na tepelnou energii a v trysce se tepelná energie spalin přeměňuje na vysokorychlostní energii paprsku plynu proudícího z motoru do atmosféry. Jak se mění skupenství plynů při jejich proudění v motoru ukazuje Obr. 31.
Tlak ve spalovací komoře je 20–21 ata a teplota dosahuje 2 700 °C. Charakteristické pro spalovací komoru je obrovské množství tepla, které se v ní uvolňuje při spalování za jednotku času nebo, jak se říká, hustota tepla komory. V tomto ohledu je spalovací komora LRE výrazně lepší než všechna ostatní spalovací zařízení známá v oboru (kotlové pece, válce motoru). s vnitřním spalováním a další). V tomto případě množství tepla uvolněného za sekundu ve spalovací komoře motoru stačí k uvaření více než 1,5 tuny ledové vody! Aby spalovací komora neselhala s tak obrovským množstvím tepla, které se v ní uvolňuje, je nutné intenzivně ochlazovat její stěny, ale i stěny trysky. Za tímto účelem, jak je vidět na OBR. 30 jsou spalovací prostor a tryska chlazeny palivem - lihem, který nejprve omývá jejich stěny a teprve poté zahřátý vstupuje do spalovací komory. Tento chladicí systém, navržený Ciolkovským, je také výhodný, protože teplo odváděné ze stěn se neztrácí a vrací se opět do komory (proto se takovému chladicímu systému někdy říká regenerační). Pouze vnější chlazení stěn motoru však nestačí a pro snížení teploty stěn je současně aplikováno chlazení jejich vnitřního povrchu. Za tímto účelem mají stěny na řadě míst malé otvory umístěné v několika prstencových pásech, takže těmito otvory vstupuje alkohol do komory a trysky (asi 1/10 jeho celkové spotřeby). Chladný film tohoto alkoholu, stékající a odpařující se na stěnách, je chrání před přímý kontakt s plamenem kahanu a tím snižuje teplotu stěn. Navzdory tomu, že teplota plynů smývajících se z vnitřní strany stěn přesahuje 2500 °C, teplota vnitřního povrchu stěn, jak ukázaly testy, nepřesahuje 1000 °C.
Obr. 31. Změna skupenství plynů v motoru.
Palivo je přiváděno do spalovací komory přes 18 předkomorových hořáků umístěných na její čelní stěně. Kyslík vstupuje do komory skrz centrální trysky a alkohol opouštějící chladicí plášť prstencem malých trysek kolem každé předkomory. Tímto způsobem je zajištěno dostatečně dobré promíchání paliva, které je nutné pro realizaci úplné spalování po tuto velmi krátkou dobu, kdy je palivo ve spalovací komoře (setiny sekundy).
Tryska motoru je vyrobena z oceli. Jeho tvar, jak je jasně vidět na obr. 30 a 31, je nejprve zužující a poté rozšiřující trubka (tzv. Lavalova tryska). Jak již bylo zmíněno dříve, trysky a práškové raketové motory mají stejný tvar. Co vysvětluje tento tvar trysky? Jak víte, úkolem trysky je zajistit úplnou expanzi plynu za účelem dosažení nejvyšší rychlosti výfuku. Pro zvýšení rychlosti proudění plynu potrubím se musí jeho průřez nejprve postupně zmenšovat, k čemuž dochází i při proudění kapalin (například vody). Rychlost plynu se však bude zvyšovat pouze do té doby, než se bude rovnat rychlosti zvuku v plynu. Další zvýšení rychlosti, na rozdíl od kapaliny, bude možné pouze s roztažením potrubí; tento rozdíl mezi průtokem plynu a průtokem kapaliny je způsoben skutečností, že kapalina je nestlačitelná a objem plynu se během expanze značně zvětšuje. V hrdle trysky, tedy v její nejužší části, je rychlost proudění plynu vždy rovna rychlosti zvuku v plynu, v našem případě asi 1000 slečna. Výstupní rychlost, tj. rychlost ve výstupní části trysky, je 2100–2200 slečna(specifický tah je tedy přibližně 220 kg s/kg).
Přívod paliva z nádrží do spalovacího prostoru motoru je prováděn pod tlakem pomocí čerpadel poháněných turbínou a uspořádaných spolu s ní do jediné turbočerpadlové jednotky, jak je vidět na Obr. 30. U některých motorů se přívod paliva provádí pod tlakem, který je vytvořen hermeticky palivové nádrže s pomocí nějakého inertního plynu – například dusíku uloženého pod vysokým tlakem ve speciálních lahvích. Takový napájecí systém je jednodušší než čerpací, ale s dostatkem vysoký výkon motor, je těžší. Avšak i při čerpání paliva do motoru, který popisujeme, jsou nádrže, jak kyslík, tak alkohol, pod určitým přetlakem zevnitř, aby se usnadnil provoz čerpadel a chránily nádrže před zhroucením. Tento tlak (1,2–1,5 ata) se vytváří v nádrži na alkohol se vzduchem nebo dusíkem, v nádrži na kyslík - s parami odpařujícího se kyslíku.
Obě čerpadla jsou odstředivého typu. Turbína, která pohání čerpadla, běží na paroplynovou směs vznikající rozkladem peroxidu vodíku ve speciálním paroplynovém generátoru. Do tohoto vyvíječe páry a plynu se ze speciální nádrže přivádí manganistan sodný, což je katalyzátor urychlující rozklad peroxidu vodíku. Při startu rakety se peroxid vodíku pod tlakem dusíku dostává do paroplynového generátoru, ve kterém začíná prudká reakce rozkladu peroxidu s uvolňováním vodní páry a plynného kyslíku (jedná se o tzv. „studenou reakci“, která je někdy se používá k vytvoření tahu, zejména u odpalovacích raketových motorů). Směs pára-plyn o teplotě asi 400 °C a tlaku nad 20 ata, vstupuje do kola turbíny a poté se uvolňuje do atmosféry. Síla turbíny je plně vynaložena na pohon obou palivová čerpadla. Tento výkon už není tak malý - při 4000 otáčkách turbínového kola dosahuje téměř 500 l. S.
Vzhledem k tomu, že směs kyslíku a alkoholu není samovolně reagující palivo, musí být k zahájení spalování poskytnut nějaký druh zapalovacího systému. V motoru se zapalování provádí pomocí speciální pojistky, která tvoří plamenný hořák. K tomuto účelu se obvykle používala pyrotechnická zápalnice (pevný rozněcovač např. střelný prach), méně se používal rozněcovač kapalný.
Start rakety se provádí následovně. Při zapálení zapalovacího hořáku se otevřou hlavní ventily, kterými se do spalovací komory dostává líh a kyslík gravitací z nádrží. Všechny ventily v motoru jsou ovládány stlačeným dusíkem uloženým na raketě v baterii vysokotlakých válců. Když začne spalování paliva, pozorovatel umístěný v dálce s pomocí elektrický kontakt zahrnuje dodávku peroxidu vodíku do parogenerátoru. Začíná pracovat turbína, která pohání čerpadla dodávající líh a kyslík do spalovací komory. Tah roste a když přesáhne hmotnost rakety (12-13 tun), raketa vzlétne. Od okamžiku zapálení zapalovacího plamene do okamžiku, kdy motor vyvine plný tah, uplyne pouze 7-10 sekund.
Při startování je velmi důležité zajistit přísné pořadí vstupu obou složek paliva do spalovací komory. To je jeden z důležitých úkolů systému řízení a regulace motoru. Pokud se jedna ze složek nahromadí ve spalovacím prostoru (protože se sání druhé zpozdí), pak většinou následuje výbuch, při kterém často selže motor. To je spolu s občasnými přerušeními spalování jedním z nejvíce běžné příčiny katastrofy během testů LRE.
Pozoruhodná je zanedbatelná hmotnost motoru v porovnání s tahem, který vyvíjí. Když je hmotnost motoru nižší než 1000 kg tah je 25 tun, takže měrná hmotnost motoru, tedy hmotnost na jednotku tahu, je pouze
Pro srovnání uvádíme, že běžný pístový letecký motor běžící na vrtuli má měrnou hmotnost 1–2 kg/kg, tedy několik desítekkrát více. Důležité také je, že měrná hmotnost raketového motoru se nemění se změnou rychlosti letu, zatímco měrná hmotnost pístového motoru s rostoucí rychlostí rychle roste.
LRE pro raketová letadla
Obr. 32. Project LRE s nastavitelným tahem.
1 - mobilní jehla; 2 - mechanismus pro pohyb jehly; 3 - přívod paliva; 4 - přívod oxidantu.
Hlavním požadavkem na letecký motor na kapalná paliva je schopnost měnit vyvíjený tah v souladu s letovými režimy letadla až po zastavení a opětovné spuštění motoru za letu. Nejjednodušším a nejběžnějším způsobem změny tahu motoru je regulace přívodu paliva do spalovacího prostoru, v důsledku čehož se mění tlak v komoře a tah. Tento způsob je však nevýhodný, neboť s poklesem tlaku ve spalovací komoře, který se snižuje za účelem snížení tahu, klesá podíl tepelné energie paliva přecházející do vysokorychlostní energie paprsku. To má za následek zvýšení spotřeby paliva o 1 kg tahu a následně o 1 l. S. výkon, to znamená, že motor začne pracovat méně ekonomicky. Aby se tento nedostatek snížil, letecké raketové motory mají často dvě až čtyři spalovací komory místo jedné, což umožňuje vypnout jednu nebo více komor při provozu na snížený výkon. Regulace tahu změnou tlaku v komoře, tedy přiváděním paliva, je i v tomto případě zachována, ale používá se jen v malém rozsahu do poloviny tahu vypnuté komory. Nejvýhodnějším způsobem regulace tahu raketového motoru na kapalné palivo by byla změna průtokové plochy jeho trysky při současném snížení dodávky paliva, protože v tomto případě by bylo dosaženo snížení množství unikajících plynů za sekundu. při zachování stejného tlaku ve spalovací komoře, a tedy i rychlosti výfuku. Taková regulace průtokové plochy trysky by mohla být provedena například pomocí pohyblivé jehly speciálního profilu, jak je znázorněno na Obr. 32, znázorňující konstrukci raketového motoru na kapalné palivo s tímto způsobem regulovaným tahem.
Na OBR. 33 jednokomorový letecký raketový motor a Obr. 34 - stejný raketový motor, ale s přídavnou malou komorou, která se používá při cestovním letu, když je vyžadován malý tah; hlavní fotoaparát je zcela vypnutý. Na maximální režim obě komory fungují a ta velká vyvine tah 1700 kg, a malé - 300 kg, takže celkový tah je 2000 kg. Zbytek motorů je designově podobný.
Motory zobrazené na Obr. 33 a 34 fungují na samozápalné palivo. Toto palivo se skládá z peroxidu vodíku jako okysličovadla a hydrazinhydrátu jako paliva v hmotnostním poměru 3:1. Přesněji řečeno, palivo je komplexní složení sestávající z hydrazinhydrátu, metylalkoholu a solí mědi jako katalyzátoru, který zajišťuje rychlou reakci (používají se i jiné katalyzátory). Nevýhodou tohoto paliva je, že způsobuje korozi částí motoru.
Hmotnost jednokomorového motoru je 160 kg, měrná hmotnost je
na kilogram tahu. Délka motoru - 2,2 m. Tlak ve spalovací komoře je asi 20 ata. Při provozu s minimální dodávkou paliva získat nejmenší tah, který je 100 kg, tlak ve spalovací komoře klesne na 3 ata. Teplota ve spalovací komoře dosahuje 2500 °C, průtok plynu je asi 2100 slečna. Spotřeba paliva je 8 kg/s a měrná spotřeba paliva je 15,3 kg palivo za 1 kg tah za hodinu.
Obr. 33. Jednokomorový raketový motor pro raketová letadla
Obr. 34. Dvoukomorový letecký raketový motor.
Obr. 35. Schéma dodávky paliva v leteckém LRE.
Schéma přívodu paliva do motoru je na Obr. 35. Stejně jako u raketového motoru je dodávka paliva a okysličovadla uložena v samostatných nádržích prováděna při tlaku asi 40 atačerpadla poháněná oběžným kolem. Celkový pohled na jednotku turbočerpadla je znázorněn na Obr. 36. Turbína běží na paroplynovou směs, která se stejně jako dříve získává rozkladem peroxidu vodíku v paroplynovém generátoru, který je v tomto případě naplněn pevným katalyzátorem. Palivo před vstupem do spalovací komory ochlazuje stěny trysky a spalovací komory, přičemž cirkuluje ve speciálním chladicím plášti. Změny dodávky paliva nutné pro řízení tahu motoru za letu se dosáhne změnou přívodu peroxidu vodíku do paroplynového generátoru, což způsobí změnu otáček turbíny. Maximální počet otáčky turbíny jsou 17 200 ot./min. Motor se spouští pomocí elektromotoru, který pohání jednotku turbočerpadla.
Obr. 36. Turbočerpadlový agregát leteckého raketového motoru.
1 - převodový pohon ze startovacího elektromotoru; 2 - čerpadlo pro okysličovadlo; 3 - turbína; 4 - palivové čerpadlo; 5 - výfukové potrubí turbíny.
Na OBR. 37 je schéma instalace jednokomorového raketového motoru v zadní části trupu jednoho z experimentálních raketových letounů.
Účel letadel s motory na kapalné pohonné hmoty je dán vlastnostmi raketových motorů na kapalné pohonné hmoty - vysokým tahem a tím i vysokým výkonem při vysokých rychlostech letu a velkých výškách a nízkou účinností, tedy vysokou spotřebou paliva. Proto jsou raketové motory obvykle instalovány na vojenských letounech - záchytných stíhačkách. Úkolem takového letounu je po obdržení signálu o přiblížení nepřátelského letounu rychle vzlétnout a získat vysokou výšku, ve které tyto letouny obvykle létají, a poté s využitím své přednosti v rychlosti letu uvalit na vzdušnou bitvu. nepřítel. Celková doba letu letadla s motorem na kapalné palivo je dána zásobou paliva v letadle a je 10-15 minut, takže tyto letouny mohou obvykle provádět bojové operace pouze v prostoru svého letiště. .
Obr. 37. Schéma instalace raketových motorů do letadla.
Obr. 38. Raketový stíhač (pohled ve třech projekcích)
Na OBR. 38 znázorňuje přepadový stíhač s LRE popsaným výše. Rozměry tohoto letadla, stejně jako jiných letadel tohoto typu, jsou obvykle malé. Celková hmotnost letadla s palivem je 5100 kg; rezerva paliva (přes 2,5 tuny) vystačí pouze na 4,5 minuty chodu motoru na plný výkon. Maximální rychlost letu - přes 950 km/h; strop letadla, tj. maximální výška, které může dosáhnout, je 16 000 m. Stoupavost letadla se vyznačuje tím, že za 1 minutu může stoupnout z 6 na 12 km.
Obr. 39. Zařízení raketového letadla.
Na OBR. 39 znázorňuje zařízení jiného letadla s raketovým motorem; Jedná se o experimentální letadlo postavené k dosažení letových rychlostí přesahujících rychlost zvuku (tj. 1200 km/h u země). Na letadle, v zadní části trupu, je instalován LRE, který má čtyři stejné komory s celkovým tahem 2720 kg. Délka motoru 1400 mm, maximální průměr 480 mm, váha 100 kg. Zásoba paliva v letadle, které se používá jako alkohol a kapalný kyslík, je 2360 l.
Obr. 40. Čtyřkomorový letecký raketový motor.
Vnější pohled na tento motor je na obr. 40.
Další aplikace LRE
Spolu s hlavním využitím raketových motorů na kapalná paliva jako motorů pro rakety dlouhého doletu a raketová letadla se v současnosti používají v řadě dalších případů.
Dost široké uplatnění obdržely raketové motory na kapalná paliva jako motory těžkých raketových projektilů, podobné těm, které jsou znázorněny na obr. 41. Motor této střely může sloužit jako příklad nejjednoduššího raketového motoru. Palivo (benzín a kapalný kyslík) je přiváděno do spalovacího prostoru tohoto motoru pod tlakem neutrálního plynu (dusík). Na OBR. 42 znázorňuje schéma těžké rakety používané jako výkonná protiletadlová střela; ukazuje diagram rozměry rakety.
LRE se také používají jako startovací letecké motory. V tomto případě se někdy používá nízkoteplotní rozkladná reakce peroxidu vodíku, proto se takovým motorům říká „studené“.
Existují případy použití LRE jako posilovačů pro letadla, zejména letadla s proudovými motory. V tomto případě jsou palivová čerpadla někdy poháněna z hřídele proudového motoru.
Raketové motory na kapalné pohonné hmoty se také používají spolu s práškovými motory pro vypouštění a urychlování letadel (nebo jejich modelů) s náporovými motory. Jak víte, tyto motory vyvinou velmi vysoký tah při vysokých rychlostech letu, vysokých rychlostech zvuku, ale při vzletu nevyvinou tah vůbec.
Na závěr je třeba zmínit ještě jednu aplikaci LRE, která nedávno proběhla. Pro studium chování letadla při vysokých rychlostech letu, které se blíží rychlosti zvuku a překračují ji, je zapotřebí seriózní a nákladná výzkumná práce. Zejména je požadováno stanovení odolnosti křídel letadla (profilů), které se obvykle provádí ve speciálech aerodynamické tunely. Pro vytvoření podmínek v takových tubusech, které odpovídají letu letadla vysokou rychlostí, je nutné mít elektrárny velmi vysoký výkon pro pohon ventilátorů, které vytvářejí proudění v potrubí. Výsledkem je, že konstrukce a provoz elektronek pro testování nadzvukovou rychlostí vyžaduje obrovské náklady.
V poslední době se spolu s konstrukcí nadzvukových trubic řeší i úkol studovat různé profily křídel vysokorychlostních letadel a mimochodem také testovat náporové motory pomocí kapalných pohonných hmot.
Obr. 41. Raketový projektil s raketovým motorem.
motory. Podle jedné z těchto metod se zkoumaný profil instaluje na raketu dlouhého doletu s raketovým motorem na kapalné pohonné hmoty, podobný tomu popsanému výše, a všechny údaje přístrojů, které měří odpor profilu za letu, se přenášejí do na zemi pomocí radiotelemetrických zařízení.
Obr. 42. Schéma zařízení výkonné protiletadlové střely s raketovým motorem.
7 - bojová hlava; 2 - válec se stlačeným dusíkem; 3 - nádrž s okysličovadlem; 4 - palivová nádrž; 5 - motor na kapalné pohonné hmoty.
Podle jiného způsobu se staví speciální raketový vozík pohybující se po kolejích pomocí raketového motoru na kapalné pohonné hmoty. Výsledky testování profilu instalovaného na takovém vozíku ve speciálním váhovém mechanismu jsou zaznamenávány speciálními automatickými zařízeními umístěnými také na vozíku. Takový raketový vozík je znázorněn na Obr. 43. Délka železniční trať může dosáhnout 2-3 km.
Obr. 43. Raketový vozík pro testování profilů křídel letadel.
Z knihy Identifikace a řešení problémů na vlastní pěst v autě autor Zolotnický VladimírMotor je nestabilní ve všech režimech Poruchy systému zapalování Zhoršení a poškození kontaktního uhlíku, jeho zavěšení v krytu rozdělovače zapalování. Únik proudu do "země" přes saze nebo vlhkost na vnitřním povrchu krytu. Vyměňte čep
Z knihy Bitevní loď "PETER VELKÝ" autorMotor běží nepravidelně při nízkých otáčkách klikový hřídel nebo ztlumit Volnoběh Poruchy karburátoru Nízká popř vysoká úroveň palivo v plovákové komoře. Nízká úroveň- praská v karburátoru, vysoko - praská v tlumiči výfuku. Vyčerpat
Z knihy Bitevní loď "Navarin" autor Arbuzov Vladimír VasilievičMotor běží normálně na volnoběh, ale auto zrychluje pomalu a s „propady“; špatná akcelerace motoru Poruchy systému zapalování Mezera mezi kontakty přerušovače není seřízena. Upravit úhel uzavřený stav kontakty
Z knihy Planes of the World 2000 02 autor autor neznámýMotor "troit" - jeden nebo dva válce nefungují Poruchy systému zapalování Nestabilní provoz motoru při nízkých a středních otáčkách. Zvýšená spotřeba palivo. Výfuk kouře je modrý. Poněkud tlumené periodicky vydávané zvuky, které jsou obzvláště dobré
Z knihy Svět letectví 1996 02 autor autor neznámýKdyž se náhle otevřel škrticími ventily motor běží přerušovaně Poruchy mechanismu rozvodu plynu Nejsou seřízeny vůle ventilů. Každých 10 tisíc kilometrů (u VAZ-2108, -2109 po 30 tisíc km) upravte vůle ventilů. Se sníženým
Z knihy Servisujeme a opravujeme Volga GAZ-3110 autor Zolotnický Vladimír AlekseevičMotor běží nerovnoměrně a nestabilně při středních a vysokých otáčkách klikového hřídele Poruchy systému zapalování Nesouosost mezery kontaktů přerušovače. Chcete-li doladit mezeru mezi kontakty, neměřte mezeru samotnou, a dokonce i staromódní
Z knihy Raketové motory autor Gilzin Karl AlexandrovičPřihlášky JAK BYL „PETER VELKÝ“ ORGANIZOVÁN 1 . Plavební způsobilost a ovladatelnost Celý komplex testů provedených v roce 1876 odhalil následující plavební způsobilost. Bezpečnost oceánské navigace „Petra Velikého“ nevyvolala strach a její zařazení do třídy monitorů
Z knihy Jet Engines autor Gilzin Karl AlexandrovičJak byla uspořádána bitevní loď "Navarin". šířka 20,42, konstrukční ponor 7,62 m příď a 8,4 záď a rekrutován z 93 rámů (rozteč 1,2 metru). Rámy poskytovaly podélnou pevnost a plné
Z knihy Dějiny elektrotechniky autor Tým autorůSu-10 - první proudový bombardér OKB P.O. Suchoj Nikolaj GORDIUKOVAPo druhé světové válce začala éra proudového letectví. Přezbrojení sovětského a zahraničního letectva na stíhačky s proudovými motory proběhlo velmi rychle. Nicméně stvoření
Z autorovy knihy Z autorovy knihyMotor běží nepravidelně při nízkých otáčkách klikového hřídele nebo se zastaví při volnoběhu Obr. 9. Nastavovací šrouby karburátoru: 1 - provozní nastavovací šroub (množstevní šroub); 2 - šnek složení směsi, (kvalitní šnek) s omez
Z autorovy knihyMotor je nestabilní ve všech režimech
Z autorovy knihyJak je uspořádán a funguje práškový raketový motor konstrukční prvky střelný prach, jako každý jiný raketový motor, jsou spalovací komora a tryska (obr. 16) Vzhledem k tomu, že přívod střelného prachu, ale i jakéhokoli tuhého paliva obecně, do komory
Z autorovy knihyPalivo pro motor na kapalné pohonné hmoty Nejdůležitější vlastnosti a charakteristiky motoru na kapalné pohonné hmoty a vlastně i jeho konstrukce závisí především na palivu použitém v motoru Hlavním požadavkem na palivo pro raketové motory na kapalné pohonné hmoty je
Z autorovy knihyKapitola pátá Pulzující proudový motor vysoké rychlosti let se zdá zvláštní, možná až neuvěřitelný. Celá historie letectví stále hovoří o opaku: o boji
Z autorovy knihy6.6.7. POLOVODIČOVÁ ZAŘÍZENÍ V ELEKTRICKÉM POHONU. SYSTÉMY TYRISTOROVÝ MĚNIČ - MOTOR (TP - D) A ZDROJ PROUDU - MOTOR (IT - D)
