Rotující vrtule táhne letadlo dopředu. Proudový motor však vrhá horké výfukové plyny vysokou rychlostí dozadu a tím vytváří proudovou tahovou sílu směrovanou dopředu.
Typy proudových motorů
Existují čtyři typy proudových nebo plynových turbínových motorů:
Proudový;
Turboventilátory- jaké se používají na osobních linkových lodích Boeing-747;
Turbovrtulový kde používají vrtulí poháněné turbínami;
A Turbohřídel který nasadil vrtulníky.
turboventilátorový motor sestává ze tří hlavních částí: kompresoru, spalovací komory a turbíny, která dodává energii. Nejprve do motoru vstupuje vzduch a je stlačován ventilátorem. Poté se ve spalovací komoře stlačený vzduch mísí s palivem a hoří za vzniku plynu o vysoké teplotě a vysokém tlaku. Tento plyn prochází turbínou, přiměje ji otáčet se obrovskou rychlostí a je vržen zpět, čímž vzniká dopředná tahová síla.
Obrázek je klikatelný
Jednou v turbínový motor Vzduch prochází několika fázemi komprese. Tlak a objem plynu se zvláště silně zvyšují po průchodu spalovací komorou. Tah generovaný výfukovými plyny umožňuje proudovým letadlům cestovat ve výškách a rychlostech daleko přesahujících ty, které jsou k dispozici rotorovým letadlům s pístovým motorem.
V proudový motor vzduch je nasáván zepředu, stlačován a spalován spolu s palivem. vznikající při spalování výpary z provozu generovat reaktivní tah.
Turbovrtule spojují proudový tah výfukové plyny s dopředným tahem generovaným rotací vrtule.
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. Různé druhy energie (chemická, jaderná, elektrická, sluneční) lze přeměnit na kinetickou (rychlostní) energii tryskového proudu v raketovém motoru. 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 RD (chemické palivo, jaderné palivo), nebo (v zásadě) může pocházet zvenčí (solární energie). K získání pracovní tekutiny v R. d. lze použít látku odebranou z 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 přístroje.
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 raketového motoru se chemická energie hořících látek přeměňuje na tepelnou energii zplodin hoření a tepelná energie horkých plynů se přeměňuje na mechanickou energii translačního pohybu proudového proudu a, v důsledku toho 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 při provozu R. D. prostředí využíváno či nikoli, se dělí na 2 hlavní třídy - vzduchové- proudové motory(WFD) 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 interagující vrtule životní prostředí 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 Instruments“ 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 proudového motoru? 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. Meščerského a N. E. Žukovského, ale i 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 páteří moderního letectví, ať už pilotovaného nebo bezpilotního. 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. Stejně jako všechny motory, které využívají atmosférický vzduch, i 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 nebudou proudit větší rychlost Je to tlak, který je tlačí ven. 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 může fungovat jen když letadlo již 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. Tyto motory zahrnují pístové motory automobily, 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 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.
U pístového motoru expandující plyny tlačí na píst pohybující se uvnitř válce, píst tlačí na ojnici, která 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 se plyny dostávají do trysky bezprostředně za spalovací komorou, např. u raketových popř náporové motory. 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 tvary a navíc různou konstrukci 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 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. Chcete-li to provést, zvažte klasiku - kapalinové motory, které se od dob Ciolkovského téměř 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 práce se neliší pomocné systémy motor. 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 stlačený vzduch přiváděny do spalovací komory. V něm se vzduch mísí s palivem a dochází ke vznícení. Tento proces dále zvyšuje tepelnou energii.
Směs opouští spalovací komoru vysoká rychlost a poté se rozšíří. 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 čepelí je desetkrát výkonnější než obyčejná 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 funguje jako kompresor. nízký tlak. 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.
Proudový motor je zařízení, které vytváří tažnou sílu potřebnou k pohybu přeměnou vnitřní energie paliva na kinetickou energii tryskového proudu pracovní tekutiny.
Třídy proudových motorů:
Všechny proudové motory jsou rozděleny do 2 tříd:
- Vzduchová tryska - tepelné motory, využívající energii oxidace vzduchu získaného z atmosféry. V těchto motorech je pracovní tekutina představována směsí produktů spalování se zbývajícími prvky odebíraného vzduchu.
- Raketa – motory, které obsahují vše na palubě potřebné komponenty a jsou schopny pracovat i ve vakuu.
Přímý tok tryskový motor- designově nejjednodušší ve třídě VRD. Zvýšení tlaku potřebné pro provoz zařízení je tvořeno brzděním přicházejícího proudu vzduchu.
Pracovní postup ramjetu lze stručně popsat takto:
- Vzduch vstupuje rychlostí letu do vstupu motoru, jeho kinetická energie se přeměňuje na vnitřní energii, tlak vzduchu a teplota se zvyšují. Na vstupu do spalovací komory a po celé délce dráhy proudění je dodržen maximální tlak.
- Stlačený vzduch se ve spalovací komoře ohřívá oxidací přiváděného vzduchu, přičemž se zvyšuje vnitřní energie pracovní tekutiny.
- Dále se proudění v trysce zužuje, pracovní tekutina dosahuje zvukové rychlosti a opět při expanzi dosahuje nadzvukové rychlosti. Vzhledem k tomu, že se pracovní tekutina pohybuje rychlostí překračující rychlost přicházejícího proudu, vzniká uvnitř tryskový tah.
V konstruktivně ramjet je omezující jednoduché zařízení. Motor má spalovací komoru, ze které pochází palivo vstřikovače paliva a vzduch z difuzoru. Spalovací komora je zakončena vstupem do trysky, která se zužuje-rozšiřuje.
Vývoj technologie směsných pevných paliv vedl k použití tohoto paliva v náporových motorech. Ve spalovací komoře je palivový blok s centrálním podélným kanálem. Pracovní tekutina při průchodu kanálem postupně oxiduje povrch paliva a zahřívá se. Použití pevného paliva dále zjednodušuje konstrukci motoru: palivový systém se stává zbytečným.
Směsné palivo se svým složením v náporovém motoru liší od toho, které se používá v raketovém motoru na tuhá paliva. Pokud v raketový motor Protože většinu složení paliva zabírá okysličovadlo, v náporovém trysce se používá v malých množstvích k aktivaci spalovacího procesu.
Náporová směs paliva sestává hlavně z jemného prášku berylia, hořčíku nebo hliníku. Jejich oxidační teplo výrazně převyšuje spalné teplo uhlovodíkového paliva. Jako příklad náporového letadla na tuhá paliva lze uvést hnací motor protilodní střely s plochou dráhou letu P-270 Moskit.
Náporový tah závisí na rychlosti letu a je určen na základě vlivu několika faktorů:
- Čím vyšší je rychlost letu, tím větší bude proudění vzduchu procházející dráhou motoru, resp. velké množství kyslík bude pronikat do spalovací komory, což zvyšuje spotřebu paliva, tepla a mechanická síla motor.
- Čím větší je průtok vzduchu dráhou motoru, tím vyšší je tah generovaný motorem. Existuje však určitá hranice, proudění vzduchu dráhou motoru se nemůže zvyšovat donekonečna.
- S rostoucí rychlostí letu se zvyšuje hladina tlaku ve spalovací komoře. V důsledku toho se zvyšuje tepelná účinnost motoru.
- Jak větší rozdíl mezi rychlostí letu zařízení a rychlostí průchodu proudového proudu, tím větší je tah motoru.
Závislost tahu náporového motoru na rychlosti letu lze znázornit takto: dokud nebude rychlost letu mnohem nižší než rychlost průletu proudnice, tah se bude zvyšovat spolu s růstem rychlosti letu. Když se rychlost letu blíží rychlosti proudového proudu, tah začne klesat, když překročí určité maximum, při kterém optimální rychlost let.
V závislosti na rychlosti letu se rozlišují následující kategorie náporových motorů:
- podzvukový;
- nadzvukový;
- nadzvukový.
Každá skupina má své charakteristické rysy návrhy.
Podzvukový nápor
Tato skupina motorů je určena k poskytování letů rychlostí od 0,5 do 1,0 Mach. Stlačování vzduchu a brzdění u takových motorů probíhá v difuzoru - rozšiřujícím se kanálu zařízení na vstupu průtoku.
Tyto motory jsou extrémně nízká účinnost. Při letu rychlostí M = 0,5 je v nich hladina nárůstu tlaku 1,186, proto je pro ně ideální tepelná účinnost pouze 4,76 % a vezmeme-li v úvahu i ztráty v skutečný motor, tato hodnota se bude blížit nule. To znamená, že při letu rychlostí M<0,5 дозвуковой ПВРД неработоспособен.
Ale i při mezní rychlosti pro podzvukový rozsah při M=1 je úroveň nárůstu tlaku 1,89 a ideální tepelný koeficient je pouze 16,7 %. Tyto ukazatele jsou 1,5krát menší než u pístových spalovacích motorů a 2krát menší než u motorů s plynovou turbínou. Plynové turbíny a pístové motory jsou také účinné při provozu ve stacionární poloze. Proto se náporové podzvukové motory ve srovnání s jinými leteckými motory ukázaly jako nekonkurenceschopné a v současné době nejsou sériově vyráběny.
Nadzvukové náporové trysky
Nadzvukové náporové motory jsou určeny pro lety v rozsahu rychlostí 1< M < 5.
Zpomalení proudění nadzvukového plynu je vždy nespojité a vzniká rázová vlna, která se nazývá rázová vlna. Ve vzdálenosti rázové vlny není proces stlačování plynu izoentropický. V důsledku toho jsou pozorovány ztráty mechanické energie, úroveň nárůstu tlaku v ní je menší než u isentropického procesu. Čím silnější je rázová vlna, tím více se bude měnit rychlost proudění vpředu, respektive, tím větší bude tlaková ztráta, někdy dosahující 50 %.
Aby se minimalizovaly tlakové ztráty, komprese není organizována v jedné, ale ve více rázových vlnách s nižší intenzitou. Po každém z těchto skoků dochází ke snížení rychlosti proudění, které zůstává nadzvukové. Toho je dosaženo, pokud je čelo rázu v úhlu ke směru rychlosti proudění. Parametry průtoku v intervalech mezi skoky zůstávají konstantní.
V posledním skoku rychlost dosáhne podzvukového ukazatele, v kanálu difuzoru plynule probíhají další procesy zpomalování a stlačování vzduchu.
Pokud je vstup motoru umístěn v oblasti nerušeného proudění (například před letounem na přídi nebo v dostatečné vzdálenosti od trupu na konzole křídla), je asymetrický a je doplněn středovým tělo - ostrý dlouhý "kužel" vystupující ze skořápky. Centrální těleso je navrženo tak, aby vytvářelo šikmé rázové vlny v přicházejícím proudu vzduchu, které zajišťují kompresi a zpomalení vzduchu, dokud nevstoupí do speciálního kanálu vstupního zařízení. Prezentovaná vstupní zařízení se nazývají kuželová průtoková zařízení, vzduch v nich cirkuluje a tvoří kuželovitý tvar.
Středové kónické těleso může být vybaveno mechanickým pohonem, který umožňuje jeho pohyb podél osy motoru a optimalizaci zpomalení proudu vzduchu při různých rychlostech letu. Tato vstupní zařízení se nazývají nastavitelná.
Při upevnění motoru pod křídlo nebo zespodu trupu, tedy v oblasti aerodynamického vlivu konstrukčních prvků letadla, se používají dvourozměrná vstupní zařízení pro proudění. Nejsou vybaveny středovým tělesem a mají obdélníkový průřez. Nazývají se také smíšená nebo vnitřní kompresní zařízení, protože vnější komprese zde probíhá pouze rázovými vlnami vytvořenými na náběžné hraně křídla nebo přídi letadla. Pravoúhlá vstupní nastavitelná zařízení jsou schopna měnit polohu klínů uvnitř kanálu.
V oblasti nadzvukových rychlostí je nápor účinnější než v oblasti podzvukových. Například při rychlosti letu M=3 je stupeň nárůstu tlaku 36,7, což je blízko u proudových motorů a vypočtená ideální účinnost dosahuje 64,3 %. V praxi jsou tyto ukazatele nižší, ale při rychlostech v rozmezí M = 3-5 SPVJE svou účinností předčí všechny stávající typy SPVJ.
Při teplotě nerušeného proudění vzduchu 273°K a rychlosti letadla M=5 je teplota pracovního retardovaného tělesa 1638°K, při rychlosti M=6 - 2238°K a při reálném letu s přihlédnutím k s ohledem na rázové vlny a působení třecí síly se ještě zvýší.
Další ohřev pracovní kapaliny je problematický kvůli tepelné nestabilitě konstrukčních materiálů tvořících motor. Proto je rychlostní limit pro SPVRD M=5.
Hypersonický náporový motor
Kategorie hypersonických náporových trysek zahrnuje náporové trysky, které pracují při rychlostech více než 5M. Na počátku 21. století byla existence takového motoru pouze hypotetická: nebyl sestaven jediný vzorek, který by prošel letovými zkouškami a potvrdil proveditelnost a relevanci jeho sériové výroby.
Na vstupu do scramjet zařízení je zpomalení vzduchu provedeno jen částečně a ve zbytku zdvihu je pohyb pracovní tekutiny nadzvukový. Přitom je zachována většina počáteční kinetické energie proudění, po stlačení je teplota poměrně nízká, což umožňuje uvolnit značné množství tepla pracovní kapalině. Za vstupním zařízením se průtoková část motoru rozšiřuje po celé své délce. V důsledku spalování paliva v nadzvukovém proudění se pracovní tekutina zahřívá, rozpíná a zrychluje.
Tento typ motoru je určen pro lety ve vzácné stratosféře. Teoreticky lze takový motor použít na opakovaně použitelných nosičích kosmických lodí.
Jedním z hlavních problémů při konstrukci scramjetových motorů je organizace spalování paliva v nadzvukovém proudění.
V různých zemích bylo spuštěno několik programů na vytvoření scramjet, všechny jsou ve fázi teoretického výzkumu a předprojektových laboratorních studií.
Kde se používají ramjety
Náporový letoun nepracuje při nulové rychlosti a nízkých rychlostech vzduchu. Letadlo s takovým motorem vyžaduje instalaci pomocných pohonů, což může být raketový posilovač na tuhá paliva nebo nosné letadlo, ze kterého se startuje letadlo s náporem.
Vzhledem k neefektivnosti náporového letounu při nízkých rychlostech je prakticky nevhodné jej používat na pilotovaných letounech. Takové motory se s výhodou používají pro bezpilotní, řízené, jednorázové bojové střely kvůli jejich spolehlivosti, jednoduchosti a nízké ceně. Náporové motory se také používají u létajících cílů. Konkurencí z hlediska vlastností náporového motoru je pouze raketový motor.
Jaderný nápor
Během studené války mezi SSSR a USA vznikly projekty náporových motorů s jaderným reaktorem.
V takových blocích nebyla zdrojem energie chemická reakce spalování paliva, ale teplo generované jaderným reaktorem instalovaným místo spalovací komory. U takového náporového proudu vzduch vstupující vstupním zařízením proniká do aktivní oblasti reaktoru, ochlazuje konstrukci a sám se zahřívá až na 3000 K. Poté proudí z trysky motoru rychlostí blízkou rychlosti dokonalých raketových motorů. . Jaderné náporové motory byly určeny pro instalaci do mezikontinentálních řízených střel nesoucích jadernou nálož. Konstruktéři v obou zemích vytvořili malé jaderné reaktory, které zapadají do rozměrů řízené střely.
V roce 1964 byly v rámci výzkumných programů jaderných náporů Tory a Pluta provedeny stacionární střelecké testy jaderného náporového letadla Tory-IIC. Zkušební program byl uzavřen v červenci 1964 a motor nebyl letově testován. Údajným důvodem zkrácení programu mohlo být zlepšení konfigurace balistických střel s raketovými chemickými motory, které umožnilo provádět bojové mise bez zapojení jaderných náporových motorů.
Před proudovým motorem je umístěn ventilátor. Odebírá vzduch z vnějšího prostředí a nasává ho do turbíny. V motorech používaných v raketách vzduch nahrazuje kapalný kyslík. Ventilátor je vybaven mnoha speciálně tvarovanými titanovými lopatkami.
Snaží se, aby plocha ventilátoru byla dostatečně velká. Tato část systému se kromě nasávání vzduchu podílí i na chlazení motoru, chrání jeho komory před zničením. Za ventilátorem je kompresor. Stlačuje vzduch do spalovací komory.
Jedním z hlavních konstrukčních prvků proudového motoru je spalovací komora. V něm se palivo smíchá se vzduchem a zapálí. Směs se vznítí, doprovázená silným zahřátím částí těla. Palivová směs se vlivem vysoké teploty rozpíná. Ve skutečnosti dochází v motoru k řízené explozi.
Ze spalovací komory se směs paliva a vzduchu dostává do turbíny, která se skládá z mnoha lopatek. Tryskový proud na ně silou tlačí a uvádí turbínu do rotace. Síla se přenáší na hřídel, kompresor a ventilátor. Vzniká uzavřený systém, jehož provoz vyžaduje pouze neustálý přísun palivové směsi.
Posledním detailem proudového motoru je tryska. Z turbíny sem vstupuje ohřátý proud, který tvoří tryskový proud. Do této části motoru je také přiváděn studený vzduch z ventilátoru. Slouží k chlazení celé konstrukce. Proud vzduchu chrání objímku trysky před škodlivými účinky proudění a zabraňuje roztavení dílů.
Jak funguje proudový motor
Pracovní kapalina motoru je reaktivní. Vytéká z trysky velmi vysokou rychlostí. Vzniká tak reaktivní síla, která tlačí celé zařízení opačným směrem. Tažná síla je vytvářena výhradně působením proudnice, bez jakékoli opory o jiná tělesa. Tato vlastnost proudového motoru umožňuje jeho použití jako elektrárny pro rakety, letadla a kosmické lodě.
Částečně je činnost proudového motoru srovnatelná s působením proudu vody vytékající z hadice. Pod obrovským tlakem je kapalina přiváděna přes objímku na zúžený konec hadice. Rychlost vody vytékající z hadice je vyšší než uvnitř hadice. To vytváří protitlakovou sílu, která umožňuje hasičovi jen s velkými obtížemi držet hadici.
Speciálním technologickým odvětvím je výroba proudových motorů. Vzhledem k tomu, že teplota pracovní kapaliny zde dosahuje několika tisíc stupňů, jsou části motoru vyrobeny z vysoce pevných kovů a materiálů, které jsou odolné vůči roztavení. Samostatné části proudových motorů se vyrábí například ze speciálních keramických kompozic.
