Princíp činnosti prúdového motora. Popis a zariadenie

Otáčajúca sa vrtuľa ťahá lietadlo dopredu. Prúdový motor však vrhá horúce výfukové plyny vysokou rýchlosťou späť a tým vytvára tlakovú silu dopredu.

Typy prúdových motorov

Existujú štyri typy prúdových alebo plynových turbínových motorov:

Turbojet;

Turboventilátor- aké sa používajú na osobných lietadlách Boeing 747;

Turbovrtuľový kde používajú vrtule, poháňané turbínami;

A Turbohriadeľ, ktoré sú inštalované na vrtuľníkoch.

Turboventilátorový motor pozostáva z troch hlavných častí: kompresora, spaľovacej komory a turbíny, ktorá dodáva energiu. Po prvé, vzduch vstupuje do motora a je stlačený ventilátorom. Potom sa v spaľovacej komore stlačený vzduch zmieša s palivom a spáli sa na plyn pri vysokej teplote a vysokom tlaku. Tento plyn prechádza cez turbínu, čo spôsobuje, že sa otáča veľkou rýchlosťou, a je vrhnutý späť, čím vytvára doprednú ťahovú silu.

Obrázok je klikateľný

Raz v turbínový motor, vzduch prechádza niekoľkými stupňami kompresie. Tlak a objem plynu sa obzvlášť výrazne zvyšujú po prechode spaľovacou komorou. Ťah generovaný výfukovými plynmi umožňuje prúdovým lietadlám lietať vo výškach a rýchlostiach, ktoré ďaleko prevyšujú rotorové lietadlá s piestovým motorom.

IN prúdový motor vzduch sa nasáva spredu, stláča sa a spaľuje spolu s palivom. Vzniká v dôsledku horenia výpary z dopravy vytvoriť reaktívnu ťažnú silu.

Turbovrtuľové motory spájajú prúdový pohon výfukové plyny s dopredným ťahom vytvoreným rotáciou vrtule.

ABSTRAKT

K TEJTO TÉME:

prúdové motory .

NAPÍSAL: Kiselev A.V.

KALININGRAD

Úvod

Prúdový motor, motor, ktorý vytvára ťažnú silu potrebnú na pohyb premenou počiatočnej energie na kinetickú energiu prúdiaceho prúdu pracovnej tekutiny; V dôsledku výtoku pracovnej tekutiny z dýzy motora vzniká reaktívna sila vo forme reakcie (spätného rázu) prúdu, ktorá posúva motor a s ním konštrukčne spojené zariadenie v priestore v smere opačnom k výtok prúdu. Rôzne druhy energie (chemická, jadrová, elektrická, slnečná) sa môžu premeniť na kinetickú (rýchlostnú) energiu prúdového prúdu v prúde rakety. Motor priamej reakcie (motor priamej reakcie) kombinuje samotný motor s pohonným zariadením, t.j. zabezpečuje vlastný pohyb bez účasti medziľahlých mechanizmov.

Na tvorenie prúdový ťah používa R.D., potrebujete:

zdroj počiatočnej (primárnej) energie, ktorá sa premieňa na kinetickú energiu prúdového prúdu;

pracovná kvapalina, ktorý je vyvrhovaný z R.D. vo forme tryskového prúdu;

Samotný R.D. je menič energie.

Počiatočná energia je uložená na palube lietadla alebo iného vozidla vybaveného raketovým motorom (chemické palivo, jadrové palivo), alebo (v zásade) môže pochádzať zvonku (slnečná energia). Na získanie pracovnej tekutiny v kvapalnom hnacom plyne sa môže použiť látka získaná z prostredia (napríklad vzduch alebo voda);

látka umiestnená v nádržiach prístroja alebo priamo v R.D. komore; zmes látok pochádzajúcich z prostredia a uložených na palube vozidla.

V modernom R.D. sa ako primárna látka najčastejšie používa chemikália

Testy požiaru rakiet

motora Vesmírna loď

Prúdové motory AL-31F lietadlo Su-30MK. Patri do triedy motory dýchajúce vzduch

energie. V tomto prípade sú pracovnou tekutinou horúce plyny - produkty spaľovania chemických palív. Pri prevádzke prúdového motora sa chemická energia spaľovacích látok premieňa na tepelnú energiu splodín horenia a tepelná energia horúcich plynov sa premieňa na mechanickú energiu translačného pohybu prúdového prúdu a následne aj zariadenia na v ktorom je nainštalovaný motor. Hlavnou časťou každého spaľovacieho motora je spaľovacia komora, v ktorej vzniká pracovná tekutina. Konečná časť komory, ktorá slúži na urýchlenie pracovnej tekutiny a vytvorenie prúdového prúdu, sa nazýva prúdová dýza.

V závislosti od toho, či sa počas prevádzky R.D. používa alebo nepoužíva prostredie, sa delia na 2 hlavné triedy - vzduchové- prúdové motory(WRD) a raketové motory (RD). Všetky VRD sú tepelné motory, ktorých pracovná kvapalina vzniká pri oxidačnej reakcii horľavej látky so vzdušným kyslíkom. Vzduch prichádzajúci z atmosféry tvorí väčšinu pracovnej tekutiny WRD. Zariadenie s hnacím motorom teda nesie na palube zdroj energie (palivo) a väčšinu pracovnej tekutiny odoberá z prostredia. Na rozdiel od VRD sú všetky komponenty pracovnej tekutiny propeleru umiestnené na palube zariadenia vybaveného propulzným pohonom. Nedostatok pohonu, ktorý interaguje s životné prostredie, a prítomnosť všetkých komponentov pracovnej tekutiny na palube zariadenia robí RD jediným vhodným na prácu vo vesmíre. Existujú aj kombinované raketové motory, ktoré sú kombináciou oboch hlavných typov.

História prúdových motorov

Princíp prúdového pohonu je známy už veľmi dlho. Za predka R. d. možno považovať ples Heron. Raketové motory na tuhé palivo – práškové rakety – sa objavili v Číne v 10. storočí. n. e. Stovky rokov sa takéto strely používali najskôr na východe a potom v Európe ako ohňostrojné, signálne a bojové strely. V roku 1903 K. E. Tsiolkovsky vo svojej práci „Exploration of World Spaces with Jet Instruments“ ako prvý na svete predložil základné princípy teórie kvapalných raketových motorov a navrhol základné prvky raketového motora na kvapalné palivo. dizajn. Prvé sovietske kvapalné raketové motory - ORM, ORM-1, ORM-2 boli navrhnuté V.P. Glushkom a pod jeho vedením boli vytvorené v rokoch 1930-31 v Gas Dynamics Laboratory (GDL). V roku 1926 vypustil R. Goddard raketu na kvapalné palivo. Prvý elektrotermálny RD vytvoril a testoval Glushko v GDL v rokoch 1929-33.

V roku 1939 ZSSR testoval rakety s náporovými motormi navrhnutými I. A. Merkulovom. Prvá schéma prúdového motora? navrhol ruský inžinier N. Gerasimov v roku 1909.

V roku 1939 sa v závode Kirov v Leningrade začala výstavba prúdových motorov navrhnutých A. M. Lyulkom. Testovaniu vytvoreného motora zabránila Veľká vlastenecká vojna v rokoch 1941-45. V roku 1941 bol do lietadla prvýkrát nainštalovaný a otestovaný prúdový motor navrhnutý F. Whittleom (Veľká Británia). Veľký význam pre vznik R.D. mali teoretické práce ruských vedcov S. S. Nezhdanovského, I. V. Meshcherského a N. E. Žukovského, práce francúzskeho vedca R. Hainaulta-Peltryho a nemeckého vedca G. Obertha. Dôležitým príspevkom k vytvoreniu WRD bola práca sovietskeho vedca B. S. Stechkina „The Theory of a Air-Jet Engine“, publikovaná v roku 1929.

R.D. majú rôzne účely a rozsah ich aplikácie sa neustále rozširuje.

Radarové pohony sa najviac používajú na lietadlách rôznych typov.

Väčšina vojenských a civilných lietadiel na svete je vybavená prúdovými motormi a obtokovými prúdovými motormi a používajú sa na vrtuľníkoch. Tieto radarové motory sú vhodné pre lety podzvukovou aj nadzvukovou rýchlosťou; Inštalujú sa aj na projektilové lietadlá; nadzvukové prúdové motory môžu byť použité v prvých stupňoch leteckých lietadiel. Motory Ramjet sú inštalované na protilietadlové riadené strely, riadené strely a nadzvukové stíhačky. Na vrtuľníkoch sa používajú podzvukové náporové motory (inštalované na koncoch listov hlavného rotora). Pulzačné prúdové motory majú nízky ťah a sú určené len pre lietadlá pri podzvukových rýchlostiach. Počas 2. svetovej vojny 1939-45 boli tieto motory vybavené projektilovými lietadlami V-1.

Pojazdové dráhy sa väčšinou používajú na vysokorýchlostných lietadlách.

Kvapalné raketové motory sa používajú na nosných raketách kozmických lodí a kozmických lodí ako pohonné, brzdové a riadiace motory, ako aj na riadené balistické strely. Raketové motory na tuhé palivo sa používajú v balistických, protilietadlových, protitankových a iných vojenských raketách, ako aj na nosných raketách a kozmických lodiach. Malé motory na tuhé palivo sa používajú ako posilňovače pri vzlete lietadiel. Elektrické raketové motory a jadrové raketové motory môžu byť použité na kozmických lodiach.

Tento mohutný kmeň, princíp priamej reakcie, však zrodil obrovskú korunu „rodokmeňa“ rodiny prúdových motorov. Zoznámiť sa s hlavnými vetvami jeho koruny, korunovať „kmeň“ priamej reakcie. Čoskoro, ako môžete vidieť na obrázku (pozri nižšie), je tento kmeň rozdelený na dve časti, ako keby bol rozdelený úderom blesku. Oba nové kmene sú rovnako ozdobené mohutnými korunami. K tomuto rozdeleniu došlo preto, lebo všetky „chemické“ prúdové motory sú rozdelené do dvoch tried podľa toho, či na svoju prevádzku využívajú okolitý vzduch alebo nie.

Jedným z novovytvorených kmeňov je trieda motorov dýchajúcich vzduch (WRE). Ako naznačuje samotný názov, nemôžu pôsobiť mimo atmosféry. Preto sú tieto motory základom moderného letectva, pilotovaného aj bezpilotného. WRD využívajú na spaľovanie paliva atmosférický kyslík, bez neho nebude spaľovacia reakcia v motore pokračovať. Najrozšírenejšie sú však v súčasnosti prúdové motory.

(turbojetové motory), inštalované na takmer všetkých moderných lietadlách bez výnimky. Ako všetky motory, ktoré využívajú atmosférický vzduch, aj prúdové motory vyžadujú špeciálne zariadenie na stlačenie vzduchu pred jeho privedením do spaľovacej komory. Koniec koncov, ak tlak v spaľovacej komore výrazne neprekročí atmosférický tlak, plyny nebudú prúdiť z motora s vyššia rýchlosť- je to tlak, ktorý ich vytláča. Ale pri nízkej rýchlosti výfuku bude ťah motora nízky a motor spotrebuje veľa paliva, takýto motor nenájde uplatnenie. V prúdovom motore sa na stláčanie vzduchu používa kompresor a konštrukcia motora do značnej miery závisí od typu kompresora. Existujú motory s axiálnym a odstredivým kompresorom, axiálne kompresory môžu mať menej alebo viac kompresných stupňov, môžu byť jedno- alebo dvojstupňové atď. Na pohon kompresora má prúdový motor plynovú turbínu, ktorá dáva motoru meno. Kvôli kompresoru a turbíne je konštrukcia motora pomerne zložitá.

Bezkompresorové motory dýchajúce vzduch majú oveľa jednoduchšiu konštrukciu, v ktorých sa potrebné zvýšenie tlaku dosahuje inými metódami, ktoré majú názvy: pulzačné a náporové motory.

V pulzujúcom motore sa to zvyčajne robí mriežkou ventilu inštalovanou na vstupe motora, keď nová časť zmesi paliva a vzduchu naplní spaľovaciu komoru a dôjde v nej k záblesku, ventily sa zatvoria, čím sa izoluje spaľovacia komora; vstup motora. V dôsledku toho sa tlak v komore zvyšuje a plyny prúdia von cez dýzu, potom sa celý proces opakuje.

V bezkompresorovom motore iného typu, priamoprúdovom, nie je ani táto ventilová mriežka a tlak v spaľovacom priestore sa vplyvom vysokootáčkového tlaku zvyšuje, t.j. brzdenie prichádzajúceho prúdu vzduchu vstupujúceho do motora počas letu. Je jasné, že takýto motor je schopný prevádzky len vtedy lietadla Už letí pomerne vysokou rýchlosťou, keď je zaparkovaný, nevyvinie žiadny ťah. Ale pri veľmi vysoká rýchlosť 4-5 násobok rýchlosti zvuku, náporový motor vyvíja veľmi vysoký ťah a spotrebuje menej paliva než ktorýkoľvek iný „chemický“ prúdový motor za týchto podmienok. Preto náporové motory.

Zvláštnosť aerodynamického dizajnu nadzvukových lietadiel s náporovými motormi (náporové motory) je spôsobená prítomnosťou špeciálnych urýchľovacích motorov, ktoré poskytujú rýchlosť potrebnú na začatie stabilnej prevádzky náporového motora. To robí chvostovú časť konštrukcie ťažšou a vyžaduje inštaláciu stabilizátorov na zabezpečenie potrebnej stability.

Princíp činnosti prúdového motora.

Moderné výkonné prúdové motory rôznych typov sú založené na princípe priamej reakcie, t.j. princíp vytvárania hnacej sily (alebo ťahu) vo forme reakcie (spätného rázu) prúdu „pracovnej látky“ prúdiacej z motora, zvyčajne horúcich plynov.

Vo všetkých motoroch prebiehajú dva procesy premeny energie. Najprv sa chemická energia paliva premení na tepelnú energiu produktov spaľovania a potom sa tepelná energia využije na mechanickú prácu. Medzi takéto motory patria piestové motory autá, dieselové lokomotívy, parné a plynové turbíny elektrární a pod.

Uvažujme tento proces vo vzťahu k prúdovým motorom. Začnime spaľovacím priestorom motora, v ktorom sa už tak či onak vytvorila horľavá zmes v závislosti od typu motora a druhu paliva. Môže to byť napríklad zmes vzduchu a petroleja, ako je to v prúdovom motore moderného prúdového lietadla, alebo zmes tekutého kyslíka a alkoholu, ako je to v niektorých raketových motoroch na kvapalné palivo, alebo nakoniec nejaký tuhý hnací plyn na prášok. rakety. Horľavá zmes môže horieť, t.j. vstupujú do chemickej reakcie s rýchlym uvoľňovaním energie vo forme tepla. Schopnosť uvoľňovať energiu počas chemickej reakcie je potenciálna chemická energia molekúl zmesi. Chemická energia molekúl je spojená s vlastnosťami ich štruktúry, presnejšie so štruktúrou ich elektronických obalov, t.j. ten elektrónový oblak, ktorý obklopuje jadrá atómov tvoriacich molekulu. V dôsledku chemickej reakcie, pri ktorej sú niektoré molekuly zničené a iné vznikajú, prirodzene nastáva reštrukturalizácia elektrónových obalov. Pri tejto reštrukturalizácii je zdrojom uvoľnenej chemickej energie. Je vidieť, že palivami prúdových motorov môžu byť len tie látky, ktoré pri chemickej reakcii v motore (spaľovaní) uvoľňujú pomerne veľa tepla a tvoria aj veľké množstvo plynov. Všetky tieto procesy sa vyskytujú v spaľovacej komore, ale zamerajme sa na reakciu nie na molekulárnej úrovni (to už bolo diskutované vyššie), ale na „fázy“ práce. Kým nezačne spaľovanie, zmes má veľkú zásobu potenciálnej chemickej energie. Potom však plameň pohltil zmes, ďalší okamih – a chemická reakcia bola ukončená. Teraz namiesto molekúl horľavá zmes komora je naplnená molekulami produktov spaľovania, hustejšie „zabalené“. Uvoľňuje sa prebytočná väzbová energia, čo je chemická energia spaľovacej reakcie, ktorá prebehla. Molekuly disponujúce touto nadbytočnou energiou ju takmer okamžite preniesli na iné molekuly a atómy v dôsledku častých zrážok s nimi. Všetky molekuly a atómy v spaľovacej komore sa začali náhodne, chaoticky pohybovať výrazne vyššou rýchlosťou a teplota plynov sa zvýšila. Takto sa premenila potenciálna chemická energia paliva na tepelnú energiu produktov spaľovania.

Podobný prechod sa uskutočnil vo všetkých ostatných tepelných motoroch, ale prúdové motory sa od nich zásadne líšia, pokiaľ ide o ďalší osud horúcich produktov spaľovania.

Keď sa v tepelnom motore vygenerujú horúce plyny obsahujúce veľkú tepelnú energiu, musí sa táto energia premeniť na mechanickú energiu. Motory predsa slúžia na výkon mechanická práca, niečo „pohnúť“, uviesť do činnosti, je jedno, či je to dynamo, pridajte nákresy elektrárne, dieselovej lokomotívy, auta alebo lietadla.

Aby sa tepelná energia plynov premenila na mechanickú energiu, musí sa zväčšiť ich objem. Pri takejto expanzii vykonávajú plyny prácu, ktorá spotrebúva ich vnútornú a tepelnú energiu.

V prípade piestového motora expandujúce plyny tlačia na piest pohybujúci sa vo vnútri valca, piest tlačí ojnicu, ktorá následne otáča kľukový hriadeľ motora. Hriadeľ je spojený s rotorom dynama, hnacími nápravami dieselovej lokomotívy alebo auta, prípadne vrtuľou lietadla - motor vykonáva užitočnú prácu. IN parný motor, alebo plynová turbína, plyny, rozpínajúce sa, nútia otáčať koleso spojené s hriadeľom turbíny - tu nie je potrebný kľukový mechanizmus prevodovky, čo je jedna z veľkých výhod turbíny

Plyny, samozrejme, expandujú aj v prúdovom motore, pretože bez toho nefungujú. Práce na rozširovaní sa však v tomto prípade nevynakladajú na otáčanie hriadeľa. Súvisí s hnacím mechanizmom ako v iných tepelných motoroch. Účel prúdového motora je iný - vytvárať prúdový ťah, a preto je potrebné, aby prúd plynov - produktov spaľovania - prúdil z motora vysokou rýchlosťou: reakčnou silou tohto prúdu je ťah motora. . V dôsledku toho sa musí práca na expanzii plynných produktov spaľovania paliva v motore vynaložiť na zrýchlenie samotných plynov. To znamená, že tepelná energia plynov v prúdovom motore sa musí premeniť na ich kinetickú energiu – náhodný chaotický tepelný pohyb molekúl musí byť nahradený ich organizovaným prúdením v jednom smere spoločnom pre všetky.

Na to slúži jedna z najdôležitejších častí motora, takzvaná prúdová dýza. Bez ohľadu na to, do akého typu patrí tento alebo ten prúdový motor, je nevyhnutne vybavený dýzou, cez ktorú prúdia z motora veľkou rýchlosťou horúce plyny - produkty spaľovania paliva v motore. V niektorých motoroch vstupujú plyny do trysky bezprostredne za spaľovacou komorou, napríklad v raketových resp náporové motory. V iných, prúdových motoroch, plyny najskôr prechádzajú cez turbínu, ktorej odovzdávajú časť svojej tepelnej energie. V tomto prípade slúži na pohon kompresora, ktorý stláča vzduch pred spaľovacou komorou. Ale tak či onak, dýza je poslednou časťou motora - plyny cez ňu prúdia pred opustením motora.

Prúdová dýza môže mať rôzne tvary a navyše rôzne konštrukcie v závislosti od typu motora. Hlavná je rýchlosť, ktorou plyny vytekajú z motora. Ak táto výstupná rýchlosť nepresahuje rýchlosť, ktorou sa šíria zvukové vlny vo vytekajúcich plynoch, potom je dýza jednoduchým valcovým alebo kužeľovým úsekom potrubia. Ak by rýchlosť výtoku mala presiahnuť rýchlosť zvuku, potom je dýza tvarovaná ako expandujúca rúrka alebo sa najskôr zužuje a potom rozširuje (Lavlova dýza). Len v potrubí tohto tvaru, ako ukazuje teória a skúsenosti, môže byť plyn zrýchlený na nadzvukovú rýchlosť a prekročiť „zvukovú bariéru“.

Schéma prúdového motora

Turboventilátorový motor je najpoužívanejším prúdovým motorom v civilnom letectve.

Palivo vstupujúce do motora (1) sa zmieša so stlačeným vzduchom a horí v spaľovacej komore (2). Expandujúce plyny otáčajú vysokorýchlostné (3) a nízkootáčkové turbíny, ktoré naopak poháňajú kompresor (5), ktorý tlačí vzduch do spaľovacej komory a ventilátory (6), ktoré poháňajú vzduch cez túto komoru a usmerňujú do výfukového potrubia. Ventilátory vytláčaním vzduchu poskytujú dodatočný ťah. Motor tohto typu je schopný vyvinúť ťah až 13 600 kg.

Záver

Prúdový motor má veľa úžasných funkcií, ale hlavná je táto. Raketa na pohyb nepotrebuje zem, vodu ani vzduch, pretože sa pohybuje v dôsledku interakcie s plynmi vznikajúcimi pri spaľovaní paliva. Preto sa raketa môže pohybovať v priestore bez vzduchu.

K. E. Ciolkovskij je zakladateľom teórie vesmírnych letov. Vedecký dôkaz o možnosti využitia rakety na lety do vesmíru, za zemskú atmosféru a na iné planéty slnečnej sústavy ako prvý podal ruský vedec a vynálezca Konstantin Eduardovič Ciolkovskij

Bibliografia

Encyklopedický slovník mladých technikov.

Tepelné javy v technike.

Materiály zo stránky http://goldref.ru/;

1. Jet pohyb (2)

   Abstrakt >> Fyzika

   Ktorý je vo forme reaktívny trysky sú vymrštené z reaktívny motora; ja reaktívny motora- menič energie... s ktorým reaktívny motora ovplyvňuje zariadenie, ktoré je týmto vybavené reaktívny motora. Trakcia reaktívny motora záleží na...

2. Jet pohyb v prírode a technika

   Abstrakt >> Fyzika

   Salpu vpred. Najväčším záujmom je reaktívny motora chobotnice Chobotnica je najviac... t.j. prístroj s reaktívny motora, pomocou paliva a okysličovadla umiestneného na samotnom zariadení. Reaktívny motora- Toto motora, transformácia...

3. Reaktívny Viacnásobný odpaľovací raketový systém BM-13 Kaťuša

   Abstrakt >> Historické postavy

   Bojová hlavica a prach reaktívny motora. Hlavová časť je... poistka a prídavná rozbuška. Reaktívny motora má spaľovaciu komoru, v... prudký nárast požiarnych schopností reaktívny

Prúdový pohyb je proces, pri ktorom sa jedna jeho časť pri určitej rýchlosti oddeľuje od určitého telesa. Sila, ktorá v tomto prípade vzniká, funguje sama o sebe, bez najmenšieho kontaktu s vonkajšími telesami. Prúdový pohon sa stal impulzom pre vznik prúdového motora. Jeho princíp fungovania je založený práve na tejto sile. Ako taký motor funguje? Skúsme na to prísť.

Historické fakty

Myšlienku použitia prúdového pohonu, ktorý by umožnil prekonať gravitačnú silu Zeme, predložil v roku 1903 fenomén ruskej vedy - Tsiolkovsky. Na túto tému publikoval celú štúdiu, ktorá sa však nebrala vážne. Konstantin Eduardovič, ktorý zažil zmenu v politickom systéme, strávil roky práce, aby všetkým dokázal, že má pravdu.

Dnes existuje veľa povestí, že revolucionár Kibalchich bol v tejto veci prvý. Ale v čase, keď boli publikované Tsiolkovského diela, závet tohto muža bol pochovaný spolu s Kibalchichom. Navyše to nebola plnohodnotná práca, ale iba náčrty a obrysy - revolucionár nedokázal poskytnúť spoľahlivý základ pre teoretické výpočty vo svojich dielach.

Ako funguje reaktívna sila?

Aby ste pochopili, ako funguje prúdový motor, musíte pochopiť, ako táto sila funguje.

Predstavte si teda výstrel z akejkoľvek strelnej zbrane. Toto jasný príklad pôsobenie reaktívnej sily. Prúd horúceho plynu, ktorý vzniká pri spaľovaní náboja v náboji, tlačí zbraň späť. Čím silnejší je náboj, tým silnejší bude spätný ráz.

Teraz si predstavme proces zapálenia horľavej zmesi: prebieha postupne a nepretržite. Presne tak vyzerá princíp fungovania náporového motora. Podobne funguje aj raketa s prúdovým motorom na tuhé palivo - je to najjednoduchšia z jej variácií. Poznajú ho aj začínajúci raketoví modelári.

Čierny prach sa spočiatku používal ako palivo pre prúdové motory. Prúdové motory, ktorých princíp činnosti bol už pokročilejší, vyžadovali palivo na báze nitrocelulózy, ktoré bolo rozpustené v nitroglyceríne. Vo veľkých jednotkách, ktoré vypúšťajú rakety, ktoré vynášajú na obežnú dráhu raketoplány, dnes používajú ako okysličovadlo špeciálnu zmes polymérového paliva s chloristanom amónnym.

Princíp činnosti RD

Teraz stojí za to pochopiť princíp fungovania prúdového motora. Ak to chcete urobiť, môžete zvážiť klasiku - kvapalinové motory, ktoré zostali prakticky nezmenené od čias Ciolkovského. Tieto jednotky používajú palivo a okysličovadlo.

Ten používa kvapalný kyslík alebo kyselinu dusičnú. Ako palivo sa používa petrolej. Moderné kvapalné kryogénne motory spotrebúvajú kvapalný vodík. Pri oxidácii kyslíkom zvyšuje špecifický impulz (až o 30 percent). Myšlienka, že by sa dal použiť vodík, tiež vznikla v hlave Ciolkovského. Pre extrémne nebezpečenstvo výbuchu však bolo v tom čase potrebné hľadať iné palivo.

Princíp fungovania je nasledovný. Komponenty vstupujú do spaľovacej komory z dvoch samostatných nádrží. Po zmiešaní sa premenia na hmotu, ktorá pri spaľovaní uvoľňuje obrovské množstvo tepla a desaťtisíc atmosfér tlaku. Oxidačné činidlo sa privádza do spaľovacej komory. Palivová zmes Keď prechádza medzi dvojitými stenami komory a dýzy, ochladzuje tieto prvky. Ďalej bude palivo ohrievané stenami prúdiť cez obrovské množstvo trysiek do zóny zapaľovania. Prúd, ktorý sa vytvára pomocou dýzy, vybuchne. Vďaka tomu je zabezpečený tlačný moment.

V stručnosti, princíp činnosti prúdového motora možno prirovnať k horáku. To posledné je však oveľa jednoduchšie. Neexistujú žiadne iné pomocné systémy motora. A to sú kompresory potrebné na vytvorenie vstrekovacieho tlaku, turbíny, ventily, ako aj ďalšie prvky, bez ktorých je prúdový motor jednoducho nemožný.

Napriek tomu, že kvapalné motory spotrebujú veľa paliva (spotreba paliva je približne 1000 gramov na 200 kilogramov nákladu), stále sa používajú ako pohonné jednotky pre nosné rakety a manévrovacie jednotky pre orbitálne stanice, ale aj iné kozmické lode.

Zariadenie

Typický prúdový motor je konštruovaný nasledovne. Jeho hlavné zložky sú:

kompresor;

Spaľovacia komora;

Turbíny;

Výfukový systém.

Pozrime sa na tieto prvky podrobnejšie. Kompresor pozostáva z niekoľkých turbín. Ich úlohou je nasávať a stláčať vzduch, keď prechádza lopatkami. Počas procesu kompresie sa zvyšuje teplota a tlak vzduchu. Súčasťou tohto stlačený vzduch dodávané do spaľovacej komory. V ňom sa vzduch mieša s palivom a dochádza k vznieteniu. Tento proces ďalej zvyšuje tepelnú energiu.

Zmes opúšťa spaľovaciu komoru pri vysoká rýchlosť a potom sa rozšíri. Potom nasleduje ďalšia turbína, ktorej lopatky sa vplyvom plynov otáčajú. Táto turbína, pripojená ku kompresoru umiestnenému v prednej časti jednotky, ju uvádza do pohybu. Vzduch ohriaty na vysoké teploty, vystupuje cez výfukový systém. Teplota, už aj tak dosť vysoká, stále stúpa v dôsledku škrtiaceho efektu. Potom vzduch úplne vyjde.

Motor lietadla

Tieto motory používajú aj lietadlá. Napríklad prúdové jednotky sú inštalované v obrovských osobných lietadlách. Od bežných sa líšia prítomnosťou dvoch nádrží. Jeden obsahuje palivo a druhý obsahuje okysličovadlo. Kým prúdový motor nesie iba palivo, vzduch čerpaný z atmosféry sa používa ako okysličovadlo.

Prúdový motor

Princíp činnosti leteckého prúdového motora je založený na rovnakej reaktívnej sile a rovnakých fyzikálnych zákonoch. Najdôležitejšou časťou sú lopatky turbíny. Konečný výkon závisí od veľkosti čepele.

Práve vďaka turbínam vzniká ťah, ktorý je potrebný na zrýchlenie lietadla. Každá z čepelí je desaťkrát výkonnejšia ako bežné čepele automobilový spaľovací motor. Turbíny sú inštalované za spaľovacou komorou, kde je najvyšší tlak. A teplota tu môže dosiahnuť jeden a pol tisíc stupňov.

Dvojokruhová rolovacia dráha

Tieto jednotky majú mnoho výhod oproti prúdovým. Napríklad výrazne nižšia spotreba paliva pri rovnakom výkone.

Samotný motor má ale zložitejšiu konštrukciu a väčšiu hmotnosť.

A princíp činnosti dvojokruhového prúdového motora je mierne odlišný. Vzduch zachytený turbínou je čiastočne stlačený a privádzaný do kompresora v prvom okruhu a do stacionárnych lopatiek v druhom okruhu. Turbína funguje ako kompresor nízky tlak. V prvom okruhu motora sa vzduch stláča a ohrieva a potom cez kompresor vysoký tlak dodávané do spaľovacej komory. Tu dochádza k zmiešaniu s palivom a vznieteniu. Vznikajú plyny, ktoré sú privádzané do vysokotlakovej turbíny, vďaka čomu sa lopatky turbíny otáčajú, čo zase dodáva rotačný pohyb vysokotlakovému kompresoru. Plyny potom prechádzajú cez nízkotlakovú turbínu. Ten aktivuje ventilátor a nakoniec plyny vytekajú von a vytvárajú prievan.

Synchrónne rolovacie dráhy

Ide o elektromotory. Princíp činnosti synchrónneho reluktančného motora je podobný činnosti krokovej jednotky. Striedavý prúd sa privádza do statora a vytvára magnetické pole okolo rotora. Ten sa otáča vďaka tomu, že sa snaží minimalizovať magnetický odpor. Tieto motory nemajú nič spoločné s prieskumom vesmíru a štartom raketoplánov.

Prúdový motor je zariadenie, ktoré vytvára ťažnú silu potrebnú na pohyb premenou vnútornej energie paliva na kinetickú energiu prúdiaceho prúdu pracovnej tekutiny.

Triedy prúdových motorov:

Všetky prúdové motory sú rozdelené do 2 tried:

• Prúd vzduchu - tepelné motory, využívajúci energiu oxidácie vzduchu získanú z atmosféry. V týchto motoroch je pracovná tekutina reprezentovaná zmesou produktov spaľovania so zvyšnými prvkami zvoleného vzduchu.
• Raketové motory – motory, ktoré obsahujú všetko na palube potrebné komponenty a sú schopné pracovať aj v bezvzduchovom priestore.

Priamy tok prúdový motor– najjednoduchší dizajn v triede WRD. Zvýšenie tlaku potrebného na prevádzku zariadenia je generované brzdením prichádzajúceho prúdu vzduchu.

Pracovný proces náporového zariadenia možno stručne opísať takto:

• Vzduch vstupuje rýchlosťou letu do vstupného zariadenia motora, jeho kinetická energia sa premieňa na vnútornú energiu, zvyšuje sa tlak a teplota vzduchu. Na vstupe do spaľovacej komory a po celej dĺžke dráhy prúdenia je pozorovaný maximálny tlak.

• K ohrevu stlačeného vzduchu v spaľovacej komore dochádza oxidáciou privádzaného vzduchu, pričom sa zvyšuje vnútorná energia pracovnej tekutiny.
• Ďalej sa prúdenie v dýze zužuje, pracovná tekutina dosahuje zvukovú rýchlosť a pri expanzii opäť nadzvukovú rýchlosť. Vzhľadom na to, že pracovná tekutina sa pohybuje rýchlosťou presahujúcou rýchlosť prichádzajúceho prúdu, vo vnútri sa vytvára prúdový ťah.

IN konštruktívne Ramjet je konečný jednoduché zariadenie. Motor obsahuje spaľovaciu komoru, do ktorej prichádza palivo vstrekovače paliva a vzduch vychádza z difúzora. Spaľovacia komora končí pri vstupe do dýzy, ktorá je konvergentno-divergentnou dýzou.

Vývoj technológie zmiešaného tuhého paliva viedol k použitiu tohto paliva v náporových motoroch. Spaľovacia komora obsahuje palivový blok so stredovým pozdĺžnym kanálom. Pracovná tekutina prechádzajúca kanálom postupne oxiduje povrch paliva a zahrieva sa. Použitie tuhého paliva ďalej zjednodušuje konštrukciu motora: palivový systém sa stáva zbytočným.

Zloženie zmiešaného paliva v náporových motoroch sa líši od zloženia používaného v raketových motoroch na tuhé palivo. Ak v raketový motor Väčšinu zloženia paliva zaberá okysličovadlo, ale v náporových motoroch sa používa v malých pomeroch na aktiváciu spaľovacieho procesu.

Náplň zmiešaného náporového paliva pozostáva hlavne z jemného prášku berýlia, horčíka alebo hliníka. Ich oxidačné teplo výrazne prevyšuje spaľovacie teplo uhľovodíkového paliva. Príkladom náporového lietadla na tuhé palivo je hnací motor protilodnej riadenej strely P-270 Moskit.

Náporový ťah závisí od rýchlosti letu a je určený na základe vplyvu niekoľkých faktorov:

• Čím vyššia je rýchlosť letu, tým väčší bude prúd vzduchu prechádzajúci dráhou motora, resp. veľká kvantita kyslík bude prenikať do spaľovacej komory, čo zvyšuje spotrebu paliva, tepelné a mechanická sila motor.
• Čím väčší je prietok vzduchu cez dráhu motora, tým vyšší bude ťah generovaný motorom. Existuje však určitý limit, prietok vzduchu cez dráhu motora sa nemôže zvyšovať donekonečna.
• So zvyšujúcou sa rýchlosťou letu sa zvyšuje úroveň tlaku v spaľovacej komore. V dôsledku toho sa zvyšuje tepelná účinnosť motora.
• Ako väčší rozdiel medzi rýchlosťou letu vozidla a rýchlosťou prechodu prúdového prúdu, tým väčší je ťah motora.

Závislosť ťahu náporového motora od rýchlosti letu možno znázorniť nasledovne: kým rýchlosť letu nebude oveľa nižšia ako rýchlosť prechodu prúdového prúdu, ťah sa bude zvyšovať spolu so zvyšovaním rýchlosti letu. Keď sa rýchlosť letu priblíži rýchlosti prúdového prúdu, ťah začne klesať po prekročení určitého maxima, pri ktorom sa pozoruje optimálna rýchlosť let.

V závislosti od rýchlosti letu sa rozlišujú tieto kategórie náporových motorov:

• podzvukový;
• nadzvukový;
• hypersonický.

Každá skupina má svoje vlastné charakteristické rysy dizajnov.

Podzvukové náporové motory

Táto skupina motorov je navrhnutá tak, aby poskytovala rýchlosti letu v rozsahu od Mach 0,5 do Mach 1,0. Stláčanie vzduchu a brzdenie v takýchto motoroch prebieha v difúzore - rozširujúcom sa kanáli zariadenia na vstupe prúdu.

Tieto motory majú mimoriadne nízka účinnosť. Pri lete rýchlosťou M = 0,5 je v nich úroveň nárastu tlaku 1,186, preto je pre ne ideálna tepelná účinnosť len 4,76 % a ak vezmeme do úvahy aj straty v skutočný motor, táto hodnota sa priblíži k nule. To znamená, že pri lete rýchlosťou M<0,5 дозвуковой ПВРД неработоспособен.

Ale aj pri maximálnej rýchlosti pre podzvukový rozsah pri M=1 je úroveň nárastu tlaku 1,89 a ideálny tepelný koeficient je len 16,7%. Tieto hodnoty sú 1,5-krát menšie ako pri piestových spaľovacích motoroch a 2-krát menšie ako pri motoroch s plynovou turbínou. Plynové turbíny a piestové motory sú účinné aj pri prevádzke v stacionárnej polohe. Preto sa náporové podzvukové motory v porovnaní s inými leteckými motormi ukázali ako nekonkurencieschopné a v súčasnosti nie sú sériovo vyrábané.

Nadzvukové náporové motory

Nadzvukové náporové motory sú určené pre lety v rozsahu rýchlostí 1< M < 5.

Spomalenie prúdenia nadzvukového plynu je vždy prerušované, výsledkom čoho je vznik rázovej vlny, ktorá sa nazýva rázová vlna. Vo vzdialenosti rázovej vlny nie je proces stláčania plynu izoentropický. V dôsledku toho sa pozorujú straty mechanickej energie, úroveň zvýšenia tlaku v nej je menšia ako pri izoentropickom procese. Čím silnejšia je rázová vlna, tým viac sa mení rýchlosť prúdenia vpredu a tým väčšia je tlaková strata, ktorá niekedy dosahuje 50%.

Aby sa minimalizovali tlakové straty, kompresia nie je organizovaná v jednej, ale vo viacerých rázových vlnách s nižšou intenzitou. Po každom z týchto skokov sa pozoruje pokles rýchlosti prúdenia, ktorý zostáva nadzvukový. To sa dosiahne, ak je čelo rázu umiestnené pod uhlom k smeru rýchlosti prúdenia. Parametre prietoku zostávajú konštantné v intervaloch medzi skokmi.

V poslednom skoku rýchlosť dosiahne podzvukovú úroveň, v kanáli difúzora plynule prebiehajú ďalšie procesy brzdenia a stláčania vzduchu.

Ak je vstupné zariadenie motora umiestnené v oblasti nerušeného prúdenia (napríklad pred lietadlom na prednom konci alebo v dostatočnej vzdialenosti od trupu na konzole krídla), je asymetrické a je vybavené centrálne telo - ostrý dlhý „kužeľ“ vyčnievajúci zo škrupiny. Centrálne teleso je navrhnuté tak, aby vytváralo šikmé rázové vlny v prichádzajúcom prúde vzduchu, ktoré zabezpečujú kompresiu a brzdenie vzduchu, kým nevstúpi do špeciálneho kanála vstupného zariadenia. Prezentované vstupné zariadenia sa nazývajú kužeľové prietokové zariadenia, vzduch v nich cirkuluje a vytvára kužeľovitý tvar.

Centrálne kužeľové teleso môže byť vybavené mechanickým pohonom, ktorý mu umožňuje pohybovať sa pozdĺž osi motora a optimalizovať brzdenie prúdu vzduchu pri rôznych rýchlostiach letu. Tieto vstupné zariadenia sa nazývajú nastaviteľné.

Pri upevňovaní motora pod krídlom alebo pod trupom, teda v oblasti aerodynamického vplyvu konštrukčných prvkov lietadla, sa používajú vstupné zariadenia plochého tvaru dvojrozmerného prúdenia. Nie sú vybavené centrálnym telom a majú priečny obdĺžnikový prierez. Nazývajú sa tiež zmiešané alebo vnútorné kompresné zariadenia, pretože vonkajšia kompresia tu nastáva iba počas rázových vĺn vytvorených na prednej hrane krídla alebo prednej časti lietadla. Nastaviteľné vstupné zariadenia pravouhlého prierezu sú schopné meniť polohu klinov vo vnútri kanála.

V oblasti nadzvukových otáčok sú náporové motory efektívnejšie ako v oblasti podzvukových otáčok. Napríklad pri rýchlosti letu M=3 je pomer nárastu tlaku 36,7, čo je blízko k pomeru prúdových motorov a vypočítaná ideálna účinnosť dosahuje 64,3 %. V praxi sú tieto ukazovatele nižšie, ale pri rýchlostiach v rozsahu M = 3-5 sú motory SPVjet účinnejšie ako všetky existujúce typy VRE.

Pri teplote nerušeného prúdenia vzduchu 273°K a rýchlosti lietadla M=5 je teplota pracovného retardovaného telesa 1638°K, pri rýchlosti M=6 - 2238°K a pri reálnom lete berúc do úvahy rázové vlny a pôsobenie trecej sily, je ešte vyššia.

Ďalšie zahrievanie pracovnej tekutiny je problematické kvôli tepelnej nestabilite konštrukčných materiálov, ktoré tvoria motor. Preto sa maximálna rýchlosť pre prúd SPV považuje za M=5.

Hypersonický náporový motor

Do kategórie hypersonických náporových motorov patria náporové motory, ktoré pracujú pri rýchlostiach vyšších ako 5 Mach. Na začiatku 21. storočia bola existencia takéhoto motora len hypotetická: nebola zmontovaná ani jedna vzorka, ktorá by prešla letovými skúškami a potvrdila realizovateľnosť a relevantnosť jeho sériovej výroby.

Na vstupe do scramjet zariadenia sa vzduchové brzdenie vykonáva len čiastočne a počas zvyšku zdvihu je pohyb pracovnej tekutiny nadzvukový. Väčšina kinetickej počiatočnej energie toku je zachovaná po stlačení, teplota je relatívne nízka, čo umožňuje pracovnej tekutine uvoľniť značné množstvo tepla. Za vstupným zariadením sa prietoková dráha motora rozširuje po celej dĺžke. V dôsledku spaľovania paliva v nadzvukovom prúde sa pracovná kvapalina zahrieva, rozpína ​​a zrýchľuje.

Tento typ motora je určený pre lety v riedkej stratosfére. Teoreticky môže byť takýto motor použitý na opakovane použiteľných nosičoch kozmických lodí.

Jedným z hlavných problémov pri konštrukcii scramjetu je organizácia spaľovania paliva v nadzvukovom prúdení.

V rôznych krajinách bolo spustených niekoľko programov na vytvorenie scramjetových motorov, všetky sú v štádiu teoretického výskumu a predbežného laboratórneho výskumu.

Kde sa používajú náporové motory?

Nápor nepracuje pri nulovej rýchlosti a nízkych rýchlostiach letu. Lietadlo s takýmto motorom vyžaduje inštaláciu pomocných pohonov, ktorými môže byť raketový posilňovač na tuhé palivo alebo nosné lietadlo, z ktorého štartuje vozidlo s náporom.

Pre neúčinnosť náporového lietadla pri nízkych rýchlostiach je prakticky nevhodný na použitie v pilotovaných lietadlách. Je vhodnejšie použiť takéto motory pre bezpilotné, riadené a jednorazové bojové strely kvôli ich spoľahlivosti, jednoduchosti a nízkej cene. Náporové motory sa používajú aj pri lietajúcich cieľoch. Výkonnostným charakteristikám náporového lietadla konkuruje iba raketový motor.

Jadrový nápor

Počas studenej vojny medzi ZSSR a USA vznikli projekty náporových motorov s jadrovým reaktorom.

V takýchto blokoch nebola zdrojom energie chemická reakcia spaľovania paliva, ale teplo generované jadrovým reaktorom inštalovaným namiesto spaľovacej komory. Pri takomto náporovom nápore vzduch vstupujúci cez vstupné zariadenie preniká do aktívnej oblasti reaktora, ochladzuje konštrukciu a sám sa zahrieva až na 3000 K. Potom prúdi z trysky motora rýchlosťou blízkou rýchlosti moderných raketových motorov. . Jadrové náporové motory boli určené na inštaláciu do medzikontinentálnych riadených striel nesúcich jadrovú nálož. Konštruktéri v oboch krajinách vytvorili jadrové reaktory malých rozmerov, ktoré zapadajú do rozmerov riadenej strely.

V roku 1964, ako súčasť výskumných programov jadrového náporového prúdu, Tory a Pluto vykonali stacionárne požiarne testy jadrového náporového lietadla Tory-IIC. Skúšobný program bol ukončený v júli 1964 a motor nebol letovo testovaný. Predpokladaným dôvodom na obmedzenie programu by mohlo byť zlepšenie konfigurácie balistických rakiet s chemickými raketovými motormi, ktoré umožnili vykonávať bojové misie bez použitia jadrových náporových motorov.

V prednej časti prúdového motora je ventilátor. Odoberá vzduch z vonkajšieho prostredia, nasáva ho do turbíny. V raketových motoroch vzduch nahrádza kvapalný kyslík. Ventilátor je vybavený mnohými titánovými lopatkami, ktoré majú špeciálny tvar.

Snažia sa, aby plocha ventilátora bola dostatočne veľká. Táto časť systému sa okrem nasávania vzduchu podieľa aj na chladení motora, čím chráni jeho komory pred zničením. Za ventilátorom je kompresor. Vháňa vzduch do spaľovacej komory pod vysokým tlakom.

Jedným z hlavných konštrukčných prvkov prúdového motora je spaľovacia komora. V ňom sa palivo zmieša so vzduchom a zapáli sa. Zmes sa zapáli, sprevádzaná silným zahriatím častí krytu. Palivová zmes expanduje pri vysokej teplote. V motore totiž nastáva riadený výbuch.

Zo spaľovacej komory sa zmes paliva a vzduchu dostáva do turbíny, ktorá sa skladá z mnohých lopatiek. Tryskový prúd na ne vyvíja tlak a spôsobuje otáčanie turbíny. Sila sa prenáša na hriadeľ, kompresor a ventilátor. Vytvára sa uzavretý systém, ktorého prevádzka vyžaduje iba neustály prísun palivovej zmesi.

Poslednou časťou prúdového motora je tryska. Z turbíny sem vstupuje ohriaty prúd, ktorý vytvára tryskový prúd. Do tejto časti motora je privádzaný aj studený vzduch z ventilátora. Slúži na chladenie celej konštrukcie. Prúd vzduchu chráni manžetu dýzy pred škodlivými účinkami prúdu prúdu a zabraňuje roztaveniu častí.

Ako funguje prúdový motor?

Pracovnou kvapalinou motora je prúd. Vyteká z trysky veľmi vysokou rýchlosťou. To vytvára reaktívnu silu, ktorá tlačí celé zariadenie opačným smerom. Ťažná sila vzniká výlučne pôsobením prúdu, bez akejkoľvek podpory iných telies. Táto vlastnosť prúdového motora umožňuje jeho využitie ako elektráreň pre rakety, lietadlá a kozmické lode.

Čiastočne je činnosť prúdového motora porovnateľná s pôsobením prúdu vody vytekajúcej z hadice. Kvapalina je pod obrovským tlakom privádzaná cez hadicu do skoseného konca hadice. Rýchlosť vody opúšťajúcej trysku je vyššia ako vo vnútri hadice. To vytvára protitlakovú silu, ktorá umožňuje hasičovi držať hadicu len veľmi ťažko.

Špeciálnym technologickým odvetvím je výroba prúdových motorov. Keďže teplota pracovnej tekutiny tu dosahuje niekoľko tisíc stupňov, časti motora sú vyrobené z vysoko pevných kovov a materiálov, ktoré sú odolné voči roztaveniu. Jednotlivé časti prúdových motorov sú vyrobené napríklad zo špeciálnych keramických zmesí.