Як працює реактивний двигун літака? Як працює реактивний двигун? Яку роботу зробив реактивний двигун

15.07.2019

Кузов

Вперше літак із турбореактивним двигуном ( ТРД) піднявся у повітря 1939 року. З того часу пристрій двигунів літаків удосконалювався, з'явилися різні види, але принцип роботи в усіх них приблизно однаковий. Щоб зрозуміти, чому повітряне судно, що має таку велику масу, так легко піднімається у повітря, слід дізнатися, як працює двигун літака. ТРД рухає повітряне судно за рахунок реактивної тяги. У свою чергу, реактивна тяга є силою віддачі струменя газу, що вилітає із сопла. Тобто виходить, що турбореактивна установка штовхає літак і всіх людей, що знаходяться в салоні, за допомогою газового струменя. Реактивний струмінь, вилітаючи з сопла, відштовхується від повітря і таким чином приводить в рух повітряне судно.

Влаштування турбовентиляторного двигуна

Конструкція

Пристрій двигуна літака є досить складним. Робоча температурау таких установках досягає 1000 і більше градусів. Відповідно, всі деталі, з яких двигун складається, виготовляються із стійких до впливу високих температур та займання матеріалів. Через складність пристрою існує ціла галузь науки про ТРД.

ТРД складається з кількох основних елементів:

вентилятор;
компресор;
камера згоряння;
турбіна;
сопло.

Перед турбіною встановлений вентилятор. З його допомогою повітря затягується в установку ззовні. У таких установках використовують вентилятори з великою кількістю лопатей певної форми. Розмір та форма лопатей забезпечують максимально ефективну та швидку подачу повітря в турбіну. Виготовляються вони із титану. Крім основної функції (затягування повітря), вентилятор вирішує ще одне важливе завдання: за його допомогою здійснюється прокачування повітря між елементами ТРД та його оболонкою. За рахунок такого прокачування забезпечується охолодження системи та запобігає руйнуванню камери згоряння.

Біля вентилятора розташований компресор високої потужності. З його допомогою повітря надходить у камеру згоряння під високим тиском. У камері відбувається змішування повітря із паливом. Суміш, що утворюється, підпалюється. Після займання відбувається нагрівання суміші та всіх розташованих поруч елементів установки. Камера згоряння найчастіше виготовляється із кераміки. Це тим, що температура всередині камери досягає 2000 градусів і більше. Кераміка характеризується стійкістю до впливу високих температур. Після займання суміш надходить у турбіну.

Вид літакового зовні

Турбіна являє собою пристрій, що складається з великої кількостілопаток. На лопатки тиск тиск потік суміші, приводячи тим самим турбіну в рух. Турбіна внаслідок такого обертання змушує обертатися вал, де встановлено вентилятор. Виходить замкнута система, яка для функціонування двигуна потребує лише подачі повітря та наявності палива.

Далі суміш надходить у сопло. Це завершальний етап 1 циклу роботи двигуна. Тут формується реактивний струмінь. Такий принцип роботи двигуна літака. Вентилятор нагнітає холодне повітряу сопло, запобігаючи його руйнуванню від надмірно гарячої суміші. Потік холодного повітря не дає сопла манжеті розплавитися.

У двигунах повітряних суден можуть бути встановлені різні сопла. Найбільш досконалими вважаються рухливі. Рухливе сопло здатне розширюватись і стискатися, а також регулювати кут, задаючи правильний напрямреактивного струменя. Літаки з такими двигунами характеризуються відмінною маневреністю.

Види двигунів

Двигуни для літаків бувають різних типів:

класичні;
турбогвинтові;
турбовентиляторні;
прямоточні.

Класичніустановки працюють за принципом, описаним вище. Такі двигуни встановлюють на повітряних суднах різної модифікації. Турбогвинтовіфункціонують дещо інакше. Вони газова турбіна немає механічного зв'язку з трансмісією. Ці установки рухають за допомогою реактивної тяги лише частково. Основну частину енергії гарячої суміші даний видустановки використовує для приводу повітряного гвинта через редуктор. У такій установці замість однієї є дві турбіни. Одна з них наводить компресор, а друга гвинт. На відміну від класичних турбореактивних, гвинтові установки економічніші. Але вони не дозволяють літакам розвивати високі швидкості. Їх встановлюють на малошвидкісних повітряних суднах. ТРД дозволяють розвивати набагато велику швидкістьпід час польоту.

Турбовентиляторнідвигуни є комбінованими установками, що поєднують елементи турбореактивних і турбогвинтових двигунів. Вони відрізняються від класичних великим розміромлопат вентилятора. І вентилятор, і гвинт функціонують на дозвукових швидкостях. Швидкість переміщення повітря знижується за рахунок наявності спеціального обтічника, який поміщений вентилятор. Такі двигуни економічніше витрачають паливо, ніж класичні. Крім того, вони характеризуються більш високим ККД. Найчастіше їх встановлюють на лайнерах та літаках великої місткості.

Розмір двигуна літака щодо людського зростання

Прямоточніповітряно-реактивні установки не передбачають використання рухомих елементів. Повітря втягується природним шляхом завдяки обтічнику, встановленому на вхідному отворі. Після надходження повітря двигун працює аналогічно до класичного.

Деякі літаки літають на турбогвинтових двигунах, пристрій яких набагато простіше, ніж пристрій ТРД. Тому у багатьох виникає питання: навіщо використовувати складніші установки, якщо можна обмежитися гвинтовою? Відповідь проста: ТРД перевершують гвинтові двигуни за потужністю. Вони потужніші у десятки разів. Відповідно, ТРД видає набагато більшу тягу. Завдяки цьому забезпечується можливість піднімати у повітря великі літаки та здійснювати перельоти на високій швидкості.

Вконтакте

Реактивний двигун

двигун, тяга якого створюється реакцією (віддачею) струменя робочого тіла, що випливає з нього. Під робочим тілом стосовно двигунів розуміють речовину (газ, рідина, тверде тіло), за допомогою якого теплова , що виділяється при згорянні палива, перетворюється на корисну механічну роботу. Основа реактивного двигуна – де спалюється (джерело первинної енергії) і генерується – розжарені гази (продукти згоряння палива).

За способом генерування робочого тіла реактивні двигуниподіляються на повітряно-реактивні (ВРД) та ракетні двигуни (РД). У повітряно-реактивних двигунах паливо згоряє в повітряному потоці(окислюється киснем повітря), перетворюючись на теплову енергію розжарених газів, яка у свою чергу переходить у кінетичну енергію руху реактивного струменя. Залежно від способу подачі повітря в камеру згоряння розрізняють турбокомпресорні, прямоточні та пульсуючі повітряно-реактивні двигуни.

У турбокомпресорному двигуні повітря на камеру згоряння нагнітається компресором. Такі двигуни є основним типом авіаційного двигуна. Вони поділяються на турбогвинтові, турбореактивні та пульсуючі повітряно-реактивні двигуни.

Турбогвинтовий двигун (ТВД) - турбокомпресорний, в якому тяга в основному створюється повітряним гвинтом, що приводиться в обертання. газовою турбіною, та частково прямою реакцією потоку газів, що випливають з реактивного сопла.

1 – повітря; 2 – компресор; 3 - газова; 4 – сопло; 5 – гарячі гази; 6 – камера згоряння; 7 – рідке паливо; 8 – форсунки

Турбореактивний двигун (ТРД) - турбокомпресорний двигун, в якому тяга створюється прямою реакцією потоку стиснутих газів, що випливають із сопла. Пульсуючий повітряно-реактивний двигун- Реактивний двигун, в якому повітря, що періодично надходить в камеру згоряння, стискається під дією швидкісного напору. Має невелику тягу; використовувався в основному на дозвукових літальних апаратах. Прямоточний повітряно-реактивний двигун (ПВРД) - реактивний двигун, в якому повітря, що безперервно надходить в камеру згоряння, стискається під дією швидкісного натиску. Має більшу тягу при надзвукових швидкостях польоту; відсутня статична тяга, тому ПВРД необхідний примусовий старт.

Енциклопедія "Техніка". - М: Росмен. 2006 .

Реактивний двигун

двигун прямої реакції, - умовне найменування великого класудвигунів для літальних апаратів різного призначення На відміну від силової установкиз поршневим двигуном внутрішнього згорянняі повітряним гвинтом, де тягове зусилля створюється в результаті взаємодії гвинта з зовнішнім середовищем, Р. д. створює рушійну силу, звану реактивною силою або тягою, в результаті закінчення з нього струменя робочого тіла, що володіє кінетичною енергією. Ця сила спрямована протилежно до закінчення робочого тіла. Двигуном при цьому є сам Р. д. Первинна енергія, необхідна для роботи Р. д., як правило, міститься в самому робочому тілі (хімічна енергія палива, що спалюється, потенційна енергія стиснутого газу).
Р. д. діляться на дві основні групи. Першу групу становлять ракетні двигуни - двигуни, що створюють тягове зусилля лише за рахунок робочого тіла, що запасається на борту. літального апарату. До них належать рідинні ракетні двигуни, ракетні двигуни твердого палива, електричні ракетні двигуни та ін. космічних кораблівна орбіту.
До другої групи відносяться повітряно-реактивні двигуни, в яких основним компонентом робочого тіла є повітря, що забирається в двигун з довкілля. У повітряно-ракетних двигунах - турбореактивних двигунах, прямоточних повітряно-реактивних двигунах, пульсуючих повітряно-реактивних двигунах - все тягове зусилля створюється рахунок прямої реакції. За робочим процесом та конструктивним особливостямдо повітряно-ракетних двигунів примикають деякі авіаційні газотурбінні двигунинепрямої реакції - турбогвинтові двигуни та їх різновиди (турбовінтовентиляторні двигуни та турбувальні двигуни), у яких частка тягового зусиллярахунок прямої реакції незначна чи вона практично відсутня. Турбореактивні двоконтурні двигуниз різним значенням ступеня двоконтурності займають у цьому сенсі проміжне положення між турбореактивними двигунами та турбогвинтовими двигунами. Повітряно-ракетні двигуни застосовуються головним чином в авіації у складі силової установки літаків військового та цивільного призначення. Використовуючи як окислювач навколишнє повітря, повітряно-ракетні двигуни забезпечують істотно більшу паливну економічність, ніж ракетні двигуни, оскільки на борту літака необхідно мати пальне. У той же час можливість здійснення робочого процесу з використанням навколишнього повітря обмежує сферу використання повітряно-ракетних двигунів атмосферою.
Основна перевага ракетного двигуна перед повітряно-ракетним двигуном полягає в його здатності працювати за будь-яких швидкостей і висот польоту (тяга ракетного двигуна не залежить від швидкості польоту і зростає з висотою). У деяких випадках застосовуються комбіновані двигуни, що поєднують у собі ознаки ракетних та повітряно-ракетних двигунів. У комбінованих двигунахдля поліпшення економічності повітря використовується на початковому етапі розгону з переходом на ракетний режим великих висотах польоту.

Авіація: Енциклопедія. - М: Велика Російська Енциклопедія. Головний редакторГ.П. Свищев. 1994 .

Дивитись що таке "реактивний двигун" в інших словниках:

РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН, двигун, який забезпечує просування вперед, швидко випускаючи струмінь рідини або газу в напрямку протилежному напрямку руху. Щоб створити високошвидкісний потік газів, у реактивному двигуні пальне… Науково-технічний енциклопедичний словник

Двигун, що створює необхідну для руху силу тяги шляхом перетворення вихідної енергії в кінетичну енергію реактивного струменя робочого тіла (Робоче тіло); в результаті закінчення робочого тіла із сопла двигуна утворюється. Велика радянська енциклопедія

- (Двигун прямої реакції) двигун, тяга якого створюється реакцією (віддачею) робочого тіла, що випливає з нього. Поділяються на повітряно-реактивні та ракетні двигуни. Великий Енциклопедичний словник

Двигун, що перетворює якийсь вид первинної енергії в кінетичну енергію робочого тіла (реактивного струменя), яка створює реактивну тягу. У реактивному двигуні поєднуються власне двигун та рушій. Основною частиною будь-якого… … Морський словник

РЕАКТИВНИЙ двигун, двигун, тяга якого створюється прямою реакцією (віддачею) робочого тіла, що витікає з нього (наприклад, продуктів згоряння хімічного палива). Поділяються на ракетні двигуни (якщо запаси робочого тіла розміщуються… … Сучасна енциклопедія

Реактивний двигун- РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН, двигун, тяга якого створюється прямою реакцією (віддачею) робочого тіла, що витікає з нього (наприклад, продуктів згоряння хімічного палива). Поділяються на ракетні двигуни (якщо запаси робочого тіла розміщуються… … Ілюстрований енциклопедичний словник

РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН- двигун прямої реакції, реактивна (див.) якого створюється віддачею струменя робочого тіла, що випливає з нього. Розрізняють повітряно-реактивні та ракетні (див.) … Велика політехнічна енциклопедія

реактивний двигун- — Тематика нафтогазова промисловість EN jet engine … Довідник технічного перекладача

Випробування ракетного двигуна Спейс Шаттла … Вікіпедія

- (Двигун прямої реакції), двигун, тяга якого створюється реакцією (віддачею) робочого тіла, що з нього випливає. Поділяються на повітряно-реактивні та ракетні двигуни. * * * РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН (двигун прямий… … Енциклопедичний словник

Книги

Авіамодельний пульсуючий повітряно-реактивний двигун, В. А. Бородін, У книзі висвітлюються конструкція, експлуатація та елементарна теорія пульсуючого ВРД. Книжка ілюстрована схемами реактивних літаючих моделей літаків. Відтворено в оригінальній… Категорія: Сільгоспмашини Видавець: ЇЇ Медіа, Виробник:

Повітряний гвинт, що обертається, тягне літак вперед. Але реактивний двигун з великою швидкістювикидає гарячі гази, що відпрацювали, назад і тим самим створює реактивну силу тяги, спрямовану вперед.

Типи реактивних двигунів

Існує чотири типи реактивних, або газотурбінних двигунів:

Турбореактивні;

Турбовентиляторні- такі, як використовувані на пасажирських лайнерах Боїнг-747;

Турбогвинтові, де використовують повітряні гвинти, що наводяться в дію турбінами;

і Турбувальні, які ставлять на гелікоптери.

Турбовентиляторний двигунскладається з трьох основних частин: компресора, камери згоряння та турбіни, що дає енергію. Спочатку повітря надходить у двигун і стискається за допомогою вентилятора. Потім, в камері згоряння, стиснене повітря змішується з пальним і згоряє, утворюючи газ при високій температуріі високому тиску. Цей газ проходить через турбіну, змушуючи її обертатися з величезною швидкістю і викидається назад, створюючи таким чином реактивну силу тяги, спрямовану вперед.

Зображення клікабельне

Потрапивши в турбінний двигун, повітря проходить кілька ступенів стиснення. Особливо сильно виростають тиск та обсяг газу після проходження камери згоряння. Сила тяги, створювана вихлопними газами, дозволяє реактивним літакам рухатися на висотах і швидкостях, що набагато перевершують ті, що доступні гвинтокрилим машинам з поршневими двигунами.

У турбореактивному двигуні повітря забирається спереду, стискається та згоряє разом із паливом. Ті, що утворюються в результаті згоряння вихлопні газистворюють реактивну силу тяги.

Турбогвинтові двигуни з'єднують реактивну тягу вихлопних газівз передньою тягою, що створюється при обертанні повітряного гвинта.

Реактивний двигун - пристрій, що створює необхідну для руху силу тяги, перетворюючи внутрішню енергію пального на кінетичну енергію реактивного струменя робочого тіла.

Класи реактивних двигунів:

Усі реактивні двигуни поділяють на 2 класи:

Повітряно-реактивні – теплові двигуни, що використовують енергію окиснення повітря, одержуваного з атмосфери У цих двигунах робоче тілопредставлено сумішшю продуктів горіння з іншими елементами відібраного повітря.
Ракетні – двигуни, які на борту містять усі необхідні компонентиі здатні працювати навіть у безповітряному просторі.

Прямоточний повітряно-реактивний двигун – найпростіший у класі ВРД за конструкцією. Потрібне для роботи пристрою підвищення тиску утворюється шляхом гальмування зустрічного повітряного потоку.

Робочий процес ПВРД можна коротко описати так:

У вхідний пристрій двигуна надходить повітря зі швидкістю польоту, його кінетична енергія перетворюється на внутрішню, тиск і температура повітря підвищуються. На вході в камеру згоряння та по всій довжині проточної частини спостерігається максимальний тиск.

Нагрівання стиснутого повітряв камері згоряння відбувається шляхом окислення повітря, що подається, при цьому внутрішня енергія робочого тіла збільшується.
Далі потік звужується в соплі, робоче тіло досягає звукової швидкості, а знову при розширенні - надзвуковий. За рахунок того, що робоче тіло рухається зі швидкістю, що перевищує швидкість зустрічного потоку, створюється всередині реактивна тяга.

У конструктивному планіПВРД є гранично простим пристроєм. У складі двигуна є камера згоряння, всередину якої пальне надходить з паливних форсунок, А повітря - з дифузора. Камера згоряння закінчується входом у сопло, яке є звужується-розширюється.

Розвиток технології сумішевого твердого палива спричинило використання цього пального в ПВРД. У камері згоряння розташовується паливна шашка із центральним поздовжнім каналом. Проходячи каналом, робоче тіло поступово окислює поверхню палива і нагрівається саме. Застосування твердого палива ще більше спрощує конструкцію двигуна, що складається: Паливна системастає непотрібною.

Сумішне паливо за своїм складом у ПВРД відрізняється від застосовуваного РДТТ. Якщо в ракетному двигунібільшу частину складу палива займає окислювач, то ПВРД він використовується в невеликих пропорціях для активування процесу горіння.

Наповнювач сумішевого палива ПВРД переважно складається з дрібнодисперсного порошку берилію, магнію або алюмінію. Їх теплота окислення значно перевищує теплоту згоряння вуглеводневого палива. Як приклад твердопаливного ПВРД можна навести маршовий двигун крилатої протикорабельної ракети «П-270 Москіт».

Тяга ПВРД залежить від швидкості польоту та визначається виходячи з впливу кількох факторів:

Чим більший показник швидкості польоту, тим більшою буде витрата повітря, що проходить через тракт двигуна, відповідно, Велика кількістькисню проникатиме в камеру згоряння, що збільшує витрату палива, теплову та механічну потужністьдвигуна.
Чим більше витрата повітря крізь тракт двигуна, тим вище буде тяга, що створюється мотором. Однак існує певна межа, витрата повітря крізь тракт мотора не може збільшуватися необмежено.
У разі зростання швидкості польоту збільшується рівень тиску в камері згоряння. Внаслідок цього збільшується термічний ККД двигуна.
Чим більше різницяміж швидкістю польоту апарату та швидкістю проходження реактивного струменя, тим більше тяга двигуна.

Залежність тяги прямоточного повітряно-реактивного двигуна від швидкості польоту можна так: до того моменту, поки швидкість польоту набагато нижче швидкості проходження реактивного струменя, тяга буде збільшуватися разом із зростанням швидкості польоту. Коли швидкість польоту наближається до швидкості реактивного струменя, тяга починає падати, минувши певний максимум, у якому спостерігається оптимальна швидкістьпольоту.

Залежно від швидкості польоту виділяють такі категорії ПВРД:

дозвукові;
надзвукові;
гіперзвукові.

Кожна з груп має свої відмінні особливостіконструкції.

Дозвукові ПВРД

Ця група двигунів варта забезпечення польотів на швидкостях, рівних від 0,5 до 1,0 числа Маха. Стиснення повітря і гальмування в таких двигунах відбувається в дифузорі - каналі пристрою, що розширюється, на вході потоку.

Дані двигуни мають вкрай низьку ефективність. При польотах на швидкості М = 0,5 рівень збільшення тиску в них дорівнює 1,186, через що ідеальний термічний ККД для них - всього 4,76%, а якщо ще й враховувати втрати реальному двигуніця величина буде наближатися до нуля. Це означає, що з польотах на швидкостях M<0,5 дозвуковой ПВРД неработоспособен.

Але навіть на граничній швидкості для дозвукового діапазону при М = 1 рівень збільшення тиску дорівнює 1,89, а ідеальний термічний коефіцієнт - 16, 7%. Ці показники в 1,5 рази менші, ніж у поршневих двигунів внутрішнього згоряння, і в 2 рази менше, ніж у газотурбінних двигунів. Газотурбінні і поршневі двигуни також ефективні для використання при роботі в стаціонарному положенні. Тому прямоточні дозвукові двигуни, порівняно з іншими авіаційними двигунами, виявилися неконкурентоспроможними і в даний час серійно не випускаються.

Надзвукові ПВРД

Надзвукові ПВРД розраховані на здійснення польотів у діапазоні швидкостей 1< M < 5.

Гальмування надзвукового газового потоку завжди виконується розривно, при цьому утворюється ударна хвиля, яка називається стрибком ущільнення. На дистанції ударної хвилі процес стиснення газу перестав бути изоэнтропийным. Отже, спостерігаються втрати механічної енергії, рівень підвищення тиску у ньому менший, ніж у изоэнтропийном процесі. Чим потужнішим буде стрибок ущільнення, тим більше зміниться швидкість потоку на фронті, відповідно, більше втрати тиску, що іноді досягають 50%.

Для того щоб мінімізувати втрати тиску, організується стиск не в одному, а в декількох стрибках ущільнення з меншою інтенсивністю. Після кожного з таких стрибків спостерігається зниження швидкості потоку, що залишається надзвуковою. Це досягається, якщо фронт стрибків розташований під кутом до напрямку швидкості потоку. Параметри потоку в інтервалах між стрибками залишаються незмінними.

В останньому стрибку швидкість досягає дозвукового показника, подальші процеси гальмування та стиснення повітря відбуваються безперервно в каналі дифузора.

Якщо вхідний пристрій двигуна розташований в області незбуреного потоку (наприклад, попереду літального апарата на носовому закінченні або на достатньому віддаленні від фюзеляжу на крильовій консолі), він виконується асиметричним і комплектується центральним тілом - гострим довгим конусом, що виходить з обичайки. Центральне тіло призначене для створення у зустрічному повітряному потоці косих стрибків ущільнення, які забезпечують стиснення та гальмування повітря до моменту надходження в спеціальний канал вхідного пристрою. Представлені вхідні пристрої одержали назву пристроїв конічної течії, повітря всередині них циркулює, утворюючи конічну форму.

Центральне конічне тіло може бути оснащене механічним приводом, який дозволяє йому рухатися вздовж осі двигуна та оптимізувати гальмування потоку повітря на різних швидкостях польоту. Ці вхідні пристрої називаються регульованими.

При фіксації двигуна під крилом або знизу фюзеляжу, тобто області аеродинамічного впливу елементів конструкції літака, використовують вхідні пристрої плоскої форми двовимірної течії. Вони не оснащуються центральним тілом і мають поперечний прямокутний переріз. Їх ще називають пристроями змішаного або внутрішнього стиску, оскільки зовнішнє стиск тут має місце тільки при стрибках ущільнення, що утворюються біля передньої кромки крила або закінчення літального апарату. Вхідні регульовані пристрої прямокутного перерізу здатні змінювати положення клинів усередині каналу.

У надзвуковому швидкісному діапазоні ПВРД ефективніший, ніж у дозвуковому. Наприклад, швидкості польоту М=3 ступінь збільшення тиску становить 36,7, що наближається до показника турбореактивних двигунів, а розрахунковий ідеальний ККД досягає 64,3 %. Насправді ці показники менші, але з швидкостях у діапазоні М=3-5 СПВРД з ефективності перевершують всі існуючі типи ВРД.

При температурі незбуреного повітряного потоку 273 K і швидкості літака М = 5 температура робочого загальмованого тіла дорівнює 1638 К, при швидкості М = 6 - 2238 К, а в реальному польоті з урахуванням стрибків ущільнення і дії сили тертя стає ще вище.

Подальше нагрівання робочого тіла є проблематичним через термічну нестійкість конструкційних матеріалів, що входять до складу двигуна. Тому граничною для СПВРД вважається швидкість, що дорівнює М=5.

Гіперзвуковий прямоточний повітряно-реактивний двигун

До категорії гіперзвукових ПВРД належить ПВРД, що працює на швидкостях понад 5М. Станом на початок XXI століття існування такого двигуна було лише гіпотетичним: не зібрано жодного зразка, який би пройшов льотні випробування та підтвердив доцільність та актуальність його серійного випуску.

На вході у пристрій ГПВРД гальмування повітря виконується лише частково, і протягом решти такту переміщення робочого тіла є надзвуковим. Більшість кінетичної вихідної енергії потоку при цьому зберігається, після стиснення температура відносно низька, що дозволяє звільнити робочому тілу значну кількість тепла. Після вхідного пристрою проточна частина двигуна по всій довжині розширюється. За рахунок згоряння палива у надзвуковому потоці відбувається нагрівання робочого тіла, воно розширюється та прискорюється.

Цей тип двигуна призначений для проведення польотів у розрідженій стратосфері. Теоретично такий двигун можна використовувати на багаторазових носіях космічних апаратів.

Однією з основних проблем конструювання ГПВРД є організація згоряння палива в надзвуковому потоці.

У різних країнах розпочато кілька програм зі створення ГПВРД, всі вони знаходяться на стадії теоретичних досліджень та передпроектних лабораторних досліджень.

Де застосовуються ПВРД

ПВРД не працює при нульовій швидкості та низьких швидкостях польоту. Літальний апарат з таким двигуном вимагає встановлення на ньому допоміжних приводів, у ролі яких може виступати твердопаливний ракетний прискорювач або літак-носій, з якого проводиться запуск апарата з ПВРД.

Через неефективність ПВРД на малих швидкостях його практично недоречно використовувати на пілотованих літаках. Такі двигуни переважно використовувати для безпілотних, крилатих, бойових ракет одноразового застосування завдяки надійності, простоті та дешевизні. ПВРД також застосовують у літаючих мішенях. Конкуренцію за характеристиками ПВРД складає лише ракетний двигун.

Ядерний ПВРД

У період холодної війни між СРСР та США створювалися проекти прямоточних повітряних реактивних двигунів із ядерним реактором.

У таких агрегатах як джерело енергії виступала не хімічна реакція спалювання палива, а тепло, яке виробляв ядерний реактор, встановлений замість камери згоряння. У такому ПВРД повітря, що надходить крізь вхідний пристрій, проникає в активну область реактора, охолоджує конструкцію і сам нагрівається до 3000 К. Далі відбувається його витікання із сопла двигуна зі швидкістю, наближеною до швидкості скоєних ракетних двигунів. Ядерні ПВРД призначалися для встановлення у міжконтинентальних крилатих ракетах, що несуть ядерний заряд. Конструктори в обох країнах створили малогабаритні ядерні реактори, які помістилися до габаритів крилатої ракети.

У 1964 році в рамках програм дослідження ядерних ПВРД Tory та Pluto провели стаціонарні вогневі випробування ядерного ПВРД Tory-IIC. Програму випробувань було закрито у липні 1964 р., льотні випробування двигуна не проводили. Імовірною причиною згортання програми могло стати вдосконалення комплектації балістичних ракет ракетними хімічними двигунами, які дозволяли реалізувати бойові завдання без залучення ядерних ПВРД.

Реактивний рух - це процес, у якому від певного тіла з деякою швидкістю відокремлюється одна з його частин. Сила, що виникає при цьому, працює сама по собі, без найменшого контакту із зовнішніми тілами. Реактивний рух став поштовхом до створення реактивного двигуна. Принцип роботи його ґрунтується саме на цій силі. Як діє такий двигун? Спробуємо розібратися.

Історичні факти

Ідею використання реактивної тяги, яка б подолати силу тяжіння Землі, висунув 1903 року феномен російської науки - Ціолковський. Він опублікував ціле дослідження на цю тему, але воно не було сприйняте серйозно. Костянтин Едуардович, переживши зміну політичного устрою, витратив роки праць, щоб довести всім свою правоту.

Сьогодні дуже багато чуток про те, що першим у цьому питанні був революціонер Кібальчич. Але заповіт цієї людини на момент публікації праць Ціолковського було поховано разом із Кибальчичем. Крім того, це була не повноцінна праця, а лише ескізи та нариси – революціонер не зміг підвести надійну базу під теоретичні викладки у своїх роботах.

Як діє реактивна сила?

Щоб зрозуміти принцип роботи реактивного двигуна, слід розуміти, як діє ця сила.

Отже, представимо постріл з будь-якої вогнепальної зброї. Це наочний приклад дії реактивної сили. Струмінь розпеченого газу, який утворився в процесі згоряння заряду в патроні, відштовхує зброю назад. Чим потужніший заряд, тим сильнішою буде віддача.

А тепер представимо процес запалювання горючої суміші: він проходить поступово та безперервно. Саме так виглядає принцип роботи прямоточного реактивного двигуна. Подібним чином працює ракета з твердопаливним реактивним двигуном – це найпростіша з його варіацій. З нею знайомі навіть ракетомоделісти-початківці.

Як паливо для реактивних двигунів спочатку застосовували димний порох. Реактивні двигуни, принцип роботи яких був уже більш досконалий, вимагали палива з основою нітроцелюлози, яка розчинялася в нітрогліцерині. У великих агрегатах, що запускають ракети, що виводять шатли на орбіту, сьогодні використовують спеціальну суміш полімерного пального з амонію перхлоратом в якості окислювача.

Принцип дії РД

Тепер варто розібратися із принципом роботи реактивного двигуна. Для цього можна розглянути класику – рідинні двигуни, які практично не змінилися з часів Ціолковського. У цих агрегатах застосовується паливо та окислювач.

Як останній використовується рідкий кисень або азотна кислота. Як паливо застосовують гас. Сучасні рідинні двигуни кріогенного типу споживають рідкий водень. Він при окисленні киснем збільшує питомий імпульс (на 30 відсотків). Ідея про те, що можна використовувати водень, також народилася у голові Ціолковського. Однак на той момент через надзвичайну вибухонебезпечність довелося шукати інше пальне.

Принцип роботи полягає в наступному. Компоненти надходять у камеру згоряння із двох окремих баків. Після змішування вони перетворюються на масу, яка при згорянні виділяє величезну кількість тепла та десятки тисяч атмосфер тиску. Окислювач подається до камери згоряння. Паливна суміш у міру проходження між здвоєними стінками камери та сопла охолоджує ці елементи. Далі пальне, підігріте стінами, потрапить через безліч форсунок в зону займання. Струмінь, що формується за допомогою сопла, виривається назовні. За рахунок цього і забезпечується момент, що штовхає.

Коротко принцип роботи реактивного двигуна можна порівняти з паяльною лампою. Однак остання влаштована значно простіше. У схемі її немає різних допоміжних систем двигуна. А це компресори, необхідні для створення тиску упорскування, турбіни, клапана, а також інші елементи, без яких реактивний двигун просто неможливий.

Незважаючи на те, що рідинні двигуни споживають дуже багато пального (витрата палива становить приблизно 1000 грам на 200 кілограмів вантажу), їх досі використовують як маршові агрегати для ракети-носіїв і маневрові для орбітальних станцій, а також інших апаратів космічного призначення.

Пристрій

Влаштований типовий реактивний двигун в такий спосіб. Основні його вузли – це:

компресор;

Камера для згоряння;

Турбіни;

Вихлопна система.

Розглянемо ці елементи докладніше. Компресор є кілька турбін. Їхнє завдання - всмоктувати та стискати повітря у міру того, як воно проходить через лопаті. У процесі стиснення підвищується температура та тиск повітря. Частина такого стисненого повітря подається до камери згоряння. У ній повітря поєднується з паливом і відбувається запалення. Цей процес ще більше підвищує теплову енергію.

Суміш виходить із камери згоряння на високій швидкості, а потім розширюється. Далі вона слідує ще через одну турбіну, лопаті якої обертаються за рахунок впливу газів. Ця турбіна, з'єднуючись з компресором, що знаходиться в передній частині агрегату, і приводить його в рух. Повітря, нагріте до високих температур, виходить через випускну систему. Температура, що вже досить висока, продовжує зростати за рахунок ефекту дроселювання. Потім повітря виходить остаточно.

Мотор літака

У літаках також використовують ці двигуни. Приміром, у величезних пасажирських лайнерах встановлюють турбореактивні агрегати. Вони від звичайних наявністю двох баків. В одному знаходиться пальне, а в іншому – окислювач. У той час як турбореактивний мотор несе тільки паливо, а як окислювач використовується повітря, що нагнітається з атмосфери.

Турбореактивний двигун

Принцип роботи реактивного двигуна літака ґрунтується на тій же реактивній силі і тих самих законах фізики. Найважливіша частина – це лопаті турбіни. Від розмірів лопаті залежить підсумкова потужність.

Саме завдяки турбінам виробляється тяга, яка потрібна для прискорення літаків. Кожна з лопатей удесятеро потужніша за звичайний автомобільний ДВС. Турбіни встановлені після камери згоряння там, де найвищий тиск. А температура тут може досягати півтори тисячі градусів.

Двоконтурний РД

Ці агрегати мають масу переваг перед турбореактивними. Наприклад, значно менша витрата палива за тієї ж потужності.

Але сам двигун має більш складну конструкцію та більшу вагу.

Та й принцип роботи двоконтурного реактивного двигуна трохи інший. Повітря, захоплене турбіною, частково стискається і подається в перший контур на компресор і на другий - до нерухомих лопат. Турбіна при цьому працює як компресор низького тиску. У першому контурі двигуна повітря стискається і підігрівається, а потім компресора високого тиску подається в камеру згоряння. Тут відбувається суміш з паливом та займання. Утворюються гази, що подаються на турбіну високого тиску, за рахунок чого й обертаються лопаті турбіни, що подають, у свою чергу, обертальний рух на компресор високого тиску. Потім гази проходять через турбіну низького тиску. Остання приводить у дію вентилятор і нарешті гази потрапляють назовні, створюючи тягу.

Синхронні РД

Це електричні двигуни. Принцип роботи синхронного реактивного двигуна аналогічний до роботи крокового агрегату. Змінний струм подається на статор та створює магнітне поле навколо ротора. Останній обертається за рахунок того, що намагається мінімізувати магнітний опір. Ці мотори не мають відношення до освоєння космосу та запуску шатлів.