Какво е реактивен двигател? Реактивен двигател: съвременни версии.

В реактивния двигател тягата, необходима за задвижване, се създава чрез преобразуване на първоначалната енергия в кинетична енергия на работния флуид. В резултат на изтичането на работната течност от дюзата на двигателя се генерира реактивна сила под формата на откат (струя). Откатът премества двигателя и структурно свързания с него апарат в пространството. Движението се извършва в посока, обратна на изтичането на струята. Различни видове енергия могат да бъдат преобразувани в кинетична енергия на струен поток: химическа, ядрена, електрическа, слънчева. Реактивният двигател осигурява собствено задвижване без участието на междинни механизми.

За да създадете реактивна тяга, ви е необходим източник на първоначална енергия, който се преобразува в кинетичната енергия на реактивния поток, работна течност, изхвърлена от двигателя под формата на реактивен поток, и самия реактивен двигател, който преобразува първия вид енергия във втория.

Основната част на реактивния двигател е горивната камера, в която се създава работната течност.

Всички реактивни двигатели се разделят на два основни класа, в зависимост от това дали работят в околната среда или не.

Първият клас са въздушно-реактивни двигатели (WRD). Всички те са термични, при които работната течност се образува по време на реакцията на окисление на запалимо вещество с кислород от околния въздух. По-голямата част от работната течност е атмосферен въздух.

В ракетен двигател всички компоненти на работния флуид са разположени на борда на апарата, оборудван с него.

Има и комбинирани двигатели, които съчетават и двата горни типа.

Реактивното задвижване е използвано за първи път в Heron's ball, прототип на парна турбина. Реактивните двигатели на твърдо гориво се появяват в Китай през 10 век. н. д. Такива ракети са използвани на Изток, а след това и в Европа за фойерверки, сигнализация и след това като бойни ракети.

Важен етап в развитието на идеята за реактивно задвижване беше идеята за използване на ракета като двигател за самолет. За първи път е формулиран от руския революционер Н. И. Кибалчич, който през март 1881 г., малко преди екзекуцията си, предлага дизайн на самолет (ракета), използващ реактивно задвижване от експлозивни прахови газове.

Н. Е. Жуковски в своите трудове „За реакцията на изтичаща и входяща течност“ (1880 г.) и „За теорията на корабите, задвижвани от силата на реакция на изтичащата вода“ (1908 г.), за първи път разработва основните въпроси на теорията на струята. двигател.

Интересни трудове по изучаване на ракетния полет също принадлежат на известния руски учен И. В. Мещерски, по-специално в областта на общата теория на движението на тела с променлива маса.

През 1903 г. К. Е. Циолковски в работата си „Изследване на световните пространства с реактивни инструменти“ дава теоретична обосновка за полета на ракета, както и схематична диаграма на ракетен двигател, който предвижда много от основните и конструктивни характеристики на съвременните ракетни двигатели с течно гориво (РДД). Така Циолковски предвижда използването на течно гориво за реактивен двигател и подаването му към двигателя със специални помпи. Той предложи да се управлява полета на ракетата с помощта на газови рулове - специални плочи, поставени в поток от газове, излизащи от дюзата.

Особеността на реактивния двигател с течно гориво е, че за разлика от други реактивни двигатели, той носи със себе си целия запас от окислител заедно с горивото и не отнема от атмосферата въздуха, съдържащ кислород, необходим за изгаряне на горивото. Това е единственият двигател, който може да се използва за полети на свръхвисока височина извън земната атмосфера.

Първата в света ракета с течен ракетен двигател е създадена и изстреляна на 16 март 1926 г. от американеца Р. Годард. Тежеше около 5 килограма, а дължината му достигаше 3 м. Горивото в ракетата на Годард беше бензин и течен кислород. Полетът на тази ракета продължи 2,5 секунди, през които тя прелетя 56 m.

Систематичната експериментална работа върху тези двигатели започва през 30-те години на 20 век.

Първите съветски ракетни двигатели с течно гориво са разработени и създадени през 1930–1931 г. в Ленинградската газодинамична лаборатория (GDL) под ръководството на бъдещия академик V. P. Glushko. Тази серия беше наречена ORM - експериментален ракетен двигател. Глушко използва някои нови иновации, например охлаждане на двигателя с един от горивните компоненти.

Успоредно с това разработването на ракетни двигатели се извършва в Москва от групата за изследване на реактивните двигатели (GIRD). Негов идеен вдъхновител е Ф. А. Цандер, а организатор - младият С. П. Королев. Целта на Королев беше да построи ново ракетно превозно средство - ракетоплан.

През 1933 г. Ф. А. Зандер построява и успешно тества ракетния двигател OR-1, работещ с бензин и сгъстен въздух, а през 1932–1933 г. – двигател OR?2, работещ на бензин и течен кислород. Този двигател е проектиран да бъде инсталиран на планер, който е предназначен да лети като ракетен самолет.

През 1933 г. в ГИРД е създадена и тествана първата съветска ракета с течно гориво.

Развивайки работата, която са започнали, съветските инженери впоследствие продължават да работят върху създаването на течни реактивни двигатели. Общо от 1932 до 1941 г. в СССР са разработени 118 дизайна на течни реактивни двигатели.

В Германия през 1931 г. се провеждат тестове на ракети от И. Винклер, Ридел и др.

Първият полет на самолет/ракета с реактивен двигател с течно гориво е извършен в Съветския съюз през февруари 1940 г. Като двигател на самолета е използван ракетен двигател с течно гориво. През 1941 г. под ръководството на съветския конструктор В. Ф. Болховитинов е построен първият реактивен самолет - изтребител с течно-ракетен двигател. Тестовете му са извършени през май 1942 г. от пилота Г. Я. Бахчиваджи.

По същото време се състоя и първият полет на немски изтребител с такъв двигател. През 1943 г. САЩ тества първия американски реактивен самолет, който е оборудван с реактивен двигател с течно гориво. В Германия няколко изтребителя с тези двигатели, проектирани от Messerschmitt, са построени през 1944 г. и са използвани в битки на Западния фронт същата година.

В допълнение, ракетни двигатели с течно гориво са използвани на немски ракети V-2, създадени под ръководството на В. фон Браун.

През 50-те години ракетни двигатели с течно гориво са инсталирани на балистични ракети, а след това и на изкуствени спътници на Земята, Слънцето, Луната и Марс и автоматични междупланетни станции.

Ракетният двигател с течно гориво се състои от горивна камера с дюза, турбопомпа, газогенератор или парогазогенератор, система за автоматизация, елементи за управление, система за запалване и спомагателни възли (топлообменници, миксери, задвижвания).

Идеята за въздушно-реактивни двигатели е представяна повече от веднъж в различни страни. Най-важните и оригинални трудове в това отношение са изследванията, проведени през 1908–1913 г. Френският учен Р. Лорен, който по-специално през 1911 г. предлага редица дизайни на линейно реактивни двигатели. Тези двигатели използват атмосферен въздух като окислител, а компресията на въздуха в горивната камера се осигурява от динамично налягане на въздуха.

През май 1939 г. в СССР за първи път е изпитана ракета с прямоточен двигател, проектиран от П. А. Меркулов. Това беше двустепенна ракета (първата степен е прахова ракета) с излетно тегло 7,07 кг, а теглото на горивото за втората степен на прямоточен двигател е само 2 кг. По време на тестовете ракетата достигна височина от 2 км.

През 1939–1940г За първи път в света в Съветския съюз бяха извършени летни тестове на двигатели с въздушно дишане, инсталирани като допълнителни двигатели на самолет, проектиран от Н. П. Поликарпов. През 1942 г. в Германия са тествани линейно реактивни двигатели, проектирани от Е. Зенгер.

Въздушно-реактивният двигател се състои от дифузьор, в който въздухът се компресира поради кинетичната енергия на насрещния въздушен поток. Горивото се впръсква в горивната камера през дюза и сместа се запалва. Струйната струя излиза през дюзата.

Процесът на работа на реактивните двигатели е непрекъснат, поради което те нямат стартова тяга. В тази връзка при скорости на полета, по-малки от половината от скоростта на звука, въздушно-реактивните двигатели не се използват. Най-ефективното използване на реактивните двигатели е при свръхзвукови скорости и големи височини. Самолет, задвижван от въздушно-реактивен двигател, излита с помощта на ракетни двигатели, работещи с твърдо или течно гориво.

Друга група въздушно-реактивни двигатели - турбокомпресорните двигатели - получи по-голямо развитие. Делят се на турбореактивни, при които тягата се създава от струя газове, изтичащи от реактивното сопло, и турбовитлови, при които основната тяга се създава от витлото.

През 1909 г. проектът на турбореактивен двигател е разработен от инженер Н. Герасимов. През 1914 г. лейтенантът на руския флот М. Н. Николской проектира и конструира модел на турбовитлов авиационен двигател. Работната течност за задвижване на тристепенната турбина беше газообразните продукти от изгарянето на смес от терпентин и азотна киселина. Турбината работи не само върху витлото: изгорелите газове, насочени към опашната (струйна) дюза, създават реактивна тяга в допълнение към силата на тягата на витлото.

През 1924 г. В. И. Базаров разработва дизайн на авиационен турбокомпресорен реактивен двигател, който се състои от три елемента: горивна камера, газова турбина и компресор. Потокът от сгъстен въздух тук за първи път беше разделен на два клона: по-малката част отиваше в горивната камера (към горелката), а по-голямата част се смесваше с работните газове, за да се понижи температурата им пред турбината. Това гарантира безопасността на лопатките на турбината. Мощността на многостепенната турбина се изразходва за задвижване на центробежния компресор на самия двигател и отчасти за въртене на перката. В допълнение към витлото, тягата се създава поради реакцията на поток от газове, преминаващ през опашната дюза.

През 1939 г. в завода Киров в Ленинград започва изграждането на турбореактивни двигатели, проектирани от А. М. Люлка. Изпитанията му са прекъснати от войната.

През 1941 г. в Англия е извършен първият полет на експериментален боен самолет, оборудван с турбореактивен двигател, проектиран от Ф. Уитъл. Той беше оборудван с двигател с газова турбина, която задвижваше центробежен компресор, който доставяше въздух в горивната камера. Продуктите от горенето са използвани за създаване на реактивна тяга.

В турбореактивния двигател въздухът, влизащ по време на полет, се компресира първо във въздухозаборника и след това в турбокомпресора. В горивната камера се подава сгъстен въздух, в който се впръсква течно гориво (най-често авиационен керосин). Частично разширяване на газовете, образувани по време на горенето, става в турбината, въртяща компресора, а окончателното разширение се извършва в струйната дюза. Между турбината и реактивния двигател може да се монтира доизгаряне, за да се осигури допълнително изгаряне на гориво.

В наши дни повечето военни и граждански самолети, както и някои хеликоптери са оборудвани с турбореактивни двигатели.

При турбовитлов двигател основната тяга се генерира от витлото, а допълнителната тяга (около 10%) се генерира от поток от газове, изтичащ от реактивната дюза. Принципът на работа на турбовитловия двигател е подобен на турбореактивния, с тази разлика, че турбината върти не само компресора, но и витлото. Тези двигатели се използват в дозвукови самолети и хеликоптери, както и за задвижване на високоскоростни кораби и автомобили.

Най-ранните реактивни двигатели с твърдо гориво са били използвани в бойни ракети. Широкото им използване започва през 19 век, когато в много армии се появяват ракетни части. В края на 19в. Създадени са първите бездимни барути с по-стабилно горене и по-висока производителност.

През 1920-1930-те години се работи за създаване на реактивни оръжия. Това доведе до появата на реактивни минохвъргачки - Катюши в Съветския съюз, шестцевни реактивни минохвъргачки в Германия.

Разработването на нови видове барут направи възможно използването на реактивни двигатели с твърдо гориво в бойни ракети, включително балистични. Освен това те се използват в авиацията и космонавтиката като двигатели за първите степени на ракети-носители, стартови двигатели за самолети с ПВРД и спирачни двигатели за космически кораби.

Реактивен двигател на твърдо гориво се състои от корпус (горивна камера), който съдържа цялото захранване с гориво и реактивна дюза. Тялото е изработено от стомана или фибростъкло. Дюза - от графит, огнеупорни сплави, графит.

Горивото се запалва от запалително устройство.

Контролът на тягата се осъществява чрез промяна на горивната повърхност на заряда или критичната площ на напречното сечение на дюзата, както и чрез инжектиране на течност в горивната камера.

Посоката на тягата може да се променя от газови кормила, дефлектор (дефлектор), спомагателни двигатели за управление и др.

Реактивните двигатели на твърдо гориво са много надеждни, могат да се съхраняват дълго време и следователно винаги са готови за стартиране.

Отлично определение

Непълна дефиниция ↓

РЕАКТИВЕН ДВИГАТЕЛ,двигател, който създава теглителната сила, необходима за движение, като преобразува потенциалната енергия в кинетична енергия на струйната струя на работния флуид. Работният флуид, по отношение на двигателите, се разбира като вещество (газ, течност, твърдо вещество), с помощта на което топлинната енергия, освободена по време на изгарянето на горивото, се превръща в полезна механична работа. В резултат на изтичането на работната течност от дюзата на двигателя се генерира реактивна сила под формата на реакция (откат) на струята, насочена в пространството в посока, обратна на изтичането на струята. Различни видове енергия (химическа, ядрена, електрическа, слънчева) могат да бъдат преобразувани в кинетична (скоростна) енергия на реактивен поток в реактивен двигател.

Реактивен двигател (двигател с директна реакция) съчетава самия двигател със задвижващо устройство, т.е. осигурява собствено движение без участието на междинни механизми. За да създадете реактивна тяга (двигателна тяга), използвана от реактивен двигател, са ви необходими: източник на първоначална (първична) енергия, която се преобразува в кинетичната енергия на реактивния поток; работната течност, която се изхвърля от реактивния двигател под формата на реактивен поток; Самият реактивен двигател е преобразувател на енергия. Тяга на двигателя – това е реактивна сила, която е резултат от газодинамични сили на налягане и триене, приложени към вътрешните и външните повърхности на двигателя. Има разлика между вътрешна тяга (реактивна тяга) - резултат от всички газодинамични сили, приложени към двигателя, без да се взема предвид външното съпротивление, и ефективна тяга, която отчита външното съпротивление на електроцентралата. Първоначалната енергия се съхранява на борда на самолет или друго превозно средство, оборудвано с реактивен двигател (химическо гориво, ядрено гориво), или (по принцип) може да дойде отвън (слънчева енергия).

За получаване на работната течност в реактивен двигател може да се използва вещество, взето от околната среда (например въздух или вода); вещество, намиращо се в резервоарите на апарат или директно в камерата на реактивен двигател; смес от вещества, идващи от околната среда и съхранявани на борда на превозното средство. Съвременните реактивни двигатели най-често използват химическа енергия като основна енергия. В този случай работната течност е горещи газове - продукти от изгаряне на химически горива. Когато реактивният двигател работи, химическата енергия на горящите вещества се преобразува в топлинна енергия на продуктите от горенето, а топлинната енергия на горещите газове се преобразува в механична енергия на постъпателното движение на струйния поток и следователно на устройството, върху което двигател е монтиран.

Принципът на работа на реактивен двигател

В реактивен двигател (фиг. 1) въздушен поток навлиза в двигателя и среща турбини, въртящи се с висока скорост компресор , който засмуква въздух от външната среда (чрез вграден вентилатор). Така се решават два проблема - всмукване на първичен въздух и охлаждане на целия двигател като цяло. Лопатките на компресорната турбина компресират въздуха приблизително 30 пъти или повече и го „избутват“ (изпомпват) в горивната камера (генерирайки работната течност), която е основната част на всеки реактивен двигател. Горивната камера също действа като карбуратор, смесвайки гориво с въздух. Това може да бъде например смес от въздух и керосин, както в турбореактивния двигател на модерен реактивен самолет, или смес от течен кислород и алкохол, както в някои течни ракетни двигатели, или някакъв вид твърдо гориво за прахови ракети . След образуването на гориво-въздушната смес тя се запалва и се отделя енергия под формата на топлина, т.е. горивата за реактивни двигатели могат да бъдат само тези вещества, които по време на химическа реакция в двигателя (изгаряне) отделят доста топлина, а също така образуват голямо количество газове.

По време на процеса на горене се получава значително нагряване на сместа и околните части, както и обемно разширение. Всъщност реактивният двигател използва контролирана експлозия, за да се задвижи. Горивната камера на реактивния двигател е една от най-горещите му части (температурата в нея достига 2700° C), трябва постоянно да се охлажда интензивно. Реактивният двигател е оборудван с дюза, през която горещите газове, продуктите от изгарянето на горивото в двигателя, изтичат от двигателя с голяма скорост. При някои двигатели газовете навлизат в дюзата непосредствено след горивната камера, например при ракетните или прямоточните двигатели. При турбореактивните двигатели първо преминават газовете след горивната камературбина , на които отдават част от топлинната си енергия за задвижване на компресора, който служи за компресиране на въздуха пред горивната камера. Но, по един или друг начин, дюзата е последната част от двигателя - газовете преминават през нея, преди да напуснат двигателя. Той директно формира струйната струя. Студеният въздух се насочва в дюзата, изпомпван от компресора за охлаждане на вътрешните части на двигателя. Реактивната дюза може да има различни форми и дизайн в зависимост от вида на двигателя. Ако скоростта на изпускане трябва да надвишава скоростта на звука, тогава дюзата е оформена като разширяваща се тръба или първо се стеснява и след това разширява (дюза на Лавал). Само в тръба с такава форма газът може да се ускори до свръхзвукова скорост и да премине през „звуковата бариера“.

В зависимост от това дали се използва околната среда при работа на реактивен двигател, те се разделят на два основни класа - двигатели с дишане на въздух(WRD) и ракетни двигатели(RD). Всички WFD – топлинни двигатели, чиято работна течност се образува по време на реакцията на окисление на запалимо вещество с атмосферен кислород. Въздухът, идващ от атмосферата, съставлява по-голямата част от работния флуид на WRD. По този начин устройство с пропелантен двигател носи източник на енергия (гориво) на борда и извлича по-голямата част от работния флуид от околната среда. Те включват турбореактивен двигател (TRE), въздушно-реактивен двигател (ramjet двигател), импулсен въздушно-реактивен двигател (Pvjet двигател) и хиперзвуков въздушно-реактивен двигател (scramjet двигател). За разлика от VRD, всички компоненти на работния флуид на RD се намират на борда на превозното средство, оборудвано с RD. Липсата на задвижващо устройство, взаимодействащо с околната среда, и наличието на всички компоненти на работния флуид на борда на превозното средство правят ракетната установка подходяща за работа в космоса. Има и комбинирани ракетни двигатели, които са комбинация от двата основни вида.

Основни характеристики на реактивните двигатели

Основният технически параметър, характеризиращ реактивния двигател, е тяга - силата, която двигателят развива в посоката на движение на превозното средство, специфичен импулс - съотношението на тягата на двигателя към масата на ракетното гориво (работна течност), изразходвано за 1 s, или идентична характеристика - специфичен разход на гориво (количество гориво, изразходвано за 1 s на 1 N тяга, развита от реактивен двигател), специфична маса на двигателя (тегло на реактивен двигател в работно състояние на единица тяга, развита от него). За много видове реактивни двигатели важни характеристики са размерите и експлоатационният живот. Специфичният импулс е индикатор за степента на усъвършенстване или качество на двигателя. Горната диаграма (фиг. 2) графично представя горните стойности на този показател за различни видове реактивни двигатели в зависимост от скоростта на полета, изразена под формата на число на Мах, което ви позволява да видите диапазона на приложимост на всеки тип на двигателя. Този показател също е мярка за ефективността на двигателя.

Тяга - силата, с която реактивен двигател действа върху превозно средство, оборудвано с този двигател - се определя по формулата: $$P = mW_c + F_c (p_c – p_n),$$където $m$ е масовият поток (масов поток) на работния флуид за 1 s; $W_c$ е скоростта на работния флуид в напречното сечение на дюзата; $F_c$ е площта на изходния участък на дюзата; $p_c$ е налягането на газа в напречното сечение на дюзата; $p_n$ – налягане на околната среда (обикновено атмосферно налягане). Както се вижда от формулата, тягата на реактивния двигател зависи от налягането на околната среда. Тя е най-голяма в пустотата и най-малко в най-плътните слоеве на атмосферата, т.е. варира в зависимост от височината на полета на превозно средство, оборудвано с реактивен двигател над морското равнище, ако се има предвид полет в земната атмосфера. Специфичният импулс на реактивния двигател е право пропорционален на скоростта на потока на работния флуид от дюзата. Скоростта на потока се увеличава с повишаване на температурата на протичащия работен флуид и намаляване на молекулното тегло на горивото (колкото по-ниско е молекулното тегло на горивото, толкова по-голям е обемът на газовете, образувани по време на изгарянето му, и следователно скоростта на техният поток). Тъй като скоростта на потока на продуктите от горенето (работната течност) се определя от физичните и химичните свойства на горивните компоненти и конструктивните характеристики на двигателя, като е постоянна стойност с не много големи промени в режима на работа на реактивния двигател, Големината на реактивната сила се определя основно от разхода на гориво в секунда и варира в много широки граници (минимум за електрически – максимум за ракетни двигатели с течно и твърдо гориво). Реактивните двигатели с ниска тяга се използват главно в системите за стабилизиране и управление на самолетите. В космоса, където гравитационните сили се усещат слабо и практически няма среда, чието съпротивление трябва да се преодолява, те също могат да се използват за ускорение. Такси двигателите с максимална тяга са необходими за изстрелване на ракети на големи разстояния и височини и особено за изстрелване на самолети в космоса, т.е. за ускоряването им до първата скорост на евакуация. Такива двигатели консумират много голямо количество гориво; те обикновено работят за много кратко време, ускорявайки ракетите до зададена скорост.

WRD използват атмосферния въздух като основен компонент на работната течност, което е много по-икономично. WFD могат да работят непрекъснато в продължение на много часове, което ги прави удобни за използване в авиацията. Различните конструкции направиха възможно използването им за самолети, работещи в различни режими на полет. Турбореактивните двигатели (TRD) са широко използвани и са инсталирани на почти всички съвременни самолети без изключение. Както всички двигатели, които използват атмосферен въздух, турбореактивните двигатели изискват специално устройство за компресиране на въздуха, преди да бъде подаден в горивната камера. В турбореактивния двигател компресорът се използва за компресиране на въздуха и конструкцията на двигателя до голяма степен зависи от вида на компресора. Некомпресорните двигатели за дишане на въздух са много по-прости по конструкция, при които необходимото повишаване на налягането се постига с други средства; Това са пулсиращи и ПВРД двигатели. В пулсиращ двигател с дишане на въздух (PvRE) това обикновено се извършва от решетка на клапана, монтирана на входа на двигателя; когато нова част от сместа гориво-въздух запълни горивната камера и в нея се появи светкавица, клапаните се затварят, изолиране на горивната камера от входа на двигателя. В резултат на това налягането в камерата се увеличава и газовете изтичат през струйната дюза, след което целият процес се повтаря. В некомпресорен двигател от друг тип, ramjet (ramjet), няма дори тази вентилна решетка и атмосферният въздух, влизайки във входа на двигателя със скорост, равна на скоростта на полета, се компресира поради налягането на скоростта и навлиза в горивна камера. Впръсканото гориво изгаря, увеличавайки топлосъдържанието на потока, който протича през реактивната дюза със скорост, по-голяма от скоростта на полета. Благодарение на това се създава тяга на реактивен реактивен двигател. Основният недостатък на ramjet двигателите е тяхната неспособност самостоятелно да осигурят излитане и ускорение на самолет. Необходимо е първо да се ускори самолетът до скорост, при която ПВРД стартира и осигурява стабилната му работа. Особеността на аеродинамичния дизайн на свръхзвукови самолети с ramjet двигатели (ramjet двигатели) се дължи на наличието на специални ускорителни двигатели, които осигуряват скоростта, необходима за започване на стабилна работа на ramjet двигателя. Това прави опашната част на конструкцията по-тежка и налага монтирането на стабилизатори, за да се осигури необходимата стабилност.

Историческа справка

Принципът на реактивното задвижване е известен отдавна. Предшественикът на реактивния двигател може да се счита за топката на Heron. Твърди ракетни двигатели(ракетен двигател с твърдо гориво) - прахови ракети се появяват в Китай през 10 век. н. д. В продължение на стотици години такива ракети са използвани първо на Изток, а след това и в Европа като фойерверки, сигнални и бойни ракети. Важен етап в развитието на идеята за реактивно задвижване беше идеята за използване на ракета като двигател за самолет. За първи път е формулиран от руския революционер Н. И. Кибалчич, който през март 1881 г., малко преди екзекуцията си, предлага дизайн на самолет (ракета), използващ реактивно задвижване от експлозивни прахови газове. Ракетните двигатели с твърдо гориво се използват във всички класове военни ракети (балистични, противовъздушни, противотанкови и др.), в космоса (например като стартови и поддържащи двигатели) и авиационна техника (ускорители за излитане на самолети, в системи изтласкване) и т.н. Малките двигатели на твърдо гориво се използват като ускорители по време на излитане на самолет. Електрически ракетни двигатели и ядрени ракетни двигатели могат да се използват на космически кораби.

Повечето военни и граждански самолети по света са оборудвани с турбореактивни двигатели и байпасни турбореактивни двигатели и се използват на хеликоптери. Тези реактивни двигатели са подходящи за полет както при дозвукови, така и при свръхзвукови скорости; те също се инсталират на самолети-снаряди; свръхзвукови турбореактивни двигатели могат да се използват в първите етапи аерокосмически самолет, ракетно-космическа техника и др.

От голямо значение за създаването на реактивни двигатели са теоретичните разработки на руските учени С. С. Неждановски, И. В. Мещерски, Н. Е. Жуковски, произведения на френския учен Р. Хайно-Пелтри, немския учен Г. Оберт. Важен принос за създаването на WFD е работата на съветския учен Б. С. Стечкин „Теорията на въздушния реактивен двигател“, публикувана през 1929 г. Почти повече от 99% от самолетите използват в една или друга степен реактивен двигател.

Реактивните авиационни двигатели през втората половина на 20-ти век откриха нови възможности в авиацията: полети със скорости, надвишаващи скоростта на звука, създаване на самолети с голям полезен товар и направиха възможни масови пътувания на дълги разстояния. Турбореактивният двигател с право се счита за един от най-важните механизми на миналия век, въпреки простия си принцип на работа.

История

Първият самолет на братя Райт, който излита сам през 1903 г., е задвижван от бутален двигател с вътрешно горене. И в продължение на четиридесет години този тип двигател остава основният в самолетостроенето. Но по време на Втората световна война става ясно, че традиционната бутално-витлова авиация е достигнала технологичния си предел – както на мощност, така и на скорост. Една алтернатива беше двигателят с дишане на въздух.

Идеята за използване на реактивно задвижване за преодоляване на гравитацията беше доведена за първи път до практическа осъществимост от Константин Циолковски. Още през 1903 г., когато братя Райт изстрелват първия си самолет, Flyer 1, руският учен публикува труда си „Изследване на световните пространства с реактивни инструменти“, в който развива основите на теорията за реактивното задвижване. Статия, публикувана в Scientific Review, създава репутацията му на мечтател и не се приема на сериозно. Отне на Циолковски години работа и промяна в политическата система, за да докаже, че е прав.

Реактивен самолет Су-11 с двигатели TR-1, разработка на конструкторско бюро Люлка

Съвсем различна страна обаче беше предопределена да стане родното място на серийния турбореактивен двигател - Германия. Създаването на турбореактивен двигател в края на 30-те години на миналия век е своеобразно хоби на германските компании. Почти всички известни в момента марки са оставили своя отпечатък в тази област: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и дори Porsche. Основните лаври отидоха при компанията Junkers и нейния първи в света сериен турбореактивен двигател 109-004, инсталиран на първия в света турбореактивен самолет Me 262.

Въпреки невероятно успешния старт в реактивната авиация от първо поколение, германските решения не бяха доразвити никъде по света, включително в Съветския съюз.

В СССР разработването на турбореактивни двигатели е най-успешно извършено от легендарния авиоконструктор Архип Люлка. Още през април 1940 г. той патентова собствен дизайн за байпасен турбореактивен двигател, който по-късно получи световно признание. Архип Люлка не намери подкрепа от ръководството на страната. С началото на войната обикновено му беше предложено да премине към танкови двигатели. И едва когато германците имаха самолети с турбореактивни двигатели, на Люлка беше наредено спешно да възобнови работата по вътрешния турбореактивен двигател TR-1.

Още през февруари 1947 г. двигателят преминава първите си тестове, а на 28 май реактивният самолет Су-11 извършва първия си полет с първите домашни двигатели TR-1, разработени от конструкторското бюро A.M. Люлка, сега клон на Уфимското двигателостроително производствено обединение, част от Обединената двигателостроителна корпорация (UEC).

Принцип на действие

Турбореактивният двигател (TRE) работи на принципа на конвенционалния топлинен двигател. Без да навлизаме в законите на термодинамиката, топлинният двигател може да се определи като машина за преобразуване на енергия в механична работа. Тази енергия се притежава от така наречения работен флуид - газ или пара, използвани вътре в машината. Когато се компресира в машина, работният флуид получава енергия и с последващото му разширяване имаме полезна механична работа.

Ясно е, че работата, изразходвана за компресиране на газ, винаги трябва да бъде по-малка от работата, която газът може да извърши по време на разширение. В противен случай няма да има полезни „продукти“. Следователно газът също трябва да бъде нагрят преди или по време на разширение и охладен преди компресия. В резултат на това, поради предварително нагряване, енергията на разширение ще се увеличи значително и ще се появи излишък, който може да се използва за получаване на необходимата механична работа. Това всъщност е целият принцип на работа на турбореактивния двигател.

Така всеки топлинен двигател трябва да има устройство за компресия, нагревател, устройство за разширение и охлаждане. Турбореактивният двигател има всичко това, съответно: компресор, горивна камера, турбина, а атмосферата действа като хладилник.

След това въздухът навлиза в горивната камера, където се нагрява и смесва с продукти от горенето (керосин). Горивната камера обгражда ротора на двигателя след компресора с непрекъснат пръстен или под формата на отделни тръби, които се наричат ​​пламъчни тръби. Авиационният керосин се подава към пламъчните тръби чрез специални дюзи.

От горивната камера нагрятата работна течност влиза в турбината. Подобен е на компресор, но работи в обратна посока, така да се каже. Той се върти от горещ газ по същия принцип, както въздухът върти витлото на детска играчка. Турбината има няколко степени, обикновено от една до три или четири. Това е най-натовареният агрегат в двигателя. Турбореактивният двигател има много висока скорост на въртене - до 30 хиляди оборота в минута. Факелът от горивната камера достига температура от 1100 до 1500 градуса по Целзий. Въздухът тук се разширява, задвижвайки турбината и й предавайки част от енергията си.

След турбината има реактивна дюза, където работната течност се ускорява и изтича със скорост, по-голяма от скоростта на настъпващия поток, което създава реактивна тяга.

Поколения турбореактивни двигатели

Въпреки факта, че по принцип няма точна класификация на поколенията турбореактивни двигатели, е възможно да се опишат най-общо основните типове на различни етапи от развитието на двигателя.

Първото поколение двигатели включва немски и английски двигатели от Втората световна война, както и съветския ВК-1, който е бил монтиран на известния изтребител МИГ-15, както и на самолети Ил-28 и ТУ-14.

изтребител МИГ-15

Турбореактивните двигатели от второ поколение се отличават с възможното наличие на аксиален компресор, доизгаряне и регулируем въздухозаборник. Сред съветските образци е двигателят Р-11Ф2С-300 за самолет МиГ-21.

Двигателите от трето поколение се характеризират с повишено съотношение на компресия, което се постига чрез увеличаване на етапите на компресора и турбините и появата на двуконтурна технология. Технически това са най-сложните двигатели.

Появата на нови материали, които могат значително да повишат работните температури, доведе до създаването на двигатели от четвърто поколение. Сред тези двигатели е вътрешният AL-31, разработен от UEC за изтребителя Су-27.

Днес заводът UEC Ufa започва производството на авиационни двигатели от пето поколение. Новите агрегати ще бъдат монтирани на изтребителя Т-50 (ПАК ФА), който заменя Су-27. Новата електроцентрала на Т-50 с повишена мощност ще направи самолета още по-маневреен и най-важното ще открие нова ера в местната авиационна индустрия.

Чудили ли сте се някога как работи реактивен двигател? Реактивната тяга, която го захранва, е била известна още в древността. Те успяха да го приложат на практика едва в началото на миналия век, в резултат на надпреварата във въоръжаването между Англия и Германия.

Принципът на работа на реактивния двигател е доста прост, но има някои нюанси, които се спазват стриктно при производството им. За да може самолетът да остане надеждно във въздуха, те трябва да работят перфектно. В крайна сметка животът и безопасността на всички на борда на самолета зависят от това.

Задвижва се с реактивна тяга. Това изисква някаква течност да бъде изтласкана от задната част на системата и да й даде движение напред. Работи тук Третият закон на Нютон, който гласи: „Всяко действие предизвиква еднаква реакция“.

На реактивния двигател вместо течност се използва въздух. Той създава силата, която осигурява движение.

То използва горещи газове и смес от въздух и горимо гориво.Тази смес излиза с висока скорост и избутва самолета напред, позволявайки му да лети.

Ако говорим за структурата на реактивен двигател, това е така свързване на четирите най-важни части:

• компресор;
• горивни камери;
• турбини;
• ауспух

Компресорът се състои от няколко турбини, които засмукват въздух и го компресират, докато преминава през ъглови лопатки. Когато се компресира, температурата и налягането на въздуха се повишават. Част от сгъстения въздух навлиза в горивната камера, където се смесва с гориво и се запалва. Увеличава се топлинна енергия на въздуха.

Реактивен двигател.

Горещата смес напуска камерата с висока скорост и се разширява. Там тя преминава през още една турбина с лопатки, които се въртят благодарение на газовата енергия.

Турбината е свързана към компресора в предната част на двигателя, и по този начин го привежда в движение. Горещият въздух излиза през ауспуха. В този момент температурата на сместа е много висока. И се увеличава още повече, благодарение на дроселиращ ефект. След това въздухът излиза от него.

Започна разработването на самолети с реактивен двигател през 30-те години на миналия век.Британците и германците започнаха да разработват подобни модели. Германски учени спечелиха тази надпревара. Следователно първият самолет с реактивен двигател беше "Лястовица" в Луфтвафе. "Глостър метеор"излетя малко по-късно. Подробно са описани първите самолети с такива двигатели

Двигателят на свръхзвуковия самолет също е реактивен, но в съвсем различна модификация.

Как работи турбореактивен двигател?

Навсякъде се използват реактивни двигатели, а в по-големите се монтират турбореактивни двигатели. Разликата им е в това първият носи със себе си запас от гориво и окислител, а дизайнът осигурява доставката им от резервоарите.

Самолетен турбореактивен двигател носи само гориво, а окислителят - въздух - се изпомпва от турбина от атмосферата.Иначе принципът на действие е същият като на реактивния.

Една от най-важните им подробности е Това е турбинна перка.Мощността на двигателя зависи от това.

Схема на турбореактивен двигател.

Именно те произвеждат теглителните сили, необходими за самолета. Всяка от лопатките произвежда 10 пъти повече енергия от най-обикновения автомобилен двигател.Монтират се зад горивната камера, в частта на двигателя, където налягането е най-високо и температурата достига до 1400 градуса по Целзий.

По време на производствения процес на остриета те преминават чрез процеса на монокристализация, което им придава твърдост и здравина.

Всеки двигател се тества за пълна тяга, преди да бъде инсталиран на самолет. Той трябва да мине сертификация от Европейския съвет по безопасност и компанията, която го е произвела.Една от най-големите компании, които ги произвеждат, е Rolls-Royce.

Какво е самолет с ядрен двигател?

По време на Студената войнаБяха направени опити да се създаде реактивен двигател, който не използва химическа реакция, а използва топлината, която би се генерирала от ядрен реактор. Той е монтиран вместо горивна камера.

Въздухът преминава през активната зона на реактора, като понижава температурата си и повишава собствената си.Той се разширява и изтича от дюзата със скорост, по-голяма от скоростта на полета.

Комбиниран турбореактивно-ядрен двигател.

Тестван е в СССР на базата на ТУ-95.Съединените щати също не изоставаха от учените в Съветския съюз.

През 60-те годиниИзследванията и от двете страни постепенно престанаха. Основните три проблема, които възпрепятстваха развитието, бяха:

• безопасност на пилотите по време на полет;
• изпускане на радиоактивни частици в атмосферата;
• в случай на самолетна катастрофа радиоактивният реактор може да избухне, причинявайки непоправима вреда на всички живи същества.

Как се правят реактивни двигатели за модели на самолети?

Производството им за модели на самолети отнема около 6 часа.Първо се смила алуминиева основна плоча, към който са прикрепени всички останали части. Има същия размер като хокейна шайба.

Към него е прикрепен цилиндър, така че се оказва нещо като тенекия. Това е бъдещият двигател с вътрешно горене.След това се инсталира захранващата система. За да го закрепите, винтовете се завинтват в основната плоча, предварително потопена в специален уплътнител.

Двигател за модел на самолет.

Стартерните канали са прикрепени към другата страна на камератаза пренасочване на газовите емисии към турбинното колело. Монтира се в отвора отстрани на горивната камера намотка с нажежаема жичка.Той запалва горивото вътре в двигателя.

След това монтират турбината и централната ос на цилиндъра.Те залагат на това компресорно колело, който нагнетява въздух в горивната камера. Проверява се с помощта на компютър, преди стартовият панел да бъде защитен.

Готовият двигател се проверява отново за мощност. Звукът му не се различава много от звука на двигател на самолет. Той, разбира се, е по-малко мощен, но напълно го напомня, придавайки повече сходство с модела.

Понастоящем реактивните двигатели се използват широко във връзка с изследването на космоса. Те се използват и за метеорологични и военни ракети с различен обсег. Освен това всички съвременни високоскоростни самолети са оборудвани с двигатели с дишане на въздух.

Невъзможно е да се използват други двигатели освен реактивни в открития космос: няма поддръжка (твърдо течно или газообразно), отблъсквайки се, от което космическият кораб може да получи ускорение. Използването на реактивни двигатели за самолети и ракети, които не излизат извън атмосферата, се дължи на факта, чече именно реактивните двигатели могат да осигурят максимална скорост на полета.

Конструкция на реактивен двигател.

Просто въз основа на принципа на работа: външният въздух (в ракетните двигатели - течен кислород) се засмуква втурбина, там се смесва с горивото и изгаря в края на турбината, за да образува т.нар. “работна течност” (струйна струя), която движи автомобила.

В началото на турбината има вентилатор, който засмуква въздух от външната среда в турбините. Две са основните задачи- всмукване на първичен въздух и охлаждане на целия двигателдвигателя като цяло чрез изпомпване на въздух между външната обвивка на двигателя и вътрешните части. Това охлажда смесителната и горивната камери и ги предпазва от срутване.

Зад вентилатора има мощен компресор, който нагнетява въздух под високо налягане в горивната камера.

Горивната камерасмесва гориво с въздух. След образуването на гориво-въздушната смес се запалва. По време на процеса на горене се получава значително нагряване на сместа и околните части, както и обемно разширение. Всъщност, реактивен двигател използва контролирана експлозия, за да се задвижи. Горивната камера на реактивния двигател е една от най-горещите му части. Тя се нуждае от постоянно интензивно охлаждане. Но това не е достатъчно. Температурата в него достига 2700 градуса, така че често се прави от керамика.

След горивната камера, горящата гориво-въздушна смес се насочва директно в нея турбина. Турбината се състои от стотици лопатки, върху които струята се притиска, карайки турбината да се върти. Турбината от своя страна се върти вал, на който се намират вентилаторИ компресор. Така системата е затворена и изисква само захранване гориво и въздухза неговото функциониране.

Има два основни класа реактивни двигатели тела:

Реактивни двигатели- реактивен двигател, в който като основна работна течност се използва атмосферен въздухв термодинамичния цикъл, както и при създаване на реактивна тяга на двигателя. Такива двигатели използват енергията на окисление на горимия въздух, взет от атмосферата с кислород. Работната течност на тези двигатели е смес от продуктиизгаряне с други компоненти на входящия въздух.

Ракетни двигатели- съдържа всички компоненти на работната течност на борда и способен да работи във всяка среда, включително в безвъздушно пространство.

Видове реактивни двигатели.

- Класически реактивен двигател- използва се главно на изтребители в различни модификации.