Принцип роботи і класифікація реактивних двигунів
Щоб зрозуміти принцип роботи реактивного двигуна, згадаємо, що відбувається при пострілі з будь-якого вогнепальної зброї. Кожному, хто стріляв з рушниці чи пістолета, відомо дію віддачі. У момент пострілу порохові гази з величезною силою рівномірно тиснуть на всі боки. Внутрішні стінки стовбура, дно кулі або снаряда і дно гільзи, що утримується затвором, переживають це тиск.
Сили тиску на стінки стовбура взаємно врівноважуються. Давшиня порохових газів на кулю (снаряд) ви-брасивает її з вин-товки (знаряддя), а дав-ня газів на дно гільзи і є причиною віддачі.
Віддачу легко зробити і джерелом безперервного руху. Уявімо собі, наприклад, що ми поставили на легку візок станковий піхотний кулемет. Тоді при безперервної стрільби з кулемета вона покотиться під впливом поштовхів віддачі в сторону, протилежну напрямку стрільби.
На такому принципі і заснована дія реактивного двигуна. Джерелом руху в реактивному двигуні служить реакція або віддача газового струменя.
У закритій посудині знаходиться стиснутий газ. Тиск газу рівномірно розподіляється на стінки судини, який при цьому залишається нерухомим. Але якщо видалити одну з торцевих стінок судини, то стиснений газ, прагнучи розширитися, почне швидко витікати з отвору назовні.
Тиск газу на протилежну по відношенню до отвору стінку вже не буде врівноважуватися, і посудина, якщо він не закріплений, почне рухатися. Важливо відзначити, що чим більше тиск газу, тим більше швидкість його закінчення, і тим швидше буде рухатися судину.
Для роботи реактивного двигуна достатньо спалювати в резервуарі порох або інше горючою речовиною. Тоді надлишковий тиск в посудині змусить гази безперервно витікати у вигляді струменя продуктів згоряння в атмосферу зі швидкістю тим більшою, чим вище тиск усередині самого резервуара і чим менше тиск зовні. Закінчення газів з судини відбувається під впливом сили тиску, совподающей з направленням що виходить через отвір струменя. Отже неминуче з'явиться і інша сила рівної величини і протилежного напрямку. Вона-то і змусить резервуар рухатися. Ця сила має назву сили реактивної тяги.
Всі реактивні двигуни можна розділити на декілька основних класів. Розглянемо угруповання реактивних двигунів за родом використовуваного в них окислювача.
У першу групу входити-дят реактивні двигуни з власним окислювачем, так звані ракетні двигуни. Ця група в свою чергу складається з двох класів: ПРД - порохових реактивних дви-гунів та ЖРД - рідинних реактивних двигунів.
У порохових реактив-них двигунах паливо од-новременно містить горю-чее і потрібний для його згорання окислювач. Найпростішими ПРР є добре всім відома фейерве-рочная ракета. У такому двигуні порох згоряє протягом декількох секунд або навіть часток секунди. Розвиваємо, при цьому реактивна тяга досить значна. Запас палива обмежений об'ємом камери згорання.
У конструктивному відношенні ПРД виключно простий. Він може застосовуватися як нетривало працює, але створює все-таки досить велику силу тяги установка.
У рідинних реактивних двигунах до складу палива до складу палива входить яка-небудь горюча рідина (зазвичай гас або спирт) і рідкий кисень або яке-небудь кисневмісні речовина (наприклад, перекис водню або азотна кислота). Кисень або замінює його речовина, необхідне для спалювання пального, прийнято називати окислювачем. При роботі ЖРД пальне і окислювач безперервно надходять у камеру згоряння; продукти згоряння викидаються назовні через сопло.
Рідинний і пороховий реактивні двигуни, на відміну від інших, здатні працювати в безповітряному просторі.
Другу групу утворюють повітряно-реактивні двигуни - ВРД, що використовують окислювач з повітря. Вони у свою чергу підрозділяються на три класи: прямоточні ВРД (ПВРД), пульсуючі ВРД (ПуВРД), і турбогвинтові двигуни (ТРД).
У прямоточним (або бескомпрессорном) ВРД го-рючее спалюється в камері згоряння в атмосферному повітрі, стислому своїм власним швидкісним на-пором. Стиснення воз-духу здійснюється по за-кону Бернуллі. Згідно з цим законом, при русі рідини або газу по розширюється каналу ско-зростання струменя зменшується, що веде до підвищення дав-лення газу або рідини.
Для цього в ПВРД передбачений дифузор - розширюється канал, по якому атмосферне повітря потрапляє в камеру згоряння.
Площа вихідного перерізу сопла звичайно значно більше площі вхідного перетину дифузора. Кроме того по поверхности диффузора давление распределяется иначе и имеет большие значения, чем на стенках сопла. В результаті дії всіх цих сил виникає реактивна тяга.
ККД прямоточного ВРД при швидкості польоту 1000 кілометрів на годину дорівнює приблизно 8-9%. А при збільшенні цієї швидкості в 2 рази ККД в ряді випадків може досягти 30% - вище, ніж у поршневого авіадвигуна. Але треба зауважити, що ПВРД володіє істотним недоліком: такий двигун не дає тяги на місці і не може, отже, забезпечити самостійний зліт літака.
Складніше влаштований турбореактивний двигун (ТРД). У польоті зустрічний повітря проходить через переднє вхідний отвір до компресора і стискається у декілька разів. Стислий компресором повітря потрапляє в камеру згоряння, куди впорскується рідке пальне (зазвичай гас); що утворюються при згоранні цієї суміші гази подаються до лопаток газової турбіни.
Диск турбіни за-міцніла на одному валу з колесом компресора, тому гарячі гази, що проходять через турбо-ну, приводять її під вра-щення разом з компрес-сором. З турбіни гази потрапляють в сопло. Тут тиск їх падає, а швидкість зростає. Вихідна з двигуна газовий струмінь створює реактивну тягу.
На відміну від прямоточного ВРД турбореактивний двигун здатний розвивати тягу і під час роботи на місці. Він може самостійно забезпечити зліт літака. Для запуску ТРД застосовуються спеціальні пускові пристрої: електростартери і газотурбостартери.
Економічність ТРД на дозвукових швидкостях польоту набагато вище, ніж прямоточного ВРД. І тільки на надзвукових швидкостях близько 2000 кілометрів на годину витрата пального для обох типів двигунів стає приблизно однаковим.
Сили тиску на стінки стовбура взаємно врівноважуються. Давшиня порохових газів на кулю (снаряд) ви-брасивает її з вин-товки (знаряддя), а дав-ня газів на дно гільзи і є причиною віддачі.
Віддачу легко зробити і джерелом безперервного руху. Уявімо собі, наприклад, що ми поставили на легку візок станковий піхотний кулемет. Тоді при безперервної стрільби з кулемета вона покотиться під впливом поштовхів віддачі в сторону, протилежну напрямку стрільби.
У закритій посудині знаходиться стиснутий газ. Тиск газу рівномірно розподіляється на стінки судини, який при цьому залишається нерухомим. Але якщо видалити одну з торцевих стінок судини, то стиснений газ, прагнучи розширитися, почне швидко витікати з отвору назовні.
Тиск газу на протилежну по відношенню до отвору стінку вже не буде врівноважуватися, і посудина, якщо він не закріплений, почне рухатися. Важливо відзначити, що чим більше тиск газу, тим більше швидкість його закінчення, і тим швидше буде рухатися судину.
Для роботи реактивного двигуна достатньо спалювати в резервуарі порох або інше горючою речовиною. Тоді надлишковий тиск в посудині змусить гази безперервно витікати у вигляді струменя продуктів згоряння в атмосферу зі швидкістю тим більшою, чим вище тиск усередині самого резервуара і чим менше тиск зовні. Закінчення газів з судини відбувається під впливом сили тиску, совподающей з направленням що виходить через отвір струменя. Отже неминуче з'явиться і інша сила рівної величини і протилежного напрямку. Вона-то і змусить резервуар рухатися. Ця сила має назву сили реактивної тяги.
Всі реактивні двигуни можна розділити на декілька основних класів. Розглянемо угруповання реактивних двигунів за родом використовуваного в них окислювача.
У першу групу входити-дят реактивні двигуни з власним окислювачем, так звані ракетні двигуни. Ця група в свою чергу складається з двох класів: ПРД - порохових реактивних дви-гунів та ЖРД - рідинних реактивних двигунів.
У порохових реактив-них двигунах паливо од-новременно містить горю-чее і потрібний для його згорання окислювач. Найпростішими ПРР є добре всім відома фейерве-рочная ракета. У такому двигуні порох згоряє протягом декількох секунд або навіть часток секунди. Розвиваємо, при цьому реактивна тяга досить значна. Запас палива обмежений об'ємом камери згорання.
У конструктивному відношенні ПРД виключно простий. Він може застосовуватися як нетривало працює, але створює все-таки досить велику силу тяги установка.
У рідинних реактивних двигунах до складу палива до складу палива входить яка-небудь горюча рідина (зазвичай гас або спирт) і рідкий кисень або яке-небудь кисневмісні речовина (наприклад, перекис водню або азотна кислота). Кисень або замінює його речовина, необхідне для спалювання пального, прийнято називати окислювачем. При роботі ЖРД пальне і окислювач безперервно надходять у камеру згоряння; продукти згоряння викидаються назовні через сопло.
Рідинний і пороховий реактивні двигуни, на відміну від інших, здатні працювати в безповітряному просторі.
Другу групу утворюють повітряно-реактивні двигуни - ВРД, що використовують окислювач з повітря. Вони у свою чергу підрозділяються на три класи: прямоточні ВРД (ПВРД), пульсуючі ВРД (ПуВРД), і турбогвинтові двигуни (ТРД).
У прямоточним (або бескомпрессорном) ВРД го-рючее спалюється в камері згоряння в атмосферному повітрі, стислому своїм власним швидкісним на-пором. Стиснення воз-духу здійснюється по за-кону Бернуллі. Згідно з цим законом, при русі рідини або газу по розширюється каналу ско-зростання струменя зменшується, що веде до підвищення дав-лення газу або рідини.
Для цього в ПВРД передбачений дифузор - розширюється канал, по якому атмосферне повітря потрапляє в камеру згоряння.
Площа вихідного перерізу сопла звичайно значно більше площі вхідного перетину дифузора. Кроме того по поверхности диффузора давление распределяется иначе и имеет большие значения, чем на стенках сопла. В результаті дії всіх цих сил виникає реактивна тяга.
ККД прямоточного ВРД при швидкості польоту 1000 кілометрів на годину дорівнює приблизно 8-9%. А при збільшенні цієї швидкості в 2 рази ККД в ряді випадків може досягти 30% - вище, ніж у поршневого авіадвигуна. Але треба зауважити, що ПВРД володіє істотним недоліком: такий двигун не дає тяги на місці і не може, отже, забезпечити самостійний зліт літака.
Складніше влаштований турбореактивний двигун (ТРД). У польоті зустрічний повітря проходить через переднє вхідний отвір до компресора і стискається у декілька разів. Стислий компресором повітря потрапляє в камеру згоряння, куди впорскується рідке пальне (зазвичай гас); що утворюються при згоранні цієї суміші гази подаються до лопаток газової турбіни.
Диск турбіни за-міцніла на одному валу з колесом компресора, тому гарячі гази, що проходять через турбо-ну, приводять її під вра-щення разом з компрес-сором. З турбіни гази потрапляють в сопло. Тут тиск їх падає, а швидкість зростає. Вихідна з двигуна газовий струмінь створює реактивну тягу.
На відміну від прямоточного ВРД турбореактивний двигун здатний розвивати тягу і під час роботи на місці. Він може самостійно забезпечити зліт літака. Для запуску ТРД застосовуються спеціальні пускові пристрої: електростартери і газотурбостартери.
Економічність ТРД на дозвукових швидкостях польоту набагато вище, ніж прямоточного ВРД. І тільки на надзвукових швидкостях близько 2000 кілометрів на годину витрата пального для обох типів двигунів стає приблизно однаковим.