Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Каков принцип работы реактивного двигателя

Каков принцип работы реактивного двигателя

Содержание статьи

  • Каков принцип работы реактивного двигателя
  • Как сделать реактивный двигатель
  • Как был изобретен и создан реактивный двигатель

Схема работы реактивного двигателя

В передней части реактивного двигателя располагается вентилятор. Он забирает воздух из внешней среды, засасывая его в турбину. В двигателях, применяемых в ракетах, воздух заменяет жидкий кислород. Вентилятор снабжен множеством титановых лопастей, имеющих специальную форму.

Площадь вентилятора стараются сделать достаточно большой. Помимо забора воздуха эта часть системы участвует также и в охлаждении двигателя, предохраняя его камеры от разрушения. Позади вентилятора располагается компрессор. Он под большим давлением нагнетает воздух в камеру сгорания.

Один из главных конструктивных элементов реактивного двигателя – камера сгорания. В ней топливо смешивается с воздухом и поджигается. Происходит возгорание смеси, сопровождающееся сильным разогревом деталей корпуса. Топливная смесь под действием высокой температуры расширяется. Фактически в двигателе происходит управляемый взрыв.

Из камеры сгорания смесь топлива с воздухом поступает в турбину, которая состоит из множества лопаток. Реактивный поток с усилием давит на них и приводит турбину во вращение. Усилие передается на вал, где располагаются компрессор и вентилятор. Образуется замкнутая система, для работы которой требуется лишь постоянный подвод топливной смеси.

Последняя по счету деталь реактивного двигателя – сопло. Сюда из турбины поступает разогретый поток, формируя реактивную струю. В эту часть двигателя также подается от вентилятора холодный воздух. Он служит для охлаждения всей конструкции. Воздушный поток защищает манжету сопла от вредного воздействия реактивной струи, не позволяя деталям расплавиться.

Как работает реактивный двигатель

Рабочим телом двигателя является реактивная струя. Она с очень большой скоростью истекает из сопла. При этом образуется реактивная сила, которая толкает все устройство в противоположном направлении. Тяговое усилие создается исключительно за счет действия струи, без какой-либо опоры на другие тела. Эта особенность работы реактивного двигателя позволяет использовать его в качестве силовой установки для ракет, самолетов и космических аппаратов.

Отчасти работа реактивного двигателя сравнима с действием струи воды, вытекающей из пожарного шланга. Под огромным давлением жидкость подается по рукаву к зауженному концу шланга. Скорость воды при выходе из брандспойта выше, чем внутри шланга. При этом образуется сила обратного давления, которая позволяет пожарному удерживать шланг лишь с большим трудом.

Производство реактивных двигателей представляет собой особую отрасль техники. Поскольку температура рабочего тела здесь достигает нескольких тысяч градусов, детали двигателя изготовляют из высокопрочных металлов и тех материалов, которые устойчивы к плавлению. Отдельные части реактивных двигателей выполняют, к примеру, из специальных керамических составов.

Первые реактивные самолеты

Реактивные самолеты — самые мощные и современные воздушные суда XX века. Их принципиальное отличие от других состоит в том, что они приводятся в движение с помощью воздушно-реактивного или реактивного двигателя. В настоящее время они составляют основу современной авиации, как гражданской, так и военной.

История реактивных самолетов

Реактивные самолеты впервые в истории авиации попытался создать румынский конструктор Анри Коанда. Это было в самом начале XX века, в 1910 году. Он с помощниками испытал самолет, названный в его честь Coanda-1910, который был оснащен поршневым двигателем вместо всем знакомого винта. Именно он приводил в движение элементарный лопастной компрессор.

Однако многие сомневаются, что именно это был первый реактивный самолет. После окончания Второй мировой войны Коанда говорил, что созданный им образец был мотокомпрессорным воздушно-реактивным двигателем, противореча сам себе. В своих первоначальных публикациях и патентных заявках он ничего подобного не утверждал.

На фотоснимках румынского самолета видно, что двигатель располагается возле деревянного фюзеляжа, поэтому при сжигании топлива пилот и самолет были бы уничтожены образовавшемся пожаром.

Сам Коанда утверждал, что огонь действительно уничтожил хвост самолета во время первого полета, однако документальных подтверждений не сохранилось.

Стоит отметить, что в реактивных самолетах, выпускавшихся в 1940 годах, обшивка была цельнометаллической и имела дополнительную тепловую защиту.

Эксперименты с реактивными самолетами

Официально первый реактивный самолет поднялся в воздух 20 июня 1939 года. Именно тогда состоялся первый экспериментальный полет авиасудна, созданного немецкими конструкторами. Чуть позже свои образцы выпустила Япония и страны антигитлеровской коалиции.

Немецкая компания Heinkel начала опыты с реактивными самолетами в 1937 году. Уже через два года модель He-176 совершила свой первый официальный полет. Однако после первых пяти пробных вылетов стало очевидным, что запустить этот образец в серию нет никаких шансов.

Проблемы первых реактивных самолетов

Ошибок немецких конструкторов было несколько. Во-первых, двигатель был выбран жидкостно-реактивный. В нем использовались метанол и перекись водорода. Они выполняли функции горючего и окислителя.

Разработчики предполагали, что эти реактивные самолеты смогут развивать скорость до одной тысячи километров в час. Однако на практике удалось добиться скорости только в 750 километров в час.

Во-вторых, у самолета был непомерный расход топлива. С собой его приходилось брать столько, что авиасудно могло удалиться максимум на 60 километров от аэродрома. После ему требовалась дозаправка. Единственным плюсом, в сравнении с другими ранними моделями, стала быстрая скорость набора высоты. Она составляла 60 метров в секунду. При этом в судьбе этой модели определенную роль сыграли субъективные факторы. Так, она просто-напросто не понравилась Адольфу Гитлеру, который присутствовал на одном из пробных пусков.

Читать еще:  Starline a9 нет запуска двигателя

Первый серийный образец

Несмотря на неудачу с первым образцом, именно немецким авиаконструкторам удалось раньше всех запустить реактивные самолеты в серийное производство.

На поток был поставлен выпуск модели Me-262. Первый пробный полет этот самолет совершил в 1942 году, в самый разгар Второй мировой войны, когда Германия уже вторглась на территорию Советского Союза. Эта новинка могла существенно повлиять на окончательный исход войны. На вооружение немецкой армии это боевое воздушное судно поступило уже в 1944-м.

Причем выпускался самолет в различных модификациях — и как разведчик, и как штурмовик, и как бомбардировщик, и как истребитель. Всего до конца войны было произведено полторы тысячи таких самолетов.

Эти реактивные военные самолеты отличались завидными техническими характеристиками, по меркам того времени. На них были установлены два турбореактивных двигателя, в наличии имелся 8-ступенчатый осевой компрессор. В отличие от предыдущей модели эта, широко известная как «Мессершмитт», потребляла не так много топлива, имела хорошие летно-технические показатели.

Скорость реактивного самолета достигала 870 километров в час, дальность полета составляла более тысячи километров, максимальная высота — свыше 12 тысяч метров, скорость набора высоты — 50 метров в секунду. Масса пустого воздушного судна была менее 4 тонн, полностью снаряженного достигала 6 тысяч килограммов.

На вооружении «Мессершмиттов» стояли 30-миллиметровые пушки (их было не менее четырех), общая масса ракет и бомб, которые мог перевозить самолет, около полутора тысяч килограммов.

В ходе Второй мировой войны «Мессершмитты» уничтожили 150 самолетов. Потери немецкой авиации составили около 100 воздушных судов. Эксперты отмечают, что количество потерь могло бы быть намного меньше, если бы пилоты были лучше подготовлены к работе на принципиально новом летательном аппарате. К тому же имелись проблемы с двигателем, который быстро изнашивался и был ненадежен.

Японский образец

В годы Второй мировой войны выпустить свой первый самолет с реактивным двигателем стремились практически все противоборствующие страны. Японские авиаинженеры отличились тем, что первыми стали использовать жидкостно-реактивный двигатель в серийном производстве. Он применялся в японском пилотируемом самолете-снаряде, на котором летали камикадзе. С конца 1944 года до конца Второй мировой войны на вооружение японской армии поступило более 800 таких воздушных судов.

Технические характеристики японского реактивного самолета

Так как этот самолет, по сути, был одноразовым — камикадзе сразу на нем разбивались, то и строили его по принципу «дешево и сердито». Носовую часть составлял деревянный планер, при взлете воздушное судно развивало скорость до 650 километров в час. Все за счет трех жидкостно-реактивных двигателей. Ни взлетных двигателей, ни шасси самолету не требовалось. Он обходился без них.

Японский самолет для камикадзе доставлялся до цели бомбардировщиком Ohka, после чего включались жидкостно-реактивные двигатели.

При этом сами японские инженеры и военные отмечали, что эффективность и производительность такой схемы была крайне низка. Сами бомбардировщики легко вычислялись с помощью локаторов, установленных на кораблях, входивших в состав американского военно-морского флота. Происходило это еще до того, как камикадзе успевали настроиться на цель. В конечном счете многие самолеты гибли еще на дальних подступах к конечной цели своего назначения. Причем сбивали как самолеты, в которых сидели камикадзе, так и бомбардировщики, которые их доставляли.

Ответ Великобритании

Со стороны Великобритании во Второй мировой войне принимал участие только один реактивный самолет — это Gloster Meteor. Свой первый боевой вылет он совершил в марте 1943 года.

На вооружение великобританских королевских военно-воздушных сил он поступил в середине 1944 года. Его серийное производство продолжалось до 1955-го. А на вооружении эти самолеты находились вплоть до 70-х годов. Всего с конвейера сошли около трех с половиной тысяч этих воздушных судов. Причем самых различных модификаций.

В период Второй мировой выпускались только две модификации истребителей, затем их количество увеличилось. Причем одна из модификаций была настолько секретной, что на территорию противника они не летали, чтобы в случае крушения не достаться авиационным инженерам врага.

В основном они занимались отражением авиационных атак немецких самолетов. Базировались они под Брюсселем в Бельгии. Однако с февраля 1945 года немецкая авиация забыла об атаках, сконцентрировавшись исключительно на оборонительном потенциале. Поэтому в последний год Второй мировой войны из 200 с лишним самолетов Global Meteor были потеряны только два. Причем это не стало следствием усилий немецких авиатором. Оба самолета столкнулись между собой при заходе на посадку. На аэродроме в то время была сильная облачность.

Технические характеристики британского самолета

Британский самолет Global Meteor обладал завидными техническими характеристиками. Скорость реактивного самолета достигала почти 850 тысяч километров в час. Размах крыла больше 13 метров, взлетная масса около 6 с половиной тысяч килограммов. Взлетал самолет на высоту почти 13 с половиной километров, дальность полета при этом составляла более двух тысяч километров.

Читать еще:  Что такое ремонт двигателя шкода

На вооружении британского самолета находились четыре 30-миллиметровые пушки, которые обладали высокой эффективностью.

Американцы в числе последних

Среди всех основных участников Второй мировой одними из последних реактивный самолет выпустили военно-воздушные силы США. Американская модель Lockheed F-80 попала на аэродромы Великобритании только в апреле 1945 года. За месяц до капитуляции немецких войск. Поэтому поучаствовать в боевых действиях он практически не успел.

Американцы активно применяли этот самолет через несколько лет во время войны в Корее. Именно в этой стране произошел первый в истории бой между двумя реактивными самолетами. С одной стороны был американский F-80, а с другой советский МиГ-15, который на тот момент был более современным, уже околозвуковым. Советский пилот одержал победу.

Всего на вооружение американской армии поступило более полутора тысяч таких самолетов.

Советские образцы

Первый советский реактивный самолет сошел с конвейера в 1941 году. Его выпустили в рекордные сроки. 20 дней ушло на проектирование и еще месяц на производство. Сопло реактивного самолета выполняло функцию защиты его частей от излишнего нагрева.

Первый советский образец представлял собой деревянный планер, к которому были прикреплены жидкостно-реактивные двигатели. Когда началась Великая Отечественная война, все наработки были переброшены на Урал. Там начались экспериментальные вылеты и испытания. По замыслу конструкторов, самолет должен был развивать скорость до 900 километров в час. Однако, как только первый его испытатель Григорий Бахчиванджи приблизился к отметке в 800 километров в час, воздушное судно рухнуло. Летчик-испытатель погиб.

Окончательно доработать советскую модель реактивного самолета удалось только в 1945 году. Зато массовый выпуск начали сразу двух моделей — Як-15 и МиГ-9.

В сравнении технических характеристик двух машин принимал участие сам Иосиф Сталин. В результате было принято решение использовать Як-15, как учебное воздушное судно, а МиГ-9 поступил в распоряжение ВВС. За три года было выпущено более 600 МиГов. Однако вскоре самолет был снят с производства.

Основных причин было две. Разрабатывали его откровенно наспех, постоянно вносили изменения. К тому же сами пилоты относились к нему с подозрением. Чтобы освоить машину, требовалось много усилий, а ошибок в пилотаже допускать было категорически нельзя.

В результате в 1948 году на смену пришел усовершенствованный МиГ-15. Советский реактивный самолет летит со скоростью более 860 километров в час.

Пассажирский самолет

Самый известный реактивный пассажирский самолет, наряду с английским Concorde, — советский ТУ-144. Обе этих модели входили в разряд сверхзвуковых.

Советские самолеты поступили в производство в 1968 году. Звук реактивного самолета с тех пор стал часто раздаваться над советскими аэродромами.

История первого в мире турбореактивного самолета, который полетел

В любом деле есть первопроходцы: то, что сегодня полностью привычно, когда-то было в новинку. Наверное, мало кто сможет вспомнить полет на самолете, из иллюминаторов которого был виден воздушный винт (тем не менее в Европе региональные авиалинии нередко используют турбовинтовые летательные аппараты). Турбореактивные двигатели сегодня правят миром — ничего лучше, видимо, на данный момент не придумали, и водородные да атомные самолеты пока не летают. С момента же появления первого эффективного мотора подобного типа прошло почти 80 лет.

За воплощением идеи стоит немецкий инженер Эрнст Хейнкель, а вот кому она принадлежит — другой вопрос. Как нередко бывает, идея была продумана другим человеком (который в итоге остался в тени), затем благодаря деньгам и ресурсам крупного бизнеса ее удалось воплотить в жизнь.

Инженер Эрнст Хейнкель

Хейнкель родился в Германии в январе 1888 года. В юные годы он не имел никакого отношения к авиации, которая тогда делала только первые серьезные шаги. Немец увлеченно изучал машиностроение в Штутгарте, работал учеником токаря на литейном производстве и следил за развитием цеппелинов. Особенное влияние на профессиональное будущее Эрнста оказала катастрофа с одним из этих летательных аппаратов в 1908 году. Тогда экспериментальный LZ 4, уже участвовавший в серии испытательных полетов, был уничтожен пожаром во время посадки для починки сломанного двигателя. «Будущее — за самолетами», — решил для себя Хейнкель.

К 1911 году Эрнст, которому на тот момент было 23 года, построил свой первый самолет. Как показал пробный полет, инженерные навыки требовали дальнейшего совершенствования — молодой человек получил травмы и долго отходил от них. Кто-то сдался бы, но та эпоха запомнилась увлеченными людьми. Вернее, история помнит лишь о таких. Начиная с 1914 года немец трудился в крупных самолетостроительных компаниях, занимался конструированием летательных аппаратов. Иногда ему приписывают разработку популярного биплана Albatros B.II, однако многие историки опровергают эту информацию.

Вскоре после окончания Первой мировой войны, в 1921 году, Хейнкель занимает пост главного конструктора компании Caspar-Werke, реорганизованной после длительной паузы. Однако очень скоро инженер покидает ее из-за споров с основателем фирмы Карлом Каспаром относительно прав на дизайн выпускаемых самолетов. Наверняка Эрнст высоко ценил собственный опыт и профессионализм, поэтому в 1922-м появляется компания Heinkel-Flugzeugwerke.

Читать еще:  Двигатель адп 262 схема включения

Фирма искала способы обойти Версальский договор, который накладывал на Германию серьезные ограничения в плане производства техники. В определенный момент серьезную поддержку Хейнкелю оказало японское правительство. Дело в том, что Япония одновременно являлась крупным заказчиком Heinkel-Flugzeugwerke и входила в специальную комиссию, которая проверяла, соблюдает ли компания договоренности, закрепленные в Версальском договоре. Утверждается, что это позволяло Эрнсту заранее готовиться к грядущим инспекциям, а затем как ни в чем не бывало продолжать работу (японцы загодя предупреждали о мероприятиях).

В 30-е годы компания Хейнкеля была уже не «одной из», а причислялась к лидерам индустрии. Фирма закономерно привлекла внимание рейхсканцлера, который вскоре узурпировал власть. «В 1933 году я вступил в партию, но никогда не был нацистом», — так написал много позже Эрнст. Кстати, в 1948-м он был арестован за сотрудничество с нацистским режимом, но затем оправдан благодаря связям с заговорщиками, планировавшими свержение Гитлера.

Heinkel He 178

Компания Heinkel-Flugzeugwerke активно занималась инвестициями в разработку и исследование двигателей нового типа. Поэтому когда к Хейнкелю пришел молодой инженер Ханс фон Охайн, глава предприятия с радостью воспользовался запатентованной этим человеком технологией (фон Охайн зарегистрировал реактивный мотор в 1935 году). Стоит отметить, что незадолго до этого, независимо от Ханса, патент на турбореактивный двигатель получил сэр Фрэнк Уиттл, однако британский самолет взлетел позже — поддержку со стороны правительства он получил после того, как стало известно об успешных испытаниях He 178.

Принцип действия реактивного двигателя

С начала XX века до Второй мировой войны успешно использовались винтомоторные самолеты , оснащенные двигателями внутреннего сгорания.

Прогресс требовал все более быстрых и мощных самолетов, но изобретатели столкнулись с проблемой: даже незначительный прирост мощности двигателя приводил к значительному увеличению массы самолета. При добавлении двигателю мощности на 1 л.с., общий вес двигателя, винта и всех вспомогательных средств увеличивался примерно на 1 кг. Это означало, что для создания истребителя способного развивать скорость до 1000 км/ч пришлось бы использовать двигатель весом 6000 кг.

Увеличение веса двигателя приводило к тому, что самолет мог превратиться в аппарат, способный носить только сам себя – его грузоподъемность не смогла бы вместить ни оружия, ни какого-либо другого оборудования. Но даже за счет таких жертв значительно увеличить скорость все равно не удалось бы: увеличивается вес двигателя – увеличивается вес всей машины. Чтобы сделать самолет более быстрым – нужно увеличить площадь крыла. При этом увеличивается аэродинамическое сопротивление, преодолеть которое можно только при увеличении мощности двигателя. Получается замкнутый круг, разорвать который можно только изобретением принципиально нового двигателя.

Такой двигатель, названный реактивным, был изобретен англичанином Френком Уиллом. Принцип действия реактивного двигателя можно объяснить на действии пожарного брандспойта. Вода под давлением подается по шлангу к брандспойту, который имеет зауженный конец. Вытекая через это более узкое, чем сам шланг, отверстие, вода обретает скорость большую, чем в шланге. Реакция (сила обратного давления) воды при этом настолько сильная, что пожарнику приходится со всех сил держать шланг, направляя поток воды. Этот принцип реакции и используется в реактивных двигателях.

Самым простым реактивным двигателем является прямоточный. Представим себе его в виде трубы с открытыми концами, установленной на движущемся самолете. Передняя часть трубы имеет расширяющееся внутреннее поперечное сечение, благодаря которому скорость входящего воздуха снижается, а давление увеличивается. В самом широком месте (камере сгорания) происходит впрыскивание и сгорание горючего, что приводит к сильному нагреванию и расширению газов. Газы вырываются наружу с другого, более узкого, конца трубы с огромной скоростью, производя реактивную силу тяги. Именно эта сила и заставляет двигаться самолет.

Несовершенство этого двигателя в том, что он может использоваться только на движущемся самолете, и не может приводиться в действие с состояния спокойствия. Такой самолет приходилось бы запускать или с другого самолета, или используя какой-то стартовый двигатель.Эта проблема была решена с изобретением турбореактивного двигателя.

Основным элементом турбореактивного двигателя является газовая турбина. Она приводит в действие воздушный компрессор, через который сжатый воздух попадает в камеру сгорания. Продукты сгорания (обычно топливом является керосин) поступают сначала на лопасти турбины (приводя ее в действие), а потом в сопло, где разгоняются до больших скоростей. Для вращения турбины используется очень малое количество энергии воздушно-газового потока и при выходе из двигателя поток создает огромную реактивную силу тяги.

Увеличить на короткий период времени реактивную тягу двигателя можно при помощи дожигания: при выходе из турбины в поток газа впрыскивается дополнительное количество топлива, которое сгорает за счет кислорода, не использованного в турбине. Дожигание помогает увеличить тягу двигателя до 70% на больших скоростях и до 25-30% на малых.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector