Die Entstehungsgeschichte und das Funktionsprinzip eines Turbojet-Triebwerks. Wie funktioniert ein Düsentriebwerk? Abstraktes Düsentriebwerk

Strahltriebwerke in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts eröffneten der Luftfahrt neue Möglichkeiten: Flüge mit Geschwindigkeiten über Schallgeschwindigkeit, die Entwicklung von Flugzeugen mit hoher Nutzlast ermöglichten es, große Entfernungen im großen Stil zurückzulegen. Das Turbojet-Triebwerk gilt trotz des einfachen Funktionsprinzips zu Recht als einer der wichtigsten Mechanismen des vergangenen Jahrhunderts.

Geschichte

Das erste Flugzeug der Gebrüder Wright, das sich 1903 unabhängig von der Erde löste, wurde von einem Kolben-Verbrennungsmotor angetrieben. Und vierzig Jahre lang blieb dieser Triebwerkstyp der wichtigste im Flugzeugbau. Doch während des Zweiten Weltkriegs wurde klar, dass das traditionelle Kolben-Rotor-Flugzeug an seine technologischen Grenzen stößt – sowohl in Bezug auf Leistung als auch Geschwindigkeit. Eine der Alternativen war das Strahltriebwerk.

Die Idee, Jet-Schub zur Überwindung der Schwerkraft zu nutzen, wurde erstmals von Konstantin Tsiolkovsky in die Praxis umgesetzt. Bereits 1903, als die Gebrüder Wright ihr erstes Flugzeug, den Flyer-1, starteten, veröffentlichte der russische Wissenschaftler seine Studie über World Spaces von Jet Devices, in der er die Grundlagen der Theorie des Düsenantriebs entwickelte. Der in "Scientific Review" veröffentlichte Artikel bestätigte seinen Ruf als Träumer und wurde nicht ernst genommen. Tsiolkovsky brauchte jahrelange Arbeit und eine Änderung des politischen Systems, um seinen Fall zu beweisen.

Su-11-Düsenflugzeug mit TR-1-Triebwerken, entwickelt von Lyulka Design Bureau

Dennoch sollte der Geburtsort des Serien-Turbojets ein ganz anderes Land werden - Deutschland. Die Entwicklung eines Turbojet-Triebwerks Ende der 1930er Jahre war für deutsche Unternehmen eine Art Hobby. Fast alle derzeit bekannten Marken sind in diesem Bereich bekannt: Heinkel, BMW, Daimler-Benz und sogar Porsche. Die Hauptlorbeeren gingen an Junkers und sein 109-004, das weltweit erste Serien-Turbojet-Triebwerk, das auf dem weltweit ersten Me 262-Turbojet installiert wurde.

Trotz des unglaublich erfolgreichen Starts bei Düsenflugzeugen der ersten Generation wurden deutsche Lösungen nirgendwo auf der Welt, auch nicht in der Sowjetunion, weiterentwickelt.

In der UdSSR war der legendäre Flugzeugkonstrukteur Arkhip Lyulka am erfolgreichsten mit der Entwicklung von Turbostrahltriebwerken beschäftigt. Bereits im April 1940 patentierte er sein eigenes Schema eines Bypass-Turbojet-Triebwerks, das später weltweit Anerkennung fand. Arkhip Lyulka fand keine Unterstützung von der Führung des Landes. Bei Kriegsausbruch wurde er allgemein aufgefordert, auf Panzermotoren umzusteigen. Und erst als die Deutschen Flugzeuge mit Turbojet-Triebwerken hatten, wurde Lyulka befohlen, die Arbeit am heimischen Turbojet-Triebwerk TR-1 dringend wieder aufzunehmen.

Bereits im Februar 1947 bestand das Triebwerk die ersten Tests, und am 28. Mai wurde das von A.M. Lyulka, heute ein Zweig der Ufa-Motorenbausoftware, die zur United Engine Corporation (UEC) gehört.

Arbeitsprinzip

Ein Turbojet-Triebwerk (TJE) arbeitet nach dem Prinzip einer konventionellen Wärmekraftmaschine. Ohne in die Gesetze der Thermodynamik einzutauchen, kann eine Wärmekraftmaschine als eine Maschine zur Umwandlung von Energie in mechanische Arbeit definiert werden. Diese Energie besitzt das sogenannte Arbeitsfluid – das im Inneren der Maschine verwendete Gas oder Dampf. Beim Verdichten in einer Maschine erhält das Arbeitsmedium Energie und bei seiner anschließenden Expansion haben wir nützliche mechanische Arbeit.

Gleichzeitig ist klar, dass die aufgewendete Arbeit bei der Gaskompression immer geringer sein muss als die Arbeit, die das Gas bei der Expansion leisten kann. Andernfalls wird es kein nützliches „Produkt“ geben. Daher muss das Gas auch vor oder während der Expansion erwärmt und vor der Kompression abgekühlt werden. Dadurch wird durch die Vorwärmung die Expansionsenergie deutlich erhöht und ihr Überschuss tritt auf, der verwendet werden kann, um die von uns benötigte mechanische Arbeit zu erhalten. Dies ist eigentlich das gesamte Funktionsprinzip eines Turbojet-Triebwerks.

Somit muss jede Wärmekraftmaschine eine Kompressionsvorrichtung, eine Heizung, eine Expansionsvorrichtung und eine Kühlvorrichtung aufweisen. Das Turbojet-Triebwerk hat all dies jeweils: einen Kompressor, eine Brennkammer, eine Turbine und die Atmosphäre fungiert als Kühlschrank.

Anschließend gelangt die Luft in die Brennkammer, wo sie sich erwärmt und sich mit den Verbrennungsprodukten (Kerosin) vermischt. Die Brennkammer umgibt den Rotor des Motors nach dem Verdichter in einem massiven Ring oder in Form von separaten Rohren, die als Flammrohre bezeichnet werden. Flugkerosin wird durch spezielle Düsen in die Flammrohre eingespeist.

Aus der Brennkammer gelangt das erhitzte Arbeitsmedium in die Turbine. Er ähnelt einem Kompressor, arbeitet aber sozusagen in die entgegengesetzte Richtung. Es wird mit heißem Gas nach dem gleichen Prinzip wie ein Kinderspielzeugpropeller mit Luft gesponnen. Die Turbine hat wenige Stufen, normalerweise von eins bis drei oder vier. Dies ist die am stärksten belastete Einheit im Motor. Das Turbojet-Triebwerk hat eine sehr hohe Drehzahl - bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute. Der Brenner aus der Brennkammer erreicht Temperaturen zwischen 1100 und 1500 Grad Celsius. Hier dehnt sich die Luft aus, treibt die Turbine an und gibt ihr einen Teil ihrer Energie ab.

Nach der Turbine befindet sich eine Strahldüse, in der das Arbeitsmedium beschleunigt wird und mit einer Geschwindigkeit ausströmt, die größer ist als die Geschwindigkeit der anströmenden Strömung, wodurch ein Strahlschub erzeugt wird.

Generationen von Turbojet-Triebwerken

Obwohl es prinzipiell keine genaue Einteilung der Generationen von Turbojet-Triebwerken gibt, ist es möglich, die Haupttypen in den verschiedenen Entwicklungsstadien des Triebwerksbaus allgemein zu beschreiben.

Zu den Triebwerken der ersten Generation gehören deutsche und britische Triebwerke des Zweiten Weltkriegs sowie der sowjetische VK-1, der auf dem berühmten MIG-15-Jäger sowie auf den Flugzeugen IL-28 und TU-14 installiert wurde .

Jäger MIG-15

Turbojet-Triebwerke der zweiten Generation zeichnen sich durch das mögliche Vorhandensein eines Axialverdichters, eines Nachbrenners und eines einstellbaren Lufteinlasses aus. Zu den sowjetischen Beispielen gehört das R-11F2S-300-Triebwerk für das MiG-21-Flugzeug.

Triebwerke der dritten Generation zeichnen sich durch ein erhöhtes Verdichtungsverhältnis, das durch die Erhöhung der Stufen von Verdichter und Turbine erreicht wurde, und das Auftreten von Bypass aus. Technisch sind dies die komplexesten Motoren.

Das Aufkommen neuer Materialien, die die Betriebstemperaturen deutlich erhöhen können, hat zur Entwicklung von Motoren der vierten Generation geführt. Zu diesen Triebwerken gehört das heimische AL-31, das von der UEC für den Su-27-Jäger entwickelt wurde.

Heute beginnt das UEC-Werk in Ufa mit der Produktion von Flugzeugtriebwerken der fünften Generation. Die neuen Einheiten werden auf dem Jagdflugzeug T-50 (PAK FA) installiert, das die Su-27 ersetzt. Das neue Kraftwerk der T-50 mit erhöhter Leistung wird das Flugzeug noch wendiger machen und vor allem eine neue Ära in der heimischen Flugzeugindustrie einleiten.

Unter reaktiver Bewegung versteht man eine Bewegung, bei der einer seiner Teile mit einer bestimmten Geschwindigkeit vom Körper getrennt wird. Die bei einem solchen Vorgang entstehende Kraft wirkt von selbst. Mit anderen Worten, es fehlt ihr auch nur der geringste Kontakt zu äußeren Körpern.

in der Natur

Während eines Sommerurlaubs im Süden traf fast jeder von uns beim Schwimmen im Meer auf Quallen. Aber nur wenige Leute dachten, dass sich diese Tiere wie ein Düsentriebwerk bewegen. Das Funktionsprinzip eines solchen Aggregats in der Natur kann beim Bewegen einiger Arten von Meeresplankton und Libellenlarven beobachtet werden. Zudem ist die Effizienz dieser Wirbellosen oft höher als die technischer Mittel.

Wer sonst kann anschaulich demonstrieren, was das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks hat? Tintenfisch, Tintenfisch und Tintenfisch. Viele andere Meeresmollusken machen eine ähnliche Bewegung. Nehmen Sie zum Beispiel Tintenfische. Sie saugt Wasser in ihre Kiemenhöhle und wirft es durch einen Trichter, den sie nach hinten oder seitwärts richtet, kräftig aus. In diesem Fall kann die Molluske Bewegungen in die richtige Richtung ausführen.

Auch beim Bewegen der Salze lässt sich das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks beobachten. Dieses Meerestier nimmt Wasser in einen weiten Hohlraum auf. Danach ziehen sich die Muskeln seines Körpers zusammen und drücken die Flüssigkeit durch das Loch im Rücken. Die Reaktion des resultierenden Stroms ermöglicht es den Spermien, sich vorwärts zu bewegen.

Marineraketen

Aber die größte Perfektion in der Jet-Navigation wurde immer noch von Tintenfischen erreicht. Sogar die Form der Rakete scheint von diesem besonderen Meeresleben kopiert zu sein. Bei niedriger Geschwindigkeit biegt der Tintenfisch regelmäßig seine rautenförmige Flosse. Aber für einen schnellen Wurf muss er sein eigenes "Düsentriebwerk" verwenden. Gleichzeitig sollte das Funktionsprinzip aller seiner Muskeln und seines Körpers genauer betrachtet werden.

Tintenfische haben eine Art Mantel. Dies ist das Muskelgewebe, das seinen Körper von allen Seiten umgibt. Während der Bewegung saugt das Tier eine große Menge Wasser in diesen Mantel und schleudert einen Strahl durch eine spezielle schmale Düse scharf aus. Solche Aktionen ermöglichen es dem Tintenfisch, sich mit Geschwindigkeiten von bis zu siebzig Stundenkilometern ruckartig rückwärts zu bewegen. das Tier sammelt alle zehn Tentakel in einem Bündel, das dem Körper eine stromlinienförmige Form verleiht. In der Düse befindet sich ein spezielles Ventil. Das Tier dreht es mit Hilfe der Muskelkontraktion. Dadurch kann das Meeresleben seine Richtung ändern. Die Rolle des Ruders bei den Bewegungen des Tintenfisches spielen auch seine Tentakel. Er lenkt sie nach links oder rechts, nach unten oder oben und weicht Kollisionen mit verschiedenen Hindernissen leicht aus.

Es gibt eine Tintenfischart (stenoteutis), die den Titel des besten Piloten unter den Schalentieren trägt. Beschreiben Sie das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks - und Sie werden verstehen, warum dieses Tier bei der Jagd nach Fischen manchmal aus dem Wasser springt und sogar auf die Decks von Schiffen fällt, die auf dem Ozean segeln. Wie kommt es dazu? Der Pilot-Tintenfisch, der sich im Wasserelement befindet, entwickelt dafür maximalen Strahlschub. Damit kann er in einer Entfernung von bis zu fünfzig Metern über die Wellen fliegen.

Wenn wir ein Düsentriebwerk betrachten, welches Funktionsprinzip von welchem ​​Tier kann noch erwähnt werden? Dies sind auf den ersten Blick sackartige Tintenfische. Ihre Schwimmer sind nicht so schnell wie Tintenfische, aber bei Gefahr können selbst die besten Sprinter um ihre Geschwindigkeit beneiden. Biologen, die die Wanderung von Kraken untersucht haben, haben herausgefunden, dass sie sich wie ein Düsentriebwerk bewegen, das ein Funktionsprinzip hat.

Mit jedem Wasserstrahl, der aus dem Trichter geworfen wird, macht das Tier einen Strich von zwei oder sogar zweieinhalb Metern. Gleichzeitig schwimmt der Oktopus auf besondere Weise - rückwärts.

Weitere Beispiele für Strahlantriebe

Es gibt Raketen in der Pflanzenwelt. Das Prinzip des Strahltriebwerks lässt sich beobachten, wenn schon bei ganz leichter Berührung die „wahnsinnige Gurke“ mit hoher Geschwindigkeit vom Stiel abprallt und gleichzeitig die klebrige Flüssigkeit mit den Samen abstößt. In diesem Fall fliegt der Fötus selbst über eine beträchtliche Entfernung (bis zu 12 m) in die entgegengesetzte Richtung.

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks kann auch in einem Boot beobachtet werden. Wenn schwere Steine ​​​​in eine bestimmte Richtung ins Wasser geworfen werden, beginnt die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung. Das Funktionsprinzip ist das gleiche. Nur dort werden Gase anstelle von Steinen verwendet. Sie erzeugen eine reaktive Kraft, die sowohl in der Luft als auch in einem verdünnten Raum für Bewegung sorgt.

Fantastische Reisen

Die Menschheit träumt schon lange von Raumfahrt. Dies belegen die Werke von Science-Fiction-Autoren, die eine Vielzahl von Mitteln anboten, um dieses Ziel zu erreichen. So erreichte der Held der Geschichte des französischen Schriftstellers Hercule Savignen, Cyrano de Bergerac, den Mond auf einem eisernen Karren, über den ständig ein starker Magnet geschleudert wurde. Die berühmten Münchhausen erreichten denselben Planeten. Ein riesiger Bohnenstängel half ihm bei der Reise.

In China wurden bereits im ersten Jahrtausend v. Chr. Strahlantriebe eingesetzt. Gleichzeitig dienten mit Schießpulver gefüllte Bambusrohre als eine Art Raketen zum Spaß. Übrigens war das von Newton geschaffene Projekt des ersten Autos auf unserem Planeten auch mit einem Düsentriebwerk.

Die Entstehungsgeschichte des RD

Erst im 19. Jahrhundert. Der Menschheitstraum vom Weltraum begann, spezifische Züge anzunehmen. Tatsächlich schuf der russische Revolutionär N.I.Kibalchich in diesem Jahrhundert das weltweit erste Projekt mit einem Düsentriebwerk. Alle Papiere wurden von einem Narodnaya Volya im Gefängnis erstellt, wo er nach dem Attentat auf Alexander landete. Aber leider wurde Kibalchich am 03.04.1881 hingerichtet, und seine Idee wurde nicht in die Praxis umgesetzt.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. die Idee, Raketen für Weltraumflüge zu verwenden, wurde von dem russischen Wissenschaftler K. E. Tsiolkovsky vorgebracht. Zum ersten Mal wurde 1903 seine Arbeit veröffentlicht, die eine Beschreibung der Bewegung eines Körpers variabler Masse in Form einer mathematischen Gleichung enthielt. Später entwickelte der Wissenschaftler das eigentliche Schema eines mit flüssigem Treibstoff betriebenen Düsentriebwerks.

Tsiolkovsky erfand auch eine mehrstufige Rakete und brachte die Idee vor, echte Weltraumstädte in erdnaher Umlaufbahn zu schaffen. Tsiolkovsky hat überzeugend bewiesen, dass das einzige Mittel für Weltraumflüge eine Rakete ist. Das heißt, eine Vorrichtung, die mit einem Strahltriebwerk ausgestattet ist, das mit Kraftstoff und einem Oxidationsmittel betrieben wird. Nur eine solche Rakete kann die Schwerkraft überwinden und außerhalb der Erdatmosphäre fliegen.

Weltraumforschung

Die Idee von Tsiolkovsky wurde von sowjetischen Wissenschaftlern umgesetzt. Unter der Leitung von Sergei Pavlovich Korolev starteten sie den ersten künstlichen Erdsatelliten. Am 4. Oktober 1957 wurde dieses Gerät von einer Rakete mit Strahltriebwerk in die Umlaufbahn gebracht. Die Arbeit des RD beruhte auf der Umwandlung von chemischer Energie, die vom Treibstoff auf den Gasstrahl übertragen wird, in kinetische Energie. In diesem Fall bewegt sich die Rakete in die entgegengesetzte Richtung.

Das Strahltriebwerk, dessen Prinzip seit vielen Jahren angewendet wird, findet seine Anwendung nicht nur in der Raumfahrt, sondern auch in der Luftfahrt. Aber vor allem wird es für die Bewegung des Apparates im Raum, in dem es keine Umgebung gibt, nur der RD.

Triebwerk mit Flüssigtreibstoff

Jeder, der eine Schusswaffe abgefeuert oder diesen Vorgang einfach nur von der Seite beobachtet hat, weiß, dass es eine Kraft gibt, die den Lauf sicherlich zurückdrücken wird. Darüber hinaus wird die Rendite bei einer größeren Gebühr sicherlich steigen. Das Strahltriebwerk funktioniert auf die gleiche Weise. Sein Funktionsprinzip ähnelt dem Zurückschieben des Laufs unter der Einwirkung eines heißen Gasstrahls.

Was die Rakete betrifft, so ist der Prozess, bei dem die Mischung gezündet wird, allmählich und kontinuierlich. Dies ist der einfachste Festbrennstoffmotor. Er ist allen Raketenmodellbauern bekannt.

In einem Flüssigkeitsstrahltriebwerk (LRE) wird ein Gemisch aus einem Kraftstoff und einem Oxidationsmittel verwendet, um ein Arbeitsfluid oder einen Schubstrahl zu erzeugen. Letzteres ist in der Regel Salpetersäure oder Kerosin dient als Kraftstoff im Flüssigtreibstoffmotor.

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks, das in den ersten Mustern enthalten war, ist bis heute erhalten geblieben. Erst jetzt verwendet es flüssigen Wasserstoff. Wenn dieser Stoff oxidiert wird, steigt er im Vergleich zu den ersten Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken um 30 % an. Es ist erwähnenswert, dass die Idee der Verwendung von Wasserstoff von Tsiolkovsky selbst vorgeschlagen wurde. Allerdings waren die damaligen Schwierigkeiten bei der Arbeit mit diesem hochexplosiven Stoff einfach unüberwindbar.

Was ist das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks? Kraftstoff und Oxidationsmittel gelangen aus getrennten Tanks in die Arbeitskammer. Außerdem werden die Komponenten in eine Mischung überführt. Es brennt aus, während es unter einem Druck von mehreren zehn Atmosphären eine kolossale Wärmemenge freisetzt.

Bauteile gelangen auf unterschiedliche Weise in den Arbeitsraum eines Strahltriebwerks. Hier wird das Oxidationsmittel direkt eingebracht. Der Kraftstoff legt jedoch einen längeren Weg zwischen den Wänden der Kammer und der Düse zurück. Hier erwärmt es sich und wird bereits mit hoher Temperatur durch zahlreiche Düsen in die Verbrennungszone geschleudert. Außerdem bricht der von der Düse gebildete Strahl aus und verleiht dem Flugzeug ein Schubmoment. So können Sie (kurz) feststellen, welches Funktionsprinzip ein Düsentriebwerk hat. In dieser Beschreibung werden viele Komponenten nicht erwähnt, ohne die der Betrieb des LPRE unmöglich wäre. Dazu gehören die Kompressoren, die den für die Einspritzung erforderlichen Druck erzeugen, die Ventile, die die Turbinen speisen usw.

Moderne Nutzung

Trotz der Tatsache, dass der Betrieb eines Strahltriebwerks viel Treibstoff benötigt, dienen Raketentriebwerke auch heute noch den Menschen. Sie werden als Hauptantriebsmotoren in Trägerraketen sowie als Rangiertriebwerke für verschiedene Raumfahrzeuge und Orbitalstationen verwendet. In der Luftfahrt werden andere Arten von Rollwegen verwendet, die leicht unterschiedliche Leistungsmerkmale und Konstruktionen aufweisen.

Luftfahrtentwicklung

Vom Anfang des 20. Jahrhunderts bis zum Ausbruch des Zweiten Weltkriegs flog man nur noch mit Propellerflugzeugen. Diese Geräte waren mit Verbrennungsmotoren ausgestattet. Der Fortschritt stand jedoch nicht still. Bei seiner Entwicklung bestand die Notwendigkeit, leistungsstärkere und schnellere Flugzeuge zu entwickeln. Hier standen die Flugzeugkonstrukteure jedoch vor einem scheinbar unlösbaren Problem. Tatsache ist, dass selbst bei einer leichten Zunahme die Masse des Flugzeugs deutlich zugenommen hat. Einen Ausweg aus dieser Situation fand jedoch der Engländer Frank Will. Er schuf ein grundlegend neues Triebwerk namens Jet-Engine. Diese Erfindung gab der Entwicklung der Luftfahrt einen starken Impuls.

Das Funktionsprinzip eines Flugzeugstrahltriebwerks ähnelt der Wirkung eines Feuerwehrschlauchs. Sein Schlauch hat ein konisches Ende. Da das Wasser durch die schmale Öffnung ausströmt, wird seine Geschwindigkeit stark erhöht. Der dadurch erzeugte Staudruck ist so stark, dass der Feuerwehrmann Schwierigkeiten hat, den Schlauch in den Händen zu halten. Dieses Verhalten von Wasser kann auch das Funktionsprinzip eines Flugzeugstrahltriebwerks erklären.

Direktstrom-Rollbahnen

Diese Art von Strahltriebwerk ist die einfachste. Stellen Sie es sich als ein Rohr mit offenen Enden vor, das auf einer beweglichen Ebene montiert ist. Im vorderen Teil erweitert sich sein Querschnitt. Aufgrund dieser Konstruktion verringert die einströmende Luft ihre Geschwindigkeit und ihr Druck steigt. Die breiteste Stelle eines solchen Rohres ist die Brennkammer. Hier wird der Kraftstoff eingespritzt und verbrannt. Dieser Prozess fördert die Erwärmung der entstehenden Gase und deren starke Expansion. Dadurch entsteht ein Schub des Strahltriebwerks. Es wird von allen gleichen Gasen erzeugt, wenn sie aus dem schmalen Ende des Rohres herausgedrückt werden. Es ist dieser Schub, der das Flugzeug zum Fliegen bringt.

Nutzungsprobleme

Direktstrom-Strahltriebwerke haben einige Nachteile. Sie können nur an einem in Bewegung befindlichen Flugzeug arbeiten. Ein ruhendes Luftfahrzeug kann nicht durch Direktfluss-Rollwege aktiviert werden. Um ein solches Flugzeug in die Luft zu heben, wird irgendein anderer Startmotor benötigt.

Lösung

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks eines Turbostrahlflugzeugs, das frei von den Mängeln eines Staustrahltriebwerks ist, ermöglichte es Flugzeugkonstrukteuren, die fortschrittlichsten Flugzeuge zu entwickeln. Wie funktioniert diese Erfindung?

Das Hauptelement eines Turbojet-Triebwerks ist eine Gasturbine. Mit seiner Hilfe wird ein Luftkompressor aktiviert, durch den Druckluft in eine spezielle Kammer geleitet wird. Die bei der Verbrennung von Brennstoffen (meist Kerosin) anfallenden Produkte fallen auf die Turbinenschaufeln und treiben diese an. Außerdem gelangt der Luft-Gas-Strom in die Düse, wo er auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und eine enorme reaktive Schubkraft erzeugt.

Leistungssteigerung

Der Reaktionsschub kann in kurzer Zeit erheblich zunehmen. Dazu wird Nachbrennen verwendet. Es ist die Einspritzung von zusätzlichem Brennstoff in den aus der Turbine austretenden Gasstrom. In der Turbine ungenutzter Sauerstoff trägt zur Verbrennung von Kerosin bei, was den Triebwerksschub erhöht. Bei hohen Geschwindigkeiten erreicht die Wertsteigerung 70% und bei niedrigen Geschwindigkeiten 25-30%.

Der sich drehende Propeller zieht das Flugzeug nach vorne. Aber das Strahltriebwerk schleudert heiße Abgase mit hoher Geschwindigkeit zurück und erzeugt so eine Vorwärtsschubkraft.

Strahltriebwerkstypen

Es gibt vier Arten von Strahl- oder Gasturbinentriebwerken:

Turbojet;

Turbofan- wie sie in Passagierflugzeugen vom Typ Boeing-747 verwendet werden;

Turboprop wo turbinengetriebene Propeller verwendet werden;

und Turbowelle die auf Hubschrauber gesetzt werden.

Turbofan-Triebwerk besteht aus drei Hauptteilen: einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine, die Energie liefert. Zunächst tritt Luft in den Motor ein und wird von einem Lüfter komprimiert. In der Brennkammer vermischt sich dann die komprimierte Luft mit dem Kraftstoff und verbrennt bei hoher Temperatur und hohem Druck zu einem Gas. Dieses Gas strömt durch die Turbine, wodurch sie mit enormer Geschwindigkeit rotiert und nach hinten geschleudert wird, wodurch eine Vorwärtsschubreaktion erzeugt wird.

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In einem Turbinentriebwerk durchläuft die Luft mehrere Kompressionsstufen. Druck und Volumen des Gases nehmen nach dem Durchgang durch die Brennkammer besonders stark zu. Der von den Abgasen erzeugte Schub ermöglicht es Düsenflugzeugen, in Höhen und Geschwindigkeiten zu fliegen, die weit über denen liegen, die für Hubflügelflugzeuge verfügbar sind.

Bei einem Turbojet-Triebwerk wird Luft von vorne angesaugt, verdichtet und zusammen mit dem Kraftstoff verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase erzeugen eine reaktive Schubkraft.

Turboprop-Triebwerke verbinden den Abgasschub mit dem Frontschub, der durch die Drehung des Propellers erzeugt wird.

Strahltriebwerke werden heute häufig in Verbindung mit der Erforschung des Weltraums verwendet. Sie werden auch für meteorologische und militärische Raketen verschiedener Reichweiten verwendet. Darüber hinaus sind alle modernen Hochgeschwindigkeitsflugzeuge mit Strahltriebwerken ausgestattet.

Es ist unmöglich, außer Düsentriebwerken im Weltraum andere Triebwerke zu verwenden: Es gibt keine Unterstützung (fest flüssig oder gasförmig) abstoßen, von dem das Raumfahrzeug beschleunigt werden könnte. Der Einsatz von Strahltriebwerken für Flugzeuge und Raketen, die die Atmosphäre nicht verlassen, ist verbunden mitdass es Düsentriebwerke sind, die die maximale Fluggeschwindigkeit liefern können.

- Turboprop.

Diese Triebwerke ermöglichen es großen Flugzeugen, mit akzeptablen Geschwindigkeiten zu fliegen und weniger Treibstoff zu verbrauchen.

Zweiblatt-Turboprop-Triebwerk

- Turbofan-Triebwerk.

Dieser Motortyp ist ein sparsamerer Verwandter des klassischen Typs. der Hauptunterschied ist das größerer Lüfter, Zu die nicht nur die Turbine mit Luft versorgt, sondern aucherzeugt einen ausreichend starken Fluss außerhalb davon... Somit wird eine erhöhte Effizienz durch eine Verbesserung der Effizienz erreicht.

Reaktive Bewegung ist ein Vorgang, bei dem einer seiner Teile mit einer bestimmten Geschwindigkeit von einem bestimmten Körper getrennt wird. Die dabei entstehende Kraft wirkt von selbst, ohne den geringsten Kontakt mit äußeren Körpern. Der Strahlantrieb war der Anstoß zur Entwicklung eines Strahltriebwerks. Sein Wirkprinzip basiert genau auf dieser Kraft. Wie funktioniert so ein Motor? Versuchen wir es herauszufinden.

Historische Fakten

Die Idee, Jet-Schub zu verwenden, der es ermöglichen würde, die Gravitationskraft der Erde zu überwinden, wurde 1903 vom Phänomen der russischen Wissenschaft - Tsiolkovsky - vorgestellt. Er veröffentlichte eine ganze Studie zu diesem Thema, die jedoch nicht ernst genommen wurde. Konstantin Eduardovich, der den Wandel des politischen Systems überlebt hatte, verbrachte Jahre damit, allen zu beweisen, dass er Recht hatte.

Heute gibt es viele Gerüchte, dass der erste in dieser Angelegenheit der Revolutionär Kibalchich war. Aber der Wille dieses Mannes wurde zum Zeitpunkt der Veröffentlichung von Tsiolkovskys Werken zusammen mit Kibalchich begraben. Außerdem handelte es sich nicht um ein vollwertiges Werk, sondern nur um Skizzen und Skizzen – der Revolutionär konnte in seinen Werken keine verlässliche Grundlage für theoretische Berechnungen liefern.

Wie funktioniert reaktive Kraft?

Um zu verstehen, wie ein Düsentriebwerk funktioniert, müssen Sie verstehen, wie diese Kraft funktioniert.

Stellen wir uns also einen Schuss aus einer beliebigen Schusswaffe vor. Dies ist ein klares Beispiel für die Wirkung einer reaktiven Kraft. Ein heißer Gasstrahl, der bei der Verbrennung der Ladung in der Patrone entstanden ist, drückt die Waffe zurück. Je stärker die Ladung, desto stärker der Rückstoß.

Stellen Sie sich nun den Vorgang der Entzündung eines brennbaren Gemisches vor: er erfolgt allmählich und kontinuierlich. So sieht das Funktionsprinzip eines Staustrahltriebwerks aus. Ähnlich funktioniert eine Rakete mit Feststofftriebwerk – dies ist die einfachste Variante. Sogar unerfahrene Raketenmodellierer sind damit vertraut.

Zunächst wurde Schwarzpulver als Treibstoff für Düsentriebwerke verwendet. Strahltriebwerke, deren Prinzip schon weiter fortgeschritten war, benötigten Treibstoff auf Basis von Nitrozellulose, der in Nitroglycerin gelöst wurde. In großen Einheiten, die Raketen starten, die Shuttles in die Umlaufbahn bringen, verwenden sie heute eine spezielle Mischung aus Polymertreibstoff mit Ammoniumperchlorat als Oxidationsmittel.

Funktionsprinzip des Rollweges

Jetzt lohnt es sich, das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks zu verstehen. Dazu können Sie die Klassiker betrachten - Flüssigkeitsmotoren, die sich seit der Zeit von Tsiolkovsky praktisch nicht geändert haben. Diese Einheiten verwenden Brennstoff und ein Oxidationsmittel.

Als letzteres wird flüssiger Sauerstoff oder Salpetersäure verwendet. Als Treibstoff wird Kerosin verwendet. Moderne kryogene Flüssigkeitsmotoren verbrauchen flüssigen Wasserstoff. Mit Sauerstoff oxidiert, erhöht es den spezifischen Impuls (um bis zu 30 Prozent). Die Idee, dass Wasserstoff verwendet werden könnte, wurde auch in Tsiolkovskys Kopf geboren. Aufgrund der extremen Explosivität musste damals jedoch nach einem anderen Brennstoff gesucht werden.

Das Funktionsprinzip ist wie folgt. Die Komponenten gelangen aus zwei getrennten Tanks in die Brennkammer. Nach dem Mischen verwandeln sie sich in eine Masse, die beim Verbrennen eine große Menge Wärme und Zehntausende Atmosphären Druck freisetzt. Das Oxidationsmittel wird der Brennkammer zugeführt. Das Kraftstoffgemisch kühlt diese Elemente, während es zwischen den Doppelwänden der Kammer und der Düse passiert. Außerdem gelangt der von den Wänden erhitzte Brennstoff durch eine Vielzahl von Düsen in die Zündzone. Der von der Düse gebildete Strahl entweicht nach außen. Dadurch wird das Schubmoment bereitgestellt.

Kurz gesagt kann das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks mit einer Lötlampe verglichen werden. Letzteres ist jedoch viel einfacher. Es gibt keine verschiedenen Hilfsmotorsysteme im Betriebsschema. Und das sind die Kompressoren zur Erzeugung von Einspritzdruck, Turbinen, Ventile und andere Elemente, ohne die ein Düsentriebwerk einfach nicht möglich ist.

Trotz des hohen Treibstoffverbrauchs von Flüssigtreibstoff-Triebwerken (der Treibstoffverbrauch beträgt etwa 1000 Gramm pro 200 Kilogramm Fracht), werden sie immer noch als Antriebseinheiten für Trägerraketen und Rangiereinheiten für Orbitalstationen sowie andere Raumfahrzeuge verwendet .

Gerät

Ein typisches Strahltriebwerk ist wie folgt aufgebaut. Seine Hauptknoten sind:

Kompressor;

Brennkammer;

Turbinen;

Abgassystem.

Betrachten wir diese Elemente genauer. Der Verdichter besteht aus mehreren Turbinen. Ihre Aufgabe ist es, Luft beim Durchströmen der Schaufeln anzusaugen und zu komprimieren. Der Kompressionsprozess erhöht die Temperatur und den Druck der Luft. Ein Teil dieser Druckluft wird in die Brennkammer geleitet. Es vermischt Luft mit Kraftstoff und entzündet sich. Dieser Vorgang erhöht die thermische Energie weiter.

Das Gemisch verlässt den Brennraum mit hoher Geschwindigkeit und dehnt sich dann aus. Dann folgt sie durch eine weitere Turbine, deren Schaufeln unter Einwirkung von Gasen rotieren. Diese Turbine ist an der Vorderseite des Aggregats mit dem Verdichter verbunden und setzt ihn in Bewegung. Auf hohe Temperaturen erhitzte Luft tritt durch das Abgassystem aus. Durch den Drosseleffekt steigt die ohnehin schon hohe Temperatur weiter an. Dann entweicht die Luft komplett.

Flugzeugmotor

Auch Flugzeuge verwenden diese Motoren. So werden beispielsweise Turbojet-Einheiten in riesigen Passagierschiffen verbaut. Sie unterscheiden sich von den üblichen durch das Vorhandensein von zwei Tanks. Einer enthält Brennstoff und der andere enthält ein Oxidationsmittel. Während das Turbojet-Triebwerk nur Kraftstoff transportiert und die Luft als Oxidationsmittel verwendet wird, wird es aus der Atmosphäre verdrängt.

Turbojet-Triebwerk

Das Funktionsprinzip eines Flugzeugstrahltriebwerks basiert auf derselben Strahlkraft und denselben physikalischen Gesetzen. Der wichtigste Teil sind die Turbinenschaufeln. Die endgültige Leistung hängt von der Größe der Klinge ab.

Dank der Turbinen wird der Schub erzeugt, der zum Beschleunigen des Flugzeugs notwendig ist. Jede der Schaufeln ist zehnmal stärker als ein herkömmlicher Autoverbrennungsmotor. Die Turbinen sind nach der Brennkammer installiert, wo der Druck am höchsten ist. Und die Temperatur hier kann eineinhalbtausend Grad erreichen.

Zweikreis-Rollbahn

Diese Einheiten haben viele Vorteile gegenüber Turbojets. Zum Beispiel deutlich geringerer Kraftstoffverbrauch bei gleicher Leistung.

Aber der Motor selbst ist komplexer und schwerer.

Und das Funktionsprinzip eines Zweikreis-Strahltriebwerks ist etwas anders. Die von der Turbine mitgerissene Luft wird teilweise komprimiert und dem ersten Kreislauf für den Verdichter und im zweiten Kreislauf - den feststehenden Schaufeln - zugeführt. Die Turbine arbeitet als Niederdruckverdichter. Im ersten Kreislauf des Motors wird Luft komprimiert und erwärmt und anschließend mittels eines Hochdruckverdichters dem Brennraum zugeführt. Hier erfolgt die Vermischung mit Kraftstoff und die Zündung. Es entstehen Gase, die der Hochdruckturbine zugeführt werden, wodurch sich die Turbinenschaufeln drehen, die wiederum dem Hochdruckverdichter eine Drehbewegung zuführen. Die Gase strömen dann durch eine Niederdruckturbine. Letztere treibt den Lüfter an und schließlich treten die Gase nach außen und erzeugen so Schub.

Synchrone Rollwege

Das sind Elektromotoren. Das Funktionsprinzip eines Synchronreluktanzmotors ähnelt dem eines Schrittmotors. Ein Wechselstrom wird an den Stator angelegt und erzeugt ein magnetisches Feld um den Rotor. Letztere dreht sich, weil sie versucht, den magnetischen Widerstand zu minimieren. Diese Motoren haben nichts mit der Erforschung des Weltraums und dem Starten von Shuttles zu tun.