Historia powstania i zasada działania silnika turboodrzutowego. Jak działa silnik odrzutowy? Abstrakcyjny silnik odrzutowy

Silniki odrzutowe w drugiej połowie XX wieku otworzyły nowe możliwości w lotnictwie: loty z prędkościami przekraczającymi prędkość dźwięku, powstanie samolotów o dużej ładowności, umożliwiły pokonywanie dużych odległości na dużą skalę. Silnik turboodrzutowy jest słusznie uważany za jeden z najważniejszych mechanizmów minionego stulecia, pomimo prostej zasady działania.

Historia

Pierwszy samolot braci Wright, niezależnie oderwany od Ziemi w 1903 roku, napędzany był tłokowym silnikiem spalinowym. I przez czterdzieści lat ten typ silnika pozostawał głównym w budowie samolotów. Ale podczas II wojny światowej stało się jasne, że tradycyjny samolot z wirnikiem tłokowym osiągnął swoje technologiczne granice - zarówno pod względem mocy, jak i prędkości. Jedną z alternatyw był silnik odrzutowy.

Pomysł wykorzystania ciągu odrzutowego do pokonania grawitacji został po raz pierwszy wprowadzony w życie przez Konstantina Ciołkowskiego. W 1903 roku, kiedy bracia Wright wystrzeliwali swój pierwszy samolot, Flyer-1, rosyjski naukowiec opublikował swoją pracę „Eksploracja przestrzeni świata za pomocą urządzeń odrzutowych”, w której rozwinął podstawy teorii napędu odrzutowego. Artykuł opublikowany w „Przeglądzie Naukowym” potwierdził jego reputację marzyciela i nie był traktowany poważnie. Ciołkowski potrzebował lat pracy i zmiany systemu politycznego, aby udowodnić jego rację.

Samolot odrzutowy Su-11 z silnikami TR-1, opracowany przez Biuro Projektowe Lyulka

Niemniej jednak miejsce narodzin seryjnego silnika turboodrzutowego miało stać się zupełnie innym krajem - Niemcami. Stworzenie silnika turboodrzutowego pod koniec lat 30. było rodzajem hobby dla niemieckich firm. W tej dziedzinie odnotowano prawie wszystkie obecnie znane marki: Heinkel, BMW, Daimler-Benz, a nawet Porsche. Główne laury powędrowały do ​​Junkersa i jego 109-004, pierwszego na świecie seryjnego silnika turboodrzutowego, zainstalowanego na pierwszym na świecie turboodrzutowym Me 262.

Pomimo niezwykle udanego startu w samolotach odrzutowych pierwszej generacji, niemieckie rozwiązania nie były dalej rozwijane nigdzie na świecie, w tym w Związku Radzieckim.

W ZSRR legendarny projektant samolotów Arkhip Lyulka z największym powodzeniem zajmował się rozwojem silników turboodrzutowych. W kwietniu 1940 roku opatentował własny projekt silnika turboodrzutowego z obejściem, który później zyskał uznanie na całym świecie. Arkhip Lyulka nie znalazł wsparcia ze strony przywódców kraju. Wraz z wybuchem wojny poproszono go o przejście na silniki czołgowe. I dopiero gdy Niemcy mieli samoloty z silnikami turboodrzutowymi, Lyulka otrzymała polecenie pilnego wznowienia prac nad krajowym silnikiem turboodrzutowym TR-1.

Już w lutym 1947 roku silnik przeszedł pierwsze testy, a 28 maja samolot odrzutowy Su-11 z pierwszymi krajowymi silnikami TR-1, opracowanymi przez A.M. Lyulka, obecnie oddział oprogramowania do budowy silników Ufa, które jest częścią United Engine Corporation (UEC).

Zasada działania

Silnik turboodrzutowy (TJE) działa na zasadzie konwencjonalnego silnika cieplnego. Bez zagłębiania się w prawa termodynamiki silnik cieplny można zdefiniować jako maszynę do przekształcania energii w pracę mechaniczną. Energię tę posiada tzw. płyn roboczy - gaz lub para znajdująca się wewnątrz maszyny. Sprężony w maszynie płyn roboczy otrzymuje energię, a wraz z jego późniejszym rozprężaniem mamy użyteczną pracę mechaniczną.

Jednocześnie jasne jest, że praca poświęcona na sprężanie gazu musi być zawsze mniejsza niż praca, którą gaz może wykonać podczas rozprężania. W przeciwnym razie nie będzie użytecznego „produktu”. Dlatego gaz musi być również ogrzany przed lub w trakcie rozprężania i schłodzony przed sprężaniem. W efekcie, dzięki podgrzaniu, energia rozprężania znacznie wzrośnie i pojawi się jej nadwyżka, którą możemy wykorzystać do uzyskania potrzebnej nam pracy mechanicznej. To właściwie cała zasada działania silnika turboodrzutowego.

Zatem każdy silnik cieplny musi mieć urządzenie sprężające, grzałkę, urządzenie rozprężne i urządzenie chłodzące. Silnik turboodrzutowy ma to wszystko odpowiednio: sprężarkę, komorę spalania, turbinę, a atmosfera działa jak lodówka.

Następnie powietrze dostaje się do komory spalania, gdzie nagrzewa się i miesza z produktami spalania (naftą). Komora spalania otacza wirnik silnika za sprężarką w postaci stałego pierścienia lub w postaci oddzielnych rurek, zwanych płomienicami. Nafta lotnicza jest podawana do płomieniówek przez specjalne dysze.

Z komory spalania ogrzany płyn roboczy wpływa do turbiny. Jest podobny do kompresora, ale działa, że ​​tak powiem, w przeciwnym kierunku. Jest wirowany gorącym gazem na tej samej zasadzie, co śmigło dziecięce. Turbina ma kilka stopni, zwykle od jednego do trzech lub czterech. To najbardziej obciążona jednostka w silniku. Silnik turboodrzutowy ma bardzo dużą prędkość obrotową – do 30 tysięcy obrotów na minutę. Pochodnia z komory spalania osiąga temperatury od 1100 do 1500 stopni Celsjusza. Powietrze tutaj rozszerza się, napędzając turbinę i oddając jej część swojej energii.

Za turbiną znajduje się dysza strumieniowa, w której płyn roboczy jest przyspieszany i wypływa z prędkością większą niż prędkość nadchodzącego strumienia, co powoduje powstanie ciągu strumieniowego.

Generacje silników turboodrzutowych

Pomimo tego, że w zasadzie nie ma dokładnej klasyfikacji generacji silników turboodrzutowych, możliwe jest ogólne opisanie głównych typów na różnych etapach rozwoju budowy silnika.

Do silników pierwszej generacji należą silniki niemieckie i brytyjskie z okresu II wojny światowej, a także radziecki VK-1, który montowany był na słynnym myśliwcu MIG-15, a także na samolotach IL-28 i TU-14 .

Myśliwiec MIG-15

Silniki turboodrzutowe drugiej generacji wyróżniają się możliwą obecnością sprężarki osiowej, dopalacza i regulowanego wlotu powietrza. Wśród radzieckich przykładów jest silnik R-11F2S-300 do samolotu MiG-21.

Silniki trzeciej generacji charakteryzują się zwiększonym stopniem sprężania, co osiągnięto poprzez zwiększenie stopni sprężarki i turbin oraz pojawienie się obejścia. Technicznie są to najbardziej złożone silniki.

Pojawienie się nowych materiałów, które mogą znacznie podnieść temperaturę pracy, doprowadziło do powstania silników czwartej generacji. Wśród tych silników jest krajowy AL-31 opracowany przez UEC dla myśliwca Su-27.

Dziś fabryka UEC w Ufie rozpoczyna produkcję silników lotniczych piątej generacji. Nowe jednostki zostaną zainstalowane na myśliwcu T-50 (PAK FA), zastępującym Su-27. Nowa elektrownia na T-50 o zwiększonej mocy sprawi, że samolot będzie jeszcze bardziej zwrotny, a co najważniejsze, otworzy nową erę w krajowym przemyśle lotniczym.

Ruch reaktywny rozumiany jest jako ruch, w którym jedna z jego części zostaje oddzielona od ciała z określoną prędkością. Siła powstająca w wyniku takiego procesu działa sama. Innymi słowy, brakuje jej nawet najmniejszego kontaktu z ciałami zewnętrznymi.

w naturze

Podczas letnich wakacji na południu prawie każdy z nas, pływając w morzu, spotkał się z meduzami. Ale niewiele osób myślało, że te zwierzęta poruszają się w taki sam sposób, jak silnik odrzutowy. Zasadę działania takiego agregatu w przyrodzie można zaobserwować podczas przenoszenia niektórych gatunków planktonu morskiego i larw ważek. Co więcej, wydajność tych bezkręgowców jest często wyższa niż środków technicznych.

Kto jeszcze może jasno wykazać, jaka jest zasada działania silnika odrzutowego? Kalmary, ośmiornice i mątwy. Wiele innych mięczaków morskich wykonuje podobny ruch. Weźmy na przykład mątwę. Wciąga wodę do jamy skrzelowej i energicznie wyrzuca ją przez lejek, który kieruje do tyłu lub na boki. W takim przypadku mięczak jest w stanie wykonywać ruchy we właściwym kierunku.

Zasadę działania silnika odrzutowego można również zaobserwować podczas przemieszczania soli. To zwierzę morskie pobiera wodę do szerokiej jamy. Następnie mięśnie jego ciała kurczą się, przepychając płyn przez otwór z tyłu. Reakcja powstałego strumienia pozwala plemnikom poruszać się do przodu.

pociski morskie

Jednak największą perfekcję w nawigacji odrzutowej nadal osiągały kałamarnice. Nawet sam kształt rakiety wydaje się być skopiowany z tego szczególnego życia morskiego. Poruszając się z małą prędkością, kałamarnica okresowo wygina swoją płetwę w kształcie rombu. Ale żeby wykonać szybki rzut, musi użyć własnego „silnika odrzutowego”. Jednocześnie należy bardziej szczegółowo rozważyć zasadę działania wszystkich jego mięśni i ciała.

Kałamarnice mają rodzaj płaszcza. To tkanka mięśniowa, która otacza jego ciało ze wszystkich stron. Podczas ruchu zwierzę zasysa do tego płaszcza dużą ilość wody, ostro wyrzucając strumień przez specjalną wąską dyszę. Takie działania pozwalają kałamarnicy cofać się w szarpnięciu z prędkością do siedemdziesięciu kilometrów na godzinę. zwierzę zbiera wszystkie dziesięć macek w wiązkę, co nadaje ciału opływowy kształt. W dyszy znajduje się specjalny zawór. Zwierzę obraca go za pomocą skurczu mięśni. To pozwala życiu morskiemu zmienić kierunek. Rolę steru podczas ruchów kałamarnicy pełnią również jej macki. Kieruje nimi w lewo lub prawo, w dół lub w górę, z łatwością unikając kolizji z różnymi przeszkodami.

Istnieje gatunek kałamarnicy (stenoteutis), który posiada tytuł najlepszego pilota wśród skorupiaków. Opisz zasadę działania silnika odrzutowego - a zrozumiesz, dlaczego w pogoni za rybami zwierzę to czasami wyskakuje z wody, a nawet spada na pokłady statków pływających po oceanie. Jak to się stało? Kałamarnica pilotująca, będąc w żywiole wody, rozwija dla niej maksymalny ciąg odrzutowy. To pozwala mu latać nad falami na odległość do pięćdziesięciu metrów.

Jeśli weźmiemy pod uwagę silnik odrzutowy, to o zasadzie działania jakiego zwierzęcia można wspomnieć jeszcze? Są to na pierwszy rzut oka workowate ośmiornice. Ich pływacy nie są tak szybcy jak kałamarnica, ale w razie niebezpieczeństwa nawet najlepsi sprinterzy mogą pozazdrościć ich szybkości. Biolodzy, którzy badali migrację ośmiornic, odkryli, że poruszają się one tak, jak silnik odrzutowy ma zasadę działania.

Z każdym strumieniem wody wyrzuconym z lejka zwierzę robi kreskę dwa, a nawet dwa i pół metra. W tym samym czasie ośmiornica pływa w dziwny sposób - do tyłu.

Inne przykłady napędu odrzutowego

W świecie roślin są rakiety. Zasadę działania silnika odrzutowego można zaobserwować, gdy nawet przy bardzo lekkim dotknięciu „szalony ogórek” z dużą prędkością odbija się od łodygi, jednocześnie odrzucając lepką ciecz z nasionami. W tym przypadku sam płód odlatuje na znaczną odległość (do 12 m) w przeciwnym kierunku.

Zasadę działania silnika odrzutowego można zaobserwować także na łodzi. Jeśli ciężkie kamienie zostaną z niego wyrzucone do wody w określonym kierunku, rozpocznie się ruch w przeciwnym kierunku. Zasada działania jest taka sama. Tylko tam zamiast kamieni używa się gazów. Tworzą reaktywną siłę, która zapewnia ruch zarówno w powietrzu, jak iw rozrzedzonej przestrzeni.

Fantastyczna podróż

Ludzkość od dawna marzyła o lotach w kosmos. Świadczą o tym prace pisarzy science fiction, którzy oferowali różne sposoby osiągnięcia tego celu. Na przykład bohater opowieści francuskiego pisarza Herkulesa Savignena, Cyrano de Bergerac, dotarł na księżyc żelaznym wozem, nad którym nieustannie przerzucany był silny magnes. Słynny Munchausen dotarł na tę samą planetę. Ogromna łodyga fasoli pomogła mu w podróży.

Napęd odrzutowy był używany w Chinach już w pierwszym tysiącleciu p.n.e. Jednocześnie bambusowe tuby wypełnione prochem służyły jako rodzaj rakiet do zabawy. Nawiasem mówiąc, projekt pierwszego samochodu na naszej planecie, stworzony przez Newtona, był również z silnikiem odrzutowym.

Historia powstania RD

Dopiero w XIX wieku. marzenie ludzkości o kosmosie zaczęło nabierać określonych cech. Rzeczywiście, w tym stuleciu rosyjski rewolucjonista N.I.Kibalchich stworzył pierwszy na świecie projekt z silnikiem odrzutowym. Wszystkie dokumenty zostały sporządzone przez Narodnaja Wolę w więzieniu, gdzie trafił po zamachu na Aleksandra. Niestety, 03.04.1881 r. Kibalczich został stracony, a jego pomysł nie został wdrożony w praktyce.

Na początku XX wieku. pomysł wykorzystania rakiet do lotów kosmicznych przedstawił rosyjski naukowiec K. E. Cielkowski. Po raz pierwszy jego praca, zawierająca opis ruchu ciała o zmiennej masie w postaci równania matematycznego, została opublikowana w 1903 roku. Później naukowiec opracował sam schemat silnika odrzutowego napędzanego paliwem płynnym.

Ciołkowski wynalazł także wielostopniową rakietę i przedstawił pomysł stworzenia prawdziwych miast kosmicznych na orbicie okołoziemskiej. Ciołkowski przekonująco udowodnił, że jedynym środkiem do lotów kosmicznych jest rakieta. To znaczy aparat wyposażony w silnik odrzutowy, zasilany paliwem i utleniaczem. Tylko taka rakieta jest w stanie pokonać siłę grawitacji i wylecieć poza ziemską atmosferę.

Eksploracja kosmosu

Pomysł Cielkowskiego został wdrożony przez sowieckich naukowców. Kierowani przez Siergieja Pawłowicza Korolowa wystrzelili pierwszego sztucznego satelitę Ziemi. 4 października 1957 r. urządzenie to zostało wyniesione na orbitę rakietą z silnikiem odrzutowym. Praca RD opierała się na konwersji energii chemicznej, która jest przekazywana przez paliwo do strumienia gazu, zamieniając się w energię kinetyczną. W tym przypadku rakieta porusza się w przeciwnym kierunku.

Silnik odrzutowy, którego zasada jest stosowana od wielu lat, znajduje zastosowanie nie tylko w astronautyce, ale także w lotnictwie. Ale przede wszystkim służy do. Przecież tylko RD jest w stanie poruszać aparatem w przestrzeni, w której nie ma żadnego środowiska.

Silnik odrzutowy na paliwo ciekłe

Każdy, kto strzelał z broni palnej lub po prostu obserwował ten proces z boku, wie, że istnieje siła, która z pewnością odepchnie lufę. Co więcej, przy większej ilości opłaty zwrot z pewnością wzrośnie. Silnik odrzutowy działa w ten sam sposób. Jego zasada działania jest podobna do tego, jak lufa jest cofana pod działaniem strumienia gorących gazów.

Jeśli chodzi o rakietę, w niej proces zapalania mieszanki jest stopniowy i ciągły. To najprostszy silnik na paliwo stałe. Jest dobrze znany wszystkim modelarzom rakietowym.

W ciekłym silniku odrzutowym (LRE) mieszanina składająca się z paliwa i utleniacza służy do wytworzenia płynu roboczego lub strumienia pchającego. Ten ostatni z reguły to kwas azotowy lub nafta służąca jako paliwo w silniku na paliwo ciekłe.

Zasada działania silnika odrzutowego, która była w pierwszych próbkach, została zachowana do dziś. Dopiero teraz wykorzystuje ciekły wodór. Gdy substancja ta ulega utlenieniu, wzrasta o 30% w porównaniu z pierwszymi silnikami rakietowymi na paliwo ciekłe. Warto powiedzieć, że pomysł wykorzystania wodoru zaproponował sam Ciolkowski. Jednak istniejące wówczas trudności w pracy z tą niezwykle wybuchową substancją były po prostu nie do pokonania.

Jaka jest zasada działania silnika odrzutowego? Paliwo i utleniacz wchodzą do komory roboczej z oddzielnych zbiorników. Ponadto składniki są przekształcane w mieszaninę. Wypala się, uwalniając kolosalną ilość ciepła pod ciśnieniem dziesiątek atmosfer.

Komponenty wchodzą do komory roboczej silnika odrzutowego na różne sposoby. Tu bezpośrednio wprowadzany jest środek utleniający. Ale paliwo przemieszcza się dłuższą drogą między ściankami komory a dyszą. Tutaj nagrzewa się i mając już wysoką temperaturę jest wyrzucany do strefy spalania przez liczne dysze. Ponadto strumień utworzony przez dyszę wybucha i zapewnia moment ciągu samolotowi. W ten sposób można (w skrócie) stwierdzić, jaka jest zasada działania silnika odrzutowego. W opisie nie wymieniono wielu elementów, bez których działanie LPRE byłoby niemożliwe. Wśród nich są sprężarki potrzebne do wytworzenia ciśnienia wymaganego do wtrysku, zawory zasilające turbiny itp.

Nowoczesne zastosowanie

Pomimo tego, że działanie silnika odrzutowego wymaga dużej ilości paliwa, silniki rakietowe nadal służą ludziom. Wykorzystywane są jako główne silniki napędowe w rakietach nośnych, a także silniki manewrowe dla różnych statków kosmicznych i stacji orbitalnych. W lotnictwie stosuje się inne rodzaje dróg kołowania, które mają nieco inne właściwości użytkowe i konstrukcję.

Rozwój lotnictwa

Od początku XX wieku aż do wybuchu II wojny światowej ludzie latali wyłącznie samolotami śmigłowymi. Aparaty te były wyposażone w silniki spalinowe. Jednak postęp nie zatrzymał się. Wraz z jego rozwojem pojawiła się potrzeba stworzenia mocniejszego i szybszego samolotu. Jednak tutaj projektanci samolotów stanęli przed pozornie nierozwiązywalnym problemem. Faktem jest, że nawet przy niewielkim wzroście masa samolotu znacznie wzrosła. Wyjście z tej sytuacji znalazł jednak Anglik Frank Will. Stworzył całkowicie nowy silnik, zwany silnikiem odrzutowym. Ten wynalazek dał potężny impuls do rozwoju lotnictwa.

Zasada działania silnika odrzutowego samolotu jest podobna do działania węża strażackiego. Jego wąż ma zwężający się koniec. Woda wypływająca przez wąski otwór znacznie zwiększa swoją prędkość. Generowane przez to ciśnienie wsteczne jest tak silne, że strażak ma trudności z trzymaniem węża w rękach. Takie zachowanie wody może również wyjaśniać zasadę działania silnika odrzutowego samolotu.

Drogi kołowania o przepływie bezpośrednim

Ten typ silnika odrzutowego jest najprostszy. Pomyśl o tym jako o rurze z otwartymi końcami zamontowanej na poruszającej się płaszczyźnie. W przedniej części poszerza się jej przekrój. Dzięki tej konstrukcji napływające powietrze zmniejsza swoją prędkość, a jego ciśnienie wzrasta. Najszerszym punktem takiej rury jest komora spalania. To tam paliwo jest wtryskiwane i spalane. Proces ten sprzyja nagrzewaniu powstających gazów i ich silnemu rozszerzaniu. To tworzy ciąg silnika odrzutowego. Jest wytwarzany przez wszystkie te same gazy, gdy są wypychane z wąskiego końca rury. To właśnie ten ciąg sprawia, że ​​samolot leci.

Problemy z użytkowaniem

Silniki odrzutowe z przepływem bezpośrednim mają pewne wady. Mogą pracować tylko na statku powietrznym będącym w ruchu. Statku powietrznego w stanie spoczynku nie można aktywować drogami kołowania o przepływie bezpośrednim. Do podniesienia takiego samolotu w powietrze potrzebny jest jakikolwiek inny silnik rozruchowy.

Rozwiązanie

Zasada działania silnika odrzutowego samolotu turboodrzutowego, pozbawiona wad silnika strumieniowego, pozwoliła projektantom samolotów stworzyć najbardziej zaawansowany samolot. Jak działa ten wynalazek?

Głównym elementem znajdującym się w silniku turboodrzutowym jest turbina gazowa. Za jego pomocą uruchamiany jest kompresor powietrza, przez który sprężone powietrze kierowane jest do specjalnej komory. Produkty uzyskane w wyniku spalania paliwa (najczęściej nafty) opadają na łopatki turbiny, napędzając ją tym samym. Ponadto przepływ powietrza i gazu przechodzi do dyszy, gdzie przyspiesza do dużych prędkości i wytwarza ogromną reaktywną siłę ciągu.

Wzrost mocy

Reaktywny ciąg może znacznie wzrosnąć w krótkim czasie. W tym celu stosuje się dopalanie. Jest to wtrysk dodatkowego paliwa do strumienia gazu uchodzącego z turbiny. Niewykorzystany w turbinie tlen przyczynia się do spalania nafty, co zwiększa ciąg silnika. Przy dużych prędkościach wzrost jego wartości sięga 70%, a przy niskich – 25-30%.

Wirujące śmigło ciągnie samolot do przodu. Ale silnik odrzutowy wyrzuca gorące spaliny z dużą prędkością, tworząc w ten sposób siłę ciągu do przodu.

Typy silników odrzutowych

Istnieją cztery typy silników odrzutowych lub turbinowych:

Silnik turboodrzutowy;

Turbofan- takie jak stosowane w samolotach pasażerskich Boeing-747;

Samolot turbośmigłowy gdzie stosowane są śmigła napędzane turbiną;

oraz Turbował które są umieszczane na helikopterach.

Silnik turbowentylatorowy składa się z trzech głównych części: kompresora, komory spalania oraz turbiny dostarczającej energię. Najpierw powietrze dostaje się do silnika i jest sprężane przez wentylator. Następnie w komorze spalania sprężone powietrze miesza się z paliwem i spala się tworząc gaz o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Gaz ten przechodzi przez turbinę, powodując jej wirowanie z ogromną prędkością i jest wyrzucany do tyłu, tworząc w ten sposób reakcję ciągu do przodu.

Obraz jest klikalny

W silniku turbinowym powietrze przechodzi kilka etapów sprężania. Ciśnienie i objętość gazu wzrastają szczególnie silnie po przejściu przez komorę spalania. Ciąg generowany przez gazy spalinowe umożliwia samolotom odrzutowym poruszanie się na wysokościach i prędkościach znacznie przekraczających te dostępne dla wiropłatów posuwisto-zwrotnych.

W silniku turboodrzutowym powietrze jest zasysane od przodu, sprężane i spalane wraz z paliwem. Gazy spalinowe powstające podczas spalania wytwarzają reaktywną siłę ciągu.

Silniki turbośmigłowe łączą ciąg spalin z ciągiem przednim generowanym przez obrót śmigła.

Silniki odrzutowe są obecnie szeroko stosowane w eksploracji kosmosu. Wykorzystywane są również do rakiet meteorologicznych i wojskowych o różnym zasięgu. Ponadto wszystkie nowoczesne szybkie samoloty są wyposażone w silniki odrzutowe.

W kosmosie nie można używać żadnych innych silników poza silnikami odrzutowymi: nie ma wsparcia (stały ciekły lub gazowy), odpychając się, od którego statek kosmiczny może uzyskać przyspieszenie. Stosowanie silników odrzutowych do samolotów i rakiet, które nie opuszczają atmosfery, wiąże się z:że to silniki odrzutowe mogą zapewnić maksymalną prędkość lotu.

- Turbośmigłowy.

Silniki te pozwalają dużym samolotom latać z akceptowalną prędkością i zużywać mniej paliwa.

Dwułopatowy silnik turbośmigłowy

- Silnik odrzutowy turbowentylatorowy.

Ten typ silnika jest bardziej ekonomicznym krewnym typu klasycznego. główna różnica polega na tym, że większy wentylator, Do która dostarcza powietrze nie tylko do turbiny, ale takżetworzy wystarczająco silny przepływ na zewnątrz... W ten sposób zwiększoną wydajność osiąga się poprzez poprawę wydajności.

Ruch reaktywny to proces, w którym jedna z jego części zostaje oddzielona od określonego ciała z określoną prędkością. Siła, która w tym przypadku powstaje, działa sama, bez najmniejszego kontaktu z ciałami zewnętrznymi. Napęd odrzutowy był impulsem do stworzenia silnika odrzutowego. Jego zasada działania opiera się właśnie na tej sile. Jak działa taki silnik? Spróbujmy to rozgryźć.

Fakt historyczny

Pomysł wykorzystania ciągu odrzutowego, który umożliwiłby pokonanie siły grawitacji Ziemi, wysunął w 1903 roku fenomen nauki rosyjskiej – Cielkowski. Opublikował całe studium na ten temat, ale nie potraktowano go poważnie. Konstantin Eduardovich, przeżywszy zmianę systemu politycznego, spędził lata pracy, aby udowodnić wszystkim, że ma rację.

Dziś krąży wiele plotek, że pierwszym w tej sprawie był rewolucyjny Kibalchich. Ale wola tego człowieka do czasu publikacji dzieł Cielkowskiego została pochowana razem z Kibalcziczem. W dodatku nie było to dzieło pełnoprawne, a jedynie szkice i szkice – rewolucjonista nie mógł w swoich pracach dać wiarygodnej podstawy do obliczeń teoretycznych.

Jak działa siła bierna?

Aby zrozumieć, jak działa silnik odrzutowy, musisz zrozumieć, jak działa ta siła.

Więc wyobraźmy sobie strzał z dowolnej broni palnej. Jest to wyraźny przykład działania siły reaktywnej. Strumień gorącego gazu, który powstał podczas spalania ładunku w naboju, odpycha broń do tyłu. Im silniejszy ładunek, tym silniejszy będzie odrzut.

Teraz wyobraź sobie proces zapłonu mieszanki palnej: odbywa się on stopniowo i w sposób ciągły. Tak wygląda zasada działania silnika strumieniowego. W podobny sposób działa rakieta z silnikiem odrzutowym na paliwo stałe – to najprostsza z jej odmian. Znają go nawet początkujący modelarze rakiet.

Początkowo czarny proszek był używany jako paliwo do silników odrzutowych. Silniki odrzutowe, których zasada była już bardziej zaawansowana, wymagały paliwa na bazie nitrocelulozy, która została rozpuszczona w nitroglicerynie. W dużych jednostkach, które wystrzeliwują rakiety, które wystrzeliwują wahadłowce na orbitę, dziś używają specjalnej mieszanki paliwa polimerowego z nadchloranem amonu jako utleniaczem.

Zasada działania drogi kołowania

Teraz warto zrozumieć zasadę działania silnika odrzutowego. Aby to zrobić, możesz rozważyć klasykę - silniki płynne, które praktycznie nie zmieniły się od czasów Cielkowskiego. Jednostki te wykorzystują paliwo i utleniacz.

Jako ten ostatni stosuje się ciekły tlen lub kwas azotowy. Jako paliwo stosuje się naftę. Nowoczesne silniki na ciecz kriogeniczną zużywają ciekły wodór. Utleniony tlenem zwiększa impuls właściwy (aż o 30 proc.). Pomysł, że wodór można wykorzystać, zrodził się również w głowie Cielkowskiego. Jednak w tym czasie, ze względu na ekstremalną wybuchowość, trzeba było poszukać innego paliwa.

Zasada działania jest następująca. Komponenty wchodzą do komory spalania z dwóch oddzielnych zbiorników. Po zmieszaniu zamieniają się w masę, która po spaleniu uwalnia ogromną ilość ciepła i dziesiątki tysięcy atmosfer ciśnienia. Utleniacz jest podawany do komory spalania. Mieszanka paliwowa chłodzi te elementy, przechodząc między podwójnymi ściankami komory i dyszy. Ponadto ogrzane przez ściany paliwo przedostanie się do strefy zapłonu przez ogromną liczbę dysz. Strumień, który tworzy dysza, ucieka na zewnątrz. Dzięki temu zapewniony jest moment pchania.

Krótko mówiąc, zasadę działania silnika odrzutowego można porównać do palnika. Ta ostatnia jest jednak znacznie prostsza. W schemacie jego działania nie ma różnych pomocniczych układów silnika. A to są kompresory potrzebne do wytworzenia ciśnienia wtrysku, turbiny, zawory i inne elementy, bez których silnik odrzutowy jest po prostu niemożliwy.

Pomimo tego, że silniki na paliwo płynne zużywają dużo paliwa (zużycie paliwa wynosi około 1000 gramów na 200 kilogramów ładunku), nadal są używane jako jednostki napędowe do pojazdów nośnych i jednostek manewrowych do stacji orbitalnych, a także innych pojazdów kosmicznych .

Urządzenie

Typowy silnik odrzutowy jest ułożony w następujący sposób. Jego główne węzły to:

Kompresor;

Komora spalania;

Turbiny;

System wydechowy.

Rozważmy te elementy bardziej szczegółowo. Kompresor składa się z kilku turbin. Ich zadaniem jest zasysanie i sprężanie powietrza przechodzącego przez łopatki. Proces kompresji zwiększa temperaturę i ciśnienie powietrza. Część tego sprężonego powietrza trafia do komory spalania. Miesza powietrze z paliwem i zapala. Proces ten dodatkowo zwiększa energię cieplną.

Mieszanka opuszcza komorę spalania z dużą prędkością, a następnie rozszerza się. Następnie przechodzi przez kolejną turbinę, której łopatki obracają się pod wpływem gazów. Turbina ta łączy się ze sprężarką z przodu jednostki i wprawia ją w ruch. Powietrze ogrzane do wysokich temperatur wychodzi przez układ wydechowy. Temperatura, już wystarczająco wysoka, nadal rośnie ze względu na efekt dławienia. Wtedy powietrze wychodzi całkowicie.

Silnik samolotu

Samoloty również używają tych silników. Na przykład jednostki turboodrzutowe są instalowane w ogromnych liniowcach pasażerskich. Różnią się od zwykłych obecnością dwóch czołgów. Jedna zawiera paliwo, a druga zawiera utleniacz. Podczas gdy silnik turboodrzutowy przenosi tylko paliwo, a powietrze służy jako utleniacz, wypychany z atmosfery.

Silnik turboodrzutowy

Zasada działania silnika odrzutowego samolotu opiera się na tej samej sile odrzutu i tych samych prawach fizyki. Najważniejszą częścią są łopatki turbiny. Ostateczna moc zależy od wielkości ostrza.

To dzięki turbinom generowany jest ciąg, który jest niezbędny do przyspieszenia samolotu. Każde z łopatek jest dziesięć razy mocniejsze niż konwencjonalny samochodowy silnik spalinowy. Turbiny są instalowane za komorą spalania, w której panuje największe ciśnienie. A temperatura tutaj może osiągnąć półtora tysiąca stopni.

Dwutorowa droga kołowania

Jednostki te mają wiele zalet w porównaniu z turboodrzutowcami. Na przykład znacznie mniejsze zużycie paliwa przy tej samej mocy.

Ale sam silnik jest bardziej złożony i cięższy.

A zasada działania dwuobwodowego silnika odrzutowego jest nieco inna. Powietrze porywane przez turbinę jest częściowo sprężone i dostarczane do pierwszego obwodu sprężarki, a drugiego obwodu - do nieruchomych łopatek. Turbina pracuje jako kompresor niskiego ciśnienia. W pierwszym obwodzie silnika powietrze jest sprężane i podgrzewane, a następnie za pomocą sprężarki wysokociśnieniowej dostarczane jest do komory spalania. To tutaj odbywa się mieszanka z paliwem i zapłonem. Powstają gazy, które są dostarczane do turbiny wysokociśnieniowej, dzięki czemu łopatki turbiny obracają się, które z kolei dostarczają ruch obrotowy do sprężarki wysokociśnieniowej. Gazy przechodzą następnie przez turbinę niskociśnieniową. Ten ostatni napędza wentylator i wreszcie gazy wychodzą na zewnątrz, tworząc ciąg.

Synchroniczne drogi kołowania

To są silniki elektryczne. Zasada działania synchronicznego silnika reluktancyjnego jest podobna do działania jednostki krokowej. Do stojana doprowadzany jest prąd przemienny, który wytwarza pole magnetyczne wokół wirnika. Ten ostatni obraca się, ponieważ stara się zminimalizować opór magnetyczny. Silniki te nie są związane z eksploracją kosmosu i wystrzeliwaniem promów.