Cum funcționează și funcționează un motor cu jet de lichid. Cum funcționează un motor cu reacție

Mișcarea reactivă este înțeleasă ca mișcare în care una dintre părțile sale este separată de corp la o anumită viteză. Forța care apare ca urmare a unui astfel de proces acționează de la sine. Cu alte cuvinte, îi lipsește chiar și cel mai mic contact cu corpurile externe.

în natură

În timpul unei vacanțe de vară în sud, aproape fiecare dintre noi, înotând în mare, ne-am întâlnit cu meduze. Dar puțini oameni s-au gândit la faptul că aceste animale se mișcă la fel ca un motor cu reacție. Principiul funcționării unui astfel de agregat în natură poate fi observat atunci când se deplasează unele specii de plancton marin și larve de libelule. Mai mult, eficiența acestor nevertebrate este adesea mai mare decât cea a mijloacelor tehnice.

Cine altcineva poate demonstra clar ceea ce are principiul de funcționare al unui motor cu reacție? Calmar, caracatiță și sepie. Multe alte moluște marine fac o mișcare similară. Luați, de exemplu, sepia. Trage apă în cavitatea branhială și o aruncă viguros printr-o pâlnie, pe care o direcționează înapoi sau lateral. În acest caz, molusca este capabilă să facă mișcări în direcția corectă.

Principiul de funcționare al unui motor cu reacție poate fi respectat și la deplasarea sărurilor. Acest animal marin duce apa într-o cavitate largă. După aceea, mușchii corpului său se contractă, împingând fluidul prin gaura din spate. Reacția fluxului rezultat permite spermei să avanseze.

Rachete navale

Dar cea mai mare perfecțiune în navigația cu jet a fost încă obținută de calamar. Chiar și forma rachetei pare să fie copiată din această viață marină. Când se deplasează cu viteză mică, calmarul își îndoaie periodic înotătoarea în formă de diamant. Dar pentru o aruncare rapidă, el trebuie să-și folosească propriul „motor cu reacție”. În același timp, principiul funcționării tuturor mușchilor și corpului său ar trebui luat în considerare mai detaliat.

Calmarii au un fel de mantie. Acesta este țesutul muscular care îi înconjoară corpul din toate părțile. În timpul mișcării, animalul aspiră un volum mare de apă în această manta, aruncând brusc un flux printr-o duză îngustă specială. Astfel de acțiuni permit calmarului să se deplaseze înapoi în scuturi la viteze de până la șaptezeci de kilometri pe oră. animalul colectează toate cele zece tentacule într-un pachet, ceea ce conferă corpului o formă raționalizată. Există o supapă specială în duză. Animalul îl rotește cu ajutorul contracției musculare. Acest lucru permite vieții marine să schimbe direcția. Rolul cârmei în timpul mișcărilor calamarului îl joacă și tentaculele sale. El îi direcționează spre stânga sau spre dreapta, în jos sau în sus, evitând cu ușurință coliziunile cu diverse obstacole.

Există o specie de calmar (stenoteutis), care deține titlul de cel mai bun pilot printre crustacee. Descrieți principiul de funcționare al unui motor cu reacție - și veți înțelege de ce, în căutarea peștilor, acest animal sare uneori din apă, chiar căzând pe punțile navelor care navighează pe ocean. Cum se întâmplă acest lucru? Calmarul pilot, aflat în elementul de apă, dezvoltă o forță maximă de jet pentru acesta. Acest lucru îi permite să zboare peste valuri la o distanță de până la cincizeci de metri.

Dacă avem în vedere un motor cu reacție, principiul de funcționare al cărui animal poate fi menționat altfel? Acestea sunt, la prima vedere, caracatițe largi. Înotătorii lor nu sunt la fel de rapizi ca calmarul, dar în caz de pericol, chiar și cei mai buni sprinteri își pot invidia viteza. Biologii care au studiat migrația caracatițelor au descoperit că se mișcă ca un motor cu reacție care are un principiu de funcționare.

Animalul, cu fiecare șuvoi de apă aruncat din pâlnie, face o liniuță de doi sau chiar doi metri și jumătate. În același timp, caracatița înoată într-un mod aparte - înapoi.

Alte exemple de propulsie cu jet

Există rachete în lumea plantelor. Principiul motorului cu reacție poate fi respectat atunci când, chiar și cu o atingere foarte ușoară, „castravetele nebun” sare de pe tulpină la viteză mare, respingând în același timp lichidul lipicios cu semințele. În acest caz, fătul însuși zboară pe o distanță considerabilă (până la 12 m) în direcția opusă.

Principiul de funcționare al unui motor cu reacție poate fi, de asemenea, respectat în timp ce se află într-o barcă. Dacă pietrele grele sunt aruncate din ea în apă într-o anumită direcție, atunci va începe mișcarea în direcția opusă. Principiul de funcționare este același. Doar acolo se folosesc gaze în locul pietrelor. Acestea creează o forță reactivă care asigură mișcare atât în ​​aer, cât și într-un spațiu rarefiat.

Călătorie fantastică

Omenirea a visat de mult timp zboruri spațiale. Acest lucru este dovedit de lucrările scriitorilor de science fiction, care au oferit o varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv. De exemplu, eroul poveștii scriitorului francez Hercule Savignen, Cyrano de Bergerac, a ajuns pe lună pe o căruță de fier, peste care a fost aruncat constant un magnet puternic. Celebrul Munchausen a ajuns pe aceeași planetă. O tulpină uriașă de fasole l-a ajutat să facă călătoria.

Propulsia cu jet a fost utilizată în China încă din primul mileniu î.Hr. În același timp, tuburile de bambus umplute cu praf de pușcă au servit ca un fel de rachete pentru distracție. Apropo, proiectul primei mașini de pe planeta noastră, creat de Newton, a fost, de asemenea, cu un motor cu reacție.

Istoria creării RD

Abia în secolul al XIX-lea. visul omenirii despre spațiu a început să dobândească trăsături specifice. Într-adevăr, în acest secol revoluționarul rus N.I. Kibalchich a creat primul proiect din lume cu un motor cu reacție. Toate hârtiile au fost întocmite de un Narodnaya Volya în închisoare, unde a ajuns după încercarea de viață a lui Alexandru. Dar, din păcate, pe 03.04.1881 Kibalchich a fost executat, iar ideea sa nu a găsit implementare practică.

La începutul secolului XX. ideea folosirii rachetelor pentru zborurile spațiale a fost propusă de savantul rus K. E. Tsiolkovsky. Pentru prima dată lucrarea sa, conținând o descriere a mișcării unui corp cu masă variabilă sub forma unei ecuații matematice, a fost publicată în 1903. Mai târziu, omul de știință a dezvoltat însăși schema unui motor cu reacție acționat de combustibil lichid.

Ciolkovski a inventat, de asemenea, o rachetă cu mai multe etape și a propus ideea de a crea orașe spațiale reale pe orbita apropiată a pământului. Ciolkovski a demonstrat în mod convingător că singurul mijloc pentru zborul spațial este o rachetă. Adică un aparat echipat cu un motor cu reacție, alimentat cu combustibil și un oxidant. Numai o astfel de rachetă este capabilă să depășească forța gravitației și să zboare în afara atmosferei Pământului.

Explorarea spațiului

Ideea lui Ciolkovski a fost implementată de oamenii de știință sovietici. Conduși de Serghei Pavlovici Korolev, au lansat primul satelit artificial de pe Pământ. La 4 octombrie 1957, acest dispozitiv a fost livrat pe orbită de o rachetă cu motor cu reacție. Activitatea RD s-a bazat pe conversia energiei chimice, care este transferată de combustibil în jetul de gaz, transformându-se în energie cinetică. În acest caz, racheta se mișcă în direcția opusă.

Motorul cu reacție, al cărui principiu este folosit de mulți ani, își găsește aplicarea nu numai în astronautică, ci și în aviație. Dar, mai presus de toate, este folosit. La urma urmei, numai RD este capabil să deplaseze vehiculul în spațiu, în care nu există niciun mediu.

Motor cu jet de combustibil lichid

Oricine a tras o armă de foc sau pur și simplu a urmărit acest proces din lateral știe că există o forță care va împinge cu siguranță butoiul înapoi. Mai mult, cu o sumă mai mare de taxă, rentabilitatea va crește cu siguranță. Motorul cu reacție funcționează la fel. Principiul său de funcționare este similar cu modul în care butoiul este împins înapoi sub acțiunea unui jet de gaze fierbinți.

În ceea ce privește racheta, în ea procesul în care se aprinde amestecul este gradual și continuu. Acesta este cel mai simplu motor cu combustibil solid. Este bine cunoscut tuturor modelatorilor de rachete.

Într-un motor cu jet de lichid (LRE), un amestec de combustibil și un oxidant este utilizat pentru a crea un fluid de lucru sau un jet de împingere. Acesta din urmă, de regulă, este acidul azotic sau kerosenul servește drept combustibil într-un motor cu propulsie lichidă.

Principiul de funcționare al unui motor cu reacție, care a fost în primele mostre, a fost păstrat până în prezent. Abia acum folosește hidrogen lichid. Când această substanță este oxidată, aceasta crește cu 30% în comparație cu primele motoare cu rachete cu propulsie lichidă. Ar trebui spus că ideea utilizării hidrogenului a fost propusă de Tsiolkovsky însuși. Cu toate acestea, dificultățile existente la acel moment în lucrul cu această substanță extrem de explozivă erau pur și simplu de netrecut.

Care este principiul de funcționare al unui motor cu reacție? Combustibilul și oxidantul intră în camera de lucru din rezervoare separate. Mai mult, componentele sunt transformate într-un amestec. Arde, eliberând o cantitate colosală de căldură sub presiunea a zeci de atmosfere.

Componentele intră în camera de lucru a unui motor cu reacție în moduri diferite. Agentul oxidant este introdus direct aici. Dar combustibilul parcurge o cale mai lungă între pereții camerei și duza. Aici se încălzește și, având deja o temperatură ridicată, este aruncat în zona de ardere prin numeroase duze. Mai mult, jetul format de duză izbucnește și oferă aeronavei un moment de împingere. Astfel puteți spune ce are un motor cu reacție un principiu de funcționare (pe scurt). În această descriere, nu sunt menționate multe componente, fără de care funcționarea motorului cu propulsie lichidă ar fi imposibilă. Printre acestea se numără compresoarele necesare pentru a crea presiunea necesară pentru injecție, supape, alimentare cu turbine etc.

Utilizare modernă

În ciuda faptului că funcționarea unui motor cu reacție necesită o cantitate mare de combustibil, motoarele cu rachetă continuă să deservească oamenii astăzi. Acestea sunt utilizate ca motoare principale de propulsie în vehiculele de lansare, precum și motoare de manevră pentru diferite stații de nave spațiale și orbitale. În aviație, se utilizează alte tipuri de căi de rulare, care au caracteristici de performanță și design ușor diferite.

Dezvoltarea aviației

De la începutul secolului al XX-lea, până în perioada în care a izbucnit al doilea război mondial, oamenii au zburat doar cu avioane cu elice. Aceste vehicule erau echipate cu motoare cu ardere internă. Cu toate acestea, progresul nu a stat pe loc. Odată cu dezvoltarea sa, a fost nevoie să se creeze avioane mai puternice și mai rapide. Totuși, aici proiectanții de aeronave s-au confruntat cu o problemă aparent insolubilă. Faptul este că, chiar și cu o ușoară creștere, masa aeronavei a crescut semnificativ. Cu toate acestea, o cale de ieșire din această situație a fost găsită de englezul Frank Will. El a creat un motor fundamental nou, numit motor cu reacție. Această invenție a dat un puternic impuls dezvoltării aviației.

Principiul de funcționare al unui motor cu reacție al aeronavei este similar cu acțiunile unui furtun de incendiu. Furtunul său are un capăt conic. Pe măsură ce curge printr-o deschidere îngustă, apa își mărește viteza semnificativ. Contrapresiunea generată de aceasta este atât de puternică încât pompierul poate ține cu greu furtunul în mâini. Acest comportament al apei poate explica, de asemenea, principiul de funcționare al unui motor cu reacție de aeronavă.

Căile de rulare cu flux direct

Acest tip de motor cu reacție este cel mai simplu. Poate fi imaginat ca o țeavă cu capete deschise, care este instalată pe un plan în mișcare. În partea din față, secțiunea sa se extinde. Datorită acestui design, aerul de intrare scade viteza și presiunea crește. Cel mai lat punct al unei astfel de țevi este camera de ardere. Aici este injectat și ars combustibilul. Acest proces promovează încălzirea gazelor rezultate și expansiunea lor puternică. Acest lucru creează o tracțiune a motorului cu reacție. Este produs de aceleași gaze atunci când sunt forțate să iasă din capătul îngust al conductei. Această împingere face ca avionul să zboare.

Probleme de utilizare

Motoarele cu jet cu flux direct au unele dezavantaje. Sunt capabili să lucreze numai la aeronava care este în mișcare. O aeronavă în repaus nu poate fi activată pe căile de rulare cu flux direct. Pentru a ridica o astfel de aeronavă în aer, este nevoie de orice alt motor de pornire.

Soluţie

Principiul de funcționare al motorului cu reacție al unei aeronave turbojet, care este lipsit de neajunsurile unui motor ramjet, a permis proiectanților de aeronave să creeze cele mai avansate aeronave. Cum funcționează această invenție?

Elementul principal găsit într-un motor cu turboreactor este o turbină cu gaz. Cu ajutorul său, se activează un compresor de aer, care trece prin care aerul comprimat este direcționat într-o cameră specială. Produsele obținute ca urmare a arderii combustibilului (de obicei kerosen) cad pe lamele turbinei, antrenându-le astfel. Mai mult, fluxul aer-gaz trece în duză, unde accelerează la viteze mari și creează o forță imensă de împingere reactivă.

Creșterea puterii

Propulsia reactivă poate crește semnificativ într-un timp scurt. Pentru aceasta se folosește arderea după. Este injecția de combustibil suplimentar în fluxul de gaz care iese din turbină. Oxigenul neutilizat în turbină contribuie la arderea kerosenului, ceea ce crește forța motorului. La viteze mari, creșterea valorii sale ajunge la 70%, iar la viteze mici - 25-30%.

Cum funcționează și funcționează un motor cu jet de lichid

Motoarele cu reacție lichidă sunt utilizate în prezent ca motoare pentru rachete cu rachete grele pentru apărare aeriană, rachete cu rază lungă și stratosferică, rachete, bombe rachete, torpile aeriene, etc. .

Având în vedere scopul principal al motoarelor cu rachete cu propulsie lichidă, vom face cunoștință cu proiectarea și funcționarea acestora pe exemplele a două motoare: una pentru o rachetă cu rază lungă sau stratosferică, cealaltă pentru un avion rachetă. Aceste motoare specifice sunt departe de a fi tipice în toate și, desigur, sunt inferioare în date față de cele mai noi motoare de acest tip, dar sunt încă caracteristice în multe privințe și oferă o idee destul de clară a unui motor modern cu jet de lichid .

LRE pentru rachetele cu rază lungă sau stratosferice

Rachetele de acest tip au fost folosite fie ca proiectil super-greu cu rază lungă de acțiune, fie pentru explorarea stratosferei. În scopuri militare, au fost folosite de germani pentru a bombarda Londra în 1944. Aceste rachete aveau aproximativ o tonă de explozivi și o rază de acțiune de aproximativ 300 km... Atunci când explorează stratosfera, în loc de explozivi, capul rachetei poartă diverse echipamente de cercetare și are de obicei un dispozitiv pentru separarea de rachetă și lansarea cu parașuta. Rachetă 150-180 km.

Aspectul unei astfel de rachete este prezentat în Fig. 26, iar secțiunea sa din FIG. 27. Cifrele oamenilor care stau lângă rachetă oferă o idee despre dimensiunile impresionante ale rachetei: lungimea totală a acesteia este de 14 m, diametru aproximativ 1,7 m, și aproximativ 3,6 în penaj m, greutatea rachetei echipate cu explozivi este de 12,5 tone.

FIG. 26. Pregătirea lansării unei rachete stratosferice.

Racheta este propulsată de un motor cu jet de lichid situat în spatele său. Vederea generală a motorului este prezentată în Fig. 28. Motorul funcționează cu combustibili bicomponenți - 75% alcool vinic (etilic) și oxigen lichid, care sunt depozitați în două rezervoare mari separate, așa cum se arată în FIG. 27. Rezerva de combustibil pe rachetă este de aproximativ 9 tone, ceea ce reprezintă aproape 3/4 din greutatea totală a rachetei, iar din punct de vedere al volumului, rezervoarele de combustibil reprezintă cea mai mare parte a volumului total al rachetei. În ciuda unei cantități atât de mari de combustibil, acesta durează doar 1 minut de funcționare a motorului, deoarece motorul consumă mai mult de 125 Kg combustibil pe secundă.

FIG. 27. Secțiunea unei rachete cu rază lungă de acțiune.

Cantitatea ambelor componente ale combustibilului, alcool și oxigen, este calculată astfel încât acestea să ardă în același timp. Deoarece pentru combustie 1 Kg alcoolul în acest caz se consumă aproximativ 1,3 Kg oxigen, rezervorul de combustibil conține aproximativ 3,8 tone de alcool, iar rezervorul de oxidant conține aproximativ 5 tone de oxigen lichid. Astfel, chiar și în cazul utilizării alcoolului, care necesită mult mai puțin oxigen pentru combustie decât benzina sau kerosenul, umplerea ambelor rezervoare doar cu combustibil (alcool) folosind oxigen atmosferic ar crește timpul de funcționare al motorului de două până la trei ori. La asta duce nevoia de a avea un oxidant la bordul rachetei.

FIG. 28. Motor rachetă.

Se pune întrebarea involuntar: cum acoperă o rachetă o distanță de 300 km dacă motorul funcționează doar 1 minut? Acest lucru este explicat în FIG. 33, care arată traiectoria rachetei și indică, de asemenea, schimbarea vitezei de-a lungul traiectoriei.

Lansarea rachetei se efectuează după plasarea ei în poziție verticală cu ajutorul unui dispozitiv de lansare ușoară, așa cum se poate vedea în Fig. 26. După lansare, racheta se ridică mai întâi aproape vertical și, după 10-12 secunde de zbor, începe să se abată de la verticală și, sub acțiunea cârmelor controlate de giroscop, se deplasează de-a lungul unei traiectorii aproape de un arc de cerc . Un astfel de zbor durează tot timpul în timp ce motorul funcționează, adică aproximativ 60 de secunde.

Când viteza atinge valoarea calculată, dispozitivele de comandă opresc motorul; până acum, aproape că nu mai există combustibil în rezervoarele de rachete. Înălțimea rachetei până când motorul încetează să funcționeze este de 35–37 km, iar axa rachetei face un unghi de 45 ° cu orizontul (punctul A din Fig. 29 corespunde acestei poziții a rachetei).

FIG. 29. Traiectoria unei rachete cu rază lungă de acțiune.

Un astfel de unghi de înălțime oferă raza maximă în zborul ulterior, când racheta se mișcă prin inerție, ca o coajă de artilerie care ar zbura dintr-o armă, a cărei barilă se află la o altitudine de 35-37 km... Traiectoria zborului ulterior este aproape de o parabolă, iar timpul total de zbor este de aproximativ 5 minute. Înălțimea maximă pe care o atinge racheta în acest caz este de 95-100 km, în timp ce rachetele stratosferice ating altitudini semnificativ mai mari, peste 150 km... În fotografiile făcute de la această înălțime de aparatul montat pe rachetă, forma sferică a pământului este deja vizibilă.

Este interesant să urmărim modul în care viteza zborului se schimbă de-a lungul traiectoriei. Până când motorul este oprit, adică după 60 de secunde de zbor, viteza de zbor atinge cea mai mare valoare și este de aproximativ 5500 km / h, adică 1525 m / sec... În acest moment, puterea motorului devine, de asemenea, cea mai mare, ajungând la aproape 600.000 pentru unele rachete. l. cu.! Mai mult, sub influența gravitației, viteza rachetei scade și, după ce a atins cel mai înalt punct al traiectoriei, din același motiv, începe să crească din nou până când racheta intră în straturile dense ale atmosferei. În timpul întregului zbor, cu excepția etapei inițiale - accelerație - viteza rachetei depășește semnificativ viteza sunetului, viteza medie de-a lungul întregii traiectorii este de aproximativ 3500 km / hși chiar racheta cade la pământ cu o viteză de două ori și jumătate a vitezei sunetului și egală cu 3000 km / h... Aceasta înseamnă că sunetul puternic din zborul rachetei se aude numai după ce a căzut. Aici nu va mai fi posibil să se prindă apropierea unei rachete cu ajutorul detectoarelor de sunet utilizate de obicei în aviație sau în marină; acest lucru va necesita metode complet diferite. Astfel de metode se bazează pe utilizarea undelor radio în locul sunetului. La urma urmei, o undă radio se propagă cu viteza luminii - cea mai mare viteză posibilă pe pământ. Această viteză de 300.000 km / sec este, desigur, mai mult decât suficientă pentru a marca apropierea rachetei care zboară cel mai rapid.

Există o altă problemă asociată cu viteza mare a rachetelor. Faptul este că, la viteze mari de zbor în atmosferă, datorită decelerării și compresiei aerului care rulează pe rachetă, temperatura corpului său crește semnificativ. Calculul arată că temperatura peretelui rachetei descrisă mai sus ar trebui să ajungă la 1000–1100 ° C. Testele au arătat însă că, în realitate, această temperatură este mult mai scăzută datorită răcirii pereților prin conducerea căldurii și radiații, dar totuși atinge 600-700 ° C, adică racheta se încălzește până la căldură roșie. Odată cu creșterea vitezei de zbor a rachetei, temperatura pereților săi va crește rapid și poate deveni un obstacol serios pentru creșterea în continuare a vitezei de zbor. Să ne amintim că meteoriții (pietre cerești), izbucnind cu mare viteză, până la 100 km / sec, în atmosfera Pământului, de regulă, „arde” și ceea ce luăm pentru un meteorit în cădere („stea căzătoare”) este în realitate doar un cheag de gaze fierbinți și aer, format ca urmare a mișcării unui meteorit la viteză mare în atmosferă. Prin urmare, zborurile la viteze foarte mari sunt posibile numai în straturile superioare ale atmosferei, unde aerul este rarefiat sau dincolo. Cu cât este mai aproape de sol, cu atât este mai mică viteza de zbor admisă.

FIG. 30. Diagrama dispozitivului motorului de rachetă.

Diagrama motorului rachetă este prezentată în Fig. 30. Este de remarcat simplitatea relativă a acestei scheme în comparație cu motoarele convenționale cu avioane cu piston; în special, absența aproape completă a pieselor mobile în circuitul de putere al motorului este caracteristică unui motor rachetă cu propulsie lichidă. Elementele principale ale motorului sunt o cameră de ardere, o duză cu jet, un generator de abur și gaz și o unitate turbo-pompă pentru alimentarea cu combustibil și un sistem de control.

În camera de ardere, combustibilul este ars, adică energia chimică a combustibilului este transformată în energie termică, iar în duză, energia termică a produselor de ardere este convertită în energia de mare viteză a unui curent de gaze care curge din motor în atmosferă. Modul în care se schimbă starea gazelor în timpul fluxului lor în motor este prezentat în Fig. 31.

Presiunea din camera de ardere este de 20-21 la un iar temperatura ajunge la 2.700 ° C. O caracteristică a unei camere de ardere este o cantitate imensă de căldură care este eliberată în ea în timpul arderii pe unitate de timp sau, după cum se spune, intensitatea căldurii camerei. În acest sens, camera de ardere a unui motor rachetă cu propulsie lichidă este semnificativ superioară tuturor celorlalte dispozitive de ardere cunoscute în domeniu (cuptoare de cazane, cilindri ai motoarelor cu ardere internă și altele). În acest caz, o astfel de cantitate de căldură este eliberată în camera de ardere a motorului pe secundă, care este suficientă pentru a fierbe mai mult de 1,5 tone de apă cu gheață! Pentru a preveni ruperea camerei de ardere cu o cantitate atât de mare de căldură eliberată în ea, este necesar să se răcească intens pereții acesteia, precum și pereții duzei. În acest scop, așa cum se arată în FIG. 30, camera de ardere și duza sunt răcite cu combustibil - alcool, care mai întâi le spală pereții și abia apoi, încălzite, intră în camera de ardere. Acest sistem de răcire, propus de Tsiolkovsky, este, de asemenea, avantajos, deoarece căldura îndepărtată de pe pereți nu se pierde și revine în cameră (un astfel de sistem de răcire este, prin urmare, uneori numit regenerator). Cu toate acestea, răcirea externă a pereților motorului singură nu este suficientă și, pentru a reduce temperatura pereților, se utilizează simultan răcirea suprafeței interioare a acestora. În acest scop, pereții din mai multe locuri au găuri mici situate în mai multe curele inelare, astfel încât alcoolul curge în cameră și duză prin aceste găuri (aproximativ 1/10 din consumul său total). Pelicula rece a acestui alcool, care curge și se evaporă pe pereți, îi protejează de contactul direct cu flacăra torței și, prin urmare, reduce temperatura pereților. În ciuda faptului că temperatura gazelor care curg din interiorul pereților depășește 2500 ° C, temperatura suprafeței interioare a pereților, după cum se arată în teste, nu depășește 1000 ° C.

FIG. 31. Modificarea stării gazelor din motor.

Combustibilul este furnizat camerei de ardere prin intermediul a 18 arzătoare de pre-cameră situate pe peretele său de capăt. Oxigenul pătrunde în interiorul precamberelor prin duzele centrale, iar alcoolul iese din mantaua de răcire printr-un inel de duze mici în jurul fiecărei camere precamerale. În acest fel, se asigură o amestecare suficient de bună a combustibilului, care este necesară pentru arderea completă într-un timp foarte scurt în timp ce combustibilul se află în camera de ardere (sutimi de secundă).

Duza cu jet de motor este fabricată din oțel. Forma sa, așa cum se poate vedea clar în Fig. 30 și 31, este mai întâi un tub convergent și apoi un tub în expansiune (așa-numita duză Laval). După cum sa menționat mai devreme, duzele și motoarele cu rachetă cu pulbere au aceeași formă. Ce explică această formă a duzei? După cum știți, sarcina duzei este de a asigura expansiunea completă a gazului pentru a obține cel mai mare debit. Pentru a crește viteza de curgere a gazului prin conductă, secțiunea transversală a acestuia trebuie mai întâi să scadă treptat, ceea ce este, de asemenea, cazul fluxului de lichide (de exemplu, apă). Viteza gazului va crește, totuși, numai până când va deveni egală cu viteza de propagare a sunetului în gaz. O creștere suplimentară a vitezei, spre deosebire de un lichid, va deveni posibilă numai atunci când conducta se extinde; Această diferență între debitul de gaz și de lichid se datorează faptului că lichidul este incompresibil, iar volumul de gaz crește foarte mult în timpul expansiunii. În gâtul duzei, adică în partea sa cea mai îngustă, debitul de gaz este întotdeauna egal cu viteza sunetului din gaz, în cazul nostru, aproximativ 1000 m / sec... Viteza de ieșire, adică viteza în secțiunea de ieșire a duzei, este egală cu 2100-2200 m / sec(astfel, forța specifică este de aproximativ 220 kg sec / kg).

Alimentarea cu combustibil din rezervoare către camera de ardere a motorului se realizează sub presiune prin intermediul pompelor acționate de o turbină și asamblate împreună cu aceasta într-o singură unitate de turbopompa, așa cum se poate vedea în FIG. 30. În unele motoare, combustibilul este furnizat sub presiune, care este creat în rezervoare de combustibil sigilate folosind un gaz inert - de exemplu, azot, stocat sub presiune ridicată în butelii speciale. Un astfel de sistem de alimentare este mai simplu decât un sistem de pompare, dar, cu o putere suficient de mare a motorului, se dovedește a fi mai greu. Cu toate acestea, chiar și atunci când pompăm combustibilul pe care îl descriem, rezervoarele, atât oxigenul, cât și alcoolul, sunt supuse unei presiuni excesive din interior pentru a facilita funcționarea pompelor și a proteja rezervoarele de zdrobire. Această presiune (1.2-1.5 la un) este creat în rezervorul de alcool prin aer sau azot, în rezervorul de oxigen - de vaporii oxigenului evaporat.

Ambele pompe sunt de tip centrifugal. Turbina care acționează pompele funcționează pe un amestec de abur-gaz rezultat din descompunerea peroxidului de hidrogen într-un generator special de abur și gaz. Permanganatul de sodiu este alimentat în acest generator de abur și gaze dintr-un rezervor special, care este un catalizator care accelerează descompunerea peroxidului de hidrogen. Când racheta este lansată, peroxidul de hidrogen sub presiunea azotului intră în generatorul de abur și gaz, în care începe o reacție violentă de descompunere a peroxidului cu eliberarea vaporilor de apă și a oxigenului gazos (aceasta este așa-numita „reacție rece”, care este uneori folosit pentru a crea tracțiune, în special la lansarea motoarelor rachete). Un amestec abur-gaz având o temperatură de aproximativ 400 ° C și o presiune de peste 20 la un, intră în roata turbinei și apoi este eliberată în atmosferă. Puterea turbinei este cheltuită în întregime pe acționarea ambelor pompe de combustibil. Această putere nu este atât de mică - la 4000 rpm a roții turbinei, ajunge la aproape 500 l. cu.

Deoarece un amestec de oxigen și alcool nu este un combustibil auto-reactiv, este necesar să se furnizeze un fel de sistem de aprindere pentru a începe arderea. În motor, aprinderea se efectuează cu ajutorul unui aprindător special, care formează o lanternă cu flacără. În acest scop, a fost utilizată de obicei o siguranță pirotehnică (un aprindător solid, cum ar fi praful de pușcă), mai rar a fost utilizat un aprindător lichid.

Racheta este lansată după cum urmează. Când flacăra pilot este aprinsă, se deschid supapele principale, prin care alcoolul și oxigenul sunt alimentate în camera de ardere prin gravitație din rezervoare. Toate supapele din motor sunt controlate de azot comprimat stocat pe rachetă într-un banc de cilindri de înaltă presiune. Când combustibilul începe să ardă, un observator aflat la distanță cu ajutorul unui contact electric pornește alimentarea cu apă oxigenată a generatorului de abur și gaz. Turbina începe să funcționeze, care acționează pompele care furnizează alcool și oxigen în camera de ardere. Forța crește și atunci când devine mai mare decât greutatea rachetei (12-13 tone), racheta decolează. Durează doar 7-10 secunde din momentul aprinderii flăcării pilot până când motorul atinge tracțiunea maximă.

La pornire, este foarte important să vă asigurați că ambele componente ale combustibilului intră în camera de ardere. Aceasta este una dintre sarcinile importante ale sistemului de control și reglare a motorului. Dacă una dintre componente se acumulează în camera de ardere (deoarece fluxul celeilalte este întârziat), atunci de obicei apare o explozie în urma căreia motorul se defectează adesea. Aceasta, împreună cu întreruperile ocazionale ale arderii, este una dintre cele mai frecvente cauze ale catastrofelor în timpul testelor motoarelor cu rachete cu propulsie lichidă.

Se atrage atenția asupra greutății nesemnificative a motorului în comparație cu forța de tracțiune pe care o dezvoltă. Cu greutatea motorului mai mică de 1000 Kgîmpingerea este de 25 de tone, deci greutatea specifică a motorului, adică greutatea pe unitate de propulsie, este egală doar cu

Pentru comparație, să subliniem că un motor de aeronavă cu piston convențional alimentat de o elice are o greutate specifică de 1-2 kg / kg, adică de câteva zeci de ori mai mult. De asemenea, este important ca greutatea specifică a unui motor cu propulsie lichidă să nu se schimbe odată cu modificarea vitezei de zbor, în timp ce greutatea specifică a unui motor cu piston crește rapid odată cu creșterea vitezei.

Motor rachetă pentru avioane rachetă

FIG. 32. Proiectul unui motor rachetă cu combustibil lichid cu tracțiune reglabilă.

1 - ac mobil; 2 - mecanismul de mișcare al acului; 3 - alimentarea cu combustibil; 4 - furnizarea oxidantului.

Principala cerință pentru un motor cu jet de lichid al aeronavei este capacitatea de a schimba forța pe care o dezvoltă în conformitate cu condițiile de zbor ale aeronavei, până la oprirea și repornirea motorului în zbor. Cea mai simplă și mai obișnuită modalitate de a schimba forța motorului este de a regla alimentarea cu combustibil a camerei de ardere, în urma căreia se schimbă presiunea din cameră și forța de împingere. Cu toate acestea, această metodă este dezavantajoasă, deoarece cu o scădere a presiunii din camera de ardere, care este coborâtă pentru a reduce împingerea, fracția de energie termică a combustibilului, care este convertită în energia de viteză a jetului, scade. Acest lucru duce la o creștere a consumului de combustibil cu 1 Kg forța și, prin urmare, de 1 l. cu... putere, adică motorul începe să funcționeze mai puțin economic. Pentru a reduce acest dezavantaj, motoarele rachete de aeronave au adesea două până la patru camere de ardere în loc de una, ceea ce face posibilă oprirea uneia sau mai multor camere atunci când funcționează la putere redusă. Reglarea presiunii prin schimbarea presiunii în cameră, adică prin alimentarea cu combustibil, rămâne și în acest caz, dar este utilizată doar într-un interval mic, până la jumătate din presiunea camerei care trebuie oprită. Cea mai avantajoasă modalitate de reglare a propulsiei unui motor rachetă cu propulsie lichidă ar fi schimbarea zonei de curgere a duzei sale, reducând în același timp alimentarea cu combustibil, deoarece în acest caz s-ar realiza o scădere a celei de-a doua cantități de gaze menținând în același timp presiunea din camera de ardere și, prin urmare, debitul nemodificat. O astfel de reglare a zonei de curgere a duzei ar putea fi efectuată, de exemplu, folosind un ac mobil cu un profil special, așa cum se arată în Fig. 32, reprezentând un proiect al unui motor cu propulsie lichidă cu o tracțiune reglată în acest fel.

FIG. 33 prezintă un motor rachetă de aeronavă cu o singură cameră și FIG. 34 - același motor cu propulsie lichidă, dar cu o cameră mică suplimentară, care este utilizată în modul de zbor de croazieră atunci când este necesară o împingere mică; camera principală se oprește complet. Ambele camere funcționează la modul maxim, iar cea mare dezvoltă tracțiune în 1700 kg,și mic - 300 Kg astfel încât forța totală este de 2000 Kg... Restul motoarelor au un design similar.

Motoarele prezentate în FIG. 33 și 34 funcționează cu combustibil auto-aprins. Acest combustibil constă din peroxid de hidrogen ca agent oxidant și hidrat de hidrazină ca combustibil, într-un raport de greutate de 3: 1. Mai precis, combustibilul este o compoziție complexă constând din hidrat de hidrazină, alcool metilic și săruri de cupru ca catalizator care asigură o reacție rapidă (se folosesc și alți catalizatori). Dezavantajul acestui combustibil este că corodează piesele motorului.

Greutatea motorului cu o singură cameră este de 160 Kg, greutatea specifică este

Pe kilogram de împingere. Lungimea motorului - 2.2 m... Presiunea camerei de ardere - aproximativ 20 la un... Când operați la alimentarea cu combustibil minim pentru a obține cea mai mică presiune, care este 100 Kg, presiunea din camera de ardere scade la 3 la un... Temperatura din camera de ardere atinge 2500 ° C, debitul gazelor este de aproximativ 2100 m / sec... Consumul de combustibil este de 8 kg / sec, iar consumul specific de combustibil este de 15,3 Kg combustibil pentru 1 Kgîmpingere pe oră.

FIG. 33. Motor rachetă cu o singură cameră pentru un avion rachetă

FIG. 34. Motor rachetă de aviație cu două camere.

FIG. 35. Schema de alimentare cu combustibil într-un motor cu propulsie lichidă pentru aviație.

O diagramă a alimentării cu combustibil a motorului este prezentată în Fig. 35. La fel ca la motorul rachetă, alimentarea cu combustibil și oxidant, depozitată în rezervoare separate, se efectuează la o presiune de aproximativ 40 la un pompe acționate de o turbină. O vedere generală a turbopompei este prezentată în Fig. 36. Turbina funcționează pe un amestec de vapori-gaz, care, ca și până acum, rezultă din descompunerea peroxidului de hidrogen într-un generator de abur-gaz, care în acest caz este umplut cu un catalizator solid. Înainte de a intra în camera de ardere, combustibilul răcește pereții duzei și camera de ardere circulând într-o manta de răcire specială. Schimbarea sursei de combustibil necesară pentru a controla forța motorului în timpul zborului se realizează prin schimbarea alimentării cu apă oxigenată a generatorului de abur și gaz, ceea ce determină o schimbare a vitezei turbinei. Viteza maximă a turbinei este de 17.200 rpm. Motorul este pornit folosind un motor electric care acționează unitatea turbo-pompă în rotație.

FIG. 36. Unitatea cu turbopompa a motorului rachete de aeronave.

1 - roata dințată a transmisiei de la motorul electric de pornire; 2 - pompă oxidantă; 3 - turbină; 4 - pompa de combustibil; 5 - conducta de evacuare a turbinei.

FIG. 37 prezintă o diagramă a instalării unui motor rachetă cu o singură cameră în fuzelajul din spate al unuia dintre avioanele rachete experimentale.

Scopul aeronavelor cu motoare cu jet de lichid este determinat de proprietățile motoarelor cu rachete cu propulsie lichidă - tracțiune ridicată și, în consecință, putere mare la viteze mari de zbor și la altitudini mari și eficiență redusă, adică consum ridicat de combustibil. Prin urmare, motoarele cu rachete cu combustibil lichid sunt instalate de obicei pe avioanele militare - interceptori de vânătoare. Sarcina unui astfel de avion este, la primirea unui semnal despre apropierea aeronavelor inamice, să decoleze rapid și să câștige o altitudine mare la care aceste aeronave zboară de obicei și apoi, folosind avantajul său în viteza de zbor, să impună o bătălie aeriană asupra inamicului. Durata totală de zbor a unei aeronave cu motor cu jet de lichid este determinată de cantitatea de combustibil de pe aeronavă și este de 10-15 minute, astfel încât aceste aeronave pot efectua de obicei operațiuni de luptă numai în zona aerodromului lor.

FIG. 37. Diagrama instalării unui motor cu propulsie lichidă pe un avion.

FIG. 38. Luptator de rachete (vizualizare în trei proiecții)

FIG. 38 prezintă un luptător-interceptor cu LPRE descris mai sus. Dimensiunile acestui avion, la fel ca alte aeronave de acest tip, sunt de obicei mici. Greutatea totală a aeronavei cu combustibil este de 5100 Kg; rezerva de combustibil (peste 2,5 tone) este suficientă doar pentru 4,5 minute de funcționare a motorului la putere maximă. Viteza maximă de zbor - peste 950 km / h; plafonul aeronavei, adică înălțimea maximă pe care o poate atinge - 16.000 m... Rata de urcare a aeronavei se caracterizează prin faptul că în 1 minut poate urca de la 6 la 12 km.

FIG. 39. Dispozitivul unui avion rachetă.

FIG. 39 arată dispozitivul unei alte aeronave cu motor rachetă; este un avion prototip construit pentru a atinge o viteză de zbor care depășește viteza sunetului (adică 1200 km / h aproape de sol). În avion, în partea din spate a fuselajului, există un motor cu propulsie lichidă care are patru camere identice cu o tracțiune totală de 2720 Kg... Lungime motor 1400 mm, diametru maxim 480 mm, greutate 100 Kg... Rezerva de combustibil a aeronavei, care este utilizată ca alcool și oxigen lichid, este de 2360 l.

FIG. 40. Motor cu rachetă de aviație cu patru camere.

Vederea externă a acestui motor este prezentată în FIG. 40.

Alte aplicații ale motoarelor cu rachete cu combustibil lichid

Împreună cu aplicația principală a motoarelor cu rachete cu propulsie lichidă ca motoare pentru rachete cu rază lungă de acțiune și avioane cu rachete, acestea sunt utilizate în prezent într-o serie de alte cazuri.

LRE a fost utilizat pe scară largă ca motoare pentru proiectile de rachete grele, similar cu cel prezentat în FIG. 41. Motorul acestui proiectil poate servi ca exemplu al celui mai simplu motor rachetă. Combustibilul (benzină și oxigen lichid) este furnizat în camera de ardere a acestui motor sub presiunea gazului inert (azot). FIG. 42 prezintă o diagramă a unei rachete grele utilizate ca un proiectil antiaerian puternic; diagrama prezintă dimensiunile globale ale rachetei.

Motoarele cu rachete lichide sunt, de asemenea, utilizate ca motoare de pornire pentru avioane. În acest caz, uneori se folosește o reacție de descompunere a temperaturii scăzute a peroxidului de hidrogen, motiv pentru care astfel de motoare sunt numite „reci”.

Există cazuri de utilizare a motoarelor cu rachete cu propulsie lichidă ca acceleratoare pentru avioane, în special avioane cu motoare cu turboreactor. În acest caz, pompele de alimentare cu combustibil sunt uneori acționate de la arborele motorului turbojet.

LPRE-urile sunt utilizate împreună cu motoarele cu pulbere și pentru pornirea și accelerarea vehiculelor zburătoare (sau a modelelor lor) cu motoare ramjet. După cum știți, aceste motoare dezvoltă o tracțiune foarte mare la viteze mari de zbor, viteze ridicate ale sunetului, dar nu dezvoltă tracțiune deloc în timpul decolării.

În cele din urmă, ar trebui menționată o altă aplicare a motoarelor cu rachete cu propulsie lichidă care a avut loc recent. Pentru a studia comportamentul unei aeronave la o viteză mare de zbor care se apropie și depășește viteza sunetului, este necesară o cercetare serioasă și costisitoare. În special, este necesar să se determine rezistența aripilor (profilelor) aeronavei, care se efectuează de obicei în tuneluri speciale de vânt. Pentru a crea condiții în astfel de țevi corespunzătoare unui zbor al aeronavei la viteză mare, este necesar să aveți centrale electrice foarte mari pentru a conduce ventilatoarele, care creează un flux în conductă. În consecință, construcția și funcționarea conductelor pentru testarea la viteze supersonice este enormă.

Recent, împreună cu construcția de conducte supersonice, problema studierii diferitelor profiluri de aripă ale aeronavelor de mare viteză, precum și a testării motoarelor cu jet de aer ramjet, este de asemenea rezolvată cu ajutorul jetului de lichid

FIG. 41. Proiectil rachetă cu LPRE.

motoare. Conform uneia dintre aceste metode, profilul studiat este instalat pe o rachetă îndepărtată cu un motor cu propulsor lichid, similar cu cel descris mai sus, și toate citirile instrumentelor care măsoară rezistența profilului în zbor sunt transmise la sol cu ​​ajutorul radio dispozitive de telemetrie.

FIG. 42. Diagrama dispozitivului unui puternic proiectil antiaerian cu motor rachetă.

7 - cap de luptă; 2 - un cilindru cu azot comprimat; 3 - rezervor cu oxidant; 4 - rezervor de combustibil; 5 - motor cu jet de lichid.

Într-un alt mod, este construit un cărucior special pentru rachete, care se deplasează de-a lungul șinelor cu ajutorul unui motor de rachetă cu combustibil lichid. Rezultatele testării profilului instalat pe un astfel de cărucior într-un mecanism special de cântărire sunt înregistrate de dispozitive automate speciale, de asemenea, amplasate pe cărucior. O astfel de carucior de rachete este prezentată în FIG. 43. Lungimea pistei poate ajunge la 2-3 km.

FIG. 43. Cărucior de rachete pentru testarea profilelor aripilor aeronavelor.