Как работает тепловой двигатель

Принцип работы теплового двигателя, что такое тепловой двигатель

История создания

Первые упоминания о подобном устройстве связаны с римской империей. В то время тепловой двигатель не получил широкого распространения ввиду низкого развития техники.

В III веке до н.э. Архимедом была построена паровая пушка.

Рис. №1. Тепловой двигатель.

Леонардо да Винчи изобразил на своем рисунке цилиндр с поршнем, с находящейся в нём водой. На создание этого эскиза повлияла разработка Архимеда. По его замыслу работу цилиндра можно было описать так: при нагревании воды выделяющийся пар выталкивает поршень в цилиндре вверх. На этом принципе была основана работа паровой пушки. Пар от нагретой воды был способен придавать энергию движения снаряду, и он выстреливал.

В 1690 году Дени Папену удалось собрать цилиндр с двигающимся поршнем. Но нагревание воды и ее охлаждение приходилось осуществлять вручную. Именно поэтому такой вариант паровых машин не нашел применения.

В 1763 году Ползунову удалось изобрести паровой двигатель с двумя цилиндрами. Эта особенность обеспечивала непрерывную работу машины.

В 1766 году он изобрел паровой двигатель с мощностью в 32 л.с. Запустили двигатель после его смерти. Изобретение Ползунова работало в плавильных печах на протяжении 3 месяцев. После чего вышел из строя, а ввиду отсутствия мастеров по ремонту так и остался в неисправном состоянии.

Джеймсу Уатт в 1782 году получил патент на усовершенствованный изобретенный задолго до него паровой насос – паровую машину с двойным действием.

|Принцип действия тепловых двигателей|

Виды тепловых двигателей

Выделяют:

Внутреннего сгорания. Среди них выделяют 2-х и 4-х тактные;
Внешнего сгорания.

Принцип работы теплового двигателя и его устройство

Устройство теплового двигателя представлено следующими элементами:

Свечи зажигания;
Цилиндр;
Поршни;
Кривошипная камера;
Впускной и выпускной клапаны.

Тепловые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на 2-х и 4-х тактные.

Такт – это процессы, происходящие в двигателе за одно движение поршня.

Как работают двухтактные двигатели

Все процессы происходит в 2 этапа:

1 такт. Сжимание воздуха.

В этот период клапан выпуска и впуска находятся в закрытом состоянии.

Поршень, поднимаясь, закрывает поочередно клапан впуска и выпуска. Это приводит к тому, что смесь газов и топлива сжимается.

В герметичную кривошипную камеру в следствие создания разряженного воздуха под поршнем следует горючее из карбюратора, клапан впуска при этом открыт;

2 такт. Рабочий ход.

Как только поршень начинает приближаться к ВМТ, свеча зажигания подает искру в камеру. В результате чего происходит воспламенение смеси топлива и газов, что ведет к увеличению температуры и давления в полости цилиндра

Увеличившееся давление обуславливает опускание поршня до НМТ. Начинается сжимание поршнём смеси газов и воздуха в кривошипной камере. Это ведет к тому, что клапан впуска закрывается, тем самым препятствует попаданию горючего в коллектор и карбюратор.

Опускаясь до НМТ, поршень открывает клапан выпуска, происходит выход выхлопных газов.

Как работают 4-х тактные двигатели

Рисунок №2. Схематическое изображение работы ДВС.

Все процессы происходят в 4 этапа:

1 такт впуска.

Открывается впускной клапан в результате движения поршня к НМТ. Подача смеси горючего из карбюратора происходит как раз через этот клапан. Как только поршень достигает НМТ, впускной клапан переходит в закрытое состояние;

2 такт. Сжатие горючей смеси.

Поднимаясь до ВМТ происходит сжатие горючей смеси поршнем. Как только поршень начинает приближаться в верхней точке, начинается подача искры свечой зажигания. В результате чего происходит воспламенение смеси;

3 такт. Процессы расширения.

Вышеописанные моменты приводят к горению топливовоздушной смеси и высвобождению большого количества тепла. Увеличившееся давление давит на поршень, тем самым, заставляя его опускаться вниз. Клапаны здесь закрыты;

4 выпускной такт.

Коленвал продолжая своё движение, обеспечивает движение поршня к верхней мёртвой точке. По мере продвижения поршня наверх, происходит открытие клапана выпуска. Через него происходит удаление выхлопных газов. Как только поршень достигает верхней границы, впускной клапан закрывается.

Схема работы двигателя внешнего сгорания

Рис.3. Схема работы двигателя внешнего сгорания.

Принцип работы основан на чередовании нагревания и охлаждения воздуха в ограниченном пространстве и высвобождении энергии в результате изменения объема воздуха.

Это Интересно! Двигатель Стирлинга используется в холодильном оборудовании. Принцип его работы в этом случае обратный и заключается в раскручивании вала двигателем. Что приводит к охлаждению головки цилиндра.

Достоинства и недостатки теплового двигателя

К положительным характеристикам теплового двигателя можно отнести:

Простота работы, надежность. Соответственно низкая стоимость ремонтных работ;
Независимость от дополнительного источника энергии;
Высокоэффективный тип двигателя;
Выступает как источник электричества как для индивидуального применения, так и в более широких кругах;
Относительно небольшие размеры.

Помимо достоинств, имеется несколько существенных недостатков:

Тепловой двигатель обладает низким коэффициентом полезного действия;
Неблагоприятное воздействие на экологию;

Оказывает влияние на процесс глобального потепления;
Затраты большого количества кислорода с дальнейшим превращением его в углекислый газ.

Отличия теплового двигателя от инжекторного

В тепловом двигателе происходит формирование смеси топлива и воздуха, а также контролируется ее расходование. Подача смеси осуществляется благодаря разному давлению атмосферного воздуха и коллектора впуска. В инжекторе смесь подается в камеру сгорания путем впрыскивания её форсунками;
В тепловом двигателе смесь газов и топлива подается всегда в одинаковом количестве, в инжекторной системе количество смеси зависит от конкретных условий работы двигателя;
Тепловые двигатели подвержены перепадам температурных условий;
Ремонт теплового двигателя гораздо проще и дешевле инжектора.

|Принцип работы тепловых двигателей|

Область применения

Двигатели внутреннего сгорания нашли широкое применение в транспортных установках и сельскохозяйственных машинах, а так же используются электростанциями, энергопоездами и для запуска генератора (как аварийного источника электроэнергии).

Тепловые 2-х тактные двигатели внутреннего сгорания применяются в технике малой мощности

Двигатель внутреннего сгорания устанавливается в:

Роторные двигатели;
Реактивные и турбореактивные двигатели;
Газотурбинные установки.

Это Интересно! Самые большие тепловые двигатели устанавливают на водных суднах. Мощность таких моторов составляет более 108 тысяч лошадиных сил!

Тепловой двигатель получил широкое распространение в современных условиях от маломощной техники до тепловых электростанций. Существенным минусом его использования является неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Для предотвращения этого необходимо совершенствовать устройство и работу таких двигателей, а также использовать технологии по энергосбережению.

|Тепловые двигатели и их КПД. Цикл Карно|

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как работают тепловые двигатели?

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 23 сентября 2019 года.

В наш век топливных элементов и электромобили, паровозы (и даже автомобили с бензиновым двигателем) могут показаться ужасно старой технологией. Но взгляните шире на историю, и вы увидите, что даже самые старые паровой двигатель действительно очень современное изобретение. Люди были используя инструменты для умножения их мышечной силы на что-то вроде 2.5 миллион лет, но только за последние 300 лет или около того мы усовершенствовались искусство создания "мышц" - машин с приводом от двигателя - которые работают все сами по себе. Говоря иначе: люди были без двигатели для более чем 99,9 процентов нашего существования на Земле!

Теперь у нас есть двигатели, без которых мы, конечно, не могли бы их. Кто мог представить жизнь без машин, грузовиков, кораблей или самолеты - все они приводятся в движение мощными двигателями. И двигатели не просто перемещайте нас по всему миру, они помогают нам радикально изменить его.От мостов и туннелей до небоскребов и плотины, практически каждое крупное здание и сооружение люди сделали в последние пару веков был построен с помощью двигатели - краны, экскаваторы, самосвалы и бульдозеры среди их. Двигатели также подпитывают современную сельскохозяйственную революцию: огромная доля всех наших пищу теперь собирают или транспортируют с использованием мощности двигателя. Двигатели не заставляют мир идти раунд, но они участвуют практически во всем остальном, что происходит на нашей планете.Давайте внимательнее посмотрим на то, что они и как они работай!

Работа: Основная концепция теплового двигателя: машина, которая преобразует тепловую энергию в работу, переключаясь между высокой температурой и более низкой. Типичный тепловой двигатель приводится в действие с помощью топлива (внизу слева) и использует расширяющийся сжимающийся поршень (вверху в центре) для передачи энергии топлива на вращающееся колесо (внизу справа).

Что такое тепловой двигатель?

Двигатель - это машина, которая вращает энергия заперта в топливе в силу и движение.Угля нет очевидное применение Кто угодно: это грязные, старые, каменистые вещи, похороненные под землей. Сожги это в двигатель, однако, и вы можете выпустить энергию, которую он содержит силовые машины, машины, лодки или локомотивы. То же самое верно других видов топлива, таких как природный газ, бензин, древесина и торф. поскольку двигатели работают на сжигании топлива для выделения тепла, иногда они под названием тепловых двигателей . Процесс сжигания топлива включает в себя химическая реакция называется сгоранием , где топливо горит в кислород в воздухе, чтобы сделать углекислый газ и пар.(Как правило, двигатели загрязняют воздух, потому что топливо не всегда на 100% чистое и не сгорает идеально.)

Существует два основных типа тепловых двигателей: внешнего сгорания и внутреннего сгорание:

В двигателе внешнего сгорания топливо горит снаружи и вдали от основного долота двигателя, где сила и движение производятся. Паровой двигатель - хороший пример: угольный пожар на одном конце, который нагревает воду, чтобы сделать пар.Пар подается в прочный металлический цилиндр , где он перемещается плотно прилегающий поршень называется поршнем взад и вперед. движущийся поршень работает независимо от того, к чему подключен двигатель (возможно, заводская машина или колеса локомотива). Это внешний двигатель внутреннего сгорания, потому что уголь горит снаружи, а некоторые расстояние от цилиндра и поршня.
В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндр В типичном автомобильном двигателе, например, есть что-то вроде четырех-шести отдельных цилиндров, внутри которых бензин постоянно горит кислородом для выделения тепловой энергии. цилиндры «стреляют» попеременно, чтобы двигатель стабильная подача энергии, которая приводит в движение колеса автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания, как правило, гораздо более эффективны, чем внешние двигатели внутреннего сгорания, потому что энергия не теряется, передавая тепло от огонь и котел к цилиндру; все происходит в одном месте.

Иллюстрации: В двигателе внешнего сгорания (таком как паровой двигатель) топливо горит снаружи цилиндра, и тепло (обычно в форме горячего пара) должно быть передано по трубопроводу на некотором расстоянии.В двигателе внутреннего сгорания (например, автомобильном двигателе) топливо сгорает прямо внутри цилиндров, что гораздо более эффективно.

Как двигатель работает на машине?

Двигатели используют поршни и цилиндры, поэтому мощность, которую они производят, непрерывное движение вперед-назад, двухтактный или с возвратно-поступательным движением движение. Проблема в том, что многие машины (и практически все транспортные средства) полагаются на колесах, которые вращаются вокруг и вокруг - другими словами, вращаются движение. Существуют различные способы поворота возвратно-поступательного движения движение во вращательное движение (или наоборот).Если вы когда-либо смотрели паровой двигатель бродит, вы заметили, как колеса приводится в движение кривошипом и шатуном: просто рычажная связь, которая соединяет одну сторону колеса с поршнем, так что колесо вращается, поршень качает взад и вперед.

Альтернативный способ преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение это использовать механизмы. Это то, что гениальный шотландский инженер Джеймс Уотт (1736–1819) решил сделать это в 1781 году, когда он обнаружил кривошипно-шатунный механизм, который он Нужно было использовать в его улучшенной конструкции паровой двигатель, по сути, уже защищен патентом.Дизайн Ватта известен как Солнце и Планета передач) и состоит из двух или более передач колеса, одно из которых (планета) толкается поршнем вверх и вниз стержень, двигаясь вокруг другой шестерни (Солнца) и заставляя его вращаться.

Фото: Два способа преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение: Первое фото: Солнце и планетарный механизм. Когда поршень движется вверх и вниз, шестерни вращаются. Второе фото: проблема преобразования вверх-вниз в круговое движение просто решается на этом токарном станке с ножным приводом.Когда вы нажимаете вверх и вниз на педаль (ножную педаль), вы заставляете струну подниматься и опускаться. Это делает вал, к которому прикреплена колонна, чтобы вращаться со скоростью, приводя в действие токарный станок и сверло или другой инструмент, прикрепленный к нему. Обе фотографии сделаны в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Некоторые двигатели и машины должны превратить вращательное движение в возвратно-поступательное движение. Для этого вам нужно что-то, что работает в обратный путь к коленчатому валу, а именно - кулачок. Камера - это некруглое (обычно яйцевидное) колесо, которое имеет нечто вроде Бар отдыхает на нем.Когда ось поворачивает колесо, колесо заставляет бар подниматься и опускаться. Не можете представить это? Попробуйте представить автомобиль с колесами яйцевидной формы. По мере движения колеса (кулачки) поворачиваются, как обычно, но кузов автомобиля отскакивает и в то же время - вращательное движение производит возвратно-поступательное движение (подпрыгивание) у пассажиров!

кулачки работают на всех видах машин. Там есть камера в электрическая зубная щетка, которая делает щетка движется вперед и назад, когда внутри вращается электрический двигатель.

Типы двигателей

Фото: внешнее сгорание: этот стационарный паровой двигатель использовался для подачи природного газа в дома людей с 1864 года. Снимок сделан в Think Tank.

Существует полдюжины или около того основных типов двигателей, которые вырабатывают энергию при сжигании топлива:

Двигатели внешнего сгорания

Балочные двигатели (атмосферные двигатели)

Первые паровые двигатели были гигантскими машинами, которые заполняли целые здания. и они обычно использовались для откачки воды из затопленных шахт.Впервые англичанин Томас Ньюкомен (1663 / 4–1729) в начале 18-го века, они имели один цилиндр и поршень, прикрепленный к большой балке, которая качалась взад и вперед. Тяжелая балка обычно наклонялась вниз, чтобы поршень находился высоко в цилиндре. Пар был закачан в цилиндр, затем брызнула вода, охладившись пар, создавая частичный вакуум и заставляя луч отклониться назад Другой способ, прежде чем процесс был повторен. Лучевые двигатели были важным технологическим достижением, но они были слишком большими, медленными и неэффективными для питания заводских машин и поездов.

Artwork: Как работает атмосферный (лучевой) двигатель (упрощенно). Двигатель состоит из тяжелой балки (серого цвета), установленной на башне (черного цвета), которая может качаться вверх и вниз. Обычно балка наклоняется вниз и вправо под весом насосного оборудования, прикрепленного к нему. Водогрейный котел (1) выпускает пар (2) в цилиндр (3). Когда цилиндр полон, из бака (4) поступает холодная вода. Это конденсирует пар, создавая более низкое давление в цилиндре.Поскольку атмосферное давление (воздух) над поршнем выше, чем давление под ним, поршень толкается вниз, вся балка наклоняется влево, а насос поднимается вверх, вытягивая воду из шахты (5).

Паровые двигатели

В 1760-х годах Джеймс Уотт значительно улучшил паровой двигатель Newcomen, сделав его меньше, эффективнее, мощнее и эффективнее двигатели в более практичные и доступные машины. Работа Ватта привела к стационарному пару двигатели, которые могут быть использованы на заводах и компактные движущиеся двигатели это может привести в движение паровозы.Подробнее читайте в нашей статье о паровых двигателях.

двигателей Стирлинга

Не все двигатели внешнего сгорания огромны и неэффективны. Шотландский священник Роберт Стерлинг (1790–1878) изобрел очень умного двигатель, который имеет два цилиндра с поршнями, приводящими в действие два шатуна за рулем одного колеса. Один цилиндр постоянно остается горячим (нагревается от внешней энергии источник, который может быть что угодно от угольного огня до геотермальной энергии снабжения), в то время как другой остается постоянно холодным. Двигатель работает шаттл того же объема газа (постоянно запечатанный внутри двигатель) назад и вперед между цилиндрами через устройство под названием регенератор , который помогает сохранить энергию и значительно увеличивает КПД двигателя.Двигатели Стирлинга не обязательно включают сгорание, хотя они всегда получают питание от внешнего источника тепла. Узнайте больше в нашей основной статье о двигателях Стирлинга.

Фото: машинный зал в Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия) представляет собой удивительную коллекцию энергетических машин, построенных в 18 веке. Среди экспонатов - огромный паровой двигатель Smethwick, самый старый работающий двигатель в мире. Это не показано на этой фотографии, в основном потому, что она была слишком большой, чтобы фотографировать!

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновые (бензиновые) двигатели

В середине 19 века несколько европейских инженеров, включая Француз Жозеф Этьен Ленуар (1822–1900) и немец Николаус Отто (1832–1891) усовершенствованные двигатели внутреннего сгорания, которые горели бензин.Это был короткий шаг для Карла Бенца (1844–1929) подключить один из этих двигателей к трехколесному перевозки и сделать первый в мире бензиновый автомобиль. Читать далее в нашей статье о автомобильных двигателях.

Фото: мощный бензиновый двигатель внутреннего сгорания от спортивного автомобиля Jaguar.

Дизельные двигатели

Позже, в 19 веке, другой немецкий инженер, Рудольф Дизель (1858–1913), понял, что он мог сделать гораздо более сильный внутренний двигатель внутреннего сгорания, который может работать на всевозможных видах топлива.В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели сжимают топливо в гораздо большей степени он самопроизвольно загорается и выделяет тепловую энергию заперт внутри Сегодня дизельные двигатели по-прежнему являются машинами выбора для вождения тяжелые транспортные средства, такие как грузовики, корабли и строительные машины, а также множество легковых автомобилей. Подробнее читайте в нашей статье о дизельных двигателях.

Роторные двигатели

Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является то, что они нужны цилиндры, поршни и вращающийся коленчатый вал, чтобы использовать их Мощность: цилиндры неподвижны, а поршни и коленвал постоянно в движении.Роторный двигатель - это принципиально другой дизайн двигателя внутреннего сгорания, в котором «цилиндры» (которые не всегда цилиндры образный) вращаться вокруг того, что фактически является неподвижным коленчатым валом. Хотя роторные двигатели датируются 19 веком, возможно, Наиболее известным дизайном является относительно современный роторный двигатель Ванкеля , особенно используется в некоторых японских автомобилях Mazda. Статья Википедии о Роторный двигатель Ванкеля хорошее введение с небольшой блестящей анимацией.

Двигатели в теории

Фото: паровые двигатели по своей сути неэффективны.Работа Карно говорит нам, что для максимальной эффективности пар в двигателе как это должно быть перегрето (так что это выше его обычная температура кипения (100 ° C), а затем позволялось расширяться и охлаждаться в цилиндрах как можно больше, так что он отдает столько энергии, сколько может поршням.

Пионерами двигателей были инженеры, а не ученые. Ньюкомен и Уатт были практическими, практическими «делателями», а не царапающими голову теоретическими мыслителями. Лишь в 1824 году появился француз Николя Сади Карно (1796–1832) - спустя более века после того, как Ньюкомен построил свой первый паровой двигатель, - что была предпринята попытка понять теорию о том, как работают двигатели и как их можно улучшить с действительно научной точки зрения.Карно был заинтересован в выяснении, как двигатели могут быть сделаны более эффективными (в другими словами, как больше энергии может быть получено из того же количества топлива). Вместо того, чтобы возиться с настоящим паровым двигателем и пытаться улучшить его методом проб и ошибок (такой подход, который Уатт использовал с двигателем Ньюкомена), он сделал сам теоретический двигатель - на бумаге - и вместо этого играл с математикой.

Цикл Карно

Тепловой двигатель Carnot - довольно простая математическая модель о том, как наилучший поршневой и цилиндровый двигатель может работать в теории, бесконечно повторяя четыре шага, теперь называемые циклом Карно .Мы не будем вдаваться в подробности теории или математики (если вам интересно, посмотрите Страница цикла Карно НАСА и отличные «Тепловые двигатели»: страница «Карнотный цикл» Майкла Фаулера, которая имеет превосходную флеш-анимацию).

Базовый двигатель Карно состоит из газа, заключенного в цилиндре с поршнем. Газ берет энергию от источника тепла, расширяется, охлаждает и выталкивает поршень наружу. Когда поршень возвращается в цилиндр, он сжимает и нагревает газ, поэтому газ завершает цикл с точно таким же давлением, объемом и температурой, с которых он начинал.Двигатель Карно не теряет энергию на трение или его окружение. Это полностью обратимо - теоретически совершенная и совершенно теоретическая модель работы двигателей. Но это многое говорит нам и о реальных двигателях.

Насколько эффективен двигатель?

Что стоит отметить, так это заключение Карно: КПД двигателя (реальная или теоретическая) зависит от максимальной и минимальной температур, между которыми она работает . С математической точки зрения, эффективность двигателя Карно, работающего между Tmax (его максимальной температурой) и Tmin (его минимальная температура):

(Tmax-Tmin) / Tmax

, где обе температуры измеряются в градусах Кельвина (К).Повышение температуры жидкости внутри цилиндра в начале цикла делает его более эффективным; снижение температуры на противоположной границе цикла также делает его более эффективным. Другими словами, действительно эффективный тепловой двигатель работает при максимально возможной разнице температур. Другими словами, мы хотим, чтобы Tmax было как можно выше, а Tmin - как можно ниже. Вот почему такие вещи, как паровые турбины на электростанциях, должны использовать градирни, чтобы максимально охлаждать их пар: именно так они могут получать наибольшее количество энергии от пара и вырабатывать наибольшее количество электроэнергии.В реальном мире движущиеся транспортные средства, такие как автомобили и самолеты, очевидно, не могут иметь ничего, как градирни, и трудно достичь низких температур Tmin, поэтому вместо этого мы повышаем Tmax. Реальные двигатели - в автомобилях, грузовиках, реактивных самолетах и космических ракетах - работают при чрезвычайно высоких температурах (поэтому они должны быть построены из высокотемпературных такие материалы, как сплавы и керамика).

Какая максимальная эффективность двигателя?

Есть ли предел эффективности теплового двигателя? Да! Tmin никогда не может быть меньше нуля (при абсолютном нуле), поэтому, согласно согласно нашему уравнению выше, ни один двигатель не может быть более эффективным, чем Tmax / Tmax = 1, что соответствует 100% эффективности, и большинство настоящие двигатели не приближаются к этому.Если у вас был паровой двигатель, работающий при температуре от 50 ° C до 100 ° C, это было бы около 13 процентов эффективности. Чтобы добиться 100% эффективности, вам нужно охладить пар до абсолютного нуля (-273 ° C или 0K), что, очевидно, невозможно. Даже если бы вы могли охладить его до замерзания (0 ° C или 273K), вы все равно сможете управлять только 27-процентной эффективностью.

Диаграмма

: Тепловые двигатели более эффективны, когда они работают между большими перепадами температур. Предполагая постоянную минимальную ледяную температуру (0 ° C или 273K), эффективность медленно повышается, когда мы поднимаем максимальную температуру.Но обратите внимание, что мы получаем убывающую отдачу: с каждым повышением температуры на 50 ° C эффективность уменьшается с каждым разом. Другими словами, мы никогда не сможем достичь 100-процентной эффективности, просто подняв максимальную температуру.

Это также помогает нам понять, почему более поздние паровые двигатели (впервые разработаны такими инженерами, как Ричард Тревитик) и Оливер Эванс) использовал намного более высокое давление пара , чем те, которые производили такие люди, как Томас Ньюкомен. Двигатели высокого давления были меньше, легче и их было легче устанавливать на движущихся транспортных средствах, но они также были гораздо более эффективными: при более высоких давлениях вода кипит при более высоких температурах, и это дает нам большую эффективность.При двойном атмосферном давлении вода кипит при температуре около 120 ° C (393K), что дает эффективность 30 процентов с минимальной температурой 0 ° С; при четырехкратном атмосферном давлении температура кипения составляет 143 ° С (417 К), а КПД близок к 35%. Это большое улучшение, но все еще далеко от 100 процентов. Паровые турбины на электростанциях используют действительно высокое давление (более 200-кратное атмосферное давление) это типично). При 200 атмосферах вода кипит при температуре около 365 ° C (~ 640 К), что дает максимальную теоретическую эффективность около 56%, если мы также можем охлаждать воду вплоть до замерзания (и если нет других потерь тепла или неэффективности).Даже в этих экстремальных и идеальных условиях мы все еще очень далеки от 100% эффективности; реальные турбины с большей вероятностью достигают 35–45 процентов. Сделать эффективные тепловые двигатели гораздо сложнее, чем кажется!

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Один из лучших способов понять движки - это посмотреть их анимацию на работе. Вот два хороших сайта, которые исследуют множество различных движков:

Анимированные движки: Этот великолепный сайт охватывает практически все виды движков, о которых вы только можете подумать, с понятными анимациями и очень четкими письменными описаниями.
Посмотрите на двигатели в действии: коллекция очень красиво нарисованных анимаций реальных двигателей из Лондонского музея науки. (Архивировано с помощью Wayback Machine.)

Книги

Вступительное слово

Шесть легких пьес Ричарда П. Фейнмана. Пингвин, 1998. Глава 4 - очень оригинальное объяснение сохранения энергии, включая довольно простое объяснение того, почему ни один двигатель или машина не является более эффективным, чем полностью обратимый (идеальный).

Более сложный

детские книги

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты.

Статьи с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным наказаниям.

Следуйте за нами

Поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать об этом друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2019) Двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/engines.html. [Доступ (Введите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте ...

Тепловой двигатель - Википедия

Система, преобразующая тепло или тепловую энергию в механическую работу

Рисунок 1: Схема теплового двигателя

В области термодинамики и техники тепловой двигатель представляет собой систему, которая преобразует тепловую или тепловую энергию - и химическую энергию - в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы. ^[1] ^[2] Это достигается путем перевода рабочего вещества из более высокой температуры в более низкое состояние. Источник тепла генерирует тепловую энергию, которая переводит рабочее вещество в состояние высокой температуры.Рабочее вещество создает работу в рабочем теле двигателя, передавая тепло в более холодную раковину, пока оно не достигнет состояния низкой температуры. Во время этого процесса часть тепловой энергии превращается в работу, используя свойства рабочего вещества. Рабочим веществом может быть любая система с ненулевой теплоемкостью, но обычно это газ или жидкость. Во время этого процесса некоторое тепло обычно теряется в окружающей среде и не преобразуется в работу. Кроме того, некоторая энергия непригодна из-за трения и сопротивления.

Обычно двигатель преобразует энергию в механическую работу. Тепловые двигатели отличаются от других типов двигателей тем, что их эффективность существенно ограничена теоремой Карно. ^[3] Хотя это ограничение эффективности может быть недостатком, преимущество тепловых двигателей заключается в том, что большинство видов энергии можно легко преобразовать в тепло с помощью таких процессов, как экзотермические реакции (например, сгорание), поглощение света или энергичных частиц, трение , рассеивание и сопротивление.Так как источник тепла, который подает тепловую энергию в двигатель, может, таким образом, питаться практически любым видом энергии, тепловые двигатели охватывают широкий спектр применений.

Тепловые двигатели часто путают с циклами, которые они пытаются реализовать. Как правило, термин «двигатель» используется для физического устройства и «цикл» для моделей.

Обзор [редактировать]

В термодинамике тепловые двигатели часто моделируются с использованием стандартной инженерной модели, такой как цикл Отто. Теоретическая модель может быть уточнена и дополнена фактическими данными из работающего двигателя, используя такие инструменты, как индикаторная диаграмма.Поскольку очень немногие фактические реализации тепловых двигателей точно соответствуют их базовым термодинамическим циклам, можно сказать, что термодинамический цикл является идеальным случаем механического двигателя. В любом случае, полное понимание двигателя и его эффективности требует хорошего понимания (возможно, упрощенной или идеализированной) теоретической модели, практических нюансов фактического механического двигателя и расхождений между ними.

В общих чертах, чем больше разница в температуре между горячим источником и холодным стоком, тем больше потенциальный тепловой КПД цикла.На Земле холодная сторона любого теплового двигателя ограничена близостью к температуре окружающей среды или не намного ниже 300 Кельвинов, поэтому большинство усилий по улучшению термодинамической эффективности различных тепловых двигателей сосредоточены на повышении температуры источник, в материальных пределах. Максимальный теоретический КПД теплового двигателя (который никогда не достигается ни одним двигателем) равен разнице температур между горячим и холодным концами, деленной на температуру на горячем конце, каждый из которых выражается в абсолютной температуре (Кельвин).

Эффективность различных тепловых двигателей, предлагаемых или используемых сегодня, имеет большой диапазон:

Эффективность этих процессов примерно пропорциональна падению температуры на них. Значительная энергия может потребляться вспомогательным оборудованием, таким как насосы, что эффективно снижает эффективность.

примеров [править]

Важно отметить, что хотя некоторые циклы имеют типичное место сгорания (внутреннее или внешнее), они часто могут быть реализованы с другим.Например, John Ericsson ^[7] разработал двигатель с внешним подогревом, работающий на цикле, очень похожем на предыдущий цикл дизельного двигателя. Кроме того, двигатели с внешним подогревом часто могут быть реализованы в открытых или замкнутых циклах.

Ежедневные примеры [править]

Ежедневные примеры тепловых двигателей включают тепловую электростанцию, двигатель внутреннего сгорания и паровоз. Все эти тепловые двигатели работают за счет расширения нагретых газов.

Тепловой двигатель Земли [править]

Атмосфера и гидросфера Земли - тепловой двигатель Земли - представляют собой взаимосвязанные процессы, которые постоянно выравнивают дисбаланс солнечного отопления за счет испарения поверхностных вод, конвекции, осадков, ветра и циркуляции океана при распределении тепла по всему земному шару.^[8]

Ячейка Хэдли является примером теплового двигателя. Он включает в себя подъем теплого и влажного воздуха в экваториальной области Земли и снижение более холодного воздуха в субтропиках, что создает прямую циркуляцию с тепловым приводом и, как следствие, чистую выработку кинетической энергии. ^[9]

Циклы смены фазы [править]

В этих циклах и двигателях рабочими жидкостями являются газы и жидкости. Двигатель преобразует рабочую жидкость из газа в жидкость, из жидкости в газ или в то и другое, генерируя работу за счет расширения или сжатия жидкости.

Газовые циклы [править]

В этих циклах и двигателях рабочим телом всегда является газ (то есть нет изменения фазы):

Жидкостные циклы [править]

В этих циклах и двигателях рабочая жидкость всегда похожа на жидкость:

Электронных циклов [править]

Магнитные циклы [править]

Циклы, используемые для охлаждения [править]

Бытовой холодильник является примером теплового насоса: тепловой двигатель наоборот. Работа используется для создания разности температур.Многие циклы могут работать в обратном порядке для перемещения тепла с холодной стороны на горячую сторону, делая холодную сторону холодной и горячую сторону горячей. Версии этих циклов для двигателей внутреннего сгорания по своей природе необратимы.

Холодильные циклы включают в себя:

Испарительные тепловые двигатели [править]

Испарительный двигатель Barton представляет собой тепловой двигатель, основанный на цикле, вырабатывающем мощность и охлажденный влажный воздух от испарения воды в горячий сухой воздух.

Мезоскопические тепловые двигатели [править]

Мезоскопические тепловые двигатели - это наноразмерные устройства, которые могут служить целям обработки тепловых потоков и выполнять полезную работу в небольших масштабах.Потенциальные приложения включают, например, устройства электрического охлаждения. В таких мезоскопических тепловых двигателях работа за цикл работы колеблется из-за теплового шума. Существует точное равенство, которое соотносит средние показатели показателей работы, выполняемой любым тепловым двигателем, и теплопередачи от более горячей тепловой ванны. ^[12] Это соотношение превращает неравенство Карно в точное равенство. Это отношение также равенство цикла Карно

Эффективность [править]

КПД теплового двигателя определяет, сколько полезной работы произведено для заданного количества потребляемой тепловой энергии.

Из законов термодинамики, после завершенного цикла:

W = Qc - (-Qh) {\ displaystyle W \ = \ Q_ {c} \ - \ (-Q_ {h})}

, где

W = −∮⁡PdV {\ displaystyle W = - \ oint PdV} - это работа, извлеченная из двигателя. (Это отрицательно, так как работа выполняется двигателем.)

Qh = ThΔSh {\ displaystyle Q_ {h} = T_ {h} \ Delta S_ {h}} - это тепловая энергия, получаемая от высокотемпературной системы. (Это отрицательно, поскольку тепло извлекается из источника, поэтому (-Qh) {\ displaystyle (-Q_ {h})} является положительным.)

Qc = TcΔSc {\ displaystyle Q_ {c} = T_ {c} \ Delta S_ {c}} - это тепловая энергия, поступающая в систему с холодной температурой. (Это положительно, поскольку в раковину добавляется тепло.)

Другими словами, тепловой двигатель поглощает тепловую энергию от высокотемпературного источника тепла, превращая ее часть в полезную работу и доставляя остальную часть в радиатор с холодной температурой. ,

В общем, эффективность данного процесса теплопередачи (будь то холодильник, тепловой насос или двигатель) неформально определяется соотношением «что вынимается» к «что вставлено».

В случае двигателя, кто-то хочет извлечь работу и вводит теплообмен.

η = -W-Qh = -Qh-Qc-Qh = 1-Qc-Qh {\ displaystyle \ eta = {\ frac {-W} {- Q_ {h}}} = {\ frac {-Q_ { h} -Q_ {c}} {- Q_ {h}}} = 1 - {\ frac {Q_ {c}} {- Q_ {h}}}}

Теоретическая максимальная эффективность для любого теплового двигателя составляет зависит только от температур, между которыми он работает. Эту эффективность обычно получают с использованием идеального воображаемого теплового двигателя, такого как тепловой двигатель Карно, хотя другие двигатели, использующие другие циклы, также могут достигать максимальной эффективности.Математически это происходит потому, что в обратимых процессах изменение энтропии холодного резервуара является отрицательным по сравнению с изменением энтропии горячего резервуара (то есть ΔSc = −ΔSh {\ displaystyle \ Delta S_ {c} = - \ Delta S_ {h} }), сохраняя общее изменение энтропии ноль. Таким образом:

ηmax = 1-TcΔSc-ThΔSh = 1-TcTh {\ displaystyle \ eta _ {\ text {max}} = 1 - {\ frac {T_ {c} \ Delta S_ {c}} {- T_ {h} \ Delta S_ {h}}} = 1 - {\ frac {T_ {c}} {T_ {h}}}}

, где Th {\ displaystyle T_ {h}} - абсолютная температура горячего источника и Tc {\ displaystyle T_ {c}}, что у холодной раковины, обычно измеряется в Кельвинах.Обратите внимание, что dSc {\ displaystyle dS_ {c}} положителен, а dSh {\ displaystyle dS_ {h}} отрицателен; в любом обратимом процессе извлечения работы энтропия в целом не увеличивается, а скорее перемещается из горячей (с высокой энтропией) системы в холодную (с низкой энтропией), уменьшая энтропию источника тепла и увеличивая энтропию тепла тонуть.

Причиной этого является максимальная эффективность следующим образом. Сначала предполагается, что если возможен более эффективный тепловой двигатель, чем двигатель Карно, то он может приводиться в движение задним ходом в качестве теплового насоса.Математический анализ может использоваться, чтобы показать, что эта предполагаемая комбинация приведет к чистому снижению энтропии. Поскольку, согласно второму закону термодинамики, это статистически маловероятно до точки исключения, эффективность Карно является теоретической верхней границей надежной эффективности любого термодинамического цикла .

Опытным путем никогда не было показано, что тепловой двигатель работает с большей эффективностью, чем тепловой двигатель с циклом Карно.

На рисунках 2 и 3 показаны изменения эффективности цикла Карно.На рисунке 2 показано, как эффективность изменяется с увеличением температуры подвода тепла для постоянной температуры на входе в компрессор. На рисунке 3 показано, как эффективность изменяется с увеличением температуры отвода тепла при постоянной температуре на входе в турбину.

Рис. 2. Эффективность цикла Карно с изменением температуры подвода тепла. Рис. 3. Эффективность цикла Карно с изменением температуры отвода тепла.

Эндо-реверсивные тепловые двигатели [править]

По своей природе любой максимально эффективный цикл Карно должен работать при бесконечно малом градиенте температуры; это потому, что любая передача тепла между двумя телами с разными температурами необратима, поэтому выражение эффективности Карно применимо только к бесконечно малому пределу.Основная проблема заключается в том, что целью большинства тепловых двигателей является выходная мощность, а бесконечно малая мощность редко требуется.

Другая мера идеальной эффективности теплового двигателя определяется соображениями необратимой термодинамики, где цикл идентичен циклу Карно, за исключением того, что два процесса теплопередачи являются , а не обратимыми (Callen 1985):

η = 1-TcTh {\ displaystyle \ eta = 1 - {\ sqrt {\ frac {T_ {c}} {T_ {h}}}}} (примечание: единицы измерения K или ° R)

Эта модель лучше предсказывает, насколько хорошо могут работать реальные тепловые двигатели (Callen 1985, см. также необратимую термодинамику):

Как показано, эндо-обратимая эффективность гораздо более близка моделям, которые наблюдали.

История [править]

Тепловые двигатели были известны с древних времен, но были превращены в полезные устройства только во время промышленной революции 18-го века. Они продолжают развиваться сегодня.

Улучшения [править]

Инженеры изучили различные циклы тепловых двигателей, чтобы улучшить объем полезной работы, которую они могли бы извлечь из данного источника энергии. Предел цикла Карно не может быть достигнут ни с одним газовым циклом, но инженеры нашли по крайней мере два способа обойти этот предел и один способ повысить эффективность без нарушения каких-либо правил:

Увеличьте разницу температур в тепловом двигателе.Самый простой способ сделать это - повысить температуру горячей стороны, что является подходом, используемым в современных газовых турбинах с комбинированным циклом. К сожалению, физические ограничения (такие как температура плавления материалов, использованных для изготовления двигателя) и экологические проблемы, связанные с производством NO _x, ограничивают максимальную температуру на работающих тепловых двигателях. Современные газовые турбины работают при максимально высоких температурах в диапазоне температур, необходимых для поддержания приемлемого выхода NO _x ^{[необходимо цитирования ]}.Другим способом повышения эффективности является снижение выходной температуры. Один из новых способов сделать это - использовать смешанные химические рабочие жидкости, а затем использовать изменяющееся поведение смесей. Одним из самых известных является так называемый цикл Калины, который использует смесь 70/30 аммиака и воды в качестве рабочей жидкости. Эта смесь позволяет циклу генерировать полезную энергию при значительно более низких температурах, чем большинство других процессов.

Использовать физические свойства рабочей жидкости. Наиболее распространенной такой эксплуатацией является использование воды выше критической точки или сверхкритического пара.Поведение жидкостей выше их критической точки радикально меняется, и с такими материалами, как вода и диоксид углерода, можно использовать эти изменения в поведении для извлечения большей термодинамической эффективности из теплового двигателя, даже если он использует довольно обычный Брайтон или Ранкин цикл. Более новым и очень перспективным материалом для таких применений является CO ₂. SO ₂ и ксенон также рассматривались для таких применений, хотя SO ₂ является токсичным.

Использовать химические свойства рабочей жидкости. Довольно новым и новым подвигом является использование экзотических рабочих жидкостей с выгодными химическими свойствами. Одним из них является диоксид азота (NO ₂), токсичный компонент смога, который имеет природный димер в виде тетраоксида диазота (N ₂ O ₄). При низкой температуре N ₂ O ₄ сжимается, а затем нагревается. Повышение температуры приводит к тому, что каждый N ₂ O ₄ распадается на две молекулы NO ₂.Это снижает молекулярную массу рабочего тела, что резко повышает эффективность цикла. После того, как NO ₂ расширился через турбину, он охлаждается радиатором, что заставляет его рекомбинировать в N ₂ O ₄. Затем это возвращается компрессором для другого цикла. Такие виды, как бромид алюминия (Al ₂ Br ₆), NOCl и Ga ₂ ₆, были исследованы для таких применений. На сегодняшний день их недостатки не гарантируют их использование, несмотря на повышение эффективности, которое может быть реализовано.^[14]

Процессы с тепловым двигателем [править]

Каждый процесс является одним из следующих:

изотермический (при постоянной температуре, поддерживается с добавлением или удалением тепла из источника или поглотителя тепла)

изобарический (при постоянном давлении)

изометрический / изохорный (при постоянном объеме), также называемый изообъемным

адиабатический (во время адиабатического процесса тепло не добавляется и не удаляется из системы)

изэнтропический (обратимый адиабатический процесс, во время изоэнтропического процесса тепло не добавляется и не отводится)

См. Также [править]

Список литературы [править]

^ Основы классической термодинамики , 3-е изд.п. 159, (1985) Г.Дж. Ван Вайлена и Р.Э. Соннтага: «Тепловой двигатель можно определить как устройство, которое работает в термодинамическом цикле и выполняет определенную объемную положительную работу в результате передачи тепла от высокотемпературного тела и к низкотемпературному корпусу. Часто термин тепловой двигатель используется в более широком смысле, чтобы включать все устройства, которые производят работу, либо посредством передачи тепла или сгорания, даже если устройство не работает в термодинамическом цикле. двигатель и газовая турбина являются примерами таких устройств, и использование этих тепловых двигателей является приемлемым использованием этого термина. Тепловая физика: энтропия и свободные энергии , Джун Чанг Ли (2002), Приложение A, с. 183: «Тепловой двигатель поглощает энергию от источника тепла и затем преобразует ее в работу для нас ... Когда двигатель поглощает тепловую энергию, поглощенная тепловая энергия приходит с энтропией». (тепловая энергия ΔQ = TΔS {\ displaystyle \ Delta Q = T \ Delta S}), «Когда двигатель выполняет работу, с другой стороны, энтропия не покидает двигатель. Это проблематично. Мы бы хотели, чтобы двигатель повторил процесс снова и снова, чтобы предоставить нам постоянный источник работы. Линдси, Ребекка (2009).

.
Двигатели

Что такое аэронавтика? | динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | какой такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Ланс | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?

NEW!
Видео "Как работает реактивный двигатель".

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов поднимается с земли с такой легкостью. Как это случилось? Ответ прост. Это двигатели.

Пусть Тереза Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит больше ...

Как показано на НАСА Направление завтра.

Реактивные двигатели с огромной силой двигают самолет вперед, создаваемый огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работать по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор поднимает давление воздуха. Компрессор сделан со многими лезвиями, прикрепленными к валу. Лопасти вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый воздух тогда распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. горючие газы расширяются и выдуваются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа стреляют назад, двигатель и самолет смещаются вперед. Когда горячий воздух идет к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.

На рисунке ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторое количество воздуха быть очень горячим, а некоторые - круче. Кулер воздух затем смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

Это картина того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга это передняя сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. сэр Исаак Ньютон обнаружил, что для «каждого действия существует равное и противоположная реакция. "Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топливо, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. Мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, это выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Части реактивного двигателя

Поклонник - Вентилятор является первым компонентом в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора сделаны из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть проходит через «ядро» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» сердечник двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро в задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая продвигает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор - Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает воздух, который поступает в него Постепенно меньшие площади, что приводит к увеличению давления воздуха. это приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Раздавленный воздух нагнетается в камеру сгорания.

Combustor - В камере сгорания воздух смешан с топливом, а затем загорелся. Есть 20 форсунок для распыления топлива в воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Горючее с кислородом в сжатом топливе воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто производится из керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

Турбина - Высокоэнергетический поток воздуха из камеры сгорания уходит в турбину, вызывая вращение лопастей турбины. Турбины связаны валом, чтобы вращать лопасти в компрессоре и раскрутить впускной вентилятор спереди.Это вращение отнимает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы Произведенные в камере сгорания движутся через турбину и вращают ее лопасти. Турбины реактивного двигателя вращаются вокруг тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько наборов шарикоподшипников между ними.

Насадка - Сопло является вытяжным каналом двигатель. Это часть двигателя, которая на самом деле производит тягу для самолет.Истощенный энергией воздушный поток, который прошел турбину, в дополнение к более холодный воздух, который обошел ядро двигателя, создает силу при выходе из форсунка, которая движет вперед двигатель и, следовательно, самолет. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выталкивается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из активной зоны двигателя с воздух с более низкой температурой, который был обойден в поклоннике.Смеситель помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель - А Краткая история ранних двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был сначала предположить, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с большой скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло в обратном направлении, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который был приведен в действие первым двигателем самолета - паровой двигатель с тремя лошадьми. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Храм года построил моноплан который пролетел короткий прыжок вниз по склону с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести в действие свой трехместный биплан с двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетели на несколько секунд.

Ранние паровые двигатели работали на подогреве угля и, как правило, слишком тяжелый для полета.

американец Сэмюэль Лэнгли сделал модель самолета которые были приведены в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно управлял Беспилотный самолет с паровым двигателем, названный Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем испарился. Затем он попытался построить полный размер самолета, Aerodrome A, с бензиновым двигателем.В 1903 году это разбился сразу же после спуска с домашнего катера.

В 1903 году братьев Райт полетел, Flyer , с 12-сильным газом двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х годов бензиновый поршневой двигатель внутреннего сгорания с пропеллером единственное средство, используемое для приведения в движение самолета.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттл впервые полетел успешно в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над аналогичным дизайном в Германии. Первый самолет успешно Использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель рейс.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Это был экспериментальный самолет XP-59A, который впервые полетел в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания для поднять температуру жидкой смеси примерно до 1100 ° F до 1300 ° F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в движение компрессор. Если турбина и компрессор работают, давление на выходе турбины будет почти вдвое больше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы произвести высокоскоростной поток газа, который создает тягу.Значительное увеличение тяги может быть достигнуто с помощью форсаже. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Дожигатель повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов в тяге при взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет в воздухе.

Турбореактивный двигатель - реактивный двигатель.В реакторе, расширяющемся газе давить сильно на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает это. Газы протекают через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбропропы

А турбовинтовой двигатель реактивный двигатель, прикрепленный к винтуТурбина в задняя часть поворачивается горячими газами, и это поворачивает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты приводятся в действие турбовинтовыми двигателями.

Как турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, сгорания камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель обладает большей эффективностью при скорости полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены винтами, которые имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособить более высокие скорости полета, лопасти имеют форму ятагана с опущенными передними кромками на концах лезвия. Двигатели с такими винтами называются пропфанов .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух.Большая часть воздуха проходит вокруг двигателя, что делает его тише и дает больше тяги на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров имеют питание турбовентиляторы. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий на впуск, проходит через газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха поступает в камера сгорания. Остальная часть проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно как «холодная» струя или смешивается с выхлопом газогенератора производить "горячую" струю.Целью этого типа обходной системы является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается путем увеличения общий воздушно-массовый поток и снижение скорости в пределах того же общего источника энергии.

Изображение турбовентиляторный двигатель

Турбовальные валы

Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает во многом как турбовинтовой двигатель система.Это не водить винт. Вместо этого он обеспечивает мощность для вертолета ротор. Турбовальный двигатель сконструирован таким образом, чтобы скорость вращения вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это разрешает частота вращения ротора должна быть постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы модулировать количество производимой энергии.

Изображение турбовального двигателя

Ramjets

ПВРД является Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость струи "баранов" или нагнетает воздух в двигатель. По сути это турбореактивный двигатель, в котором вращается машины были опущены. Его применение ограничено тем, что его Степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не развивает статичность тяга и очень малая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, Для ПВРД необходим некоторый вспомогательный взлет, такой как другой самолет. Он был использован в основном в ракетно-управляемых системах.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение Ramjet Engine

Вернуться к началу

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | самолеты | Двигатели | история полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы Индекс сайта | Дом
,
Смотрите также

Чем промыть систему охлаждения двигателя маз

На каких авто стоит двигатель тд 27

Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного двигателя

Как поменять бензонасос на газ 31105 с 406 двигателем

Как проверить компрессию на снятом двигателе ваз 2106

Как снять поддон на мерседес 124 без поднятия двигателя

Как промыть систему охлаждения двигателя лимонной кислотой

Чем заклеить блок двигателя чугун

Если плохая компрессия в двигателе какие симптомы

Как понять что двигатель троит

Какой двигатель можно поставить на ваз 21099 от иномарки без переделок