Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Реактивный двигатель что это


Реактивная тяга или как устроен ионный реактивный двигатель / Хабр

Не секрет, что все реактивные двигатели работают за счёт закона сохранения импульса. Именно из него вытекает, что реактивная тяга — это произведение массового расхода на скорость выхода рабочего тела из сопла.

Эту скорость принято называть удельным импульсом реактивного двигателя. Давайте для примера найдём реактивную тягу при стрельбе из автомата Калашникова, которая является основной составляющей отдачи. Пусть масса пули будет 0,016 кг, начальная скорость пули 700 м/с, а скорострельность 10 выстр./с. Тогда отдача F=700∙0,016∙10=112 Н (или 11 кгс). Большая отдача, но тут приведена техническая скорострельность 600 выстр./мин. В реальности стрельба ведётся очередями или одиночными и составляет ≈50 выстр./мин.

Выстрел из АК

Вернёмся к реальным реактивным двигателям, в которых вместо пуль обычно используются потоки выходящего с гиперзвуковой скоростью газа. Химические реактивные двигатели являются самыми распространёнными, но не единственными.

В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу. Это всё в теории, а теперь подробнее. ИРД имеет некоторый запас газа, который ионизируют (т.е. нейтрально-заряженные атомы газа разбивают на отрицательные электроны и положительные ионы) с помощью газового разряда. Далее ионы разгоняются электрическим полем с помощью специальной системы сеток, и эта же система сеток блокирует движение электронов. После того, как положительные ионы вылетели из сопла, их нейтрализуют отрицательными электронами (в результате этого происходит рекомбинация и газ начинает светиться), чтобы ионы не притягивались обратно к двигателю, и тем самым не снижали его тяги.

Почему ксенон?Обычно в ИРД в качестве рабочего тела используется газ ксенон, так как он имеет наименьшую энергию ионизации среди инертных газов.


Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н. Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой. Дело в том, что масса ионов очень маленькая и массовый расход получается небольшим. Для чего тогда такие двигатели нужны, если они ничего не смогут сдвинуть с места? На Земле может быть не смогут, а вот в космосе, где нет сил сопротивления, они достаточно эффективные. Существует такое понятие как полный импульс — произведение тяги на время или произведение удельного импульса на массу топлива, который у ИРД является достаточно большим.

Решим следующую задачу. Пусть жидкостный ракетный двигатель имеет удельный импульс 5 км/с, а у нашего ИРД он будет 50 км/с. И давайте масса рабочего тела (в ЖРД она равна массе топлива) у обоих двигателей будет 50 кг. Примем массу космического аппарата равной 100 кг.
Найдём по формуле Циолковского конечную скорость аппарата (т.е. когда в нём закончится рабочая масса).

И что получается, если ионный и химический реактивные двигатели будут иметь одинаковую массу топлива, то ИРД сможет разогнать космический аппарат до больших скоростей, нежели химический РД. Правда на ИРД космический аппарат будет разгонятся дольше до конечной скорости, чем на ЖРД. Но в путешествиях к далёким планетам, высокая конечная (разгонная) скорость будет компенсировать этот недостаток.

Схема полёта к Марсу на ИРД

ИРД используются и в наше время. Например, аппарат Deep Space 1 сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, передал на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений.


Deep Space 1

Также космическая антенна LISA, которая сейчас находится на стадии проектирования, будет использовать ИРД для корректировки орбиты.


Laser Interferometer Space Antenna

И напоследок, давайте определим тягу ИРД, зная массу иона М=6,5∙10^-26 кг, ускоряющие напряжение U=50 кВ, ток нейтрализации I=0,5 А, элементарный заряд е=1,6∙10^-16 Кл.

Напряжение — это работа по переносу заряда, т.е. на выходе из сопла ион будет иметь кинетическую энергию равную произведению напряжения на заряд иона. Из кинетической энергии выражаем скорость (удельный импульс). Найдём массовый расход из определения тока, электрический ток — это проходящий заряд во времени. Получается, что массовый расход — это произведение массы иона и тока, делённое на заряд иона. Перемножая удельный импульс и массовый расход, получаем тягу равную 0,1 Н.

Подводя итог, хочу сказать, что существуют плазменные реактивные двигатели, у которых схожее устройство, но которые имеют намного больший массовый расход рабочего тела. Кто знает, может быть уже завтра на таких двигателях человечество будет летать на Марс и Луну.

История реактивного двигателя

Прекурсоры [править]

Реактивные двигатели датируются изобретением эолипиля около 150 г. до н.э. В этом устройстве использовалась энергия пара, направляемая через два сопла, для того, чтобы сфера быстро вращалась вокруг своей оси. [1] Насколько известно, он не использовался для подачи механической энергии, и потенциальные практические применения этого изобретения не были признаны. Это просто считалось любопытством.

Archytas, основатель математической механики, как описано в трудах Авла Геллиуса спустя пять веков после него, был известен тем, что спроектировал и построил первое искусственное самоходное летающее устройство.Это устройство представляло собой модель в форме птицы, приводимую в движение струей того, что, вероятно, было паром, которое, как говорят, фактически пролетело около 200 метров.

Османская империя Лагари Хасан Челеби, как говорят, взлетел в 1633 году с ракетой в форме конуса, а затем с крыльями совершил успешную посадку, завоевав позицию в Османской армии. Однако по сути это был трюк. Проблема заключалась в том, что ракеты просто слишком неэффективны на низких скоростях, чтобы быть полезными для авиации общего назначения.

Первый рабочий пульс был запатентован в 1906 году русским инженером В.В. Караводин, который закончил рабочую модель в 1907 году. Французский изобретатель Жорж Марконне запатентовал свой бесклапанный импульсный двигатель в 1908 году, а Рамон Казанова в Риполле, Испания, запатентовал импульсный двигатель в Барселоне в 1917 году, построив один из них в 1913 году. Роберт Годдард изобрел импульсный двигатель в 1931 году и продемонстрировал его на реактивный велосипед. [2] Инженер Пол Шмидт впервые разработал более эффективную конструкцию, основанную на модификации впускных клапанов (или заслонок), и заслужил государственную поддержку Министерства авиации Германии в 1933 году. [3]

Рамон Казанова и импульсный двигатель, который он сконструировал и запатентовал в 1917 году

Некоторые ранние попытки создания воздушно-реактивных двигателей были гибридными, в которых внешний источник энергии сначала сжимал воздух, который затем смешивался с топливом и сжигался для реактивной тяги. В одной из таких систем, названной Secondo Campini термоструйным двигателем , но чаще - моторным, воздух сжимался вентилятором, приводимым в движение обычным поршневым двигателем. Примеры включают в себя Caproni Campini N.1 и японский двигатель Tsu-11, предназначенный для питания самолетов "Ока камикадзе" в конце Второй мировой войны. Ни один из них не был полностью успешным, и CC.2 оказался медленнее, чем тот же дизайн с традиционной комбинацией двигателя и пропеллера.

В 1913 году французский авиационно-космический инженер Рене Лорин запатентовал конструкцию первого в мире ПВР, но не было возможности разработать работающий прототип, поскольку ни один из существующих самолетов не мог достичь достаточной скорости, чтобы он мог работать, и поэтому концепция оставалась теоретической.

Инженеры в 1930-х годах поняли, что максимальная производительность поршневых двигателей была ограничена, [4] из-за того, что эффективность движителей снизилась, когда кончики лезвий приблизились к скорости звука. Чтобы рабочие характеристики двигателя выходили за пределы этого барьера, необходимо было бы найти способ радикально улучшить конструкцию поршневого двигателя или разработать совершенно новый тип силовой установки. Газотурбинные двигатели, обычно называемые «реактивными» двигателями, могли бы сделать это.

Немецкий патент Альберта Фоно на реактивные двигатели (январь 1928 г. - выдан в 1932 г.).Третья иллюстрация - турбореактивный

Ключом к практическому реактивному двигателю была газовая турбина, используемая для извлечения энергии из самого двигателя для привода компрессора. Газовая турбина не была идеей, разработанной в 1930-х годах: патент на стационарную турбину был выдан Джону Барберу в Англии в 1791 году. Первая газовая турбина, которая успешно работала автономно, была построена в 1903 году норвежским инженером Агидиусом Эллингом. Ограничения в конструкции и практическом проектировании и металлургии не позволили таким двигателям дойти до производства.Основными проблемами были безопасность, надежность, вес и, особенно, длительная эксплуатация.

В Венгрии Альберт Фоно в 1915 году разработал решение для увеличения дальности стрельбы артиллерии, включив в себя снаряд, запускаемый из оружия, который должен был быть объединен с двигателем прямоточного двигателя. Это должно было сделать возможным получение дальнего радиуса действия с низкими начальными скоростями дульного среза, что позволяло запускать тяжелые снаряды из относительно легких орудий. Фоно представил свое изобретение Австро-Венгерской армии, но предложение было отклонено.В 1928 году он подал заявку на получение немецкого патента на самолет, приводимый в действие сверхзвуковым реактивным двигателем, и он был присужден в 1932 году. [5] [6] [7]

Первый патент на использование газовой турбины для питания Самолет был подан в 1921 году французом Максимом Гийомом. [8] Его двигатель представлял собой турбореактивный двигатель с осевым потоком.

В 1923 году Эдгар Бакингем из Национального бюро стандартов США опубликовал отчет [9] , в котором выражается скептицизм в отношении того, что реактивные двигатели будут экономически конкурентоспособны с воздушными судами, эксплуатируемыми на винтах, на малых высотах и ​​воздушными скоростями периода: «там в настоящее время не представляется какой-либо перспективой, независимо от того, какие реактивные двигатели того типа, который здесь рассматривается, будут иметь практическую ценность, даже для военных целей."

Вместо этого к 1930-м годам поршневой двигатель во многих его различных формах (вращающийся и статический радиальный, с воздушным и жидкостным охлаждением) был единственным типом силовой установки, доступной для авиастроителей. Это было приемлемо до тех пор, пока требовались только низкоэффективные самолеты, и действительно все, что было доступно.

до Второй мировой войны [править]

В 1928 году курсант RAF College Cranwell [10] Фрэнк Уиттл официально представил свои идеи по созданию турбореактивного двигателя своему начальству.В октябре 1929 года он развил свои идеи дальше. [11] 16 января 1930 года в Англии Уиттл представил свой первый патент (выданный в 1932 году). [12] В патенте описан двухступенчатый осевой компрессор, питающий односторонний центробежный компрессор. Практические осевые компрессоры стали возможными благодаря идеям А.А. Гриффит в оригинальной статье 1926 года («Аэродинамическая теория конструкции турбины»). Позднее Уиттл сконцентрируется только на более простом центробежном компрессоре по ряду практических соображений.Свой первый двигатель Уиттл работал в апреле 1937 года. Он работал на жидком топливе и содержал автономный топливный насос. Команда Уиттла испытывала почти панику, когда двигатель не останавливался, ускоряясь даже после выключения топлива. Оказалось, что топливо просочилось в двигатель и скопилось в бассейнах.

Heinkel He 178, первый в мире самолет, который летал исключительно на турбореактивных двигателях.

В 1935 году Ханс фон Охайн начал работать над аналогичным проектом в Германии, и часто утверждают, что он не знал о работе Уиттла. [13] Охайн сказал, что он не читал патент Уиттла, и Уиттл поверил ему (Фрэнк Уиттл, 1907–1996). Однако патент Уиттла был в немецких библиотеках, и у сына Уиттла были подозрения, что Охайн читал или слышал о нем. [14]

Спустя годы фон Охайн в своей биографии [15] признал, что это так. Автор Маргарет Коннер заявляет: «Патентный поверенный Охина столкнулся с патентом Уиттла в те годы, когда разрабатывались патенты фон Охайна».Сам фон Охайн цитируется как « Мы чувствовали, что это выглядело как патент на идею», «Мы думали, что над этим серьезно не работали». Поскольку патент Ohain не был подан до 1935 года, это признание ясно показывает, что он прочитал патент Уиттла и даже критиковал его в некоторых деталях до подачи своего собственного патента и примерно за 2 года до запуска собственного двигателя.

VON OHAIN: «Наши патентные претензии пришлось сузить по сравнению с заявками Уиттла, потому что Уиттл показал определенные вещи.« » Когда я увидел патент Уиттла, я был почти уверен, что он как-то связан с комбинациями всасывания пограничного слоя. У него был двухпоточный компрессор с радиальным потоком с двумя входами, который выглядел чудовищно с точки зрения двигателя. Его изменение потока показалось нам нежелательным, но оказалось, что оно не так уж и плохо, хотя и привело к небольшим проблемам с нестабильностью ».

Его первое устройство было строго экспериментальным и могло работать только от внешнего источника, но он смог продемонстрировать основную концепцию.Затем Ohain был представлен Эрнсту Хейнкелю, одному из крупнейших авиастроителей того времени, который сразу же увидел перспективу разработки. Heinkel недавно приобрел компанию по производству двигателей Hirth, и там были основаны Ohain и его мастер-механик Макс Хан как новое подразделение компании Hirth. У них был первый центробежный двигатель HeS 1, работающий к сентябрю 1937 года. В отличие от конструкции Уиттла, Охайн использовал водород в качестве топлива, подаваемого под внешним давлением. Их последующие разработки привели к тому, что HeS 3 на бензине мощностью 1100 фунтов (5 кН) был установлен на простом и компактном корпусе Heinkel He 178 и вылетел Эрихом Варцицем ранним утром 27 августа 1939 года с аэродрома Росток-Мариенехе, впечатляюще короткое время для развития.He 178 был первым в мире самолетом с турбореактивным двигателем. [16]

Первым в мире турбовинтовым двигателем был Jendrassik Cs-1, разработанный венгерским инженером-механиком Георгием Йендрассиком. Он был изготовлен и испытан на заводе Ganz в Будапеште между 1938 и 1942 годами. Его планировалось установить на двухмоторный разведывательный бомбардировщик Varga RMI-1 X / H, разработанный Ласло Варга в 1940 году, но программа была отменена. Jendrassik также разработал небольшой турбовинтовой двигатель мощностью 75 кВт в 1937 году.

Двигатель Уиттла начал казаться полезным, а его Power Jets Ltd. начали получать деньги Министерства авиации. В 1941 году летательный вариант двигателя под названием W.1 , способный выдерживать тягу в 1000 фунтов-силы (4 кН), был установлен на планер Gloster E28 / 39, специально построенный для него, и впервые вылетел 15 мая 1941 года на ВВС Крануэлл.

Изображение раннего центробежного двигателя (DH Goblin II), на котором показаны его внутренние компоненты.

Британский конструктор авиационных двигателей Фрэнк Хэлфорд, работающий на основе идей Уиттла, разработал «прямую» версию центробежной струи; его дизайном стал де Хэвилленд Гоблин.

Одна из проблем этих двух ранних конструкций, которые называются двигателями с центробежным потоком , заключалась в том, что компрессор работал, ускоряя воздух наружу от центрального воздухозаборника к внешней периферии двигателя, где воздух затем сжимался установка расходящегося воздуховода, преобразующая его скорость в давление. Преимущество этой конструкции состояло в том, что она была уже хорошо понята, была реализована в центробежных нагнетателях, а затем широко использовалась в поршневых двигателях.Однако, учитывая ранние технологические ограничения на частоту вращения вала двигателя, компрессор должен был иметь очень большой диаметр для получения необходимой мощности. Это означало, что двигатели имели большую лобовую площадь, что делало его менее полезным в качестве силовой установки самолета из-за сопротивления. Еще одним недостатком более ранних конструкций Уиттла было то, что воздушный поток возвращался через секцию сгорания и снова в турбину и выхлопную трубу, что увеличивало сложность и снижало эффективность. Тем не менее, у этих типов двигателей были основные преимущества: легкий вес, простота и надежность, и разработка быстро перешла к практичным летным конструкциям.

Вырез двигателя Junkers Jumo 004.

Австриец Ансельм Франц из подразделения двигателей Junkers ( Junkers Motoren или Jumo ) решил эти проблемы с введением компрессора осевого потока. По сути, это турбина задним ходом. Воздух, поступающий в передней части двигателя, направляется к задней части двигателя через ступень вентилятора (сходящиеся каналы), где он раздавливается против набора невращающихся лопастей, называемых статорами (расходящиеся каналы).Этот процесс далеко не такой мощный, как центробежный компрессор, поэтому некоторые из этих пар вентиляторов и статоров расположены последовательно, чтобы получить необходимое сжатие. Даже при всей дополнительной сложности полученный двигатель имеет гораздо меньший диаметр и, следовательно, более аэродинамический. Jumo был присвоен следующий номер двигателя в последовательности нумерации RLM, 4, и результатом стал двигатель Jumo 004. После того, как были решены многие меньшие технические трудности, массовое производство этого двигателя началось в 1944 году в качестве силовой установки для первого в мире реактивного истребителя, Messerschmitt Me 262 (а позже и первого в мире реактивного бомбардировщика, Arado Ar 234).Задержка работоспособности двигателя была вызвана множеством причин, из-за которых истребитель прибыл слишком поздно, чтобы оказать решающее влияние на положение Германии во Второй мировой войне. Тем не менее, он запомнится как первое использование реактивных двигателей в эксплуатации.

Фирма авиационных силовых установок Heinkel-Hirth также попыталась создать более мощный турбореактивный двигатель Heinkel HeS 011 с почти 3000 фунтов тяги на полную мощность, очень поздно в войне, чтобы улучшить параметры тяги, доступные для новых немецких военных реактивных самолетов. проекты, а также для улучшения производительности существующих конструкций.В нем использовалась уникальная «диагональная» секция компрессора, в которой сочетались особенности компоновки центробежного и осевого компрессоров для турбореактивных силовых установок, но она оставалась на испытательном стенде, и было выпущено всего около девятнадцати примеров.

В Великобритании их первый двигатель с осевым потоком, Metrovick F.2, работал в 1941 году и впервые был запущен в 1943 году. Несмотря на то, что в то время он был более мощным, чем центробежные конструкции, министерство сочло его сложность и ненадежность недостатком в военное время. Работа в Metrovick привела к созданию двигателя Armstrong Siddeley Sapphire, который будет построен в США как J65.

После Второй мировой войны [править]

После окончания войны немецкие реактивные самолеты и реактивные двигатели были всесторонне изучены победоносными союзниками и способствовали работе над ранним советским (см. Архип Люлька) и американскими реактивными истребителями. Наследие двигателя с осевым потоком проявляется в том факте, что практически все реактивные двигатели на самолетах с неподвижным крылом были вдохновлены этой конструкцией.

Центробежные двигатели улучшены с момента их появления. С улучшением технологии подшипников частота вращения двигателя была увеличена, что значительно уменьшило диаметр центробежного компрессора.Небольшая длина двигателя остается преимуществом этой конструкции, особенно для использования в вертолетах, где общий размер более важен, чем фронтальная площадь. Кроме того, поскольку их компоненты двигателя более прочные, они менее подвержены повреждению посторонними предметами, чем двигатели компрессоров с осевым потоком.

Хотя немецкие конструкции были более совершенными в аэродинамическом отношении, сочетание простоты и отсутствия необходимых редких металлов для необходимой современной металлургии (например, вольфрама, хрома и титана) для компонентов с высоким напряжением, таких как лопатки турбин и подшипники и т. Д.Это означало, что немецкие двигатели, произведенные позднее, имели короткий срок службы и должны были быть заменены через 10–25 часов. Британские двигатели также широко производились по лицензии в США (см. «Миссия Тизера») и продавались Советской России, которая производила обратный инжиниринг, а Nene продолжал приводить в действие знаменитый МиГ-15. Американские и советские конструкции, независимые типы осевого потока, по большей части, стремились достичь превосходных характеристик до 1960-х годов, хотя General Electric J47 обеспечивал превосходное обслуживание в F-86 Sabre в 1950-х годах.

К 1950-м годам реактивный двигатель был почти универсальным в боевых самолетах, за исключением грузовых, вспомогательных и других специальных типов. К этому моменту некоторые из британских проектов уже были очищены для гражданского использования и появились на ранних моделях, таких как de Havilland Comet и Avro Canada Jetliner. К 1960-м годам все большие гражданские самолеты также имели реактивный двигатель, в результате чего поршневой двигатель выполнял такие недорогие нишевые функции, как грузовые полеты.

Непрекращающиеся улучшения в турбовинтовом двигателе полностью вытолкнули поршневой двигатель (двигатель внутреннего сгорания) из основного потока, оставляя его обслуживающему только самые маленькие конструкции авиации общего назначения и некоторые из них используются в беспилотных летательных аппаратах.Восхождение реактивного двигателя к почти универсальному использованию в самолетах заняло менее двадцати лет.

Однако история еще не закончилась, так как эффективность турбореактивных двигателей была все же несколько хуже, чем у поршневых двигателей, но к 1970-м годам с появлением реактивных двигателей с большим байпасом это нововведение не было предвидено такими ранними комментаторами, как Эдгар. Бакингем, на высоких скоростях и больших высотах, которые казались им абсурдными, только тогда топливная эффективность, наконец, превысила эффективность лучших поршневых и винтовых двигателей, [17] и мечту о быстрых, безопасных, экономичных путешествиях по всему миру, наконец Прибыл, и их суровый, если это хорошо обосновано на то время, предсказания, что реактивные двигатели никогда не будут много, были убиты навсегда. "ч20-3". Hq.nasa.gov. Получено 2010-03-26. ,

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. 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 похожим 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

Турбовинты

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 использовался в основном в ракетных 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

,

Как работает реактивный двигатель

Возможно, вы задавались вопросом, как работает реактивный двигатель, но отказались от идеи, что вы сможете понять ракетостроение. Но на самом деле это простая концепция, которая поразит человека рядом с вами на вашем следующем рейсе. Итак, мы собираемся объяснить вовлеченные процессы, чтобы каждый мог получить хорошее представление о принципах, лежащих в основе реактивных двигателей.

Реактивные двигатели, более часто используемые для самолетов, представляют собой тип газотурбинного двигателя.Теперь вы можете знать паровые турбины, где топливо сжигается для производства высокотемпературного протекающего пара, который приводит в движение турбину, а затем вращает вал, прежде чем будет выпущен из системы. Поворот этого вала является выходной мощностью, и именно это вращение приводит в движение вращающийся объект. Газовая турбина напоминает те же основные принципы, однако за работу турбины отвечает газ под давлением. В реактивных двигателях высокотемпературный газ под давлением обеспечивает вращение компрессора спереди, но, что более важно, то, что выпускается из системы, вылетает сзади с высокой скоростью, создавая так называемую тягу.

Проще говоря, реактивные двигатели имеют сердечник, который разделен на три основные части:

  • Компрессор - в передней части двигателя расположены лопасти вентилятора, некоторые вращающиеся (роторы) и некоторые статические (статоры), которые всасывают воздух в двигатель. Существует множество рядов лопастей, и, когда воздух проходит мимо каждого ряда, он становится все более герметичным и температура повышается.
  • Камера сгорания - этот сжатый воздух затем распыляется с топливом (чаще всего Jet A или Jet A-1, которые имеют керосиновый тип), а затем электрическая искра зажигает смесь топлива и воздуха в камере.Это приводит к тому, что смесь воздуха и топлива сгорает, что значительно увеличивает давление и температуру.
  • Турбины - горячий сжатый газ вытягивается из двигателя задней турбиной, которая забирает энергию из газа и вызывает падение давления и температуры. Когда давление снижается, газ течет быстрее (подумайте о том, чтобы отпустить надувной баллон). Энергия от газа, который приводит в движение заднюю турбину, обеспечивает вращение компрессора, который всасывает воздух спереди.

Высокоскоростные газы, выпускаемые через заднее сопло, вызывают тягу. Чтобы понять это, мы ссылаемся на третий закон движения Ньютона: для каждого действия существует равная и противоположная реакция. Когда газ вырывается из спины, вперед направляется равная и противоположная сила. Подумайте о том, когда вы толкаете стену бассейна, чтобы скользить в противоположном направлении; даже если сила вашего толчка направлена ​​к стене, равная и противоположная сила реакции заставляет вас двигаться в противоположном направлении.

При скорости около 400 миль в час один фунт тяги равен одной лошадиной силе, но на более высоких скоростях это соотношение увеличивается, а фунт тяги больше, чем одна лошадиная сила. На скорости менее 400 миль в час это соотношение уменьшается. Эта сила позволяет большим самолетам, таким как 747, летать со скоростью до 600 миль в час.

Существуют также различные типы реактивного двигателя, такие как турбовинтовой двигатель. Вы узнаете, является ли это турбовинтовым двигателем с помощью больших выталкивающих винтов в передней части, который отвечает за тягу, так как большая часть энергии от газа передается в компрессор задними турбинами, поэтому воздействующий газ не отвечает за тяга.

Турбовальный вал - это тип вертолетов, силовых установок и даже танка М1. Процесс аналогичен турбовинтовому двигателю, однако вместо привода гребных винтов вращающийся вал может питать различные устройства, такие как насосы, генераторы, колеса и вообще все, что вращается.

Современные большие самолеты используют турбовентилятор High-Bypass Turbofan, который похож на стандартный турбореактивный двигатель, за исключением того, что большой вентилятор спереди всасывает больше воздуха в двигатель. Однако не весь воздух проходит через компрессор и турбины, при этом большая часть воздуха фактически проходит через сердечник и проходит через каналы снаружи от сердечника (в среднем в 5 раз больше воздуха обходится, чем фактически проходит через сердечник).Они более эффективны, особенно на дозвуковых скоростях (т. Е. Ниже скорости звука, 768 миль в час), а также намного тише, при этом все еще имея способность разгоняться на более тяжелом по сравнению с тепловозом локомотиве от 0 до 200 миль в час менее чем за 60 секунд.


Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.