Устройство работы реактивного двигателя

IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Как работает реактивный двигатель?

• » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,w > Печать
• E-mail

Дата Категория: Транспорт

Вращающийся воздушный винт тянет самолет вперед. Но реактивный двигатель с большой скоростью выбрасывает горячие отработавшие газы назад и тем самым создает реактивную силу тяги, направленную вперед.

Типы реактивных двигателей

Существует четыре типа реактивных, или газотурбинных двигателей:

Турбореактивные;

Турбовентиляторные — такие, как используемые на пассажирских лайнерах Боинг-747;

Турбовинтовые, где используют воздушные винты, приводимые в действие турбинами;

и Турбовальные, которые ставят на вертолеты.

Турбовентиляторный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины, дающей энергию. Сначала воздух поступает в двигатель и сжимается при помощи вентилятора. Затем, в камере сгорания, сжатый воздух смешивается с горючим и сгорает, образуя газ при высокой температуре и высоком давлении. Этот газ проходит через турбину, заставляя ее вращаться с огромной скоростью, и выбрасывается назад, создавая таким образом реактивную силу тяги, направленную вперед.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Турбореактивный двигатель

В турбореактивном двигателе воздух забирается спереди, сжимается и сгорает вместе с топливом. Образующиеся в результате сгорания выхлопные газы создают реактивную силу тяги.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовые двигатели соединяют реактивную тягу выхлопных газов с передней тягой, создаваемой при вращении воздушного винта.

Источник: http://information-technology.ru/sci-pop-articles/27-transport/6159-kak-rabotaet-reaktivnyj-dvigatel

Как работает реактивный двигатель?

В науке реактивным движением называют движение тела, возникающее при отделении от него некоторой его части. Что это означает?

Можно привести простые примеры. Представьте себе, что Вы находитесь в лодке посреди озера. Лодка неподвижна. Но вот Вы берете со дна лодки увесистый камень и с силой кидаешь его в воду. Что произойдет тогда? Лодка начнет медленно двигаться. Другой пример. Надуем резиновый шарик, а потом позволим воздуху свободно выходить из него. Сдувающийся шарик полетит в сторону, противоположную той, в которую устремится струя воздуха. Сила действия равна силе противодействия. Вы с силой бросили камень, но та же сила заставила лодку двигаться в противоположную сторону.

На этом законе физики и построен реактивный двигатель. В жаропрочной камере сгорает топливо. Образующийся при сгорании раскаленный расширяющийся газ с силой вырывается из сопла. Но та же сила толкает сам двигатель (вместе с ракетой или самолетом в противоположную сторону). Эта сила называется тягой.

Принцип реактивного движения известен человечеству давно — простые ракеты делали еще древние китайцы. Но вот для того, чтобы в небо поднялись современные самолеты и ракеты, инженерам пришлось решить немало технических задач, и сегодняшние реактивные двигатели являются достаточно сложными устройствами.

Давайте попробуем заглянуть внутрь реактивных двигателей, применяемых в авиации. О двигателях космических ракет поговорим как-нибудь в другой раз.

Итак сегодня реактивные самолеты летают на трех типах двигателей:

Как они устроены и чем отличаются друг от друга? Начнем с самого простого — турбореактивного . Само название этого устройства подсказывает нам ключевое слово — «турбина». Турбина — это вал, вокруг которого закреплены лопатки — металлические «лепестки» развернутые под углом. Если на турбину вдоль вала направить поток воздуха (или воды, например) она начнет вращаться. Если, наоборот, начать вращать вал турбины, ее лопасти станут гнать вдоль вала поток воздуха или воды.

Зачем нужна турбина? Горение — это соединение топлива с кислородом, газом, которого в обычном воздухе не так уж много. Точнее, его вполне достаточно, для того, чтобы мы с вами им дышали. Но для «дыхания» камеры сгорания реактивного двигателя кислород слишком сильно растворен в воздухе .

Что надо сделать, чтобы затухший костер вновь разгорелся? Правильно! Подуть на него или помахать над ним , например, листом фанеры. Силой нагнетая воздух, вы «подкармливаете» тлеющие угли кислородом и пламя загорается вновь. То же самое делает турбина в турбореактивном двигателе.

Когда самолет движется вперед, струя воздуха попадает в двигатель. Здесь воздух встречается с вращающимися с огромной скоростью турбинами компрессора. Слово «компрессор» можно перевести на русский язык как «сжиматель». Лопатки турбин компрессора сжимают воздух примерно в 30 раз и «проталкивают» его в камеру сгорания. Раскаленный газ, получившийся в ходе сгорания топлива устремляется дальше, к соплу. Но на его пути оказывается еще одна турбина. Попадая на ее лопатки , струя газа заставляет ее вал вращаться. Но к этому же валу прикреплены турбины компрессора. Получается такой своеобразный «тяни-толкай». Компрессор накачивает воздух в двигатель, смесь сжатого воздуха и топлива сгорает, выделяя раскаленный газ, а газ на пути к соплу вращает турбины компрессора.

Возникает интересный вопрос — как же завести такой двигатель? Ведь пока сжатый воздух не поступит в камеру сгорания, топливо не начнет гореть. Значит не будет раскаленного газа, который станет вращать турбину компрессора. Но пока турбина компрессора не закрутится, не будет сжатого воздуха.

Устройство турбореактивного двигателя.

Турбореактивные двигатели отличаются большой мощностью и относительно мало весят. Поэтому их обычно устанавливают на сверхзвуковых военных самолетах, а также на сверхзвуковых пассажирских лайнерах. Но есть у таких моторов и серьезные недостатки — они сильно шумят и сжигают слишком много топлива.

Поэтому, на самолетах, летающих на дозвуковых скоростях (меньше 1200 километров в час) ставятся так называемые турбовентиляторные двигатели .

Устройство турбовентиляторного двигателя.

Отличаются они от турбореактивного двигателя тем, что впереди, до компрессора, на валу закреплена еще одна турбина с большими лопатками — вентилятор. Именно она первой встречает поток встречного воздуха и с силой гонит его назад. Часть этого воздуха, как и в турбореактивном двигателе, поступает в компрессор и дальше, в камеру сгорания, а другая часть «обтекает» камеру и тоже отбрасывается назад, создавая дополнительную тягу. Точнее говоря, для турбовентиляторного двигателя основная реактивная тяга (примерно 3/4) создается как раз этим самым потоком воздуха, который гонит вентилятор. И лишь 1/4 тяги дают вырывающиеся из сопла раскаленные газы.

Такой мотор гораздо меньше шумит и сжигает значительно меньше топлива, что очень важно для самолетов, используемых для перевозки пассажиров.

Устройство турбовинтового двигателя.

В турбовинтовом двигателе вращение вала турбины передаются на пропеллер — воздушный винт, который толкает самолет вперед. Винт с огромными лопастями не может вращаться с такой же бешеной скоростью, как вал турбины. Поэтому пропеллер с валом соединяет редуктор, понижающий скорость вращения. И хотя турбовинтовой двигатель «съедает» мало топлива, а значит делает стоимость перелета дешевле, он не может разогнать самолет до большой скорости. Поэтому в наши дни такие моторы используются в основном в транспортной авиации и на небольших пассажирских самолетах, совершающих местные рейсы.

Как сделать реактивный двигатель домашних условиях (опыт)?

Для опыта Вам понадобятся:

1. нитка покрепче;

2. широкая соломинка для коктейля;

3. воздушный шарик продолговатой формы;

5. бельевая прищепка.

Натяните нитку (можно под углом), продев ее предварительно сквозь соломинку. Надуй шарик, а чтобы он не сдулся, защипните его бельевой прищепкой как показано на рисунке слева. Теперь примотайте шарик к соломинке скотчем. Реактивный двигатель готов!

На старт! Разожмите прищепку. Из шарика вырвется струя воздуха, а сам он, вместе с соломинкой заскользит вперед по нитке.

Источник: http://alfaed.ru/kak-rabotaet-reaktivnyj-dvigatel.html/

Принцип работы реактивного двигателя

Кто придумал реактивный двигатель

Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости в 1903 году российский ученый К. Э. Циолковский в своем труде «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Константину Эдуардовичу потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.

Сейчас много говорят о первенстве в этом вопросе одного из цареубийц Александра 2, революционера Кибальчича. Хотя его завещание и датировались 1881 годом, но к моменту выхода работы Константина Эдуардовича еще было погребено в тюремных архивах. К тому же это были лишь наброски, тогда как ученый сумел подвести надежный грунт под теорию уже в своих ранних работах.

Принцип действия реактивной силы

Если вам доводилось стрелять из огнестрельного оружия, или хотя бы наблюдать процесс со стороны, вы уже сталкивались с реактивной силой. Именно струя раскаленных газов, образовавшихся при сгорании пороха, отталкивает ствол назад. Чем больше количество заряда, тем круче отдача. А теперь представьте, что процесс воспламенения смеси постепенен и непрерывен. Получаем ракету с твердотопливным РД. Это самый простой вид двигателя, хорошо знакомый ракетомоделистам.

В качестве топлива в РДТТ сначала использовали дымный порох, более сложные варианты уже имеют основу в виде нитроцеллюлозы, растворенной в нитроглицерине. Топливом для небольших ракет выступает натриевая или калиевая селитра, смешанная с углеводами типа сахара или сорбита. Сделать такой движок можно самостоятельно, можно найти готовую модель и топливо в продаже. Большие твердотопливные двигатели использовались для запуска ракет, выводивших на орбиту шаттлы (характерный густой оранжевый дым при запуске ракеты дают именно такие двигатели), а также в военных целях для МБР. У них топливом выступает смесь полимерного горючего и перхлорат аммония как окислитель. Знаменитый «Тополь-М» основан именно на твердотопливных двигателях.

Твердотопливные двигатели относительно простые в конструкции, имеют нетоксичное топливо, надежные и пожаробезопасные, могут долго храниться, представляя собой стратегический арсенал. Однако удельный импульс у них небольшой, ими трудно управлять (включая не только направление тяги, но и запуск, а также остановку двигателя), а потому для космических полетов более предпочтительны ракетные двигатели на куда более эффективном жидком топливе.

Как работает реактивный двигатель

Разобравшись с реактивной силой, можно понять принцип работы реактивного двигателя. Рассмотрим классический вариант — жидкостный реактивный двигатель, или ЖРД, не претерпевший принципиальных изменений со времени его разработки Циолковским. Для создания толкающей струи или, как принято говорить, рабочего тела, в них применяют смесь топлива с окислителем.

Окислителем чаще всего выступает жидкий кислород или азотная кислота, как топливо применяют керосин. Современные криогенные ЖРД используют жидкий водород, при окислении кислородом позволяющий на 30% увеличить удельный импульс по сравнению с керосиново-кислородными. Кстати, идею применения водорода также предложил Циолковский в том же труде 1903 года, но чрезвычайная взрывоопасность и технически непреодолимые, на тот момент, трудности заставили искать другое топливо.

Поступающие из отдельных баков в рабочую камеру, компоненты превращаются в смесь, сгорающую с выделением колоссального количества тепла и давлением в десятки атмосфер. Окислитель вводится непосредственно в камеру. Топливо, проходя между сдвоенными, словно в термосе, стенками сопла и камеры, охлаждает их. Разогретое таким образом, оно впрыскивается многочисленными форсунками в зону горения. Сформированная соплом струя, вырываясь наружу, обеспечивает толкающий момент.

Почти паяльная лампа, только несколько сложнее. Ведь в предложенной схеме, не упоминаются различные компрессоры, создающие необходимое для впрыска давление, питающие их турбины, клапана и многие другие компоненты, без участия которых эксплуатация двигателя невозможна.

Виды ракетных двигателей

Самым экзотичным видом ракетных двигателей можно назвать электрореактивные, или плазменные движки. Принцип их действия основан не на поджигании топлива, а на использовании энергии выброса заряженного инертного газа (как правило, ксенона), который разгоняется с помощью электрического тока и магнитов. Удельный импульс у них небольшой, и на Земле они не применяются. Но зато для космических аппаратов, где масса двигателя имеет критическое значение, большая скорость выброса рабочего тела (а это означает его небольшой требуемый запас) и компактность двигателя сделало плазменный движок отличным вариантом для выполнения маневров и коррекции орбиты у малых спутников.

В авиации получили распространение другие виды РД – воздушные прямоточные и турбореактивные, но они имеют несколько иную конструкцию и рабочие характеристики.

Источник: http://kakustroen.ru/tehnika/princip-raboty-reaktivnogo-dvigatelya

Реактивный двигатель: современные варианты исполнения

Реактивными двигателями называют такие устройства, которые создают нужную для процесса движения силу тяги преобразованием внутренней энергии горючего в кинетическую энергию реактивных струй в рабочем теле. Рабочее тело стремительно проистекает из двигателя, и по закону сохранения импульса формируется реактивная сила, которая толкает двигатель в противолежащем направлении. Чтобы разогнать рабочее тело может применяться как расширение газов, нагретых самыми разнообразными способами до высоких температур, а также и другими физическими процессами, в частности, ускорением заряженных частиц в электростатическом поле.

Реактивные двигатели сочетают в себе собственно двигатели с движителями. Имеется в виду, что они создают тяговые усилия исключительно взаимодействием с рабочими телами, без опор, либо контактами с остальными телами. То есть обеспечивают сами себе собственное продвижение, при этом промежуточные механизмы не принимают никакого участия. Вследствие этого в основном они используются для того, чтобы приводить в движение воздушные судна, ракеты и, конечно же, космические аппараты.

Что такое тяга двигателя?

Тягой двигателей называют реактивную силу, которая проявляется газодинамическими силами, давлением и трением, приложенными к внутренним и внешним сторонам двигателя.

Тяги различаются на:

• Внутренние (реактивные тяги), когда не учитывается внешнее сопротивление;
• Эффективные, учитывающие внешнее сопротивление силовых установок.

Отправная энергия запасается на борту летательных или других аппаратов, оснащенных реактивными двигателями (химическим горючим, ядерным топливом), или может притекать снаружи (например, солнечная энергия).

Как формируется реактивная тяга?

Для формирования реактивной тяги (тяги двигателя), которая используется реактивными двигателями, потребуются:

• Источники исходной энергии, которые превращаются в кинетическую энергию реактивных струй;
• Рабочие тела, которые в качестве реактивных струй будут выбрасываться из реактивных двигателей;
• Сам реактивный двигатель в качестве преобразователя энергии.

Как получить рабочее тело?

Для приобретения рабочего тела в реактивных двигателях могут использоваться:

• Вещества, отбираемые из окружающей среды (к примеру, вода, либо воздух);
• Вещества, находящиеся в баках аппаратов или в камерах реактивных двигателей;
• Смешанные вещества, поступающие из окружающей среды и запасаемые на бортах аппаратов.

Принцип работы реактивного двигателя

В реактивных двигателях струи воздушных потоков, которые попадают в двигатели, встречаются с обращающимися с колоссальной скоростью турбинами компрессоров, которые засасывают воздух из окружающей среды (при помощи встроенных вентиляторов). Следовательно, происходит решение двух задач:

• Первичное забирание воздуха;
• Охлаждение в целом всего двигателя.

Лопатки турбин компрессоров производят сжатие воздуха приблизительно от 30 и более раз, совершают «проталкивания» его (нагнетание) в камеру сгорания (происходит генерирование рабочего тела). Вообще камеры сгорания выполняют к тому же и роли карбюраторов, производя смешивание топлива с воздухом.

Это могут быть, в частности, смеси воздуха и керосина, как в турбореактивных двигателях современных реактивных самолетах, либо смеси жидкого кислорода и спирта, такими обладают кое-какие жидкостные ракетные двигатели, либо еще какое-то твердое топливо в пороховых ракетах. Как только образовалась топливно-воздушная смесь, происходит ее воспламенение с выделением энергии в виде тепла. Таким образом, топливом в реактивных двигателях могут быть только такие вещества, которые в результате химических реакций в двигателях (при возгорании) выделяют тепло, при этом образуя множество газов.

При возгорании совершается существенное разогревание смеси и деталей вокруг с объемным расширением. Собственно говоря, реактивные двигатели пользуются для продвижения управляемыми взрывами. Камеры сгорания в реактивных двигателях — это одни из самых горячих элементов (температурный режим в них может достигать до 2700 °С), и они требуют постоянного интенсивного охлаждения.

Реактивные двигатели снабжены соплами, через которые из них вовне с огромной скоростью вытекают накаленные газы, которые являются продуктами сгорания топлива. В некоторых двигателях газы оказываются в соплах сразу же после камер сгорания. Это относится, например, к ракетным или прямоточным двигателям.

Турбореактивные двигатели функционируют несколько иначе. Так, газы, после камер сгорания, вначале проходят турбинами, которым отдают свою тепловую энергию. Это делается для того, чтобы привести в движение компрессоры, которые послужат для сжатия воздуха перед камерой сгорания. В любом случае, сопла остаются последними частями двигателей, через которые протекут газы. Собственно они и формируют непосредственно реактивную струю.

В сопла направляют холодный воздух, который нагнетается при помощи компрессоров, чтобы охлаждать внутренние детали двигателей. Реактивные сопла могут обладать различными конфигурациями и конструкциями исходя из разновидностей двигателей. Так, когда скорость проистекания должна быть выше скорости звука, тогда соплам придаются формы расширяющихся труб или же вначале суживающиеся, а далее расширяющиеся (так называемые сопла Лаваля). Только с трубами такой конфигурации газы разгоняются до сверхзвуковых скоростей, при помощи чего реактивные самолеты перешагивают «звуковые барьеры».

Исходя из того, задействуется ли в процессе работы реактивных двигателей окружающая среда, они подразделяются на основные классы воздушно-реактивных двигателей (ВРД) и ракетных двигателей (РД). Все ВРД являются тепловыми двигателями, рабочие тела которых образуются тогда, когда происходит реакция окисления горючих веществ с кислородом воздушных масс. Поступающие из атмосферы воздушные потоки составляют основу рабочих тел ВРД. Таким образом, аппараты с ВРД несут на борту источники энергии (топливо), но большая часть рабочих тел черпается из окружающей среды.

К аппаратам ВРД относятся:

• Турбореактивные двигатели (ТРД);
• Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД);
• Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД);
• Гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД).

В противоположность воздушно-реактивным двигателям все компоненты рабочих тел РД находятся на борту аппаратов, оснащенных ракетными двигателями. Отсутствие движителей, взаимодействующих с окружающей средой, а также присутствие всех составляющих рабочих тел на борту аппаратов делают ракетные двигатели пригодными для функционирования в космическом пространстве. Имеется также комбинация ракетных двигателей, представляющих собой некое совмещение двух основных разновидностей.

Кратко об истории реактивного двигателя

Считается, что реактивный двигатель изобрели Ганс фон Охайн и выдающийся немецкий инженер-конструктор Фрэнк Виттл. Первый патент на действующий газотурбинный двигатель получил именно Фрэнк Виттл в 1930 году. Тем не менее, первая рабочая модель была собрана собственно Охайном. В конце лета 1939 года в небе появилось первое реактивное воздушное судно – He-178 (Хейнкель-178), который был снаряжен двигателем HeS 3, разработанным Охайном.

Как устроен реактивный двигатель?

Устройство реактивных двигателей довольно-таки простое и в то же время чрезвычайно сложное. Оно простое по принципу действия. Так, забортный воздух (в ракетных двигателях – жидкий кислород) засасывается в турбину. После чего он там начинает смешиваться с горючим и сгорать. На краю турбины образуется так называемое «рабочее тело» (ранее упоминаемая реактивная струя), которое продвигает летательный или космический аппарат.

При всей простоте, на самом деле это целая наука, ведь в середине таких двигателей рабочий температурный режим может достигать более тысячи градусов по Цельсию. Одной из важнейших проблем в турбореактивном двигателестроении является создание неплавящихся деталей из металлов, которые сами поддаются плавлению.

Устройство реактивного двигателя

В начале, перед каждой турбиной всегда располагается вентилятор, засасывающий воздушные массы из окружающей среды в турбины. Вентиляторы обладают большой площадью, а также колоссальной численностью лопастей специальных конфигураций, материалом для которых послужил титан. Сразу за вентиляторами располагаются мощные компрессоры, которые необходимы для нагнетания воздуха под огромным давлением в камеры сгорания. После камер сгорания горящие топливовоздушные смеси направляются в саму турбину.

Турбины состоят из множества лопаток, на которые оказывают давление реактивные потоки, которые и приводят турбины во вращение. Далее турбины вращают валы, на которых «насажены» вентиляторы и компрессоры. Собственно так, система становится замкнутой и нуждается исключительно в подводе топлива и воздушных масс.

Вслед за турбинами потоки направляются в сопла. Сопла реактивных двигателей являются последними, но не самыми последними по своей значимости частями в реактивных двигателях. Они формируют непосредственные реактивные струи. В сопла направляются холодные воздушные массы, нагнетаемые вентиляторами для охлаждения «внутренностей» двигателей. Эти потоки ограничивают манжеты сопел от сверхгорячих реактивных потоков и не позволяют им расплавляться.

Отклоняемый вектор тяги

Реактивные двигатели обладают соплами самых разнообразных конфигураций. Самыми передовыми считаются подвижные сопла, размещенные на двигателях, у которых имеется отклоняемый вектор тяги. Они могут сдавливаться и расширяться, а также отклоняться на существенные углы — так регулируются и направляются непосредственно реактивные потоки. Благодаря этому воздушные судна с двигателями, имеющими отклоняемый вектор тяги, становятся чрезвычайно маневренными, потому что процессы маневрирования происходят не только вследствие действий механизмов крыльев, но также прямо самими двигателями.

Типы реактивных двигателей

Имеется несколько основных разновидностей реактивных двигателей. Так, классическим реактивным двигателем можно назвать авиадвигатель в самолете F-15. Большинство таких двигателей используются преимущественно на истребителях самых разнообразных модификаций.

Двухлопастные турбовинтовые двигатели

В этой разновидности турбовинтовых двигателей мощность турбин через понижающие редукторы направляется для вращения классических винтов. Наличие таких двигателей позволяет большим воздушным суднам осуществлять полеты с максимально приемлемыми скоростями и при этом расходовать меньшее количество авиатоплива. Нормальная крейсерская скорость у турбовинтовых воздушных суден может быть 600—800 км/ч.

Турбовентиляторные реактивные двигатели

Эта разновидность двигателей является более экономичной в семействе двигателей классических типов. Главной отличительной характеристикой в них является то, что на входе ставятся вентиляторы больших диаметров, которые подают воздушные потоки не только для турбин, но и создают довольно-таки мощные потоки вне их. Вследствие этого, можно достичь повышенной экономичности, путем усовершенствования КПД. Они используются на лайнерах и больших воздушных суднах.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели

Эта разновидность двигателей функционирует таким образом, что не нуждается в подвижных деталях. Воздушные массы нагнетаются в камеру сгорания непринужденным путем, благодаря торможению потоков об обтекатели входных отверстий. В дальнейшем совершается все то же, что и в обыкновенных реактивных двигателях, а именно воздушные потоки смешиваются с топливом и выходят как реактивные струи из сопел. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели применяются в поездах, в воздушных суднах, в «беспилотниках», в ракетах, кроме того они могут устанавливаться на велосипеды или скутеры.

Источник: http://warways.ru/tehnologii/reaktivnyj-dvigatel.html

Как работает авиационный двигатель — простым языком.

✈Самолетный двигатель является его сердцем. Не зря в песне поется «А вместо сердца пламенный мотор». В нем внутри действительно пламя и огромные температуры. То что вы видите под крылом это не турбина, а именно авиационный двигатель, а турбина — это его составная часть.

Итак по порядку: Авиационный турбовентиляторный реактивный двигатель необходим для создания тяги, которая преодолеет сопротивление воздуха, сопротивление самолета и его частей. Разгонит самолет до скорости на которой вырастет подъемная сила, способная оторвать самолет от земли и унести его с полной загрузкой в небо.

Передняя часть двигателя называется воздухозаборник. Воздух попадая в него уже начинает частично сжиматься, благодаря его форме.

Далее воздух попадает на ступени вентилятора и ряд лопаток, где его давление и температура от сжимания начинает расти. Воздух дальше идет по двум контурам по внутреннему и внешнему. Внешний контур сжимает воздух только благодаря своей форме. Воздух, который пошел во внутренний контур все больше и больше сжимается проходя каждый ряд статичных и крутящихся лопаток. Они имеют определенную форму и сделаны из титана и жаропрочных материалов. Пройдя несколько ступеней компрессора низкого давления воздух попадает в компрессор высокого давления.Там он все более сжимается и его температура растет все больше и больше.

И вот подогретый и сжатый воздух попадает в камеру сгорания, где он смешивается с топливом, которое впрыскивается туда через форсунки и поджигается с помощью факельного воспламенителя. В результате этого, резко растет тепловая энергия.

Далее происходит следующее: разогретые до огромной температуры газы выходят с бешеной скоростью из камеры сгорания и расширяются. Попадая на колесо турбины, они приводят ее в вращение.Турбина сидит на одном валу с компрессором. В результате чего компрессор начинает вращаться и получается замкнутая цепь. Воздух вновь засасывается компрессором и процесс продолжается.Турбина низкого давления вращает компрессор низкого давления и вентилятор, а турбина высокого давления вращает компрессор высокого давления.

🔹Далее выходящие газы попадают в сопло и на выходе из него смешиваясь с воздухом с внешнего контура создают реактивную струю, которая и толкает наш самолет сквозь воздушную среду. Подобно тому, как струя воздуха толкает воздушный шарик, если его надуть и не завязывая отпустить.

🌀 Ну и у двигателя есть еще реверс, который изменяет направление этой струи на противоположное во время пробега самолета по ВПП. В результате самолет теряет скорость и пилоты применив тормоза останавливают многотонную машину.

Источник: http://pikabu.ru/story/kak_rabotaet_aviatsionnyiy_dvigatel__prostyim_yazyikom_6577602

Реактивные двигатели, устройство, принцип работы

Чтобы получить данную работу в формате .docx на свой E-mail — добавьте комментарий внизу страницы.

Реактивные двигатели, устройство, принцип работы

Темы: Виды реактивных двигателей,
физические основы реактивного движения при разных скоростях.

Труды Российских и советских учёных и конструкторов вместе с
трудами наших выдающихся соотечественников Н.Е.Жуковского, К.Э.Циолковского,
В.В.Уварова, В.П.Мишина и многих других являются основой современной
реактивной техники, что позволило создать высокоскоростные истребители типа……,
тяжёлые транспортные самолёты типа Руслан, сверхзвуковой лайнер Ту- 144,
ракетоноситель Энергия и орбитальную станцию Мир и многое другое, что является
нашей славной историей и гордостью России.

В основе современных мощных реактивных двигателях различных типов
лежит принцип прямой реакции, т.е. принцип создания движущей силы (или тяги) в
виде реакции (отдачи) струи вытекающего из двигателя «рабочего
вещества», обычно – раскалённых газов.

Во всех двигателях существует два процесса преобразования энергии.
Сначала химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов
сгорания, а затем тепловая энергия используется для совершения механической
работы. К таким двигателям относятся поршневые двигатели автомобилей,
тепловозов, паровые и газовые турбины электростанций и т.д.

Подобных переход осуществлялся и во всех других тепловых двигателях, но
реактивные двигатели принципиально отличаются от них в отношении дальнейшей
судьбы раскалённых продуктов сгорания.

После того, как в тепловом двигателе образовались горячие газы,
заключающие в себя большую тепловую энергию, эта энергия должна быть
преобразована в механическую. Ведь двигатели для того и служат, чтобы совершать
механическую работу, что-то «двигать», приводить в действие, все
равно, будь то динамо-машина на просьба дополнить рисунками электростанции,
тепловоз, автомобиль или самолёт.

Чтобы тепловая энергия газов перешла в механическую, их объём должен
возрасти. При таком расширении газы и совершают работу, на которую
затрачивается их внутренняя и тепловая энергия.

В случае поршневого двигателя расширяющиеся газы давят на поршень,
движущийся внутри цилиндра, поршень толкает шатун, а тот уже вращает коленчатый
вал двигателя. Вал связывается с ротором динамомашины, ведущими осями тепловоза
или автомобиля или же воздушным винтом самолёта – двигатель совершает полезную
работу. В паровой машине, или газовой турбине газы, расширяясь, заставляют вращать
связанное с валом турбиной колесо – здесь отпадает нужда в передаточном
кривошипно-шатунном механизме, в чем заключается одно из больших преимуществ
турбины

Расширяются газы, конечно, и в реактивном двигателе, ведь без этого они
не совершают работы. Но работа расширения в том случае не затрачивается на
вращение вала. Связанного с приводным механизмом, как в других тепловых
двигателях. Назначение реактивного двигателя иное – создавать реактивную тягу,
а для этого необходимо, чтобы из двигателя вытекала наружу с большой скоростью
струя газов – продуктов сгорания: сила реакции этой струи и есть тяга
двигателя. Следовательно, работа расширения газообразных продуктов сгорания
топлива в двигателе должна быть затрачена на разгон самих же газов. Это значит,
что тепловая энергия газов в реактивном двигателе должна быть преобразована в
их кинетическую энергию – беспорядочное хаотическое тепловое движение молекул
должно замениться организованным их течением в одном, общем для всех
направлении.

Для этой цели служит одна из важнейших частей двигателя, так называемое
реактивное сопло. К какому бы не все в там правда типу не принадлежал
тот или иной реактивный двигатель, он обязательно снабжен соплом, через которое
из двигателя наружу с огромной скоростью вытекают раскалённые газы – продукты
сгорания топлива в двигателе. В одних двигателях газы попадают в сопло сразу же
после камеры сгорания, например, в ракетных или прямоточных двигателях. В
других, турбореактивных, – газы сначала проходят через турбину, которой отдают
часть своей тепловой энергии. Она расходует в этом случае для приведения в
движение компрессора, служащего для сжатия воздуха перед камерой сгорания. Но,
так или иначе, сопло является последней частью двигателя – через него текут
газы, перед тем как покинуть двигатель.

Реактивное сопло может иметь различные формы, и, тем более, разную
конструкцию в зависимости от типа двигателя. Главное заключается в той
скорости, с которой газы вытекают из двигателя. Если эта скорость истечения не
превосходит скорости, с которой в вытекающих газах распространяются звуковые
волны, то сопло представляет собой простой цилиндрический или суживающий
отрезок трубы. Если же скорость истечения должна превосходить скорость звука,
то соплу придается форма расширяющейся трубы или же сначала суживающейся, а за
тем расширяющейся (сопло Лавля). Только в трубе такой формы, как показывает
теория и опыт, можно разогнать газ до сверхзвуковых скоростей, перешагнуть
через «звуковой барьер».

II. Классификация реактивных двигателей и особенности их использования

Однако этот могучий ствол, принцип прямой реакции, дал жизнь огромной
кроне «генеалогического дерева» семьи реактивных двигателей. Чтобы
познакомиться с основными ветвями его кроны, венчающей «ствол» прямой
реакции. Вскоре, как можно видеть по рисунку (см. ниже), этот ствол делится на
две части, как бы расщепленный ударом молнии. Оба новых ствола одинаково
украшены могучими кронами. Это деление произошло по тому, что все
«химические» реактивные двигатели делятся на два класса в зависимости
от того, используют они для своей работы окружающий воздух или нет.

Один из вновь
образованных стволов – это класс воздушно-реактивных двигателей (ВРД). Как
показывает само название, они не могут работать вне атмосферы. Вот почему эти
двигатели – основа современной авиации, как пилотируемой, так и беспилотной.
ВРД используют атмосферный кислород для сгорания топлива, без него реакция
сгорания в двигателе не пойдет. Но все же в настоящее время наиболее широко
применяются турбореактивные двигатели

Значительно проще по конструкции безкомпрессорные воздушно-реактивные
двигатели, в которых необходимое повышение давления осуществляется другими
способами, которые имеют названия: пульсирующие и прямоточные двигатели.

2.
В бескомпрессорном
двигателе другого типа, прямоточном, нет даже и этой клапанной решётки и
давление в камере сгорания повышается в результате скоростного напора, т.е. торможения
встречного потока воздуха, поступающего в двигатель в полёте. Понятно, что
такой двигатель способен работать только тогда, когда летательный аппарат уже
летит с достаточно большой скоростью, на стоянке он тяги не разовьет. Но зато
при весьма большой скорости, в 4-5 раз большей скорости звука, прямоточный
двигатель развивает очень большую тягу и расходует меньше топлива, чем любой
другой «химический» реактивный двигатель при этих условиях. Вот
почему прямоточные двигатели.

Особенность аэродинамической схемы сверхзвуковых летательных аппаратов
с прямоточными воздушно-реактивными двигателями (ПВРД) обусловлена наличием
специальных ускорительных двигателей, обеспечивающих скорость движения,
необходимую для начала устойчивой работы ПРД. Это утяжеляет хвостовую часть
конструкции и для обеспечения необходимой устойчивости требует установки
стабилизаторов.

Добавить про пороховые, ядерные и электрические

III.Особенности проектирования и созданиянен н не
летательного аппарата.

Аэродинамика – наука о движении тел в воздушной среде – является
теоретической основной авиации. Без успехов аэродинамики не возможно было бы
стремительное развитие авиации, столь характерное для нашего времени. Но
успехи аэродинамики были бы немыслимы без проведения экспериментальных работ, в
основе которых использование аэродинамических труб, позволяющих производить
моделирование полёта летательного аппарата с учётом теории подобия, в
результате чего испытуемое изделие закреплялось стационарно, а воздушный
поток набегал на него.

Это позволило инженерам решить сложные вопросы аэродинамики крыла,
оптимизировать формы фюзеляжа, решить проблемы штопора, флаттера, вопросы
преодоления вниз звукового барьера и многие другие, инженерные и научные
вопросы теории газодинамики. На лабораторной базе Центрального аэрогидродинамического
университета (ЦАГУ) проводились основные исследования, в том числе и
реактивных двигателей (вернее их масштабных моделей) при дозвуковом и
сверхзвуковом набегающем потоке. Результатами этих работ явились научные труды,
позволившие оптимальным образам выбирать характеристики двигателей их
компоновку и положение на корпусе фюзеляжа и многое другое. Таким образом, в
результате проектных и экспериментальных работ определялся общий вид
летательного аппарата.

Но важной особенностью проектных работ являлось выбор двигательной
установки, позволившей выполнять изделию заданные технические характеристики.
Конечно, на самом деле вопросы выбора двигателя в истории развития авиационной
технике шли как бы поэтапно от простого к сложному и соответственно более
совершенному, не уменьшая надёжности. Это на современном этапе развития техники
мы можем более грамотно (из имеющегося) выбирать компоновку летательного
аппарата в соответствии с требуемыми задачами. Поэтому конструктора всегда
учитывают особенности двигателей при разных скоростях.

В этих случаях Реактивные двигатели (прямоточные, турбореактивные)
используют для своей работы кислород воздуха, поступающий из воздухозаборников,
установленных на летательном аппарате.

Размеры воздухозаборных устройств, их число, характер расположения, режимы
работы существенно изменяют условия обтекания и аэродинамические свойства
летательного аппарата, что в свою очередь влияет на тяговые и экономические
характеристики двигателей.

Для обеспечения наименьших потерь полного давления и создания тем самым
лучших условий работы двигателей воздухозаборные устройства должны размещаться
на летательном аппарате так, чтобы они не затенялись крыльями, оперением и
другими впихните свой лицо выступающими частями, т.е. чтобы в зоне входа в
воздухозаборное устройство поток испытывал как можно меньшие возмущения

С этой целью нежелательно размещать воздухозаборное устройство
вблизи поверхности корпуса на большом удалении от носовой части, если входной
канал оказывается в зоне пограничного слоя с достаточно большой толщиной и
поступающий воздух будет иметь большие потери полного давления

Вид аэродинамической схемы летательного аппарата с реактивным
двигателем зависит от расположения воздухозаборных устройств. При большом
удалении воздухозаборника от носовой части летательного аппарата перед входом в
него должны быть предусмотрены устройства для отсоса пограничного слоя.
Возможно вынесение входного сечения воздухозаборника за пределы пограничного
слоя. Всё это предотвращает срыв потока воздуха и улучшает характеристики
работы воздухозаборников.

С целью снижения потерь давления воздуха, поступающего в двигатель, и
повышения эффективности его работы воздухозаборные устройства вместе с
двигателями могут располагаться в виде гондол на крыльях или специальных
пилонах. В этом случае для повышения устойчивости и улучшения управляемости
предусмотрено хвостовое оперение.

Источник: http://rectorate.ru/2019/10/reaktivnye-dvigateli-ustrojstvo-princip-raboty/