Принцип работы реактивного и турбореактивного двигателя самолета и ракеты
Современный мир трудно представить без самолетов. Авиация прочно вошла в нашу жизнь и помогает путешественникам преодолевать тысячи километров за считанные часы, что, в еще недавнем прошлом, казалось фантастикой. Не говоря уже о полетах в космос и путешествиях к дальним планетам. Все это стало возможным благодаря изобретению реактивных двигателей. Давайте разберемся в принципе их работы.
Первые двигатели появились давным-давно и преобразовывали мускульную силу животных в полезную для достижения конкретной цели энергию. Простейший пример – лошадь, помогающая крутить эернова мельницы. Затем появились ветряные мельницы, где жернова приходили в движение за счет энергии ветра, иди водяные мельницы, использующие течение рек.
Двигатели, работающие на топливе
Общество сразу по достоинству оценило преимущества использование простейших двигателей и в последующие годы многие ученые трудились над разработкой моделей, работа которых не зависела бы от природных и погодных условий, усталости животного, выступающего в качестве источника энергии.
Гюйгенс ван Зейлихем
Наибольшего успеха на этом поприще добился голландский физик Христиан Гюйгенс ван Зейлихем, который в 1687 году первым предложил использовать порох в качестве источника энергии. Согласно замыслу, в двигателе создавалась камера внутреннего сгорания, в которой должен был сжигаться порох, а выделенная в результате горения энергия, преобразовываться в силу, приводящую определенный элемент в движение. Порох являлся первым прототипом современного топлива.
Примечательно, что идея была позаимствована у артиллеристов, наблюдая за которыми, Гюйгенс обратил внимание на то, что после выстрела, орудия откатывались в сторону, противоположную выстрелу.
Наработки голландца, а также ряда других заслуженных ученых, значительно облегчили путь создания топливных двигателей, которыми мы пользуемся до сих пор. На место пороха пришли бензин и солярка, обладающие иными физическими свойствами и температурами горения, необходимыми для выделения энергии.
Явление отдачи
Шло время, наука не стояла на месте. На смену простейшим механическим двигателям пришли паровые, топливные, электрические.
Но научные поиски и разработки на этом не прекращались. Как всегда, на помощь пришла природа, которая, в большинстве случаев и наталкивает изобретателей на удивительные открытия.
Наблюдения за морскими жителями, такими как осьминоги, кальмары и каракатицы, привели к неожиданным результатам. Манера движения этих морских обитателей, была схожа с кратковременным толчком. Будто тело отталкивается отчего – то и продвигается вперед.
Эти наблюдения были чем-то схожи с замечаниями Гюегенса про выстрел и пушку, которые мы упоминали выше.
Таким образом, в физики появилось понятие «явление отдачи». В ходе дальнейших научных исследований было выяснено, что именно благодаря явлению отдачи происходит все движение на планете Земля: автомобиль отталкивается от земли, корабль – от воды и т.
д.
Движение тел происходит благодаря передаче импульса от одного объекта другому. Для объяснения явления приведем простейший пример: вы решили толкнуть своего товарища в плечо, приложили определенную силу, в результате которой, он сдвинулся с места, но и вы испытали силу, отталкивающую вас в противоположную сторону.
Конечно, расстояние, на которое сдвинетесь вы и ваш друг, будет зависеть от ряда факторов: сколько вы весите, как сильно вы его толкнули.
Реактивный двигатель и принцип его работы
Таким образом, мы постепенно подошли к рассмотрению самого распространенного в самолетостроении и ракетной отрасли типа двигателя – реактивный двигатель.
Любой из нас способен воочию наблюдать явление реактивной реакции. Все что необходимо, надуть воздушный шарик и отпустить. Каждый знает, что произойдет далее: из шарика будет вырываться поток воздуха, который будет двигать тело шарика в противоположном направлении.
Согласитесь, очень похоже на то, как кальмар, сокращая свои мышцы, создает струю воды, толкающую его в противоположном направлении.
Наблюдения, описанные выше, получили точные научные объяснения, были отображены в физических законах:
- закон сохранения импульса;
- третий закон Ньютона.
Именно на них основывается принцип работы реактивного двигателя: в двигатель поступает поток воздуха, который сгорает в камере внутреннего сгорания, смешиваясь с топливом, в результате чего образуется реактивная струя, заставляющая тело двигаться вперед.
Принцип работы достаточно прост, однако устройство подобного двигателя довольно сложное и требует точнейших расчетов.
Устройство реактивного двигателя
Реактивный двигатель состоит из следующих основных элементов:
- компрессор, который засасывает в двигатель поток воздуха;
- камера внутреннего сгорания, где происходит смешивание топлива с воздухом, их горение;
- турбина – придает дополнительное ускорение потоку тепловой энергии, полученной в результате горения топлива и воздуха;
- сопло, важнейший элемент, который преобразует внутреннюю энергию в «движущую силу» – кинетическую энергию.
Благодаря совместному взаимодействию этих элементов, на выходе реактивного двигателя образуется мощнейшая реактивная струя, придающая объектам, на которых установлен двигатель, высочайшую скорость.
Реактивные двигатели в самолете
В преддверии Мировой Войны, ученые ведущих стран старательно трудились над разработками самолетов с реактивными двигателями, которые бы позволили их странам безоговорочно диктовать свои условия на небесном фронте.
Первый реактивный самолет был разработан немцами в 1937 году, а его испытания начались лишь в 1939 году. Однако имеющиеся на то время двигатели потребляли невероятно большое количество топлива и запас хода такого самолета составлял всего лишь 60 км.
В это же время Японии и Великобритании удалось создать собственные самолеты с реактивными двигателями. Но это были лишь опытные экземпляры, так и не поступившие в серийное производство.
Первым серийным реактивным самолетом стал немецкий «Мессершмит», который, однако, не позволил гитлеровской коалиции взять верх в развязанной ими войне.
Мессершмитт Me-262 Швальбе/Штурмфогель
В гражданской же авиации реактивные самолеты появились лишь в 1952 году в Великобритании.
С тех пор и по настоящие дни, реактивные двигатели являются основными двигателями, применяемыми в самолетостроении. Именно благодаря им, современны лайнеры развивают скорость до 800 километров в час.
Реактивные двигатели в космосе
После освоения неба человечество поставило перед собой задачу покорить космос.
Как вы уже поняли, наиболее мощным двигателем, способным поднять ракету на высоту во много тысяч километров, являлся именно реактивный двигатель.
Конечно, возникает вопрос: как может работать реактивный двигатель в космосе, в безвоздушном пространстве?
В устройстве ракеты предусмотрен резервуар с кислородом, который смешивается с ракетным топливом и образует необходимую тягу полета ракеты, когда космический корабль покидает атмосферу Земли.
Затем приходит в действие закон сохранения импульса: масса ракеты постепенно уменьшается, сгоревшая смесь топлива и кислорода выбрасывается через сопло в одну сторону, а тело ракеты движется в противоположную.
Содержание
- Двигатели, работающие на топливе
- Явление отдачи
- Принцип работы
- Устройство реактивного двигателя
- Реактивные двигатели в самолете
- Реактивные двигатели в космосе
Как это работает. Турбореактивный двухконтурный двигатель
Фото: ОАК
22 апреля 1941 года конструктор Архип Люлька получил авторское свидетельство на схему турбореактивного двухконтурного двигателя. Сегодня по схеме Люльки выпускается большинство турбореактивных двухконтурных двигателей в мире.
Об устройстве турбореактивных двухконтурных двигателей и новых возможностях, которые они принесли в авиацию, – в нашем материале.
История создания
Поршневые двигатели, аналогичные тем, которые и сегодня стоят под капотом любой легковушки, поднимали в небо самолеты в первые сорок лет истории авиации. Во время Второй мировой войны, когда скорость боевых машин имела критическое значение, стало понятно, что поршневые самолеты подошли к своему пределу, и нужно искать что-то новое. Этим новым стал реактивный двигатель.
Еще в 1903 году, когда взлетали первые самолеты братьев Райт, Константин Циолковский предложил применять реактивную тягу для преодоления притяжения Земли в своем труде «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В СССР самым успешным проектом ТРД стали работы авиаконструктора Архипа Люльки. Разрабатывать тему он начал еще в 1930-е годы. Осенью 1940 года группа конструктора в Ленинграде закончила проект двигателя, получившего название РД-1. В 1941 году Люлька запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, которая и сегодня является эталоном для подобных силовых установок во всем мире.
Турбореактивный двигатель РД-1
К началу Великой Отечественной войны команда Люльки успела на 70% выполнить двигатель РД-1 в металле, но эвакуация на Урал прервала работы. Когда стало известно, что немцы достигли успеха в реактивном двигателестроении, об Архипе Люльке вспомнили. Вместе с командой саперов конструктор смог вывезти из блокадного Ленинграда чертежи и детали своего реактивного первенца и возобновить разработки. В 1947 году состоялся первый полет истребителя-перехватчика Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработанными в конструкторском бюро Архипа Люльки. Это была победа конструктора и начало длительного сотрудничества с КБ Павла Сухого.
Принцип работы турбореактивного двигателя
Если говорить совсем просто, не погружаясь в глубины термодинамики, то турбореактивный двигатель – это тепловая машина, преобразующая энергию в механическую работу. В качестве носителя энергии выступает атмосферный воздух, который, сжимаясь и расширяясь в двигателе, приводит самолет в движение.
Для получения максимального полезного эффекта в ТРД воздух перед сжатием необходимо охладить, а перед расширением нагреть. Поэтому механизм турбореактивного двигателя можно условно разделить на устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. В ТРД в их качестве выступают компрессор, камера сгорания, турбина, а за охлаждение газа отвечает атмосфера.
Сам процесс работы двигателя можно описать следующим образом. Воздух затягивается внутрь установки посредством компрессора с рядами рабочих лопаток на оси и затем сжимается. Далее в камере сгорания воздух смешивается с продуктами горения топлива, нагревается и расширяется. Затем расширенный газ на огромной скорости подается на турбину, также оснащенную лопатками, которая в свою очередь вращает компрессор. После этого раскаленный газ вырывается наружу через реактивное сопло, толкая самолет вперед. Скорость самолета при этом зависит от массы и скорости выходящих газов.
Самой нагруженной частью ТРД является турбина, скорость вращения которой может составлять до 30 тыс. оборотов в минуту. А температура в камере сгорания может подниматься до 1,5 тыс. °C.
Чем отличается двухконтурный ТРД
В 1950-е годы, когда турбореактивные двигатели распространились в авиации, встал вопрос об их «прожорливости», то есть об уменьшении потребления топлива при сохранении мощности. Тогда Архип Люлька смог вернуться к своему проекту 1941 года – двухконтурному ТРД.
Конструктор предложил добавить в установку еще один воздушный контур. При этом поступающий в двигатель воздух делится на два потока. Один поток, как и в прежних ТРД, поступает во внутренний контур. Другой поток воздуха проходит по внешнему контуру, минуя нагрев, и выбрасывается сразу в сопло вместе с горячими газами, что и создает дополнительную тягу.
Таким образом при сохранении нужной скорости можно экономить топливо.
На дозвуковых скоростях турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД) обеспечивает экономный режим, а при необходимости самолет может выходить в режим форсажа и достигать сверхзвуковых скоростей. По этой схеме сегодня работает большинство турбореактивных двигателей в мире.
Двигатель АЛ-31Ф М2. Фото: wikimedia.org
Важным параметром в ТРДД является степень двухконтурности, то есть соотношение объемов газов, проходящих по внешнему и внутреннему контуру. Чем выше показатель, тем менее «прожорлив» двигатель. Для военных самолетов, где расход топлива не так критичен, как большая тяга, применяются ТРДД с низкой степенью двухконтурности. А в пассажирских самолетах основная тяга двигателя создается за счет внешнего контура, поэтому они более экономичны, что влияет на стоимость перелетов.
Архип Люлька не дожил всего год до окончания государственных испытаний своего детища в 1985 году, но застал его массовый старт.
Производство первого советского ТРДД, получившего название АЛ-31Ф в честь своего создателя, началось в 1981 году. Этот турбореактивный двухконтурный двигатель стал основой для целого семейства силовых установок, предназначенных для военной авиации. ОКБ имени А. Люльки – филиал ПАО «ОДК-УМПО» продолжает модернизировать АЛ-31 – возможности для его развития еще далеко не исчерпаны.
пропустить навигацию Что такое аэронавтика? | Динамика
полета | Самолеты | Двигатели
| История полета | какая
это УЭТ? Как работает реактивный двигатель?
Реактивные двигатели двигают самолет вперед с большой силой, создаваемой огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро. Все реактивные двигатели, которые также называются
газовые турбины,
работают по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора.
Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор изготовлен
с множеством лопастей, прикрепленных к валу.
Лопасти вращаются с большой скоростью и сжимают или сжимают воздух.
Сжатый
затем воздух распыляется топливом, и электрическая искра зажигает смесь. На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядра двигателя, а также вокруг ядра. Это приводит к тому, что часть воздуха быть очень жарко, а некоторые быть прохладнее. Затем холодный воздух смешивается с горячим воздуха в районе выходного отверстия двигателя.
Это изображение того, как воздух проходит через двигатель Что такое тяга? Тяга поступательная сила, которая
толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Детали реактивного двигателя Поклонник –
Вентилятор является первым компонентом в
турбовентиляторный. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий
вентилятора изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разделяет его на
две части. Одна часть продолжается через «сердцевину» или центр двигателя, где
на него воздействуют другие компоненты двигателя. Вторая часть “обходит” ядро двигателя. Он проходит через канал который окружает ядро к задней части двигателя, где он производит большую часть сила, толкающая самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоиться двигатель, а также добавление тяги к двигателю. Компрессор – Компрессор первый. компонент ядра двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и крепится к валу. Компрессор сжимает поступающий в него воздух. площади постепенно уменьшаются, что приводит к увеличению атмосферного давления. Этот приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сжатый воздух нагнетается в камеру сгорания. Камера сгорания –
В камере сгорания воздух смешивается
топливом, а затем загорелся. Есть целых 20 форсунок для распыления топлива в
воздушный поток. Смесь воздуха и топлива воспламеняется. Это обеспечивает высокий
температура, мощный воздушный поток. Топливо сгорает с кислородом в сжатом
воздуха, образуя горячие расширяющиеся газы. Турбина – Поток воздуха с высокой энергией приближается из камеры сгорания поступает в турбину, заставляя лопатки турбины вращаться. Турбины соединены валом для вращения лопаток компрессора и для вращения впускного вентилятора спереди. Это вращение забирает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы вырабатываемые в камере сгорания, движутся через турбину и раскручивают ее лопасти. Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько комплектов шарикоподшипников между ними. Сопло –
Форсунка – это выпускной канал
двигатель. Это часть двигателя, которая фактически создает тягу для
самолет. Энергетически обедненный воздушный поток, прошедший через турбину, в дополнение к
более холодный воздух, миновавший сердцевину двигателя, создает силу при выходе из
сопло, которое толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был первым предположил, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с огромной скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух устремляется назад через сопло, самолет движется вперед. Анри Жиффар построил дирижабль с приводом первым авиационным двигателем, паровой машиной мощностью в три лошадиные силы. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать. В 1874 году Феликс де Темпл построил моноплан. Отто Даймлер , изобретен в конце 1800-х годов первый бензиновый двигатель. В 1894 году американец Хирам Максим пытался оснастить свой тройной биплан двумя паровыми двигателями, работающими на угле. Это только пролетел несколько секунд. Ранние паровые машины приводились в движение нагретым углем и, как правило, слишком тяжел для полета. Американский Сэмюэл Лэнгли сделал модель самолета которые приводились в движение паровыми двигателями. В 1896 году он успешно летал на беспилотный самолет с паровым двигателем, получивший название Аэродром . Он пролетел около 1 мили, прежде чем выдохся. Затем он попытался построить полный размерный самолет Aerodrome A, с газовым двигателем. В 1903 году он разбился сразу после спуска с плавучего дома. В 1903 году братьев Райт летал, Летчик , с бензиновым двигателем мощностью 12 лошадиных сил
двигатель. С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 19 века.30-е годы газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом. единственное средство, используемое для приведения в движение самолетов. Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году. Первый успешный полет двигателя Уиттла в мае 1941 года. Этот двигатель отличался многоступенчатым компрессором и камеру, одноступенчатую турбину и сопло. В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ханс фон Охайн работал над подобным проектом в Германии. Первый самолет, успешно использование газотурбинного двигателя было немецким Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель. полет. General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США.
Реактивный самолет . Именно экспериментальный самолет ХР-59А совершил первый полет в октябре 19 г. Типы реактивных двигателей Основная идея
турбореактивный двигатель
просто. Воздух, поступающий из отверстия
в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз по сравнению с исходным давлением
в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания.
повысить температуру жидкой смеси примерно до 1100–1300 °F
F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор.
Если турбина и компрессор исправны, давление на выходе из турбины
будет почти в два раза выше атмосферного давления, и это избыточное давление направляется
к соплу для создания высокоскоростного потока газа, создающего тягу.
Значительное увеличение тяги может быть получено за счет использования
форсаж. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед
сопло. Турбореактивный двигатель является реактивным двигателем. В реактивной машине расширяющиеся газы сильно надавите на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскакивать назад и стрелять из задней части выхлопа, толкая самолет вперед. Изображение ТРД Турбовинтовой А
турбовинтовой двигатель
представляет собой реактивный двигатель, прикрепленный к воздушному винту. Турбина на
задняя часть вращается горячими газами, и это приводит в движение вал, приводящий в движение
пропеллер. Как и турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, камера и турбина, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель имеет лучшую двигательную эффективность при скоростях полета ниже примерно 500 миль в час. Современные турбовинтовые двигатели оснащены воздушными винтами, имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы при гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособиться к более высоким скоростям полета, лопасти имеют форму ятагана с загнутыми назад передними кромками на концах лопастей. Двигатели с такими пропеллерами называются винтовентиляторы . Изображение турбовинтового двигателя ТРДД А
турбовентиляторный двигатель
имеет большой вентилятор спереди, который всасывает
воздуха. Изображение турбовентиляторного двигателя Турбовальные валы Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает так же, как турбовинтовой двигатель.
Изображение турбовального двигателя ПВРД ПВРД – это
самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей. Скорость реактивного «тарана»
или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором вращается
техника исключена. Его применение ограничено тем, что его
степень сжатия полностью зависит от скорости движения вперед. ПВРД не развивает статических
тяга и очень небольшая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие,
ПВРД требует некоторой формы вспомогательного взлета, например, другого самолета. Изображение прямоточного воздушно-реактивного двигателя
Вернуться к началу Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое УЭТ? |
горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя.
Когда струи газа выбрасываются назад, двигатель и самолет устремляются вперед.
Когда горячий воздух направляется к соплу, он проходит через другую группу лопастей.
называется турбиной. Турбина крепится к тому же валу, что и компрессор.
Вращение турбины приводит к вращению компрессора.
Сэр
Исаак Ньютон обнаружил, что «для каждого действия существует равное
и противоположная реакция». Этот принцип используется в двигателе.
в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется.
Воздух прогоняется через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей
топлива, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов.
энергия воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит,
он выталкивается из двигателя назад. Это заставляет самолет двигаться вперед.
Внутренняя часть камеры сгорания часто изготавливается
керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Тепло может достигать
2700°.
Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выбрасывается и производит выхлоп,
что вызывает тягу вперед.
Перед соплом может стоять смеситель ,
который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из ядра двигателя, с
более низкая температура воздуха, пропущенного через вентилятор. Миксер помогает сделать
двигатель тише.
который пролетел всего лишь короткий прыжок вниз с холма с помощью паровой машины, работающей на угле.
42.
Форсажная камера повышает температуру газа перед соплом.
Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов
по тяге на взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет
находится в воздухе.
Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.
Большая часть воздуха обтекает двигатель снаружи, что делает его работу тише.
и давая больше тяги на малых скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены
турбовентиляторами. В ТРД весь воздух, поступающий во впуск, проходит через
газогенератор, состоящий из компрессора, камеры сгорания и
турбина. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в
камера сгорания. Остаток проходит через вентилятор или компрессор низкого давления.
и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора.
для создания «горячей» струи. Целью такой обходной системы является увеличение
тяги без увеличения расхода топлива. Это достигается за счет увеличения
суммарный расход воздушной массы и снижение скорости при том же суммарном запасе энергии.
система. Он не приводит в движение пропеллер. Вместо этого он обеспечивает питание вертолета.
ротор. Турбовальный двигатель устроен так, что скорость вертолета
ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это позволяет
скорость ротора должна оставаться постоянной, даже если скорость генератора
менялись, чтобы модулировать количество производимой мощности.
Он использовался в основном в системах управляемых ракет. Космические аппараты используют это
тип струи.Как работает реактивный двигатель
Возможно, вы задавались вопросом, как работает реактивный двигатель, но отказались от мысли, что сможете понять ракетостроение. Но на самом деле это простая концепция, которая произведет впечатление на человека рядом с вами во время вашего следующего полета. Итак, мы собираемся объяснить задействованные процессы, чтобы каждый мог получить хорошее представление об основных принципах, лежащих в основе реактивных двигателей.
Реактивные двигатели, чаще используемые для самолетов, представляют собой тип газотурбинного двигателя. Теперь вы, возможно, знаете паровые турбины, в которых топливо сжигается для производства высокотемпературного потока пара, который приводит в движение турбину, после чего вращает вал, прежде чем выбрасывается из системы. Вращение этого вала является выходной мощностью, и именно это вращение приводит в движение вращающийся объект. Газовая турбина похожа на те же основные принципы, однако за привод турбины отвечает сжатый газ. В реактивных двигателях высокотемпературный сжатый газ приводит в действие вращение компрессора в передней части, но, что более важно, то, что выбрасывается из системы, вылетает сзади на высоких скоростях, создавая так называемую тягу.
Проще говоря, реактивные двигатели имеют сердцевину, которая разделена на три основные части:
- Компрессор – в передней части двигателя находятся лопасти вентилятора, некоторые из которых вращаются (роторы), а некоторые неподвижны (статоры), которые втягивают воздух в двигатель. Есть много рядов лопастей, и по мере того, как воздух проходит через каждый ряд, он становится более сжатым и температура увеличивается.
- Камера сгорания – этот сжатый воздух затем распыляется на топливо (чаще всего Jet A или Jet A-1, которые относятся к керосину), а затем электрическая искра воспламеняет топливно-воздушную смесь в камере. Это приводит к воспламенению воздушно-топливной смеси, резко увеличивая давление и температуру.
- Турбины – горячий сжатый газ вытягивается из двигателя турбиной в задней части, которая отбирает энергию у газа и вызывает падение давления и температуры. По мере снижения давления газ течет быстрее (подумайте о том, чтобы отпустить надутый шарик). Энергия газа, приводящего в движение заднюю турбину, обеспечивает вращение компрессора, всасывающего воздух спереди.
Есть много рядов лопастей, и по мере того, как воздух проходит через каждый ряд, он становится более сжатым и температура увеличивается. Высокоскоростные газы, выбрасываемые через сопло в задней части, создают тягу. Чтобы понять это, мы обратимся к третьему закону движения Ньютона: на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.
Когда газ вырывается сзади, равная и противоположная сила действует вперед. Подумайте о том, когда вы толкаете стенку бассейна, чтобы скользить в противоположном направлении; хотя сила вашего толчка направлена к стене, равная и противоположная сила противодействия заставляет вас двигаться в противоположном направлении.
При скорости примерно 400 миль в час один фунт тяги равен одной лошадиной силе, но на более высоких скоростях это соотношение увеличивается, и фунт тяги больше, чем одна лошадиная сила. При скоростях менее 400 миль в час это соотношение уменьшается. Эта сила позволяет большим самолетам, таким как 747, летать со скоростью до 600 миль в час.
Самый популярный
Существуют также различные типы реактивных двигателей, например, турбовинтовой. Вы узнаете, является ли это турбовинтовым типом, по большим выступающим пропеллерам спереди, которые отвечают за тягу, поскольку большая часть энергии от газа передается компрессору задними турбинами, поэтому выталкиваемый газ не отвечает за тягу.
тяга.
[см. также]
Турбовальный тип используется в винтах вертолетов, силовых установках и даже в танке M1. Этот процесс похож на турбовинтовой, однако вместо гребных винтов вращающийся вал может приводить в действие различные устройства, такие как насосы, генераторы, колеса и вообще все, что вращается.
В современных больших самолетах используется турбовентиляторный двигатель с большим байпасом, аналогичный стандартному турбореактивному двигателю, за исключением того, что большой вентилятор в передней части всасывает в двигатель больше воздуха. Однако не весь воздух проходит через компрессор и турбины, при этом большая часть воздуха фактически обходит активную зону и проходит по каналам снаружи активной зоны (в среднем в 5 раз больше воздуха перепускается, чем фактически проходит через активную зону). Они более эффективны, особенно на дозвуковых скоростях (то есть ниже скорости звука, 768 миль в час), а также намного тише, но при этом способны разгонять транспортное средство тяжелее локомотива от 0 до 200 миль в час менее чем за 60 секунд.
