Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реактивный двигатель

Реактивный двигатель

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т. н. тепловые реактивные двигатели), так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле (см. ионный двигатель).

Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Содержание

  • 1 Особенности реактивных двигателей
  • 2 Классы реактивных двигателей
  • 3 Составные части реактивного двигателя
  • 4 Основные технические параметры реактивного двигателя
  • 5 История
  • 6 Примечания
  • 7 См. также

Особенности реактивных двигателей [ | ]

  • Сила тяги реактивного двигателя не зависит от наличия окружающей среды [1] .
  • Сила тяги реактивного двигателя не зависит от скорости движения ракеты [1] .
  • Полезная мощность реактивного двигателя пропорциональна скорости ракеты [1] .
  • При скорости ракеты, большей, чем половина скорости истечения газов двигателя, полезная мощность реактивного двигателя становится больше полной мощности (парадокс силы тяги реактивного двигателя) [1] .

Классы реактивных двигателей [ | ]

Существует два основных класса реактивных двигателей:

  • Воздушно-реактивные двигатели — тепловые двигатели, которые используют энергию окисления горючегокислородомвоздуха, забираемого из атмосферы. Рабочее тело этих двигателей представляет собой смесь продуктов горения с остальными компонентами забранного воздуха.
  • Ракетные двигатели — содержат все компоненты рабочего тела на борту и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве.

Составные части реактивного двигателя [ | ]

Любой реактивный двигатель должен иметь, по крайней мере, две составные части:

  • Камера сгорания («химический реактор») — в нём происходит освобождение химической энергии топлива и её преобразование в тепловую энергиюгазов.
  • Реактивное сопло («газовый туннель») — в котором тепловая энергия газов переходит в их кинетическую энергию, когда из сопла газы вытекают наружу с большой скоростью, тем самым создавая реактивную тягу.

Основные технические параметры реактивного двигателя [ | ]

Основным техническим параметром, характеризующим реактивный двигатель, является тяга (иначе — сила тяги) — усилие, которое развивает двигатель в направлении движения аппарата.

Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

История [ | ]

Реактивный двигатель был изобретён Гансом фон Охайном (Dr. Hans von Ohain), выдающимся немецким инженером-конструктором и Фрэнком Уиттлом (Sir Frank Whittle).
Первый патент на работающий газотурбинный двигатель был получен в 1930 году Фрэнком Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн.

2 августа 1939 года в Германии в небо поднялся первый реактивный самолёт — Хейнкель He 178, оснащённый двигателем HeS 3, разработанный Охайном.

Реактивный vs турбовинтовой двигатель. Все преимущества и недостатки

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель состоит из воздушного винта, редуктора и турбокомпрессора. Принцип работы данного вида двигателей достаточно прост: атмосферный воздух сжимается и подается в камеру сгорания, где смешивается с топливом. Там с помощью свечи зажигания эта смесь поджигается и сгорает, образуя при этом продукты сгорания под высоким давлением, которые приводят во вращение диск турбины. Данные процессы показывают, как энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу.
Мощность турбовинтового двигателя сосредоточена в валу из-за отсутствия выходящей реактивной струи. Именно вал приводит в движение винт, который и создает тягу. Подобного рода конструкции применяют не только для самолетов, но и вертолетов.

Реактивный двигатель

Намного интереснее работа реактивного двигателя. Существует несколько разновидностей данного рода двигателей:
— турбореактивный
— турбореактивный двухконтурный
— прямоточный воздушно-реактивный
— пульсирующий воздушно-реактивный

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель в качестве рабочего тела использует атмосферу, которая при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Основным принципом работы является превращение внутренней энергии топлива сначала в кинетическую, а затем в механическую энергию.
Все начинается с компрессора, куда атмосферный воздух попадает и затем сжимается, получая энергию. Затем сжатый воздух переходит в камеру сгорания, где смешивается с продуктами сгорания керосина, сам при этом нагреваясь и, как следствие, расширяясь. Смесь из газов попадает в турбину и вращает ее через рабочие лопатки. При этом часть энергии теряется, превращаясь в механическую энергию основного вала. Она расходуется также на работу топливных и масляных насосов, на работу компрессора, привода электрогенераторов, вырабатывающих энергию для различных бортовых систем самолетов.
Но большая часть энергии расходуется на создание тяги с помощью реактивного сопла: энергия разгоняется в нем и создает тягу за счет реактивной струи.

Читать еще:  Давление масла и гидрокомпенсаторы в двигателе ваз 21124

Турбореактивный двухконтурный двигатель

Отличие двухконтурного турбореактивного двигателя от просто турбореактивного заключается в наличие у первого внутреннего и внешнего контуров, благодаря чему весь поток поступает сначала в компрессор низкого давления. Основная же часть воздуха проходит по внутреннему контуру, как и в турбореактивном двигателе.
Вторая же часть, которая проходит по внешнему контуру, остается холодной и при выбросе не сгорает, создавая дополнительную тягу и уменьшая расход топлива.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

В отличие от других реактивных двигателей в прямоточном воздушно-реактивном двигателе нет турбины и компрессора. Основными частями являются камера сгорания, диффузоры и сопла, с помощью которых создается тяга, как говорилось ранее.
Главной задачей диффузора является торможение встречного воздуха и повышение статического электричества. Кислород, поступающий из него, является основным окислителем для сгорания топлива в камере сгорания.
Помимо диффузора в таком двигателе также есть стабилизатор пламени и форсунки.
Существует также несколько разновидностей такого двигателя (это зависит от требуемой скорости):
— дозвуковые
— сверхзвуковые
— гиперзвуковые

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель помимо таких стандартных частей, как сопло и камера сгорания, состоит еще из форсунок (как прямоточный), свечи зажигания, и клапанной решетки. Сопло представляет собой длинную цилиндрическую часть, а камера сгорания имеет входные клапаны. При их открытии туда поступают воздух и топливо, образуя единую смесь, которая поджигается искрой зажигания. После этого клапаны тут же закрываются под действием избыточного давления. Реактивная тяга создается с помощью выброса продуктов сгорания через сопло.

Так работают реактивные и турбовинтовые двигатели. Теперь, когда вы смогли узнать немного больше о принципе их работы, мы опишем для вас как положительные, так и отрицательные стороны двигателей, чтобы вы сами смогли решить, что же все таки лучше.

Экономичность.
Если речь идет о низких скоростях, то турбовинтовые двигатели находятся в преимуществе. За счет вращения винта КПД повышается и расход топлива становится меньше, чем у реактивных. Но если вам необходима большая скорость, то тут первенство, бесспорно, переходит к реактивным двигателям за счет большей тяговой силы, что помогает намного легче и быстрее достичь необходимой скорости.

Вес.
У турбовинтовых двигателей намного больше, чем у реактивных. Поэтому, если самолету необходима маневренность, предпочтение отдают реактивным двигателям.

Уровень шума.
Шум, создаваемый турбовинтовыми двигателями, составляет более 140 децибелов, что превышает порог допустимого. Реактивные же двигатели создают шум в пределах 130-140 децибелов. Такой уровень звука может вызвать болевые ощущения, но при этом остается в пределах нормы.

Вывод.
Подводя итоги, трудно сказать, что же все таки лучше, реактивный или турбовинтовой двигатели. Каждый из них имеет как преимущества, так и недостатки в той или иной степени по отношению друг к другу. Например, если самолет нужен для выполнения местных перевозок на небольшой высоте, то намного эффективнее и выгоднее будет турбовинтовой двигатель. Если же речь идет про дальние и быстрые перелеты, то, безусловно, наиболее удачным решением будет отдать предпочтение реактивному двигателю по уже известным вам причинам.

Революция в воздухе: как электродвигатели могут изменить российскую авиацию

Генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) Михаил Гордин сообщил о разработке прототипа электрического авиационного двигателя. По его словам, в перспективе данный образец может быть установлен на небольшие по размерам летательные аппараты.

«Эта научно-исследовательская работа («Перспективные гибридные силовые установки». — RT) заточена под объекты меньшего размера. В прошлом году мы сделали электродвигатель на 60 кВт (80 л. с.). Этот мотор является прототипом электрического авиационного двигателя», — заявил в интервью РИА Новости Гордин.

Как рассказал топ-менеджер, для проведения лётных испытаний новый силовой агрегат планируется установить на лёгкий двухместный отечественный самолёт «Сигма-4». В прошлом году реализовать эту идею не удалось из-за проблем с системой управления двигателем. Однако, как пообещал Гордин, неудачный опыт будет учтён и машина поднимется в воздух на электромоторе в течение этого года.

Авиационный электродвигатель мощностью 60 кВт был представлен широкой публике в августе 2019 года на Международном авиакосмическом салоне (МАКС) в Жуковском. В первый день работы выставки демонстрационный образец осмотрели президент РФ Владимир Путин и его турецкий коллега Реджеп Тайип Эрдоган.

Как рассказывал Гордин, электродвигатель разрабатывается на основе водородных топливных элементов. Масса силового агрегата составляет всего 20 кг. Изделие предназначено преимущественно для оснащения двухместных самолётов. В проекте, помимо ЦИАМ, участвует Институт проблем химической физики РАН.

«Прорывные технологии»

В рамках решения Военно-промышленной комиссии от 17 июля 2018 года в России реализуется концепция, предполагающая широкое внедрение в авиационную отрасль систем электродвижения. Одним из ведущих отечественных институтов в этой сфере является ЦИАМ.

По словам Гордина, в планы предприятия входит создание авиационных двигателей-демонстраторов, «на которых будут исследованы прорывные технологии». В частности, речь идёт об использовании высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), позволяющих уменьшить массогабаритные параметры силовых установок и повысить их КПД до 99%.

По информации ЦИАМ, электрические моторы обладают рядом преимуществ перед агрегатами внутреннего сгорания. Например, они более экологичные и менее шумные. Эти качества позволяют электродвигателям соответствовать самым жёстким международным стандартам, которые определяет Международная организация гражданской авиации (ICAO).

Читать еще:  Что такое номер двигателя автомобиля в птс

«Внедрение электрических силовых агрегатов позволит сократить эмиссию вредных веществ. Также они относительно просты в производстве и эксплуатации по сравнению с двигателями внутреннего сгорания», — отметил в беседе с RT заслуженный лётчик РФ Владимир Попов.

Кроме того, как считают российские инженеры, прогресс в совершенствовании электрических моторов закладывает фундамент для проектирования летательных аппаратов с новыми характеристиками. При этом учёные признают, что для воплощения в реальность амбициозных инновационных идей потребуется не одно десятилетие.

Выступая на VI Открытой всероссийской конференции по аэроакустике, начальник отдела перспектив развития воздушно-реактивных двигателей ЦИАМ Анатолий Полев констатировал, что «разработка новых конкурентоспособных двигателей — затратный и длительный процесс».

Как пояснил учёный, период создания новых технологий в авиадвигателестроении составляет 10—16 лет, на их освоение и внедрение в летательные аппараты уходит примерно столько же времени. Тем не менее отечественные инженеры рассчитывают достичь определённых практических результатов уже в ближайшее время.

Так, в рамках научно-исследовательской работы «Электролёт СУ-2020» (осуществляется по заказу Минпромторга) в Сибирском научно-исследовательском институте авиации им. С.А. Чаплыгина создаётся летающая лаборатория на базе самолёта Як-40.

На этой машине будет испытываться экспериментальная гибридная силовая установка (ГСУ). Лётные испытания этого образца запланированы на 2022 год.

В носовой части самолёта инженеры установят электродвигатель, использующий эффект высокотемпературной сверхпроводимости. Он призван обеспечить более высокие показатели удельной мощности и КПД компонентов гибридного агрегата по сравнению с традиционными аналогами. В салоне летающей лаборатории будут размещены аккумуляторы и блоки системы управления.

Мощность гибридного двигателя составляет 500 кВт (679 л. с.): 400 кВт производят генераторы, 100 кВт — аккумуляторы. Масса двигателя — 95 кг, диаметр — 0,45 м, длина — 0,4 м. В перспективе подобной силовой установкой можно будет оснащать самолёты вместимостью до 20 пассажиров.

«Создание гибридных силовых установок — одно из ведущих направлений развития авиационной техники, которое может существенно повлиять на облик летательных аппаратов будущего. На исследования и разработку ГСУ направлены усилия практически всех ведущих авиационных научных и промышленных центров мира. В перспективе ГСУ позволят существенно сократить удельный расход топлива и вредные выбросы», — говорится в материалах ЦИАМ.

«Выигрыш может оказаться большим»

В интервью RT на полях МАКС-2019 начальник отдела электрических силовых установок ЦИАМ Антон Варюхин заявил, что «выигрыш от гибридизации может оказаться большим». Впрочем, от отметил, что существенный положительный эффект для авиационной отрасли станет заметен только с появлением изделий мощностью в несколько мегаватт (МВт) и более. Тем не менее, как полагает инженер, на некоторые типы воздушных судов уже сейчас можно устанавливать гибридные и электрические двигатели.

«Прежде всего это лёгкие учебные самолёты. В будущем электродвигателем может быть оснащён, например, Ил-114-300, производство которого сейчас разворачивается. Для этого как раз необходимо достичь мощности в 2 МВт», — сказал Варюхин.

Владимир Попов также считает вопрос мощности ключевой преградой для распространения авиационных двигателей, работающих полностью или частично на электрической энергии. Однако, по прогнозу эксперта, в ближайшие годы отечественным специалистам удастся разработать аккумуляторы, которые позволят выпускать летательные аппараты на ГСУ и электромоторах.

«Конечно, необходим хороший источник питания, то есть мощные аккумуляторы. Они должны длительное время отдавать свою энергию двигателям — это сложная, но решаемая задача. На мой взгляд, на первом этапе электрические двигатели будут устанавливаться на самолётах и вертолётах лёгкого класса. Затем наверняка наступит очередь более габаритных машин», — рассуждает Попов.

В комментарии RT исполнительный директор агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев заявил, что уже сегодня уровень развития российской и зарубежной авиаотрасли позволяет производить самолёты с ГСУ вместимостью свыше десяти пассажиров. Дальность полёта зависит от ёмкости аккумуляторов и относительно невелика — не более 1 тыс. км.

«То направление, по которому идут российские учёные и инженеры, имеет хорошие перспективы. Я имею в виду использование эффекта высокотемпературной сверхпроводимости, значительно повышающего КПД электрического двигателя и дальность полёта при сохранении прежних показателей ёмкости аккумуляторных батарей», — утверждает Пантелеев.

Как рассказал аналитик, помимо небольших самолётов, сейчас на электрической тяге могут подниматься в воздух лёгкие вертолёты и БПЛА различного типа. Однако Пантелеев подчеркнул, что на сегодняшний день не приходится говорить о востребованности таких летательных аппаратов в коммерческих перевозках из-за их слабых технических характеристик и высокой стоимости производства.

«До коммерческих образцов пока далековато. Необходимо решить самые разные проблемы, например найти эффективный способ охлаждения электромоторов, которые при работе на максимальных режимах выделяют большое количество тепловой энергии. Тем не менее процесс идёт в правильном направлении. Это видно по российскому проекту ГСУ мощностью 500 кВт. Если он будет реализован, то появится база, необходимая для создания новых транспортных и пассажирских самолётов», — резюмировал Пантелеев.

Ракетные и авиационные реактивные двигатели.

_developer
_developer

Сообщений: 6546

Читать еще:  Что означает значок двигателя на панели приборов

А что в кручении турбины вторичный воздух не участвует?
Хорошо, тогда куда девается он и его энергия?
Да только вы, как всегда про скорость и давления забыли.

sander (Пролетарий) писал(а) в ответ на сообщение :

Это вы никак понять не можите что жаровая труба это основной нагревать вторичного воздуха который расширяется и создает давление для лопаток турбины! Конечно же вместе с продуктами сгорания. Я вам даже секрет маленький открою, иногда и этот вторичный воздух охлаждают, вынеся термообменник за приделы КС.

sander (Пролетарий) писал(а) в ответ на сообщение :

sander
Пролетарий

Сообщений: 1777

_developer
_developer

Сообщений: 6546

⍟ sander (Пролетарий),
Я сразу опишу ситуацию, и никого переубеждать не собираюсь.
Заблуждаться это личное дело каждого!

Первичный воздух попадает в жаровую трубу (ЖТ). Там он тормозится и завихряется для поддержания горения. Его нужно, только для реакции окисления, не больше и не меньше. То есть ЖТ это просто своего рода нагреватель, не больше и не меньше. Для тяги (верней для лопаток турбины) естественно первичного воздуха, а верней уже продуктов сгорания не хватает. Потому что, нагрев продуктов происходит, но скорость этого потока изначально маленькая! Нет, тяга конечно есть от продуктов сгорания, но скорость, масса, и давление очень маленькие!
Тоесть представьте себе что ЖТ это просто разогретое тело, неважно как. Теперь, вторичный воздух с большой скоростью, давлением, и массой идет по камере сгорания. Он уже имеет большой потенциал в тяге от компрессора, но наше горячее тело (ЖТ) его нагревает еще больше и он начинает расширятся и еще больше течь. Из-за того что его скорость и давление намного больше продуктов сгорания, он через отверстия попадает в зону смешивания в ЖТ. Естественно, в обратном случае, он бы туда не попал бы. внутреннее давление (продуктов сгорания) ему бы это не дало бы. Чтоб не спалить лопатки турбины температуру вторичного воздуха выравнивают теплообменником вне КС. Просто нельзя выровнять это в ЖТ, на некоторых режимах горение не поддержать. Далее, после турбины, уже в сопле, часть этого воздуха могут дожечь. в так называемой форсажной камере.

sander
Пролетарий

Сообщений: 1777

> Заблуждаться это личное дело каждого!
>
> Первичный воздух попадает в жаровую трубу (ЖТ). Там он тормозится и завихряется для поддержания горения. Его нужно, только для реакции окисления, не больше и не меньше. То есть ЖТ это просто своего рода нагреватель, не больше и не меньше.
quoted1

У меня просто один вопрос. Зачем изобретать велосипед и выдумывать свое видение процессов, происходящих в ГТД?
Ведь столько информации в разных источниках. Я уж вики стараюсь не брать во внимание.
Вот, например, от
Инженер-конструктор (направление 652100 по
специальности 1301 «Самолето- и вертолетостроение»)
Бакалавр (направление 551000 «Авиа- и ракетостроение»)
Заведующий Заведующий кафедрой к.т.н., доцент Пухов Андрей Александрович Александрович:

«Благодаря компрессору ТРД могут создавать тягу при работе на месте. Воздух, сжатый во входном устройстве и компрессоре, далее поступает в
камеру сгорания, разделяясь на два потока. Одна часть воздуха (первичный воздух), составляющая 25—35% от общего расхода воздуха, направляется
непосредственно в жаровую трубу, где происходит основной процесс сгорания. Другая часть воздуха (вторичный воздух) обтекает наружные полости
камеры сгорания, охлаждая последнюю, и на выходе из камеры смешивается с продуктами сгорания, уменьшая температуру газовоздушного потока
до величины, определяемой жаропрочностью лопаток турбины. Таким образом, в камере сгорания происходит образование топливо-воздушной смеси
путем распыливания топлива через форсунки и смешения его с первичным воздухом, горение смеси и смешение продуктов сгорания со вторичным
воздухом. При запуске двигателя зажигание смеси осуществляется специальным запальным устройством, а при дальнейшей работе двигателя топливо-
воздушная смесь поджигается уже имеющимся факелом пламени.
Образовавшийся в камере сгорания газовый поток, обладающий высокой температурой и давлением, устремляется на турбину через суживающийся
сопловой аппарат. В каналах соплового аппарата скорость газа резко возрастает до 450—500 м/сек и происходит частичное преобразование тепловой
(потенциальной) энергии в кинетическую. Газы из соплового аппарата попадают на лопатки турбины, где кинетическая энергия газа преобразуется в
механическую работу вращения турбины. Лопатки турбины, вращаясь вместе с дисками, вращают вал двигателя и тем самым обеспечивается работа
компрессора. Окончательное расширение газа происходит в выходном устр.»

http://admriff.narod.ru/Puhov/course_7.pdf
В любимой книжке Сержа, вообще открытым текстом говорится, что вторичный воздух предназначен ТОЛЬКО для охлаждения и смешения..

Сообщений: 3974

Что ещё? Так а что ты вообще сказал – ты хоть понимаешь сам? Приведи где именно с той статье говорится о том, что ТРД ракеты реализован без охлаждения и где там описано вообще каким способом там реализована высокая температура? А я тебе скажу – высокая температура там реализована за счёт повышенного расхода топлива на горение и только.

sander (Пролетарий) писал(а) в ответ на сообщение :

sander
Пролетарий

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector