Макс Невелов Явление отдачи
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.
Химические ракетные двигатели (ХРД)
Этот тип двигателей на сегодняшний день является единственным, который массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов, кроме того, он нашел применение и в военной промышленности. Химические двигатели делятся на твердо- и жидкотопливные в зависимости от агрегатного состояния ракетного топлива.
Виды химических двигателей
История создания
Первыми ракетными двигателями были твердотопливные, а появились они несколько веков назад в Китае. С космосом их тогда мало что связывало, зато с их помощью можно было запускать военные ракеты. В качестве топлива использовался порошок, по составу напоминающий порох, только процентное соотношение его составляющих было изменено. В результате при окислении порошок не взрывался, а постепенно сгорал, выделяя тепло и создавая реактивную тягу. Такие двигатели с переменным успехом дорабатывались, совершенствовались и улучшались, но их удельный импульс все равно оставался малым, то есть конструкция была неэффективной и неэкономичной. Вскоре появились новые виды твердого топлива, позволяющие получить больший удельный импульс и развивать большую тягу. Над его созданием в первой половине ХХ века трудились ученые СССР, США и Европы. Уже во второй половине 40-х годов был разработан прототип современного топлива, используемого и сейчас.
Ракетный двигатель РД — 170 работает на жидком топливе и окислителе.
Жидкостные ракетные двигатели – это изобретение К.Э. Циолковского, который предложил их в качестве силового агрегата космической ракеты в 1903 году. В 20-х годах работы по созданию ЖРД начали проводиться в США, в 30-хх годах – в СССР. Уже к началу Второй мировой войны были созданы первые экспериментальные образцы, а после ее окончания ЖРД стали выпускаться серийно. Использовались они в военной промышленности для оснащения баллистических ракет. В 1957 году впервые в истории человечества был запущен советский искусственный спутник. Для его запуска использовалась ракета, оснащенная РЖД.
Устройство и принцип работы химических ракетных двигателей
Твердотопливный двигатель вмещает в своем корпусе топливо и окислитель в твердом агрегатном состоянии, причем контейнер с топливом – это одновременно и камера сгорания. Топливо обычно имеет форму стержня с центральным отверстием. В процессе окисления стержень начинает сгорать от центра к периферии, а газы, полученные в результате сгорания, выходят через сопло, образуя тягу. Это самая простая конструкция среди всех ракетных двигателей.
В жидкостных РД топливо и окислитель находятся в жидком агрегатном состоянии в двух раздельных резервуарах. По каналам подачи они попадают в камеру сгорания, где смешиваются и происходит процесс горения. Продукты сгорания выходят через сопло, образуя тягу. В качестве окислителя обычно используется жидкий кислород, а топливо может быть разным: керосин, жидкий водород и т.д.
Недостатки РДТТ:
- ограничение по времени работы: топливо сгорает очень быстро;
- невозможность перезапуска двигателя, его остановки и регулирования тяги;
- небольшой удельный вес в пределах 2000-3000 м/с.
Анализируя плюсы и минусы РДТТ, можно сделать вывод, что их использование оправдано только в тех случаях, когда нужен силовой агрегат средней мощности, достаточно дешевый и простой в исполнении. Сфера их использования – баллистические, метеорологические ракеты, ПЗРК, а также боковые ускорители космических ракет (ими оснащаются американские ракеты, в советских и российских ракетах их не использовали).
Достоинства жидкостных РД:
- высокий показатель удельного импульса (порядка 4500 м/с и выше);
- возможность регулирования тяги, остановки и перезапуска двигателя;
- меньший вес и компактность, что дает возможность выводить на орбиту даже большие многотонные грузы.
Недостатки ЖРД:
- сложная конструкция и пуско-наладочные работы;
- в условиях невесомости жидкости в баках могут хаотично перемещаться. Для их осаждения нужно использовать дополнительные источники энергии.
Сфера применения ЖРД – это в основном космонавтика, так как для военных целей эти двигатели слишком дорогие.
Несмотря на то, что пока химические РД – единственные способные обеспечить вывод ракет в открытый космос, их дальнейшее усовершенствование практически невозможно. Ученые и конструкторы убеждены, что предел их возможностей уже достигнут, а для получения более мощных агрегатов с большим удельным импульсом необходимы другие источники энергии.
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания (поршневой двигатель – ПД), в котором тепловая энергия расширяющихся газов, образовавшаяся в результате взрыва топливовоздушной смеси в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень. Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом. В качестве топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания используются: жидкости (дизельное топливо, бензин, спирты); сжиженные горючие газы. Эффективный кпд поршневого двигателя не превышает 60%. Остальная тепловая энергия распределяется между теплом выхлопных газов и нагревом конструкции двигателя. Поскольку последняя характеристика весьма существенна, поршневые двигатели нуждаются в системе интенсивного охлаждения. Различают следующие системы охлаждения: воздушные (двигатель АШ-62), отдающие избыточное тепло окружающему воздуху через ребристую внешнюю поверхность цилиндров; используются в двигателях сравнительно небольшой мощности (десятки кВт) или в более мощных авиационных двигателях, работающих в быстром потоке воздуха; жидкостные (двигатель АМ-35А), в которых охлаждающая жидкость (вода, масло или антифриз) прокачивается через рубашку охлаждения (каналы, созданные в стенках блока цилиндров) и затем поступает в радиатор охлаждения, где теплоноситель охлаждается потоком воздуха, созданным вентилятором.
С момента зарождения авиации и до конца Второй мировой войны поршневые двигатели были основным типом авиационных двигателей, образующих в сочетании с движителем – воздушным винтом – силовые установки ЛА (Ла-5 с мотором жидкостного охлаждения М-105П; Як-3 с двигателем ВК-105ПФ2; МиГ-3 с мотором АМ-35А). В целях повышения высоты и скорости полёта в поршневых авиационных двигателях нашли применение системы наддува, что позволило в 1940-х гг. повысить мощность силовых установок до 3000–3500 кВт. Однако характерное для винтомоторных силовых установок падение тяги с ростом скорости полёта не позволяло самолётам с поршневыми авиационными двигателями достигать скоростей выше 700–750 км/ч, что сохранило применение поршневых авиационных двигателей только в самолётах лёгкой авиации ; самолётах спортивной авиации ; самолётах авиации общего назначения .
Преимущества реактивного двигателя
Перед остальными видами такие:
- Простота конструкции. Для создания простейшего реактивного двигателя достаточно камеры сгорания и сопла. В камере сгорания образуется рабочее тело с высокой тепловой энергией, которое проходя через сопло передает аппарату реактивную тягу.
- Малое количество подвижных деталей. Для повышения эффективности работы воздушно-реактивного двигателя, созданы дополнительные механизмы. Они обеспечивают принудительное нагнетание воздуха в камеру сгорания. Их конструкция проста. Обычно это воздухозаборник с крутящимся винтом и лопастями. У ракетного таковые отсутствуют вообще.
- Высокие удельный импульс и мощность. Удельный импульс характеризует насколько большое ускорение передается самолёту или ракете рабочим телом, что позволяет развить хорошую скорость полета. Сравнение мощностей различных типов двигателей наглядно демонстрирует преимущества реактивного: карбюраторный ДВС – 200 кВт; дизельный ДВС – 2200 кВТ.; атомный – 55 000 кВт; турбинный паровой — 300 000 кВт; реактивный – 30 000 000 кВт.
- КПД достигает 47-60%. Этот показатель гораздо выше, чем у двигателей внутреннего сгорания (25-35%) или турбинного (27-30%). Это значит, что реактивный совершает больше полезной работы.
- Управляемость с помощью тяги во время космических полетов. Меняя расход топлива, можно уменьшать или увеличивать скорость полета, делать манёвры и вовсе отключать двигатель, а затем снова его запускать. При этом ему не требуется взаимодействовать с другими телами.
- Работает при низком давлении воздуха или вовсе без него в условиях безвоздушного пространства. Пока ещё не создан механизм, который зарекомендовал себя лучше в условиях космоса.
Эффективность и мощность двигателей
Ракетные двигатели обычно являются более эффективными при достижении высоких скоростей и преодолении сопротивления атмосферы. Они используют внутреннее сгорание и основаны на принципе действия третьего закона Ньютона – каждое действие имеет равное и противоположное действие. Ракетные двигатели выпускают горящие газы в обратном направлении, создавая тягу и вызывая движение транспортного средства вперед. Ракетный двигатель может обеспечить невероятные ускорения и скорости, что делает его основным выбором для космических полетов и ракет.
С другой стороны, реактивные двигатели обычно не так эффективны, как ракетные при преодолении сопротивления атмосферы. Они основаны на действии третьего закона Ньютона, но используют в качестве рабочего вещества воздух или другие газы из окружающей среды, которые затем сжигаются с топливом. Реактивные двигатели выпускают горящие газы в обратном направлении, создавая тягу и вызывая движение транспортного средства вперед. Они широко используются в авиации и автомобильной промышленности.
Однако, реактивные двигатели, несмотря на их относительную неэффективность, могут быть более мощными и обладать большей тягой, чем ракетные двигатели. Они могут быть легко масштабируемыми и адаптированы для использования на различных типах транспортных средств. Например, реактивные двигатели часто используются в авиации для обеспечения дальности полета и скорости.
| Сравнение ракетного и реактивного двигателей | Ракетный двигатель | Реактивный двигатель |
|---|---|---|
| Принцип работы | Основан на внутреннем сгорании и выпуске горящих газов в обратном направлении | Основан на сжигании топлива вместе с воздухом, выпуске горящих газов в обратном направлении |
| Эффективность | Более эффективен при достижении высоких скоростей | Обычно менее эффективен при преодолении сопротивления атмосферы |
| Мощность | Может обеспечить невероятные ускорения и скорости | Может быть более мощным и обладать большей тягой |
| Использование | Космические полеты, ракеты | Авиация, автомобильная промышленность |
Таким образом, ракетные и реактивные двигатели обладают различными характеристиками, эффективностью и мощностью. Исходя из конкретных потребностей и условий, выбор между этими двигателями зависит от вида транспорта и требуемого уровня производительности.
Преимущества и недостатки
Преимущества ракетного двигателя:
1. Большая тяга и скорость. Ракетный двигатель способен обеспечить более высокую тягу и скорость, чем реактивный двигатель. Это позволяет использовать ракетные двигатели в космических миссиях и выполнении сложных маневров в атмосфере.
2. Вакуумная среда. Ракетные двигатели могут работать как в атмосфере, так и в вакууме космического пространства, что делает их универсальными и эффективными для запусков и межпланетных путешествий.
3. Управляемость. Ракетные двигатели обладают высокой степенью управляемости и могут быть точно настроены для выполнения различных маневров и изменения траектории.
Преимущества реактивного двигателя:
1. Простота и надежность. Реактивные двигатели отличаются простотой конструкции и надежностью работы. Они легче производятся и обслуживаются, что снижает затраты на обслуживание и эксплуатацию.
2. Эффективность. Реактивные двигатели обеспечивают более высокую тягу при сопоставимой массе топлива, что делает их более эффективными в применении на небольших и средних дистанциях.
3. Маневренность. Реактивные двигатели обладают лучшей маневренностью в атмосфере и могут быть использованы для выполнения быстрых маневров и изменения направления полета.
Недостатки ракетного двигателя:
1. Высокая стоимость. Разработка, производство и эксплуатация ракетных двигателей требуют значительных финансовых вложений и ресурсов.
2. Ограниченное время работы. Из-за ограниченности запаса топлива и окислителя, ракетные двигатели имеют ограниченное время работы.
3. Загрязнение окружающей среды. Использование ракетных двигателей сопряжено с выбросом вредных веществ и загрязнением окружающей среды.
Недостатки реактивного двигателя:
1. Низкая тяга и скорость. Реактивный двигатель обеспечивает более низкую тягу и скорость, чем ракетный двигатель, что ограничивает его применение в космической области и выполнении сложных маневров.
2. Основан на законе Действия-Противодействия. Реактивные двигатели работают на основе закона действия-противодействия, что требует исходного движения и отсутствия внешнего сопротивления воздуха.
Преимущества реактивных двигателей
Реактивные двигатели имеют ряд преимуществ, которые делают их востребованными и широко применяемыми в сфере авиации и космонавтики.
Одно из основных преимуществ реактивных двигателей — высокая скоростная характеристика. Их конструкция позволяет создавать достаточно большую тягу, что обеспечивает значительное увеличение скорости передвижения и маневренности объекта.
Также реактивные двигатели обладают небольшим весом и компактными размерами по сравнению с другими типами двигателей
Это важно при разработке транспортных средств и летательных аппаратов, где каждый килограмм имеет значение
Другим важным преимуществом реактивных двигателей является простота управления. Благодаря прямой связи между тягой и режимом работы двигателя, пилот или оператор может легко регулировать скорость и направление движения объекта.
Также стоит отметить высокую надежность реактивных двигателей. Они имеют меньше движущихся деталей, чем другие типы двигателей, что снижает вероятность поломок и увеличивает срок службы.
Важным преимуществом реактивных двигателей является возможность работы в различных условиях, в том числе в вакууме или атмосфере с низкой плотностью. Это позволяет использовать реактивные двигатели как в космических миссиях, так и в летательных аппаратах, каких например, самолеты.
| Преимущества реактивных двигателей |
|---|
| Высокая скоростная характеристика |
| Небольшой вес и компактные размеры |
| Простота управления |
| Высокая надежность |
| Возможность работы в различных условиях |
Твердотопливные ракеты: конфигурации
Читая описание для современных твердотопливных ракет, часто можно найти вот такое:
Здесь объясняется не только состав топлива, но и форма канала, пробуренного в центре топлива. «Перфорация в виде 11-конечной звезды» может выглядеть вот так:
Твердотопливные двигатели обладают тремя важными преимуществами:
- простота
- низкая стоимость
- безопасность
Но есть и два недостатка:
- тягу невозможно контролировать
- после зажигания двигатель нельзя отключить или запустить повторно
Недостатки означают, что твердотопливные ракеты полезны для непродолжительных задач (ракеты) или систем ускорения. Если вам понадобится управлять двигателем, вам придется обратиться к системе жидкого топлива.
Преимущества использования реактивного двигателя
Реактивный двигатель представляет собой устройство, которое применяется для создания тяги путем выброса высокоскоростного потока газов. Использование реактивного двигателя обладает несколькими преимуществами:
1. Высокая эффективность. Реактивный двигатель способен создать значительную тягу при сравнительно небольшом расходе топлива. Это позволяет достигать высоких скоростей и осуществлять долгие полеты с относительно небольшими объемами топлива.
2. Быстрый отклик. Реактивный двигатель реагирует на изменение режимов работы практически мгновенно
Благодаря этому можно легко контролировать силу тяги и маневрировать в воздухе, что особенно важно при выполнении маневров или изменении направления полета
3. Возможность работать в вакууме. Реактивные двигатели могут работать в условиях отсутствия атмосферы, что позволяет им использоваться не только на Земле, но и в космическом пространстве. Они широко применяются в ракетном и космическом исследовании.
4. Простота конструкции. Реактивные двигатели имеют более простую конструкцию по сравнению с ракетными двигателями. Они не требуют использования специальных сопель или ракетных камер, что упрощает их производство, эксплуатацию и обслуживание.
5. Повышенная безопасность. Реактивные двигатели лишены открытых пламени, что снижает вероятность возникновения пожара в процессе работы. Кроме того, они обладают меньшей опасностью отказа при аварийной ситуации, поскольку отсутствует применение сгораемых материалов.
В целом, использование реактивного двигателя обеспечивает надежность, эффективность и высокие технические показатели, что делает его востребованным для широкого спектра применений, от авиации до космической индустрии.
История развития
Развитие реактивной и ракетной технологии неразрывно связано с историей авиации и космической отрасли. Однако, реактивные и ракетные двигатели имеют разные истоки и основные применения.
Самыми ранними прототипами реактивных двигателей можно считать устройства, созданные китайскими и арабскими изобретателями в разные эпохи. Однако, реальное развитие реактивной технологии началось в 20 веке. Первым, кто построил рабочий реактивный двигатель, был французский инженер Анри Гифар. Он создал паровой реактивный двигатель, который использовался на небольших воздушных судах.
В дальнейшем реактивная технология продолжала развиваться, и первые реактивные двигатели на жидком топливе появились в Германии и СССР во время Второй мировой войны. Эти двигатели использовались на самолетах и ракетах для обеспечения повышенной скорости и маневренности. Благодаря этому, реактивные двигатели стали широко применяться в авиации.
Сравнительно с реактивными двигателями, ракетные двигатели имеют более давнюю историю. Первые ракетные двигатели были созданы в Древнем мире для стрельбы стрелами и огненными метательными снарядами. Однако, современные ракетные двигатели, в которых используется технология сгорания различных видов топлива, появились только в 20 веке.
Вторая мировая война существенно ускорила разработку ракетных двигателей, поскольку они были использованы в боевых условиях. Немецкое правительство вело разработку ракеты Фау-2, которую можно считать первой баллистической ракетой с ракетным двигателем. После окончания войны, технология ракетных двигателей стала использоваться в космической отрасли для запуска космических аппаратов.
В результате исторического развития, реактивные двигатели стали основным и наиболее распространенным двигателем для авиации, в то время как ракетные двигатели нашли свое применение в космической технологии и военной сфере.
Ракетный двигатель: историческое развитие и современные технологии
История развития ракетных двигателей тесно связана с освоением космоса и исследованием внеземного пространства. С самого начала человечество стремилось осуществить полеты в космос, и ракетные двигатели стали ключевым элементом в этом процессе.
Первые работы по созданию ракетных двигателей ведут свои корни еще с древних времен. Греки и Китайцы использовали пневматические устройства и заряды пороха для достижения различных целей. Однако, история настоящего ракетного двигателя начинается в XX веке с разработки идеи о реактивной тяге.
Одним из родоначальников ракетных двигателей является немецкий инженер Вернер фон Браун. Во время Второй мировой войны он создал ракету V-2, первую баллистическую ракету с жидкостным ракетным двигателем. Дальнейшее развитие ракетной техники было связано с активными исследованиями в Советском Союзе и США.
Современные ракетные двигатели достигли впечатляющих технических характеристик и имеют ряд отличительных особенностей, которые позволяют им преодолевать огромные расстояния в космическом пространстве. Обычно они используют жидкое или твердое ракетное топливо, которое осуществляет продвижение ракеты. Также, существует различие между реактивным и ракетным двигателем.
Реактивный двигатель является общим термином, который описывает механизм, основанный на законе сохранения импульса. Он работает на основе выброса газа со значительной скоростью в противоположном направлении относительно движения тела. Примерами реактивных двигателей являются двигатели воздушных судов и реактивные двигатели ракет.
С другой стороны, ракетный двигатель — это тип реактивного двигателя, специально разработанный для использования в ракетах и космических аппаратах. Он обеспечивает ракете тягу, необходимую для преодоления гравитации Земли и попадания в космическое пространство. Ракетные двигатели бывают различных типов в зависимости от используемого топлива и конструкции.
| Типы ракетных двигателей | Описание |
|---|---|
| Жидкостноракетный двигатель | Использует жидкое топливо и окислитель для создания высокой тяги. Топливо сжигается в камере сгорания, создавая приводящие в движение газы. |
| Твердотопливный ракетный двигатель | Имеет твердое топливо, которое горит и выделяет газы, создающие тягу. Топливо и окислитель смешиваются на этапе производства и образуют специальные гранулы, которые сгорают при включении двигателя. |
| Гибридный ракетный двигатель | Сочетает в себе черты жидкостного и твердотопливного ракетного двигателя. Он использует комбинацию жидкого окислителя и твердого топлива для создания тяги. |
| Ядерный ракетный двигатель | Использует ядерную реакцию для создания тяги. Ядерное топливо нагревается и испускает горячие газы, которые приводят в движение ракету. |
Современные технологии продолжают совершенствовать ракетные двигатели, делая их более эффективными, компактными и мощными. Они играют ключевую роль в освоении космоса и развитии космических программ по всему миру.
Преимущества и недостатки
Ракетные двигатели отличаются от реактивных своими особенностями и функционалом, что влечет за собой как преимущества, так и недостатки.
Основным преимуществом ракетных двигателей является их высокая эффективность и мощность. Ракетные двигатели способны создавать гигантские тяговые усилия, что позволяет использовать их для запуска космических аппаратов и ракет. Кроме того, ракетные двигатели обладают большой дальностью полета и способны достичь высоких скоростей в космическом пространстве. Важным преимуществом ракетных двигателей является их возможность работать в условиях невесомости, что позволяет использовать их на орбите Земли и в глубоком космосе.
Однако ракетные двигатели также имеют некоторые недостатки. Они являются крайне сложными в проектировании, изготовлении и обслуживании, что делает их очень дорогостоящими. Кроме того, ракетные двигатели требуют большого количества топлива, что делает их неэкономичными и ограничивает дальность полета. Еще одним недостатком ракетных двигателей является высокий уровень шума и вибрации при работе, что может быть недопустимым для определенных приложений.
С другой стороны, реактивные двигатели обладают своими преимуществами и недостатками. Их главное преимущество состоит в их простоте и компактности, что делает их более доступными и удобными в использовании. Реактивные двигатели обладают высокой маневренностью и способны развивать высокие скорости. Кроме того, они не требуют особых условий и топлива для работы.
Однако реактивные двигатели также имеют некоторые недостатки. Во-первых, их мощность намного ниже, чем у ракетных двигателей, поэтому они не могут использоваться для запуска космических аппаратов. Во-вторых, реактивные двигатели имеют небольшую дальность полета и требуют частой замены топлива, что делает их менее эффективными для долгих перелетов. Кроме того, реактивные двигатели создают большой уровень шума и тепла при работе, что может ограничивать их применение в некоторых областях.
Реактивные, турбореактивные двигатели, их виды и принцип работы
При всей своей мощи и кажущейся невероятной сложности – ракетные и турбореактивные двигатели на самом деле имеют довольно простой принцип работы.
Самым простым является ракетный двигатель. Начнем с него.
Для того, чтобы работать в условиях космоса, ракетные двигатели должны иметь собственный запас кислорода для обеспечения сжигания топлива. Топливо-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания, где происходит ее постоянное сжигание. Образующийся во время сгорания газ под очень большим давлением высвобождается наружу через сопло, создавая реактивную силу и заставляя ракетный двигатель, а вместе с ним и ракету двигаться в противоположном направлении. Наглдный пример реактивной силы в повседневной жизни это обычный воздушный шарик. Если его надуть и отпустить, не завязывая, то шарик будет двигаться за счет реактивной силы, создаваемой вылетающим из него воздухом.
Турбореактивный двигатель (ТРД)
Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по тому же принципу, что и ракетный, за исключением того, что в нем сжигается атмосферный кислород.
Сходства:Топливо постоянно сжигается внутри камеры сгорания турбины. Освобождающийся через сопло газ создает реактивную силу.
Различия:На выходе из сопла установлены несколко ступеней турбины, закрепленные на общем валу. проходя через лопатки турбин газ приводит их во вращение. Между колесами турбин установлены неподвижные направляющие лопатки, которые придаю определенное направление потоку газа на пути ко следующей ступени (колесу) турбины, что создает более эффективое вращение.
Вместе с турбиной на едином валу в передней части двигателя установлен компрессор, который служит для сжатия и подачи воздуха в камеру сгорания.
Турбовинтовой двигатель (ТВД).
Принцип работы точно такой же как и у ТРД, за исключением того, что на валу перед компрессором установлен редуктор, приводящий во вращение воздушный винт с более низкими оборотами, чем турбина.Получение мощности, необходимой для вращения ротора компрессора и воздушного винта, обеспечивается турбиной с увеличенным числом ступеней, поэтому расширение газа в турбине происходит почти полностью и реактивная тяга, получаемая за счет реакции газовой струи, вытекающей из двигателя, составляет только 10–15% суммарной тяги, в то время как воздушный винт создает основное тяговое усилие (85–90%).
ТВД сочетают в себе преимущества ТРД на больших скоростях полета (способность создавать большую тягу при относительно небольшой массе и габаритах двигателя) и ПД на малых скоростях (низкие расходы топлива) и, обладая высокой топливной эффективностью, широко применяются в силовых установках имеющих большую грузоподъемность и дальность полета самолетов (летающих на скоростях 600–800 км/ч) и вертолетов.
Турбовентиляторный двигатель (ТВлД)
Этот двигатель является неким копромиссом между турбореактивным и турбовинтовым двигателем. У турбовентиляторного двигателя (ТВлД) на валу перед компрессором установлен вентилятор, имеющий большее количество лопаток, чем воздушный винт и обеспечивающий высокий расход воздуха через двигатель на всех скоростях полета, включая низкие скорости при взлете.
Новости СМИ2
kaz-news.ru | ekhut.ru | omsk-media.ru | samara-press.ru | ufa-press.ru
Рекордсмен космоса
Разработка двигателей РД-107 и РД-108 проходила в 1954–1957 годах под руководством выдающегося конструктора Валентина Глушко. Двигатели предназначались для первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, модификация которой в 1957 году доставила в космос первый искусственный спутник Земли. В 1961 году двигатели обеспечили первый полет человека в космос. На протяжении более 60 лет российские ракеты «Союз» поднимаются в небо с помощью двигателей РД-107/108 и их модификаций. Серийное производство двигателей налажено на самарском заводе «ОДК-Кузнецов», входящем в Объединенную двигателестроительную корпорацию Ростеха.
Программа РД-107/108 продолжает развиваться, создаются новые модификации – всего разработано 18 вариантов для различных программ. Сегодня модификациями двигательных установок РД-107А/РД-108А оснащаются I и II ступени всех ракет-носителей среднего класса типа «Союз». Все пилотируемые и до 80% грузовых космических кораблей в России взлетают благодаря этим двигателям.
РД-107/108 уже поставил свой космический рекорд по долголетию. Конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но сегодня запас для совершенствования двигателя еще не исчерпан.
Скорость и мощность
- Rакетный двигатель обеспечивает значительно большую скорость, поскольку не нуждается в воздухе для работы. Это позволяет ракете лететь со скоростью, превышающей скорость звука, и даже достигать космической скорости.
- Реактивный двигатель работает в атмосфере и получает необходимый для работы кислород из воздуха. Он позволяет самолетам разгоняться до высоких скоростей, но ограничен скоростью звука.
Что касается мощности, ракетные двигатели обладают гораздо большей мощностью, поскольку они способны развивать огромную тягу. Реактивные двигатели также мощные, но их тяга ограничена воздушной средой и зависит от величины кислородного потока.
Таким образом, ракетные двигатели обеспечивают намного большую скорость и мощность, чем реактивные. Однако, это не делает реактивные двигатели менее важными, поскольку они широко применяются в авиации и имеют ряд преимуществ, таких как более высокая эффективность и длительность полета.
Выводы
Проведённые испытания трёх двигателей на новых принципах работы, и их результаты, показывают, что представленная концепция перспективна, и обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с существующей схемой работы РД.
Перечислим некоторые преимущества двигателя на новых принципах и проблемы, выявленные в результате испытаний. Преимущества двигателя на новых принципах:
Можно получить более высокое значение импульса РД, при более низком давлении в КС. Возможно достичь рекордные значений по импульсу для жидкостных РД.
Равномерная и стабильная работа двигателя во всех диапазонах (по тяге от нуля и до максимальных значений) в безопасном режиме, отсутствие нестабильного горения в КС, отсутствие низкочастотных колебаний и вибраций.
Отсутствует, или существенно уменьшится сверхзвуковая часть сопла Лаваля
Особенно это важно для вакуумных РД, уменьшится их размер, устраняется проблема недорасширенный реактивной струи в вакууме, за счёт ее плазменных свойств.
Существенно меньшие энергетические расходы по подаче топливной смеси в КС, чем у двигателей с существующей схемой работы.
Аномально высокий безразмерный коэффициент тяги (Cf=1.8) при отсутствии сверхзвуковой части сопла, что говорит о высокой эффективности схемы РД на новых принципах. Реально достижим Cf>3 на уровне земли.
Отсутствует сверхзвуковой хлопок при пуске двигателя
Сверхзвуковой хлопок РД на новых принципах работы происходит сразу после пуска двигателя при малой тяге, и как следствие он практически не слышен. А вся дальнейшая работа двигателя происходит в сверхзвуковом режиме истечения реактивной струи.
В отличие от существующих плазменных двигателей, где тяга двигателя обычно до одного ньютона, схема работы двигателя на новых принципах позволяет получить тягу от одного ньютона до сотен тонн тяги в плазменном режиме.
К недостаткам можно отнести очень большую нагрузку на стенки КС из-за большой центробежной силы возникающей при вращении топливной смеси в КС и как следствие более сложная конструкция КС, при отсутствии опыта в создании двигателей и КС на новых принципах работы с использованием криогенных компонентов.
В конце одно замечание, связанное с испытанием РД1 (рис.6). А точнее со скачком тяги двигателя с пятой по шестую секунды работы. Известно, что дроссельная характеристика работы реактивного двигателя представляет собой неразрывную линию. Однако в данном случае это не так, и имеет место скачек тяги. Объясняется это просто. Если мы будем испытывать по отдельности двигатель со стандартной схемой работы и двигатель на новых принципах работы, то в первом и во втором случае принцип неразрывности (закон сохранения энергии) будет соблюдаться неукоснительно, правда в первом случае зависимость будет линейной, а во втором квадратичной (рисунки 19,20). В случае же с испытанием РД1 (рис.6) происходит переход режима дефлаграционного горения, в режим плазменного горения, и как следствие происходит скачек тяги двигателя, связанный с большей энергетической эффективностью работы двигателя на новых принципах, по сравнению с существующей схемой. При этом надо учитывать, что двигатель на новых принципах использует дополнительную энергию гравитации (центробежная сила), которая в двигателе со стандартной схемой не используется.
Проведённые испытания трёх двигателей дали достаточно большой объём рабочей информации для проведения в кратчайшие сроки дальнейших работ.
А его конструкция может быть реализована в проекте по созданию двигателя на новых принципах в ближайшее время.
Этот обзор по испытанию трёх модификаций двигателей на новых принципах работы передаёт основную часть испытаний и принципов действия. В случае, если вас заинтересует эта работа с практической точки зрения (проектирование, изготовление, испытание и так далее), я готов обсудить проведение совместной работы по созданию РД демонстратора уже с использованием криогенной топливной пары метан-кислород и тягой 5-10 тонн силы.
Данная работа проведена по собственной инициативе, мною лично, за счёт собственных средств.
Контакты для связи: kulevsp@gmail.com
