¿Quién inventó el motor a reacción? Características básicas de los motores a reacción. Cómo se fabrican los motores a reacción para modelos de aviones

Las ideas de crear un motor térmico, que incluye un motor a reacción, son conocidas por el hombre desde la antigüedad. Así, en el tratado de Garza de Alejandría titulado "Neumática" hay una descripción de Aeolipile, la bola "Eolus". Este diseño no era más que una turbina de vapor, en la que se suministraba vapor a través de tubos a una esfera de bronce y, saliendo de ella, hacía girar esta esfera. Lo más probable es que el dispositivo se utilizara para entretenimiento.

Bola “Eolus” Los chinos avanzaron un poco más, creando en el siglo XIII una especie de “cohetes”. Inicialmente utilizado como fuegos artificiales, el nuevo producto pronto fue adoptado y utilizado con fines de combate. El gran Leonardo tampoco hizo caso omiso de la idea, con la intención de utilizar el aire caliente suministrado a las aspas para hacer girar un asador para freír. La idea de un motor de turbina de gas fue propuesta por primera vez en 1791 por el inventor inglés J. Barber: el diseño de su motor de turbina de gas estaba equipado con un generador de gas, un compresor de pistón, una cámara de combustión y una turbina de gas. Usó un motor térmico y A.F. como planta de energía para su avión, desarrollado en 1878. Mozhaisky: dos máquinas de vapor accionaban las hélices de la máquina. Debido a la baja eficiencia efecto deseado no logró lograr. Otro ingeniero ruso – P.D. Kuzminsky: en 1892 desarrolló la idea de un motor de turbina de gas en el que el combustible se quemaba a presión constante. Habiendo iniciado el proyecto en 1900, decidió instalar un motor de turbina de gas con una turbina de gas de múltiples etapas en un barco pequeño. Sin embargo, la muerte del diseñador le impidió terminar lo que empezó. Sólo en el siglo XX comenzaron a crear un motor a reacción con mayor intensidad: primero en teoría y, unos años después, en la práctica. En 1903, en la obra “Exploración de los espacios del mundo mediante instrumentos reactivos”, K.E. Tsiolkovsky fueron desarrollados fundamentos teóricos Motores de cohetes líquidos (LPRE) con una descripción de los elementos principales de un motor a reacción que utiliza combustible líquido. La idea de crear un motor que respire aire (WRE) pertenece a R. Lorin, quien patentó el proyecto en 1908. Al intentar crear un motor, después de que los dibujos del dispositivo se hicieran públicos en 1913, el inventor fracasó: no se pudo alcanzar la velocidad necesaria para el funcionamiento del motor a reacción. Los intentos de crear motores de turbina de gas continuaron. Entonces, en 1906, el ingeniero ruso V.V. Karavodin desarrolló y, dos años más tarde, construyó un motor de turbina de gas sin compresor con cuatro cámaras de combustión intermitente y una turbina de gas. Sin embargo, la potencia desarrollada por el dispositivo, incluso a 10.000 rpm, no superó los 1,2 kW (1,6 CV). El motor de turbina de gas de combustión intermitente también fue creado por el diseñador alemán H. Holwarth. Habiendo construido un motor de turbina de gas en 1908, en 1933, después de muchos años de trabajo para mejorarlo, llevó la eficiencia del motor al 24%. Sin embargo, la idea no ha encontrado un uso generalizado.

vicepresidente Glushko La idea de un motor turborreactor fue expresada en 1909 por el ingeniero ruso N.V. Gerasimov, quien recibió una patente para un motor de turbina de gas destinado a generar propulsión a reacción. El trabajo sobre la implementación de esta idea no se detuvo en Rusia y posteriormente: en 1913 M.N. Nikolskoy diseña un motor de turbina de gas con una potencia de 120 kW (160 CV) con una turbina de gas de tres etapas; en 1923 V.I. Basarov propone un diagrama esquemático de un motor de turbina de gas, similar en diseño a los motores turbohélice modernos; en 1930 V.V. Uvarov junto con N.R. Briling diseña y en 1936 implementa un motor de turbina de gas con compresor centrífugo. El trabajo de los científicos rusos S.S. Nezhdanovsky, I.V. Meshchersky, N.E. Zhukovski. El científico francés R. Hainault-Peltry, el científico alemán G. Oberth. La creación de un motor que respira aire también estuvo influenciada por el trabajo del famoso científico soviético B.S. Stechkin, que publicó su obra “La teoría de un motor a reacción” en 1929. El trabajo en la creación de un motor a reacción líquido no se detuvo: en 1926, el científico estadounidense R. Goddard lanzó un cohete utilizando combustible líquido. El trabajo sobre este tema también tuvo lugar en la Unión Soviética: de 1929 a 1933 V.P. Glushko desarrolló y probó un motor a reacción electrotérmico en el Laboratorio de Dinámica de Gases. Durante este período, también creó los primeros motores a reacción de líquido domésticos: ORM, ORM-1, ORM-2. La mayor contribución a la implementación práctica del motor a reacción la hicieron los diseñadores y científicos alemanes. Contar con el apoyo y financiación del Estado, que esperaba alcanzar la superioridad técnica de esta manera. la guerra que viene, el cuerpo de ingenieros del III Reich, con la máxima eficacia y en poco tiempo, se acercó a la creación de sistemas de combate basados ​​​​en las ideas de la propulsión a chorro. Centrándonos en el componente de aviación, podemos decir que ya el 27 de agosto de 1939, el piloto de pruebas de Heinkel, el capitán de bandera E. Varsitz, despegó el He.178, un avión a reacción, cuyos desarrollos tecnológicos fueron posteriormente utilizado en la creación del Heinkel He.280 y Messerschmitt Me.262 Schwalbe. El motor Heinkel Strahltriebwerke HeS 3 instalado en el Heinkel He.178, diseñado por H.-I. von Ohaina, aunque no tenía mucho poder, logró abrir la era de los vuelos a reacción de aviones militares. La velocidad máxima de 700 km/h alcanzada por el He.178 con un motor cuya potencia no superaba los 500 kgf era elocuente. adelante yacía posibilidades ilimitadas, lo que privó de futuro a los motores de pistón. Toda una serie de motores a reacción creados en Alemania, por ejemplo el Jumo-004 fabricado por Junkers, le permitió tener aviones de combate y bombarderos en serie al final de la Segunda Guerra Mundial, varios años por delante de otros países en esta dirección. Después de la derrota del Tercer Reich, fue la tecnología alemana la que impulsó el desarrollo de aviones a reacción en muchos países del mundo. El único país que logró responder al desafío alemán fue Gran Bretaña: el motor turborreactor Rolls-Royce Derwent 8 creado por F. Whittle se instaló en el caza Gloster Meteor.

Jumo 004 capturado El primer motor turbohélice del mundo fue el motor húngaro Jendrassik Cs-1 diseñado por D. Jendrasik, quien lo construyó en 1937 en la planta de Ganz en Budapest. A pesar de los problemas que surgieron durante la implementación, el motor debía instalarse en el avión de ataque bimotor húngaro Varga RMI-1 X/H, diseñado especialmente para este fin por el diseñador de aviones L. Vargo. Sin embargo, los especialistas húngaros no pudieron completar el trabajo: la empresa fue redirigida a la producción de motores alemanes Daimler-Benz DB 605, seleccionados para su instalación en el Messerschmitt Me.210 húngaro. Antes del comienzo de la guerra, en la URSS se continuaba trabajando en la creación de varios tipos de motores a reacción. Entonces, en 1939, se probaron cohetes propulsados ​​​​por motores estatorreactores diseñados por I.A. Merkulova. Ese mismo año, en la planta de Leningrado Kirov, comenzaron los trabajos para construir el primer motor turborreactor doméstico diseñado por A.M. Cunas. Sin embargo, el estallido de la guerra detuvo los trabajos experimentales en el motor, dirigiendo toda la potencia de producción a las necesidades del frente. La verdadera era de los motores a reacción comenzó después del final de la Segunda Guerra Mundial, cuando en poco tiempo se conquistó no solo la barrera del sonido, sino también la gravedad, lo que permitió llevar a la humanidad al espacio exterior.

motor a reacción fue inventado Hans von Ohain, un destacado ingeniero de diseño alemán y señor frank whittle. La primera patente para un motor de turbina de gas en funcionamiento la obtuvo en 1930 Frank Whittle. Sin embargo, fue Ohain quien montó el primer modelo funcional.

El 2 de agosto de 1939 despegó el primer avión a reacción, el He 178 (Heinkel 178), propulsado por el motor HeS 3 desarrollado por Ohain.

Bastante simple y al mismo tiempo extremadamente difícil. Basado simplemente en el principio de funcionamiento: aire exterior (en motores de cohetes- oxígeno líquido) es aspirado hacia la turbina, donde se mezcla con el combustible y se quema; al final de la turbina se forma el llamado. “fluido de trabajo” (corriente en chorro), que mueve el automóvil.

Es muy simple, pero en realidad es todo un área de la ciencia, porque en estos motores la temperatura de funcionamiento alcanza miles de grados centígrados. Uno de los problemas más importantes en la construcción de motores turborreactores es la creación de piezas que no se funden a partir de metales fundidos. Pero para comprender los problemas de los diseñadores e inventores, primero es necesario estudiar con más detalle la estructura fundamental del motor.

Diseño de motor a reacción

partes principales del motor a reacción

Al inicio de la turbina siempre hay admirador, que aspira aire del ambiente externo hacia las turbinas. el ventilador tiene área grande y una gran cantidad de hojas de titanio con formas especiales. Hay dos tareas principales: la entrada de aire primario y la refrigeración de todo el motor, bombeando aire entre la capa exterior del motor y las partes internas. Esto enfría las cámaras de mezcla y de combustión y evita que colapsen.

Inmediatamente detrás del ventilador hay un poderoso compresor, que fuerza el aire a alta presión hacia la cámara de combustión.

Cámara de combustión También actúa como carburador, mezclando combustible con aire. Una vez formada la mezcla de aire y combustible, se enciende. Durante el proceso de combustión se produce un calentamiento significativo de la mezcla y las partes circundantes, así como una expansión volumétrica. En efecto, un motor a reacción utiliza una explosión controlada para impulsarse.

La cámara de combustión de un motor a reacción es una de sus partes más calientes y requiere una refrigeración intensiva y constante. Pero esto no es suficiente. La temperatura en él alcanza los 2700 grados, por lo que a menudo está hecho de cerámica.

Después de la cámara de combustión, la mezcla de aire y combustible en combustión se envía directamente a la turbina.

Turbina Consta de cientos de palas sobre las que presiona la corriente en chorro, haciendo girar la turbina. La turbina, a su vez, hace girar el eje sobre el que "se asientan" el ventilador y el compresor. Así, el sistema es cerrado y requiere únicamente un suministro de combustible y aire para su funcionamiento.

Después de la turbina, el flujo se dirige a la boquilla. La boquilla del motor a reacción es la última pero no menos importante parte de un motor a reacción. Forma directamente la corriente en chorro. El aire frío se dirige hacia la boquilla y el ventilador lo fuerza a enfriar las partes internas del motor. Este flujo restringe el collar de la boquilla de la corriente en chorro súper caliente y hace que se derrita.

Vector de empuje desviable

Las boquillas de los motores a reacción vienen en una variedad de tipos diferentes. Considera que el más avanzado es una boquilla móvil montada en motores con un vector de empuje desviable. Puede comprimirse y expandirse, y también desviarse en ángulos significativos, ajustándose y dirigiéndose directamente corriente en chorro. Esto hace que los aviones con motores de empuje vectorial sean muy maniobrables, porque Las maniobras se producen no solo gracias a los mecanismos de las alas, sino también directamente por el motor.

Tipos de motores a reacción

Hay varios tipos principales de motores a reacción.

Motor a reacción clásico F-15

Motor a reacción clásico– cuya estructura fundamental describimos anteriormente. Utilizado principalmente en aviones de combate con diversas modificaciones.

turbohélice. En este tipo de motor, la potencia de la turbina se dirige a través de una caja reductora para hacer girar una hélice clásica. Estos motores permitirán que los aviones grandes vuelen a velocidades aceptables y consuman menos combustible. La velocidad de crucero normal de un avión turbohélice se considera de 600 a 800 km/h.

Este tipo de motor es un pariente más económico del tipo clásico. la principal diferencia es que en la entrada se instala un ventilador de mayor diámetro, que suministra aire no solo a la turbina, sino que también crea un flujo bastante potente fuera de ella. De esta manera, se logra una mayor eficiencia mejorando la eficiencia.

Utilizado en aviones de pasajeros y aviones grandes.

motor ramjet

Funciona sin piezas móviles. El aire es impulsado hacia la cámara de combustión de forma natural, debido al frenado del flujo contra el carenado de entrada.

Se utiliza en trenes, aviones, vehículos aéreos no tripulados y misiles militares, así como en bicicletas y scooters.

Y por último, un vídeo de un motor a reacción en acción:

Imágenes tomadas de diversas fuentes. Rusificación de cuadros – Laboratorio 37.

El sitio y Rostec recuerdan a las personas que hicieron volar los cohetes.

Orígenes

“Un cohete no vuela por sí solo” es una frase atribuida a muchos científicos famosos. Y Sergei Korolev, Wernher von Braun y Konstantin Tsiolkovsky. Se cree que la idea del vuelo del cohete fue casi formulada por el propio Arquímedes, pero ni siquiera él tenía idea de cómo hacerlo volar.

Konstantin Tsiolkovsky

Hoy en día, existen muchos tipos de motores de cohetes. Química, nuclear, eléctrica, incluso plasma. Sin embargo, los cohetes aparecieron mucho antes de que el hombre inventara el primer motor. Las palabras “fusión nuclear” o “reacción química” apenas significaban nada para los residentes. China antigua. Pero los misiles aparecieron exactamente allí. fecha exacta Es difícil nombrarlo, pero presumiblemente esto sucedió durante el reinado de la dinastía Han (siglos III-II a. C.). Las primeras menciones a la pólvora se remontan a esa época. El cohete, que se elevó debido a la fuerza generada por la explosión de la pólvora, se utilizaba en aquellos días exclusivamente con fines pacíficos: para fuegos artificiales. Normalmente, estos misiles tenían su propio suministro de combustible, en este caso pólvora.

Conrad Haas es considerado el creador del primer misil de combate.

El siguiente paso no lo dio hasta 1556 el inventor alemán Conrad Haas, especialista en armas de fuego en el ejército de Fernando I, emperador del Sacro Imperio Romano Germánico. Haas es considerado el creador del primer cohete militar. Aunque, estrictamente hablando, el inventor no lo creó, solo sentó las bases teóricas. Fue Haas a quien se le ocurrió la idea de un cohete de varias etapas.

Científico en detalle describió el mecanismo para crear aeronave de dos misiles que se separarían en vuelo. “Un dispositivo así”, aseguró, “podría alcanzar una velocidad enorme”. Las ideas de Haas pronto fueron desarrolladas por el general polaco Kazimir Semenovich.

En 1650 propuso un proyecto para crear un cohete de tres etapas. Sin embargo, esta idea nunca se hizo realidad. Eso, por supuesto, lo fue, pero sólo en el siglo XX, varios siglos después de la muerte de Semenovich.

Cohetes en el ejército.

Los militares, por supuesto, nunca perderán la oportunidad de adoptar nueva apariencia armas destructivas. En el siglo XIX tuvieron la oportunidad de utilizar un cohete en la batalla. En 1805, el oficial británico William Congreve demostró en el Royal Arsenal los cohetes de pólvora que había creado y que tenían una potencia sin precedentes en aquel momento. Se supone que Congreve "robó" la mayoría de las ideas del nacionalista irlandés Robert Emmett, quien utilizó algún tipo de cohete durante el levantamiento de 1803. Se puede discutir sobre este tema para siempre, pero, sin embargo, el cohete que adoptaron las tropas británicas se llama cohete Congreve y no cohete Emmett.

Los militares comenzaron a utilizar cohetes en los albores del siglo XIX.

Lanzamiento del cohete Congreve, 1890

El arma se utilizó muchas veces durante las Guerras Napoleónicas. En Rusia, el teniente general Alexander Zasyadko es considerado el pionero de la ciencia espacial.

No sólo mejoró el cohete Congreve, sino que también pensó que la energía de esta arma destructiva podría utilizarse con fines pacíficos. Zasyadko, por ejemplo, fue el primero en expresar la idea de que sería posible volar al espacio con un cohete. El ingeniero incluso calculó exactamente cuánta pólvora se necesitaría para que el cohete alcanzara la Luna.

Zasyadko fue el primero en proponer utilizar cohetes para volar al espacio.

En un cohete al espacio

Las ideas de Zasyadko formaron la base de muchas de las obras de Konstantin Tsiolkovsky. Este famoso científico e inventor fundamentó teóricamente la posibilidad de volar al espacio utilizando tecnología de cohetes. Es cierto que propuso no utilizar pólvora como combustible, sino una mezcla de oxígeno líquido e hidrógeno líquido. Herman Oberth, contemporáneo más joven de Tsiolkovsky, expresó ideas similares.

También desarrolló la idea de los viajes interplanetarios. Oberth comprendió perfectamente la complejidad de la tarea, pero su trabajo no fue en absoluto fantástico. El científico, en particular, propuso la idea de un motor de cohete. Incluso realizó pruebas experimentales de tales dispositivos. En 1928, Obert conoció a un joven estudiante, Wernher von Braun. Este joven físico berlinés pronto hizo un gran avance en la ciencia espacial y dio vida a muchas de las ideas de Oberth. Pero hablaremos de eso más adelante, porque dos años antes del encuentro de estos dos científicos, se lanzó el primer cohete de combustible líquido de la historia.

Era del cohete

esto paso evento significativo 16 de marzo de 1926. Y el personaje principal fue el físico e ingeniero estadounidense Robert Goddard. En 1914 patentó un cohete de varias etapas. Pronto consiguió hacer realidad la idea propuesta por Haas casi cuatrocientos años antes. Goddard propuso utilizar gasolina y óxido nitroso como combustible. Después de una serie de lanzamientos fallidos, logró el éxito. El 16 de marzo de 1926, en la granja de su tía, Goddard lanzó un cohete del tamaño de mano humana. En poco más de dos segundos, voló 12 metros en el aire. Es curioso que posteriormente se creará Bazooka basándose en las obras de Goddard.

Los descubrimientos de Goddard, Oberth y Tsiolkovsky tuvieron una gran resonancia. En Estados Unidos, Alemania y la Unión Soviética comenzaron a surgir espontáneamente sociedades de entusiastas de la ciencia espacial. En la URSS, ya en 1933, se creó el Instituto Jet. En el mismo año apareció y fundamentalmente nuevo tipo armas - cohetes. La instalación para su lanzamiento pasó a la historia con el nombre de "Katyusha".

En Alemania, el desarrollo de las ideas de Oberth estuvo a cargo del ya conocido Wernher von Braun. Creó cohetes para el ejército alemán y no abandonó esta actividad tras la llegada de los nazis al poder. Además, Brown recibió de ellos una financiación fabulosa y oportunidades laborales ilimitadas.

Se utilizó mano de obra esclava para crear nuevos cohetes. Se sabe que Brown intentó protestar contra esto, pero recibió una amenaza en respuesta de que él mismo podría terminar en el lugar de los trabajadores forzados. Así se creó un misil balístico, cuya aparición fue predicha por Tsiolkovsky. Las primeras pruebas tuvieron lugar en 1942. En 1944, la Wehrmacht adoptó el misil balístico de largo alcance V-2. Con su ayuda, dispararon principalmente contra el territorio de Gran Bretaña (el misil llegó a Londres desde territorio alemán en 6 minutos). El V-2 causó una destrucción terrible e infundió miedo en los corazones de la gente. Al menos 2.700 civiles de Foggy Albion fueron sus víctimas. En la prensa británica, el V-2 fue llamado el "horror alado".

Los nazis utilizaron mano de obra esclava para crear cohetes.

despues de la guerra

Los militares estadounidenses y soviéticos han estado buscando a Brown desde 1944. Ambos países estaban interesados ​​en sus ideas y desarrollos. El propio científico jugó un papel clave en la solución de este problema. En la primavera de 1945, reunió a su equipo para un consejo en el que se decidió quién debería rendirse al final de la guerra. Los científicos han llegado a la conclusión de que renunciar mejor para los americanos. El propio Brown fue capturado casi por accidente. Su hermano Magnus, al ver a un soldado estadounidense, corrió hacia él y le dijo: "Mi nombre es Magnus von Braun, mi hermano inventó el V-2, queremos rendirnos".

R-7 Korolev: el primer cohete utilizado para volar al espacio

En Estados Unidos, Wernher von Braun continuó trabajando en cohetes. Ahora, sin embargo, trabajaba principalmente con fines pacíficos. Fue él quien dio un impulso colosal al desarrollo de la industria espacial estadounidense al diseñar los primeros vehículos de lanzamiento para los Estados Unidos (por supuesto, Brown también creó misiles balísticos de combate). Su equipo lanzó al espacio el primer satélite terrestre artificial estadounidense en febrero de 1958. unión soviética venció a Estados Unidos con el lanzamiento de un satélite por casi seis meses. El 4 de octubre de 1957 se puso en órbita terrestre el primer satélite artificial. Cuando se lanzó se utilizó cohete soviético R-7, creado por Sergei Korolev.

El R-7 se convirtió en el primer misil balístico intercontinental del mundo, así como en el primer misil utilizado para vuelo espacial.

Motores de cohetes en Rusia

En 1912 se inauguró en Moscú una planta para la producción de motores de aviones. La empresa era parte de sociedad francesa"Enano". Aquí también se crearon motores de avión. imperio ruso durante la Primera Guerra Mundial. La planta sobrevivió con éxito a la Revolución, recibió el nuevo nombre "Ícaro" y continuó funcionando bajo el dominio soviético.

En 1912 apareció en Rusia una planta para la producción de motores de aviones.

Los motores de aviación se crearon aquí en los años 30 y 40, durante los años de la guerra. Los motores que se produjeron en Ikar se instalaron en aviones soviéticos avanzados. Y ya en los años 50, la empresa comenzó a producir motores turbocohetes, incluso para la industria espacial. Ahora la planta pertenece a OJSC Kuznetsov, que recibió su nombre en honor al destacado diseñador de aviones soviético Nikolai Dmitrievich Kuznetsov. La empresa forma parte de la corporación estatal Rostec.

Estado actual

Rostec sigue produciendo motores para cohetes, también para la industria aeronáutica. EN últimos años Los volúmenes de producción están creciendo. El año pasado apareció información de que Kuznetsov recibió pedidos para la producción de motores con hasta 20 años de antelación. Los motores se crean no sólo para la industria espacial, sino también para la aviación, la energía y el transporte de mercancías por ferrocarril.

En 2012, Rostec probó un motor lunar.

En 2012, Rostec probó el motor lunar. Los expertos lograron revivir tecnologías creadas para la Unión Soviética. programa lunar. El programa en sí, como sabemos, finalmente se suspendió. Pero ahora se han encontrado logros aparentemente olvidados. nueva vida. Se espera que el propulsor lunar tenga un uso generalizado en el programa espacial ruso.

Los motores a reacción son dispositivos que crean la fuerza de tracción necesaria para el proceso de movimiento transformando energía interna combustible en la energía cinética de las corrientes en chorro en el fluido de trabajo. El fluido de trabajo sale rápidamente del motor y, según la ley de conservación del impulso, se forma una fuerza reactiva que empuja el motor en la dirección opuesta. Para acelerar el fluido de trabajo, se puede utilizar como expansión de gases calentados de diversas formas a altas temperaturas, así como mediante otros procesos físicos, en particular, la aceleración de partículas cargadas en un campo electrostático.

Motores a reacción combinar los propios motores con los propulsores. Esto significa que crean fuerzas de tracción únicamente mediante la interacción con los cuerpos de trabajo, sin soportes, o mediante el contacto con otros cuerpos. Es decir, aseguran su propio avance, mientras que los mecanismos intermedios no intervienen. Por ello, se utilizan principalmente para propulsar aviones, cohetes y, por supuesto, naves espaciales.

¿Qué es el empuje del motor?

El empuje del motor se llama fuerza reactiva, que se manifiesta por las fuerzas dinámicas del gas, la presión y la fricción aplicadas a los lados interno y externo del motor.

Los empujes se diferencian en:

• Interno (empuje a chorro), cuando no se tiene en cuenta la resistencia externa;
• Eficiente, teniendo en cuenta la resistencia externa de las centrales eléctricas.

La energía de arranque se almacena a bordo de aviones u otros vehículos equipados con motores a reacción (combustible químico, combustible nuclear) o puede fluir desde el exterior (por ejemplo, energía solar).

¿Cómo se forma el empuje del jet?

Para generar el empuje del jet (empuje del motor), que utilizan los motores a reacción, necesitará:

• Fuentes de energía inicial que se convierten en energía cinética de las corrientes en chorro;
• Fluidos de trabajo que serán expulsados ​​de los motores a reacción en forma de corrientes en chorro;
• El propio motor a reacción actúa como convertidor de energía.

¿Cómo obtener un fluido de trabajo?

Para adquirir fluido de trabajo en motores a reacción, se puede utilizar lo siguiente:

• Sustancias extraídas de ambiente(por ejemplo, agua o aire);
• Sustancias que se encuentran en los tanques de los aparatos o en las cámaras de los motores a reacción;
• Sustancias mezcladas procedentes del medio ambiente y almacenadas a bordo de los dispositivos.

Los motores a reacción modernos utilizan principalmente energía química. Los fluidos de trabajo son una mezcla de gases calientes, que son productos de la combustión de combustibles químicos. Cuando funciona un motor a reacción, la energía química de los materiales de combustión se convierte en energía térmica de los productos de combustión. Al mismo tiempo, la energía térmica de los gases calientes se convierte en energía mecánica a partir de los movimientos de traslación de las corrientes en chorro y los dispositivos en los que están instalados los motores.

En los motores a reacción, los chorros de aire que ingresan a los motores se encuentran con turbinas compresoras que giran a una velocidad tremenda, que aspiran aire del ambiente (mediante ventiladores incorporados). En consecuencia, se resuelven dos problemas:

• Entrada de aire primario;
• Enfriamiento de todo el motor en su conjunto.

Las palas de las turbinas de los compresores comprimen el aire aproximadamente 30 veces o más, “empujándolo” (bombeando) hacia la cámara de combustión (generando un fluido de trabajo). En general, las cámaras de combustión también sirven como carburadores, mezclando combustible con aire.

Estos pueden ser, en particular, mezclas de aire y queroseno, como en los turborreactores de los modernos aviones a reacción, o mezclas de oxígeno líquido y alcohol, como en algunos motores de cohetes líquidos, o algún otro combustible sólido en los cohetes de pólvora. Una vez formada la mezcla de aire y combustible, se enciende liberando energía en forma de calor. Por tanto, el combustible en los motores a reacción sólo pueden ser sustancias que, como resultado, reacciones quimicas en los motores (cuando se encienden) liberan calor y al mismo tiempo forman muchos gases.

Cuando se enciende, se produce un calentamiento significativo de la mezcla y las partes circundantes con la expansión volumétrica. De hecho, los motores a reacción utilizan explosiones controladas para impulsarse. Las cámaras de combustión de los motores a reacción son algunos de los elementos más calientes ( régimen de temperatura pueden alcanzar hasta 2700 °C) y requieren una refrigeración intensiva y constante.

Los motores a reacción están equipados con boquillas a través de las cuales salen gases calientes, que son productos de la combustión del combustible, a gran velocidad. En algunos motores, los gases van a parar a los inyectores inmediatamente después de las cámaras de combustión. Esto se aplica, por ejemplo, a los motores de cohetes o estatorreactores.

Los motores turborreactores funcionan de manera algo diferente. Así, los gases, después de las cámaras de combustión, pasan primero a través de turbinas, a las que desprenden su energía térmica. Esto se hace para poner en movimiento los compresores, que servirán para comprimir el aire frente a la cámara de combustión. En cualquier caso, las toberas son las últimas partes de los motores por las que circularán los gases. En realidad, forman directamente la corriente en chorro.

El aire frío se dirige a las boquillas y los compresores lo fuerzan a enfriar las partes internas de los motores. Las boquillas de chorro pueden tener diferentes configuraciones y diseños según los tipos de motores. Así, cuando la velocidad del flujo debe ser mayor que la velocidad del sonido, las boquillas tienen forma de tubos que se expanden o que primero se estrechan y luego se expanden (las llamadas boquillas Laval). Sólo con tuberías de esta configuración los gases se aceleran a velocidades supersónicas, con la ayuda de los cuales los aviones a reacción cruzan las "barreras del sonido".

Según si el medio ambiente interviene en el funcionamiento de los motores a reacción, se dividen en las clases principales de motores de respiración de aire (WRE) y motores de cohetes (RE). Todos los motores a reacción son motores térmicos, cuyos fluidos de trabajo se forman cuando se produce una reacción de oxidación de sustancias inflamables con el oxígeno de las masas de aire. Los flujos de aire procedentes de la atmósfera forman la base de los fluidos de trabajo del WRD. Así, los vehículos con motor a reacción llevan a bordo fuentes de energía (combustible), pero mayoría Los cuerpos de trabajo se extraen del medio ambiente.

Los dispositivos VRD incluyen:

• Motores turborreactores (TRD);
• Motores ramjet (motores ramjet);
• Motores a reacción de aire pulsado (PvRE);
• Motores ramjet hipersónicos (motores scramjet).

A diferencia de los motores que respiran aire, todos los componentes de los fluidos de trabajo de los motores de cohetes se encuentran a bordo de vehículos equipados con motores de cohetes. La ausencia de propulsores que interactúen con el medio ambiente, así como la presencia de todos los componentes de los fluidos de trabajo a bordo de los dispositivos, hacen que los motores de cohetes sean adecuados para operar en el espacio exterior. También existe una combinación de motores de cohetes, que son una especie de combinación de dos tipos principales.

Breve historia del motor a reacción.

Se cree que el motor a reacción fue inventado por Hans von Ohain y el eminente ingeniero de diseño alemán Frank Wittle. La primera patente para un motor de turbina de gas en funcionamiento la recibió Frank Whittle en 1930. Sin embargo, el primer modelo funcional fue montado por el propio Ohain. A finales del verano de 1939 apareció en el cielo el primer avión a reacción: el He-178 (Heinkel-178), que estaba equipado con el motor HeS 3 desarrollado por Ohain.

¿Cómo funciona un motor a reacción?

El diseño de los motores a reacción es bastante simple y al mismo tiempo extremadamente complejo. En principio es sencillo. Por lo tanto, la turbina aspira aire exterior (en los motores de cohetes, oxígeno líquido). Después de lo cual comienza a mezclarse con combustible y a arder. En el borde de la turbina se forma el llamado "fluido de trabajo" (la corriente en chorro antes mencionada), que impulsa el avión o la nave espacial.

A pesar de toda su simplicidad, esto es en realidad toda una ciencia, porque en el medio de estos motores la temperatura de funcionamiento puede alcanzar más de mil grados centígrados. Uno de los problemas más importantes en la construcción de motores turborreactores es la creación de piezas no consumibles a partir de metales que a su vez pueden fundirse.

Al principio, delante de cada turbina siempre hay un ventilador que aspira masas de aire del entorno hacia las turbinas. Los ventiladores tienen una gran superficie, así como una gran cantidad de aspas de configuraciones especiales, cuyo material es el titanio. Inmediatamente detrás de los ventiladores se encuentran potentes compresores, necesarios para bombear aire bajo una enorme presión a las cámaras de combustión. Después de las cámaras de combustión, las mezclas de aire y combustible en combustión se envían a la propia turbina.

Las turbinas constan de muchas palas que están presurizadas por corrientes en chorro, que hacen que las turbinas giren. A continuación, las turbinas hacen girar los ejes sobre los que están montados los ventiladores y compresores. En realidad, el sistema se vuelve cerrado y sólo requiere el suministro de combustible y masas de aire.

A continuación de las turbinas, los flujos se dirigen a las toberas. Las toberas de los motores a reacción son la última parte, pero no la menos importante, de un motor a reacción. Forman corrientes en chorro directas. A las boquillas se dirigen masas de aire frío, bombeadas por ventiladores para enfriar el "interior" de los motores. Estos flujos restringen los manguitos de las boquillas de corrientes en chorro muy calientes y evitan que se derritan.

Vector de empuje desviable

Los motores a reacción tienen boquillas en una amplia variedad de configuraciones. Se considera que las más avanzadas son las boquillas móviles colocadas en motores que tienen un vector de empuje desviable. Se pueden comprimir y expandir, así como desviar en ángulos significativos; así es como se regulan y dirigen directamente las corrientes en chorro. Gracias a esto, los aviones con motores que tienen un vector de empuje desviable se vuelven extremadamente maniobrables, porque los procesos de maniobra ocurren no solo como resultado de las acciones de los mecanismos del ala, sino también directamente por los propios motores.

Tipos de motores a reacción

Hay varios tipos principales de motores a reacción. Por lo tanto, un motor a reacción clásico puede denominarse motor de avión en un avión F-15. La mayoría de estos motores se utilizan principalmente en aviones de combate con una amplia variedad de modificaciones.

Motores turbohélice de dos palas

En este tipo de motores turbohélice, la potencia de las turbinas se dirige a través de cajas reductoras para hacer girar las hélices clásicas. La presencia de estos motores permite que los aviones grandes vuelen a velocidades máximas aceptables y al mismo tiempo consuman menos combustible de aviación. La velocidad de crucero normal de los aviones turbohélice puede ser de 600 a 800 km/h.

Motores a reacción turbofan

Este tipo de motor es el más económico de la familia de motores clásicos. Hogar característica distintiva La diferencia entre ellos es que en la entrada se instalan ventiladores de gran diámetro, que suministran flujos de aire no solo a las turbinas, sino que también crean flujos bastante potentes fuera de ellas. Como resultado, se puede lograr una mayor eficiencia mejorando la eficiencia. Se utilizan en aviones de pasajeros y aviones grandes.

Motores ramjet

Este tipo de motor funciona de tal forma que no requiere piezas móviles. Las masas de aire son impulsadas hacia la cámara de combustión de forma relajada, gracias al frenado de los flujos contra los carenados de las aberturas de entrada. Posteriormente ocurre lo mismo que en los motores a reacción convencionales, es decir, los flujos de aire se mezclan con el combustible y salen en forma de chorros de las boquillas. Los motores ramjet se utilizan en trenes, aviones, drones, cohetes y también se pueden instalar en bicicletas o scooters.

El movimiento de un chorro es un proceso en el que una de sus partes se separa de un determinado cuerpo a una determinada velocidad. La fuerza que surge en este caso actúa por sí sola, sin el menor contacto con cuerpos externos. La propulsión a reacción fue el impulso para la creación del motor a reacción. Su principio de funcionamiento se basa precisamente en esta fuerza. ¿Cómo funciona un motor así? Intentemos resolverlo.

hechos historicos

La idea de utilizar la propulsión a chorro, que permitiría superar la fuerza de gravedad de la Tierra, fue propuesta en 1903 por el fenómeno de la ciencia rusa: Tsiolkovsky. Publicó un estudio completo sobre este tema, pero no se tomó en serio. Konstantin Eduardovich, tras haber experimentado un cambio en el sistema político, pasó años trabajando para demostrar a todos que tenía razón.

Hoy en día corren muchos rumores de que el revolucionario Kibalchich fue el primero en este asunto. Pero cuando se publicaron las obras de Tsiolkovsky, el testamento de este hombre fue enterrado junto con el de Kibalchich. Además, no se trataba de un trabajo completo, sino sólo de bocetos y esquemas: el revolucionario no pudo proporcionar una base fiable para los cálculos teóricos de sus obras.

¿Cómo funciona la fuerza reactiva?

Para comprender cómo funciona un motor a reacción, es necesario comprender cómo funciona esta fuerza.

Entonces, imagina un disparo de cualquier arma de fuego. Este es un claro ejemplo de la acción de la fuerza reactiva. Una corriente de gas caliente, que se forma durante la combustión de la carga en el cartucho, empuja el arma hacia atrás. Cuanto más poderosa sea la carga, más fuerte será el retroceso.

Ahora imaginemos el proceso de encendido de la mezcla combustible: se produce de forma gradual y continua. Así es exactamente como se ve el principio de funcionamiento de un motor estatorreactor. Un cohete con un motor a reacción de combustible sólido funciona de manera similar: esta es la más simple de sus variaciones. Incluso los modelistas de cohetes novatos lo conocen.

La pólvora negra se utilizó inicialmente como combustible para motores a reacción. Los motores a reacción, cuyo principio de funcionamiento ya era más avanzado, requerían combustible a base de nitrocelulosa, que se disolvía en nitroglicerina. En las grandes unidades que lanzan cohetes que ponen en órbita transbordadores, hoy se utiliza una mezcla especial de combustible polimérico con perclorato de amonio como oxidante.

Principio de funcionamiento de RD

Ahora vale la pena comprender el principio de funcionamiento de un motor a reacción. Para hacer esto, podemos considerar los clásicos: motores líquidos, que se han mantenido prácticamente sin cambios desde la época de Tsiolkovsky. Estas unidades utilizan combustible y oxidante.

Este último utiliza oxígeno líquido o ácido nítrico. El queroseno se utiliza como combustible. Los motores criogénicos líquidos modernos consumen hidrógeno líquido. Cuando se oxida con oxígeno, aumenta el impulso específico (hasta en un 30 por ciento). La idea de que se podría utilizar hidrógeno también se originó en la cabeza de Tsiolkovsky. Sin embargo, en aquel momento, debido al extremo riesgo de explosión, fue necesario buscar otro combustible.

El principio de funcionamiento es el siguiente. Los componentes ingresan a la cámara de combustión desde dos tanques separados. Después de mezclarlos, se convierten en una masa que, al quemarse, libera gran cantidad calor y decenas de miles de atmósferas de presión. El oxidante se suministra a la cámara de combustión. La mezcla de combustible enfría estos elementos a su paso entre las dobles paredes de la cámara y la boquilla. A continuación, el combustible calentado por las paredes fluirá a través de una gran cantidad de boquillas hacia la zona de ignición. El chorro que se forma con la boquilla estalla. Gracias a esto se garantiza el momento de empuje.

En resumen, el principio de funcionamiento de un motor a reacción se puede comparar con el de un soplete. Sin embargo, esto último es mucho más sencillo. Su esquema de operación no incluye varios sistemas de motor auxiliares. Y estos son compresores necesarios para crear presión de inyección, turbinas, válvulas y otros elementos sin los cuales un motor a reacción es simplemente imposible.

A pesar de que los motores líquidos consumen mucho combustible (el consumo de combustible es de aproximadamente 1000 gramos por 200 kilogramos de carga), todavía se utilizan como unidades de propulsión para vehículos de lanzamiento y unidades de maniobra para estaciones orbitales, así como otras naves espaciales.

Dispositivo

Un motor a reacción típico se construye de la siguiente manera. Sus principales componentes son:

Compresor;

Cámara de combustión;

Turbinas;

Sistema de escape.

Veamos estos elementos con más detalle. El compresor consta de varias turbinas. Su trabajo es aspirar y comprimir el aire a medida que pasa a través de las aspas. Durante el proceso de compresión, la temperatura y la presión del aire aumentan. Parte de este aire comprimido se suministra a la cámara de combustión. En él, el aire se mezcla con el combustible y se produce la ignición. Este proceso aumenta aún más la energía térmica.

La mezcla sale de la cámara de combustión a alta velocidad y luego se expande. Luego sigue otra turbina, cuyas palas giran debido a la influencia de los gases. Esta turbina, conectada al compresor ubicado en la parte frontal de la unidad, la pone en movimiento. El aire calentado a altas temperaturas sale por el sistema de escape. La temperatura, ya bastante alta, sigue aumentando debido al efecto estrangulamiento. Entonces el aire sale por completo.

motor de avión

Los aviones también utilizan estos motores. Por ejemplo, en enormes aviones de pasajeros se instalan unidades de turborreactor. Se diferencian de los convencionales por la presencia de dos tanques. Uno contiene combustible y el otro contiene oxidante. Mientras que un motor turborreactor transporta sólo combustible, el aire bombeado desde la atmósfera se utiliza como oxidante.

motor turborreactor

El principio de funcionamiento del motor a reacción de un avión se basa en la misma fuerza reactiva y las mismas leyes de la física. La parte más importante son las palas de la turbina. La potencia final depende del tamaño de la pala.

Es gracias a las turbinas que se genera el empuje necesario para acelerar los aviones. Cada una de las palas es diez veces más potente que el motor de combustión interna de un automóvil normal. Las turbinas se instalan después de la cámara de combustión, donde la presión es más alta. Y la temperatura aquí puede alcanzar los mil quinientos grados.

Calle de rodaje de doble circuito

Estas unidades tienen muchas ventajas sobre las de turborreactor. Por ejemplo, con la misma potencia se reduce considerablemente el consumo de combustible.

Pero el motor en sí tiene un diseño más complejo y mayor peso.

Y el principio de funcionamiento de un motor a reacción de doble circuito es ligeramente diferente. El aire capturado por la turbina se comprime parcialmente y se suministra al compresor en el primer circuito y a las palas estacionarias en el segundo circuito. La turbina funciona como un compresor de baja presión. En el primer circuito del motor, el aire se comprime y se calienta, y luego a través del compresor. presión alta suministrado a la cámara de combustión. Aquí es donde se produce la mezcla con el combustible y la ignición. Se forman gases que se suministran a la turbina de alta presión, por lo que giran las palas de la turbina, lo que, a su vez, proporciona movimiento de rotación al compresor de alta presión. Luego, los gases pasan a través de una turbina de baja presión. Este último activa el ventilador y, finalmente, los gases salen creando una corriente de aire.

Calles de rodaje síncronas

Estos son motores eléctricos. El principio de funcionamiento de un motor de reluctancia síncrono es similar al funcionamiento de una unidad paso a paso. Se aplica corriente alterna al estator y crea un campo magnético alrededor del rotor. Este último gira debido a que intenta minimizar la resistencia magnética. Estos motores no tienen nada que ver con la exploración espacial y los lanzamientos de transbordadores.