Kdo je izumil reaktivni motor. Osnovne značilnosti reaktivnih motorjev. Kako so izdelani reaktivni motorji za modele letal

Ideje o ustvarjanju toplotnega motorja, ki vključuje reaktivni motor, so bile človeku znane že od antičnih časov. Tako je v razpravi Herona iz Aleksandrije z naslovom "Pnevmatika" opisan Eolipil - krogla "Aeolus". Ta zasnova ni bila nič drugega kot parna turbina, v kateri je bila para skozi cevi dovedena v bronasto kroglo in, ko je uhajala iz nje, to kroglo zavrtela. Najverjetneje je bila naprava uporabljena za zabavo.

Krogla "Aeolus" Kitajci so napredovali nekoliko dlje in v 13. stoletju ustvarili neke vrste "rakete". Sprva uporabljen kot ognjemet, je bil nov izdelek kmalu sprejet in uporabljen v bojne namene. Tudi veliki Leonardo ni zanemaril ideje, saj je nameraval uporabiti vroč zrak, doveden na rezila, za vrtenje ražnja za cvrtje. Zamisel o plinskoturbinskem motorju je leta 1791 prvič predlagal angleški izumitelj J. Barber: njegova zasnova plinskoturbinskega motorja je bila opremljena z generatorjem plina, batnim kompresorjem, zgorevalno komoro in plinsko turbino. Kot elektrarno za svoje letalo, razvito leta 1878, je uporabil toplotni motor in A.F. Mozhaisky: dva motorja na parni pogon sta poganjala propelerje stroja. Zaradi nizke učinkovitosti želeni učinek ni uspelo doseči. Drugi ruski inženir - P.D. Kuzminsky - leta 1892 je razvil idejo o plinskoturbinskem motorju, v katerem je gorivo gorelo pri stalnem tlaku. Ko je leta 1900 začel s projektom, se je odločil na majhno ladjo namestiti plinskoturbinski motor z večstopenjsko plinsko turbino. Vendar mu je smrt oblikovalca preprečila, da bi dokončal, kar je začel. Reaktivni motor so začeli intenzivneje ustvarjati šele v 20. stoletju: najprej teoretično, nekaj let kasneje pa praktično. Leta 1903 je v delu "Raziskovanje svetovnih prostorov z reaktivnimi instrumenti" K.E. Ciolkovskega so razvili teoretične osnove raketni motorji na tekoče gorivo (LPRE) z opisom glavnih elementov reaktivnega motorja na tekoče gorivo. Zamisel o ustvarjanju motorja za dihanje zraka (WRE) pripada R. Lorinu, ki je leta 1908 patentiral projekt. Pri poskusu izdelave motorja po objavi risb naprave leta 1913 je izumitelj spodletel: hitrosti, potrebne za delovanje reaktivnega motorja, ni bilo mogoče doseči. Poskusi ustvarjanja plinskoturbinskih motorjev so se nadaljevali. Tako je leta 1906 ruski inženir V.V. Karavodin je razvil in dve leti pozneje izdelal plinskoturbinski brezkompresorski motor s štirimi prekinitvami zgorevanja in plinsko turbino. Moč, ki jo je razvila naprava, pa tudi pri 10.000 vrt/min ni presegla 1,2 kW (1,6 KM). Tudi plinskoturbinski motor s prekinitvijo izgorevanja je ustvaril nemški konstruktor H. Holwarth. Ko je leta 1908 izdelal plinskoturbinski motor, je do leta 1933 po dolgoletnem delu za njegovo izboljšavo izkoristek motorja dvignil na 24%. Vendar ideja ni našla široke uporabe.

V.P. Gluško Zamisel o turboreaktivnem motorju je leta 1909 izrazil ruski inženir N.V. Gerasimov, ki je prejel patent za plinskoturbinski motor za ustvarjanje reaktivnega potiska. Delo na izvajanju te ideje se ni ustavilo v Rusiji in pozneje: leta 1913 je M.N. Nikolskoy zasnuje plinskoturbinski motor z močjo 120 kW (160 KM) s tristopenjsko plinsko turbino; leta 1923 V.I. Bazarov predlaga shematski diagram plinskoturbinskega motorja, ki je po zasnovi podoben sodobnim turbopropelerskim motorjem; leta 1930 V.V. Uvarov skupaj z N.R. Briling načrtuje in leta 1936 izvede plinskoturbinski motor s centrifugalnim kompresorjem. Velik prispevek k ustvarjanju teorije reaktivnega motorja je dalo delo ruskih znanstvenikov S.S. Nezhdanovski, I.V. Meshchersky, N.E. Žukovski. Francoski znanstvenik R. Hainault-Peltry, nemški znanstvenik G. Oberth. Na ustvarjanje motorja za dihanje zraka je vplivalo tudi delo slavnega sovjetskega znanstvenika B.S. Stechkin, ki je leta 1929 objavil svoje delo "Teorija zračnega reaktivnega motorja". Delo na ustvarjanju tekočega reaktivnega motorja se ni ustavilo: leta 1926 je ameriški znanstvenik R. Goddard izstrelil raketo na tekoče gorivo. Delo na to temo je potekalo tudi v Sovjetski zvezi: od 1929 do 1933 V.P. Gluško je v Laboratoriju za plinsko dinamiko razvil in preizkusil elektrotermični reaktivni motor. V tem obdobju je ustvaril tudi prve domače tekoče reaktivne motorje - ORM, ORM-1, ORM-2. K praktični uporabi reaktivnega motorja so največ prispevali nemški oblikovalci in znanstveniki. Ob podpori in financiranju države, ki je upala na ta način doseči tehnično premoč prihajajočo vojno, je inženirski korpus III. rajha z največjo učinkovitostjo in v kratkem času pristopil k ustvarjanju bojnih sistemov, ki temeljijo na idejah reaktivnega pogona. Če se osredotočimo na letalsko komponento, lahko rečemo, da je že 27. avgusta 1939 Heinkel testni pilot, kapitan zastave E. Varsitz, dvignil v zrak He.178 - reaktivno letalo, katerega tehnološki razvoj je bil pozneje uporabljen pri izdelavi Heinkel He.280 in Messerschmitt Me.262 Schwalbe. Motor Heinkel Strahltriebwerke HeS 3, nameščen na Heinkel He.178, ki ga je oblikoval H.-I. von Ohaina, čeprav ni imel velike moči, je uspel odpreti dobo reaktivnih letov vojaških letal. Največja hitrost 700 km/h, ki jo je dosegel He.178 z uporabo motorja, katerega moč ne presega 500 kgf. Ležalo naprej neomejene možnosti, ki je batnim motorjem odvzel prihodnost. Cela serija reaktivnih motorjev, ustvarjenih v Nemčiji, na primer Jumo-004, ki ga proizvaja Junkers, ji je omogočila serijske lovce in bombnike ob koncu druge svetovne vojne, pred drugimi državami v tej smeri za nekaj let. Po porazu tretjega rajha je nemška tehnologija dala zagon razvoju reaktivnih letal v številnih državah po svetu. Edina država, ki je uspela odgovoriti na nemški izziv, je bila Velika Britanija: turboreaktivni motor Rolls-Royce Derwent 8, ki ga je ustvaril F. Whittle, je bil nameščen na lovec Gloster Meteor.

Ujeti Jumo 004 Prvi turbopropelerski motor na svetu je bil madžarski motor Jendrassik Cs-1, ki ga je zasnoval D. Jendrasik, ki ga je izdelal leta 1937 v tovarni Ganz v Budimpešti. Kljub težavam, ki so nastale pri izvedbi, naj bi motor vgradili v madžarsko dvomotorno jurišno letalo Varga RMI-1 X/H, ki ga je posebej za ta namen zasnoval letalski konstruktor L. Vargo. Vendar pa madžarski strokovnjaki niso mogli dokončati dela - podjetje je bilo preusmerjeno na proizvodnjo nemških motorjev Daimler-Benz DB 605, izbranih za vgradnjo na madžarski Messerschmitt Me.210. Pred začetkom vojne se je v ZSSR nadaljevalo delo na ustvarjanju različnih vrst reaktivnih motorjev. Tako je bila leta 1939 testirana raketa, ki so jo poganjali ramjet motorji, ki jih je zasnoval I.A. Merkulova. Istega leta so se v tovarni Leningrad Kirov začela dela na izgradnji prvega domačega turboreaktivnega motorja, ki ga je zasnoval A.M. Zibelke. Vendar pa je izbruh vojne ustavil poskusno delo na motorju, ki je vso proizvodno moč usmeril na potrebe fronte. Pravo obdobje reaktivnih motorjev se je začelo po koncu druge svetovne vojne, ko je bil v kratkem času premagan ne le zvočni zid, ampak tudi gravitacija, kar je človeštvu omogočilo pot v vesolje.

Reaktivni motor je bil izumljen Hans von Ohain, izjemen nemški inženir oblikovanja in Sir Frank Whittle. Prvi patent za delujoč plinskoturbinski motor je leta 1930 pridobil Frank Whittle. Vendar pa je Ohain sestavil prvi delujoči model.

2. avgusta 1939 je v nebo poletelo prvo reaktivno letalo He 178 (Heinkel 178), opremljeno z motorjem HeS 3, ki ga je razvil Ohain.

Precej preprosto in hkrati izjemno težko. Preprosto na osnovi principa delovanja: zunanji zrak (v raketni motorji- tekoči kisik) se vsesa v turbino, kjer se pomeša z gorivom in zgori, na koncu turbine tvori t.i. “delovna tekočina” (curek), ki premika avtomobil.

Tako preprosto je, v resnici pa je celo področje znanosti, saj v takih motorjih delovna temperatura doseže na tisoče stopinj Celzija. Eden najpomembnejših problemov gradnje turboreaktivnih motorjev je ustvarjanje netalilnih delov iz taljivih kovin. Toda da bi razumeli težave oblikovalcev in izumiteljev, morate najprej podrobneje preučiti temeljno strukturo motorja.

Zasnova reaktivnega motorja

glavni deli reaktivnega motorja

Na začetku turbine je vedno ventilator, ki sesa zrak iz zunanjega okolja v turbine. Ventilator ima velika površina in ogromno število posebej oblikovanih rezil iz titana. Obstajata dve glavni nalogi - dovod primarnega zraka in hlajenje celotnega motorja kot celote s črpanjem zraka med zunanjim plaščem motorja in notranjimi deli. To hladi mešalno in zgorevalno komoro ter preprečuje, da bi se zrušila.

Takoj za ventilatorjem je močan kompresor, ki potiska zrak pod visokim pritiskom v zgorevalno komoro.

Zgorevalna komora Deluje tudi kot uplinjač, ​​saj meša gorivo z zrakom. Ko nastane mešanica goriva in zraka, se vžge. Med zgorevanjem pride do znatnega segrevanja zmesi in okoliških delov ter prostorninske ekspanzije. V bistvu reaktivni motor uporablja nadzorovano eksplozijo za sam pogon.

Zgorevalna komora reaktivnega motorja je eden njegovih najbolj vročih delov - zahteva nenehno intenzivno hlajenje. Vendar to ni dovolj. Temperatura v njej doseže 2700 stopinj, zato je pogosto izdelana iz keramike.

Po zgorevalni komori se goreča mešanica goriva in zraka pošlje neposredno v turbino.

Turbina je sestavljen iz več sto lopatic, na katere pritiska curek, ki povzroča vrtenje turbine. Turbina pa vrti gred, na kateri "sedita" ventilator in kompresor. Tako je sistem zaprt in za svoje delovanje potrebuje le dovod goriva in zraka.

Po turbini je tok usmerjen v šobo. Šoba reaktivnega motorja je zadnji, vendar ne najmanj pomemben del reaktivnega motorja. Neposredno tvori curek. Hladen zrak je usmerjen v šobo, ki ga prisili ventilator, da ohladi notranje dele motorja. Ta tok omejuje ovratnik šobe pred zelo vročim curkom in povzroči taljenje.

Odklonski vektor potiska

Šobe za reaktivne motorje so na voljo v različnih vrstah. Najnaprednejša se mu zdi premična šoba, nameščena na motorje z odklonskim vektorjem potiska. Lahko se stisne in razširi ter tudi odkloni pod pomembnimi koti, prilagaja in usmerja neposredno curek toka. Zaradi tega so letala z motorji z vektorjem potiska zelo okretna, ker manevriranje poteka ne samo zaradi mehanizmov kril, ampak tudi neposredno zaradi motorja.

Vrste reaktivnih motorjev

Obstaja več glavnih tipov reaktivnih motorjev.

Klasični reaktivni motor F-15

Klasični reaktivni motor– temeljno strukturo, ki smo jo opisali zgoraj. Uporablja se predvsem na bojnih letalih v različnih modifikacijah.

Turbopropelerski. Pri tem tipu motorja je moč turbine usmerjena preko reduktorja za vrtenje klasičnega propelerja. Takšni motorji bodo velikim letalom omogočali letenje s sprejemljivo hitrostjo in porabo manj goriva. Za normalno potovalno hitrost turbopropelerskega letala velja 600-800 km/h.

Ta tip motorja je bolj ekonomičen sorodnik klasičnega tipa. glavna razlika je v tem, da je na vstopu nameščen ventilator večjega premera, ki dovaja zrak ne le v turbino, temveč ustvarja tudi precej močan tok zunaj nje. Na ta način se poveča učinkovitost z izboljšanjem učinkovitosti.

Uporablja se na letalih in velikih letalih.

Ramjet motor

Deluje brez gibljivih delov. Zrak se potiska v zgorevalno komoro na naraven način, zaradi zaviranja toka proti vstopnemu ohišju.

Uporablja se na vlakih, letalih, brezpilotnih letalih in vojaških projektilih ter kolesih in skuterjih.

In končno, video reaktivnega motorja v akciji:

Slike vzete iz različnih virov. Rusifikacija slik – Laboratorij 37.

spletno mesto in Rostec se spominjata ljudi, ki so omogočili letenje raket.

Izvori

"Raketa ne bo letela sama" je stavek, ki ga pripisujejo številnim znanim znanstvenikom. In Sergej Korolev, Wernher von Braun in Konstantin Ciolkovski. Domneva se, da je zamisel o raketnem letu skoraj formuliral sam Arhimed, vendar niti on ni imel pojma, kako jo narediti.

Konstantin Ciolkovski

Do danes obstaja veliko vrst raketnih motorjev. Kemični, jedrski, električni, celo plazma. Vendar so se rakete pojavile veliko preden je človek izumil prvi motor. Besedi »jedrska fuzija« ali »kemična reakcija« prebivalcem skorajda nista pomenili ničesar Starodavna Kitajska. Toda rakete so se pojavile točno tam. Točen datum Težko ga je poimenovati, a domnevno se je to zgodilo v času vladavine dinastije Han (III-II stoletja pred našim štetjem). Prve omembe smodnika segajo v tiste čase. Raketa, ki se je dvignila navzgor zaradi sile eksplozije smodnika, je bila v tistih časih uporabljena izključno v miroljubne namene - za ognjemete. Običajno so imele te rakete lastno zalogo goriva, v tem primeru smodnika.

Conrad Haas velja za ustvarjalca prve bojne rakete

Naslednji korak je naredil šele leta 1556 nemški izumitelj Conrad Haas, ki je bil specialist za strelno orožje v vojski Ferdinanda I., cesarja Svetega rimskega cesarstva. Haas velja za ustvarjalca prve vojaške rakete. Čeprav, strogo gledano, izumitelj tega ni ustvaril, ampak je le postavil teoretične temelje. Haas je prišel na idejo o večstopenjski raketi.

Znanstvenik podrobno opisal mehanizem za ustvarjanje letalo dveh izstrelkov, ki bi se med letom ločili. "Takšna naprava," je zagotovil, "bi lahko dosegla ogromno hitrost." Haasove ideje je kmalu razvil poljski general Kazimir Semenovich.

Leta 1650 je predlagal projekt za izdelavo tristopenjske rakete. Vendar ta ideja nikoli ni bila uresničena. To je seveda bilo, vendar šele v dvajsetem stoletju, nekaj stoletij po Semenovičevi smrti.

Rakete v vojski

Vojska seveda nikoli ne bo zamudila priložnosti za posvojitev nov videz uničujoče orožje. V 19. stoletju so imeli možnost uporabiti raketo v boju. Leta 1805 je britanski častnik William Congreve v kraljevem arzenalu demonstriral rakete na smodnik, ki jih je sam ustvaril in ki so bile v tistem času neverjetne moči. Obstaja domneva, da je Congreve večino idej "ukradel" irskemu nacionalistu Robertu Emmettu, ki je med vstajo leta 1803 uporabil nekakšno raketo. O tej temi se lahko večno prepiramo, a kljub temu se raketa, ki so jo sprejele britanske čete, imenuje raketa Congreve in ne raketa Emmett.

Vojska je rakete začela uporabljati na začetku 19. stoletja

Izstrelitev rakete Congreve, 1890

Orožje je bilo večkrat uporabljeno med Napoleonovimi vojnami. V Rusiji velja generalpodpolkovnik Aleksander Zasjadko za pionirja raketne znanosti.

Ni le izboljšal rakete Congreve, ampak je razmišljal tudi o tem, da bi lahko energijo tega uničujočega orožja uporabili v miroljubne namene. Zasjadko je na primer prvi izrazil idejo, da bi bilo mogoče z raketo poleteti v vesolje. Inženir je celo natančno izračunal, koliko smodnika bi bilo potrebno, da bi raketa dosegla Luno.

Zasjadko je prvi predlagal uporabo raket za polet v vesolje

Na raketi v vesolje

Zasjadkove ideje so bile podlaga za številna dela Konstantina Ciolkovskega. Ta slavni znanstvenik in izumitelj je teoretično utemeljil možnost poleta v vesolje z uporabo raketne tehnologije. Res je, predlagal je uporabo ne smodnika kot goriva, temveč mešanice tekočega kisika in tekočega vodika. Podobne zamisli je izrazil mlajši sodobnik Ciolkovskega Herman Oberth.

Razvil je tudi idejo o medplanetarnem potovanju. Oberth je odlično razumel kompleksnost naloge, vendar njegovo delo ni bilo prav nič fantastično. Znanstvenik je zlasti predlagal idejo o raketnem motorju. Izvedel je celo eksperimentalne preizkuse takšnih naprav. Leta 1928 je Obert spoznal mladega študenta Wernherja von Brauna. Ta mladi fizik iz Berlina je kmalu naredil preboj v raketni znanosti in uresničil številne Oberthove zamisli. A o tem kasneje, kajti dve leti pred srečanjem teh dveh znanstvenikov je bila izstreljena prva raketa na tekoče gorivo v zgodovini.

Raketna doba

To se je zgodilo pomemben dogodek 16. marec 1926. In glavni junak je bil ameriški fizik in inženir Robert Goddard. Že leta 1914 je patentiral večstopenjsko raketo. Kmalu mu je uspelo uresničiti idejo, ki jo je predlagal Haas skoraj štiristo let prej. Goddard je predlagal uporabo bencina in dušikovega oksida kot goriva. Po nizu neuspešnih izstrelitev je dosegel uspeh. Goddard je 16. marca 1926 na farmi svoje tete izstrelil raketo velikosti človeška roka. V dobrih dveh sekundah je poletela 12 metrov v zrak. Zanimivo je, da bo Bazooka kasneje nastala na podlagi Goddardovih del.

Odkritja Goddarda, Obertha in Ciolkovskega so imela velik odmev. V ZDA, Nemčiji in Sovjetski zvezi so spontano začela nastajati društva ljubiteljev raketne znanosti. V ZSSR je bil že leta 1933 ustanovljen Jet Institute. Istega leta se je pojavil in temeljito nov tip orožje - rakete. Naprava za njihovo izstrelitev se je v zgodovino zapisala pod imenom Katjuša.

V Nemčiji je razvoj Oberthovih idej izvajal že znani Wernher von Braun. Ustvarjal je rakete za nemško vojsko in te dejavnosti po prihodu nacistov na oblast ni opustil. Poleg tega je Brown od njih prejel čudovito financiranje in neomejene možnosti za delo.

Za ustvarjanje novih raket so uporabljali suženjsko delo. Znano je, da je Brown poskušal protestirati proti temu, a je v odgovor prejel grožnjo, da bi lahko sam končal na mestu prisilnih delavcev. Tako je nastala balistična raketa, katere videz je napovedal Ciolkovski. Prvi testi so bili izvedeni leta 1942. Leta 1944 je Wehrmacht sprejel balistično raketo dolgega dosega V-2. Z njeno pomočjo so streljali predvsem na ozemlje Velike Britanije (projektil je z nemškega ozemlja dosegel London v 6 minutah). V-2 je povzročil strašno uničenje in v srca ljudi vnesel strah. Najmanj 2700 civilistov Meglenega Albiona je postalo njegovih žrtev. V britanskem tisku so V-2 imenovali "krilata grozljivka".

Nacisti so za izdelavo raket uporabljali suženjsko delo

Po vojni

Ameriška in sovjetska vojska lovita Browna že od leta 1944. Obe državi sta se zanimali za njegove ideje in razvoj. Sam znanstvenik je imel ključno vlogo pri reševanju tega vprašanja. Že spomladi 1945 je zbral svojo ekipo na koncilu, na katerem so odločali o tem, kdo naj se preda ob koncu vojne. Znanstveniki zaključili, da opuščanje bolje za Američane. Sam Brown je bil ujet skoraj po naključju. Njegov brat Magnus je, ko je videl ameriškega vojaka, pritekel k njemu in rekel: "Ime mi je Magnus von Braun, moj brat je izumil V-2, želimo se predati."

R-7 Korolev - prva raketa, s katero je poletela v vesolje

V ZDA je Wernher von Braun nadaljeval z delom na raketah. Sedaj pa je delal predvsem v miroljubne namene. Prav on je dal ogromen zagon razvoju ameriške vesoljske industrije z oblikovanjem prvih nosilnih raket za ZDA (seveda je Brown ustvaril tudi bojne balistične rakete). Njegova ekipa je februarja 1958 v vesolje izstrelila prvi ameriški umetni zemeljski satelit. Sovjetska zveza ZDA z izstrelitvijo satelita premagala za skoraj šest mesecev. 4. oktobra 1957 je bil v Zemljino orbito izstreljen prvi umetni satelit. Ko je bil lansiran, je bil uporabljen sovjetska raketa R-7, ki ga je ustvaril Sergej Korolev.

R-7 je postala prva medcelinska balistična raketa na svetu, pa tudi prva raketa, uporabljena za polet v vesolje.

Raketni motorji v Rusiji

Leta 1912 so v Moskvi odprli tovarno za proizvodnjo letalskih motorjev. Podjetje je bilo del francoska družba"Škrat". Tu so nastajali tudi letalski motorji. Rusko cesarstvo med prvo svetovno vojno. Tovarna je uspešno preživela revolucijo, dobila novo ime "Icarus" in nadaljevala z delovanjem pod sovjetsko oblastjo.

Leta 1912 se je v Rusiji pojavil obrat za proizvodnjo letalskih motorjev

Tu so v tridesetih in štiridesetih letih 20. stoletja, v vojnih letih, nastajali letalski motorji. Motorji, ki so bili proizvedeni v Ikarju, so bili nameščeni na naprednih sovjetskih letalih. In že v petdesetih letih prejšnjega stoletja je podjetje začelo proizvajati turbo-raketne motorje, tudi za vesoljsko industrijo. Zdaj tovarna pripada OJSC Kuznetsov, ki je dobila ime v čast izjemnega sovjetskega konstruktorja letal Nikolaja Dmitrijeviča Kuznetsova. Podjetje je del državne korporacije Rostec.

Trenutno stanje

Rostec še naprej proizvaja raketne motorje, tudi za raketno industrijo. IN zadnja leta obseg proizvodnje raste. Lani so se pojavile informacije, da je Kuznetsov naročila za proizvodnjo motorjev dobil kar 20 let vnaprej. Motorji niso ustvarjeni le za vesoljsko industrijo, ampak tudi za letalski, energetski in železniški tovorni promet.

Leta 2012 je Rostec preizkusil lunarni motor

Leta 2012 je Rostec testiral lunarni motor. Strokovnjakom je uspelo oživiti tehnologije, ki so bile ustvarjene za Sovjetsko zvezo lunarni program. Sam program je bil, kot vemo, sčasoma ukinjen. Toda na videz pozabljeni dosežki so zdaj najdeni novo življenje. Pričakuje se, da bo lunarni propeler široko uporabljen v ruskem vesoljskem programu.

Reaktivni motorji so naprave, ki s transformacijo ustvarjajo vlečno silo, potrebno za proces gibanja notranja energija goriva v kinetično energijo curkov v delovni tekočini. Delovna tekočina hitro izteka iz motorja in po zakonu o ohranitvi gibalne količine nastane reaktivna sila, ki potisne motor v nasprotno smer. Za pospeševanje delovne tekočine se lahko uporablja kot ekspanzija plinov, segretih na različne načine do visokih temperatur, pa tudi z drugimi fizikalnimi procesi, zlasti s pospeševanjem nabitih delcev v elektrostatičnem polju.

Reaktivni motorji združiti same motorje s propulzorji. To pomeni, da ustvarjajo vlečne sile izključno z interakcijo z delovnimi telesi, brez opor ali s stiki z drugimi telesi. To pomeni, da si sami zagotavljajo napredovanje, medtem ko vmesni mehanizmi ne sodelujejo. Posledično se uporabljajo predvsem za pogon letal, raket in seveda vesoljskih plovil.

Kaj je potisk motorja?

Potisk motorja imenujemo reaktivna sila, ki se kaže v plinskodinamičnih silah, tlaku in trenju, ki delujejo na notranji in zunanji strani motorja.

Potiski se razlikujejo po:

• Notranji (potisk curka), ko zunanji upor ni upoštevan;
• Učinkovito, ob upoštevanju zunanjega upora elektrarn.

Začetna energija je shranjena na krovu letal ali drugih vozil, opremljenih z reaktivnimi motorji (kemično gorivo, jedrsko gorivo), ali pa lahko priteče od zunaj (na primer sončna energija).

Kako nastane potisk curka?

Za ustvarjanje reaktivnega potiska (potisk motorja), ki ga uporabljajo reaktivni motorji, boste potrebovali:

• Viri začetne energije, ki se pretvorijo v kinetično energijo curkov;
• Delovne tekočine, ki bodo izpuščene iz reaktivnih motorjev kot reaktivni tokovi;
• Sam reaktivni motor deluje kot pretvornik energije.

Kako pridobiti delovno tekočino?

Za pridobivanje delovne tekočine v reaktivnih motorjih se lahko uporabijo:

• Snovi, vzete iz okolju(na primer voda ali zrak);
• Snovi, ki se nahajajo v rezervoarjih naprav ali v komorah reaktivnih motorjev;
• Mešane snovi, ki prihajajo iz okolja in so shranjene na napravah.

Sodobni reaktivni motorji uporabljajo predvsem kemično energijo. Delovne tekočine so mešanice vročih plinov, ki so produkti zgorevanja kemičnih goriv. Ko reaktivni motor deluje, se kemična energija iz zgorevalnih materialov pretvori v toplotno energijo iz produktov zgorevanja. Hkrati se toplotna energija iz vročih plinov pretvori v mehansko energijo iz translacijskih gibanj curkov in naprav, na katerih so nameščeni motorji.

Pri reaktivnih motorjih se zračni curki, ki vstopajo v motorje, srečajo z izjemno hitrostjo vrtečimi kompresorskimi turbinami, ki sesajo zrak iz okolja (s pomočjo vgrajenih ventilatorjev). Posledično sta rešeni dve težavi:

• Primarni dovod zraka;
• Hlajenje celotnega motorja kot celote.

Lopatice kompresorskih turbin stisnejo zrak približno 30-krat ali več in ga "potisnejo" (črpajo) v zgorevalno komoro (generirajo delovno tekočino). Na splošno zgorevalne komore služijo tudi kot uplinjači, ki mešajo gorivo z zrakom.

To so lahko zlasti mešanice zraka in kerozina, kot v turboreaktivnih motorjih sodobnih reaktivnih letal, ali mešanice tekočega kisika in alkohola, kot so nekateri raketni motorji na tekoče gorivo, ali kakšno drugo trdno gorivo v raketah na smodnik. Ko mešanica goriva in zraka nastane, se vžge, pri čemer se sprosti energija v obliki toplote. Tako so gorivo v reaktivnih motorjih lahko samo snovi, ki posledično kemične reakcije v motorjih (pri vžigu) sproščajo toploto, pri tem pa nastajajo številni plini.

Pri vžigu pride do znatnega segrevanja zmesi in okoliških delov z volumetrično ekspanzijo. Pravzaprav reaktivni motorji za pogon uporabljajo nadzorovane eksplozije. Zgorevalne komore v reaktivnih motorjih so eni izmed najbolj vročih elementov ( temperaturni režim lahko dosežejo do 2700 °C), zahtevajo pa nenehno intenzivno hlajenje.

Reaktivni motorji so opremljeni s šobami, skozi katere z veliko hitrostjo iztekajo vroči plini, ki so produkti zgorevanja goriva. Pri nekaterih motorjih plini končajo v šobah takoj za zgorevalnimi komorami. To velja na primer za raketne ali ramjetne motorje.

Turboreaktivni motorji delujejo nekoliko drugače. Torej gredo plini po zgorevalnih komorah najprej skozi turbine, ki jim oddajajo svojo toplotno energijo. To se naredi, da se sprožijo kompresorji, ki bodo služili za stiskanje zraka pred zgorevalno komoro. V vsakem primeru so šobe zadnji deli motorjev, skozi katere bodo tekli plini. Pravzaprav neposredno tvorijo curek.

V šobe je usmerjen hladen zrak, ki ga prisilijo kompresorji, da ohladi notranje dele motorjev. Jet šobe imajo lahko različne konfiguracije in oblike glede na tipe motorjev. Torej, kadar mora biti hitrost pretoka večja od hitrosti zvoka, so šobe oblikovane kot cevi, ki se širijo ali se najprej zožijo in nato razširijo (tako imenovane Lavalove šobe). Le s cevmi te konfiguracije se plini pospešijo do nadzvočnih hitrosti, s pomočjo katerih reaktivna letala prečkajo »zvočne ovire«.

Glede na to, ali je okolje vpleteno v delovanje reaktivnih motorjev, jih delimo na glavne razrede motorjev z dihanjem zraka (WRE) in raketnih motorjev (RE). Vsi reaktivni motorji so toplotni motorji, katerih delovne tekočine nastanejo, ko pride do reakcije oksidacije vnetljivih snovi s kisikom v zračnih masah. Zračni tokovi, ki prihajajo iz atmosfere, tvorijo osnovo delovnih tekočin WRD. Tako imajo vozila z reaktivnimi motorji na krovu vire energije (gorivo), vendar večina delovna telesa črpamo iz okolja.

Naprave VRD vključujejo:

• Turboreaktivni motorji (TRD);
• Ramjet motorji (ramjet motorji);
• Pulzni zračni reaktivni motorji (PvRE);
• Hiperzvočni ramjet motorji (scramjet motorji).

V nasprotju z motorji z dihanjem zraka so vse komponente delovnih tekočin raketnih motorjev nameščene na vozilih, opremljenih z raketnimi motorji. Odsotnost propulzorjev, ki sodelujejo z okoljem, kot tudi prisotnost vseh komponent delovnih tekočin na krovu naprav omogočajo, da so raketni motorji primerni za delovanje v vesolju. Obstaja tudi kombinacija raketnih motorjev, ki so nekakšna kombinacija dveh glavnih tipov.

Kratka zgodovina reaktivnega motorja

Domneva se, da sta reaktivni motor izumila Hans von Ohain in ugledni nemški oblikovalski inženir Frank Wittle. Prvi patent za delujoč plinskoturbinski motor je leta 1930 prejel Frank Whittle. Vendar pa je prvi delujoči model sestavil Ohain sam. Konec poletja 1939 se je na nebu pojavilo prvo reaktivno letalo - He-178 (Heinkel-178), ki je bilo opremljeno z motorjem HeS 3, ki ga je razvil Ohain.

Kako deluje reaktivni motor?

Zasnova reaktivnih motorjev je precej preprosta in hkrati izjemno zapletena. Načeloma je preprosto. Tako se zunanji zrak (v raketnih motorjih - tekoči kisik) vsesa v turbino. Po tem se začne mešati z gorivom in goreti. Na robu turbine nastane tako imenovana “delovna tekočina” (prej omenjeni curek), ki poganja letalo ali vesoljsko plovilo.

Kljub vsej enostavnosti je to pravzaprav cela znanost, saj lahko sredi takih motorjev delovna temperatura doseže tudi več kot tisoč stopinj Celzija. Eden najpomembnejših problemov pri gradnji turboreaktivnih motorjev je izdelava neporabljivih delov iz kovin, ki se same lahko talijo.

Na začetku je pred vsako turbino vedno nameščen ventilator, ki sesa zračne mase iz okolice v turbine. Ventilatorji imajo veliko površino, pa tudi ogromno število lopatic posebnih konfiguracij, katerih material je titan. Takoj za ventilatorji so močni kompresorji, ki so potrebni za črpanje zraka pod ogromnim pritiskom v zgorevalne komore. Po zgorevalnih komorah se goreče mešanice zraka in goriva pošljejo v samo turbino.

Turbine so sestavljene iz številnih lopatic, na katere pritiskajo curki, ki povzročajo vrtenje turbin. Nato turbine vrtijo gredi, na katerih so nameščeni ventilatorji in kompresorji. Pravzaprav sistem postane zaprt in zahteva le dovod goriva in zračnih mas.

Po turbinah so tokovi usmerjeni v šobe. Šobe reaktivnega motorja so zadnji, a ne najmanj pomemben del reaktivnega motorja. Tvorijo neposredne curke. Hladne zračne mase so usmerjene v šobe, ki jih črpajo ventilatorji, da ohladijo "notranjost" motorjev. Ti tokovi omejujejo manšete šob pred zelo vročimi curki in preprečujejo njihovo taljenje.

Odklonski vektor potiska

Reaktivni motorji imajo šobe v najrazličnejših konfiguracijah. Najnaprednejše se štejejo za premične šobe, nameščene na motorjih, ki imajo odklonski vektor potiska. Lahko jih stisnemo in razširimo, pa tudi odklonimo pod pomembnimi koti - tako se regulirajo in neposredno usmerjajo curki. Zahvaljujoč temu letala z motorji, ki imajo odklonski vektor potiska, postanejo izjemno manevrska, saj se procesi manevriranja ne pojavljajo le kot posledica delovanja mehanizmov kril, temveč tudi neposredno zaradi samih motorjev.

Vrste reaktivnih motorjev

Obstaja več glavnih tipov reaktivnih motorjev. Tako lahko klasični reaktivni motor imenujemo letalski motor v letalu F-15. Večina teh motorjev se uporablja predvsem na lovskih letalih najrazličnejših modifikacij.

Dvokraki turbopropelerski motorji

Pri tem tipu turbopropelerskih motorjev se moč turbin usmerja preko reduktorjev za vrtenje klasičnih propelerjev. Prisotnost takšnih motorjev omogoča velikim letalom, da letijo z največjimi sprejemljivimi hitrostmi in hkrati porabijo manj letalskega goriva. Normalna potovalna hitrost za turbopropelerska letala je lahko 600-800 km/h.

Turboventilatorski reaktivni motorji

Ta tip motorja je bolj varčen v družini klasičnih tipov motorjev. domov značilna značilnost Razlika med njimi je v tem, da so na vstopu nameščeni ventilatorji velikega premera, ki dovajajo zračne tokove ne le za turbine, temveč ustvarjajo tudi precej močne tokove zunaj njih. Posledično je mogoče povečano učinkovitost doseči z izboljšanjem učinkovitosti. Uporabljajo se na letalih in velikih letalih.

Ramjet motorji

Ta vrsta motorja deluje tako, da ne potrebuje gibljivih delov. Zračne mase se sproščeno potiskajo v zgorevalno komoro, zahvaljujoč zaviranju tokov proti oblogam vstopnih odprtin. Nato se zgodi isto kot pri običajnih reaktivnih motorjih, in sicer se zračni tokovi pomešajo z gorivom in izhajajo kot curki iz šob. Ramjet motorje uporabljajo v vlakih, letalih, dronih, raketah, lahko pa jih namestite tudi na kolesa ali skuterje.

Gibanje curka je proces, pri katerem se en njegov del z določeno hitrostjo loči od določenega telesa. Sila, ki pri tem nastane, deluje sama od sebe, brez najmanjšega stika z zunanjimi telesi. Reaktivni pogon je postal spodbuda za nastanek reaktivnega motorja. Njegov princip delovanja temelji prav na tej sili. Kako deluje tak motor? Poskusimo ugotoviti.

Zgodovinska dejstva

Zamisel o uporabi reaktivnega pogona, ki bi omogočil premagovanje gravitacijske sile Zemlje, je leta 1903 predstavil fenomen ruske znanosti - Tsiolkovsky. Objavil je celotno študijo o ta tema, vendar ga niso jemali resno. Konstantin Eduardovič je po spremembi političnega sistema preživel leta dela, da bi vsem dokazal, da ima prav.

Danes je veliko govoric, da je bil revolucionar Kibalchich prvi v tej zadevi. Toda v času, ko so bila objavljena dela Ciolkovskega, je bila volja tega človeka pokopana skupaj s Kibalčičem. Poleg tega to ni bilo polnopravno delo, temveč le skice in obrisi - revolucionar ni mogel zagotoviti zanesljive podlage za teoretične izračune v svojih delih.

Kako deluje reaktivna sila?

Da bi razumeli, kako deluje reaktivni motor, morate razumeti, kako deluje ta sila.

Torej, predstavljajte si strel iz katerega koli strelnega orožja. To je jasen primer delovanja reaktivne sile. Curek vročega plina, ki nastane pri zgorevanju naboja v naboju, potisne orožje nazaj. Močnejši kot je naboj, močnejši bo odboj.

Zdaj pa si predstavljajmo proces vžiga gorljive mešanice: poteka postopoma in neprekinjeno. Točno tako izgleda princip delovanja ramjetnega motorja. Raketa z reaktivnim motorjem na trdo gorivo deluje na podoben način - to je najpreprostejša različica. Celo raketni modelarji začetniki ga poznajo.

Črni prah so sprva uporabljali kot gorivo za reaktivne motorje. Reaktivni motorji, katerih princip delovanja je bil že naprednejši, so zahtevali gorivo na osnovi nitroceluloze, ki je bila raztopljena v nitroglicerinu. V velikih enotah, ki izstreljujejo rakete, ki v orbito postavljajo shuttle, danes uporabljajo posebno mešanico polimernega goriva z amonijevim perkloratom kot oksidantom.

Načelo delovanja RD

Zdaj je vredno razumeti načelo delovanja reaktivnega motorja. Če želite to narediti, lahko razmislite o klasiki - tekočih motorjih, ki so od časa Tsiolkovskega ostali skoraj nespremenjeni. Te enote uporabljajo gorivo in oksidant.

Slednji uporablja tekoči kisik ali dušikovo kislino. Kerozin se uporablja kot gorivo. Sodobni tekočinski kriogenski motorji porabljajo tekoči vodik. Pri oksidaciji s kisikom poveča specifični impulz (kar za 30 odstotkov). Ideja, da bi lahko uporabili vodik, je nastala tudi v glavi Ciolkovskega. Vendar je bilo takrat zaradi izjemne eksplozijske nevarnosti treba iskati drugo gorivo.

Načelo delovanja je naslednje. Komponente vstopajo v zgorevalno komoro iz dveh ločenih rezervoarjev. Po mešanju se spremenijo v maso, ki se ob zgorevanju sprosti ogromno toplota in več deset tisoč atmosfer tlaka. Oksidator se dovaja v zgorevalno komoro. Mešanica goriva hladi te elemente, ko prehaja med dvojnimi stenami komore in šobo. Nato bo gorivo, segreto s stenami, teklo skozi ogromno šob v območje vžiga. Curek, ki se oblikuje s pomočjo šobe, izbruhne. Zaradi tega je zagotovljen potisni moment.

Na kratko lahko princip delovanja reaktivnega motorja primerjamo s pihalnikom. Vendar je slednje veliko bolj preprosto. Njegova shema delovanja ne vključuje različnih pomožnih motornih sistemov. In to so kompresorji, potrebni za ustvarjanje tlaka vbrizgavanja, turbin, ventilov in drugih elementov, brez katerih je reaktivni motor preprosto nemogoč.

Kljub temu, da tekoči motorji porabijo veliko goriva (poraba goriva je približno 1000 gramov na 200 kilogramov tovora), se še vedno uporabljajo kot pogonske enote za nosilne rakete in ranžirne enote za orbitalne postaje, pa tudi druga vesoljska plovila.

Naprava

Tipičen reaktivni motor je zgrajen na naslednji način. Njegove glavne sestavine so:

kompresor;

Zgorevalna komora;

Turbine;

Izpušni sistem.

Oglejmo si te elemente podrobneje. Kompresor je sestavljen iz več turbin. Njihova naloga je, da sesajo in stisnejo zrak, ko gre skozi rezila. Med postopkom stiskanja se temperatura in tlak zraka povečata. Nekaj ​​tega stisnjenega zraka se dovaja v zgorevalno komoro. V njem se zrak meša z gorivom in pride do vžiga. Ta proces dodatno poveča toplotno energijo.

Zmes izstopa iz zgorevalne komore z veliko hitrostjo in se nato razširi. Nato sledi drugi turbini, katere lopatice se vrtijo zaradi vpliva plinov. Ta turbina, povezana s kompresorjem, ki se nahaja na sprednji strani enote, jo požene. Zrak, segret na visoke temperature, izstopa skozi izpušni sistem. Temperatura, ki je že precej visoka, še naprej narašča zaradi učinka dušenja. Nato zrak popolnoma izstopi.

Letalski motor

Te motorje uporabljajo tudi letala. Na primer, turboreaktivne enote so nameščene v ogromnih potniških letalih. Od običajnih se razlikujejo po prisotnosti dveh rezervoarjev. Ena vsebuje gorivo, druga pa oksidant. Medtem ko turboreaktivni motor prevaža samo gorivo, se kot oksidant uporablja zrak, črpan iz ozračja.

Turboreaktivni motor

Načelo delovanja letalskega reaktivnega motorja temelji na isti reaktivni sili in enakih fizikalnih zakonih. Najpomembnejši del so turbinske lopatice. Končna moč je odvisna od velikosti rezila.

Zahvaljujoč turbinam se ustvari potisk, ki je potreben za pospeševanje letala. Vsaka od lopatic je desetkrat močnejša od običajnega avtomobilskega motorja z notranjim zgorevanjem. Turbine so nameščene za zgorevalno komoro, kjer je tlak najvišji. In temperatura tukaj lahko doseže tisoč in pol stopinj.

Dvokrožna vozna steza

Te enote imajo številne prednosti pred turboreaktivnimi. Na primer bistveno manjša poraba goriva pri enaki moči.

Toda sam motor ima bolj zapleteno zasnovo in večjo težo.

In princip delovanja dvokrožnega reaktivnega motorja je nekoliko drugačen. Zrak, ki ga zajame turbina, je delno stisnjen in doveden v kompresor v prvem krogu in v stacionarne lopatice v drugem krogu. Turbina deluje kot nizkotlačni kompresor. V prvem krogu motorja se zrak stisne in segreje, nato pa skozi kompresor visok pritisk dovaja v zgorevalno komoro. Tu pride do mešanja z gorivom in vžiga. Nastanejo plini, ki se dovajajo v visokotlačno turbino, zaradi česar se lopatice turbine vrtijo, ta pa daje rotacijsko gibanje visokotlačnemu kompresorju. Plini gredo nato skozi nizkotlačno turbino. Slednji aktivira ventilator in na koncu plini odtečejo ven ter ustvarijo prepih.

Sinhrone vozne steze

To so električni motorji. Načelo delovanja sinhronskega reluktančnega motorja je podobno delovanju koračne enote. Izmenični tok teče na stator in ustvari magnetno polje okoli rotorja. Slednji se vrti zaradi dejstva, da poskuša zmanjšati magnetni upor. Ti motorji nimajo nobene zveze z raziskovanjem vesolja in izstrelitvami raketoplanov.