Двигуни

Реактивні двигуни

01.08.2015

Реферат на тему Реактивні двигуни

РЕФЕРАТ

ПО ТЕМІ:

Реактивні Двигуни

НАПИСАВ: Кисельов А. В.

Вступ

Реактивний двигун. двигун, що створює необхідну для руху силу тяги шляхом перетворення вихідної енергії в кінетичну енергію реактивного струменя робочого тіла; в результаті витікання робочого тіла із сопла двигуна утворюється реактивна сила у вигляді реакції (віддачі) струменя, що переміщає в просторі двигун і конструктивно пов’язаний з ним апарат у бік, протилежний закінчення струменя. В кінетичну (швидкісну) енергію реактивного струменя в Р. д. можуть перетворюватися різні види енергії (хімічна, ядерна, електрична, сонячна). Р. д. (двигун прямої реакції) поєднує в собі власне двигун з рушієм, тобто забезпечує власний рух без участі проміжних механізмів.

Для створення реактивної тяги, яка використовується Р. д. необхідні:

джерело вихідної (первинної) енергії, яка перетворюється в кінетичну енергію реактивного струменя;

робоче тіло, яке у вигляді реактивного струменя викидається з Р. д.;

сам Р. д. — перетворювач енергії.

Вихідна енергія запасається на борту літального або ін. апарату, оснащеного Р. д. (хімічне пальне, ядерне паливо), або (в принципі) може надходити ззовні (енергія Сонця). Для отримання робочого тіла в Р. д. може використовуватися речовина, отбираемое з навколишнього середовища (наприклад, повітря або вода);

речовина, що знаходиться в баках апарату або безпосередньо в камері Р. д.; суміш речовин, що надходять з навколишнього середовища і запасаемых на борту апарата.

В сучасних Р. д. в якості первинної найчастіше використовується хімічна

Реактивні двигуни
Вогневі випробування ракетного

двигуна Спейс Шаттлу

Реактивні двигуни
Турбореактивні двигуни АЛ-31Ф літака-30МК. Відносяться до класу повітряно-реактивних двигунів

енергія. У цьому випадку робоче тіло являє собою розжарені гази — продукти згоряння хімічного палива. При роботі Р. д. хімічна енергія згорають речовин перетворюється в теплову енергію продуктів згоряння, а теплова енергія гарячих газів перетворюється в механічну енергію поступального руху реактивного струменя і, отже, апарату, на якому встановлено двигун. Основною частиною будь-Р. д. є камера згоряння, в якій генерується робоче тіло. Кінцева частина камери, що служить для прискорення робочого тіла і отримання реактивної струменя, називається реактивним соплом.

В залежності від того, використовується чи ні при роботі Р. д. навколишнє середовище, їх поділяють на 2 основні класи — повітряно-реактивні двигуни (ВРД) і ракетні двигуни (РД). Всі ВРД — теплові двигуни. робоче тіло яких утворюється при окисненні горючої речовини киснем повітря. Надходить з атмосфери повітря становить основну масу робочого тіла ВРД. Т. о. апарат з ВРД несе на борту джерело енергії (пальне), а більшу частину робочого тіла черпає з навколишнього середовища. На відміну від ВРД всі компоненти робочого тіла РД знаходяться на борту апарату, оснащеного РД. Відсутність рушія, що взаємодіє з навколишнім середовищем, і наявність всіх компонентів робочого тіла на борту апарату роблять РД єдино придатним для роботи в космосі. Існують також комбіновані ракетні двигуни, що представляють собою поєднання обох основних типів.

Історія реактивних двигунів

Принцип реактивного руху, відомий дуже давно. Родоначальником Р. д. можна вважати куля Герона. Твердопаливні ракетні двигуни — порохові ракети з’явилися в Китаї в 10 ст. н. е. На протязі сотень років такі ракети застосовувалися спочатку на Сході, а потім в Європі як феєрверочні, сигнальні, бойові. У 1903 К. Е. Ціолковський в роботі «Дослідження світових просторів реактивними приладами» вперше у світі висунув основні положення теорії рідинних ракетних двигунів і запропонував основні елементи пристрою РД на рідкому паливі. Перші радянські рідинні ракетні двигуни — ОРЗ, ОРМ-1, ОРМ-2 були спроектовані В. П. Глушко і під його керівництвом створені в 1930-31 у Газодинамічної лабораторії (ГДЛ). У 1926 Р. Годдард здійснив запуск ракети на рідкому паливі. Вперше електротермічний РД був створений і випробуваний Глушко ГДЛ в 1929-33.

Реактивні двигуни

В 1939 в СРСР відбулися випробування ракет з прямоточними повітряно-реактивними двигунами конструкції В. А. Меркулова. Перша схема турбореактивного двигуна? була запропонована російським інженером Н. Герасимовим в 1909 році.

В 1939 на Кіровському заводі в Ленінграді почалася споруда турбореактивних двигунів конструкції А. М. Люльки. Випробувань створеного двигуна завадила Велика Вітчизняна війна 1941-45. У 1941 вперше був встановлений на літак і випробуваний турбореактивний двигун конструкції Ф. Уиттла (Великобританія). Велике значення для створення Р. д. мали теоретичні роботи російських вчених С. С. Неждановского, В. В. Мещерського, Н. Е. Жуковського, праці французького вченого Р. Ено-Пельтри, німецького вченого Р. Оберта. Важливим внеском у створення ВРД була робота радянського вченого Б. С. Стечкіна «Теорія повітряно-реактивного двигуна», опублікована в 1929 році.

Р. д. мають різне призначення і область їх застосування постійно розширюється.

Реактивні двигуни
Реактивні двигуни
Реактивні двигуни

Реактивні двигуни
Реактивні двигуни
Реактивні двигуни

Найбільш широко Р. д. використовуються на літальних апаратах різних типів.

Реактивні двигуни
Реактивні двигуни
Реактивні двигуни

Турбореактивними двигунами і двоконтурними турбореактивними двигунами оснащено більшість військових та цивільних літаків у всьому світі, їх застосовують на вертольотах. Ці Р. д. придатні для польотів як з дозвуковими, так і з надзвуковими швидкостями; їх встановлюють також на літаках-снарядах, надзвукові турбореактивні двигуни можуть використовуватися на перших щаблях повітряно-космічних літаків. Прямоточні повітряно-реактивні двигуни встановлюють на зенітних керованих ракетах, крилатих ракетах, надзвукових винищувачах-перехоплювачів. Дозвукові прямоточні двигуни застосовуються на вертольотах (встановлюються на кінцях лопатей несучого гвинта). Пульсуючі повітряно-реактивні двигуни мають невелику тягу і призначаються лише для літальних апаратів з дозвуковой швидкістю. Під час 2-ї світової війни 1939-45 цими двигунами були оснащені літаки-снаряди ФАУ-1.

РД в більшості випадків використовуються на високошвидкісних літальних апаратах.

Рідинні ракетні двигуни застосовуються на ракетах-носіях космічних літальних апаратів і космічних апаратах як маршових, гальмівних і керуючих двигунів, а також на керованих балістичних ракетах. Твердопаливні ракетні двигуни використовують в балістичних, зенітних, протитанкових та ін. ракети військового призначення, а також на ракетах-носіях і космічних літальних апаратах. Невеликі твердопаливні двигуни застосовуються в якості прискорювачів при зльоті літаків. Електричні ракетні двигуни і ядерні ракетні двигуни можуть використовуватися на космічних літальних апаратах.

Реактивні двигуни

Проте цей могутній стовбур, принцип прямої реакції, дав життя величезної кроні «генеалогічного дерева» сім’ї реактивних двигунів. Щоб познайомитися з основними гілками його крони, яка вінчає «стовбур» прямої реакції. Незабаром, як можна бачити на малюнку (див. нижче), цей стовбур ділиться на дві частини, як би розщеплений ударом блискавки. Обидва нових стовбура однаково прикрашені могутніми кронами. Це ділення сталося по тому, що всі «хімічні» реактивні двигуни поділяються на два класи залежно від того, використовують вони для своєї роботи навколишній повітря чи немає.

Реактивні двигуни

Один з новостворених стовбурів — це клас повітряно-реактивних двигунів (ВРД). Як показує сама назва, вони не можуть працювати поза атмосфери. Ось чому ці двигуни — основа сучасної авіації, як пілотованої, так і безпілотної. ВРД використовують атмосферний кисень для згоряння палива, без нього реакція згоряння в двигуні не піде. Але все ж у даний час найбільш широко застосовуються турбореактивні двигуни

(ТРД), встановлюються майже на всіх без винятку сучасних літаках. Як і всі двигуни, що використовують атмосферне повітря, ТРД потребують спеціальному пристрої для стиснення повітря перед його подачею в камеру згоряння. Адже якщо тиск в камері згоряння не буде значно перевищувати атмосферний, то гази не стануть випливати з двигуна з більшою швидкістю — саме тиск виштовхує їх назовні. Але при малій швидкості витікання тяга двигуна буде малою, а палива двигун буде витрачати багато, такий двигун не знайде застосування. У ТРД для стиснення повітря служить компресор, і конструкція двигуна багато в чому залежить від типу компресора. Існує двигуни з осьовим і відцентровим компресором, осьові компресори можуть мати спасибі за користування нашою системою меншу або більшу кількість ступеней стиску, бути одне-двухкаскадными і т. д. Для приведення в обертання компресора ТРД має газову турбіну, яка і дала назву двигуну. З-за компресора і турбіни конструкція двигуна виявляється досить складною.

Значно простіше по конструкції безкомпрессорные повітряно-реактивні двигуни, в яких необхідне підвищення тиску здійснюється іншими способами, які мають назви: пульсуючі і прямоточні двигуни.

В пульсуючому двигуні для цього служить зазвичай клапанна сітка, встановлена на вході в двигун, коли нова порція паливно-повітряної суміші заповнює камеру згоряння і в ній відбувається спалах, клапани закриваються, ізолюючи камеру згоряння від вхідного отвору двигуна. Внаслідок того тиск в камері підвищується, і гази спрямовуються через реактивне сопло назовні, після чого весь процес повторюється.

У бескомпрессорном двигуні іншого типу, прямоточному, немає навіть і цієї клапанної решітки та тиск у камері згоряння підвищується в результаті швидкісного напору, тобто гальмування зустрічного потоку повітря, що надходить у двигун в польоті. Зрозуміло, що такий двигун здатний працювати тільки тоді, коли літальний апарат вже летить з досить великою швидкістю, на стоянці він тяги не розвине. Але зате при досить великій швидкості, в 4-5 разів більшої швидкості звуку, прямоточний двигун розвиває велику тягу і витрачає менше палива, ніж будь-який інший «хімічний» реактивний двигун при цих умовах. Ось чому прямоточні двигуни.

Особливість аеродинамічної схеми надзвукових літальних апаратів з прямоточними повітряно-реактивними двигунами (ПВРД) обумовлена наявністю спеціальних прискорювальних двигунів, що забезпечують швидкість руху, необхідну для початку стійкої роботи ПРД. Це ускладнює хвостову частину конструкції та для забезпечення необхідної стійкості вимагає встановлення стабілізаторів.

Принцип роботи реактивного двигуна.

В основі сучасних потужних реактивних двигунах різних типів лежить принцип прямої реакції, тобто принцип створення рушійної сили (або тяги) у вигляді реакції (віддачі) струменя випливає з двигуна «робочого речовини», зазвичай — розпечених газів.

У всіх двигунах існує два процеси перетворення енергії. Спочатку хімічна енергія палива перетворюється в теплову енергію продуктів згоряння, а потім теплова енергія використовується для здійснення механічної роботи. До таких двигунів відносяться поршневі двигуни автомобілів, тепловозів, парові та газові турбіни електростанцій і т.д.

Розглянемо цей процес стосовно до реактивним двигунам. Почнемо з камери згоряння двигуна, в якому тим або іншим способом, що залежить від типу двигуна і роду палива, вже створена горюча суміш. Це може бути, наприклад, суміш повітря з гасом, як в турбореактивном двигуні сучасного реактивного літака, або ж суміш рідкого кисню зі спиртом, як у деяких рідинних ракетних двигунах, або, нарешті, якесь тверде паливо порохових ракет. Горюча суміш може згорати, тобто вступати в хімічну реакцію з бурхливим виділенням енергії у вигляді тепла. Здатність виділяти енергію при хімічної реакції, і є потенційна хімічна енергія молекул суміші. Хімічна енергія молекул пов’язана з особливостями їх будови, точніше, будови їх електронних оболонок, тобто того електронного хмари, що оточує ядра атомів, що утворюють молекулу. В результаті хімічної реакції, при якій одні молекули руйнуються, а інші виникають, відбувається, природно, перебудова електронних оболонок. У цій перебудові — джерело виділяється хімічної енергії. Видно, що паливами реактивних двигунів можуть служити лише такі речовини, які при хімічній реакції в двигуні (згорянні) виділяють досить багато тепла, а також утворюють при цьому велика кількість газів. Всі ці процеси відбуваються в камері згоряння, але зупинимося на реакції не на молекулярному рівні (це вже розглянули вище), а на «фазах» роботи. Поки згоряння не почалося, суміш володіє великим запасом потенційної хімічної енергії. Але ось полум’я охопило суміш, ще мить — і хімічна реакція закінчена. Тепер уже замість молекул горючої суміші камеру заповнюють молекули продуктів горіння, більш щільно «запаковані». Надлишок енергії зв’язку, що представляє собою хімічну енергію минулому реакції згоряння, що виділився. Володіють цієї надлишкової енергією молекули майже миттєво передали її іншим молекулам і атомам в результаті частих зіткнень з ними. Всі молекули і атоми в камері згоряння стали безладно, хаотично рухатися зі значно більш високою швидкістю, температура газів зросла. Так відбувся перехід потенційної хімічної енергії палива в теплову енергію продуктів згоряння.

Подібних перехід здійснювався і у всіх інших теплових двигунах, але реактивні двигуни принципово відрізняються від них щодо подальшої долі розпечених продуктів згоряння.

Після того, як в тепловому двигуні утворилися гарячі гази, що містять у собі велику теплову енергію, ця енергія повинна бути перетворена в механічну. Адже двигуни для того і є, щоб здійснювати механічну роботу, щось «рухати», приводити в дію, все одно, чи то динамо-машина на прохання доповнити малюнками електростанції, тепловоз, автомобіль чи літак.

Щоб теплова енергія газів перейшла в механічну, їх обсяг повинен зрости. При такому розширенні гази і здійснюють роботу, на яку витрачається їх внутрішня і теплова енергія.

У разі поршневого двигуна розширюються гази тиснуть на поршень, що рухається всередині циліндра, поршень штовхає шатун, а той вже обертає колінчастий вал двигуна. Вал зв’язується з ротором динамомашини, провідними осями тепловоза або автомобіля або ж повітряним гвинтом літака — двигун виконує корисну роботу. В паровій машині, або газової турбіни гази, розширюючись, змушують обертати пов’язане з валом турбіною колесо — тут відпадає потреба в передавальному кривошипно-шатунного механізму, в чому полягає одне з великих переваг турбіни

Розширюються гази, звичайно, і в реактивному двигуні, адже без цього вони не роблять роботи. Але робота розширення в тому разі не витрачається на обертання вала. Пов’язаного з приводним механізмом, як в інших теплових двигунах. Призначення реактивного двигуна інше — створювати реактивну тягу, а для цього необхідно, щоб з двигуна витікала назовні з великою швидкістю, струмінь газів — продуктів згоряння: сила реакції цієї струменя і є тяга двигуна. Отже, робота розширення газоподібних продуктів згоряння палива в двигуні повинна бути витрачена на розгін самих же газів. Це означає, що теплова енергія газів в реактивному двигуні повинна бути перетворена в їх кінетичну енергію — безладне хаотичне тепловий рух молекул має замінитися організованим їх течією в одному, загальному для всіх напрямку.

Для цієї мети служить одна з найважливіших частин двигуна, так зване реактивне сопло. До якого б не все там правда типу не належав той чи інший реактивний двигун, він обов’язково забезпечений соплом, через яке з двигуна назовні з величезною швидкістю випливають розпечені гази — продукти згорання палива в двигуні. В одних двигунах гази потрапляють в сопло відразу ж після камери згоряння, наприклад, у ракетних або прямоточних двигунах. В інших, турбореактивних, — гази спочатку проходять через турбіну, якій віддають частину своєї теплової енергії. Вона витрачає в цьому випадку для приведення в рух компресора, службовця для стиснення повітря перед камерою згоряння. Але, так чи інакше, сопло є останньою частиною двигуна — через нього течуть гази, перед тим як покинути двигун.

Реактивне сопло може мати різні форми, і, тим більше, різну конструкцію в залежності від типу двигуна. Головне полягає в тій швидкості, з якою гази витікають з двигуна. Якщо ця швидкість витікання не перевершує швидкості, з якої випливають газах поширюються звукові хвилі, то сопло являє собою простий циліндричний або звужує відрізок труби. Якщо ж швидкість витікання повинна перевершувати швидкість звуку, то сопла надається форма розширюється труби або ж спочатку звужується, а за тим розширюється (сопло Лавля). Тільки в трубі такої форми, як показує теорія і досвід, можна розігнати газ до надзвукових швидкостей, переступити через «звуковий бар’єр».

Схема реактивного двигуна

Турбовентиляторний двигун — це найбільш широко використовуваний в цивільній авіації реактивний двигун.

Реактивні двигуни

Пальне, потрапляючи в двигун (1), перемішується зі стисненим повітрям і згорає в камері згоряння (2). Розширюються гази обертають швидкохідну (3) і тихохідну) турбіни, які, в свою чергу, приводять в рух компресор (5), проштовхують повітря в камеру згоряння, і вентилятори (6), прогоняющие повітря через цю камеру і направляють його в вихлопну трубу. Витісняючи повітря, вентилятори забезпечують додаткову тягу. Двигун даного типу здатний розвивати тягу до 13 600кг.

Реактивні двигуни

Висновок

Реактивний двигун володіє багатьма чудовими особливостями, але головна з них полягає в наступному. Ракеті для руху не потрібні ні земля, ні вода, ні повітря, так як вона рухається в результаті взаємодії з газами, що утворюються при згорянні палива. Тому ракета може рухатися в безповітряному просторі.

К. Е. Ціолковський – основоположник теорії космічних польотів. Наукове обґрунтування можливості використання ракети для польотів у космічний простір, за межі земної атмосфери і до інших планет Сонячної системи було дано вперше російським ученим і винахідником Костянтином Едуардовичем Ціолковським

Короткий опис статті: двигуни Тема: Реактивні двигуни. Тип: Реферат. У роботі є: малюнки понад 10 шт. Мова: російська. Розмістив (ла): FreeDom. Розмір: 304 кб. Категорія: Фізика. Короткий опис: ‘ПО ТЕМІ. Написав Кисельов А. р. В КАЛІНІНГРАД. Вогневі випробування ракетного двигуна. АЛ-31Ф. -30МК. повітряно-реактивних двигунів.’ Реферат Реактивні двигуни Фізика

Джерело: Реактивні двигуни

Також ви можете прочитати