Turboreaktiivmootori loomise ajalugu ja tööpõhimõte. Kuidas reaktiivmootor töötab

Leiutaja: Frank Whittle (mootor)
Riik: Inglismaa
Leiutamise aeg: 1928

Turboreaktiivlennundus sai alguse Teise maailmasõja ajal, kui seniste propellermootoriga lennukite täiuslikkuse piir, mis oli varustatud .

Iga aastaga muutus võidujooks kiiruse pärast üha raskemaks, sest isegi väike kiiruse suurendamine nõudis sadu täiendavaid hobujõude mootorivõimsust ja tõi automaatselt kaasa lennuki kaalu. Keskmiselt suureneb võimsus 1 hj. tõi kaasa tõukejõusüsteemi (mootori enda, sõukruvi ja abiseadmete) massi suurenemise keskmiselt 1 kg võrra. Lihtsad arvutused näitasid, et propellermootoriga hävituslennukit kiirusega 1000 km/h oli praktiliselt võimatu luua.

Vajaliku mootorivõimsuse 12 000 hobujõudu suudeti saavutada vaid umbes 6000 kg kaaluva mootoriga. Tulevikus selgus, et kiiruse edasine suurendamine toob kaasa lahingulennukite degeneratsiooni, muutes need sõidukiteks, mis suudavad kanda ainult iseennast.

Relvadele, raadioseadmetele, soomukitele ja kütusele pardal ei jäänud ruumi. Aga isegi selline hinnaga oli võimatu suurt kiirust juurde saada. Raskem mootor suurendas üldmassi, mis sundis suurendama tiiva pindala, mis viis nende suurenemiseni aerodünaamiline takistus, mille ületamiseks oli vaja mootori võimsust suurendada.

Seega ring suleti ja kiirus suurusjärgus 850 km/h osutus maksimaalseks võimalikuks lennukile, millel on . Sellest tigedast olukorrast võis olla ainult üks väljapääs – oli vaja luua põhimõtteliselt uus kujundus lennuki mootor, mis tehti siis, kui turboreaktiivlennukid vahetasid välja kolblennukid.

Lihtsa reaktiivmootori tööpõhimõtet saab mõista, kui arvestada tuletõrjevooliku tööd. Survevesi juhitakse vooliku kaudu voolikusse ja voolab sellest välja. Vooliku otsa sisemine osa kitseneb otsa poole ja seetõttu on väljavoolava vee joa kiirus suurem kui voolikus.

Vasturõhu (reaktsiooni) jõud on sel juhul nii suur, et tuletõrjuja peab seda sageli tegema pingutage kogu oma jõud, et hoida voolikut vajalikus suunas. Sama põhimõtet saab rakendada ka lennukimootori puhul. Lihtsaim reaktiivmootor on ramjet.

Kujutage ette avatud otstega toru, mis on paigaldatud liikuvale lennukile. Toru esiosa, millesse õhusõiduki liikumise tõttu siseneb, on laieneva sisemise ristlõikega. Toru paisumise tõttu väheneb sellesse siseneva õhu kiirus ja rõhk tõuseb vastavalt.

Oletame, et paisuvas osas süstitakse kütust ja põletatakse see õhuvoolu. Seda toru osa võib nimetada põlemiskambriks. Tugevalt kuumutatud gaasid paisuvad kiiresti ja väljuvad läbi aheneva joadüüsi kiirusega, mis on kordades suurem õhuvool oli sissepääsu juures. Selline kiiruse suurenemine tekitab tõukejõu, mis surub lennukit edasi.

On hästi näha, et selline mootor saab töötada ainult siis, kui see liigub koos õhus märkimisväärne kiirus, kuid seda ei saa käivitada, kui see ei liigu. Sellise mootoriga õhusõiduk tuleb kas käivitada teiselt lennukilt või kiirendada spetsiaalset käivitusmootorit kasutades. See puudus on ületatud keerukamas turboreaktiivmootoris.

Selle mootori kõige kriitilisem element on gaasiturbiin, mis käitab sellega samal võllil istuvat õhukompressorit. Mootorisse sisenev õhk surutakse kõigepealt kokku sisselaske difuusoris, seejärel aksiaalkompressoris ja seejärel siseneb põlemiskambrisse.

Kütuseks on tavaliselt petrooleum, mis pihustatakse läbi düüsi põlemiskambrisse. Paisuvad põlemisproduktid sisenevad kambrist ennekõike gaasilabadele, pannes selle pöörlema, ja seejärel düüsi, kus need kiirendavad väga suure kiiruseni.

Gaasiturbiin kasutab ainult enamusõhk-gaasjoa energia. Ülejäänud gaasid loovad reaktiivse tõukejõu, mis tekib väljavoolu tõttu suur kiirus joad põlemisproduktid düüsist. tõukejõud turboreaktiivmootor saab sundida, st suurendada lühike periood aega erinevatel viisidel.

Näiteks saab seda teha nn järelpõletuse abil (sel juhul süstitakse turbiini taga olevasse gaasivoogu täiendavalt kütust, mis põleb põlemiskambrites kasutamata hapniku tõttu). Järelpõletamine on võimalik lühiajaline Lisaks suurendage mootori tõukejõudu 25-30% madalatel pööretel ja kuni 70% suurtel pööretel.

Alates 1940. aastast on gaasiturbiinmootorid teinud tõelise revolutsiooni lennutehnoloogia, kuid esimesed arendused nende loomiseks ilmusid kümme aastat varem. turboreaktiivmootori isa Inglise leiutajat Frank Whittle'i peetakse õigustatult. 1928. aastal pakkus Whittle Cranwelli lennukooli õpilasena välja gaasiturbiiniga varustatud reaktiivmootori esimese disaini.

1930. aastal sai ta sellele patendi. Toonane riik ei olnud selle arengutest huvitatud. Kuid Whittle sai abi mõnelt erafirmalt ja 1937. aastal ehitas britt Thomson-Houston tema projekti järgi ajaloo esimese turboreaktiivmootori, mis sai tähise "U". Alles pärast seda pööras õhuministeerium Whittle'i leiutisele tähelepanu. Selle konstruktsiooni mootorite edasiseks täiustamiseks loodi ettevõte Power, millel oli riigi toetus.

Samal ajal viljastasid Whittle’i ideed Saksamaa disainimõtet. 1936. aastal arendas ja patenteeris Saksa leiutaja Ohain, tollal Göttingeni ülikooli üliõpilane, oma turboreaktiivmootori. mootor. Selle disain ei erinenud peaaegu üldse Whittle'i omast. 1938. aastal töötas Ohaini palkanud firma Heinkel tema juhtimisel välja HeS-3B turboreaktiivmootori, mis paigaldati He-178 lennukile. 27. augustil 1939 tegi see lennuk oma esimese eduka lennu.

He-178 disain nägi suures osas ette tulevaste reaktiivlennukite disaini. Õhuvõtuava asus eesmises keres. Õhk, hargnedes, möödus kokpitist ja sisenes otsevooluna mootorisse. Kuumad gaasid voolasid läbi sabaosas oleva düüsi. Selle lennuki tiivad olid endiselt puidust, kuid kere oli valmistatud duralumiiniumist.

Kabiini taha paigaldatud mootor töötas bensiinil ja arendas 500 kg tõukejõudu. Maksimaalne lennuki kiirus ulatus 700 km/h. 1941. aasta alguses töötas Hans Ohain välja arenenuma HeS-8 mootori, mille tõukejõud oli 600 kg. Kaks neist mootoritest paigaldati järgmisele He-280V lennukile.

Selle katsetused algasid sama aasta aprillis ja näitasid häid tulemusi – lennuk saavutas kiiruse kuni 925 km/h. Kuid selle hävitaja seeriatootmist ei alustatud kunagi (kokku tehti 8 tükki), kuna mootor osutus endiselt ebausaldusväärseks.

Vahepeal tootis briti Thomson Houston W1.X mootorit, mis oli spetsiaalselt loodud esimesele Briti turboreaktiivlennukile Gloucester G40, mis tegi oma esimese lennu 1941. aasta mais (seepeale varustati lennuk täiustatud Whittle W.1 mootoriga). . Inglise esmasündinu oli sakslasest kaugel. Selle maksimaalne kiirus oli 480 km / h. 1943. aastal ehitati teine Gloucester G40 võimsama mootoriga, mis saavutas kiiruse kuni 500 km/h.

Oma disainilt meenutas Gloucester üllatavalt sakslaste Heinkelit. G40 oli täismetallist konstruktsioon õhuvõtuavaga eesmises keres. Sisselaskeõhu kanal oli jagatud ja läks mõlemalt poolt ümber kokpiti. Gaaside väljavool toimus kere sabas oleva düüsi kaudu.

Ehkki G40 parameetrid mitte ainult ei ületanud tollal kiiretel propellerlennukitel omaseid, vaid olid neist märgatavalt halvemad, on rakendusväljavaated reaktiivmootorid osutus nii paljulubavaks, et Briti õhuministeerium otsustas alustada turboreaktiivsete pealtkuulajate hävitajate masstootmist. Firma "Gloucester" sai tellimuse sellise lennuki väljatöötamiseks.

Järgnevatel aastatel hakkasid mitu Inglise ettevõtet korraga tootma Whittle'i turboreaktiivmootori erinevaid modifikatsioone. W.1 mootoril põhinev Rover töötas välja mootoreid W2B/23 ja W2B/26. Seejärel ostis need mootorid Rolls-Royce, kes lõi nende põhjal oma mudelid - Welland ja Derwent.

Ajaloo esimene seeriaturboreaktiivlennuk polnud aga mitte inglise Gloucester, vaid sakslaste Messerschmitt Me-262. Kokku valmistati umbes 1300 sellist erineva modifikatsiooniga lennukit, mis olid varustatud Junkers Yumo-004B mootoriga. Selle seeria esimest lennukit testiti 1942. aastal. Sellel oli kaks mootorit, mille tõukejõud oli 900 kg ja tippkiirus 845 km/h.

Inglise tootmislennuk "Gloucester G41 Meteor" ilmus 1943. aastal. Varustatud kahe Derwenti mootoriga, kummagi tõukejõuga 900 kg, arendas Meteor kiirust kuni 760 km/h ja selle lennukõrgus oli kuni 9000 m. Hiljem hakati lennukile paigaldama võimsamaid, umbes 1600 kg tõukejõuga Dervente, mis võimaldas tõsta kiirust 935 km/h-ni. See lennuk osutus suurepäraseks, nii et G41 erinevate modifikatsioonide tootmine jätkus kuni 40ndate lõpuni.

Ameerika Ühendriigid jäid reaktiivlennunduse arendamisel alguses kõvasti maha Euroopa riigid. Kuni Teise maailmasõjani ei üritatud reaktiivlennukit üldse luua. Alles 1941. aastal, kui Inglismaalt saadi Whittle'i mootorite näidised ja joonised, algasid need tööd täistuuridel.

General Electric töötas Whittle'i mudelil välja I-A turboreaktiivmootori, mis paigaldati esimesele Ameerika reaktiivlennukile P-59A "Erkomet". Ameerika esmasündinu tõusis esimest korda õhku 1942. aasta oktoobris. Sellel oli kaks mootorit, mis paigutati kere lähedale tiibade alla. See oli ikkagi ebatäiuslik disain.

Lennukit katsetanud Ameerika pilootide sõnul oli P-59 lennutamiseks hea, kuid selle lennujõudlus jäi tähtsusetuks. Mootor osutus liiga alajõuliseks, nii et tegemist oli pigem purilennukiga kui päris lahingulennukiga. Kokku ehitati 33 sellist masinat. Nemad maksimaalne kiirus oli 660 km/h ja lennukõrgus kuni 14000 m.

Esimene seeriaturboreaktiivhävitaja Ameerika Ühendriikides oli mootoriga Lockheed F-80 Shooting Star General Electric I-40 ( modifikatsioon I-A). Kuni 40-ndate aastate lõpuni toodeti neid erineva mudeliga hävitajaid umbes 2500 tükki. Nende keskmine kiirus oli umbes 900 km/h. 19. juunil 1947 saavutas selle XF-80B lennuki üks modifikatsioone aga esimest korda ajaloos kiiruse 1000 km/h.

Sõja lõpus olid reaktiivlennukid ikka veel paljudes aspektides madalamad kui tõestatud propellermootoriga lennukite mudelid ja neil oli palju oma spetsiifilisi puudusi. Üldiselt seisid esimese turboreaktiivlennuki ehitamise ajal kõigi riikide disainerid silmitsi märkimisväärsete raskustega. Aeg-ajalt põlesid põlemiskambrid läbi, labad ja kompressorid purunesid ning muutusid rootorist eraldudes kestadeks, mis purustasid mootori korpuse, kere ja tiiva.

Kuid vaatamata sellele oli reaktiivlennukitel propellermootoriga lennukite ees tohutu eelis - kiiruse kasv koos turboreaktiivmootori võimsuse ja selle massi suurenemisega toimus palju kiiremini kui kolbmootoril. See otsustas edasine saatus kiirlennundus – see muutub kõikjal reaktiivlennukiks.

Kiiruse kasv tõi peagi kaasa täieliku muutuse lennuki välimuses. Transoonilisel kiirusel osutus tiiva vana kuju ja profiil lennuki kandmiseks võimatuks - see hakkas ninaga “nokkima” ja sattus kontrollimatusse sukeldumisse. Aerodünaamiliste testide ja lennuõnnetuste analüüsi tulemused viisid disainerid järk-järgult uut tüüpi tiiva juurde - õhuke, pühitud tiib.

Esimest korda ilmusid seda tüüpi tiivad Nõukogude hävitajatele. Vaatamata sellele, et NSVL on hilisem kui lääne osariigid hakkasid turboreaktiivlennukeid looma, Nõukogude disaineritel õnnestus väga kiiresti luua kõrgetasemelisi lahingumasinaid. Esimene tootmisse lastud Nõukogude hävitaja oli Jak-15.

See ilmus 1945. aasta lõpus ja oli ümberehitatud Yak-3 (sõja ajal tuntud kolbmootoriga hävitaja), millele paigaldati turboreaktiivmootor RD-10 - vallutatud Saksa Yumo-004B koopia koos. tõukejõud 900 kg. Ta arendas kiirust umbes 830 km / h.

1946. aastal kasutusele võetud Nõukogude armee sisenes MiG-9-sse, mis oli varustatud kahe Yumo-004B turboreaktiivmootoriga (ametlik nimetus RD-20) ja 1947. aastal ilmus MiG-15 - esimene aastal. RD-45 mootoriga (nii kutsuti Rolls-Royce Nin mootorit, mis osteti litsentsi alusel ja mida moderniseerisid Nõukogude lennukikonstruktorid) varustatud pühkiva tiivaga reaktiivlennuk tõukejõuga 2200 kg.

MiG-15 erines oma eelkäijatest silmatorkavalt ja üllatas lahingupiloote ebatavaliste, tahapoole kalduvate tiibade, tohutu kiilu, mille ülaosas oli sama pühitud stabilisaator, ja sigarikujulise kerega. Lennukil oli ka muid uudseid: väljaviskeiste ja hüdrauliline roolivõimendi.

See oli relvastatud kiirtulega ja kahe (hilisemates modifikatsioonides - kolmega relvad). Kiiruse 1100 km / h ja 15 000 m laega hävitaja püsis mitu aastat maailma parimaks lahingulennukiks ja äratas suurt huvi. (Hiljem mõjutas MiG-15 disain lääneriikide hävitajate disaini.)

Lühikese ajaga sai MiG-15 kõige tavalisemaks hävitajaks NSV Liidus ja selle võtsid kasutusele ka tema liitlaste armeed. See lennuk tõestas end Korea sõja ajal hästi. Paljudes aspektides oli ta parem kui Ameerika Sabres.

MiG-15 tulekuga lõppes turboreaktiivlennunduse lapsepõlv ja algas uus etapp selle ajaloos. Selleks ajaks olid reaktiivlennukid omandanud kõik allahelikiirused ja jõudnud helibarjääri lähedale.

Reaktiivmootorid. Reaktiivmootorite ajalugu.

Reaktiivmootorid.

Reaktiivmootor on seade, mille konstruktsioon võimaldab teil saada reaktiivtõukejõudu, muutes kütusevarustuse siseenergia kineetiline energia töövedeliku juga.

Objekti töökeha voolab suurel kiirusel reaktiivmootorist välja ja vastavalt impulsi jäävuse seadusele tekib reaktiivjõud, mis surub mootorit vastassuunas. Töövedeliku kiirendamiseks saab seda kasutada ühel või teisel viisil kuumutatud gaasi paisutamiseks. kõrge temperatuur(termilised reaktiivmootorid) ja teised füüsikalised põhimõtted, näiteks laetud osakeste kiirendamine elektrostaatilises väljas (ioonmootor).

Reaktiivmootor võimaldab teil luua tõmbejõudu ainult reaktiivjoa ja töövedeliku koostoime tõttu, ilma toe või kontaktita teiste kehadega. Sellega seoses leidis reaktiivmootor lai rakendus lennunduses ja astronautikas.

Reaktiivmootorite ajalugu.

Hiinlased olid esimesed, kes õppisid kasutama reaktiivjõudu, tahkekütuse raketid ilmusid Hiinas 10. sajandil pKr. e. Selliseid rakette kasutati idas ja seejärel Euroopas ilutulestikuks, signaalimiseks ja lahingurakettidena.

Vana-Hiina raketid.

Reaktiivjõu idee arendamise oluline etapp oli idee kasutada raketti lennuki mootorina. Selle sõnastas esmakordselt Vene revolutsionäär N. I. Kibalchich, kes 1881. aasta märtsis vahetult enne hukkamist pakkus välja lennuki (rakettlennuki) skeemi, mis kasutab plahvatusohtlikest pulbergaasidest reaktiivjõudu.

N. E. Žukovski arendas oma teostes "Väljavoolava ja sissevoolava vedeliku reaktsioonist" (1880. aastad) ja "Väljavoolava vee reaktsioonijõul liikuma pandud laevade teooriast" (1908) esmakordselt väljavoolu teooria põhiprobleeme. reaktiivmootor.

Huvitavad tööd raketilennu uurimise kohta kuuluvad ka kuulsale vene teadlasele I. V. Meshcherskyle, eriti selles valdkonnas. üldine teooria muutuva massiga kehade liikumine.

1903. aastal andis K. E. Tsiolkovski oma töös "Maailmaruumide uurimine reaktiivseadmetega" raketi lennu teoreetilise põhjenduse, samuti elektriskeem rakettmootor, mis nägi ette palju kaasaegsete vedelkütusega rakettmootorite (LRE) põhi- ja konstruktsiooniomadusi. Niisiis nägi Tsiolkovski ette vedelkütuse kasutamise reaktiivmootori jaoks ja selle tarnimise mootorisse spetsiaalsete pumpadega. Ta tegi ettepaneku juhtida raketi lendu gaasitüüride abil - spetsiaalsed plaadid, mis asetati düüsist eralduvate gaaside juga.

Vedelkütuselise mootori eripära on see, et erinevalt teistest reaktiivmootoritest kannab see koos kütusega kaasa kogu oksüdeerija varu, mitte ei võta atmosfäärist kütuse põletamiseks vajalikku hapnikku sisaldavat õhku. See on ainus mootor, mida saab kasutada ülikõrgetel lendudel väljaspool Maa atmosfääri.

Maailma esimese vedelkütusega rakettmootoriga raketi lõi ja lasi 16. märtsil 1926 välja ameeriklane R. Goddard. See kaalus umbes 5 kilogrammi ja selle pikkus ulatus 3 m. Goddardi raketi kütuseks oli bensiin ja vedel hapnik. Selle raketi lend kestis 2,5 sekundit, mille jooksul lendas see 56 m.

Süstemaatiline eksperimentaalne töö nende mootoritega algas 1930. aastatel.

Esimesed Nõukogude vedelkütusel töötavad rakettmootorid töötati välja ja loodi aastatel 1930–1931 Leningradi gaasidünaamika laboris (GDL) tulevase akadeemiku V. P. Glushko juhendamisel. Selle seeria nimi oli ORM - kogenud raketimootor. Glushko rakendas mõningaid uuendusi, näiteks jahutas mootorit ühe kütusekomponendiga.

Paralleelselt tegeles Moskvas rakettmootorite väljatöötamisega Jet Propulsion Study Group (GIRD). Selle ideoloogiline inspireerija oli F. A. Zander, korraldaja noor S. P. Korolev. Korolevi eesmärk oli ehitada uus raketiaparaat – rakettlennuk.

1933. aastal ehitas F. A. Zander ja katsetas edukalt bensiini ja suruõhuga töötavat rakettmootorit OR1 ning aastatel 1932–1933 bensiini ja vedelhapniku jõul töötavat OP2 mootorit. See mootor oli mõeldud paigaldamiseks purilennukile, mis pidi lendama rakettlennukina.

Alustatud tööd arendades jätkasid Nõukogude insenerid seejärel vedelkütuse reaktiivmootorite loomisega. Kokku töötati NSV Liidus aastatel 1932–1941 välja 118 vedelkütuse reaktiivmootori konstruktsiooni.

Saksamaal katsetasid 1931. aastal rakette I. Winkler, Riedel jt.

Esimene lend vedelkütuselise mootoriga rakettmootoriga lennukiga tehti Nõukogude Liidus 1940. aasta veebruaris. Nagu elektrijaam lennukis kasutati rakettmootorit. 1941. aastal eestvedamisel Nõukogude disainer Ehitati esimene vedelkütuselise mootoriga hävitaja V. F. Bolkhovitinov. Tema katsed viis 1942. aasta mais läbi piloot G. Ya. Bakhchivadzhi. Samal ajal toimus sellise mootoriga Saksa hävitaja esimene lend.

1943. aastal katsetasid USA esimest ameeriklast reaktiivlennukid millele paigaldati vedelkütusel töötav mootor. Saksamaal ehitati 1944. aastal nende Messerschmitti konstrueeritud mootoritega mitu hävitajat.

Lisaks kasutati W. von Brauni juhtimisel loodud Saksa V2 rakettidel vedelkütusega rakettmootoreid.

1950. aastatel vedel rakettmootorid installitud ballistilised raketid ja siis edasi kosmoseraketid, tehissatelliite, automaatsed planeetidevahelised jaamad.

Raketimootor koosneb otsikuga põlemiskambrist, turbopumba agregaadist, gaasigeneraatorist või auru-gaasi generaatorist, automaatikasüsteemist, juhtelementidest, süütesüsteemist ja abisõlmedest (soojusvahetid, segistid, ajamid).

Õhkreaktiivmootorite (VRD) idee on välja pakutud rohkem kui üks kord erinevad riigid. Sellega seoses on kõige olulisemad ja originaalsemad tööd prantsuse teadlase Renault Laurent'i poolt aastatel 1908-1913 läbi viidud uuringud, kes pakkusid välja hulga reaktiivmootorite (ramjet-mootorite) skeeme. Neid mootoreid kasutatakse oksüdeerijana atmosfääriõhk ja õhu kokkusurumise põlemiskambris tagab õhu dünaamiline rõhk.

1939. aasta mais katsetati esimest korda NSV Liidus P. A. Merkulovi konstrueeritud reaktiivmootoriga raketti. Tegemist oli kaheastmelise raketiga (esimene aste oli pulberrakett), stardimassiga 7,07 kg ja ramjeti teise astme kütusekaal oli vaid 2 kg. Katse käigus jõudis rakett 2 km kõrgusele.

Aastatel 1939-1940 viis Nõukogude Liit esimest korda maailmas läbi N. P. Polikarpovi konstrueeritud lennukile lisamootoritena paigaldatud reaktiivmootorite suviseid katseid. 1942. aastal katsetati Saksamaal E. Sengeri konstrueeritud ramjetmootoreid.

Reaktiivmootor koosneb difuusorist, milles surutakse õhku vastutuleva õhuvoolu kineetilise energia tõttu kokku. Kütus süstitakse põlemiskambrisse läbi otsiku ja segu süttib. Jugavool väljub läbi düüsi.

Veepoliitika raamdirektiivi töö on pidev, seega puudub neis käivitusjõud. Sellega seoses ei kasutata lennukiirustel, mis on alla poole helikiirusest, reaktiivmootoreid. WFD kasutamine on kõige tõhusam ülehelikiirusel ja suurtel kõrgustel. Reaktiivmootoriga lennuki õhkutõusmine toimub tahke- või vedelkütusega rakettmootorite abil.

Veel üks reaktiivmootorite rühm, turbokompressormootorid, sai rohkem arendust. Need jagunevad turboreaktiivmootoriteks, milles tõukejõu tekitab reaktiivdüüsist voolav gaasijuga, ja turbopropellermootoriteks, mille puhul põhitõukejõu tekitab propeller.

1909. aastal töötas turboreaktiivmootori konstruktsiooni välja insener N. Gerasimov. 1914. aastal vene leitnant merevägi M. N. Nikolskoy kavandas ja ehitas turbopropellerlennuki mootori mudeli. Tärpentini ja lämmastikhappe segu gaasilised põlemisproduktid olid kolmeastmelise turbiini töövedelikuna. Turbiin ei töötanud ainult propelleri peal: saba (joa) otsikusse suunatud heitgaasilised põlemissaadused tekitasid lisaks propelleri tõukejõule ka reaktiivtõukejõu.

1924. aastal töötas V. I. Bazarov välja lennuki turbokompressor-reaktiivmootori konstruktsiooni, mis koosnes kolmest elemendist: põlemiskambrist, gaasiturbiinist ja kompressorist. Esimest korda jagati siin suruõhuvool kaheks haruks: väiksem osa läks põlemiskambrisse (põletisse) ja suurem osa segati töögaasidega, et alandada nende temperatuuri turbiini ees. See tagas turbiini labade ohutuse. Mitmeastmelise turbiini võimsust kasutati mootori enda tsentrifugaalkompressori käitamiseks ja osaliselt propelleri pööramiseks. Lisaks propellerile tekkis tõukejõud sabadüüsi läbinud gaasijoa reaktsioonil.

1939. aastal alustati Leningradis Kirovi tehases A. M. Ljulka projekteeritud turboreaktiivmootorite ehitamist. Tema katsumused katkestas sõda.

1941. aastal tehti Inglismaal esimene lend F. Whittle'i konstrueeritud turboreaktiivmootoriga varustatud eksperimentaalsel hävitajal. See oli varustatud gaasiturbiinmootoriga, mis käivitas tsentrifugaalkompressori, mis andis põlemiskambrisse õhku. Põlemisprodukte kasutati joa tõukejõu tekitamiseks.

Teise maailmasõja lõpuks sai selgeks, et lennunduse edasine tõhus areng on võimalik ainult täielikult või osaliselt reaktiivjõu põhimõtteid kasutavate mootorite kasutuselevõtuga.

Esimesed reaktiivmootoriga lennukid loodi Natsi-Saksamaal, Suurbritannias, USA-s ja NSV Liidus.

NSV Liidus pakkus 1943. aasta märtsis OKB-301 juht M. I. Gudkov välja esimese hävitajaprojekti koos A. M. Lyulka välja töötatud vee raamdirektiiviga. Lennuki nimi oli Gu-VRD. Eksperdid lükkasid projekti tagasi, kuna ei usaldatud vee raamdirektiivi asjakohasust ja eeliseid võrreldes kolblennukite mootoritega.

Selles ja sellega seotud valdkondades (raketiteadus) töötavad Saksa disainerid ja teadlased leidsid end paremas olukorras. Kolmas Reich kavandas sõda ja lootis selle võidule tänu relvade tehnilisele paremusele. Seetõttu subsideeriti Saksamaal lennunduse ja raketitööstuse uusi arendusi, mis võiksid armeed tugevdada, heldemalt kui teistes riikides.

Esimene von Ohaini projekteeritud HeS 3 turboreaktiivmootoriga (TRD) varustatud lennuk oli He 178 (Heinkel Saksamaa). See juhtus 27. augustil 1939. aastal. See lennuk oli kiirem (700 km/h) omaaegsetest kolbhävitajatest, mille maksimaalne kiirus ei ületanud 650 km/h, kuid oli vähem ökonoomne ja seetõttu ka lennuulatus lühem. Lisaks oli sellel suurem stardi- ja maandumiskiirus kui kolblennukitel, mis vajasid pikemat ja parema kattega lennurada.

Töö sellel teemal jätkus peaaegu sõja lõpuni, mil kolmas Reich, olles kaotanud oma endise eelise õhus, tegi ebaõnnestunud katse seda taastada, varustades sõjalennundus reaktiivlennukid.

Alates 1944. aasta augustist hakati masstootma reaktiivpommitajat Messerschmitt Me.262, mis oli varustatud kahe Junkersi toodetud turboreaktiivmootoriga Jumo-004. Messerschmitt Me.262 lennuk ületas kiiruse ja tõusukiiruse poolest märkimisväärselt kõiki oma "kaasaegseid".

Alates 1944. aasta novembrist hakati tootma samade mootoritega esimest reaktiivpommitajat Arado Ar 234 Blitz.

Ainus Hitleri-vastase koalitsiooni liitlaste reaktiivlennuk, mis ametlikult Teises maailmasõjas osales, oli F. Whittle'i konstrueeritud Rolls-Royce Derwent 8 turboreaktiivmootoriga Gloucester Meteor (Suurbritannia).

Pärast sõda kõigis riikides, kus oli lennundustööstus, algavad intensiivsed arendused õhku hingavate mootorite vallas. Reaktiivmootorite ehitamine on avanud lennunduses uusi võimalusi: lennud helikiirust ületavate kiirustega ning suurema erivõimsuse tulemusel kolblennukite kandevõimest kordades suurema kandevõimega lennukite loomine. gaasiturbiinmootorid võrreldes kolbidega.

Esimene kodumaine seeriareaktiivlennuk oli hävitaja Yak-15 (1946), mis töötati välja rekordilise ajaga Yak-3 lennukikere ja hõivatud Jumo-004 mootori kohandamise põhjal, mis valmistati V mootoriehituse projekteerimisbüroos. Ja Klimov.

Aasta hiljem läbis A. M. Lyulka disainibüroos välja töötatud esimene, täiesti originaalne kodumaine turboreaktiivmootor TR-1 riiklikud testid. Sellised kiire tempo Täiesti uue mootoriehituse sfääri arendamisel on seletus: A. M. Ljulka rühmitus on selle teemaga tegelenud juba sõjaeelsest ajast, kuid roheline tuli sai nendele arengutele alles siis, kui riigi juhtkond avastas ootamatult mahajäämuse. NSV Liit selles piirkonnas.

Esimene kodumaine reaktiivreisilennuk oli Tu-104 (1955), mis oli varustatud kahe turboreaktiivmootoriga RD-3M-500 (AM-3M-500), mis töötati välja A. A. Mikulini disainibüroos. Selleks ajaks oli NSV Liit juba lennukimootorite ehitamise alal maailma liidrite seas.

1913. aastal leiutatud ramjet-mootorit (ramjet) hakati samuti aktiivselt täiustama. Alates 1950. aastatest on Ameerika Ühendriikides loodud mitmeid katse- ja tootmislennukeid. tiibraketid seda tüüpi mootoritega erinevatel eesmärkidel.

Sellel mehitatud õhusõidukitel kasutamisel on mitmeid puudusi (null tõukejõud paigas, madal kasutegur madalatel lennukiirustel), on reaktiivlennukist oma lihtsuse tõttu saanud mehitamata ühekordselt kasutatavate mürskude ja tiibrakettide eelistatud reaktiivlennuk. odavus ja töökindlus.

Turboreaktiivmootoris (TRD) surutakse lennu ajal sisenev õhk kõigepealt kokku õhu sisselaskeavas ja seejärel turboülelaaduris. Suruõhk juhitakse põlemiskambrisse, kuhu süstitakse vedelkütust (enamasti lennukipetrooleumi). Põlemisel tekkivate gaaside osaline paisumine toimub kompressorit pöörlevas turbiinis ja lõplik paisumine toimub jugaotsikus. Turbiini ja reaktiivmootori vahele saab paigaldada järelpõleti, mis on ette nähtud kütuse täiendavaks põletamiseks.

Nüüd on turboreaktiivmootorid (TRD) varustatud enamiku sõjaväe- ja tsiviillennukitega, aga ka mõne helikopteriga.

Turbopropellermootoris loob peamise tõukejõu propeller ja täiendava (umbes 10%) - reaktiivdüüsist voolava gaasijuga. Turbopropellermootori tööpõhimõte on sarnane turboreaktiivmootoriga (TR), selle erinevusega, et turbiin ei pööra mitte ainult kompressorit, vaid ka propellerit. Neid mootoreid kasutatakse allahelikiirusega lennukites ja helikopterites, samuti kiirlaevade ja autode liikumiseks.

Varaseimaid tahkekütuse reaktiivmootoreid (RTTD) kasutati lahingurakettides. Nende laialdane kasutamine algas 19. sajandil, kui paljudes armeedes ilmusid raketiüksused. AT XIX lõpus sajandil loodi esimesed suitsuvabad pulbrid, millel on stabiilsem põlemine ja suurem efektiivsus.

Aastatel 1920-1930 käis töö reaktiivrelvade loomisel. See tõi kaasa raketiheitjate ilmumise - Nõukogude Liidus "Katyusha", Saksamaal kuue toruga rakettmördid.

Uut tüüpi püssirohu hankimine võimaldas kasutada tahkekütuse reaktiivmootoreid lahingurakettides, sealhulgas ballistilistes. Lisaks kasutatakse neid lennunduses ja astronautikas kanderakettide esimeste etappide mootoritena, reaktiivmootoritega lennukite käivitusmootoritena ja kosmoseaparaatide pidurmootoritena.

Tahkekütuse reaktiivmootor (RTTZ) koosneb korpusest (põlemiskambrist), mis sisaldab kogu kütusevarustust ja reaktiivdüüsi. Korpus on valmistatud terasest või klaaskiust. Düüs on valmistatud grafiidist või tulekindlatest sulamitest. Kütus süüdatakse süüturiga. Tõukejõudu saab juhtida laengu põlemispinna või düüsi kriitilise osa ala muutmisega, samuti vedeliku süstimisega põlemiskambrisse. Tõukejõu suunda saab muuta gaasitüüride, kõrvalekaldotsiku (deflektori), abijuhtmootorite jms abil.

Tahkekütuse reaktiivmootorid on väga töökindlad, ei vaja keerulist hooldust, neid saab pikka aega säilitada ja need on alati käivitamiseks valmis.

Reaktiivmootorite tüübid.

Tänapäeval kasutatakse üsna laialdaselt erineva konstruktsiooniga reaktiivmootoreid.

Reaktiivmootorid võib jagada kahte kategooriasse: rakettreaktiivmootorid ja õhkreaktiivmootorid.

Tahkekütusega rakettmootor (RDTT) – tahkekütuse rakettmootor – tahkel kütusel töötav mootor, mida kasutatakse kõige sagedamini raketisuurtükiväes ja palju harvem astronautikas. See on soojusmasinatest vanim.

Vedelkütusega rakettmootor (LRE) on keemiline rakettmootor, mis kasutab raketikütusena vedelikke, sealhulgas veeldatud gaase. Kasutatavate komponentide arvu järgi eristatakse ühe-, kahe- ja kolmekomponendilisi rakettmootoreid.

Otsevooluga õhujuga;

Pulseeriv õhujoa;

Turboreaktiivmootor;

Turbopropeller.

Kaasaegsed reaktiivmootorid.

Fotol on lennuki reaktiivmootor katsetamise ajal.

Foto näitab rakettmootorite kokkupanemise protsessi.

Reaktiivmootorid. Reaktiivmootorite ajalugu. Reaktiivmootorite tüübid.

Reaktiivmootor on mootor, mis loob liikumiseks vajaliku veojõu, muutes kütuse siseenergia töövedeliku joa kineetiliseks energiaks.

Töövedelik voolab mootorist välja suurel kiirusel ja vastavalt impulsi jäävuse seadusele tekib reaktiivjõud, mis surub mootorit vastassuunas. Töövedeliku kiirendamiseks on nii ühel või teisel viisil kõrge termilise temperatuurini kuumutatud gaasi paisumine (nn termilised reaktiivmootorid) kui ka muud füüsikalised põhimõtted, näiteks laetud osakeste kiirendamine elektrostaatilises väljas ( vt ioonmootor), saab kasutada.

Reaktiivmootor ühendab mootori enda propelleriga, see tähendab, et see loob veojõu ainult koostoimel töövedelikuga, ilma toe või kontaktita teiste kehadega. Sel põhjusel kasutatakse seda kõige sagedamini õhusõidukite, rakettide ja kosmoselaevade liikumapanemiseks.

Reaktiivmootoris tekitatakse liikumiseks vajalik tõukejõud algenergia muutmisel töövedeliku kineetiliseks energiaks. Mootori düüsist väljuva töövedeliku väljahingamise tulemusena moodustub reaktiivjõud tagasilöögi (joa) kujul. Tagasilöök liigutab mootorit ja sellega struktuurselt ühendatud seadet ruumis. Liikumine toimub joa väljavoolule vastupidises suunas. Joa kineetiliseks energiaks saab muundada erinevat tüüpi energiat: keemilist, tuumaenergiat, elektrienergiat, päikeseenergiat. Reaktiivmootor tagab oma liikumise ilma vahemehhanismide osaluseta.

Joa tõukejõu tekitamiseks on vaja algenergia allikat, mis muundatakse joa kineetiliseks energiaks, mootorist joa kujul välja paisatavat töövedelikku ja reaktiivmootorit ennast, mis muundab esimese energia tüüp teiseks.

Reaktiivmootori põhiosa moodustab põlemiskamber, milles tekib töövedelik.

Kõik reaktiivmootorid jagunevad kahte põhiklassi, olenevalt sellest, kas nad kasutavad oma töös keskkonda või mitte.

Esimene klass on reaktiivmootorid (WFD). Kõik need on termilised, milles töövedelik tekib põleva aine oksüdatsioonireaktsiooni käigus ümbritseva õhu hapnikuga. Töövedeliku põhimass on atmosfääriõhk.

Rakettmootoris on kõik töövedeliku komponendid sellega varustatud seadme pardal.

Samuti on kombineeritud mootoreid, mis ühendavad mõlemad ülaltoodud tüübid.

Esimest korda kasutati auruturbiini prototüübis Heroni kuulis reaktiivjõudu. Tahkekütuse reaktiivmootorid ilmusid Hiinas 10. sajandil. n. e. Selliseid rakette kasutati idas ja seejärel Euroopas ilutulestikuks, signaalimiseks ja seejärel lahingurakettidena.

Huvitav töö raketilennu uurimisel kuulub ka kuulsale vene teadlasele I. V. Meshcherskyle, eriti muutuva massiga kehade liikumise üldteooria valdkonnas.

1903. aastal andis K. E. Tsiolkovski oma teoses "Maailmaruumi uurimine reaktiivinstrumentidega" raketi lennu teoreetilise põhjenduse, samuti raketimootori skemaatilise diagrammi, mis nägi ette paljusid põhi- ja konstruktsioonipõhimõtteid. kaasaegsete vedelkütusega rakettmootorite (LRE) omadused. Niisiis nägi Tsiolkovski ette vedelkütuse kasutamise reaktiivmootori jaoks ja selle tarnimise mootorisse spetsiaalsete pumpadega. Ta tegi ettepaneku juhtida raketi lendu gaasitüüride abil - spetsiaalsed plaadid, mis asetati düüsist eralduvate gaaside juga.

Süstemaatiline eksperimentaalne töö nende mootoritega algas XX sajandi 30ndatel.

Esimesed Nõukogude rakettmootorid projekteeriti ja ehitati aastatel 1930–1931. Leningradi Gas Dynamic Laboratory (GDL) tulevase akadeemiku V.P. Glushko juhendamisel. Selle seeria nimi oli ORM - kogenud raketimootor. Glushko rakendas mõningaid uuendusi, näiteks jahutas mootorit ühe kütusekomponendiga.

1933. aastal ehitas F.A.Zander ja katsetas edukalt OR1 rakettmootorit, mis töötas bensiini ja suruõhuga ning 1932.–1933. - mootor OP2, bensiinil ja vedelal hapnikul. See mootor oli mõeldud paigaldamiseks purilennukile, mis pidi lendama rakettlennukina.

1933. aastal loodi esimene Nõukogude vedelkütuse rakett, mida katsetati GIRDis.

Saksamaal katsetasid 1931. aastal rakette I. Winkler, Riedel jt.

Esimene lend vedelkütuselise mootoriga rakettmootoriga lennukiga tehti Nõukogude Liidus veebruaris 1940. Lennuki jõujaamana kasutati LRE-d. 1941. aastal ehitati Nõukogude disaineri V. F. Bolkhovitinovi juhtimisel esimene reaktiivlennuk - vedelkütuselise mootoriga hävitaja. Tema katsed viis 1942. aasta mais läbi piloot G. Ya. Bakhchivadzhi.

Samal ajal toimus sellise mootoriga Saksa hävitaja esimene lend. 1943. aastal katsetasid USA esimest Ameerika reaktiivlennukit, millele paigaldati vedelkütusel töötav mootor. Saksamaal ehitati 1944. aastal mitu nende Messerschmitti konstrueeritud mootoritega hävitajat ja samal aastal kasutati neid lahinguolukorras läänerindel.

Lisaks kasutati W. von Brauni juhtimisel loodud Saksa V2 rakettidel vedelkütusega rakettmootoreid.

1950. aastatel paigaldati ballistilistele rakettidele ja seejärel Maa, Päikese, Kuu ja Marsi tehissatelliitidele, automaatsetele planeetidevahelistele jaamadele, vedelad rakettmootorid.

Reaktiivmootorite ideed on erinevates riikides esitatud rohkem kui üks kord. Olulisemad ja originaalsemad tööd selles osas on aastatel 1908–1913 tehtud uurimused. Prantsuse teadlane R. Loren, kes pakkus 1911. aastal välja reaktiivmootorite jaoks mitmeid skeeme. Need mootorid kasutavad oksüdeerijana atmosfääriõhku ja põlemiskambris surutakse õhku kokku dünaamilise õhurõhu toimel.

1939. aasta mais toimus NSV Liidus P. A. Merkulovi konstrueeritud reaktiivmootoriga raketi esimene katsetus. Tegemist oli kaheastmelise raketiga (esimene aste oli pulberrakett), stardimassiga 7,07 kg ja reaktiivmootori teise astme kütuse kaal vaid 2 kg. Katse käigus jõudis rakett 2 km kõrgusele.

Aastatel 1939–1940 esmakordselt maailmas Nõukogude Liidus viidi N. P. Polikarpovi konstrueeritud lennukile lisamootoritena paigaldatud reaktiivmootorite suvised katsetused läbi. 1942. aastal katsetati Saksamaal E. Sengeri konstrueeritud ramjetmootoreid.

Veel üks reaktiivmootorite rühm, turbokompressormootorid, on saanud rohkem arendust. Need jagunevad turboreaktiivmootoriteks, milles tõukejõu tekitab reaktiivdüüsist voolav gaasijuga, ja turbopropellermootoriteks, mille puhul põhitõukejõu tekitab propeller.

1909. aastal töötas turboreaktiivmootori konstruktsiooni välja insener N. Gerasimov. 1914. aastal kavandas ja ehitas Vene mereväe leitnant M.N. Nikolskoi turbopropellerlennuki mootori mudeli. Tärpentini ja lämmastikhappe segu gaasilised põlemisproduktid olid kolmeastmelise turbiini töövedelikuna. Turbiin ei töötanud ainult propelleri peal: saba (joa) otsikusse suunatud heitgaasilised põlemissaadused tekitasid lisaks propelleri tõukejõule ka reaktiivtõukejõu.

1939. aastal alustati Leningradis Kirovi tehases A. M. Ljulka projekteeritud turboreaktiivmootorite ehitamist. Tema katsumused katkestas sõda.

Whittle's Glosteri lennuk (E.28/39)

Turboreaktiivmootoris surutakse lennu ajal sisenev õhk kokku esmalt õhu sisselaskeavas ja seejärel turboülelaaduris. Suruõhk juhitakse põlemiskambrisse, kuhu süstitakse vedelkütust (enamasti lennukipetrooleumi). Põlemisel tekkivate gaaside osaline paisumine toimub kompressorit pöörlevas turbiinis ja lõplik paisumine toimub jugaotsikus. Turbiini ja reaktiivmootori vahele saab paigaldada järelpõleti, mis on ette nähtud kütuse täiendavaks põletamiseks.

Tänapäeval on enamik sõjaväe- ja tsiviillennukeid ning ka mõned helikopterid varustatud turboreaktiivmootoriga.

Turbopropellermootoris loob peamise tõukejõu propeller ja täiendava (umbes 10%) - reaktiivdüüsist voolava gaasijuga. Turbopropellermootori tööpõhimõte on sarnane turboreaktiivmootoriga, selle erinevusega, et turbiin ei pööra mitte ainult kompressorit, vaid ka propellerit. Neid mootoreid kasutatakse allahelikiirusega lennukites ja helikopterites, samuti kiirlaevade ja autode liikumiseks.

Varaseimaid tahkekütuse reaktiivmootoreid kasutati lahingurakettides. Nende laialdane kasutamine algas 19. sajandil, kui paljudes armeedes ilmusid raketiüksused. XIX sajandi lõpus. loodi esimesed suitsuvabad pulbrid, millel on stabiilsem põlemine ja suurem efektiivsus.

1920.–1930. aastatel tehti tööd reaktiivrelvade loomisega. See tõi kaasa raketiheitjate ilmumise - Nõukogude Liidus "Katyusha", Saksamaal kuue toruga rakettmördid.

Uut tüüpi püssirohu hankimine võimaldas kasutada tahkekütuse reaktiivmootoreid lahingurakettides, sealhulgas ballistilistes. Lisaks kasutatakse neid lennunduses ja kosmonautikas kanderakettide esimeste etappide mootoritena, reaktiivmootoriga lennukite käivitusmootoritena ja kosmoselaevade pidurimootoritena.

Tahkekütuse reaktiivmootor koosneb korpusest (põlemiskambrist), milles asuvad kogu kütusevarustus ja reaktiivdüüs. Korpus on valmistatud terasest või klaaskiust. Düüs - valmistatud grafiidist, tulekindlatest sulamitest, grafiidist.

Kütus süüdatakse süüturiga.

Tõukejõu reguleerimine toimub laengu põlemispinna või düüsi kriitilise lõigu ala muutmisega, samuti vedeliku süstimisega põlemiskambrisse.

Tõukejõu suunda saab muuta gaasitüüride, kõrvalekaldotsiku (deflektori), abijuhtmootorite jms abil.

Tahkekütuse reaktiivmootorid on väga töökindlad, neid saab pikka aega säilitada ja seetõttu on nad pidevalt käivitamiseks valmis.

JET MOOTORI, mootor, mis muundades loob liikumiseks vajaliku veojõu potentsiaalne energia töövedeliku joa kineetiliseks energiaks. Töövedeliku m all, seoses mootoritega, mõista ainet (gaas, vedelik, tahke), mille abil muudetakse kütuse põlemisel vabanev soojusenergia kasulikuks mehaaniline töö. Mootori düüsist töövedeliku väljahingamise tulemusena moodustub reaktiivjõud, mis on suunatud kosmoses joa väljavoolule vastupidises suunas suunatud joa reaktsiooni (tagasilöögi) kujul. Erinevat tüüpi energiat (keemiline, tuumaenergia, elektrienergia, päikeseenergia) saab reaktiivmootoris muuta reaktiivvoolu kineetiliseks (kiiruse) energiaks.

Reaktiivmootor (otsereaktsioonimootor) ühendab mootori enda propelleriga, see tähendab, et see tagab oma liikumise ilma vahemehhanismide osaluseta. Reaktiivmootori poolt kasutatava reaktiivtõukejõu (mootori tõukejõu) tekitamiseks on vaja: alg- (esma-)energia allikat, mis muundatakse reaktiivjoa kineetiliseks energiaks; töövedelik, mis väljutatakse reaktiivmootorist reaktiivjoana; reaktiivmootor ise on energiamuundur. Mootori tõukejõud - see on reaktiivne jõud, mis tuleneb mootori sise- ja välispindadele mõjutavatest gaasidünaamiliste rõhu- ja hõõrdejõududest. Eristada sisemist tõukejõudu (reaktiivne tõukejõud) - kõigi mootorile rakendatavate gaasidünaamiliste jõudude resultant, võtmata arvesse välistakistust ja efektiivset tõukejõudu, võttes arvesse elektrijaama välistakistust. Algenergia salvestatakse lennuki või muu reaktiivmootoriga varustatud aparatuuri pardale (keemiline kütus, tuumakütus) või võib (põhimõtteliselt) tulla väljastpoolt (päikeseenergia).

Reaktiivmootoris töövedeliku saamiseks aine, mis on võetud keskkond(näiteks õhk või vesi); aine, mis asub aparaadi paakides või otse reaktiivmootori kambris; ainete segu, mis on pärit keskkonnast ja mida hoitakse seadme pardal. Kaasaegsetes reaktiivmootorites on kõige sagedamini kasutatav primaarenergia keemiline energia. Sel juhul on töövedelikuks hõõggaasid - põlemisproduktid keemiline kütus. Reaktiivmootori töö käigus muundatakse põlevate ainete keemiline energia soojusenergia põlemisproduktid ja kuumade gaaside soojusenergia muundatakse mehaaniliseks energiaks edasi liikumine reaktiivvool ja sellest tulenevalt ka seade, millele mootor on paigaldatud.

Reaktiivmootori tööpõhimõte

Reaktiivmootoris (joonis 1) siseneb mootorisse õhujuga, mis kohtub suurel kiirusel pöörlevate turbiinidega kompressor , millest õhku ammutab väliskeskkond(kasutades sisseehitatud ventilaatorit). Seega on lahendatud kaks ülesannet - primaarne õhu sissevõtt ja kogu mootori jahutus tervikuna. Kompressori turbiini labad suruvad õhku kokku umbes 30 korda või rohkem ja "suruvad" selle (sunnivad) põlemiskambrisse (tekib töövedelik), mis on iga reaktiivmootori põhiosa. Põlemiskamber toimib ka karburaatorina, segades kütust õhuga. See võib olla näiteks õhu ja petrooleumi segu, nagu tänapäevase reaktiivlennuki turboreaktiivmootoris, või vedela hapniku ja alkoholi segu, nagu mõnes vedelas rakettmootoris, või pulberrakettide jaoks mõeldud tahke raketikütus. . Pärast kütuse-õhu segu moodustumist see süüdatakse ja soojuse kujul eraldub energiat, st ainult aineid, mis keemiline reaktsioon mootoris (põlemisel) eraldavad nad palju soojust ja moodustavad ka suure hulga gaase.

Süüteprotsessis toimub segu ja ümbritsevate osade märkimisväärne kuumenemine, samuti mahupaisumine. Tegelikult kasutab reaktiivmootor tõukejõuks kontrollitud plahvatust. Reaktiivmootori põlemiskamber on üks selle kuumemaid osi (temperatuur selles ulatub 2700 ° C), tuleb seda pidevalt intensiivselt jahutada. Reaktiivmootor on varustatud düüsiga, mille kaudu voolavad mootorist suurel kiirusel välja kuumad gaasid, kütuse põlemisproduktid mootoris. Mõnes mootoris sisenevad gaasid düüsi kohe pärast põlemiskambrit, näiteks rakett- või reaktiivmootorites. Turboreaktiivmootorites läbivad esmalt põlemiskambrijärgsed gaasid turbiin , millele antakse osa oma soojusenergiast kompressori käitamiseks, mis surub põlemiskambri ees õhku kokku. Aga igatahes on otsik mootori viimane osa – gaasid voolavad sealt läbi enne mootorist väljumist. See moodustab otsese joa. Kompressori poolt pealesurutud külm õhk suunatakse düüsisse, et jahutada mootori sisemisi osi. Reaktiivdüüsil võib olenevalt mootori tüübist olla erinev kuju ja konstruktsioon. Kui väljavoolu kiirus peab ületama heli kiirust, siis antakse düüsile paisuva toru kuju ehk esmalt kitsenev ja seejärel laienev (Lavali otsik). Ainult sellise kujuga torus saab gaasi kiirendada ülehelikiiruseni, et astuda üle "helibarjääri".

Sõltuvalt sellest, kas reaktiivmootori töötamise ajal keskkonda kasutatakse või mitte, jagatakse need kahte põhiklassi - reaktiivmootorid(vee raamdirektiiv) ja rakettmootorid(RD). Kõik vee raamdirektiiv - soojusmasinad, mille töövedelik tekib põleva aine oksüdatsioonireaktsiooni käigus õhuhapnikuga. Atmosfäärist tulev õhk moodustab suurema osa vee raamdirektiivi töövedelikust. Seega kannab vee raamdirektiiviga seade pardal energiaallikat (kütust) ja tõmbab suurema osa töövedelikust keskkonnast. Nende hulka kuuluvad turboreaktiivmootor (TRD), reaktiivmootor (ramjet), impulssreaktiivmootor (PuVRD), hüperhelikiirusega reaktiivmootor (scramjet). Erinevalt vee raamdirektiivist on kõik RD töövedeliku komponendid RD-ga varustatud sõidukis. Keskkonnaga suhtleva tõukejõu puudumine ja kõigi töövedeliku komponentide olemasolu seadme pardal muudavad RD sobivaks kasutamiseks kosmoses. Samuti on kombineeritud rakettmootorid, mis on justkui kombinatsioon mõlemast põhitüübist.

Reaktiivmootorite peamised omadused

Peamine reaktiivmootorit iseloomustav tehniline parameeter on tõukejõud – jõud, mis arendab mootorit seadme liikumissuunas, eriimpulss – mootori tõukejõu suhe 1 s jooksul kulunud raketikütuse (töövedeliku) massi, või identne karakteristik - kütuse erikulu (reaktiivmootori poolt tekitatud tõukejõu 1 N kohta kulutatud kütuse kogus 1 s jooksul), mootori erikaal (tööseisundis reaktiivmootori mass tema poolt välja töötatud tõukejõu ühiku kohta). Paljude reaktiivmootorite puhul on suurus ja ressurss olulised omadused. Spetsiifiline impulss on mootori täiuslikkuse või kvaliteedi näitaja. Ülaltoodud diagramm (joonis 2) esitab graafiliselt selle indikaatori ülemised väärtused erinevat tüüpi reaktiivmootorite jaoks, sõltuvalt lennukiirusest, väljendatuna Machi numbri kujul, mis võimaldab teil näha iga tüübi ulatust. mootorist. See indikaator on ka mootori efektiivsuse näitaja.

Tõukejõud – jõud, millega reaktiivmootor selle mootoriga varustatud seadmele mõjub – määratakse järgmise valemiga: $$P = mW_c + F_c (p_c - p_n), $$ kus $m$ on töövedeliku massivoolukiirus (massivoolukiirus) 1 sekundi jooksul; $W_c$ on töövedeliku kiirus düüsi sektsioonis; $F_c$ on düüsi väljalaskeava ala; $p_c$ – gaasirõhk düüsisektsioonis; $p_n$ – ümbritseva õhu rõhk (tavaliselt Atmosfääri rõhk). Nagu valemist näha, sõltub reaktiivmootori tõukejõud ümbritsevast rõhust. See on suurim tühjuses ja kõige vähem atmosfääri tihedamates kihtides, st see varieerub sõltuvalt reaktiivmootoriga varustatud aparaadi lennu kõrgusest merepinnast, kui arvestada lendu Maa atmosfääris. Reaktiivmootori eriimpulss on otseselt võrdeline töövedeliku düüsist väljavoolu kiirusega. Väljavoolu kiirus suureneb väljavoolava töövedeliku temperatuuri tõusuga ja kütuse molekulmassi vähenemisega (mida vähem molekulmass kütus, seda suurem on selle põlemisel tekkivate gaaside maht ja sellest tulenevalt nende aegumise kiirus). Kuna põlemisproduktide (töövedeliku) väljalaskekiiruse määrab füüsilised ja keemilised omadused kütusekomponendid ja disainifunktsioonid mootori puhul, mis on konstantne väärtus, kus reaktiivmootori töörežiimis ei ole väga suuri muutusi, siis reaktiivjõu suuruse määrab peamiselt massisekundi kütusekulu ja see varieerub väga laias vahemikus (elektriliste puhul minimaalne – maksimum vedel- ja tahkete rakettmootorite puhul). Väikeseid tõukejõu reaktiivmootoreid kasutatakse peamiselt stabiliseerimis- ja juhtimissüsteemides. lennukid. Kosmoses, kus gravitatsioonijõud on nõrgalt tuntavad ja praktiliselt puudub keskkond, mille vastupanu tuleks ületada, saab neid kasutada ka kiirendamiseks. Maksimaalse tõukejõuga RD on vajalik rakettide saatmiseks pikkadel kaugustel ja kõrgustel ning eriti lennukite kosmosesse saatmiseks, st nende kiirendamiseks esimese kosmosekiiruseni. Sellised mootorid tarbivad väga palju kütust; nad töötavad tavaliselt väga lühikest aega, kiirendades rakette etteantud kiiruseni.

Veepoliitika raamdirektiivid kasutavad töövedeliku põhikomponendina välisõhku, mis on palju säästlikum. WJD-d võivad töötada pidevalt mitu tundi, muutes need sobivaks kasutamiseks lennunduses. Erinevad skeemid võimaldasid neid kasutada erinevatel lennurežiimidel töötavate õhusõidukite jaoks. Laialdaselt kasutatakse turboreaktiivmootoreid (TRD), mis paigaldatakse eranditult peaaegu kõigile kaasaegsetele lennukitele. Nagu kõik mootorid, mis kasutavad atmosfääriõhku, vajavad turboreaktiivmootorid spetsiaalset seadet õhu kokkusurumiseks enne selle sisenemist põlemiskambrisse. Turboreaktiivmootoris kasutatakse õhu kokkusurumiseks kompressorit ja mootori konstruktsioon sõltub suuresti kompressori tüübist. Kokkusurumata õhureaktiivmootorid on konstruktsioonilt palju lihtsamad, milles vajalik rõhutõus viiakse läbi muul viisil; need on pulseerivad ja otsevoolumootorid. Pulseerivas reaktiivmootoris (PUVRD) teeb seda tavaliselt mootori sisselaskeavasse paigaldatud klapivõre, kui uus osa kütuse-õhu segu täidab põlemiskambri ja selles tekib sähvatus, klapid sulguvad, isoleerides põlemiskambrisse mootori sisselaskeavast. Selle tulemusena tõuseb rõhk kambris ja gaasid tormavad läbi joaotsiku välja, misjärel kogu protsessi korratakse. Teist tüüpi kompressorita mootoris, ramjet, puudub isegi see klapivõre ja atmosfääriõhk, mis siseneb mootori sisselaskeavasse kiirusega võrdne kiirus lendu, surutakse kiirusrõhu tõttu kokku ja siseneb põlemiskambrisse. Sissepritsitud kütus põleb, suureneb voolu soojussisaldus, mis voolab läbi reaktiivdüüsi välja lennukiirusest suurema kiirusega. Tänu sellele tekib ramjeti joa tõukejõud. Ramjeti peamiseks puuduseks on suutmatus iseseisvalt tagada lennuki õhkutõusmist ja kiirendust (LA). Esmalt tuleb õhusõiduk kiirendada kiiruseni, millega ramjet käivitatakse ja selle stabiilne töö on tagatud. Reaktiivmootoriga ülehelikiirusega lennukite (ramjet) aerodünaamilise skeemi eripära on tingitud spetsiaalsete kiirendusmootorite olemasolust, mis tagavad reaktiivmootori stabiilse töö alustamiseks vajaliku kiiruse. See muudab konstruktsiooni sabaosa raskemaks ja nõuab stabilisaatorite paigaldamist, et tagada vajalik stabiilsus.

Ajaloo viide

Reaktiivjõu põhimõte on tuntud juba pikka aega. Heroni palli võib pidada reaktiivmootori esivanemaks. Tahked rakettmootorid(RDTT – tahkekütuse raketmootor) – pulberraketid ilmusid Hiinas 10. sajandil. n. e. Sadu aastaid kasutati selliseid rakette esmalt idas ja seejärel Euroopas ilutulestikuna, signaalina, lahinguna. Reaktiivjõu idee arendamise oluline etapp oli idee kasutada raketti lennuki mootorina. Selle sõnastas esmakordselt Vene revolutsionäär Narodnaja Volja N. I. Kibaltšitš, kes 1881. aasta märtsis vahetult enne hukkamist pakkus välja skeemi lennuki (rakettlennuki) jaoks, mis kasutaks plahvatusohtlikest pulbergaasidest reaktiivjõudu. Tahkekütuse rakettmootoreid kasutatakse kõigis sõjalistes rakettide klassides (ballistilised, õhutõrje, tankitõrje jne), kosmoses (näiteks käivitus- ja säilitusmootoritena) ja lennutehnoloogias (õhusõidukite stardivõimendid, nt. süsteemid väljutamine) jne. Väikesi tahkekütuse mootoreid kasutatakse õhusõidukite õhkutõusmise võimenditena. Kosmoselaevades saab kasutada elektrilisi rakettmootoreid ja tuumarakettmootoreid.

Turboreaktiivmootorid ja möödavooluturboreaktiivmootorid on varustatud enamiku sõjaväe- ja tsiviillennukitega üle maailma, neid kasutatakse helikopterites. Need reaktiivmootorid sobivad lendudeks nii allahelikiirusel kui ka ülehelikiirusel; neid paigaldatakse ka mürsuga lennukitele, esimestel etappidel saab kasutada ülehelikiirusega turboreaktiivmootoreid kosmoselennukid, raketi- ja kosmosetehnoloogia jne.

Suur tähtsus reaktiivmootorite loomiseks olid teoreetilised tööd vene teadlased S. S. Neždanovski, I. V. Meshchersky, N. E. Žukovski, prantsuse teadlase R. Enot-Peltri, saksa teadlase G. Oberthi tööd. Oluline panus VRD loomisesse oli Nõukogude teadlase B. S. Stechkini töö "Õhureaktiivmootori teooria", mis avaldati 1929. aastal. Praktiliselt enam kui 99% lennukitest kasutab ühel või teisel määral reaktiivmootorit.

Kas olete kunagi mõelnud, kuidas reaktiivmootor töötab? Reaktiivlennukite tõukejõud, mis seda annab, on tuntud juba iidsetest aegadest. Kuid nad suutsid seda ellu viia alles eelmise sajandi alguses, Inglismaa ja Saksamaa vahelise võidurelvastumise tulemusena.

Reaktiivlennuki mootori tööpõhimõte on üsna lihtne, kuid sellel on mõned nüansid, mida nende valmistamisel rangelt järgitakse. Selleks, et lennuk saaks usaldusväärselt õhus püsida, peavad need ideaalselt töötama. Sellest sõltuvad ju kõigi lennukis viibijate elud ja ohutus.

Seda juhib joa tõukejõud. See vajab mingisugust vedelikku, mis surutakse süsteemi tagaosast välja ja annaks sellele edasi liikumise. Töötab siin Newtoni kolmas seadus mis ütleb: "Iga tegevuse jaoks on võrdne ja vastupidine reaktsioon."

Reaktiivmootori juures õhk vedeliku asemel. See loob jõu, mis annab liikumist.

See kasutab kuumad gaasid ja õhu segu põlevkütusega. See segu väljub sellest suurel kiirusel ja lükkab lennukit edasi, võimaldades sellel lennata.

Kui me räägime reaktiivlennuki mootori seadmest, siis see on nii nelja kõige olulisema detaili ühendamine:

kompressor;
põlemiskambrid;
turbiinid;
heitgaas.

Kompressor koosneb mitmest turbiinist, mis imevad õhku sisse ja suruvad selle kokku, kui see läbib nurgelisi labasid. Kokkusurumisel õhu temperatuur ja rõhk tõusevad. Osa suruõhust siseneb põlemiskambrisse, kus see segatakse kütusega ja süüdatakse. See suureneb õhu soojusenergia.

Reaktiivmootor.

kuum segu peale suur kiirus väljub kambrist ja laieneb. Sealt ta läbib veel üks turbiin labadega, mis pöörlevad gaasi energia tõttu.

Turbiin on ühendatud kompressoriga mootori esiosas. ja paneb selle seega liikuma. Kuum õhk väljub heitgaasi kaudu. Sel hetkel on segu temperatuur väga kõrge. Ja see kasvab tänu pidurdav efekt. Pärast seda tuleb õhk sealt välja.

Alanud on reaktiivlennukite väljatöötamine eelmise sajandi 30. aastatel. Britid ja sakslased hakkasid sarnaseid mudeleid välja töötama. Selle võidusõidu võitsid Saksa teadlased. Seetõttu oli esimene reaktiivmootoriga lennuk "Pääsuke" Luftwaffes. "Gloucesteri meteor" tõusis õhku veidi hiljem. Esimesed selliste mootoritega lennukid on üksikasjalikult kirjeldatud

Ülehelikiirusega lennuki mootor on samuti reaktiivmootor, kuid hoopis teises modifikatsioonis.

Kuidas turboreaktiivmootor töötab?

Reaktiivmootoreid kasutatakse kõikjal ja turboreaktiivmootoreid paigaldatakse suurelt. Nende erinevus seisneb selles esimene kannab endaga kaasa kütuse ja oksüdeerija varu ning disain tagab nende tarnimise paakidest.

lennuki turboreaktiivmootor kannab endaga kaasa ainult kütust ja oksüdeerija – õhk – surutakse turbiini poolt atmosfäärist välja. Vastasel juhul on selle tööpõhimõte sama, mis reaktiivsel.

Üks nende olulisemaid detaile on See on turbiini laba. Oleneb mootori võimsusest.

Turboreaktiivmootori skeem.

Just nemad arendavad lennukile vajalikke tõmbejõude. Iga laba toodab 10 korda rohkem energiat kui tavaline automootor. Need on paigaldatud põlemiskambri taha, mootori sellesse ossa, kus kõige rohkem kõrgsurve, ja temperatuur jõuab kuni 1400 kraadi Celsiuse järgi.

Terade valmistamisel need läbivad monokristallimise protsessi kaudu mis annab neile tugevuse ja vastupidavuse.

Iga mootorit testitakse enne lennukisse paigaldamist täistõukejõu suhtes. Ta peab läbima Euroopa Ohutusnõukogu ja selle tootnud ettevõtte sertifikaat.Üks suurimaid ettevõtteid nende tootmises on Rolls-Royce.

Mis on tuumajõul töötav lennuk?

Külma sõja ajal reaktiivmootorit üritati luua mitte keemilise reaktsiooni, vaid soojuse abil, mis tekitaks tuumareaktor. See pandi põlemiskambri asemele.

Õhk läbib reaktori südamikku, alandades selle temperatuuri ja tõstes oma temperatuuri. See paisub ja voolab düüsist välja lennukiirusest suurema kiirusega.

Kombineeritud turbo-tuumamootor.

NSV Liidus katsetati TU-95 baasil. Ka USA-s ei jäänud nad Nõukogude Liidu teadlastele alla.

60ndatel mõlema poole uuringud lakkasid järk-järgult. Kolm peamist arengut takistavat probleemi olid:

pilootide ohutus lennu ajal;
radioaktiivsete osakeste eraldumine atmosfääri;
lennuõnnetuse korral võib radioaktiivne reaktor plahvatada, põhjustades korvamatut kahju kõigile elusolenditele.

Kuidas valmistatakse mudellennukite reaktiivmootoreid?

Nende tootmine lennukimudelite jaoks võtab umbes 6 tundi. Pööras esimesena alumiiniumist alusplaat mille külge on kinnitatud kõik muud osad. See on sama suur kui hoki litter.

Selle külge on kinnitatud silinder., seega tuleb välja midagi plekkpurgi taolist. See on tulevane sisepõlemismootor. Järgmisena paigaldatakse toitesüsteem. Selle kinnitamiseks kruvitakse põhiplaadile kruvid, mis on eelnevalt langetatud spetsiaalsesse hermeetikusse.

Lennuki mudeli mootor.

Starterikanalid on paigaldatud kambri teisele küljele gaasiheitmete suunamiseks turbiinirattale. Paigaldatakse põlemiskambri küljel olevasse auku hõõgspiraal. See süütab mootoris oleva kütuse.

Seejärel panid nad turbiini ja silindri kesktelje. Nad panid selle selga kompressori ratas mis surub õhu põlemiskambrisse. Enne käivitaja parandamist kontrollitakse seda arvutiga.

Valmis mootori võimsust kontrollitakse veel kord. Selle heli erineb veidi lennukimootori helist. Ta on muidugi väiksema jõuga, kuid sarnaneb temaga täielikult, andes mudelile rohkem sarnasust.