Как работает реактивный двигатель?

Автор: Игорь Вильховский. Дата публикации: 26 апреля 2021. Категория: Новости.

Наш технопарк превращает детей в настоящих инженеров. Здесь они проектируют и создают различные механизмы, приборы и системы. Инженеры всех времён создавали этот Мир и улучшали его, и мы надеемся, что наши кванторианцы продолжат это дело.

У инженерного ремесла множество направлений, но сегодня хочется вспомнить инженеров космической индустрии, так как совсем недавно был праздник День Космонавтики, в который мы отметили юбилей первого полёта человека в космос.

Огромным прорывом, поспособствовавшему этому событию стало создание первого реактивного двигателя – главной части космической ракеты. Он был изобретен инженерами Гансом фон Охайном и Фрэнком Уиттлом в 1930 году.

Главный советский инженер-конструктор Сергей Павлович Королёв успешно продолжил изучение реактивного движения и создал ракету «Восток-1», которая и отправила в космос первого человека – Юрия Алексеевича Гагарина.

А как же работает реактивный двигатель? Как ему удаётся двигать ракету даже в безвоздушном космическом пространстве? В этой статье ответы на эти вопросы!

Попробуйте поднять самого себя, взявшись за шнурки своих кроссовок. Получилось? Если Вы не нарушили законы физики, то вряд ли! Мы не сможем оторвать себя от земли, как бы не старались. Подлететь вверх мы можем только оттолкнувшись от пола и совершив прыжок. Но как же тогда ракета двигается в космосе? Космос – это пустота, вакуум. Там нет предметов, от которых можно оттолкнуться, чтобы получить импульс для движения. Получается, что ракета двигает сама себя, но как это получается?

Двигаться в вакууме ракете позволяет реактивный двигатель. И нет, ракета не двигает сама себя. Она всё-таки отталкивается. От чего? От собственного топлива!Чтобы понять, как это происходит, давайте вспомним третий закон Ньютона – «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие».

Представьте, что Вы сидите на очень скользком льду. Встать и уйти невозможно. Оттолкнуться тоже никак. Вы сидите в одном положении и никак не можете двинуться с места. Что делать в такой ситуации? Нужно получить толчок извне. Да, можно позвонить другу и попросить, чтобы он кинул в Вас что-то тяжелое. Но этот способ травмоопасный и крайне неприятный. Правильнее будет вспомнить всё тот же третий закон Ньютона и получить импульс от противоположного импульса. А если по-простому – снимаем ботинок и кидаем его в сторону со всей силы. Таким образом, мы сообщаем ботинку импульс, с которым он полетит. При этом, ботинок тоже сообщает Вам импульс, направленный в противоположную сторону. Иными словами – мы толкаем ботинок, а ботинок толкает нас. Конечно, из-за разной массы, ботинок и Вы будете двигаться с разными скоростями, но всё-таки Вы начнете движение. Если бы Вы смогли метнуть ботинок с большей скоростью или если бы Вы метнули в сторону целый ящик ботинок, то Ваше движение было бы быстрее.

Именно этот закон реализуется в реактивном двигателе. Но там в сторону летят не ботинки, а поток газа.

Скорость молекул в воздухе – 1800 км/ч. А при нагревании до 2800 ̊С (такова температура газа в жидком реактивном двигателе), их скорость увеличивается в 3 раза. Выбрасывая вниз молекулы газа с такой скоростью, ракета получает и обратный импульс, направленный вверх.

Вот так и работает реактивный двигатель – в результате химической реакции топливо превращается в сильно разогретый газ, который струёй попадает в сопло двигателя. Сопло направляет эту струю в нужную сторону, и ракета начинает движение в противоположном направлении.

Реактивный двигатель был создан гениальными инженерами. А другой гениальный инженер использовал реактивное движение, чтобы открыть человечеству дорогу в космос.

В ДТ «Кванториум» много юных инженеров, и мы уверены, что кто-то из них обязательно создаст что-то не менее важное и гениальное!

——————————————————————————————————————————————————————
Парков Павел Андреевич — педагог Хай-Тек-квантума

Реактивные, турбореактивные двигатели, их виды и принцип работы

При всей своей мощи и кажущейся невероятной сложности — ракетные и турбореактивные двигатели на самом деле имеют довольно простой принцип работы.

Самым простым является ракетный двигатель. Начнем с него.

Для того, чтобы работать в условиях космоса, ракетные двигатели должны иметь собственный запас кислорода для обеспечения сжигания топлива. Топливо-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания, где происходит ее постоянное сжигание. Образующийся во время сгорания газ под очень большим давлением высвобождается наружу через сопло, создавая реактивную силу и заставляя ракетный двигатель, а вместе с ним и ракету двигаться в противоположном направлении.
Наглдный пример реактивной силы в повседневной жизни это обычный воздушный шарик. Если его надуть и отпустить, не завязывая, то шарик будет двигаться за счет реактивной силы, создаваемой вылетающим из него  воздухом.

Турбореактивный двигатель (ТРД)

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по тому же принципу, что и ракетный, за исключением того, что в нем сжигается атмосферный кислород.

Сходства:
Топливо постоянно сжигается внутри камеры сгорания турбины. Освобождающийся через сопло газ создает реактивную силу.

Различия:
На выходе из сопла установлены несколко ступеней турбины, закрепленные на общем валу. проходя через лопатки турбин газ приводит их во вращение. Между колесами турбин установлены неподвижные направляющие лопатки, которые придаю определенное направление потоку газа на пути ко следующей ступени (колесу) турбины, что создает более эффективое вращение.

Вместе с турбиной на едином валу в передней части двигателя установлен компрессор, который служит для сжатия и подачи воздуха в камеру сгорания.

Турбовинтовой двигатель (ТВД).

Принцип работы точно такой же как и у ТРД, за исключением того, что на валу перед компрессором установлен редуктор, приводящий во вращение воздушный винт с более низкими оборотами, чем турбина.
Получение мощности, необходимой для вращения ротора компрессора и воздушного винта, обеспечивается турбиной с увеличенным числом ступеней, поэтому расширение газа в турбине происходит почти полностью и реактивная тяга, получаемая за счет реакции газовой струи, вытекающей из двигателя, составляет только 10–15% суммарной тяги, в то время как воздушный винт создает основное тяговое усилие (85–90%).

ТВД сочетают в себе преимущества ТРД на больших скоростях полета (способность создавать большую тягу при относительно небольшой массе и габаритах двигателя) и ПД на малых скоростях (низкие расходы топлива) и, обладая высокой топливной эффективностью, широко применяются в силовых установках имеющих большую грузоподъемность и дальность полета самолетов (летающих на скоростях 600–800 км/ч) и вертолетов.

Турбовентиляторный двигатель (ТВлД)

Этот двигатель является неким копромиссом между турбореактивным и турбовинтовым двигателем. У турбовентиляторного двигателя (ТВлД) на валу перед компрессором установлен вентилятор, имеющий большее количество лопаток, чем воздушный винт и обеспечивающий высокий расход воздуха через двигатель на всех скоростях полета, включая низкие скорости при взлете.

Новости СМИ2

Принципы работы реактивных двигателей

Каждый день мы с трепетом смотрим в небо, когда над нами пролетают самолеты, перевозящие товары или людей из одного места в другое, но мы мало или совсем не обращаем внимания на то, какая мощность у большинства этих самолетов – Реактивные двигатели, которые также называют газовыми турбинами.

Приводы регулирующих клапанов Principle

Пожалуйста, включите JavaScript

Приводы регулирующих клапанов Principle

Давайте посмотрим, что это за машины, как они работают и чем они отличаются от автомобильных двигателей.

Что такое реактивный двигатель?
Реактивный двигатель — это машина, которая превращает жидкое топливо в силу, называемую тягой.
Тяга — это сила, которая толкает самолет вперед, нагнетая большой объем воздуха на вращающиеся лопасти, создавая восходящую силу, которая поднимает самолет в небо.

Краткая история реактивных двигателей. высокая скорость, было множество изобретений разных ученых с единственной целью создать двигатель, который мог бы летать на самолете.

Хенрл Гиффард стал первым человеком, построившим дирижабль, который приводился в движение паровым двигателем мощностью в три лошадиные силы, который был первым авиационным двигателем. К сожалению, он был слишком тяжелым для полета.

Феликс де Темпл построил в 1874 году моноплан, который летал так, что мог лететь только вниз с холма, и все благодаря паровому двигателю, работающему на угле.

Хирам Максим пытался управлять своим бипланом с двумя угольными паровыми двигателями в 1894 году, но, к сожалению, из-за своего веса он пролетел всего несколько секунд.

В 1896 году Сэмюэл Лэнгли успешно пролетел на беспилотном самолете с паровым двигателем под названием АЭРОДРОМ примерно 1 милю, прежде чем он выдохся.
Он пытался построить самолет с газовым двигателем под названием АЭРОДРОМ А со второй попытки, но он разбился в 1903 году сразу после запуска.

Братья Райт Уилбур и Орвилл совершили свой первый полет в 1903 году на газовом поршневом двигателе внутреннего сгорания мощностью 12 лошадиных сил с двумя пропеллерами

Французский ученый Рене Лорен изобрел прямоточный воздушно-реактивный двигатель, считающийся простейшим реактивным двигателем, в 1908 году. компрессор, сопло и одноступенчатая турбина в 1930 году.
Он официально подал заявку на патент 1937 года, который был предоставлен в 1939 году.
Хотя Уиттл успешно испытал свой двигатель в 1941 году, это был его немецкий конкурент, Самолет Germain Heinkel He-178 Ганса Ван Охайна, официально ставший первым самолетом, успешно использовавшим газотурбинный двигатель 27 августа 1939 года, поскольку он работал над аналогичным проектом одновременно с Уиттлом.

Турбореактивный двигатель, построенный британским инженером Фрэнком Уиттлом, имеет сходство с двигателями, используемыми сегодня в авиакомпаниях.

В 2002 году американская компания General Electric построила ТРДД GE90-115B, который считается самым мощным в мире реактивным двигателем с максимальной тягой 127,900 фунтов силы (569 кН).

Как работают реактивные двигатели?

Все реактивные двигатели работают по одному и тому же принципу, основанному на законе количества движения Исаака Ньютона, который гласит, что «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие».

Двигатель всасывает холодный воздух через вентилятор и нагнетает его через проход, замедляя его на 60% при этом.
При попадании воздуха компрессор увеличивает давление воздуха в восемь раз, что автоматически повышает его температуру.

Жидкое топливо распыляется из топливного бака в двигатель.
Тем временем в камере сгорания топливо смешивается со сжатым воздухом и сгорает до температуры около 900 градусов по Цельсию, выделяя тепловую энергию и резко повышая уровень температуры.
Горючие газы затем выходят из двигателя через сопло, скорость которого в два раза превышает скорость холодного воздуха, поступающего сначала через вентилятор, и таким образом самолет приводится в движение.

Типы реактивных двигателей

Существуют определенные факторы, отличающие реактивные двигатели друг от друга, начиная от их компонентов и заканчивая их применением, даже несмотря на то, что они работают одинаково и имеют некоторые общие детали.

Типы реактивных двигателей включают:

1. Турбовинтовые двигатели

Турбовинтовой двигатель — это тип реактивного двигателя, прикрепленного к воздушному винту, от которого исходит большая часть его тяги.
Горячий газ и давление воздуха в этом двигателе используются для вращения турбины, которая, в свою очередь, вырабатывает энергию для привода пропеллера и толкания самолета вперед.

В настоящее время турбовинтовые двигатели изготавливаются с воздушными винтами, имеющими большое количество саблевидных лопастей и передних кромок для обеспечения более высоких скоростей полета, стабилизации самолета на высоте и меньшего диаметра воздушного винта.
Его двигательная эффективность при скорости полета менее 500 миль в час была оценена как лучший вариант по сравнению с турбореактивным двигателем.

Турбовинтовые двигатели лучше всего использовать для приведения в действие современных грузовых самолетов и небольших самолетов из-за их низкого потребления энергии при борьбе с сопротивлением воздуха, которому способствует их медленное движение в полете.

2. Турбореактивные двигатели

Турбореактивный двигатель представляет собой реактивный двигатель, который всасывает воздух из впускного отверстия в передней части, сжимает его до давления, в 3–12 раз превышающего исходное, и сжигает его в камере сгорания. в дополнение к топливу и повышает его температуру.

Образующиеся газы затем проходят через турбину, заставляя ее вращаться и посылая давление на сопло, которое создает тягу, которая двигает самолет вперед.

Другие типы реактивных двигателей включают
Турбовальные двигатели, турбовентиляторные двигатели, прямоточные воздушно-реактивные двигатели и ракетные двигатели.

Преимущества использования реактивного двигателя

1. Он не имеет возвратно-поступательного движения, что делает его свободным от неуравновешенных сил.

2. Легкий вес.

3. Без ограничений скорости.

4. Обеспечивает большую мощность при более высоких нагрузках.

5. Без ограничения мощности.

6. Более дешевое топливо.

7. Эффективная работа.

Недостатки использования реактивного двигателя

1. Создает шумную обстановку.

2. Высокий расход топлива.

3. Сложность в работе его двигательной установки.

4. Материалы очень дорогие.

5. Степень сжатия-давления меняется со скоростью.

Турбинные двигатели