Оглавление
- 1 Реактивный двигатель
- 1.1 История реактивных двигателей
- 1.2 Ранние разработки
- 1.3 Развитие и применение
- 1.4 Современные реактивные двигатели
- 1.5 Модификации реактивных двигателей
- 1.6 Типы реактивных двигателей
- 1.7 Ракетные двигатели
- 1.8 Гибридные двигатели
- 1.9 Струя воды
- 1.10 Общие физические принципы
- 1.11 Энергоэффективность авиационных реактивных двигателей
- 1.12 Определение удельного расхода топлива
- 1.13 Влияние условий работы двигателя
- 1.14 Коэффициент полезного действия двигателя
- 1.15 Влияние скорости и подачи энергии
- 1.16 Эффективность двигателя в полете
- 1.17 Влияние воздухозаборника и сопла
- 1.18 Двухконтурные двигатели и потери
- 1.19 Энергоэффективность реактивных двигателей
- 1.20 Расход топлива и пропеллента
- 1.21 Эффективность двигателей “Конкорда”
- 1.22 Соотношение тяги к массе
- 1.23 Сравнение типов двигателей
- 1.24 Высота и скорость
- 1.25 Шум
- 1.26 Охлаждение
- 1.27 Операция
- 1.28 Полный текст статьи:
- 2 Реактивный двигатель – Arc.Ask3.Ru
Реактивный двигатель
-
История реактивных двигателей
- Принцип действия реактивного двигателя известен с древних времен, но технические достижения появились только в 20 веке.
- Первые попытки создания воздушно-реактивных двигателей были гибридными конструкциями.
- В 1920-х годах начались разработки газотурбинных двигателей, которые стали основой современных реактивных двигателей.
-
Ранние разработки
- В 1930-х годах Фрэнк Уиттл и Ханс фон Охайн разработали первые турбореактивные двигатели.
- В 1939 году Heinkel He 178 стал первым в мире реактивным самолетом.
- В 1944 году Messerschmitt Me 262 и Gloster Meteor поступили на вооружение с турбореактивными двигателями.
-
Развитие и применение
- В 1950-х годах реактивные двигатели стали универсальными в боевых самолетах.
- К 1960-м годам реактивные двигатели начали использоваться в гражданских самолетах.
- В 1970-х годах появились двухконтурные турбовентиляторные двигатели, улучшившие топливную экономичность.
-
Современные реактивные двигатели
- Современные реактивные двигатели обеспечивают высокую скорость и топливную экономичность.
- Реактивные двигатели используются в реактивных самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах и высокоскоростных автомобилях.
-
Модификации реактивных двигателей
- Реактивные двигатели используются в промышленности, судоходстве и других отраслях.
- Промышленные газовые турбины могут вырабатывать до 50 000 лошадиных сил.
- Турбовентилятор P&W JT8D развивает мощность до 35 000 лошадиных сил.
-
Типы реактивных двигателей
- Воздушно-реактивные двигатели обеспечивают тягу за счет реактивного движения.
- Турбореактивные двигатели сжимают воздух, смешивают топливо, сжигают смесь и пропускают горячий воздух через турбину.
- Турбовентиляторные двигатели оснащены дополнительным вентилятором, разгоняющим воздух.
- Пропеллерные двигатели сочетают характеристики турбовинтовых и турбовентиляторных двигателей.
- Двигатели с передовой технологией используют тройной золотник для оптимизации работы.
- Реактивные двигатели с прямоточным сжатием воздуха используют цикл Брайтона.
-
Ракетные двигатели
- Ракетные двигатели не требуют атмосферного воздуха, что позволяет им работать на больших высотах.
- Используются для запуска спутников и исследования космоса.
- Высокая скорость выхлопа и тяжелое топливо приводят к большому расходу топлива.
-
Гибридные двигатели
- Используют два или более различных принципа реактивного движения.
-
Струя воды
- Водомет использует струю воды для движения.
- Механическое устройство может быть канальным пропеллером или центробежным компрессором.
-
Общие физические принципы
- Реактивные двигатели создают тягу, выбрасывая струю жидкости назад.
- Метательное сопло преобразует внутреннюю энергию в высокоскоростную кинетическую энергию.
- Тяга двигателя максимальна при правильном значении коэффициента давления в сопле.
-
Энергоэффективность авиационных реактивных двигателей
- Эффективность двигателя определяется расходом топлива и силой удержания.
- Улучшение внутренней части двигателя повышает его эффективность и снижает расход топлива.
-
Определение удельного расхода топлива
- Удельный расход топлива (q) — количество топлива, необходимое для создания одной единицы тяги.
- Учитывается для оценки эффективности двигателя и сравнения между различными двигателями.
-
Влияние условий работы двигателя
- Эффективность двигателя зависит от давления и температуры внутри двигателя.
- Давление создается компрессором, температура — на первом наборе лопаток турбины.
- Плавность потока воздуха и продуктов сгорания важна для снижения потерь давления.
-
Коэффициент полезного действия двигателя
- Тепловой КПД (ηth) зависит от параметров термодинамического цикла и эффективности компонентов.
- Вторичный воздух используется для поддержания механической целостности и предотвращения перегрева.
-
Влияние скорости и подачи энергии
- Скорость движения вперед и подача энергии на системы самолета влияют на эффективность.
- Снижение потребности в охлаждающем потоке повышает эффективность двигателя.
-
Эффективность двигателя в полете
- Двигатель отдает часть тяги для питания систем самолета, что снижает его эффективность.
- Движущая сила (ηp) зависит от скорости полета и может быть уменьшена за счет изменения конструкции.
-
Влияние воздухозаборника и сопла
- Степень сжатия на впуске влияет на эффективность двигателя.
- Реактивное сопло на скоростях выше 2 Маха приводит к внутренним потерям тяги.
-
Двухконтурные двигатели и потери
- Двухконтурные двигатели повышают тяговую эффективность, но приводят к дополнительным потерям.
- Потери компенсируются повышением эффективности тяги.
-
Энергоэффективность реактивных двигателей
- Эффективность тяги (ηp) зависит от скорости выхлопной струи и скорости транспортного средства.
- Эффективность цикла (ηth) определяется отношением температур в двигателе и на выходе из сопла.
-
Расход топлива и пропеллента
- Расход топлива измеряется удельным расходом топлива, удельным импульсом или эффективной скоростью выхлопа.
- В ракетной технике топливо также является выхлопным газом, что влияет на эффективность использования топлива.
-
Эффективность двигателей “Конкорда”
- Двигатели “Конкорда” были более эффективными по расходу энергии на пройденное расстояние.
- Это связано с тем, что расстояние в секунду у Concorde было больше, чем у CF6.
-
Соотношение тяги к массе
- Ракетные двигатели обеспечивают более высокое соотношение тяги к массе, чем воздуховодные.
- Это объясняется использованием плотной реакционной массы в ракетах.
-
Сравнение типов двигателей
- Пропеллерные двигатели подходят для низких скоростей, но не для высоких.
- Турбореактивные двигатели подходят для высоких скоростей, но имеют ограниченную высоту полета.
- Турбовентиляторные двигатели имеют смешанный выхлоп и подходят для средних скоростей.
-
Высота и скорость
- Реактивные двигатели могут всасывать воздух только со скоростью, равной половине скорости звука.
- Ограничение на максимальную высоту полета определяется воспламеняемостью воздуха.
- Ракетные двигатели не имеют верхнего предела по высоте.
-
Шум
- Шум реактивных двигателей зависит от скорости струи.
- Низкоскоростные струи, такие как двухконтурные турбовентиляторы, самые тихие.
- Турбовентиляторы заменили характерный шум реактивных двигателей на “жужжание пилы”.
-
Охлаждение
- Достаточный отвод тепла важен для поддержания прочности материалов двигателя.
- Исследования по испарительному охлаждению продолжаются.
-
Операция
- Каждая секция двигателя имеет отдельный датчик для контроля скорости вращения.
- Датчики откалиброваны в процентах от номинальной частоты вращения.