Zasada działania silnika odrzutowego. Opis i urządzenie

Ruch reaktywny jest procesem, w którym jedna z jego części jest oddzielona od określonego ciała z pewną prędkością. Siła, która powstaje w tym przypadku działa sama, bez najmniejszego kontaktu z ciałami zewnętrznymi. Napęd odrzutowy był impulsem do stworzenia silnik odrzutowy. Zasada działania opiera się na tej mocy. Jak działa taki silnik? Spróbujmy to rozgryźć.

Fakty historyczne

Pomysł zastosowania napędu odrzutowego, który pozwoliłby przezwyciężyć siłę grawitacji Ziemi, został rozwinięty w 1903 r. Przez fenomen nauki rosyjskiej - Ciołkowskiego. Opublikował całe opracowanie na ten temat, ale nie został potraktowany poważnie. Konstantin Eduardowicz, który przeżył zmianę systemu politycznego, spędził lata pracy, aby udowodnić każdemu jego przypadek.

Dzisiaj jest wiele plotek, że rewolucyjny Kibalchich był pierwszym w tym numerze. Ale testament tej osoby w czasie publikacji dzieł Ciołkowskiego został pochowany wraz z Kibalchichem. Co więcej, nie była to praca pełnoprawna, ale tylko szkice i szkice - rewolucjonista nie mógł zapewnić wiarygodnej bazy w obliczeniach teoretycznych w swoich pracach.

Jak działa moc bierna?

Aby zrozumieć, jak działa silnik odrzutowy, musisz zrozumieć, jak działa ta siła.

Wyobraźcie sobie więc strzał z dowolnej broni palnej. Jest to wyraźny przykład działania mocy biernej. Strumień gorącego gazu, który powstał podczas spalania ładunku we wkładzie, odsuwa broń. Im mocniejszy ładunek, tym silniejszy będzie powrót.

A teraz wyobraźmy sobie proces zapłonu mieszaniny palnej: przechodzi ona stopniowo i ciągle. Tak właśnie wygląda zasada działania silnika strumieniowego. Rakieta z silnikiem na paliwo stałe działa w podobny sposób - jest to najprostsza z jego odmian. Nawet początkujący twórcy rakiet znają go.

Początkowo czarny proszek wykorzystywany był jako paliwo do silników odrzutowych. Silniki odrzutowe, których zasada była już doskonała, wymagały paliwa z bazą nitrocelulozy, która została rozpuszczona w nitroglicerynie. W dużych jednostkach wystrzeliwujących rakiety, wystrzeliwujących wahadłowce na orbitę, dziś używaj specjalnej mieszanki paliwa polimerowego z nadchloranem amonu jako utleniaczem.

Zasada działania RD

Teraz konieczne jest zrozumienie zasady działania silnika odrzutowego. Aby to zrobić, należy rozważyć klasykę - silniki płynów, które nie zmieniły się znacznie od czasów Ciołkowskiego. W tych jednostkach stosuje się paliwo i utleniacz.

Jako drugi stosuje się ciekły tlen, lub kwas azotowy. Nafta jest wykorzystywana jako paliwo. Nowoczesne ciekłe silniki kriogeniczne wykorzystują ciekły wodór. Utleniony tlenem zwiększa specyficzny impuls (nawet o 30 procent). Pomysł, że można użyć wodoru, narodził się również w głowie Ciołkowskiego. Jednak w tym czasie, ze względu na ekstremalne zagrożenie wybuchu, trzeba było znaleźć inne paliwo.

Zasada działania jest następująca. Składniki wchodzą do komory spalania z dwóch oddzielnych zbiorników. Po zmieszaniu zamieniają się w masę, która po spaleniu emituje ogromną ilość ciepła i dziesiątki tysięcy atmosfer ciśnienia. Utleniacz jest wprowadzany do komory spalania. Mieszanina paliwa przechodząca pomiędzy podwójnymi ściankami komory i dyszą chłodzi te elementy. Co więcej, paliwo, ogrzewane przez ściany, przejdzie przez ogromną liczbę wtryskiwaczy do strefy zapłonu. Strumień utworzony przez dyszę wyskakuje. Dzięki temu zapewniony jest moment pchania.

Krótko mówiąc, można porównać zasadę działania silnika odrzutowego lampa lutownicza. Jednak ten drugi jest znacznie prostszy. W schemacie jego pracy nie ma różnych pomocniczych układów silnika. A to są sprężarki potrzebne do wytworzenia ciśnienia wtrysku, turbin, zaworów i innych elementów, bez których silnik odrzutowy jest po prostu niemożliwy.

Pomimo, że ciekłe silniki zużywają dużo paliwa (zużycie paliwa wynosi około 1000 gramów na 200 kilogramów ładunku), nadal są używane jako pociski samosterujące do pojazdów startowych i manewrowych dla stacji orbitalnych, a także innych urządzeń kosmicznych.

Urządzenie

Rozmieszczono typowy silnik odrzutowy w następujący sposób. Jego głównymi węzłami są:

- sprężarka;

- komora do spalania;

- turbiny;

- układ wydechowy.

Rozważ te elementy bardziej szczegółowo. Sprężarka składa się z kilku turbin. Ich zadaniem jest ssanie i sprężanie powietrza podczas przechodzenia przez ostrza. W procesie kompresji zwiększa się temperatura i ciśnienie powietrza. Część tego sprężonego powietrza jest podawana do komory spalania. Łączy powietrze z paliwem i rozpala się. Ten proces dodatkowo zwiększa energię cieplną.

Mieszanina opuszcza komorę spalania z dużą prędkością, a następnie rozszerza się. Potem następuje kolejna turbina, której łopaty obracają się z powodu działania gazów. Turbina ta, połączona ze sprężarką, znajduje się z przodu jednostki i wprawia ją w ruch. Powietrze ogrzane do wysokich temperatur opuszcza układ wydechowy. Temperatura, już dość wysoka, nadal rośnie z powodu efektu dławienia. Następnie powietrze wychodzi całkowicie.

Silnik samolotu

Samoloty również wykorzystują te silniki. Na przykład w wielkich liniowcach pasażerskich zainstalowane są jednostki turboodrzutowe. Różnią się one od zwykłej obecności dwóch czołgów. W jednym jest paliwo, w drugim - utleniacz. W tym samym czasie silnik turboodrzutowy przenosi tylko paliwo, a powietrze wtryskiwane z atmosfery służy jako utleniacz.

Silnik turboodrzutowy

Zasada działania silnika odrzutowego samolotu opiera się na tej samej sile reakcji i tych samych prawach fizyki. Najważniejszą częścią są łopatki turbiny. Ostateczna moc zależy od wielkości ostrza.

To dzięki wytwarzanym turbinom, które są niezbędne do przyspieszenia samolotu. Każde ostrze jest dziesięć razy silniejsze niż zwykły silnik samochodowy. Turbiny instalowane są za komorą spalania, w której panuje najwyższe ciśnienie. A temperatura tutaj może osiągnąć półtora tysiąca stopni.

Podwójna droga kołowania

Te jednostki mają wiele zalet w stosunku do turbojets. Na przykład znacznie niższe zużycie paliwa przy tej samej mocy.

Ale sam silnik ma bardziej złożoną strukturę i większą masę.

Zasada działania dwusuwowego silnika odrzutowego jest nieco inna. Powietrze uwięzione przez turbinę jest częściowo ściśnięte i podawane do pierwszego obwodu do sprężarki, a drugie do stałych łopatek. Turbina działa jako sprężarka niskiego ciśnienia. W pierwszym obwodzie silnika powietrze jest sprężane i podgrzewane, a następnie przez sprężarkę wysokociśnieniową jest wprowadzane do komory spalania. Oto mieszanina z paliwem i zapłonem. Generowane są gazy, które są podawane do turbiny wysokociśnieniowej, dzięki czemu łopatki turbin obracają się, co z kolei ruch obrotowy na sprężarce wysokiego ciśnienia. Następnie gazy przechodzą przez turbinę niskiego ciśnienia. Ten ostatni napędza wentylator, a na końcu gazy wydostają się, wywołując łaknienie.

Synchroniczne RD

To są silniki elektryczne. Zasada działania synchronicznego silnika odrzutowego jest podobna do działania jednostki krokowej. Prąd zmienny jest podawany do stojana i wytwarza pole magnetyczne wokół wirnika. Ta ostatnia obraca się ze względu na fakt, że stara się zminimalizować opór magnetyczny. Silniki te nie są związane z eksploracją kosmosu i uruchomieniem wahadłowców.