Воздушно-реактивный двигатель (ВРД)

1.

Воздушно-реактивный
двигатель (ВРД) —
тепловой реактивный
двигатель, в
качестве рабочего
тела которого используется
смесь забираемого
из атмосферы воздухаи
продуктов окисления топлива
кислородом, содержащимся
в воздухе. За счёт реакции
окисления рабочее тело
нагревается и, расширяясь,
истекает из двигателя с
большой скоростью,
создавая реактивную тягу.

2.

Воздушно-реактивные двигатели используются, как правило, для приведения в
движение аппаратов, предназначенных для полётов в атмосфере.
Впервые этот термин в печатной публикации, по-видимому, был использован
в 1929 г. Б. С. Стечкиным в журнале «Техника Воздушного Флота», где была помещена
его статья «Теория воздушного реактивного двигателя»

3.

Для создания реактивной тяги, используемой Р. д., необходимы:
источник исходной (первичной) энергии, которая превращается в кинетическую энергию
реактивной струи;
рабочее тело, которое в виде реактивной струи выбрасывается из Р. д.;
сам Р. д. - преобразователь энергии.

4.

Исходная энергия запасается на борту летательного или др. аппарата, оснащенного Р. д.
(химическое горючее, ядерное топливо), или (в принципе) может поступать извне (энергия
Солнца). Для получения рабочего тела в Р. д. может использоваться вещество, отбираемое из
окружающей среды (например, воздух или вода);вещество, находящееся в баках аппарата или
непосредственно в камере Р. д.; смесь веществ, поступающих из окружающей среды и
запасаемых на борту аппарата. В современных Р. д. в качестве первичной чаще всего
используется химическая энергия.
Огневые испытания ракетного
двигателя Спейс Шаттла
Турбореактивные двигатели АЛ-31Ф
самолета Су-30МК. Относятся к классу
воздушно-реактивных двигателей

5.

Принцип реактивного движения известен
очень давно. Родоначальником Р. д. можно
считать шар Герона. Твёрдотопливные
ракетные двигатели - пороховые ракеты
появились в Китае в 10 в. н. э. На
протяжении сотен лет такие ракеты
применялись сначала на Востоке, а затем в
Европе как фейерверочные, сигнальные,
боевые. В 1903 К. Э. Циолковский в работе
"Исследование мировых пространств
реактивными приборами" впервые в мире
выдвинул основные положения теории
жидкостных ракетных двигателей и
предложил основные элементы устройства
РД на жидком топливе. Первые советские
жидкостные ракетные двигатели - ОРМ,
ОРМ-1, ОРМ-2 были спроектированы В. П.
Глушко и под его руководством созданы в
1930-31 в Газодинамической лаборатории
(ГДЛ). В 1926 Р. Годдард произвёл запуск
ракеты на жидком топливе. Впервые
электротермический РД был создан и
испытан Глушко в ГДЛ в 1929-33.

6.

Рассмотрим этот процесс применительно к реактивным двигателям. Начнем с камеры сгорания двигателя, в
котором тем или иным способом, зависящим от типа двигателя и рода топлива, уже создана горючая смесь.
Горючая смесь может сгорать, т.е. вступать в химическую реакцию с бурным выделением энергии в виде
тепла. Способность выделять энергию при химической реакции, и есть потенциальная химическая энергия
молекул смеси. Химическая энергия молекул связана с особенностями их строения, точнее, строения их
электронных оболочек, т.е. того электронного облака, которое окружает ядра атомов, составляющих молекулу.
В результате химической реакции, при которой одни молекулы разрушаются, а другие возникают, происходит,
естественно, перестройка электронных оболочек. В этой перестройке - источник выделяющейся химической
энергии. Видно, что топливами реактивных двигателей могут служить лишь такие вещества, которые при
химической реакции в двигателе (сгорании) выделяют достаточно много тепла, а также образуют при этом
большое количество газов. Все эти процессы происходят в камере сгорания, но остановимся на реакции не на
молекулярном уровне (это уже рассмотрели выше), а на "фазах" работы. Пока сгорание не началось, смесь
обладает большим запасом потенциальной химической энергии. Но вот пламя охватило смесь, ещё мгновение
- и химическая реакция закончена. Теперь уже вместо молекул горючей смеси камеру заполняют молекулы
продуктов горения, более плотно "упакованные". Избыток энергии связи, представляющей собой
химическую энергию прошедшей реакции сгорания, выделился. Обладающие этой избыточной энергией
молекулы почти мгновенно передали её другим молекулам и атомам в результате частых столкновений с
ними. Все молекулы и атомы в камере сгорания стали беспорядочно, хаотично двигаться со значительно
более высокой скоростью, температура газов возросла. Так произошел переход потенциальной химической
энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания.

7.

Реактивное сопло может иметь различные формы, и, тем более, разную конструкцию в
зависимости от типа двигателя. Главное заключается в той скорости, с которой газы вытекают из
двигателя. Если эта скорость истечения не превосходит скорости, с которой в вытекающих газах
распространяются звуковые волны, то сопло представляет собой простой цилиндрический или
суживающий отрезок трубы. Если же скорость истечения должна превосходить скорость звука,
то соплу придается форма расширяющейся трубы или же сначала суживающейся, а за тем
расширяющейся (сопло Лавля). Только в трубе такой формы, как показывает теория и опыт,
можно разогнать газ до сверхзвуковых скоростей, перешагнуть через "звуковой барьер".
Турбовентиляторный двигатель - это наиболее широко используемый в гражданской авиации
Горючее, попадая в двигатель (1),
реактивный двигатель.
перемешивается со сжатым
воздухом и сгорает в камере
сгорания (2). Расширяющиеся
газы вращают быстроходную (3) и
тихоходную (4) турбины, которые,
в свою очередь, приводят в
движение компрессор (5),
проталкивающий воздух в камеру
сгорания, и вентиляторы (6),
прогоняющие воздух через эту
камеру и направляющие его в
выхлопную трубу. Вытесняя
воздух, вентиляторы
обеспечивают дополнительную
тягу. Двигатель данного типа
способен развивать тягу до 13
600кг.

8.

Реактивный двигатель обладает
многими замечательными
особенностями, но главная из них
заключается в следующем. Ракете
для движения не нужны ни земля,
ни вода, ни воздух, так как она
движется в результате
взаимодействия с газами,
образующимися при сгорании
топлива. Поэтому ракета может
двигаться в безвоздушном
пространстве.
Научное доказательство возможности
использования ракеты для полётов в
космическое пространство, за пределы
земной атмосферы и к другим планетам
Солнечной системы было дано впервые
русским учёным и изобретателем
Константином Эдуардовичем Циолковским