Реактивный двигатель — это тип реактивного двигателя, выпускающего быстро движущуюся струю, которая создает тягу за счет реактивного движения. Хотя это широкое определение может включать ракетный, водометный и гибридный двигатель, термин «реактивный двигатель» обычно относится к воздушно-реактивному двигателю внутреннего сгорания, такому как турбореактивный, турбовентиляторный, прямоточный или пульсирующий реактивный двигатель. Как правило, реактивные двигатели — это двигатели внутреннего сгорания.
Воздушно-реактивные двигатели обычно оснащены вращающимся воздушным компрессором, приводимым в действие турбиной, а оставшаяся мощность обеспечивает тягу через двигательное сопло. Этот процесс известен как термодинамический цикл Брайтона.
Реактивные самолеты используют такие двигатели для дальних перелетов. Ранние реактивные самолеты использовали турбореактивные двигатели, которые были относительно неэффективны для дозвуковых полетов. В большинстве современных дозвуковых реактивных самолетов используются более сложные ТРДД с большой степенью двухконтурности.
Они обеспечивают более высокую скорость и большую топливную экономичность, чем поршневые и винтовые авиадвигатели, на больших расстояниях. Некоторые воздушно-реактивные двигатели, предназначенные для высокоскоростных двигателей (ПВРД и ГПВРД), используют прямоточный эффект скорости транспортного средства вместо механического компрессора.
Реактивные двигатели двигают самолет вперед с большой силой, которая создается огромной тягой и заставляет самолет лететь очень быстро.
Все реактивные двигатели, которые еще называют газовыми турбинами, работают по одному принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор состоит из множества лопастей, прикрепленных к валу.
Лопасти вращаются с большой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Затем сжатый воздух распыляется на топливо, и электрическая искра поджигает смесь. Горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя.
Когда струи газа выбрасываются назад, двигатель и самолет устремляются вперед. Когда горячий воздух направляется к соплу, он проходит через другую группу лопастей, называемую турбиной. Турбина крепится к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.
На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядро двигателя, а также вокруг ядра. Это приводит к тому, что часть воздуха становится очень горячей, а часть — более прохладной. Затем более холодный воздух смешивается с горячим воздухом на выходе из двигателя.
Тяга — это поступательная сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр Исаак Ньютон открыл, что «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Движок использует этот принцип.
Двигатель всасывает большой объем воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух прогоняется через множество вращающихся лопастей. При смешивании этого воздуха с реактивным топливом температура воздуха может достигать трех тысяч градусов.
Энергия воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух выходит, он выталкивается из двигателя назад. Это заставляет самолет двигаться вперед.
Вентилятор является первым компонентом турбовентиляторного двигателя. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лопастей вентилятора изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разделяет его на две части. Одна часть проходит через «ядро» или центр двигателя, где на нее воздействуют другие компоненты двигателя.
Вторая часть «обходит» ядро двигателя. Он проходит через канал, окружающий сердечник, к задней части двигателя, где создает большую часть силы, толкающей самолет вперед. Этот более холодный воздух помогает двигателю работать тише, а также увеличивает тягу двигателя.
Компрессор является первым компонентом ядра двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей и прикреплен к валу. Компрессор сжимает поступающий в него воздух во все меньшие области, что приводит к увеличению давления воздуха.
Это приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сжатый воздух нагнетается в камеру сгорания.
В камере сгорания воздух смешивается с топливом и воспламеняется. Есть целых 20 форсунок для распыления топлива в воздушный поток. Смесь воздуха и топлива воспламеняется. Это обеспечивает высокотемпературный воздушный поток с высокой энергией.
Топливо сгорает с кислородом в сжатом воздухе, образуя горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто изготавливается из керамических материалов, чтобы обеспечить термостойкую камеру. Температура может достигать 2700°.
Высокоэнергетический воздушный поток, выходящий из камеры сгорания, направляется в турбину, заставляя вращаться лопатки турбины. Турбины соединены валом, чтобы вращать лопасти компрессора и вращать всасывающий вентилятор спереди.
Это вращение требует некоторой энергии от высокоэнергетического потока, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы, образующиеся в камере сгорания, проходят через турбину и раскручивают ее лопасти. Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах, между которыми установлено несколько комплектов шарикоподшипников.
Форсунка – это выхлопной тракт двигателя. Это часть двигателя, которая фактически создает тягу для самолета. Обедненный поток воздуха, проходящий через турбину, в дополнение к более холодному воздуху, обходящему сердцевину двигателя, создает силу при выходе из сопла, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед.
Комбинация горячего и холодного воздуха выбрасывается и производит выхлоп, который вызывает тягу вперед. Перед соплом может стоять смеситель, который смешивает высокотемпературный воздух, поступающий из сердцевины двигателя, с более низкотемпературным воздухом, пропущенным через вентилятор. Миксер помогает сделать двигатель тише.
5 основных типов авиационных реактивных двигателей
Основная идея турбореактивного двигателя проста. Воздух, поступающий через отверстие в передней части двигателя, сжимается в 3–12 раз по сравнению с первоначальным давлением в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания для повышения температуры жидкой смеси примерно с 1100°F до 1300°F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор.
Если турбина и компрессор работают эффективно, давление на выходе из турбины будет почти в два раза выше атмосферного давления, и это избыточное давление направляется в сопло для создания высокоскоростного потока газа, создающего тягу. Существенное увеличение тяги может быть получено за счет использования форсажной камеры.
Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед соплом. Форсажная камера повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение тяги примерно на 40 процентов при взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, когда самолет находится в воздухе.
Турбореактивный двигатель является реактивным двигателем. В реактивном двигателе расширяющиеся газы сильно давят на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскакивают и выбрасываются из задней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед.
Турбовинтовой двигатель представляет собой реактивный двигатель, прикрепленный к воздушному винту. Турбина сзади вращается горячими газами и превращается в вал, приводящий в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.
Как и турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. Давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора.
По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель имеет лучшую тяговую эффективность при скорости полета ниже примерно 500 миль в час. Современные турбовинтовые двигатели оснащены воздушными винтами меньшего диаметра, но с большим количеством лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета.
Для обеспечения более высоких скоростей полета лопасти имеют форму ятагана со стреловидными передними кромками на концах лопастей. Двигатели с такими гребными винтами называются винтовентиляторами.
Турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух. Большая часть воздушного потока проходит вокруг двигателя снаружи, что делает его работу тише и увеличивает тягу на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены турбовентиляторными двигателями.
В ТРД весь воздух, поступающий на впуск, проходит через газогенератор, состоящий из компрессора, камеры сгорания и турбины. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в камеру сгорания.
Остаток проходит через вентилятор или компрессор низкого давления и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора для получения «горячей» струи. Целью такой перепускной системы является увеличение тяги без увеличения расхода топлива.
Это достигается за счет увеличения общего расхода воздушной массы и уменьшения скорости при том же общем запасе энергии.
Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает так же, как турбовинтовая система. Он не приводит в движение пропеллер. Вместо этого он обеспечивает питание винта вертолета. Турбовальный двигатель сконструирован так, что скорость вращения несущего винта вертолета не зависит от скорости вращения газогенератора.
Это позволяет поддерживать постоянную скорость вращения ротора даже при изменении скорости генератора для регулирования количества производимой энергии.
Простейший реактивный двигатель не имеет движущихся частей. Скорость струи «таранит» или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором отсутствуют вращающиеся механизмы. Его применение ограничено тем фактом, что степень сжатия полностью зависит от скорости пересылки.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель не развивает статической тяги и вообще очень маленькую тягу ниже скорости звука. Как следствие, прямоточный воздушно-реактивный двигатель требует некоторой формы вспомогательного взлета, например, другого самолета. Он использовался в основном в системах управляемых ракет. Космические аппараты используют этот тип струи.
Что такое Sprocket? – Определение, типы и терминология
Что такое маховик? - Определение, детали, типы и функции
Что такое четырехтактный двигатель? Запчасти и работа
Что такое двухтактный двигатель? Типы и работа
Что такое поршень? - Определение, детали и типы