Принцип действия реактивного двигателя
С начала XX века до Второй мировой войны успешно использовались винтомоторные самолеты, оснащенные двигателями внутреннего сгорания.
Прогресс требовал все более быстрых и мощных самолетов, но изобретатели столкнулись с проблемой: даже незначительный прирост мощности двигателя приводил к значительному увеличению массы самолета. При добавлении двигателю мощности на 1 л.с., общий вес двигателя, винта и всех вспомогательных средств увеличивался примерно на 1 кг. Это означало, что для создания истребителя способного развивать скорость до 1000 км/ч пришлось бы использовать двигатель весом 6000 кг.
Увеличение веса двигателя приводило к тому, что самолет мог превратиться в аппарат, способный носить только сам себя – его грузоподъемность не смогла бы вместить ни оружия, ни какого-либо другого оборудования. Но даже за счет таких жертв значительно увеличить скорость все равно не удалось бы: увеличивается вес двигателя – увеличивается вес всей машины. Чтобы сделать самолет более быстрым – нужно увеличить площадь крыла. При этом увеличивается аэродинамическое сопротивление, преодолеть которое можно только при увеличении мощности двигателя. Получается замкнутый круг, разорвать который можно только изобретением принципиально нового двигателя.
Такой двигатель, названный реактивным, был изобретен англичанином Френком Уиллом. Принцип действия реактивного двигателя можно объяснить на действии пожарного брандспойта. Вода под давлением подается по шлангу к брандспойту, который имеет зауженный конец. Вытекая через это более узкое, чем сам шланг, отверстие, вода обретает скорость большую, чем в шланге. Реакция (сила обратного давления) воды при этом настолько сильная, что пожарнику приходится со всех сил держать шланг, направляя поток воды. Этот принцип реакции и используется в реактивных двигателях.
Самым простым реактивным двигателем является прямоточный. Представим себе его в виде трубы с открытыми концами, установленной на движущемся самолете. Передняя часть трубы имеет расширяющееся внутреннее поперечное сечение, благодаря которому скорость входящего воздуха снижается, а давление увеличивается. В самом широком месте (камере сгорания) происходит впрыскивание и сгорание горючего, что приводит к сильному нагреванию и расширению газов. Газы вырываются наружу с другого, более узкого, конца трубы с огромной скоростью, производя реактивную силу тяги. Именно эта сила и заставляет двигаться самолет.
Несовершенство этого двигателя в том, что он может использоваться только на движущемся самолете, и не может приводиться в действие с состояния спокойствия. Такой самолет приходилось бы запускать или с другого самолета, или используя какой-то стартовый двигатель.Эта проблема была решена с изобретением турбореактивного двигателя.
Основным элементом турбореактивного двигателя является газовая турбина. Она приводит в действие воздушный компрессор, через который сжатый воздух попадает в камеру сгорания. Продукты сгорания (обычно топливом является керосин) поступают сначала на лопасти турбины (приводя ее в действие), а потом в сопло, где разгоняются до больших скоростей. Для вращения турбины используется очень малое количество энергии воздушно-газового потока и при выходе из двигателя поток создает огромную реактивную силу тяги.
Увеличить на короткий период времени реактивную тягу двигателя можно при помощи дожигания: при выходе из турбины в поток газа впрыскивается дополнительное количество топлива, которое сгорает за счет кислорода, не использованного в турбине. Дожигание помогает увеличить тягу двигателя до 70\% на больших скоростях и до 25-30\% на малых.
Статья подготовлена по материалам книги: К. Рыжов «100 великих изобретений», 2006 г.
