Реактивный двигатель: современные варианты исполнения

На какую мощность прямотока рассчитывать

Если волнует такой вопрос, здесь сразу сложно ответить. Полезная мощность мотора будет зависеть от множества параметров. Планировать установку прямоточного глушителя без усовершенствования выхлопной системы – это абсолютно пустая затея. Ощутимого эффекта ждать не придется. Единственное, можно получить в лучшем случае процента два, и то не факт.

Хочется достичь результативности, делайте все комплексно. Это и замена катализатора на более производительный, установили новый резонатор, модернизировали топливную систему. Вот от этого можно получить процентов двадцать, а то и больше. Главное, правильно подойти к тюнингу. Также не торопитесь, в таком деле важна качественная настройка всех составляющих между собой. 

Собираясь поставить прямоточный глушитель на свою машину, учитывайте модель авто, тип движка. Немаловажен момент специфики такого монтажа. Особенно, возможна ли внести изменения или доработать задний бампер. 

Основы «асустроения»

«Принцип работы АСУ не изменился со времени полетов первых ‘Востоков’, — рассказывает Александр Александрович Белов, конструктор «НПП Звезда». — В невесомости используется раздельный прием жидких и твердых отходов, а земную гравитацию тут заменяет вакуумный отсос».

Для удовлетворения малой нужды космонавт еще на самых первых системах открывал кран, соединявший его мочеприемник с мочесборником. При этом автоматически включался вентилятор и затягивал порцию жидкости в мочесборник, где она впитывалась абсорбирующим материалом, а участвовавший в процессе воздух очищался от вредных и неприятных запахов в специальном дезодорирующем фильтре.

Схема АСУ транспортного корабля «Союз»

Для твердых отходов в приемном устройстве, на время размещаемом под космонавтом, находился вкладыш. Эластичные шторки на входе вкладыша при подготовке к полету закатывались, оставляя вход открытым. По завершении процесса космонавт использовал гигиенические салфетки, затем сбрасывал шторки вкладыша, и они полностью закрывали содержимое.

А чтобы во время, когда шторки вкладыша были еще открыты, отходы удерживались внутри, вентилятор обеспечивал приток воздуха. Причем стенки вкладыша были двухслойными — пористыми изнутри и герметичными снаружи, тогда как дно, напротив, пористым снаружи и герметичным изнутри: благодаря этому отходы не могли протечь за счет создававшегося разрежения.

Система была достаточно простой в обращении и более удовлетворительной в гигиеническом отношении по сравнению с американской.

АСУ 8А применялось на орбитальной станции «Мир» в 1986—1987 годах

Если первые АСУ лишь отдаленно напоминали земной туалет, то десятилетия спустя прогресс стал неминуем. Нынешние туалеты уже и по удобству пользования, и по внешнему виду близки земным аналогам. Только стоят они гораздо дороже и требуют большего времени для пользования.

Во‑первых, при большой нужде надо пристегнуться к стульчаку: это делают не только для удобства, но и потому, что в космическом туалете человек отчасти превращается в снаряд с реактивным двигателем. А во-вторых, в космосе нет системы канализации и космонавтам приходится тратить некоторое время на утилизацию отходов.

Как выбрать глушитель

Следует учесть, что не любой глушитель можно устанавливать на свой автомобиль. Проблема заключается в том, что каждый элемент выхлопной системы создается под параметры мотора – его объем и мощность.

Если на машину установить неподходящую деталь, в выхлопной системе может создаваться чрезмерное сопротивление для отвода отработанных газов. Из-за этого мощность мотора может заметно снизиться.

Вот на что стоит ориентироваться, выбирая новый глушитель:

• Объем банки. Чем больше банка. Тем лучше будет шумопоглощение и качественней отвод газов.
• Качество детали. Если видны складки металла или деталь крашенная, то такой глушитель лучше не покупать.
• Подходящий глушитель можно найти по ВИН-коду транспортного средства. Так легче подобрать оригинальную запчасть. Если такой возможности нет, тогда поиск следует вести по марке и модели авто.

Отдельно стоит упомянуть возможность приобретать детали, бывшие в употреблении. В случае с глушителями это плохая идея. Неизвестно, в каких условиях хранилась запчасть. Так как основной материал, из которого они изготавливаются – сталь, то они подвержены коррозии. Есть большая вероятность купить уже гнилой глушитель, но внешне это не будет заметно.

Экскурс по брендам

При покупке любой детали (не только элементов выхлопной системы) крайне важно выбирать продукцию известных брендов. Среди производителей, которые предлагают качественные глушители можно выделить следующие:

• Bosal. Бельгийская компания, которая зарекомендовала себя качественной продукцией.
• Walker. Шведский бренд тоже продает долговечные и эффективные глушители.
• Polmostrow. Особенностью польской компании является то, что она предлагает своим клиентам большой выбор разных модификаций глушителей. Часто продукция компании реализуется по средней цене.
• Asso. Итальянские детали отличаются высоким качеством, но часто они нуждаются в доработке, потому что даже к модели, для которой они создаются, глушитель может не подойти. Это усложняет ремонт выхлопной системы.
• Atiho. Несмотря на то, что продукция российского производителя не отличается таким же высоким качеством, как европейские аналоги, зато вся продукция реализуется по доступной цене.

Процесс выбора глушителя зависит от самого автомобилиста и его финансовых возможностей.

История развития реактивных двигателей

Эволюция реактивных двигателей неразрывно связана с развитием авиации. На протяжении практически всей ее истории улучшение характеристик летательных аппаратов обеспечивалось главным образом непрерывным совершенствованием авиамоторов.

Первые самолеты были оснащены поршневыми двигателями, и подобная ситуация оставалась неизменной на протяжении нескольких десятилетий. Постепенно их конструкция улучшалась, возрастала мощность, уменьшался расход топлива. Но к середине 40-х годов прошлого века стало понятно, что поршневой двигатель самолета достиг своего предела, и для дальнейшего развития необходимы совершенно другие технологии и новые конструкторские решения.

Попытки создания летательных аппаратов с реактивным двигателем предпринимались еще на заре авиации. В 1913 году французский инженер Лорен получил патент на конструкцию прямоточного реактивного двигателя (ПВРД). В 1921 году француз Максим Гийом создал проект двигателя, имевшего основные элементы современного воздушно-реактивного двигателя: камеру сгорания, компрессор и одну турбину, приводимую в движение выхлопными газами. Однако изобретатель так и не смог никого заинтересовать своим проектом. В 1928 году авиатор Фриц Стамер впервые поднялся в небо на аппарате с ракетным приводом.

Немецкий «самолет-снаряд» Фау-1 с ПуВРД на стартовой позиции. Именно такими гитлеровцы обстреливали Лондон

Интересовались изучением данной темы и в России. Важный вклад в развитие реактивного движения внесли Кибальчич, Жуковский, Мещерский, Циолковский. Последний сделал обоснование полета ракеты с жидкостным двигателем (ЖРД), а также описал многие особенности его конструкции.

В 1930 году англичанин Фрэнк Уиттл получил патент на конструкцию работоспособного турбореактивного двигателя, позже он основал компанию, создавшую первые британские РД. В 1935 году немецкий изобретатель Ганс фон Охайн разработал турбореактивный двигатель HeS, а в 1939 году в небо поднялся первый в мире летательный аппарат с ТРД. Скорость первого самолета с реактивным двигателем He 178 была выше, чем у самой быстрой поршневой машины (700 против 650 км/ч), правда, при этом он был менее экономичен и, соответственно, имел меньший радиус действия.

Немецкий Me.262 — один из первых серийных самолетов с ТРД

В СССР проект первого истребителя с ВРД был разработан конструктором Люлькой в 1943 году. Но он был «зарезан»: руководство советской авиационной отрасли не верило в перспективы таких моторов. Зато у германских конструкторов, работавших в области реактивного авиастроения и ракетной техники, подобных проблем со своим начальством не было. В 1944 году немцы сумели наладить серийное производство истребителя-бомбардировщика с двумя ТРД Me.262 и реактивного бомбардировщика Arado Ar 234 Blitz. В конце войны немецкой промышленностью также был освоен выпуск пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД), которыми оснащались самолеты-снаряды Фау-1.

После войны началась настоящая эра реактивной авиации: ведущие мировые державы занялись интенсивной разработкой ВРД. Уже в 1946 году был создан первый советский реактивный Як-15 на основе трофейных немецких двигателей Jumo-004, а через год в КБ Люльки появился отечественный турбореактивный ТР-1. В 1947 году на вооружение был принят истребитель МиГ-15, оснащенный мотором РД-45. В середине 50-х годов началось серийное производство первого советского пассажирского реактивного самолета Ту-104. К этому времени СССР превратился в одного из лидеров в области авиационного моторостроения. Дальнейшее развитие технологий позволило создать двигатели, с помощью которых самолеты сначала преодолели звуковой барьер, а затем вышли на сверхзвук.

Прямоток с заслонкой

Чтобы сделать тихий прямоточный глушитель, но не потерять добавочной мощности, которую даёт модернизация выпускного тракта, используют прямоток с заслонкой. Эта конструкция выхлопа известна давно и встречается у многих моделей BMW (чаще с механической трансмиссией).

При работе двигателя на пониженных, когда не используется преимущество согласованного выпуска, отработанные газы выходят через обычный глушитель, а прямоточный закрыт заслонкой. На оптимальных оборотах заслонка открывает выход в прямоток, а мотор выдаёт максимальный крутящий момент за счёт усиленной вентиляции цилиндров.

Управление заслонкой автоматическое, но существуют и ручные модели. В городе такой автомобиль по звуку почти не отличается от стокового, а на трассе не только звучит как тюнинговый, но имеет реальный прирост мощности. Стоит это не дёшево – для полного автомата, в комплекте с титановым «пауком», цена часто переваливает за пару-тройку тысяч долларов.

Похожие по возможностям, но не очень именитые аналоги стоят умеренно, но подбирать подходящий вариант лучше со специалистом – для успеха такого апгрейда могут потребоваться знания инженера-моториста.

Бюджетный вариант прямотока с заслонкой тоже можно самостоятельно сварить из подручных материалов. Для заслонки подойдёт верхняя часть от старого карбюратора, если вывести тросик холостого хода в салон. На изготовление такой конструкции своими руками, сил и времени уйдёт намного больше, чем для самодельной флейты, да и результат установки заранее предсказать нельзя. Заглушить звук несложно, но для сохранения мощности, даже если повезёт, придётся повозиться с настройкой.

Какой бы вариант приглушения выхлопа вы не избрали, следует понимать, что можно просто купить готовое решение, если финансы позволяют, а можно заглушить своими руками, сделав приспособление из подручных средств.

Базовые принципы работы выхлопной системы

Первично с открытием выпускного клапана газообразная среда на огромной скорости начинает стремиться в трубу. За счет высокоскоростного выброса продуктов сгорания образуется внутрицилиндровое низкое давление. Конструктивные особенности механического «мозга» двигателя – распредвала — создают фазу открытия клапанов, что позволяет достичь совмещения моментов впуска/выпуска, при этом низкое давление, образующееся на фоне исхода газов, активизирует топливное заполнение цилиндров силового агрегата. С закрытием выпускного клапана в коллекторе создается зона разряжения, заставляющего работать инерцию газов на лучшее заполнение камеры сгорания смесью. Для упрощения выхлопного процесса на пути волны создается препятствие, возвращающее зону низкого давления от первого цилиндра к головке цилиндров в фазе открытия клапана другого цилиндра. Данный процесс осуществляется посредством равномерных по длине труб, роль препятствия выполняет объединение труб в одну.

Скорость полета

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели обычно дают минимальный толчок ниже приблизительно половины скорости звука, и они неэффективны (меньше чем 600 секунд), пока скорость полета не превышает из-за низких степеней сжатия. Даже выше минимальной скорости, широкий конверт полета (ряд условий полета), такой как низко к высоким скоростям и низко к большим высотам, может вызвать значительные компромиссы дизайна, и они имеют тенденцию работать лучше всего оптимизированные на одну разработанную скорость и высоту (проекты пункта). Однако прямоточные воздушно-реактивные двигатели обычно выигрывают у основанных на газовой турбине проектов реактивного двигателя и работы лучше всего над сверхзвуковыми скоростями (Машина 2–4). Хотя неэффективный на более медленных скоростях, они более топливосберегающие, чем ракеты по их всему полезному рабочему диапазону до, по крайней мере.

Работа обычных прямоточных воздушно-реактивных двигателей падает выше Машины с 6 должных к разобщению и падению давления, вызванному шоком, поскольку поступающий воздух замедляют к подзвуковым скоростям для сгорания. Кроме того, входные повышения температуры камеры сгорания к очень высоким ценностям, приближаясь к пределу разобщения в некотором ограничивающем Числе Маха.

Тяга ПВРД

Сила тяги ПВРД определяется выражением

Где P{\displaystyle P} — сила тяги, v{\displaystyle v} — скорость полёта, ve{\displaystyle v_{e}} — скорость реактивной струи относительно двигателя, dmfdt{\displaystyle {\frac {dm_{f}}{dt}}} — секундный расход горючего.

Секундный расход воздуха:

dmadt=ρ⋅dVdt=ρ⋅S⋅dldt=ρ⋅S⋅v{\displaystyle {\frac {dm_{a}}{dt}}=\rho \cdot {\frac {dV}{dt}}=\rho \cdot S\cdot {\frac {dl}{dt}}=\rho \cdot S\cdot v},

где

ρ{\displaystyle \rho } — плотность воздуха (зависит от высоты),

dVdt{\displaystyle {\frac {dV}{dt}}} — объём воздуха, который поступает в воздухозаборник ПВРД за единицу времени,

S{\displaystyle S} — площадь сечения входа воздухозаборника,

v{\displaystyle v} — скорость полёта.

Секундный расход массы рабочего тела для идеального случая, когда горючее полностью сгорает и полностью используется кислород воздуха в процессе горения, вычисляется с помощью стехиометрического коэффициента:

dmdt=dmadt+dmfdt=dmadt+1L⋅dmadt=dmadt⋅(1+1L){\displaystyle {\frac {dm}{dt}}={\frac {dm_{a}}{dt}}+{\frac {dm_{f}}{dt}}={\frac {dm_{a}}{dt}}+{\frac {1}{L}}\cdot {\frac {dm_{a}}{dt}}={\frac {dm_{a}}{dt}}\cdot (1+{\frac {1}{L}})},

где

dmadt{\displaystyle {\frac {dm_{a}}{dt}}} — секундный расход воздуха,

dmfdt{\displaystyle {\frac {dm_{f}}{dt}}} — секундный расход горючего,

L{\displaystyle L} — стехиометрический коэффициент смеси горючего и воздуха.

Качественный прямоток

Несмотря на кажущуюся сложность такой операции, сделать прямоточный глушитель на мотоцикл можно самостоятельно, сэкономив до 1000 долларов на покупке изделия именитого бренда. Прежде всего, стоит определиться с типом материалов, которые вы будете использовать в своей работе. Специалисты дают следующие рекомендации:

• Оптимальным вариантом будет титан, поскольку он имеет очень высокую прочность при минимальном весе. Однако согнуть титановый лист для производства глушителя будет очень сложно, равно как и найти оборудование для сварки. Можно даже не упоминать о невероятно высокой стоимости титана;
• Алюминий отлично подходит для производства глушителя по причинам, описанным выше. Однако при его использовании будет проблематично соединить приспособление с мотором мотоцикла;
• Нержавеющая сталь имеет большую массу, но прочна и достаточно легко поддаётся сгибанию. Для сварки мотоциклетного компонента из подобного материала понадобится специализированное оборудование;
• Чёрный металл тяжёл, имеет низкую надёжность и требует многократной обработки. Однако его рекомендуют использовать новичкам по причине лёгкости сгибания и сварки.

Толщина металла должна быть приблизительно равна 0,8–1,5 мм, чтобы он мог легко сгибаться и свариваться, не прогорая. Подобрав металл, оптимально подходящий для вашего глушителя, посвятите некоторое время писку требуемого оборудования для его резки и сварки.

Теперь черёд за выкройками глушителя для мотоцикла. Первым изготавливается конус резонатора, который соединяет изготавливаемое вами приспособление с мотором двухколёсного транспорта. Его также можно сделать своими руками — чтобы создать правильную выкройку, нужно помнить, что плоскостная проекция конуса является сектором круга. Следом берутся трубы, которые соответствуют диаметру выпускной системы — их должно быть три. Помните, что трубы для глушителя мотоцикла лучше брать готовыми, хотя при желании или отсутствии подходящих материалов их можно сварить самостоятельно.

Первая труба будет длиной приблизительно 50 мм (если потребуется, то больше) — она будет соединять мотор с новым глушителем. Вторая будет служить выпуском — ей нужно придать аналогичную длину. Третья же пройдёт внутри корпуса глушителя и будет служить для уменьшения интенсивности звуков. Чтобы получить достаточно тихий глушитель, нужно сделать последнюю трубу достаточно длинной. Однако стоит понимать, что её увеличение приведёт к удлинению корпуса глушителя мотоцикла.

Осталось выкроить сам корпус— будет ли он цилиндрическим либо приплюснутым, зависит только от вашего желания. Минимальный диаметр корпуса равен 100 мм, однако при возможности он должен равняться 150–170 мм. Боковины корпуса изготавливаются из аналогичного листового металла, после чего в них проделываются отверстия для труб. Первая и вторая труба, описанные выше, обрабатываются, после чего на них должен образоваться фланец, позволяющий прочно закрепить их внутри глушителя. В третьей трубе нужно просверлить множество отверстий — оптимальным вариантом будут дырочки диаметром 1 мм с шагом в 10–15 мм, после чего вставить её внутрь корпуса и надёжно закрепить между первой и второй.

Последним шагом в сборке глушителя мотоцикла будет его наполнение негорючим материалом, рассеивающим звук — для этого подойдёт стеклоткань. Укладывать её нужно как можно плотнее, чтобы добиться максимального приглушения неприятного звука. Теперь можно окончательно сваривать глушитель мотоцикла и устанавливать его на транспортное средство. Если вы занимаетесь подобными работами первый раз, лучше попробуйте вначале изготовить все выкройки из плотного картона и примерить подобный самодельный глушитель к своему мотоциклу. Если вы допустили ошибку, то сможете понять, в чём именно состоит промах, и исправить его, не расходуя дорогостоящего металла.

Отклоняемый вектор тяги

Реактивные двигатели обладают соплами самых разнообразных конфигураций. Самыми передовыми считаются подвижные сопла, размещенные на двигателях, у которых имеется отклоняемый вектор тяги. Они могут сдавливаться и расширяться, а также отклоняться на существенные углы — так регулируются и направляются непосредственно реактивные потоки. Благодаря этому воздушные судна с двигателями, имеющими отклоняемый вектор тяги, становятся чрезвычайно маневренными, потому что процессы маневрирования происходят не только вследствие действий механизмов крыльев, но также прямо самими двигателями.

История

 — первый пилотируемый аппарат с маршевым ПВРД (первый полёт — 19 ноября 1946). Музей авиации и космонавтики в Ле-Бурже

В 1913 году француз получил патент на прямоточный воздушно-реактивный двигатель.

ПВРД привлекал конструкторов простотой своего устройства, но главное — своей потенциальной способностью работать на гиперзвуковых скоростях и в самых высоких, наиболее разреженных слоях атмосферы, то есть в условиях, в которых ВРД других типов неработоспособны или малоэффективны. В 1930-х годах с этим типом двигателей проводились эксперименты в США (Уильям Эвери), в СССР (Ф. А. Цандер, Б. С. Стечкин, Ю. А. Победоносцев).

В 1937 году французский конструктор получил заказ от правительства Франции на разработку экспериментального самолёта с ПВРД. Эта работа была прервана войной и возобновилась после её окончания. 19 ноября 1946 года состоялся первый в истории полёт пилотируемого аппарата с маршевым ПВРД, . Далее в течение 10 лет было изготовлено и испытано ещё несколько экспериментальных аппаратов этой серии, в том числе, пилотируемые и , а в 1957 году правительство Франции отказалось от продолжения этих работ — бурно развивавшееся в то время направление турбореактивных двигателей представлялось более перспективным.

Обладая рядом недостатков для использования на пилотируемых самолётах (нулевая тяга при неподвижности, низкая эффективность на малых скоростях полёта), ПВРД является предпочтительным типом ВРД для беспилотных одноразовых снарядов и крылатых ракет, благодаря своей простоте, а следовательно, дешевизне и надёжности. Начиная с 1950-х годов, в США было создан ряд экспериментальных самолётов и серийных крылатых ракет разного назначения с этим типом двигателя.

В СССР с 1954 по 1960 год в ОКБ-301 под руководством генерального конструктора С. А. Лавочкина, разрабатывалась крылатая ракета «Буря», предназначавшаяся для доставки ядерных зарядов на межконтинентальные расстояния, и использовавшая в качестве маршевого двигателя ПВРД, разработанный группой М. М. Бондарюка, и имевший уникальные для своего времени характеристики: эффективная работа на скорости свыше М = 3 и на высоте 17 км. В 1957 году проект вступил в стадию лётных испытаний, в ходе которых выявился ряд проблем, в частности, с точностью наведения, которые предстояло разрешить, и на это требовалось время, которое трудно было определить. Между тем, в том же году на вооружение уже поступила МБР Р-7, имевшая то же назначение, разработанная под руководством С. П. Королёва. Это ставило под сомнение целесообразность дальнейшей разработки «Бури». Смерть С. А. Лавочкина в 1960 году окончательно похоронила проект.

Из числа более современных отечественных разработок можно упомянуть противокорабельные крылатые ракеты с маршевыми ПВРД: П-800 «Оникс», П-270 «Москит».

Классы реактивных двигателей:

Все реактивные двигатели подразделяют на 2 класса:

• Воздушно-реактивные – тепловые двигатели, использующие энергию окисления воздуха, получаемого из атмосферы. В этих двигателях рабочее тело представлено смесью продуктов горения с остальными элементами отобранного воздуха.
• Ракетные – двигатели, которые на борту содержат все необходимые компоненты и способны работать даже в безвоздушном пространстве.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель – самый простой в классе ВРД по конструкции. Требуемое для работы устройства повышение давления образуется путем торможения встречного воздушного потока.

Рабочий процесс ПВРД можно кратко описать следующим образом:

Во входное устройство двигателя поступает воздух со скоростью полета, кинетическая его энергия преобразуется во внутреннюю, давление и температура воздуха повышаются. На входе в камеру сгорания и по всей длине проточной части наблюдается максимальное давление.

• Нагревание сжатого воздуха в камере сгорания происходит путем окисления подаваемого воздуха, при этом внутренняя энергия рабочего тела увеличивается.
• Далее поток сужается в сопле, рабочее тело достигает звуковой скорости, а вновь при расширении – сверхзвуковой. За счет того, что рабочее тело движется со скоростью, превышающей скорость встречного потока, внутри создается реактивная тяга.

В конструктивном плане ПВРД является предельно простым устройством. В составе двигателя есть камера сгорания, внутрь которой горючее поступает из топливных форсунок, а воздух – из диффузора. Камера сгорания заканчивается входом в сопло, которое является суживающейся-расширяющимся.

Развитие технологии смесевого твердого топлива повлекло за собой использование этого горючего в ПВРД. В камере сгорания располагается топливная шашка с центральным продольным каналом. Проходя по каналу, рабочее тело постепенно окисляет поверхность топлива и нагревается само. Применение твердого горючего еще более упрощает состоящую конструкцию двигателя: топливная система становится ненужной.

Смесевое топливо по своему составу в ПВРД отличается от применяемого в РДТТ. Если в ракетном двигателе большую часть состава топлива занимает окислитель, то в ПВРД он используется в небольших пропорциях для активирования процесса горения.

Наполнитель смесевого топлива ПВРД преимущественно состоит из мелкодисперсного порошка бериллия, магния или алюминия. Их теплота окисления существенно превосходит теплоту сгорания углеводородного горючего. В качестве примера твердотопливного ПВРД можно привести маршевый двигатель крылатой противокорабельной ракеты «П-270 Москит».

Тяга ПВРД зависит от скорости полета и определяется исходя из влияния нескольких факторов:

• Чем больше показатель скорости полета, тем большим будет расход воздуха, проходящего через тракт двигателя, соответственно, большее количество кислорода будет проникать в камеру сгорания, что увеличивает расход топлива, тепловую и механическую мощность мотора.
• Чем больше расход воздуха сквозь тракт двигателя, тем выше будет создаваемая мотором тяга. Однако существует некий предел, расход воздуха сквозь тракт мотора не может увеличиваться неограниченно.
• При возрастании скорости полета увеличивается уровень давления в камере сгорания. Вследствие этого увеличивается термический КПД двигателя.
• Чем больше разница между скоростью полета аппарата и скоростью прохождения реактивной струи, тем больше тяга двигателя.

Зависимость тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя от скорости полета можно представить следующим образом: до того момента, пока скорость полета намного ниже скорости прохождения реактивной струи, тяга будет увеличиваться вместе с ростом скорости полета. Когда скорость полета приближается к скорости реактивной струи, тяга начинает падать, миновав определенный максимум, при котором наблюдается оптимальная скорость полета.

В зависимости от скорости полета выделяют такие категории ПВРД:

• дозвуковые;
• сверхзвуковые;
• гиперзвуковые.

Каждая из групп имеет свои отличительные особенности конструкции.

Принцип работы реактивного двигателя

В реактивных двигателях струи воздушных потоков, которые попадают в двигатели, встречаются с обращающимися с колоссальной скоростью турбинами компрессоров, которые засасывают воздух из окружающей среды (при помощи встроенных вентиляторов). Следовательно, происходит решение двух задач:

• Первичное забирание воздуха;
• Охлаждение в целом всего двигателя.

Это могут быть, в частности, смеси воздуха и керосина, как в турбореактивных двигателях современных реактивных самолетах, либо смеси жидкого кислорода и спирта, такими обладают кое-какие жидкостные ракетные двигатели, либо еще какое-то твердое топливо в пороховых ракетах. Как только образовалась топливно-воздушная смесь, происходит ее воспламенение с выделением энергии в виде тепла. Таким образом, топливом в реактивных двигателях могут быть только такие вещества, которые в результате химических реакций в двигателях (при возгорании) выделяют тепло, при этом образуя множество газов.

При возгорании совершается существенное разогревание смеси и деталей вокруг с объемным расширением. Собственно говоря, реактивные двигатели пользуются для продвижения управляемыми взрывами. Камеры сгорания в реактивных двигателях — это одни из самых горячих элементов (температурный режим в них может достигать до 2700 °С), и они требуют постоянного интенсивного охлаждения.

Турбореактивные двигатели функционируют несколько иначе. Так, газы, после камер сгорания, вначале проходят турбинами, которым отдают свою тепловую энергию. Это делается для того, чтобы привести в движение компрессоры, которые послужат для сжатия воздуха перед камерой сгорания. В любом случае, сопла остаются последними частями двигателей, через которые протекут газы. Собственно они и формируют непосредственно реактивную струю.

В сопла направляют холодный воздух, который нагнетается при помощи компрессоров, чтобы охлаждать внутренние детали двигателей. Реактивные сопла могут обладать различными конфигурациями и конструкциями исходя из разновидностей двигателей. Так, когда скорость проистекания должна быть выше скорости звука, тогда соплам придаются формы расширяющихся труб или же вначале суживающиеся, а далее расширяющиеся (так называемые сопла Лаваля). Только с трубами такой конфигурации газы разгоняются до сверхзвуковых скоростей, при помощи чего реактивные самолеты перешагивают «звуковые барьеры».

Исходя из того, задействуется ли в процессе работы реактивных двигателей окружающая среда, они подразделяются на основные классы воздушно-реактивных двигателей (ВРД) и ракетных двигателей (РД). Все ВРД являются тепловыми двигателями, рабочие тела которых образуются тогда, когда происходит реакция окисления горючих веществ с кислородом воздушных масс. Поступающие из атмосферы воздушные потоки составляют основу рабочих тел ВРД. Таким образом, аппараты с ВРД несут на борту источники энергии (топливо), но большая часть рабочих тел черпается из окружающей среды.

К аппаратам ВРД относятся:

• Турбореактивные двигатели (ТРД);
• Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД);
• Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД);
• Гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД).