|
|
Главная » 2010 » Февраль » 21 » Реактивные двигатели - двигатели прямой реакции
02:02 Реактивные двигатели - двигатели прямой реакции |
Реактивные двигатели, или двигатели прямой реакции, использующиеся для приведения в действие ракет, получили название ракетных двигателей. Эти двигатели обладают рядом положительных особенностей, из которых наиболее важной является независимость рабочего процесса и его конечного результата — возникновения силы тяги от условий окружающей среды.
Ракетные двигатели развивались и совершенствовались по многим направлениям, особенно в послевоенные годы, что позволило, используя эти двигатели, начать освоение космоса.
Однако даже самые совершенные современные ракетные двигатели крайне неэкономичны и поэтому применяются лишь в тех случаях, когда продолжительность их непрерывной работы может быть сравнительно небольшой. Этот недостаток ракетных двигателей помешал их применению в авиации, т. е. в пилотируемых летательных аппаратах, летающих в атмосфере.
Как известно, в авиации нашла применение винтомоторная двигательная установка — типичный пример двигательной установки непрямой реакции с разделением функций двигателя (мотор) и движителя (воздушный винт).
Винтомоторная установка, в результате интенсивного совершенствования, позволила достичь скорости полета самолета, превышающей 700 км/ч. Дальнейшего развития авиации в направлении увеличения скорости полета — одного из важнейших показателей технического совершенства самолета, поршневой мотор уже обеспечить не мог. Это было связано с тем, что к концу второй мировой войны все основные средства улучшения рабочего процесса, конструкции и технологии изготовления двигателей были уже практически исчерпаны. Рост мощности, необходимой для увеличения скорости, вызывал одновременно почти пропорциональный рост массы и габаритных размеров двигателя, приводивший к необходимости получения еще большей мощности. Увеличение мощности требовалось также вследствие уменьшения КПД винта на больших скоростях полета, связанного с появлением волнового сопротивления на концах лопастей при обтекании их околозвуковым потоком.
Воздушно-реактивный двигатель (ВРД), как и ракетный двигатель, является двигателем прямой реакции, но отличается от последнего существенной экономичностью, так как на борту летательного аппарата запасается лишь горючее, а основной компонент рабочего тела — воздух забирается из атмосферы.
Резкое возрастание мощности по скорости полета наряду с приемлемой экономичностью и определили переход авиации от двигательных установок с поршневым мотором к ВРД.
Следует отметить, что теоретические основы рабочего процесса этих двигателей были заложены задолго до начала их практического применения. Еще в 1929 г. академиком Б. С. Стечкиным была опубликована получившая впоследствии всемирное признание статья «Теория воздушно-реактивного двигателя», в которой ■впервые были изложены основные положения теории ВРД.
В 1932 г. профессор В. В. Уваров начал работать над турбо--винтовым двигателем оригинальной схемы. Двигатель Уварова можно считать одним из первых в нашей стране примеров использования в авиационной технике газотурбинного двигателя, являющегося основой современных ВРД.
В 1935 г. будущий академик А. М. Люлька разработал газотурбинный двигатель, действующий по принципу прямой реакции — турбореактивный двигатель. Им же несколько позже был предложен другой, наиболее широко распространенный в настоящее время тип ВРД — двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДД).
В послевоенные годы авиационная техника находит все более широкое применение в народном хозяйстве, что приводит к необходимости специализации летательных аппаратов (ЛА) и двигателей. Так, помимо пассажирской авиации, в которой имеется несколько типов самолетов, оптимизированных для полетов иа дальние и ближние расстояния, большой и малой пассажировме-стимости, появилась специальная сельскохозяйственная авиация, широкое распространение получили вертолеты и т. д. Для каждого типа ЛА необходимо разрабатывать оптимизированный тип двигателя.
Однако большое разнообразие двигателей вызывает трудности в производстве, эксплуатации, в снабжении запчастями и т. д. Поэтому наряду со специализацией (которая необходима для обеспечения групп ЛА, существенно отличающихся от других летно-техническими данными) существует тенденция создания модификаций двигателей, разрабатываемых на базе одного наиболее сложного узла —■ газогенератора. Создавая на базе одного газогенератора одноконтурные и двухконтурные двигатели для разных скоростей полета и с разным уровнем тяги, удается их максимально унифицировать. Например, двухконтурный двигатель Д-36, устанавливаемый на самолете Як-42, и турбовальный двигатель Д-136, устанавливаемый на вертолете Ми-26, созданы на базе одного и того же газогенератора.
На рис. 1 приведена классификация двигателей, разрабатываемых и находящихся в эксплуатации. Из рисунка следует, что большая часть ВРД относится к Числу газотурбинных двигателей (ГТД). На рис. 1 последовательность расположения двигателей соответствует возрастающей скорости полета, для которой они оптимальны. Поэтому первым стоит турбовальный двигатель, предназначенный для вертолетов со скоростью полета 200 ... 350 км/ч, а замыкает таблицу сверхзвуковой прямоточный двигатель (ГПВРД), который может быть использован только при скоростях полета, более чем в 6 ... 7 раз превышающих скорость звука.
ГТД насчитывают к середине восьмидесятых годов четыре поколения. Первое поколение уже практически не применяется, что касается второго, третьего и четвертого, то они все используются на различных типах летательных аппаратов.
Каждое новое поколение ВРД отличается от предшествующего существенным улучшением характеристик, главным образом таких, как экономичность и удельная масса. Это достигается за счет повышения температуры газа перед турбиной, регулирования степени повышения давления, увеличения КПД элементов, применения новых прогрессивных материалов и технологий, перехода на более эффективные схемы двигателей и совершенствования их конструкции.
В табл. 1 приведены основные отличительные особенности двигателей каждого поколения и даны некоторые прогностические сведения о двигателях пятого и шестого поколений, над которыми сегодня работают ученые и конструкторы в нашей стране и за рубежом.
Из таблицы видно, что каждое новое поколение двигателей отличается от предыдущего повышением температуры газа перед турбиной не менее чем на 150 ... 250 К с соответствующим ростом степени повышения давления и усложнением конструкции в целом.
Данные о возможном уровне параметров и эффективности двигателей пятого и шестого поколений показывают, что несмотря на высокий темп развития в прошедшие годы ВРД еще имеются резервы их совершенствования. Будет также расширяться область применения ВРД и по назначению и по скоростям полета.
Наряду с улучшением основных относительных показателей двигателей характерным является непрерывный рост абсолютной
тяги одного агрегата. На рис. 2 приведен график роста максимальной тяги газотурбинных двигателей по годам. Нет оснований думать, что в последующие годы тяга двигателей больше не будет возрастать. Увеличивающаяся полетная масса самолетов будет требовать соответствующего роста тяги двигательной установки. Сохраняют значение и развиваются двигатели малой тяги, предназначенные для небольших летательных аппаратов.
Наряду с газотурбинными двигателями в последнее время все чаще применяются бескомпрессорные или прямоточные двигатели. Имея такой серьезный недостаток, как отсутствие стартовой тяги, прямоточные двигатели, тем не менее, становятся все более серьезными конкурентами ракетным двигателям в связи с существенно более высокой экономичностью, и, следовательно, (при одинаковых массе и габаритных размерах) более значительной дальностью полета.
Сочетание положительных свойств прямоточных двигателей на больших скоростях полета, на которых газотурбинные двигатели становятся неэффективными, с возможностью взлета и посадки на малых скоростях, появляющейся при использовании ГТД или ракетного двигателя для этих целей, достигается в показанной на рис. 1 группе двигателей, являющихся комбинацией ГТД—ПВРД или ракетных двигателей — ПВРД. Эти комбинированные двигатели еще не нашли широкого применения.
Теория воздушно-реактивных двигателей изучает возможные типы ВРД и принципиальные области их применения; закономерности, свойственные ВРД как тепловым машинам и как движителям; а также условия совместной работы элементов двигателей с учетом особенностей тепловых и газодинамических процессов, совершающихся в них. Теории воздушно-реактивных двигателей должно предшествовать изучение термодинамики, газовой динамики, теории лопаточных машин.
|
|
Категория: Другое |
Просмотров: 2067 |
Добавил: Serg
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
|
