Реактивний двигун: принцип роботи (коротко). Принцип роботи реактивного двигуна літака

Реактивний двигун: принцип роботи (коротко). Принцип роботи реактивного двигуна літака


Під реактивним розуміють рух, при якому від тіла з певною швидкістю відокремлюється одна з його частин. Сила, що виникає в результаті такого процесу, діє сама по собі. Іншими словами, у неї відсутній навіть найменший контакт із зовнішніми тілами.

Реактивний рух у природі

Під час літнього відпочинку на півдні практично кожен з нас, купаючись в морі, зустрічався з медузами. Але мало хто задумувався про те, що ці тварини переміщаються так само, як реактивний двигун. Принцип роботи в природі подібного агрегату можна спостерігати при переміщенні деяких видів морських планктонів і личинок стрекоз. Причому ККД цих безхребетних часто вище, ніж у технічних засобів.

Хто ще може наочно продемонструвати, який має реактивний двигун принцип роботи? Кальмар, восьминог і каракатиця. Подібний рух здійснюють і багато інших морських молюсків. Візьмемо, наприклад, каракатицю. Вона вбирає воду в свою жаберну порожнину і енергійно викидає її через воронку, яку направляє назад або вбік. При цьому молюск здатний здійснювати рухи в потрібний бік.

Принцип роботи реактивного двигуна можна спостерігати і при переміщенні сальця. Ця морська тварина приймає воду в широку порожнину. Після цього м'язи його тіла скорочуються, виштовхуючи рідину через отвір, що знаходиться ззаду. Реакція отримуваного при цьому струменя дозволяє сальце здійснювати рух вперед.

Морські ракети

Але найбільшої досконалості в реактивній навігації досягли все-таки кальмари. Навіть сама форма ракети, здається, скопійована саме з цього морського мешканця. При переміщенні з низькою швидкістю кальмар періодично згинає свій ромбовидний плавник. А ось для швидкого кидка йому доводиться використовувати власний «» реактивний двигун «». Принцип роботи всіх його м'язів і тіла при цьому варто розглянути докладніше.

Кальмари мають своєрідну мантію. Це м'язова тканина, яка оточує його тіло з усіх боків. Під час руху тварина засмоктує в цю мантію великий об'єм води, різко викидаючи струмінь через спеціальне вузьке сопло. Такі дії дозволяють кальмарам рухатися поштовхами назад зі швидкістю до сімдесяти кілометрів на годину. Під час переміщення тварина збирає в пучок всі свої десять щупалець, що надає тілу обтічну форму. У соплі є спеціальний клапан. Тварина повертає її за допомогою скорочення м'язів. Це дозволяє морському мешканцеві змінювати напрямок руху. Роль керма під час переміщень кальмара відіграють і його щупальця. Їх він направляє вліво або вправо, вниз або вгору, легко ухиляючись від зіткнень з різними перешкодами.

Існує вид кальмарів (стенотевтіс), якому належить звання кращого пілота серед молюсків. Опишіть принцип роботи реактивного двигуна - і ви зрозумієте, чому, переслідуючи риб, ця тварина часом вискакує з води, потрапляючи навіть на палуби суден, що йдуть по океану. Як це відбувається? Кальмар-пілот, перебуваючи у водній стихії, розвиває максимальну для нього реактивну тягу. Це і дозволяє йому пролетіти над хвилями на відстань до п'ятдесяти метрів.

Якщо розглядати реактивний двигун, принцип роботи якої тварини можна згадати ще? Це, на перший погляд, мішкуваті восьминоги. Плавці з них не такі швидкі, як кальмари, але в разі небезпеки їх швидкості можуть позаздрити навіть кращі спринтери. Біологи, які вивчали міграції восьминогів, встановили, що переміщуються вони на зразок того, який має реактивний двигун принцип роботи.

Тварина з кожним струменем води, викинутим з вирви, робить ривок на два або навіть на два з половиною метри. При цьому пливе восьминог своєрідно - задом наперед.

Інші приклади реактивного руху

Існують свої ракети і в світі рослин. Принцип реактивного двигуна можна спостерігати тоді, коли навіть при дуже легкому дотику «скажений огірок» з високою швидкістю відскакує від плодоніжки, одночасно відторгаючи клейку рідину з насінням. При цьому сам плід відлітає на значну відстань (до 12 м) у протилежному напрямку.

Принцип роботи реактивного двигуна можна спостерігати також, перебуваючи в човні. Якщо з неї у воду в певному напрямку кидати важке каміння, то почнеться рух у протилежний бік. Такий же має і ракетний реактивний двигун принцип роботи. Тільки там замість каменів використовуються гази. Вони створюють реактивну силу, що забезпечує рух і в повітрі, і в розрядженому просторі.

Фантастичні подорожі

Про польоти в космос людство мріяло давно. Про це свідчать твори письменників-фантастів, які для досягнення цієї мети пропонували найрізноманітніші засоби. Наприклад, герой оповідання французького письменника Еркюля Савіньєна Сірано де Бержерака досяг Місяця на залізному возі, над яким постійно підкидався сильний магніт. До цієї ж планети дістався і знаменитий Мюнхгаузен. Здійснити подорож йому допоміг гігантський стебель боба.

Реактивний рух використовувався в Китаї ще в першому тисячолітті до нашої ери. Своєрідними ракетами для забави при цьому служили бамбукові трубки, які починалися порохом. До речі, проект першого на нашій планеті автомобіля, створений Ньютоном, був також з реактивним двигуном.

Історія створення РД

Тільки в 19-му ст. мрія людства про космос стала набувати конкретних рис. Адже саме в цьому столітті російським революціонером М. І. Кибальчичем був створений перший у світі проект літального апарату з реактивним двигуном. Всі папери були складені народовольцем у в'язниці, куди він потрапив після замаху на Олександра. Але, на жаль, 03.04.1881 м. Кибальчич був страчений, і його ідея не знайшла практичного втілення.

На початку 20-го в. думка про використання ракет для польотів у космос висунув російський вчений К. Е. Ціолковський. Вперше його робота, що містить опис руху тіла змінної маси у вигляді математичного рівняння, була опублікована в 1903 р. Надалі вчений розробив саму схему реактивного двигуна, що приводиться в рух за допомогою рідкого палива.

Також Ціолковським була винайдена багатоступенева ракета і висловлена ідея про створення на навколоземній орбіті справжніх космічних міст. Ціолковський переконливо довів, що єдиним засобом для космічних польотів є ракета. Тобто апарат, обладнаний реактивним двигуном, що заправляється пальним і окислювачем. Тільки така ракета здатна подолати силу тяжкості і здійснювати польоти за межами атмосфери Землі.

Освоєння космосу

Стаття Ціолковського, опублікована в періодичному виданні «Науковий огляд», затвердила за вченим репутацію мрійника. Його доводів ніхто не прийняв всерйоз.

Ідею Ціолковського реалізували радянські вчені. Очолювані Сергієм Павловичем Королевим, вони здійснили запуск першого штучного супутника Землі. 4 жовтня 1957 р. цей апарат доставила на орбіту ракета з реактивним двигуном. Робота РД була заснована на перетворенні хімічної енергії, яка передається паливом газового струменя, перетворюючись на енергію кінетичну. При цьому ракета здійснює рух у зворотному напрямку.

Реактивний двигун, принцип роботи якого використовується вже багато років, знаходить своє застосування не тільки в космонавтиці, але і в авіації. Але найбільше його використовують для запуску ракет. Адже тільки РД здатний переміщати апарат в просторі, в якому відсутнє будь-яке середовище.

Рідинний реактивний двигун

Той, хто стріляв з вогнепальної зброї або просто спостерігав цей процес з боку, знає, що існує сила, яка неодмінно відштовхне ствол назад. Причому при більшій кількості заряду віддача неодмінно збільшується. Так само працює і реактивний двигун. Принцип роботи його схожий з тим, як відбувається відштовхування стовбура назад під дією струменя розпечених газів.

Що стосується ракети, то в ній процес, під час якого відбувається займання суміші, є поступовим і безперервним. Це найпростіший, твердопаливний двигун. Він добре знайомий всім ракетомоделістам.

У рідинному реактивному двигуні (ЖРД) для створення робочого тіла або штовхаючого струменя застосовується суміш, що складається з палива і окислювача. Останнім, як правило, виступає азотна кислота або рідкий кисень. Паливом у ЖРД служить гас.

Принцип роботи реактивного двигуна, який був у перших зразках, збережений і до теперішнього часу. Тільки тепер у ньому використовується рідкий водень. При окисленні цієї речовини питомий імпульс збільшується порівняно з першими ЖРД відразу на 30%. Варто сказати про те, що ідея застосування водню була запропонована самим Ціолковським. Однак існуючі на той момент труднощі роботи з цією надзвичайно вибухонебезпечною речовиною були просто непереборні.

Який принцип роботи реактивного двигуна? Паливо і окислювач потрапляють в робочу камеру з окремих баків. Далі відбувається перетворення компонентів на суміш. Вона згорає, виділяючи при цьому колосальну кількість тепла під тиском в десятки атмосфер.

Компоненти в робочу камеру реактивного двигуна потрапляють по-різному. Окислювач вводиться сюди безпосередньо. А ось паливо проходить довший шлях між стінками камери і сопла. Тут воно розігрівається і, вже маючи високу температуру, вкидається в зону горіння через численні форсунки. Далі струмінь, сформований соплом, виривається назовні і забезпечує літальному апарату штовхаючий момент. Ось так можна розповісти, який має реактивний двигун принцип роботи (коротко). У даному описі не згадуються багато компонентів, без яких робота ЖРД була б неможливою. Серед них компресори, необхідні для створення потрібного для впорська тиску, клапана, живлять турбіни тощо.

Сучасне використання

Незважаючи на те що робота реактивного двигуна вимагає великої кількості палива, ЖРД продовжують служити людям і сьогодні. Їх застосовують як основних маршових двигунів у ракетоносіях, а також маневрових для різних космічних апаратів і орбітальних станцій. В авіації ж використовуються інші види РД, які мають дещо інші робочі характеристики і конструкцію.

Розвиток авіації

З початку 20-го століття, аж до того періоду, коли вибухнула Друга світова війна, люди літали тільки на гвинтомоторних літаках. Ці апарати були оснащені двигунами внутрішнього згоряння. Однак прогрес не стояв на місці. З його розвитком з'явилася потреба у створенні більш потужних і швидких літаків. Однак тут авіаційні конструктори зіткнулися з, здавалося б, нерозв'язною проблемою. Справа в тому, що навіть при незначному збільшенні потужності двигуна значно зростала маса літака. Однак вихід зі створеного становища був знайдений англійцем Фрєнком Віллом. Він створив принципово новий двигун, названий реактивним. Цей винахід дав потужний поштовх для розвитку авіації.

Принцип роботи реактивного двигуна літака схожий з діями пожежного брандспойта. Його шланг має заужений кінець. Витікаючи через вузький отвір, вода значно збільшує свою швидкість. Створюється при цьому сила зворотного тиску настільки сильна, що пожежник насилу утримує в руках шланг. Такою поведінкою води можна пояснити і те, яким є принцип роботи реактивного двигуна літака.

Прямоточні РД

Цей тип реактивного двигуна є найпростішим. Уявити його можна у вигляді труби з відкритими кінцями, яка встановлена на рухомому літаку. У передній частині її поперечний переріз розширюється. Завдяки такій конструкції вхідне повітря знижує свою швидкість, а його тиск збільшується. Найширше місце такої труби є камерою згоряння. Тут відбувається впорскування палива і його подальше згоряння. Такий процес сприяє нагріванню газів, що утворилися, і їх сильному розширенню. При цьому виникає тяга реактивного двигуна. Її виробляють все ті ж гази, коли з силою вириваються назовні з вузького кінця труби. Саме ця тяга і змушує літак летіти.

Проблеми використання

Прямоточні реактивні двигуни мають деякі недоліки. Вони здатні працювати тільки на тому літаку, який знаходиться в русі. Літальний апарат, що знаходиться в стані спокою, прямоточні РД привести в дію не можуть. Для того щоб підняти в повітря такий літак потрібен будь-який інший стартовий двигун.

Вирішення проблеми

Принцип роботи реактивного двигуна літака турбореактивного типу, який позбавлений недоліків прямоточного РД, дозволив авіаційним конструкторам створити найдосконаліший літальний апарат. Як діє цей винахід?

Основний елемент, що знаходиться в турбореактивному двигуні, - газова турбіна. З її допомогою приводиться в дію повітряний компресор, проходячи через який, стиснене повітря прямує в спеціальну камеру. Отримані в результаті згоряння палива (зазвичай це гас) продукти потрапляють на лопаті турбіни, чим приводять її в дію. Далі повітряно-газовий потік переходить в сопло, де розганяється до великих швидкостей і створює величезну реактивну силу тяги.

Збільшення потужності

Реактивна сила тяги може значно зрости за короткий проміжок часу. Для цього використовується дожигання. Воно являє собою впорскування додаткової кількості палива в потік газу, що виривається з турбіни. Невикористаний у турбіні кисень сприяє згорянню гасу, що і збільшує тягу двигуна. На великих швидкостях приріст її значення сягає 70%, а на малих - 25-30%.