Детская энциклопедия

Меню сайта











Авиационные двигатели

Двигатель нужен самолету, чтобы преодоле­вать силу сопротивления, а при разгоне и силу инерции. Сила тяги двигателя рассчитывается на основании тех же законов механики, что и подъемная сила крыла.

От всех других двигателей авиационные отличаются тем, что они должны сравнительно мало весить при весьма большой мощности. Если двигатель окажется слишком тяжелым, то самолет не поднимется в воздух или не сможет взять с собой достаточное количество груза. Поэтому авиационные двигатели изго­товляют из очень легких и вместе с тем до­статочно прочных материалов; их детали всегда максимально облегчены. Но поскольку такие двигатели работают в тяжелых условиях (при большой температуре и с большими напряже­ниями), время их работы до ремонта, как пра­вило, меньше, чем у других двигателей. Срав­нительно короткое время работы авиационных двигателей вызвано также требованием особой надежности и безопасности.

Важнейший качественный показатель дви­гателя — его так называемый удельный вес, т. е. вес, приходящийся на единицу мощности, выраженную по традиции в лошадиных силах. Авиационные поршневые двигатели внутрен­него сгорания имели в 30-х годах нашего века удельный вес 0,7—0,9 кг/л. с., современные пор­шневые — 0,5 кг/л, с., реактивные—всего 0,05— 0,02 кг/л, с., а у современных автомобильных двигателей — более 2 кг/л. с.

Чтобы преобразовать мощность поршневого двигателя в тягу, применяются воздушные вин­ты. Их лопасти, подобно крылу, захватывают воздух и отбрасывают его назад. Это и создает тягу. Теория воздушного винта была создана Н. Е. Жуковским вслед за теорией подъ­емной силы крыла. На старых самолетах уста­навливали деревянные винты. С увеличением скоростей полета потребовалась большая тяга и винты стали делать из металла.

Конструкторы стремятся создать двигатель, который затрачивал бы на получение тяги как

можно меньше мощности. Для этого нужно, например, чтобы каждое сечение лопасти винта имело угол атаки, соответствующий его макси­мальному аэродинамическому качеству. Но при перемене скорости полета наиболее выгодные углы атаки этих сечений изменяются. Поэтому почти у всех современных воздушных винтов ло­пасти могут поворачиваться с помощью специаль­ных механизмов вокруг своей оси (рис. 11).

Это позволяет создавать наивыгоднейший угол атаки лопасти при любой скорости полета. Этот же механизм позволяет установить лопасть винта так, что он тормозит самолет, например, при посадке. В современных воздушных винтах управление установкой угла лопастей почти полностью автоматизировано.

На сверхзвуковых самолетах воздушные винты не применяются. Здесь тягу создает ре­активный двигатель. Реактивные двигатели де­лятся на два основных типа — воздушно-реак­тивные и ракетные.

В простейших воздушно-реактивных двига­телях, которые называют турбореактив­ными (ТРД), используется воздух встреч­ного потока. Воздух сжимается специальным компрессором; затем его сильно нагревают (сжи­гая, например, керосин); он проходит через тур­бину, которая вращает компрессор, и с большой скоростью вытекает назад через реактивное сопло.

Исходя из второго закона Ньютона, можно определить, что тяга двигателя равна ежесе­кундному приросту количества движения воздуха, протекающего через двигатель. Тяга тем больше, чем больше воздуха проходит че­рез двигатель и чем больше увеличивается скорость воздушного потока. Скорость же эта зависит от температуры, достигнутой в резуль­тате сгорания топлива. Чем температура боль­ше, тем лучше. Однако слишком большую тем­пературу допускать нельзя — турбина может

сгореть. Правда, турбины сейчас делают из специальных огнеупорных материалов, которые позволяют повышать температуру потока до + 1000° Ц. Но пока это предел.

И все же выход найден. Конструкторы предложили вторично нагревать струю воздуха в так называемой форсажной камере уже пос­ле того, как эта струя раскрутит турбину компрессора. Тяга двигателя увеличивается на 30—50%.

Основная часть турбореактивного двигате­ля — его компрессор, к нему приложена вся тя­га двигателя.

Современные мощные турбореактивные дви­гатели развивают тягу до 150 000 н; следователь­но, они должны пропускать много воздуха — бо­лее 100 м3/сек. Поэтому у передней, открытой навстречу потоку части двигателя — воздухоза­борника — большие размеры; его внутренний диаметр нередко превышает 1,5 м.

Большая тяга реактивных двигателей тре­бует также и большого количества топлива. На каждый ньютон тяги в течение часа нужно сжи­гать около 0,1 кг керосина. Много это или мало? Давайте подсчитаем. Если полный вес самоле­та 50 т, или около 5 • 105 н, а его аэродинамическое качество равно 5, то, чтобы преодолеть аэроди­намическое сопротивление, двигатель должен развивать тягу не меньше 105 н. Следовательно, за один час полета двигатели будут расходовать

керосина.

А это 1/5 веса всего самолета. Из этого по­нятно, какое большое значение имеет эконо­мичность двигателя и аэродинамическое каче­ство самолета.

При большой скорости полета = 2 или 3) воздух, пройдя через воздухозаборник, сам сильно сжимается. Компрессор с турбиной ста­новятся ненужными. Поэтому можно применить двигатель другого типа — прямоточный воздушно-реактивный (ПВРД). Од­нако надо помнить, что на малых скоростях такой двигатель работать не будет.

Если добиться, чтобы турбина в ТРД погло­щала почти всю энергию разогретого и ускорен­ного потока, то такая турбина сможет вращать не только компрессор, но и воздушный винт. На этом основана конструкция турбовин­тового двигателя. Его можно сделать зна­чительно более мощным, чем обычные двигате­ли внутреннего сгорания. Наибольшая мощ­ность двигателя внутреннего сгорания равна примерно 3000 квт (примерно 4000 л. с.); при этом в двигателе должно быть не меньше 20 цилиндров. А современный турбовинтовой двигатель раз­вивает мощность до 15 000 квт. Можно было бы создать и еще более мощные двигатели, но уже трудно сделать винт, который раз­вивал бы соответствующую тягу и был бы эко­номичным.

На таких больших самолетах, как ТУ-114, ИЛ-18, АН-10, установлены турбовинтовые дви­гатели. При скорости . полета около 800 км/час они экономичнее, чем чисто реактивные.

Воздушно-реактивные двигатели создают тягу, отбрасывая назад воздух, взятый из окру­жающей среды (он же одновременно служит и окислителем при горении топлива). Но с уве­личением высоты полета плотность окружаю­щего воздуха уменьшается. Все меньше его проходит через двигатель, тяга падает. От этого недостатка свободны ракетные двигатели (рис. 12), для работы которых нужно иметь запа­сы и горючего и окислителя. Тяга здесь создает­ся отбрасыванием назад продуктов горения и практически не зависит от окружающей среды.

Ракетные двигатели могут ра­ботать на твердом топливе (порох) и на жидком топливе. Двигатели на жид­ком топливе несколько более эко­номичны, но требуют очень осто­рожного обращения, так как и топливо, и окислитель обычно ядо­виты; в качестве окислителя, на­пример, часто потребляется креп­кая азотная кислота.

Устройство ракетного двигате­ля много проще, чем турбореак­тивного. В нем нет никаких вра­щающихся деталей. Поэтому он во много раз легче, чем двигатели других типов, которые могут раз­вивать такую же тягу. Но зато в полет надо брать много топлива и окислителя — по весу в 15—18 раз больше, чем для турбореактив­ного. Если бы мы захотели, напри­мер, на сверхзвуковой самолет, веся­щий 50 т, поставить ракетный дви­гатель вместо турбореактивного, то на один час полета потребовалось бы не 10 т топлива, а 150—180 т (вместе с окислителем). Это более чем в три раза превышает массу са­мого самолета!

На самолетах ракетные двигатели исполь­зуются только как вспомогательные — для кратковременных полетов на очень большой высоте или для быстрого взлета. Широко ра­кетные двигатели применяются на ракетах, где тяга создается на короткое время: для быстрого разгона зенитной ракеты, для подъема и разго­на баллистических ракет, для запуска спутни­ков, для разгона и торможения космических кораблей. Ракетный двигатель позволяет полу­чить очень большую тягу. Уже сейчас для за­пуска космических кораблей создают двигате­ли с тягой в несколько сот тонн, или миллионы ньютонов!

На тех же принципах, что и воздушно-ре­активные и ракетные двигатели, будут, оче­видно, построены и двигатели будущего. Уче­ные уже думают о реактивных двигателях, в ко­торых воздух будет нагреваться не горением керосина или другого химического топлива, а с помощью управляемой ядерной реакции, подобно тому как нагревается теплоноситель на атомных электростанциях. Разрабатываются ион­ные двигатели. Они тоже будут работать по реак­тивному принципу, но в этих двигателях будет отбрасываться не струя газа, а поток ионов. Подумывают ученые и о фотонных двигателях, в которых силу тяги создает отраженный луч света очень большой силы и интенсивности.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016