0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и принцип работы двигателя самолета

Устройство и принцип работы двигателя самолета

Знания конструкции и основных принципов работы авиадвигателей помогает пилоту эффективно их использовать и избегать отказов силовых установок, а также бороться с неисправностями в полете. Двигатели самолетов можно отнести к четырем разным классам.

Поршневые Двигатели (Piston Engines) устанавливаются на большинстве маленьких самолетов частной авиации.

Турбовинтовые Двигатели (Turboprop Engines) используют энергию турбины для вращения воздушного винта. Они малошумны и очень экономичны. Их недостаток — ограничение по максимальной скорости полета (до 640 км/ч). Поэтому ими оснащают транспортные самолеты ближне и среднемагистральной авиации.

Турбореактивные Двигатели (Turbojet Engines) появились на заре реактивной авиации. Воздух попадает в воздухозаборник и сжимается несколькими последовательно установленными компрессорами (колеса с титановыми лопатками, насаженные на общий вал). После этого поток сжатого и ускоренного воздуха оказывается в камере сгорания, где смеживается с топливом и возгорается. Реактивная струя вращает турбину, которая приводит в действие всасывающие компрессоры и выбрасывается наружу через реактивное сопло. Эта струя и создает тягу двигателя. На выходе из сопла в струю может дополнительно впрыскиваться топливо, что вызывает еще одно возгорание с выделением энергии и называется “форсаж”. Эти двигатели очень мощны, но чудовищно неэкономичны и громогласны. (Самолет Ту-104 в свое время мог запросто звуком высадить окна в строениях по курсу взлета).

Турбовентиляторные Двигатели (Turbofan Engines) это модификация турбореактивных (В России их принято обозначать ТРДД — турбореактивный двигатель двухконтурный). Компрессоры в них уже двух типов. Передние “колеса” на входе в двигатель имеют длинные лопатки (КНД — компрессор низкого давления). КНД отправляет воздух в обход камеры сгорания сразу на выход из двигателя — по внешнему контуру (отсюда и название), создавая тягу подобно турбовинтовому двигателю, просто ускоренным и сжатым воздухом. Но чтобы этот компрессор крутить, второй его собрат установлен чуть дальше и диаметр у него значительно меньше (КВД — компрессор высокого давления). Он отбирает у первого часть воздушного потока (меньшую) и действует подобно турбореактивному двигателю — отправляет ее в камеру сгорания со всеми вытекающими последствиями. На сегодняшний день это наиболее эффективный тип двигателей. Они более мощны, экономичны и меньше шумят, чем турбореактивные. Turbofan легко узнать по характерным очертаниям. Висит под крылом Боинга этакая здоровенная бочка, а сзади из нее торчит вторая — поменьше, но длиннее.

Основные принципы работы поршневых двигателей напоминают автомобиль. Это двигатели одной природы и оба потребляют бензин. Отличают авиационный поршневой двигатель от автомобильного три основные вещи: Большинство авиационных двигателей имеют воздушное охлаждение (за исключением рядных двигателей времен Второй Мировой Войны). Это избавляет от веса радиатора и охлаждающей жидкости, к тому же более безопасно. Отказ или неисправность охлаждающей системы быстро приводит к полному отказу двигателя. Авиационные двигатели имеют двойную систему зажигания с энергией искры вырабатываемой двумя агрегатами под названием “магнето” (Magneto). Это совершенно независимые от аккумулятора устройства. Каждый цилиндр имеет две свечи. Отказ одного магнето или неисправность одной свечи оставляют двигатель работоспособным. Так как самолет во время полета находится на разных высотах, в условиях разного атмосферного давления, его двигатель имеет ручное управление составом горючей смеси (Mixture Control). Пилот использует специальный рычаг, чтобы устанавливать правильный состав смеси при наборе высоты и снижении. Большинство поршневых двигателей имеют карбюратор или систему впрыска топлива (fuel injection system) — “инжектор”, как современный автомобиль. Аналогично автомобильным, двигатель самолета четырехтактный. Карбюраторный двигатель имеет соотношение горючей смеси 15:1 (воздух к топливу) и на земле настроен на “богатую смесь” (красная ручка — Mixture Control на приборной доске перед запуском должна быть поставлена в крайнее верхнее положение). Управляется сочетанием клавиш “Ctrl+Shift+F3” (больше) и “Ctrl+Shift+F2” (меньше). С набором высоты атмосферное давление будет падать. Если не прибрать подачу топлива в карбюратор вы “зальете” двигатель. Это чревато падением оборотов, перерасходом топлива и переохлаждением двигателя. У вас есть прибор “Exhaust Gas Temperature (EGT) Gauge” — температура газа на выходе двигателя (проведите курсором по доске, пока не отыщите его — будут “всплывать” подсказки). Он и поможет правильно регулировать смесь (подробно рассмотрим это на летной подготовке в упражнении “запуск и опробование двигателя”). При снижении нужно также следить за смесью, иначе вы рискуете получить “бедную” смесь и перегреть двигатель. Что, свою очередь приведет к выходу из строя свечей и прочим неприятностям вплоть до отказа двигателя.

Обледенение карбюратора может случиться при температуре окружающего воздуха от -7 до +21 C, наличии густой облачности и повышенной влажности. Это т.н. “условия обледенения”. При переводе режима двигателя или работе на малых оборотах, особенно при снижении горючая смесь может конденсироваться и замерзать прямо в полостях карбюратора. Это неприятная ситуация, которая может иметь грустные последствия. К тому же, необходим опыт полетов, чтобы ее обнаружить. Во-первых, сохраняйте повышенное внимание если видите “условия обледенения”. Термометр у вас в кабине есть (если кликнуть в него мышью он переключается между системой градусов Цельсия и градусов по Фаренгейту). Визуально оценивайте облачность. От пяти баллов, можно начинать беспокоиться. (Ноль баллов — ни одного облачка, 10 баллов — все небо затянуто тучами — Overcast). Просматривайте информацию ATIS о погоде, которая пробегает строкой по экрану, когда вы правильно настраиваете УКВ-частоту данного аэродрома. Во-вторых часто проверяйте группу ПКРД (приборы контроля работы двигателя), там могут появиться косвенные признаки надвигающейся беды. Первый признак — падение давления на входе в цилиндры или “Наддув” на русском самолете ЯК-18Т (Manifold Pressure на американской Цессне). Второй — изменение шума двигателя на более резкий с металлическим оттенком. Ваш двигатель оборудован обогревом воздуха на входе в двигатель. Найдите маленькую кнопку обогрева карбюратора (Carburetor Heat). Она серого цвета. Рядом сней зеленый индикатор-лампочка. Если индикатор горит, значит обогрев включен. Казалось бы, включить обогрев с самого начала, и не морочить голову. Нельзя. Обогрев отбирает мощность двигателя. На взлете вам важна каждая лошадиная сила, а в горизонтальном полете вы существенно повысите расход топлива с включенным обогревом. Топливо стоит денег, а на предельно больших расстояниях и жизни. Мы летать будем над Сибирью, так что будте внимательны. Если грохнетесь в тайгу или болота, спасатели с базы приедут не скоро. Включите обогрев сразу при появлении признаков обледения. Наблюдайте приборы. Сначала упадет давление по прибору “Manifold Pressure”. Если льда в карбюраторе нет, оно так и останется ниже нормального, пока включен обогрев. Ну что же, вы убедились что льда нет — очень хорошо. Будем считать это профилактической мерой, выключайте обогрев. Если лед есть, давление начнет расти после первого падения. Во время таяния льда звук двигателя будет меняться. Когда вы выключите обогрев, давление поднимется выше уровня, который был до его включения. Звук двигателя станет ровным, урчащим. Обогрев можно использовать как предупредительную меру, если вы наблюдаете условия обледения и собираетесь снижаться на малом газе. (Например, — летите выше слоя облаков в температурном диапазоне от -7 до +21 и готовитесь к посадке). Не забудте выключить обогрев, когда пробъете облака и подойдете к аэродрому. Вдруг заход будет неудачным, и придется уходить на второй круг, тогда вам потребуется полная мощность движка. Самолеты с мощностью двигателя больше 200 лс оборудованы инжектором (Fuel Injection System). В симуляторе Microsoft это Extra 300S — спортивный самолет-акробат. Состав смеси по-прежнему регулируется с помощью Mixture Control, но обледенение карбюратора уже не случится (его просто нет). Двигатели с инжектором мощнее, приемистее и лучше запускаются на морозе. Правда они дороже карбюраторных, хуже запускаются в горячем состоянии и труднее повторно запускаются в полете в случае отказа.

Воздушный винт поршневого самолета может быть фиксированным и винтом изменяемого шага — ВИШ . Винт изменяемого шага еще называют винтом постоянной скорости (Constant speed propeller). Такой установлен на Цессне. Эта конструкция винта позволяет поддерживать постоянными выбранные обороты, благодаря тому, что специальное устройство регулирует угол установки лопастей. На Цессне (и на русском Яке) вы управляете оборотами двигателя с помощью перевода винта с малого шага на большой и обратно (рычаг с синей рукояткой — Propeller Advance). Эффект наблюдаете по указателю оборотов — RPM. Рычаг управления двигателем (черная рукоятка) контролирует наддув (Manifold Pressure). Оба органа управления вместе управляют Силой Тяги. Действует железное правило, как нужно управлять двигателем: Для того, чтобы увеличить тягу сначала увеличьте обороты шагом винта (переводом его на малый — синяя ручка вверх, или “Ctrl+F3”), затем увеличьте наддув рычагом управления двигателем — throttle (“F3” или F-16TQS-вперед). Для того, чтобы уменьшить тягу сначала уберите наддув (черная ручка вниз), затем затяжелите винт (перевести синюю ручку вниз). Для того, чтобы это раз и навсегда запомнить представьте себе следующую модель: Трамвайный путь-одноколейка. Впереди — тупик под названием “взлетный режим”. Позади — тупик с названием “малый газ”. Между ними расположено две станции по-порядку от малого газа — “крейсерский режим” и “номинальный режим”. По этому пути ходят два трамвая вперед-назад. Обогнать друг друга на одноколейке у них возможности нет. Тот трамвай, что впереди (ближе к взлетному режиму) — синего цвета (винт), а тот, что позади — черный (РУД). Теперь проанализируйте поведение трамваев, если им нужно на каждой станции быть вместе. В сторону большего режима сначала отправляется синий “винт”, а уж следом черный “наддув”. Назад, к уменьшению режима — обратный порядок.

Это все, что нужно знать о поршневых двигателях для самостоятельных полетов на Цессне в симуляторе. Если будете летать на настоящем самолете, придется еще заучить все рабочие температуры, значения давлений и режимов в конкретных цифрах. О турбовинтовых, турбореактивных и турбокомпрессорных двигателях узнаете из других файлов на нашем сервере.

Как победить аэрофобию или разрушаем мифы, связанные с авиакатастрофами

Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.

Читать еще:  Вибрация двигателя только на холостом ходу


Устройство турбовентиляторного двигателя

Конструкция

Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.

ТРД состоит из нескольких основных элементов:

  • вентилятор;
  • компрессор;
  • камера сгорания;
  • турбина;
  • сопло.

Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.

Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.


Вид самолетного двигателя снаружи

Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.

Режимы работы двигателей

Это состояние, характеризуемое совокупностью параметров двигателя в конкретных условиях полёта при определенном постоянном положении основного регулирующего двигатель устройства (рычага управления двигателем при ручном управлении или задатчика режимов при автоматическом управлении, например с помощью бортовой ЦВМ).

Основными режимами работы ТРД, задаваемыми рычагом управления двигателем (РУД), яв­ляются:

¾ режим малого газа.

ТРДФ имеет, кроме того, режимы пол­ного, минимального и частичного форсажа.

На каждом режиме указываются величины основных контролируемых параметров (частота вращения ротора и температура газа), допустимое время непрерывной или суммарной работы, величины тяги иудельного расхода топлива, гарантируемые заводом-изготови­телем.

Максимальный (взлетный) режим — это режим работы двигателя с

максимальной тягой при данных условиях полета. Он достигается при максимальных значениях частоты вращения ротора и температуры газа перед турбиной. Время непрерывной и суммарной работы на максимальном режиме, как наиболее напряженном режиме, ограничивается технически­
ми
условиями. Максимальный режим используется при взлете, наборе высоты и для увеличения скорости полета.

Номинальным режимом называется режим работы, на котором двигатель может непрерывно работать от 30 мин до 2 ч и более. Режим работы двигателя с наибольшей (при данных внешних условиях его работы) мощностью или тягой, при которой все главные параметры работы двигателя, наиболее характерные для этого режима, не выходят за рамки номинальных значений. Например, номинальная мощность двигателя, номинальная тяга двигателя, номинальная частота вращения, номинальная температура и пр. При этом гарантируется надежная работа в течение значительной части (или всего) срока службы двигателя. У ряда авиационных двигателей длительность непрерывной работы на номинальном режиме не ограничивается в пределах установленного срока службы двигателя. В этом последнем случае режим работы двигателя номинальный совпадает с максимальным крейсерским режимом работы двигателя. Допустимая суммарная наработка составляет 20— 30% ресурса.

Тяга на номинальном режиме равна 85—90% тяги на максимальном режиме, а частота вращения ротора n

ном составляет (0,95 — 0,98)
n
max. Номинальный режим исполь­зуется при длительном наборе высоты и при длительном горизонтальном полете со скоростью, более близкой к максимальной, чем это допускается на максимальном режиме работы двигателя,.

Крейсерскими режимами называются такие режи­мы, на которых двигатель может работать непрерывно в тече­ние всего ресурса без ограничения длительности непрерывной работы. Режим работы двигателя с пониженной по сравнению с номинальным режимом мощностью или тягой. Режим работы двигателя крейсерский используется в длительном горизонтальном полете самолета. На этом режиме гарантируется надежная работа авиационного двигателя в течение всего его срока службы Главные параметры работы двигателя, характеризующие этот режим, также называются крейсерскими, (крейсерская мощность двигателя, крейсерская тяга двигателя, крейсерское число оборотов). Режим работы двигателя крейсерский с наибольшей мощностью или тягой называется максимальным крейсерским режимом работы двигателя. Иногда этот режим называется эксплуатационным. Эти режимы могут подразделяться на мак­симальный крейсерский режим, при котором тяга равна (0,70—0,75)Pтах

и
пКРтах =
0,9
nтах
и минимальный крейсерский режим, при котором тяга составляет (0,5 — 0,6)Р
тах
. Крейсерские режимы, заключенные между но­минальным режимом и режимом полетного малого газа, используются при полетах с большой дальностью и продолжительностью.

Режим малого газа — это режим работы с наименьшей частотой вращения ротора, при которой двигатель, может рабо­тать устойчиво и развивать минимальную тягу. Обычно тяга на режиме малого газа равна (0,03 — 0,05)Ртах,

частота вращения
пмг
(0,3 — 0,4)
nтах.
Большая тяга двигателя на режиме малого газа усложняет посадку самолета, увеличивает длину пробега и вызывает повышенный износ тормозов. Время непрерывной ра­боты на режиме малого газа ограничивается до 10—15мин. вследствие повышенной температуры газа перед турбиной. Раз­личают режимы земного малого газа (ЗМГ) и полет­ного малого газа (ПМГ) (снижение и заход летательного аппарата на посадку). Режимы ПМГ отличаются от ре­жимов ЗМГ повышенными значениями частоты вращения ро­тора и подачи топлива в основную камеру сгорания.

Режим полного форсажа соответствует работе двига­теля при максимальных значениях частоты вращения ротора, температуры газа перед турбиной и температуры газа в фор­сажной камере. Время непрерывной работы на этом режиме ограничивается теми же значениями, что и при работе на мак­симальном режиме. Режим полного форсажа используется при взлете и разгоне самолета до больших сверхзвуковых скоростей.

Режим минимального форсажа соответствует ми­нимальной величине форсажной тяги. Чём меньше тяга двигателя на минимальном форсаже отличается от тяги двигателя на максимальном режиме, тем плавнее осуществляется переход с максимального режима на режим форсажа, тем больше диапа­зон форсажных режимов полета самолета.

Режимы, заключенные между полным и минимальным фор­сажем, называются режимами частичного форсажа или крейсерскими форсажными режимами.

Может ли самолет сдуть автомобиль?

Вы боитесь реактивных двигателей? Еще бы! Они так страшно ревут, в них чувствуется адская силища. Всего двух моторов достаточно, чтобы возить через Атлантику стотонный «Боинг-757». Что же будет, если подставить под струю такого движка автомобиль, весящий жалкие полторы тонны?

Не стой под струей

Как гласит легенда, в одном аэропорту на летное поле однажды выскочило то ли такси, то ли персональный автомобиль Очень Важного Человека. Пассажир этой машины, судя по всему, опаздывал на самолет, но улететь ему в тот день не удалось. Несясь по летному полю, машина неожиданно попала под реактивную струю одного из лайнеров. И ее просто сдуло с дороги, несколько раз перевернув в воздухе. Чудом обошлось без жертв.

Возможно ли это на самом деле? Действительно ли реактивные двигатели обладают такой силой, что могут заставить летать автомобиль? Для установления истины «разрушителям легенд» потребовались две вещи: реактивный двигатель и автомобиль.

Пламенный мотор

Понятное дело, сидеть в машине, которую должно унести реактивной струей, никто не захочет. Поэтому пришлось создать радиоуправляемый автомобиль. За основу взяли старое списанное такси и переделали в нем рулевое управление. Как в детской игрушке: специальные механизмы поворачивали руль, нажимали на газ и тормозили.

Теперь надо было найти подходящий реактивный двигатель. Купить списанный движок не составило труда, но заводить его городские власти категорически запретили. Тяга каждого из двигателей реактивного лайнера — около 20 тонн (!). На чем закрепить такую махину, чтобы ее саму не унесло?

Пришлось переделывать установку под менее мощные движки, снятые с учебных истребителей. Они давали меньшую тягу, зато их было целых пять, так что сообща они, возможно, превзошли бы по силе большой мотор. Разрешение на запуск было получено, и команда отправилась ставить головокружительный эксперимент.

Увы, проезд автомобиля через реактивную струю не произвел ожидаемого эффекта. Машина слегка раскачивалась, но взмывать в воздух не хотела!

Неужели история про такси — обыкновенная байка? В следующем дубле «разрушители» поставили машину прямо перед соплами. Скорость струи, бившей в борта несчастного автомобиля, достигала 500 км/ч. От машины отлетели пластиковые бамперы, с крыши сорвало «шашечки», укатились колесные колпаки… Но машина стояла, не отрываясь от земли!

Предварительный итог

Что же, миф можно считать развеянным? И да, и нет. Ведь история с перевертыванием такси приключилась на самом деле — в 2002 году в аэропорту Рио-де-Жанейро. Но там виновником происшествия стал не списанный двигатель учебного истребителя, а именно огромный мотор пассажирского лайнера. Он устроен по-другому и, может быть, способен опрокинуть даже самосвал. Но кто же разрешит телевизионщикам баловаться с таким монстром?

Миф. Еще одна история, объединяющая автомобили и самолеты. Очень часто цитируется в интернете и уже стала международной байкой. Согласно канонической версии, некий служащий авиабазы в США, где размещались транспортные самолеты, выкрал несколько твердотопливных реактивных ускорителей. Эти ускорители, имея большую тягу, сокращают разбег тяжелых транспортных самолетов. Две такие ракеты он приделал на свой автомобиль, который решил испытать на пустынном отрезке шоссе. Кончилось это плачевно: разогнавшись до скорости более 500 км/ч, автомобиль взлетел и, преодолев по воздуху несколько миль, разбился о скалу, а водителя-пилота смогли опознать только по отпечаткам зубов на руле. В действительности эта история — миф: ускорители, согласно проведенным исследованиям, не могут сделать автомобиль летающим, они работают слишком недолго. Реактивный двигатель от истребителя мог бы помочь, но с ним автомобиль переворачивается и взрывается.

Читать еще:  Двигатель в20в хонда не заводится

Смотреть онлайн, как машину сдуло реактивным двигателем пассажирского самолета:

©При частичном или полном использовании данной статьи — активная гиперссылка ссылка на познавательный журнал alfaed.ru ОБЯЗАТЕЛЬНА

Вас это заинтересует:

Что такое Орбитальная станция?

Как работает реактивный двигатель?

Кто на самом деле придумал швейную машинку Зингер?

Самолет на батарейках. Как будет работать электрический двигатель, которые создают для российской авиации

В России создали прототип электрического авиационного двигателя. Уже в 2020 году самолет с таким агрегатом отправится в первый полет. Какое будущее у двигателей такого плана?

О создании прототипа электрического авиадвигателя сообщил генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П. И. Баранова Михаил Гордин. Самолет «Сигма-4» с аккумулятором на 80 лошадиных сил планировали поднять в воздух еще в 2019 году, но во время эксперимента столкнулись с определенными трудностями. Впоследствии неудачный опыт учли и переделали систему.

«В этом году самолет должен полететь на аккумуляторе, а через год попробуем сделать это на топливном элементе. Этот мотор служит прототипом электрического авиационного двигателя», — сказал Гордин.

Электрический двигатель

Раньше россияне знали только два вида электрического транспорта — троллейбусы и трамваи. Но впоследствии начали появляться непопулярные в России электромобили, а потом на дороги выехали автобусы с электрическими двигателями. Например, за 2019 год на улицы Москвы вышло 300 электробусов, а в 2020-м обещали еще столько же.

Источник фото: сайт правительства Москвы

Разобрать потенциальные проблемы электрических авиадвигателей можно как раз на примере электробусов, принцип работы и обслуживания которых уже понятен.

У электробуса есть два главных плюса: экологичность и дешевизна обслуживания — он не требует регулярных вложений. Однако срок жизни батареи электробуса — 7,5 года. Так как электродвигатель не подлежит капитальному ремонту, его можно будет только заменять на совершенно новый, а стоить он будет около 11 миллионов рублей. Для сравнения: обычный новый автобус целиком стоит от 12 до 15 миллионов.

Безусловно, электробусы помогают экологии. В таких машинах нет двигателя внутреннего сгорания (ДВС), им не нужен бензин в качестве топлива, то есть он не выбрасывает в атмосферу вредные вещества.

У электрического двигателя самолета будет такой же принцип работы, что и у электробуса. У такого агрегата будут схожие плюсы и минусы. Старший редактор интернет-издания «Транспорт в России» Павел Яблоков по просьбе «360» объяснил, что аккумулятор не только очень тяжелый, но и занимает много места. Как это должно работать в самолете, тоже пока не понятно, но это лотерея, в которой нужно поучаствовать, считает специалист.

Источник фото: Pixabay

«До определенной поры развития техники не было никаких альтернатив [в вопросе выбора двигателя]. Сейчас эта альтернатива появляется. И она логичная, даже невзирая на плюсы и минусы. Просто попробовать заглянуть в это направление, а потом делать выводы», — подчеркнул Яблоков.

Эксперт отметил, что электрические двигатели считаются более долговечными, чем традиционные ДВС. Причина в том, что у батареи меньше изнашивающихся частей. То есть там почти никакие элементы двигателя не соприкасаются, никаких взрывов не происходит и бензин не влияет на работоспособность агрегата.

В этом очевидном плюсе есть минус — аккумулятор не поддается капитальному ремонту. Можно заменить лишь отдельные части, но «поставить на ноги» вышедший из строя электродвигатель невозможно — его нужно менять целиком. И здесь встает вопрос надежности.

«Когда работает электродвигатель, он должен иметь надежный источник энергии (например, провод или рельсы — прим. ред.). Для аккумуляторов [самолета] это не будет постоянной энергией, потому что у аккумуляторов один заряд. К концу полета, понятно, уровень заряда снизится. Вопрос в том, насколько этот „электрический бак“ сможет вывезти этот полет», — сказал Павел Яблоков.

Стоит помнить: дизельный самолет потребляет огромное количество топлива. То есть он будет требовать большой запас энергии, чтобы долететь из точки А в точку Б.

По мнению Яблокова, будущее за использованием различных видов топлива в зависимости от условий, в которых эксплуатируется тот или иной транспорт.

Тренд развития

Управляющий директор журнала «Авиатранспортное обозрение» Максим Пядушкин в беседе с «360» отметил, что электродвигатели в самолетах — один из трендов развития мировой авиации. Специалисты отрасли пытаются перейти на электрические двигатели, потому что они меньше весят, более эффективные, тратят меньше топлива. Но пока авиация в начале пути.

Созданный прототип Пядушкин назвал слабым, так как 80 лошадиных сил способны поднять в воздух очень маленький самолет, который даже вряд ли сможет везти одного человека. В то же время не факт, что в будущем такие агрегаты будут исключительно на электричестве. Вероятно, инженеры будут работать над гибридной установкой. Это значит, что ДВС будет крутиться, двигать самолет и одновременно заряжать аккумулятор.

До времен, когда большие пассажирские самолеты будут оснащены полностью электрическим двигателем, еще очень далеко

По мнению специалиста, самолеты с такими агрегатами будут пользоваться популярностью только в частной, любительской и спортивной авиации либо такие двигатели будут ставить на беспилотники.

IT News

  • Новости науки
  • Новости игр
  • Новости IT
  • Другие новости
  • Физика
  • Погода и климат
  • Человеческое тело
  • Подводный мир
  • Все о транспорте

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Как работает реактивный двигатель?

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Дата Категория: Транспорт

Вращающийся воздушный винт тянет самолет вперед. Но реактивный двигатель с большой скоростью выбрасывает горячие отработавшие газы назад и тем самым создает реактивную силу тяги, направленную вперед.

Типы реактивных двигателей

Существует четыре типа реактивных, или газотурбинных двигателей:

Турбореактивные;

Турбовентиляторные — такие, как используемые на пассажирских лайнерах Боинг-747;

Турбовинтовые, где используют воздушные винты, приводимые в действие турбинами;

и Турбовальные, которые ставят на вертолеты.

Турбовентиляторный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины, дающей энергию. Сначала воздух поступает в двигатель и сжимается при помощи вентилятора. Затем, в камере сгорания, сжатый воздух смешивается с горючим и сгорает, образуя газ при высокой температуре и высоком давлении. Этот газ проходит через турбину, заставляя ее вращаться с огромной скоростью, и выбрасывается назад, создавая таким образом реактивную силу тяги, направленную вперед.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Попав в турбинный двигатель, воздух проходит несколько ступеней сжатия. Особенно сильно вырастают давление и объем газа после прохождения камеры сгорания. Сила тяги, создаваемая выхлопными газами, позволяет реактивным самолетам двигаться на высотах и скоростях, намного превосходящих те, что доступны винтокрылым машинам с поршневыми двигателями.

Турбореактивный двигатель

В турбореактивном двигателе воздух забирается спереди, сжимается и сгорает вместе с топливом. Образующиеся в результате сгорания выхлопные газы создают реактивную силу тяги.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовые двигатели соединяют реактивную тягу выхлопных газов с передней тягой, создаваемой при вращении воздушного винта.

Реактивный двигатель: принцип действия (кратко). Принцип работы реактивного двигателя самолета

Под реактивным понимают движение, при котором от тела с определенной скоростью отделяется одна из его частей. Возникающая в результате такого процесса сила действует сама по себе. Другими словами, у нее отсутствует даже малейший контакт с внешними телами.

Реактивное движение в природе

Во время летнего отдыха на юге практически каждый из нас, купаясь в море, встречался с медузами. Но мало кто задумывался о том, что эти животные перемещаются так же, как реактивный двигатель. Принцип работы в природе подобного агрегата можно наблюдать при перемещении некоторых видов морских планктонов и личинок стрекоз. Причем КПД этих беспозвоночных зачастую выше, чем у технических средств.

Кто еще может наглядно продемонстрировать, какой имеет реактивный двигатель принцип работы? Кальмар, осьминог и каракатица. Подобное движение совершают и многие другие морские моллюски. Возьмем, например, каракатицу. Она вбирает воду в свою жаберную полость и энергично выбрасывает ее через воронку, которую направляет назад или вбок. При этом моллюск способен совершать движения в нужную сторону.

Принцип работы реактивного двигателя можно наблюдать и при перемещении сальца. Это морское животное принимает воду в широкую полость. После этого мышцы его тела сокращаются, выталкивая жидкость через отверстие, находящееся сзади. Реакция получаемой при этом струи позволяет сальце совершать движение вперед.

Морские ракеты

Но самого большего совершенства в реактивной навигации достигли все-таки кальмары. Даже сама форма ракеты, кажется, скопирована именно с этого морского обитателя. При перемещении с низкой скоростью кальмар периодически изгибает свой ромбовидный плавник. А вот для быстрого броска ему приходится использовать собственный «реактивный двигатель». Принцип работы всех его мышц и тела при этом стоит рассмотреть подробнее.

У кальмаров есть своеобразная мантия. Это мышечная ткань, которая окружает его тело со всех сторон. Во время движения животное засасывает в эту мантию большой объем воды, резко выбрасывая струю через специальное узкое сопло. Такие действия позволяют кальмарам двигаться толчками назад со скоростью до семидесяти километров в час. Во время перемещения животное собирает в пучок все свои десять щупалец, что придает телу обтекаемую форму. В сопле имеется специальный клапан. Животное поворачивает его при помощи сокращения мышц. Это позволяет морскому обитателю менять направление движения. Роль руля во время перемещений кальмара играют и его щупальца. Их он направляет влево или вправо, вниз или вверх, легко уклоняясь от столкновений с различными препятствиями.

Читать еще:  Характеристика и ремонт двигателя ямз

Существует вид кальмаров (стенотевтис), которому принадлежит звание лучшего пилота среди моллюсков. Опишите принцип работы реактивного двигателя — и вы поймете, почему, преследуя рыб, это животное порой выскакивает из воды, попадая даже на палубы судов, идущих по океану. Как же это происходит? Кальмар-пилот, находясь в водной стихии, развивает максимальную для него реактивную тягу. Это и позволяет ему пролететь над волнами на расстояние до пятидесяти метров.

Если рассматривать реактивный двигатель, принцип работы какого животного можно упомянуть еще? Это, на первый взгляд, мешковатые осьминоги. Пловцы из них не такие быстрые, как кальмары, но в случае опасности их скорости могут позавидовать даже лучшие спринтеры. Биологи, изучавшие миграции осьминогов, установили, что перемещаются они наподобие того, какой имеет реактивный двигатель принцип работы.

Животное с каждой струей воды, выброшенной из воронки, делает рывок на два или даже на два с половиной метра. При этом плывет осьминог своеобразно – задом наперед.

Другие примеры реактивного движения

Существуют свои ракеты и в мире растений. Принцип реактивного двигателя можно наблюдать тогда, когда даже при очень легком прикосновении «бешеный огурец» с высокой скоростью отскакивает от плодоножки, одновременно отторгая клейкую жидкость с семенами. При этом сам плод отлетает на значительное расстояние (до 12 м) в противоположном направлении.

Принцип работы реактивного двигателя можно наблюдать также, находясь в лодке. Если из нее в воду в определенном направлении бросать тяжелые камни, то начнется движение в противоположную сторону. Такой же имеет и ракетный реактивный двигатель принцип работы. Только там вместо камней используются газы. Они создают реактивную силу, обеспечивающую движение и в воздухе, и в разряженном пространстве.

Фантастические путешествия

О полетах в космос человечество мечтало давно. Об этом свидетельствуют произведения писателей-фантастов, которые для достижения этой цели предлагали самые разнообразные средства. Например, герой рассказа французского писателя Эркюля Савиньена Сирано де Бержерака достиг Луны на железной повозке, над которой постоянно подбрасывался сильный магнит. До этой же планеты добрался и знаменитый Мюнхгаузен. Совершить путешествие ему помог гигантский стебель боба.

Реактивное движение использовалось в Китае еще в первом тысячелетии до нашей эры. Своеобразными ракетами для забавы при этом служили бамбуковые трубки, которые начинялись порохом. Кстати, проект первого на нашей планете автомобиля, созданный Ньютоном, был также с реактивным двигателем.

История создания РД

Только в 19-м в. мечта человечества о космосе стала приобретать конкретные черты. Ведь именно в этом столетии русским революционером Н. И. Кибальчичем был создан первый в мире проект летательного аппарата с реактивным двигателем. Все бумаги были составлены народовольцем в тюрьме, куда он попал после покушения на Александра. Но, к сожалению, 03.04.1881 г. Кибальчич был казнен, и его идея не нашла практического воплощения.

В начале 20-го в. мысль об использовании ракет для полетов в космос выдвинул русский ученый К. Э. Циолковский. Впервые его работа, содержащая описание движения тела переменной массы в виде математического уравнения, была опубликована в 1903 г. В дальнейшем ученый разработал саму схему реактивного двигателя, приводящегося в движение при помощи жидкого топлива.

Также Циолковским была изобретена многоступенчатая ракета и высказана идея о создании на околоземной орбите настоящих космических городов. Циолковский убедительно доказал, что единственным средством для космических полетов является ракета. То есть аппарат, оборудованный реактивным двигателем, заправляемый горючим и окислителем. Только такая ракета способна преодолеть силу тяжести и совершать полеты за пределами атмосферы Земли.

Освоение космоса

Статья Циолковского, опубликованная в периодическом издании «Научное обозрение», утвердила за ученым репутацию мечтателя. Его доводов никто не принял всерьез.

Идею Циолковского реализовали советские ученые. Возглавляемые Сергеем Павловичем Королевым, они осуществили запуск первого искусственного спутника Земли. 4 октября 1957 г. этот аппарат доставила на орбиту ракета с реактивным двигателем. Работа РД была основана на преобразовании химической энергии, которая передается топливом газовой струе, превращаясь в энергию кинетическую. При этом ракета совершает движение в обратном направлении.

Реактивный двигатель, принцип работы которого используется уже много лет, находит свое применение не только в космонавтике, но и в авиации. Но более всего его используют для запуска ракет. Ведь только РД способен перемещать аппарат в пространстве, в котором отсутствует любая среда.

Жидкостный реактивный двигатель

Тот, кто стрелял из огнестрельного оружия или просто наблюдал этот процесс со стороны, знает, что существует сила, которая непременно оттолкнет ствол назад. Причем при большем количестве заряда отдача непременно увеличивается. Так же работает и реактивный двигатель. Принцип работы его схож с тем, как происходит отталкивание ствола назад под действием струи раскаленных газов.

Что касается ракеты, то в ней процесс, во время которого происходит воспламенение смеси, является постепенным и непрерывным. Это самый простой, твердотопливный двигатель. Он хорошо знаком всем ракетомоделистам.

В жидкостном реактивном двигателе (ЖРД) для создания рабочего тела или толкающей струи применяется смесь, состоящая из топлива и окислителя. Последним, как правило, выступает азотная кислота или жидкий кислород. Топливом в ЖРД служит керосин.

Принцип работы реактивного двигателя, который был в первых образцах, сохранен и до настоящего времени. Только теперь в нем используется жидкий водород. При окислении этого вещества удельный импульс увеличивается по сравнению с первыми ЖРД сразу на 30%. Стоит сказать о том, что идея применения водорода была предложена самим Циолковским. Однако существующие на тот момент трудности работы с этим чрезвычайно взрывоопасным веществом были просто непреодолимы.

Каков принцип работы реактивного двигателя? Топливо и окислитель попадают в рабочую камеру из отдельных баков. Далее происходит превращение компонентов в смесь. Она сгорает, выделяя при этом колоссальное количество тепла под давлением в десятки атмосфер.

Компоненты в рабочую камеру реактивного двигателя попадают по-разному. Окислитель вводится сюда напрямую. А вот топливо проходит более длинный путь между стенками камеры и сопла. Здесь оно разогревается и, уже имея высокую температуру, вбрасывается в зону горения через многочисленные форсунки. Далее струя, сформированная соплом, вырывается наружу и обеспечивает летательному аппарату толкающий момент. Вот так можно рассказать, какой имеет реактивный двигатель принцип работы (кратко). В данном описании не упоминаются многие компоненты, без которых работа ЖРД была бы невозможной. Среди них компрессоры, необходимые для создания нужного для впрыска давления, клапана, питающие турбины и т. д.

Современное использование

Несмотря на то что работа реактивного двигателя требует большого количества топлива, ЖРД продолжают служить людям и сегодня. Их применяют в качестве основных маршевых двигателей в ракетоносителях, а также маневровых для различных космических аппаратов и орбитальных станций. В авиации же используются другие виды РД, которые имеют несколько иные рабочие характеристики и конструкцию.

Развитие авиации

С начала 20-го столетия, вплоть до того периода, когда разразилась Вторая мировая война, люди летали только на винтомоторных самолетах. Эти аппараты были оснащены двигателями внутреннего сгорания. Однако прогресс не стоял на месте. С его развитием появилась потребность в создании более мощных и быстрых самолетов. Однако здесь авиационные конструкторы столкнулись с, казалось бы, неразрешимой проблемой. Дело в том, что даже при незначительном увеличении мощности двигателя значительно возрастала масса самолета. Однако выход из создавшего положения был найден англичанином Френком Уиллом. Он создал принципиально новый двигатель, названный реактивным. Это изобретение дало мощный толчок для развития авиации.

Принцип работы реактивного двигателя самолета схож с действиями пожарного брандспойта. Его шланг имеет зауженный конец. Вытекая через узкое отверстие, вода значительно увеличивает свою скорость. Создающаяся при этом сила обратного давления настолько сильна, что пожарный с трудом удерживает в руках шланг. Таким поведением воды можно объяснить и то, каков принцип работы реактивного двигателя самолета.

Прямоточные РД

Этот тип реактивного двигателя является самым простым. Представить его можно в виде трубы с открытыми концами, которая установлена на движущемся самолете. В передней части ее поперечное сечение расширяется. Благодаря такой конструкции входящий воздух снижает свою скорость, а его давление увеличивается. Самое широкое место такой трубы является камерой сгорания. Здесь происходит впрыскивание топлива и его дальнейшее сгорание. Такой процесс содействует нагреванию образовавшихся газов и их сильному расширению. При этом возникает тяга реактивного двигателя. Ее производят все те же газы, когда с силой вырываются наружу из узкого конца трубы. Именно эта тяга и заставляет самолет лететь.

Проблемы использования

Прямоточные реактивные двигатели имеют некоторые недостатки. Они способны работать только на том самолете, который находится в движении. Летательный аппарат, находящийся в состоянии покоя, прямоточные РД привести в действие не могут. Для того чтобы поднять в воздух такой самолет нужен любой другой стартовый двигатель.

Решение проблемы

Принцип работы реактивного двигателя самолета турбореактивного типа, который лишен недостатков прямоточного РД, позволил авиационным конструкторам создать самый совершенный летательный аппарат. Как действует это изобретение?

Основной элемент, находящийся в турбореактивном двигателе, – газовая турбина. С ее помощью приводится в действие воздушный компрессор, проходя через который, сжатый воздух направляется в специальную камеру. Полученные в результате сгорания топлива (обычно это керосин) продукты попадают на лопасти турбины, чем приводят ее в действие. Далее воздушно-газовый поток переходит в сопло, где разгоняется до больших скоростей и создает огромнейшую реактивную силу тяги.

Увеличение мощности

Реактивная сила тяги может значительно возрасти за короткий промежуток времени. Для этого используется дожигание. Оно представляет собой впрыскивание дополнительного количества топлива в поток газа, вырывающийся из турбины. Неиспользованный в турбине кислород способствует сгоранию керосина, что и увеличивает тягу двигателя. На больших скоростях прирост ее значения достигает 70%, а на малых – 25-30%.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector