Silnik odrzutowy. Historia wynalazku i produkcji

Bezpłatna biblioteka techniczna

HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Darmowa biblioteka / Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Silnik odrzutowy. Historia wynalazku i produkcji

Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Komentarze do artykułu

Silnik odrzutowy to silnik, który wytwarza siłę pociągową niezbędną do ruchu, przekształcając energię wewnętrzną paliwa w energię kinetyczną strumienia płynu roboczego.

Płyn roboczy wypływa z silnika z dużą prędkością i zgodnie z prawem zachowania pędu powstaje siła reakcji, która popycha silnik w przeciwnym kierunku. Aby przyspieszyć płyn roboczy, zarówno ekspansja gazu ogrzanego w taki czy inny sposób do wysokiej temperatury termicznej (tak zwane termiczne silniki odrzutowe), jak i inne zasady fizyczne, na przykład przyspieszenie naładowanych cząstek w polu elektrostatycznym ( patrz silnik jonowy ), można użyć.

Silnik odrzutowy łączy sam silnik ze śmigłem, to znaczy wytwarza przyczepność tylko poprzez interakcję z płynem roboczym, bez podparcia lub kontaktu z innymi ciałami. Z tego powodu jest najczęściej używany do napędzania samolotów, rakiet i statków kosmicznych.

Silnik odrzutowy

W silniku odrzutowym siła ciągu niezbędna do ruchu powstaje poprzez zamianę energii początkowej na energię kinetyczną płynu roboczego. W wyniku wygaśnięcia płynu roboczego z dyszy silnika powstaje siła reakcji w postaci odrzutu (strumienia). Odrzut porusza silnikiem i strukturalnie z nim połączonym urządzeniem w przestrzeni. Ruch odbywa się w kierunku przeciwnym do wypływu strumienia. Różne rodzaje energii można przekształcić w energię kinetyczną strumienia: chemiczną, jądrową, elektryczną, słoneczną. Silnik odrzutowy zapewnia własny ruch bez udziału mechanizmów pośrednich.

Do wytworzenia ciągu odrzutowego potrzebne jest źródło energii początkowej, która jest przekształcana w energię kinetyczną strumienia odrzutowego, płyn roboczy wyrzucany z silnika w postaci strumienia odrzutowego oraz sam silnik odrzutowy, który przekształca pierwszy rodzaj energii do drugiego.

Główną częścią silnika odrzutowego jest komora spalania, w której powstaje płyn roboczy.

Wszystkie silniki odrzutowe dzielą się na dwie główne klasy, w zależności od tego, czy wykorzystują środowisko w swojej pracy, czy też nie.

Pierwsza klasa to silniki odrzutowe (WFD). Wszystkie są termiczne, w których płyn roboczy powstaje podczas reakcji utleniania substancji palnej z tlenem z otaczającego powietrza. Główną masą płynu roboczego jest powietrze atmosferyczne.

W silniku rakietowym wszystkie składniki płynu roboczego znajdują się na pokładzie wyposażonej w niego aparatury.

Istnieją również połączone silniki, które łączą oba powyższe typy.

Po raz pierwszy napęd odrzutowy zastosowano w kuli Herona – prototypie turbiny parowej. Silniki odrzutowe na paliwo stałe pojawiły się w Chinach w X wieku. N. mi. Takie rakiety były używane na Wschodzie, a następnie w Europie do fajerwerków, sygnalizacji, a następnie jako bojowe.

Ważnym etapem rozwoju idei napędu odrzutowego był pomysł wykorzystania rakiety jako silnika do samolotu. Po raz pierwszy sformułował go rosyjski rewolucjonista N. I. Kibalchich, który w marcu 1881 r., na krótko przed swoją egzekucją, zaproponował schemat samolotu (samolotu rakietowego) wykorzystującego ciąg odrzutowy wybuchowych gazów prochowych.

NE Żukowski w swoich pracach „O reakcji wypływającego i napływającego płynu” (lata 1880. XIX wieku) oraz „O teorii statków wprawianych w ruch siłą reakcji wypływającej wody” (1908) jako pierwszy rozwinął główne zagadnienia teorii strumienia silnik.

Interesujące prace nad badaniem lotu rakiety należą również do słynnego rosyjskiego naukowca I. V. Meshchersky'ego, w szczególności w dziedzinie ogólnej teorii ruchu ciał o zmiennej masie.

W 1903 roku KE Ciołkowski w swojej pracy „Badanie przestrzeni świata za pomocą urządzeń reaktywnych” podał teoretyczne uzasadnienie lotu rakiety, a także schematyczny diagram silnika rakietowego, który przewidywał wiele podstawowych i projektowych cechy nowoczesnych silników rakietowych na paliwo ciekłe (LRE). Tak więc Ciołkowski przewidział użycie ciekłego paliwa do silnika odrzutowego i jego dostarczenie do silnika za pomocą specjalnych pomp. Zaproponował sterowanie lotem rakiety za pomocą sterów gazowych - specjalnych płyt umieszczonych w strumieniu gazów emitowanych z dyszy.

Cechą silnika na paliwo ciekłe jest to, że w przeciwieństwie do innych silników odrzutowych niesie ze sobą cały zapas utleniacza wraz z paliwem i nie pobiera powietrza zawierającego tlen, niezbędnego do spalania paliwa z atmosfery. Jest to jedyny silnik, który może być używany do lotów na bardzo dużych wysokościach poza ziemską atmosferą.

Pierwsza na świecie rakieta z silnikiem rakietowym na paliwo ciekłe została stworzona i wystrzelona 16 marca 1926 roku przez Amerykanina R. Goddarda. Ważył około 5 kilogramów, a jego długość dochodziła do 3 m. Rakieta Goddarda była napędzana benzyną i ciekłym tlenem. Lot tej rakiety trwał 2,5 sekundy, podczas której przeleciała 56 m.

Systematyczne prace eksperymentalne nad tymi silnikami rozpoczęły się w latach 30. XX wieku.

Pierwsze radzieckie silniki rakietowe zostały opracowane i stworzone w latach 1930-1931. w Leningradzkim Laboratorium Dynamiki Gazu (GDL) pod kierunkiem przyszłego akademika V.P. Głuszko. Ta seria nazywała się ORM - doświadczony silnik rakietowy. Głuszko zastosował kilka nowości, np. chłodzenie silnika jednym ze składników paliwowych.

Równolegle rozwój silników rakietowych był prowadzony w Moskwie przez Jet Propulsion Study Group (GIRD). Jej ideowym inspiratorem był F. A. Zander, a organizatorem młody S. P. Korolew. Celem Korolewa było zbudowanie nowego aparatu rakietowego - samolotu rakietowego.

W 1933 roku FA Zander zbudował i pomyślnie przetestował silnik rakietowy OR1, który działał na benzynie i sprężonym powietrzu, aw latach 1932-1933. - silnik OP2, na benzynę i ciekły tlen. Silnik ten został zaprojektowany do zainstalowania na szybowcu, który miał latać jako samolot rakietowy.

W 1933 roku w GIRD stworzono i przetestowano pierwszą radziecką rakietę na paliwo ciekłe.

Rozwijając rozpoczęte prace, sowieccy inżynierowie kontynuowali następnie prace nad stworzeniem silników odrzutowych na paliwo ciekłe. W sumie w ZSRR w latach 1932–1941 opracowano 118 projektów silników odrzutowych na paliwo ciekłe.

W Niemczech w 1931 r. rakiety testowali I. Winkler, Riedel i inni.

Pierwszy lot samolotem o napędzie rakietowym z silnikiem na paliwo ciekłe odbył się w Związku Radzieckim w lutym 1940 r. Jako napęd samolotu wykorzystano LRE. W 1941 roku pod kierownictwem radzieckiego konstruktora VF Bolchowitinowa zbudowano pierwszy myśliwiec odrzutowy z silnikiem na paliwo ciekłe. Jego testy zostały przeprowadzone w maju 1942 r. przez pilota G. Ya Bakhchivadzhi.

W tym samym czasie odbył się pierwszy lot niemieckiego myśliwca z takim silnikiem. W 1943 roku Stany Zjednoczone przetestowały pierwszy amerykański samolot odrzutowy, na którym zainstalowano silnik na paliwo ciekłe. W Niemczech w 1944 roku zbudowano kilka myśliwców z silnikami zaprojektowanymi przez Messerschmitta, które w tym samym roku zostały użyte w sytuacji bojowej na froncie zachodnim.

Ponadto w niemieckich rakietach V2, tworzonych pod kierunkiem W. von Brauna, zastosowano silniki rakietowe na paliwo ciekłe.

W latach pięćdziesiątych silniki rakietowe na paliwo ciekłe instalowano na pociskach balistycznych, a następnie na sztucznych satelitach Ziemi, Słońca, Księżyca i Marsa, automatycznych stacjach międzyplanetarnych.

Silnik rakietowy składa się z komory spalania z dyszą, zespołu turbopompowego, generatora gazu lub generatora parowo-gazowego, układu automatyki, elementów sterujących, układu zapłonowego oraz jednostek pomocniczych (wymienniki ciepła, mieszadła, napędy).

Pomysł silników odrzutowych był wielokrotnie przedstawiany w różnych krajach. Do najważniejszych i najbardziej oryginalnych prac w tym zakresie należą badania przeprowadzone w latach 1908-1913. Francuski naukowiec R. Loren, który w szczególności w 1911 r. Zaproponował szereg schematów silników strumieniowych. Silniki te wykorzystują powietrze atmosferyczne jako utleniacz, a powietrze w komorze spalania jest sprężane przez dynamiczne ciśnienie powietrza.

W maju 1939 r. w ZSRR odbyły się pierwsze próby rakiety z silnikiem strumieniowym projektu P. A. Merkułowa. Była to rakieta dwustopniowa (pierwszy stopień to rakieta prochowa) o masie startowej 7,07 kg, a masa paliwa do drugiego stopnia silnika strumieniowego wynosiła zaledwie 2 kg. Podczas testu rakieta osiągnęła wysokość 2 km.

W latach 1939-1940. po raz pierwszy na świecie w Związku Radzieckim przeprowadzono letnie testy silników odrzutowych zainstalowanych jako silniki dodatkowe na samolocie zaprojektowanym przez N.P. Polikarpowa. W 1942 roku w Niemczech testowano silniki strumieniowe zaprojektowane przez E. Sengera.

Silnik odrzutowy składa się z dyfuzora, w którym powietrze jest sprężane w wyniku energii kinetycznej nadlatującego powietrza. Paliwo jest wtryskiwane do komory spalania przez dyszę i mieszanka zapala się. Strumień strumienia wychodzi przez dyszę.

Działanie RDW jest ciągłe, więc nie ma w nich ciągu startowego. W związku z tym przy prędkościach lotu mniejszych niż połowa prędkości dźwięku silniki odrzutowe nie są używane. Zastosowanie WFD jest najbardziej skuteczne przy prędkościach naddźwiękowych i na dużych wysokościach. Start samolotu z silnikiem odrzutowym odbywa się za pomocą silników rakietowych na paliwo stałe lub płynne.

Inna grupa silników odrzutowych, silniki turbosprężarki, doczekała się większego rozwoju. Dzielą się one na turboodrzutowe, w których ciąg wytwarzany jest przez strumień gazów wypływających z dyszy odrzutowej, oraz turbośmigłowe, w których główny ciąg wytwarzany jest przez śmigło.

W 1909 roku inżynier N. Gierasimow opracował projekt silnika turboodrzutowego. W 1914 roku porucznik rosyjskiej marynarki wojennej M.N. Nikolskoj zaprojektował i zbudował model turbośmigłowego silnika lotniczego. Gazowe produkty spalania mieszaniny terpentyny i kwasu azotowego służyły jako płyn roboczy do napędzania trójstopniowej turbiny. Turbina pracowała nie tylko na śmigle: gazowe produkty spalania kierowane do dyszy ogonowej (odrzutowej) wytwarzały ciąg odrzutowy oprócz siły ciągu śmigła.

W 1924 r. V. I. Bazarov opracował projekt samolotu odrzutowego silnika turbosprężarki, który składał się z trzech elementów: komory spalania, turbiny gazowej i sprężarki. Po raz pierwszy strumień sprężonego powietrza został tutaj podzielony na dwie gałęzie: mniejsza część trafiała do komory spalania (do palnika), a większa część była mieszana z gazami roboczymi w celu obniżenia ich temperatury przed turbiną. Zapewniło to bezpieczeństwo łopatek turbiny. Moc wielostopniowej turbiny wykorzystywano do napędzania sprężarki odśrodkowej samego silnika oraz częściowo do obracania śmigła. Oprócz śmigła, ciąg powstał w wyniku reakcji strumienia gazów przechodzących przez dyszę ogonową.

W 1939 roku w zakładach Kirowa w Leningradzie rozpoczęto budowę silników turboodrzutowych zaprojektowanych przez A. M. Lyulkę. Jego próby przerwała wojna.

W 1941 roku w Anglii wykonano pierwszy lot eksperymentalnym samolotem myśliwskim wyposażonym w silnik turboodrzutowy zaprojektowany przez F. Whittle'a. Wyposażony był w silnik z turbiną gazową, który napędzał sprężarkę odśrodkową dostarczającą powietrze do komory spalania. Do wytworzenia ciągu odrzutowego wykorzystano produkty spalania.

Silnik odrzutowy
Samolot Whittle'a Gloster (E.28/39)

W silniku turboodrzutowym powietrze dostające się podczas lotu jest sprężane najpierw we wlocie powietrza, a następnie w turbosprężarce. Sprężone powietrze podawane jest do komory spalania, gdzie wtryskiwane jest paliwo płynne (najczęściej nafta lotnicza). Częściowe rozprężenie gazów powstających podczas spalania następuje w turbinie obracającej sprężarkę, a końcowe rozprężenie następuje w dyszy strumieniowej. Pomiędzy turbiną a silnikiem odrzutowym można zainstalować dopalacz, przeznaczony do dodatkowego spalania paliwa.

Obecnie większość samolotów wojskowych i cywilnych, a także niektóre śmigłowce są wyposażone w silniki turboodrzutowe.

W silniku turbośmigłowym główny ciąg jest wytwarzany przez śmigło, a dodatkowy (około 10%) - przez strumień gazów wypływających z dyszy strumieniowej. Zasada działania silnika turbośmigłowego jest podobna do silnika turboodrzutowego, z tą różnicą, że turbina obraca nie tylko sprężarkę, ale także śmigło. Silniki te są używane w poddźwiękowych samolotach i helikopterach, a także do poruszania się szybkich statków i samochodów.

Najwcześniejsze silniki odrzutowe na paliwo stałe były używane w pociskach bojowych. Ich powszechne zastosowanie rozpoczęło się w XIX wieku, kiedy to w wielu armiach pojawiły się jednostki rakietowe. Pod koniec XIX wieku. powstały pierwsze proszki bezdymne, o bardziej stabilnym spalaniu i większej wydajności.

W latach 1920-1930 trwały prace nad stworzeniem broni odrzutowej. Doprowadziło to do pojawienia się wyrzutni rakiet - „Katiuszy” w Związku Radzieckim, sześciolufowych moździerzy rakietowych w Niemczech.

Uzyskanie nowych rodzajów prochu umożliwiło zastosowanie silników odrzutowych na paliwo stałe w pociskach bojowych, w tym balistycznych. Ponadto znajdują zastosowanie w lotnictwie i astronautyce jako silniki pierwszych stopni rakiet nośnych, silniki rozruchowe do samolotów z silnikami strumieniowymi oraz silniki hamulcowe do statków kosmicznych.

Silnik odrzutowy na paliwo stałe składa się z korpusu (komory spalania), w którym znajduje się cały dopływ paliwa oraz dysza strumieniowa. Korpus wykonany jest ze stali lub włókna szklanego. Dysza - wykonana z grafitu, stopów ogniotrwałych, grafitu.

Paliwo jest zapalane przez zapalarkę.

Sterowanie ciągiem odbywa się poprzez zmianę powierzchni spalania wsadu lub obszaru krytycznego odcinka dyszy, a także poprzez wtryskiwanie cieczy do komory spalania.

Kierunek ciągu można zmieniać za pomocą sterów gazowych, dyszy odchylającej (deflektora), pomocniczych silników sterujących itp.

Silniki odrzutowe na paliwo stałe są bardzo niezawodne, mogą być przechowywane przez długi czas, dzięki czemu są stale gotowe do startu.

Autor: Pristinsky V.L.

Polecamy ciekawe artykuły Sekcja Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas:

▪ Magnetoplan

▪ Komputer osobisty

▪ pasek magnetyczny

Zobacz inne artykuły Sekcja Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Klawiatura Primium Seneca 05.05.2024

Klawiatury są integralną częścią naszej codziennej pracy przy komputerze. Jednak jednym z głównych problemów, z jakimi borykają się użytkownicy, jest hałas, szczególnie w przypadku modeli premium. Ale dzięki nowej klawiaturze Seneca firmy Norbauer & Co może się to zmienić. Seneca to nie tylko klawiatura, to wynik pięciu lat prac rozwojowych nad stworzeniem idealnego urządzenia. Każdy aspekt tej klawiatury, od właściwości akustycznych po właściwości mechaniczne, został starannie przemyślany i wyważony. Jedną z kluczowych cech Seneki są ciche stabilizatory, które rozwiązują problem hałasu typowy dla wielu klawiatur. Ponadto klawiatura obsługuje różne szerokości klawiszy, dzięki czemu jest wygodna dla każdego użytkownika. Chociaż Seneca nie jest jeszcze dostępna w sprzedaży, jej premiera zaplanowana jest na późne lato. Seneca firmy Norbauer & Co reprezentuje nowe standardy w projektowaniu klawiatur. Jej ... >>

Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie 04.05.2024

Odkrywanie kosmosu i jego tajemnic to zadanie, które przyciąga uwagę astronomów z całego świata. Na świeżym powietrzu wysokich gór, z dala od miejskiego zanieczyszczenia światłem, gwiazdy i planety z większą wyrazistością odkrywają swoje tajemnice. Nowa karta w historii astronomii otwiera się wraz z otwarciem najwyższego na świecie obserwatorium astronomicznego - Obserwatorium Atacama na Uniwersytecie Tokijskim. Obserwatorium Atacama, położone na wysokości 5640 metrów nad poziomem morza, otwiera przed astronomami nowe możliwości w badaniu kosmosu. Miejsce to stało się najwyżej położonym miejscem dla teleskopu naziemnego, zapewniając badaczom unikalne narzędzie do badania fal podczerwonych we Wszechświecie. Chociaż lokalizacja na dużej wysokości zapewnia czystsze niebo i mniej zakłóceń ze strony atmosfery, budowa obserwatorium na wysokiej górze stwarza ogromne trudności i wyzwania. Jednak pomimo trudności nowe obserwatorium otwiera przed astronomami szerokie perspektywy badawcze. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

wirtualna ukochana 27.01.2001

Japońska firma Bandai, która wyprodukowała elektroniczną zabawkę Tamagotchi, zaprezentowała swoje nowe dzieło, wirtualną ukochaną, która jest zalotna, niegrzeczna i nie lubi rozmawiać o sporcie. Cybergirl uważnie odpowiada na listy miłosne swoich zalotników.

Bandai opracował siedem wariantów „wyimaginowanych” kobiet, w tym nauczycielkę, kelnerkę i studencką imprezowiczkę. Na co dzień mężczyzna spotyka swoją „dziewczynę” w sieci – wymieniają się e-mailami i SMS-ami.

Dziewczyna jest zaprogramowana tak, aby jej odpowiedzi zmieniały się w zależności od pory dnia, roku i rodzaju pytania. Tak więc deklaracje miłości wysyłane natychmiast po kilku „spotkaniach” są ignorowane przez ukochaną, a rozmowa o sporcie niechętnie się wspiera. Warto jednak zadać właściwe pytanie we właściwym czasie, ponieważ cyberdziewczyna staje się delikatna i uważna.

Taki romans może trwać od jednego do trzech miesięcy, a jeśli „zaloty” się powiedzie, nagrodą kochanka będzie wyznanie miłości.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ 2,5-calowe dyski przenośne firmy Toshiba o pojemności 3 TB

▪ Stacja ładująca Bluetti AC180

▪ Voice over Bluetooth Low Energy

▪ Smartfon Motorola Q

▪ Antena fontanny

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Parametry komponentów radiowych. Wybór artykułów

▪ artykuł Grety Garbo. Słynne aforyzmy

▪ artykuł Kto stworzył łódź podwodną? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Snowberry biały. Legendy, uprawa, metody aplikacji