Реактивные двигатели

Подготовили: Николаенко К.О.

      Фрик  А.В. 

Реактивные двигатели

Реактивный  двигатель(РД) 

  это  двигатель, создающий необходимую  для движения силу тяги путём  преобразования исходной энергии  в кинетическую энергию реактивной  струи рабочего тела; в результате  истечения рабочего тела из  сопла двигателя образуется реактивная  сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве  двигатель и конструктивно связанный  с ним аппарат в сторону, противоположную  истечению струи

Составные  части реактивного  двигателя 
 

• Камера  сгорания («химический  реактор») — в нем происходит освобождение химической энергии топлива и её преобразование в тепловую энергию газов.

• Реактивное  сопло («газовый туннель») — в котором тепловая энергия газов переходит в их кинетическую энергию, когда из сопла газы вытекают наружу с большой скоростью, тем создавая реактивную тягу.

Схема  РД

В зависимости  от того, используется или нет  при работе Р. д. окружающая среда, их подразделяют на 2 основных  класса  
1. ракетные двигатели (РД). 2. воздушно-реактивные двигатели (ВРД); 

• Ракетные  двигатели — содержат все компоненты рабочего тела на борту и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве.

Типы  РД в зависимости от вида  энергии 

  

• химические (термохимические) ракетные двигатели (ХРД);
• ядерные ракетные двигатели (ЯРД);
• электрические ракетные двигатели (ЭРД);

 

  Наибольшее  распространение получили ХРД, т. е. РД, работающие на химическом  ракетном топливе.

Химические (термохимические) ракетные двигатели (ХРД) 

 Это двигатели, в которых в результате экзотермической  химической реакции горючего  и окислителя (вместе именуемые  топливом) продукты сгорания нагреваются  до высоких температур, разгоняются  в сверхзвуковом сопле и истекают  наружу.

Ядерные  ракетные двигатели (ЯРД) 

 Это двигатель, рабочее тело в котором (например, водород, аммиак и др.) нагревается  за счет энергии, выделяющейся  при ядерной реакции или радиоактивном  распаде. Различают радиоизотопные, ядерные и термоядерные ракетные  двигатели.

электрические  ракетные двигатели (ЭРД) 

  Это  двигатели, где в качестве источника  энергии для создания тяги  используется электрическая энергия. Удельный импульс электрических  ракетных двигателей может достигать 10—210 км/с.

• Воздушно-реактивные  двигатели — тепловые двигатели, которые используют энергию окисления горючего кислородом воздуха, забираемого из атмосферы. Рабочее тело этих двигателей представляет собой смесь продуктов горения с остальными компонентами забранного воздуха.

 

Схема  устройства ВРД на жидком топливе. 
1. Встречный поток воздуха; 
2. Центральное тело. 
3. Входное устройство. 
4. Топливная форсунка. 
5. Камера сгорания. 
6. Сопло. 
7. Реактивная струя.

Воздушно-реактивные  двигатели: 

• Дозвуковые  ВРД предназначены для полётов на скоростях с числом Маха от 0,5 до 1
• Сверхзвуковые ВРД (СВРД) предназначены для полётов в диапазоне 1 < M < 5
• Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГВРД) называется ВРД, работающий на скоростях полёта свыше 5М,

    (верхний  предел точно не  устанавливается)  
 

• Двухконтурный  турбореактивный  двигатель;
• Турбовентиляторный двигатель.

 
 

Турбореактивные  двигатели: 

1. Забор  воздуха;  2. Компрессор низкого  давления;      3. Компрессор  высокого давления;    4.  Камера сгорания;    5. Расширение  рабочего тела в турбине и  сопле;      6. Горячая  зона;    7. Турбина;                8. Зона входа первичного воздуха  в камеру сгорания;      9. Холодная зона;10. Входное устройство. 

Схема  работы ТРД:

При  поступлении в камеру сгорания  воздух разделяется на 3 потока.

Первичный  воздух — поступает через фронтальные отверстия в камере сгорания, тормозится перед форсунками и принимает непосредственное участие в формировании топливно-воздушной смеси. Непосредственно участвует в сгорании топлива. Топливо-воздушная смесь в зоне сгорания топлива в ВРД по своему составу близка к стехиометрической.

Вторичный  воздух — поступает через боковые отверстия в средней части стенок камеры сгорания и служит для их охлаждения путём создания потока воздуха с гораздо более низкой температурой, чем в зоне горения.

Третичный  воздух — поступает через специальные воздушные каналы в выходной части стенок камеры сгорания и служит для выравнивания поля температур рабочего тела перед турбиной. 

Схема  ТРД с малой степенью двухконтурности. 
 

• 1 —  Вентилятор.    2 — Компрессор  низкого давления. 
  3 — Компрессор высокого давления. 4 — Камера сгорания. 5 — Турбина высокого давления. 6 — Турбина низкого давления. 7 — Сопло. 8 — Вал ротора высокого давления.9 — Вал ротора низкого давления.

Ракетное  топливо  

 Это вещество  или совокупность веществ, представляющих  собой источник энергии и рабочего  тела для ракетного двигателя (РД). Р. т. должно удовлетворять следующим основным требованиям: иметь высокий удельный импульс (тяга РД при расходе топлива 1 кг/сек; см. Реактивный двигатель), высокую плотность, требуемое агрегатное состояние компонентов в условиях эксплуатации, должно быть стабильным, безопасным в обращении, нетоксичным, совместимым с конструкционными материалами, иметь сырьевые ресурсы и др

Рабочее  тело 

 газообразное  или жидкое вещество, с помощью  которого осуществляется преобразование  какой-либо энергии при получении  механической работы (в двигателях), холода (в холодильных машинах), теплоты (в тепловых насосах)

Реактивная  тяга 

 реактивная  сила, сила реакции (отдачи) струи  газов (или др. рабочего тела), вытекающей  из сопла реактивного двигателя. Р. т. — равнодействующая сил давления  рабочего тела на ограничивающие  его рабочие поверхности двигателя; направлена вдоль оси сопла  в обратную сторону относительно  вектора скорости истечения рабочего  тела.

Число́  Ма́ха 

 в механике  сплошных сред — один из  критериев подобия в механике  жидкости и газа. Представляет  собой отношение скорости течения  в данной точке газового потока  к местной скорости распространения  звука в движущейся среде —  назван по имени австрийского  ученого Эрнста Маха

 Поскольку  число Маха часто используется  в описании характеристик летательных  аппаратов, а точное определение  затруднено, то для приближенных  расчетов можно считать, что для  полетов в воздухе на высоте  до 10 000 м:  соответствует 1100-1200 км/час