Ракетные реактивные двигатели. Движение тела, возникающее при отделении от него некоторой его части

Ракетные реактивные двигатели

В науке реактивным движением называют движение тела, возникающее при отделении от него некоторой его части. Что это означает? Можно привести простые примеры. Представь себе, что ты находишься в лодке посреди озера. Лодка неподвижна. Но вот ты берешь со дна лодки увесистый камень и с силой кидаешь его в воду. Что произойдет тогда? Лодка начнет медленно двигаться. Другой пример. Надуем резиновый шарик, а потом позволим воздуху свободно выходить из него. Сдувающийся шарик полетит в сторону, противоположную той, в которую устремится струя воздуха. Сила действия равна силе противодействия. Ты с силой бросил камень, но та же сила заставила лодку двигаться в противоположную сторону. На этом законе физики и построен реактивный двигатель. В жаропрочной камере сгорает топливо. Образующийся при сгорании раскаленный расширяющийся газ с силой вырывается из сопла. Но та же сила толкает сам двигатель (вместе с ракетой или самолетом в противоположную сторону). Эта сила называется тягой. Принцип реактивного движения известен человечеству давно - простые ракеты делали еще древние китайцы. Но вот для того, чтобы в небо поднялись современные самолеты и ракеты, инженерам пришлось решить немало технических задач, и сегодняшние реактивные двигатели являются достаточно сложными устройствами.

Давайте попробуем заглянуть внутрь реактивных двигателей, применяемых в авиации. О двигателях космических ракет поговорим как-нибудь в другой раз.

Итак сегодня реактивные самолеты летают на трех типах двигателей - турбореактивных, турбовентиляторных и турбовинтовых. Как они устроены и чем отличаются друг от друга? Начнем с самого простого - турбореактивного. Само название этого устройства подсказывает нам ключевое слово - "турбина". Турбина - это вал, вокруг которого закреплены лопатки - металлические "лепестки" развернутые под углом. Если на турбину вдоль вала направить поток воздуха (или воды, например) она начнет вращаться. Если, наоборот, начать вращать вал турбины, ее лопасти станут гнать вдоль вала поток воздуха или воды.

Зачем нужна турбина? Повторим то, что ты уже возможно прочитал в статье о гиперзвуковом самолете (с. 8). Горение - это соединение топлива с кислородом, газом, которого в обычном воздухе не так уж много. Точнее, его вполне достаточно, для того, чтобы мы с вами им дышали. Но для "дыхания" камеры сгорания реактивного двигателя кислород слишком сильно растворен в воздухе.

Что надо сделать, чтобы затухший костер вновь разгорелся? Правильно! Подуть на него или помахать над ним , например, листом фанеры. Силой нагнетая воздух, вы "подкармливаете" тлеющие угли кислородом и пламя загорается вновь. То же самое делает турбина в турбореактивном двигателе.

Когда самолет движется вперед, струя воздуха попадает в двигатель. Здесь воздух встречается с вращающимися с огромной скоростью турбинами компрессора. Слово "компрессор" можно перевести на русский язык как "сжиматель". Лопатки турбин компрессора сжимают воздух примерно в 30 раз и "проталкивают" его в камеру сгорания. Раскаленный газ, получившийся в ходе сгорания топлива устремляется дальше, к соплу. Но на его пути оказывается еще одна турбина. Попадая на ее лопатки , струя газа заставляет ее вал вращаться. Но к этому же валу прикреплены турбины компрессора! Получается такой своеобразный "тяни-толкай". Компрессор накачивает воздух в двигатель, смесь сжатого воздуха и топлива сгорает, выделяя раскаленный газ, а газ на пути к соплу вращает турбины компрессора.

Возникает интересный вопрос - как же завести такой двигатель? Ведь пока сжатый воздух не поступит в камеру сгорания, топливо не начнет гореть. Значит не будет раскаленного газа, который станет вращать турбину компрессора. Но пока турбина компрессора не закрутится, не будет сжатого воздуха.

Оказывается, двигатель запускается с помощью электромотора, который соединен с валом турбины. Электромотор заставляет вращаться компрессор, и как только в камере сгорание появится необходимое давление воздуха, туда поступает топливо и срабатывает зажигание. Реактивный двигатель заработал! Турбореактивные двигатели отличаются большой мощностью и относительно мало весят. Поэтому их обычно устанавливают на сверхзвуковых военных самолетах, а также на сверхзвуковом пассажирском лайнере "Конкорд". Но есть у таких моторов и серьезные недостатки - они сильно шумят и сжигают слишком много топлива. Поэтому, на самолетах, летающих на дозвуковых скоростях (меньше 1200 километров в час) ставятся так называемые турбовентиляторные двигатели. Отличаются они от турбореактивного двигателя тем, что впереди, до компрессора, на валу закреплена еще одна турбина с большими лопатками - вентилятор. Именно она первой встречает поток встречного воздуха и с силой гонит его назад. Часть этого воздуха, как и в турбореактивном двигателе, поступает в компрессор и дальше, в камеру сгорания, а другая часть "обтекает" камеру и тоже отбрасывается назад, создавая дополнительную тягу. Точнее говоря, для турбовентиляторного двигателя основная реактивная тяга (примерно 3/4) создается как раз этим самым потоком воздуха, который гонит вентилятор. И лишь 1/4 тяги дают вырывающиеся из сопла раскаленные газы. Такой мотор гораздо меньше шумит и сжигает значительно меньше топлива, что очень важно для самолетов, используемых для перевозки пассажиров.

В турбовинтовом двигателе таком двигателе вращение вала турбины передаются на пропеллер - воздушный винт, который толкает самолет вперед. Винт с огромными лопастями не может вращаться с такой же бешеной скоростью, как вал турбины. Поэтому пропеллер с валом соединяет редуктор, понижающий скорость вращения. И хотя турбовинтовой двигатель "съедает" мало топлива, а значит делает стоимость перелета дешевле, он не может разогнать самолет до большой скорости. Поэтому в наши дни такие моторы используются в основном в транспортной авиации и на небольших пассажирских самолетах, совершающих местные рейсы.

Реактивный двигатель у тебя дома

Для опыта тебе понадобится нитка покрепче, широкая соломинка для коктейля, воздушный шарик продолговатой формы, моток скотча и бельевая прищепка. Натяни нитку (можно под углом), продев ее предварительно сквозь соломинку. Надуй шарик, а чтобы он не сдулся, защипни его бельевой прищепкой как показано на рисунке. Теперь примотай шарик к соломинке скотчем. Реактивный двигатель готов! На старт! Разожми прищепку. Из шарика вырвется струя воздуха, а сам он, вместе с соломинкой заскользит вперед по нитке.