Принцип роботи та влаштування реактивного двигуна

Сучасний світ важко уявити без літаків. Авіація міцно увійшла в наше життя і допомагає мандрівникам долати тисячі кілометрів за лічені години, що ще в недавньому минулому здавалося фантастикою. Не кажучи вже про польоти в космос і подорожі до далеких планет. Все це стало можливим завдяки винаходу реактивних двигунів. Давайте розберемося в принципі їхньої роботи.

Перші двигуни з'явилися давним-давно і перетворювали м'язову силу тварин на корисну досягнення конкретної мети енергію. Найпростіший приклад - кінь, що допомагає крутити еєрновий млин. Потім з'явилися вітряки, де жорна приходили в рух за рахунок енергії вітру, йди водяні млини, які використовують протягом річок.

Двигуни, що працюють на паливі

Суспільство відразу оцінило переваги використання найпростіших двигунів і в наступні роки багато вчених працювали над розробкою моделей, робота яких не залежала б від природних і погодних умов, втоми тварини, що виступає як джерело енергії.

Найбільшого успіху на цій ниві досяг голландський фізик Християн Гюйгенс ван Зейліхем, який у 1687 році першим запропонував використовувати порох як джерело енергії. Згідно з задумом, у двигуні створювалася камера внутрішнього згоряння, в якій повинен був спалюватися порох, а виділена в результаті горіння енергія, перетворюватися в силу, що приводить певний елемент у рух. Порох був першим зразком сучасного палива.

Примітно, що ідея була запозичена у артилеристів, спостерігаючи за якими, Гюйгенс звернув увагу на те, що після пострілу зброї відкочувалися в бік, протилежний пострілу.

Напрацювання голландця, а також ряду інших заслужених учених значно полегшили шлях створення паливних двигунів, якими ми користуємося досі. На місце пороху прийшли бензин і солярка, які мають інші фізичні властивості і температури горіння, необхідні виділення енергії.

Явище віддачі

Минав час, наука не стояла дома. На зміну найпростішим механічним двигунам прийшли парові, паливні, електричні.

Але наукові пошуки та розробки на цьому не припинялися. Як завжди, на допомогу прийшла природа, яка, як правило, наштовхує винахідників на дивовижні відкриття.

Спостереження за морськими жителями, такими як восьминоги, кальмари та каракатиці, призвели до несподіваних результатів. Манера руху цих морських жителів була схожа з короткочасним поштовхом. Наче тіло відштовхується від чого - то й просувається вперед.

Ці спостереження були чимось схожі на зауваження Гюегенса про постріл і гармату, які ми згадували вище.

Таким чином, у фізики з'явилося поняття явище віддачі. У ході подальших наукових досліджень було з'ясовано, що завдяки явищу віддачі відбувається весь рух на планеті Земля: автомобіль відштовхується від землі, корабель - від води і т.д.

Рух тіл відбувається завдяки передачі імпульсу одного об'єкта іншому.Для пояснення явища наведемо найпростіший приклад: ви вирішили штовхнути свого товариша в плече, доклали певну силу, в результаті якої він зрушив з місця, але і ви зазнали сили, що відштовхує вас у протилежний бік.

Звичайно, відстань, на яку зрушите ви і ваш друг, залежатиме від ряду факторів: скільки ви важите, як сильно ви його штовхнули.

Реактивний двигун та принцип його роботи

Таким чином, ми поступово підійшли до розгляду найпоширенішого в літакобудуванні та ракетній галузі типу двигуна – реактивний двигун.

Кожен із нас здатний на власні очі спостерігати явище реактивної реакції. Все що необхідно, надути повітряну кульку і відпустити. Кожен знає, що станеться далі: з кульки вириватиметься потік повітря, який рухатиме тіло кульки у протилежному напрямку.

Погодьтеся, дуже схоже на те, як кальмар, скорочуючи свої м'язи, створює струмінь води, що штовхає його в протилежному напрямку.

Саме на них ґрунтується принцип роботи реактивного двигуна: в двигун надходить потік повітря, який згоряє в камері внутрішнього згоряння, змішуючись з паливом, внаслідок чого утворюється реактивний струмінь, що змушує тіло рухатися вперед.

Принцип роботи досить простий, проте пристрій такого двигуна досить складний і вимагає точних розрахунків.

Пристрій реактивного двигуна

• компресор, який засмоктує у двигун потік повітря;
• камера внутрішнього згоряння, де відбувається змішування палива з повітрям, їхнє горіння;
• турбіна – витягує механічну енергію з потоку гарячих газів, що проходять через її лопатки.Ця енергія використовується для приводу компресора та допоміжних систем двигуна;
• сопло, найважливіший елемент, який перетворює внутрішню енергію на «рушійну силу» – кінетичну енергію.

Завдяки спільній взаємодії цих елементів, на виході реактивного двигуна утворюється потужний реактивний струмінь, що надає об'єктам, на яких встановлений двигун, найвищу швидкість.

Реактивні двигуни у літаку

Напередодні Світової Війни вчені провідних країн старанно працювали над розробками літаків з реактивними двигунами, які дозволили б їх країнам беззастережно диктувати свої умови на небесному фронті.

Перший реактивний літак було розроблено німцями у 1937 році, а його випробування почалися лише у 1939 році. Однак наявні на той час двигуни споживали неймовірно велику кількість палива і запас ходу такого літака складав лише 60 км.

У цей час Японії і Великобританії вдалося створити власні літаки з реактивними двигунами. Але це були лише досвідчені екземпляри, які так і не надійшли в серійне виробництво.

Першим серійним реактивним літаком став німецький «Мессершміт», який, проте, не дозволив гітлерівській коаліції взяти гору у розв'язаній ними війні.

У цивільній авіації ж реактивні літаки з'явилися лише в 1952 році у Великобританії.

З тих пір і по сьогодення, реактивні двигуни є основними двигунами, що застосовуються в літакобудуванні. Саме завдяки їм сучасні лайнери розвивають швидкість до 800 кілометрів на годину.

Реактивні двигуни у космосі

Як ви вже зрозуміли, найбільш потужним двигуном, здатним підняти ракету на висоту багато тисяч кілометрів, був саме реактивний двигун.

Звичайно, постає питання: як може працювати реактивний двигун у космосі, у безповітряному просторі?

У пристрої ракети передбачений резервуар з киснем, який поєднується з ракетним паливом і утворює необхідну тягу польоту ракети, коли космічний корабель залишає атмосферу Землі.

Потім входить у дію закон збереження імпульсу: маса ракети поступово зменшується, суміш палива і кисню, що згоріла, викидається через сопло в один бік, а тіло ракети рухається в протилежну.

РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН

РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН, двигун, що створює необхідну для руху силу тяги шляхом перетворення потенційної енергії в кінетичну енергію реактивного струменя робочого тіла. Під робочим тілом, стосовно двигунів, розуміють речовину (газ, рідина, тверде тіло), за допомогою якого теплова енергія, що виділяється при згорянні палива, перетворюється на корисну механічну роботу. В результаті закінчення робочого тіла із сопла двигуна утворюється реактивна сила у вигляді реакції (віддачі) струменя, спрямованої в просторі у бік, протилежний до закінчення струменя. У кінетичну (швидкісну) енергію реактивного струменя в реактивному двигуні можуть перетворюватися різні види енергії (хімічна, ядерна, електрична, сонячна).