2.2. Классификация реактивных двигателей

Реактивные двигатели – это двигатели внутреннего сгорания, в которых химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию газовой струи, вытекающей из двигателя, а получающаяся при этом сила реакции используется непосредственно как движущая сила – тяга.

Классификация существующих реактивных двигателей приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Классификация реактивных двигателей

1. Ракетные двигатели – это реактивные двигатели, использующие только вещества и источники энергии, находящиеся на перемещающемся аппарате.

2. Воздушно-реактивные двигатели – это реактивные двигатели, в которых атмосферный воздух применяется как основное рабочее тело в термодинамическом цикле, а кислород, находящийся в воздухе, – как окислитель горючего.

Ракетные двигатели делятся на:

– жидкостные ракетные двигатели (ЖРД);

– ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ);

– комбинированные двигательные установки (КДУ), включающие в себя как ЖРД, так и РДТТ.

Комбинированные двигатели имеют гибридные схемы, составленные из нескольких базовых схем реактивных двигателей, и делятся на:

– турбопрямоточные двигатели (ТПД);

– ракетно-прямоточные двигатели (РПД);

– ракетно-турбинные двигатели (РТД).

Воздушно-реактивные двигатели делятся на:

бескомпрессорные:

– прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД);

– пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД).

компрессорные:

ВРД прямой реакции:

– турбореактивные двигатели (ТРД);

– турбореактивные двигатели с форсажной камерой (ТРДФ);

– турбореактивные двухконтурные двигатели (ТРДД);

– турбореактивные двухконтурные двигатели с форсажной камерой (ТРДДФ);

ВРД непрямой реакции:

– турбовальные двигатели (ТВаД).

ВРД комбинированной реакции:

– турбовинтовые двигатели (ТВД);

2.3. Принцип работы турбореактивного двигателя (трд)

2.3.1. Преимущества трд перед поршневой су

ТРД является двигателем прямой реакции, то есть он сочетает в себе тепловую машину и движитель. Это обуславливает следующие преимущества ТРД перед поршневой СУ:

– меньшее снижение тяги с ростом скорости полета;

– меньшие габариты и вес при одинаковой развиваемой мощности;

– отсутствие необходимости в специальном движителе (ВВ);

– возможность отбрасывать (пропускать через себя) большие массы воздуха при небольших габаритах;

– процесс горения непрерывный, что снимает ударные нагрузки на элементы двигателя;

– отсутствие кривошипно-шатунного механизма (КШМ), что позволяет снизить механические потери;

– возможность точной балансировки ротора, позволяющая получать высокие частоты вращения ротора n, следовательно – большую тягу R

2.3.2. Принцип создания тяги трд

Принцип создания тяги ТРД основан на увеличении количества движения рабочего тела, проходящего по тракту двигателя. На входе в двигатель (сечение 0-0) (рис. 2.3) секундное количество движения рабочего тела – М_вV, на выходе (сечение с-с) – М_гс_с где М_в и М_г – секундные массовые расходы воздуха и газа через входное (0-0) и выходное (с-с) сечения ТРД соответственно.

Рис. 2.3. Изменение параметров рабочего тела по тракту ТРД

М_г = М_в + М_т – М_в.отб, (2.3)

где М_т – секундный массовый расход топлива поступающего в камеру сгорания; М_в.отб – масса воздуха, отбираемого в секунду на охлаждение узлов двигателя и другие цели.

Так как М_г ≈ М_в, а с_с > V, то М_г с_с > М_вV, тогда тяга ТРД

R = М_гс_с – М_вV = М_в(с_с – V). (2.4)

Величина R является тягой, определенной по внутренним параметрам ТРД. Часть этой тяги тратится на преодоление внешнего сопротивления ТРД с мотогондолой Х_вн, оставшаяся часть R_эф (эффективная тяга) расходуется на совершение полезной тяговой работы (увеличение скорости полета V)

R_эф = R – Х_вн (2.5)

Из формулы 2.4 видно, что при V = 0 тяга имеет максимальное значение М_в с_с. При увеличении скорости полета все большая часть кинетической энергии истекающей струи газа превращается в полезную тяговую работу по увеличению скорости полета и величина избыточной тяги R уменьшается . При достижении скорости полета V = с_с вся превратится в полезную тяговую работу, и дальнейшее увеличение скорости полета станет невозможным (R = 0). Скорость V = с_с называется скоростью «вырождения ТРД». Однако необходимо помнить, что на полезную тяговую работу тратится только полезная (эффективная) часть тяги R_эф = R – Х_вн. Из этого следует, что скорость полета всегда меньше скорости истечения газа из сопла и скорость «вырождения ТРД» достижима только теоретически при полном отсутствии силы аэродинамического сопротивления Х.