Введение

Авиационные двигатели принадлежат к классу тепловых дви­гателей внутреннего сгорания, внутри которых происходит сжига­ние топлива и преобразование части выделившегося тепла в ра­боту.

Для передвижения летательного аппарата к нему должна быть приложена тяга Р, преодолевающая силу лобового сопротивления. Получение тяги в полете обеспечивается комплексом оборудова­ния, называемым силовой установкой. Устройство, преобразующее химическую энергию топлива в механическую работу на валу, на­зывается двигателем, устройство создания тяги — движителем.

Примером двигателя, преобразующего тепло, выделяющееся при сжигании топлива, в механическую работу, является поршне­вой двигатель внутреннего сгорания, используемый на некоторых самолетах местных линий и ряде вертолетов. Движителем здесь служит воздушный винт, который, вращаясь, отбрасывает большую массу воздуха, а воздух, в свою очередь, воздействует с равной и противоположно направленной силой на винт и создает тягу, перемещающую летательный аппарат.

У такой силовой установке двигатель и движитель — разные агрегаты и имеют каждый свое рабочее тело (рабочее тело движи­теля — воздух окружающей среды). В этом случае реализован принцип непрямой реакции.

В отличие от поршневых в реактивных двигателях совмещены функции двигателя и движителя и рабочее тело одно и то же для двигателя и движителя. В них тяга создается в виде реакции струи вытекающего из двигателя рабочего тела. Такие двигатели называются двигателями прямой реакции.

В простейшем виде реактивный двигатель может быть представ­лен в виде резервуара (рис. 1), в котором путем сжигания топлива создается избыточное по сравнению с атмосферным давление, что обеспечивает истечение газов через отверстие в одной из сте­нок. В результате взаимодействия двух тел — газов и резервуара 2 образуется сила, действующая на поток газа 4 (она называется активной), и равная ей и противоположно направленная сила 1, приложенная к резервуару и перемещающая его, называемая реак­тивной. Силы 3, действующие на боковые стенки резервуара, вза­имно уравновешены. Таким образом, используемый для создания тяги реактивный принцип основан на отбросе от двигателя рабо­чего тела.

Рис. 1. Принцип возникновения реактивной тяги

'"Разнообразие типов летательных аппаратов и требований, предъяв­ляемых к их силовым установкам, привели к большому количеству ти­пов реактивных двигателей (рис. 2). Двигатели подразделяются на два класса — воздушно - реактивные (ВРД) и ракетные (РД). В РД вся масса рабочего тела, необходимого для работы двигателя, находится на борту летательного аппарата. РД

в зависимости от фазового состояния компонентов топлива подраз­деляются на жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) и ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ), а ВРД в зависимости от спо­соба сжатия атмосферного воздуха — на двигатели со сжатием за счет использования скоростного напора воздуха: прямоточные . (ПВРД) и пульсирующие (ПуВРД) воздушно-реактивные двигате­ли, и газотурбинные двигатели (ТТД), в которых воздух сжимает­ся компрессором, приводимым газовой турбиной. РДТТ использу­ется в авиации в качестве стартовых ускорителей взлета самоле­тов, ЖРД нашли применение в качестве полетных ускорителей са­молетов.

Реактивные двигатели

Ракетные двигатели

Воздушно-реактивные двигатели

Рис. 12. Классификации реактивных двигателей

, Рис,'3. Схема ПВРД:

1—входное устройство; 2—форсунки: 3—камера сгорания; 4—стабилизаторы; 5—сопло

В отличие от РД все ВРД в качестве одного из компонентов рабочего тела используют атмосферный воздух.

.Простейший из них — прямоточный ВРД (ПВРД). Он пред­ставляет собой спрофилированный канал (рис. 3), состоящий из воздухозаборника, камеры сгорания и реактивного сопла. Воздухозаборник в полете обеспечивает сжатие воздуха за счет использо­вания скоростного напора. В камеру сгорания форсунками пода­ется топливо, которое сгорает при приблизительно постоянном давлении. Масса смеси продуктов сгорания и воздуха отбрасыва­ется через сопло, создавая тягу.

Тяга двигателя определяется приростом количества движения проходящего через него воздуха, который, в свою очередь, зависит от того, насколько повышается давление воздуха от скоростного напора. Чем сильнее сжимается воздух, чем больше скорость на­бегающего потока, тем выше давление в камере сгорания и тем эф­фективнее используется тепло в двигателе.

При нулевой скорости полета тяга ПВРД равна нулю, так как нет сжатия воздуха. На малых скоростях полета ПВРД не эффек­тивен из-за небольшого сжатия воздуха. Но при больших скорос­тях полета, превышающих М_п = 3,5 ... 4,0, ПВРД развивают боль­шую тягу при малой массе двигателя, они также отличаются высо­кой экономичностью. Поэтому область целесообразного применения ПВРД — высокие сверхзвуковые скорости полета.

Пульсирующие ВРД (ПуВРД) (рис. 4) отличаются от ПВРД наличием клапанной решетки 2, клапаны которой закрываются при горении топлива в камере сгорания из-за повышения давления. Благодаря этому газ расширяется и истекает через сопло, создавая тягу. Истечение газов при сопле большой длины приводит к соз­данию разрежения в зоне клапанов, они открываются, и камера сгорания заполняется порцией воздуха, после чего цикл работы

Рис.

Схема ПуВРД:

1—входное устройство; 2 — клапанная решетка; 3— камера сгорания; 4— форсунки; 5— сопло

I 7

Рис. '5. Схема ТРД: /—входное устройство; 2—компрессор; 3—камера сгорания; 4—газовая турбина; 5—выходной