Jet motoren. Geschiedenis van straalmotoren.

Jet motoren.

Een straalmotor is een apparaat waarvan het ontwerp het mogelijk maakt om jetstuwkracht te verkrijgen door de interne energie van de brandstoftoevoer om te zetten in de kinetische energie van de straalstroom van de werkvloeistof.

Het werklichaam van het object stroomt met hoge snelheid uit de straalmotor en, in overeenstemming met de wet van behoud van momentum, wordt een reactieve kracht gegenereerd die de motor in de tegenovergestelde richting duwt. Om de werkvloeistof te versnellen, kunnen zowel de expansie van een op de een of andere manier verwarmd gas tot een hoge temperatuur (thermische straalmotoren) als andere fysische principes, bijvoorbeeld de versnelling van geladen deeltjes in een elektrostatisch veld (ionenmotor), worden gebruikt.

De straalmotor maakt het alleen mogelijk om trekkracht te creëren door de interactie van de straalstroom met de werkvloeistof, zonder ondersteuning of contact met andere lichamen. In dit opzicht heeft de straalmotor een brede toepassing gevonden in de luchtvaart en ruimtevaart.

Geschiedenis van straalmotoren.

De Chinezen waren de eersten die straalaandrijving leerden gebruiken; raketten met vaste stuwstof verschenen in China in de 10e eeuw na Christus. e. Dergelijke raketten werden in het Oosten en vervolgens in Europa gebruikt voor vuurwerk, signalering en als gevecht.

Raketten van het oude China.

Een belangrijke fase in de ontwikkeling van het idee van straalaandrijving was het idee om een ​​raket als motor voor een vliegtuig te gebruiken. Het werd voor het eerst geformuleerd door de Russische revolutionair Narodnoye O.I. Kibalchich, die in maart 1881, kort voor zijn executie, een plan voorstelde voor een vliegtuig (raketvliegtuig) dat gebruikmaakt van jetstuwkracht van explosieve poedergassen.

H. Ye Zhukovsky was in zijn werken "Over de reactie van uitstromende en instromende vloeistof" (1880) en "Over de theorie van schepen voortgestuwd door de kracht van de reactie van uitstromend water" (1908) de eerste die de belangrijkste vragen ontwikkelde van de theorie van een straalmotor.

Interessant werk over de studie van raketvluchten behoort ook tot de bekende Russische wetenschapper I. V. Meshchersky, in het bijzonder op het gebied van de algemene bewegingstheorie van lichamen met variabele massa.

In 1903 gaf KE Tsiolkovsky in zijn werk "Exploration of world spaces by jet devices" een theoretische onderbouwing van een raketvlucht, evenals een schematisch diagram van een raketmotor, vooruitlopend op veel van de fundamentele en ontwerpkenmerken van moderne vloeistof -drijfgas raketmotoren (LRE). Dus Tsiolkovsky zorgde voor het gebruik van vloeibare brandstof voor een straalmotor en de levering ervan aan de motor met speciale pompen. Hij stelde voor om de vlucht van de raket te regelen door middel van gasroeren - speciale platen die in een straal gassen worden geplaatst die door het mondstuk worden uitgestoten.

De eigenaardigheid van een vloeistofstraalmotor is dat hij, in tegenstelling tot andere straalmotoren, met de brandstof de volledige toevoer van het oxidatiemiddel meeneemt en niet de zuurstofhoudende lucht opneemt die nodig is voor de verbranding van brandbare lucht uit de atmosfeer. Dit is de enige motor die kan worden gebruikt voor vluchten op superhoge hoogte buiten de atmosfeer van de aarde.

'S Werelds eerste raket met een raketmotor met vloeibare stuwstof werd op 16 maart 1926 gemaakt en gelanceerd door de Amerikaan R. Goddard. Het woog ongeveer 5 kilogram en de lengte bereikte 3 m. De brandstof in de Goddard-raket was benzine en vloeibare zuurstof. De vlucht van deze raket duurde 2,5 seconden en vloog 56 meter.

Systematisch experimenteel werk aan deze motoren begon in de jaren dertig van de vorige eeuw.

De eerste Sovjet raketmotoren voor vloeibare stuwstof werden ontwikkeld en gemaakt in 1930-1931 in het Leningrad Gas Dynamic Laboratory (GDL) onder leiding van de toekomstige academicus V.P. Glushko. Deze serie heette ORM - experimentele raketmotor. Glushko paste enkele nieuwigheden toe, bijvoorbeeld het koelen van de motor met een van de brandstofcomponenten.

Tegelijkertijd werd in Moskou de ontwikkeling van raketmotoren uitgevoerd door de Group for the Study of Jet Propulsion (GIRD). De ideologische inspirator was F.A.Zander, en de organisator was de jonge S.P.Korolev. Het doel van Korolev was om een ​​nieuwe raketwerper te bouwen - een raketvliegtuig.

In 1933 bouwde en testte F.A.Zander met succes een OP1-raketmotor die op benzine en perslucht liep, en in 1932-1933 - een OP2-motor die op benzine en vloeibare zuurstof liep. Deze motor was ontworpen om te worden gemonteerd op een zweefvliegtuig dat als raketvliegtuig moest vliegen.

De Sovjet-ingenieurs ontwikkelden het begonnen werk en bleven vervolgens werken aan de creatie van straalmotoren met vloeibare stuwstof. In totaal werden van 1932 tot 1941 in de USSR 118 ontwerpen van straalmotoren met vloeibare stuwstof ontwikkeld.

In Duitsland werden in 1931 raketten getest door I. Winkler, Riedel en anderen.

De eerste vlucht met een raketvliegtuig met vloeibare stuwstof vond plaats in de Sovjet-Unie in februari 1940. Een vloeibare stuwstofmotor werd gebruikt als de krachtcentrale van het vliegtuig. In 1941 werd onder leiding van de Sovjet-ontwerper V.F.Bolkhovitinov de eerste straaljager met een raketmotor met vloeibare stuwstof gebouwd. De tests werden in mei 1942 uitgevoerd door de piloot G. Ya. Bakhchivaji. Tegelijkertijd vond de eerste vlucht van een Duitse jager met een dergelijke motor plaats.

In 1943 voerden de Verenigde Staten tests uit met het eerste Amerikaanse straalvliegtuig waarop een vloeistofstraalmotor was geïnstalleerd. In Duitsland werden in 1944 verschillende jagers gebouwd met deze Messerschmitt-motoren.

Bovendien werden raketmotoren met vloeibare stuwstof gebruikt op de Duitse V-2-raketten, gemaakt onder leiding van V. von Braun.

In de jaren vijftig werden raketmotoren met vloeibare stuwstof geïnstalleerd op ballistische raketten en vervolgens op ruimteraketten, kunstmatige satellieten en automatische interplanetaire stations.

De vloeibare stuwstofmotor bestaat uit een verbrandingskamer met een sproeier, een turbopompeenheid, een gasgenerator of een stoom-gasgenerator, een automatiseringssysteem, besturingen, een ontstekingssysteem en hulpeenheden (warmtewisselaars, mixers, aandrijvingen).

Het idee van luchtstraalmotoren (KRW) is in verschillende landen meer dan eens naar voren gebracht. De belangrijkste en meest originele werken in dit verband zijn de studies die in 1908-1913 werden uitgevoerd door de Franse wetenschapper Renault Lauren, die een aantal ramjet-motoren (ramjet) voorstelde. Deze motoren gebruiken atmosferische lucht als oxidatiemiddel en de lucht in de verbrandingskamer wordt gecomprimeerd door de dynamische luchtdruk.

In mei 1939 testte de USSR voor het eerst een raket met een straalmotor, ontworpen door P.A.Merkulov. Het was een tweetrapsraket (de eerste trap was een poederraket) met een startgewicht van 7,07 kg en het gewicht van de brandstof voor de tweede trap van de straalmotor was slechts 2 kg. Tijdens het testen bereikte de raket een hoogte van 2 km.

In 1939-1940 werden voor het eerst ter wereld in de Sovjet-Unie zomertests uitgevoerd met luchtstraalmotoren die als extra motoren waren geïnstalleerd op een vliegtuig ontworpen door N.P. Polikarpov. In 1942 werden straalmotoren ontworpen door E. Senger getest in Duitsland.

Een luchtstraalmotor bestaat uit een diffusor, waarin lucht wordt gecomprimeerd door de kinetische energie van de inkomende luchtstroom. Brandstof wordt via een mondstuk in de verbrandingskamer gespoten en het mengsel wordt ontstoken. De straalstroom verlaat het mondstuk.

Het werkingsproces van de VRM is continu, daarom zit er geen startkracht in. In dit opzicht worden bij vliegsnelheden van minder dan de helft van de geluidssnelheid geen straalmotoren gebruikt. De meest effectieve toepassing van de VRM bij supersonische snelheden en grote hoogten. De start van een vliegtuig met een luchtstraalmotor wordt uitgevoerd met raketmotoren aangedreven door vaste of vloeibare stuwstoffen.

Een andere groep luchtstraalmotoren, turbocompressormotoren, heeft meer ontwikkeling gekregen. Ze zijn onderverdeeld in turbojets, waarbij de stuwkracht wordt gecreëerd door een stroom gassen die uit het straalmondstuk stromen, en turboprop, waarbij de hoofdstuwkracht wordt gecreëerd door de propeller.

In 1909 werd het project van een turbojetmotor ontwikkeld door ingenieur N. Gerasimov. In 1914 ontwierp en bouwde luitenant van de Russische marine M.N. Nikolskaya een model van een turboprop-vliegtuigmotor. Gasvormige verbrandingsproducten van een mengsel van terpentijn en salpeterzuur dienden als werkvloeistof voor de aandrijving van de drietrapsturbine. De turbine werkte niet alleen voor de propeller: de verbrandingsproducten die naar de staart (straal) werden geleid, creëerden naast de stuwkracht van de propeller ook stuwkracht.

In 1924 ontwikkelde V.I.Bazarov het ontwerp van een straalmotor met turbocompressor voor vliegtuigen, die uit drie elementen bestond: een verbrandingskamer, een gasturbine en een compressor. Hier werd voor het eerst de persluchtstroom in twee takken verdeeld: een kleiner deel ging in de verbrandingskamer (naar de brander) en een groter deel werd toegevoegd aan de werkgassen om hun temperatuur voor de turbine te verlagen . Zo was de veiligheid van de turbinebladen gewaarborgd. Het vermogen van de meertrapsturbine werd besteed aan de aandrijving van de centrifugaalcompressor van de motor zelf en gedeeltelijk aan de rotatie van de propeller. Naast de propeller werd stuwkracht gecreëerd door de reactie van een gasstraal die door het staartmondstuk ging.

In 1939 begon de bouw van turbojetmotoren, ontworpen door A.M. Lyulka, in de Kirov-fabriek in Leningrad. Zijn processen werden gedwarsboomd door de oorlog.

In 1941 werd de eerste vlucht in Engeland uitgevoerd met een experimenteel jachtvliegtuig uitgerust met een turbostraalmotor ontworpen door F. Whittle. Het werd aangedreven door een gasturbinemotor die een centrifugaalcompressor aandreef die lucht in de verbrandingskamer duwde. Verbrandingsproducten werden gebruikt om jetstuwkracht te creëren.

Tegen het einde van de Tweede Wereldoorlog werd duidelijk dat een verdere effectieve ontwikkeling van de luchtvaart alleen mogelijk is met de introductie van motoren die de principes van jetstuwkracht geheel of gedeeltelijk gebruiken.

De eerste vliegtuigen met straalmotoren werden gemaakt in het fascistische Duitsland, Groot-Brittannië, de VS en de USSR.

In de USSR werd het eerste project van een jager, met een KRW ontwikkeld door A. M. Lyulka, in maart 1943 voorgesteld door de chef van OKB-301 M. I. Gudkov. Het vliegtuig heette Gu-VRD. Het project werd door experts afgewezen vanwege ongeloof in de relevantie en voordelen van de KRW in vergelijking met vliegtuigmotoren met zuigers.

Duitse ontwerpers en wetenschappers die op dit en aanverwante terreinen (raketten) werkten, bevonden zich in een gunstiger positie. Het Derde Rijk plande een oorlog en rekende erop die te winnen ten koste van de technische superioriteit in bewapening. Daarom werden in Duitsland nieuwe ontwikkelingen die het leger op het gebied van luchtvaart en rakettechnologie konden versterken, ruimer gesubsidieerd dan in andere landen.

Het eerste vliegtuig uitgerust met een HeS 3 turbojetmotor (turbojetmotor) ontworpen door von Ohain was de He 178 (Heinkel Duitsland). Het gebeurde op 27 augustus 1939. Dit vliegtuig overtrof in snelheid (700 km / u) de zuigerjagers van zijn tijd, waarvan de maximale snelheid niet hoger was dan 650 km / u, maar tegelijkertijd was het minder zuinig en had als gevolg daarvan een korter bereik. Bovendien had het hogere start- en landingssnelheden in vergelijking met zuigervliegtuigen, waarvoor een langere startbaan met kwaliteitsdekking nodig was.

Het werk aan dit onderwerp ging bijna door tot het einde van de oorlog, toen het Derde Rijk, dat zijn vroegere voordeel in de lucht had verloren, een mislukte poging deed om het te herstellen door straalvliegtuigen te leveren voor de militaire luchtvaart.

Sinds augustus 1944 begon de massaproductie van de Messerschmitt Me.262 straaljager-bommenwerper, uitgerust met twee Jumo-004 turbojetmotoren vervaardigd door Junkers. Het Messerschmitt Me.262-vliegtuig overtrof al zijn "tijdgenoten" aanzienlijk in snelheid en stijgsnelheid.

Sinds november 1944 begon de productie van de eerste straalbommenwerper, de Arado Ar 234 Blitz, met dezelfde motoren.

Het enige straalvliegtuig van de geallieerden in de anti-Hitler-coalitie dat formeel deelnam aan de Tweede Wereldoorlog was de Gloucester Meteor (Groot-Brittannië) met een Rolls-Royce Derwent 8 turbojetmotor ontworpen door F. Whittle.

Na de oorlog begon in alle landen met een vliegtuigindustrie een intensieve ontwikkeling op het gebied van luchtstraalmotoren. De bouw van straalmotoren heeft nieuwe kansen in de luchtvaart gecreëerd: vluchten met snelheden die de geluidssnelheid overschrijden, en de creatie van vliegtuigen met een laadvermogen dat vele malen hoger is dan het laadvermogen van zuigervliegtuigen, als gevolg van de hogere vermogensdichtheid van gas turbinemotoren in vergelijking met zuigermotoren.

Het eerste binnenlandse seriële straalvliegtuig was de Yak-15-jager (1946), ontwikkeld in recordtijd op basis van het Yak-3-casco en de aanpassing van de gevangen Jumo-004-motor, gemaakt in de V. Ya. Klimov-motor- ontwerpbureau bouwen.

Een jaar later doorstond de eerste, volledig originele, binnenlandse turbojetmotor TR-1, ontwikkeld door het A.M. Lyulka-ontwerpbureau, staatstests. Zo'n snelle beheersing van een volledig nieuw gebied van motorbouw heeft een verklaring: de groep van AM Lyulka houdt zich al sinds de vooroorlogse tijd met dit probleem bezig, maar het groene licht voor deze ontwikkelingen werd pas gegeven toen het leiderschap van het land plotseling ontdekte dat de USSR bleef op dit gebied achter.

Het eerste passagiersvliegtuig voor binnenlandse vluchten was de Tu-104 (1955), uitgerust met twee RD-3M-500 (AM-3M-500) turbojetmotoren ontwikkeld door het A.A. Mikulin Design Bureau. Tegen die tijd behoorde de USSR al tot de wereldleiders op het gebied van vliegtuigmotorenbouw.

De ramjet-motor (ramjet), uitgevonden in 1913, begon ook actief te worden verbeterd. Sinds de jaren vijftig zijn in de Verenigde Staten een aantal experimentele vliegtuigen en seriële kruisraketten voor verschillende doeleinden met dit type motor gemaakt.

Met een aantal nadelen voor gebruik op bemande vliegtuigen (nul stuwkracht op zijn plaats, laag rendement bij lage vliegsnelheden), is de straalmotor het voorkeurstype VRM geworden voor onbemande wegwerpprojectielen en kruisraketten, vanwege zijn eenvoud, en bijgevolg, zijn lage kosten en betrouwbaarheid.

In een turbojetmotor (TJE) wordt de lucht die tijdens de vlucht binnenkomt, eerst gecomprimeerd in de luchtinlaat en vervolgens in de turbocompressor. Perslucht wordt naar de verbrandingskamer gevoerd, waar vloeibare brandstof (meestal luchtvaartkerosine) wordt geïnjecteerd. Gedeeltelijke expansie van de verbrandingsgassen vindt plaats in de turbine die de compressor laat draaien, en de uiteindelijke expansie in de straalpijp. Tussen de turbine en de straalmotor kan een naverbrander worden geïnstalleerd voor extra brandstofverbranding.

Tegenwoordig zijn de meeste militaire en civiele vliegtuigen, evenals sommige helikopters, uitgerust met turbojetmotoren (turbojetmotoren).

In een turbopropmotor wordt de hoofdstuwkracht gecreëerd door de propeller en de extra stuwkracht (ongeveer 10%) wordt gecreëerd door een stroom gassen die uit het straalmondstuk stroomt. Het werkingsprincipe van een turbopropmotor is vergelijkbaar met een turbojet (TP), met het verschil dat de turbine niet alleen de compressor, maar ook de propeller laat draaien. Deze motoren worden gebruikt in subsonische vliegtuigen en helikopters, maar ook voor het verplaatsen van snelle schepen en auto's.

De vroegste straalmotoren met vaste stuwstof (RTTD's) werden gebruikt in gevechtsraketten. Hun wijdverbreide gebruik begon in de 19e eeuw, toen raketeenheden in veel legers verschenen. Aan het einde van de 19e eeuw ontstonden de eerste rookloze drijfgassen, met een stabielere verbranding en een hoger rendement.

In 1920-1930 werd gewerkt aan de creatie van straalwapens. Dit leidde tot de opkomst van raketwerpers - "Katyushas" in de Sovjet-Unie, zesloops raketwerpers in Duitsland.

Het verkrijgen van nieuwe soorten buskruit maakte het mogelijk om solide straalmotoren te gebruiken in gevechtsraketten, ook ballistische. Bovendien worden ze in de luchtvaart en ruimtevaart gebruikt als motoren van de eerste fasen van lanceervoertuigen, startmotoren voor vliegtuigen met straalmotoren en remmotoren voor ruimtevaartuigen.

Een straalmotor met vaste stuwstof (RTTZH) bestaat uit een lichaam (verbrandingskamer), die de volledige brandstoftoevoer bevat en een straalpijp. De carrosserie is gemaakt van staal of glasvezel. Het mondstuk is gemaakt van grafiet of vuurvaste legeringen. Brandstof wordt ontstoken door een ontstekingsapparaat. De stuwkracht kan worden geregeld door het verbrandingsoppervlak van de lading of het keelgebied van het mondstuk te veranderen, evenals door een vloeistof in de verbrandingskamer te injecteren. De stuwkrachtrichting kan worden gewijzigd door gasroeren, een afbuigmondstuk (deflector), hulpbesturingsmotoren, enz.

Solid straalmotoren zijn zeer betrouwbaar, vergen geen ingewikkeld onderhoud, kunnen lang worden opgeslagen en zijn altijd startklaar.

Soorten straalmotoren.

In onze tijd worden straalmotoren van verschillende ontwerpen vrij veel gebruikt.

Straalmotoren kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën:: raketstraalmotoren en straalmotoren.

Vaste stuwstof raketmotor (vaste stuwstof raketmotor) - vaste stuwstof raketmotor - vaste brandstof motor, wordt het meest gebruikt in raketartillerie en veel minder vaak in de ruimtevaart. Het is de oudste van de warmtemotoren.

Vloeibare raketmotor (LRE) is een chemische raketmotor die vloeistoffen als drijfgas gebruikt, inclusief vloeibaar gemaakte gassen. Een-, twee- en driecomponenten raketmotoren verschillen in het aantal gebruikte componenten.

Directe luchtstraal;

Pulserende luchtstraal;

turbojet;

Turboprop.

Moderne straalmotoren.

De foto toont een straalmotor van een vliegtuig tijdens het testen.

De foto toont het proces van het assembleren van raketmotoren.

Jet motoren. Geschiedenis van straalmotoren. Soorten straalmotoren.

Straalmotor is uitgevonden Door Hans von Ohain, een uitstekende Duitse ontwerpingenieur en Sir Frank Whittle... Het eerste patent voor een werkende gasturbinemotor werd in 1930 verkregen door Frank Whittle. Het was echter Ohain die het eerste werkende model in elkaar zette.

Op 2 augustus 1939 vertrok het eerste straalvliegtuig, de He 178 (Heinkel 178), uitgerust met de door Ohain ontwikkelde HeS 3-motor.

Simpel genoeg en extreem moeilijk tegelijk. Simpelweg door het werkingsprincipe: buitenboordlucht (in raketmotoren - vloeibare zuurstof) wordt in de turbine gezogen, vermengt zich daar met brandstof en verbrandt, aan het einde van de turbine vormt het de zogenaamde. "Werkvloeistof" (jetstream), die de machine beweegt.

Alles is zo eenvoudig, maar in feite is het een heel wetenschapsgebied, omdat in dergelijke motoren de bedrijfstemperatuur duizenden graden Celsius bereikt. Een van de belangrijkste problemen bij het bouwen van turbojetmotoren is het maken van niet-smeltende onderdelen uit smeltende metalen. Maar om de problemen van ontwerpers en uitvinders te begrijpen, moet u eerst de fundamentele structuur van de motor in meer detail bestuderen.

Straalmotor apparaat

belangrijkste onderdelen van de straalmotor

Aan het begin van de turbine is er altijd ventilator, die lucht uit de externe omgeving in de turbines zuigt. De ventilator heeft een groot oppervlak en een groot aantal speciaal gevormde bladen van titanium. Er zijn twee hoofdtaken: primaire luchtinlaat en koeling van de gehele motor als geheel, door lucht tussen de buitenmantel van de motor en interne onderdelen te pompen. Dit koelt de meng- en verbrandingskamers en voorkomt dat ze instorten.

Direct achter de ventilator zit een krachtige compressor, die lucht onder hoge druk in de verbrandingskamer pompt.

De verbrandingskamer doet ook dienst als carburateur en mengt brandstof met lucht. Na de vorming van het brandstof-luchtmengsel wordt het ontstoken. Tijdens het ontstekingsproces treedt een aanzienlijke verwarming van het mengsel en de omliggende delen op, evenals volumetrische expansie. In feite gebruikt een straalmotor een gecontroleerde explosie voor de voortstuwing.

De verbrandingskamer van een straalmotor is een van de heetste delen ervan - hij heeft constant intensieve koeling nodig. Maar ook dit is niet genoeg. De temperatuur erin bereikt 2700 graden, dus het is vaak gemaakt van keramiek.

Na de verbrandingskamer wordt het brandende lucht-brandstofmengsel direct naar de turbine geleid.

Turbine bestaat uit honderden bladen, die door de straalstroom worden ingedrukt, waardoor de turbine in rotatie komt. De turbine roteert op zijn beurt de as waarop de ventilator en compressor "zitten". Het systeem is dus gesloten en vereist alleen de toevoer van brandstof en lucht voor zijn werking.

Na de turbine wordt de stroom naar het mondstuk geleid. Het mondstuk van de straalmotor is het laatste, maar verre van het belangrijkste onderdeel van de straalmotor. Het vormt een directe straalstroom. Koele lucht wordt in het mondstuk geblazen en door de ventilator geblazen om de interne motoronderdelen te koelen. Deze stroom beperkt de mondstukkraag van de superhete straalstroom en laat deze smelten.

Afgebogen stuwkracht vector

Straalmotoren zijn er in verschillende sproeiers. De meest geavanceerde wordt beschouwd als een beweegbaar mondstuk op motoren met een afgebogen stuwkrachtvector. Het kan samentrekken en uitzetten, evenals afbuigen onder aanzienlijke hoeken, direct aanpassen en richten jetstream... Dit maakt vliegtuigen met stuwkrachtregelingsmotoren zeer wendbaar. manoeuvreren gebeurt niet alleen dankzij de vleugelmechanismen, maar ook direct door de motor.

Typen straalmotoren

Er zijn verschillende basistypen straalmotoren.

Klassieke straalmotor van het F-15 vliegtuig

Klassieke straalmotor- de basisstructuur waarvan we hierboven beschreven. Het wordt voornamelijk gebruikt op jagers in verschillende modificaties.

Turboprop... Bij dit type motor wordt het vermogen van de turbine door een reductietandwiel geleid om een ​​klassieke propeller te laten draaien. Met dergelijke motoren kunnen grote vliegtuigen met acceptabele snelheden vliegen en minder brandstof verbruiken. De normale kruissnelheid van een turbopropvliegtuig is 600-800 km/u.

Dit type motor is een zuiniger familielid van het klassieke type. het belangrijkste verschil is dat bij de inlaat een ventilator met een grotere diameter is geïnstalleerd, die niet alleen lucht aan de turbine levert, maar ook een voldoende krachtige stroming daarbuiten creëert. Verhoogde efficiëntie wordt dus bereikt door efficiëntie te verbeteren.

Gebruikt op voeringen en grote vliegtuigen.

Ramjet

Werkt zonder bewegende delen. Door de vertraging van de stroming rond de inlaatkuip wordt op natuurlijke wijze lucht in de verbrandingskamer geperst.

Gebruikt op treinen, vliegtuigen, UAV's en gevechtsraketten, maar ook op fietsen en scooters.

En tot slot - een video van de werking van een straalmotor:

Foto's zijn afkomstig uit verschillende bronnen. Russificatie van foto's - Laboratoria 37.

Reactieve beweging wordt opgevat als beweging waarbij een van de delen met een bepaalde snelheid van het lichaam wordt gescheiden. De kracht die ontstaat als gevolg van zo'n proces werkt vanzelf. Met andere woorden, ze mist zelfs het minste contact met externe lichamen.

in de natuur

Tijdens een zomervakantie in het zuiden ontmoetten we bijna allemaal, zwemmend in de zee, kwallen. Maar weinig mensen dachten aan het feit dat deze dieren op dezelfde manier bewegen als een straalmotor. Het werkingsprincipe van een dergelijk aggregaat in de natuur kan worden waargenomen bij het verplaatsen van sommige soorten zeeplankton en libellenlarven. Bovendien is de efficiëntie van deze ongewervelde dieren vaak hoger dan die van technische middelen.

Wie kan nog meer duidelijk aantonen wat het werkingsprincipe van een straalmotor inhoudt? Inktvis, octopus en inktvis. Veel andere mariene weekdieren maken een soortgelijke beweging. Neem bijvoorbeeld inktvissen. Ze zuigt water in haar kieuwholte en gooit het er krachtig uit door een trechter, die ze naar achteren of opzij richt. In dit geval kan het weekdier bewegingen in de goede richting maken.

Het werkingsprincipe van een straalmotor kan ook worden waargenomen bij het verplaatsen van de zouten. Dit zeedier neemt water in een brede holte. Daarna trekken de spieren van zijn lichaam samen, waardoor de vloeistof door het gat in de rug wordt geduwd. Door de reactie van de resulterende stroom kan het sperma vooruit gaan.

marine raketten

Maar de grootste perfectie in jetnavigatie werd nog steeds bereikt door inktvissen. Zelfs de vorm van de raket lijkt te zijn gekopieerd van dit specifieke onderwaterleven. Wanneer de inktvis met lage snelheid beweegt, buigt hij periodiek zijn ruitvormige vin. Maar voor een snelle worp moet hij zijn eigen "straalmotor" gebruiken. Het werkingsprincipe van al zijn spieren en lichaam is de moeite waard om in meer detail te bekijken.

Inktvissen hebben een soort mantel. Dit is het spierweefsel dat zijn lichaam van alle kanten omringt. Tijdens beweging zuigt het dier een grote hoeveelheid water in deze mantel, waarbij een stroom door een speciaal smal mondstuk scherp wordt uitgeworpen. Door dergelijke acties kan de inktvis met schokken achteruit bewegen met snelheden tot zeventig kilometer per uur. het dier verzamelt alle tien tentakels in een bundel, waardoor het lichaam een ​​gestroomlijnde vorm krijgt. In het mondstuk zit een speciaal ventiel. Het dier roteert het met behulp van spiercontractie. Hierdoor kan het onderwaterleven van richting veranderen. De rol van het roer tijdens de bewegingen van de inktvis wordt ook gespeeld door zijn tentakels. Hij stuurt ze naar links of rechts, naar beneden of naar boven en ontwijkt gemakkelijk botsingen met verschillende obstakels.

Er is een soort inktvis (stenoteutis), die de titel van beste piloot onder de schelpdieren draagt. Beschrijf het werkingsprincipe van een straalmotor - en u zult begrijpen waarom dit dier, bij het achtervolgen van vissen, soms uit het water springt, zelfs op het dek van schepen die op de oceaan varen. Hoe gebeurde dit? De pilootinktvis, die zich in het waterelement bevindt, ontwikkelt er maximale jetstuwkracht voor. Hierdoor kan hij tot vijftig meter afstand over de golven vliegen.

Als we een straalmotor beschouwen, van welk dier kan het werkingsprincipe dan nog worden genoemd? Dit zijn op het eerste gezicht baggy octopussen. Hun zwemmers zijn niet zo snel als inktvissen, maar in geval van gevaar kunnen zelfs de beste sprinters jaloers zijn op hun snelheid. Biologen die de migratie van octopussen hebben bestudeerd, hebben ontdekt dat ze bewegen zoals een straalmotor een werkingsprincipe heeft.

Het dier maakt bij elke stroom water die uit de trechter wordt gegooid een spurt van twee of zelfs twee en een halve meter. Tegelijkertijd zwemt de octopus op een eigenaardige manier - achteruit.

Andere voorbeelden van straalaandrijving

Er zijn raketten in de plantenwereld. Het principe van de straalmotor kan worden waargenomen wanneer, zelfs met een zeer lichte aanraking, de "gekke komkommer" met hoge snelheid van de stengel stuitert en tegelijkertijd de kleverige vloeistof met de zaden afstoot. In dit geval vliegt de foetus zelf over een aanzienlijke afstand (tot 12 m) in de tegenovergestelde richting.

Het werkingsprincipe van een straalmotor kan ook in een boot worden waargenomen. Als er zware stenen in een bepaalde richting in het water worden gegooid, begint de beweging in de tegenovergestelde richting. Het werkingsprincipe is hetzelfde. Alleen daar worden gassen gebruikt in plaats van stenen. Ze creëren een reactieve kracht die zorgt voor beweging zowel in de lucht als in een ijle ruimte.

Fantastische reis

De mensheid droomt al heel lang van ruimtevluchten. Dit blijkt uit het werk van sciencefictionschrijvers, die verschillende middelen aanbood om dit doel te bereiken. Zo bereikte de held van het verhaal van de Franse schrijver Hercule Savignen, Cyrano de Bergerac, de maan op een ijzeren kar, waarover voortdurend een sterke magneet werd gegooid. De beroemde Munchhausen bereikte dezelfde planeet. Een gigantische bonenstengel hielp hem de reis te maken.

In China werd al in het eerste millennium voor Christus straalaandrijving gebruikt. Tegelijkertijd dienden bamboebuizen gevuld met buskruit als een soort raketten voor de lol. Trouwens, het project van de eerste auto op onze planeet, gemaakt door Newton, was ook met een straalmotor.

De geschiedenis van de oprichting van de RD

Pas in de 19e eeuw. de droom van de mens van de ruimte begon specifieke kenmerken te krijgen. Het was tenslotte in deze eeuw dat de Russische revolutionair N.I.Kibalchich 's werelds eerste project met een straalmotor creëerde. Alle papieren zijn opgemaakt door een Narodnaya Volya in de gevangenis, waar hij belandde na de aanslag op Alexanders leven. Maar helaas werd Kibalchich op 03.04.1881 geëxecuteerd en zijn idee vond geen praktische uitvoering.

Aan het begin van de 20e eeuw. het idee om raketten te gebruiken voor ruimtevluchten werd naar voren gebracht door de Russische wetenschapper K.E. Tsiolkovsky. Voor het eerst werd zijn werk gepubliceerd in 1903, dat een beschrijving bevat van de beweging van een lichaam met variabele massa in de vorm van een wiskundige vergelijking. Later ontwikkelde de wetenschapper het eigenlijke schema van een straalmotor aangedreven door vloeibare brandstof.

Tsiolkovsky vond ook een meertrapsraket uit en bracht het idee naar voren om echte ruimtesteden in een baan om de aarde te creëren. Tsiolkovsky bewees overtuigend dat het enige middel voor ruimtevluchten een raket is. Dat wil zeggen, een apparaat uitgerust met een straalmotor, gevoed met brandstof en een oxidatiemiddel. Alleen zo'n raket kan de zwaartekracht overwinnen en buiten de atmosfeer van de aarde vliegen.

Ruimteonderzoek

Het idee van Tsiolkovsky werd uitgevoerd door Sovjetwetenschappers. Onder leiding van Sergei Pavlovich Korolev lanceerden ze de eerste kunstmatige aardsatelliet. Op 4 oktober 1957 werd dit apparaat in een baan om de aarde gebracht door een raket met een straalmotor. Het werk van de RD was gebaseerd op de omzetting van chemische energie, die door de brandstof wordt overgebracht naar de gasstraal, en verandert in kinetische energie. In dit geval beweegt de raket in de tegenovergestelde richting.

De straalmotor, waarvan het principe al vele jaren wordt gebruikt, vindt zijn toepassing niet alleen in de ruimtevaart, maar ook in de luchtvaart. Maar het wordt vooral gebruikt voor. Immers, alleen de RD kan het voertuig verplaatsen in de ruimte, waar geen omgeving is.

Vloeibare stuwstof straalmotor

Iedereen die een vuurwapen heeft afgevuurd of dit proces gewoon van de zijkant heeft bekeken, weet dat er een kracht is die de loop zeker terug zal duwen. Bovendien zal bij een groter bedrag het rendement zeker toenemen. De straalmotor werkt op dezelfde manier. Het werkingsprincipe is vergelijkbaar met hoe het vat wordt teruggeduwd onder invloed van een straal hete gassen.

Wat betreft de raket, daarin is het proces waarbij het mengsel wordt ontstoken geleidelijk en continu. Dit is de eenvoudigste, vaste brandstofmotor. Hij is goed bekend bij alle raketmodelbouwers.

In een vloeibare straalmotor (LRE) wordt een mengsel van brandstof en een oxidatiemiddel gebruikt om een ​​werkvloeistof of een duwende straal te creëren. De laatste is in de regel salpeterzuur of kerosine dient als brandstof in een motor met vloeibare stuwstof.

Het werkingsprincipe van een straalmotor, die in de eerste monsters zat, is tot op de dag van vandaag bewaard gebleven. Alleen gebruikt het nu vloeibare waterstof. Wanneer deze stof wordt geoxideerd, neemt deze met 30% toe in vergelijking met de eerste raketmotoren met vloeibare stuwstof. Het moet gezegd dat het idee om waterstof te gebruiken door Tsiolkovsky zelf werd voorgesteld. De moeilijkheden die toen bestonden bij het werken met deze uiterst explosieve stof waren echter eenvoudig onoverkomelijk.

Wat is het werkingsprincipe van een straalmotor? Brandstof en oxidatiemiddel komen de werkkamer binnen vanuit afzonderlijke tanks. Verder worden de componenten omgezet in een mengsel. Het verbrandt en geeft een kolossale hoeveelheid warmte vrij onder een druk van tientallen atmosfeer.

Componenten komen op verschillende manieren de werkkamer van een straalmotor binnen. Het oxidatiemiddel wordt hier direct ingebracht. Maar de brandstof legt een langere weg af tussen de wanden van de kamer en het mondstuk. Hier warmt het op en wordt het, al met een hoge temperatuur, door talrijke sproeiers in de verbrandingszone gegooid. Verder breekt de door het mondstuk gevormde straal uit en geeft het vliegtuig een duwmoment. Zo kun je (in het kort) zien wat een straalmotor een werkingsprincipe heeft. In deze beschrijving worden veel onderdelen niet genoemd, zonder welke de werking van de vloeistof-stuwmotor onmogelijk zou zijn. Onder hen zijn de compressoren die nodig zijn om de druk te creëren die nodig is voor injectie, kleppen, toevoerturbines, enz.

Modern gebruik

Ondanks het feit dat de werking van een straalmotor een grote hoeveelheid brandstof vereist, blijven raketmotoren mensen vandaag van dienst. Ze worden gebruikt als de belangrijkste voortstuwingsmotoren in draagraketten, evenals als rangeermotoren voor verschillende ruimtevaartuigen en orbitale stations. In de luchtvaart worden andere soorten taxibanen gebruikt, die iets andere prestatiekenmerken en ontwerp hebben.

Luchtvaart ontwikkeling

Vanaf het begin van de 20e eeuw, tot aan het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog, werd er alleen gevlogen met propellervliegtuigen. Deze voertuigen waren uitgerust met verbrandingsmotoren. De vooruitgang stond echter niet stil. Met zijn ontwikkeling was er behoefte aan krachtigere en snellere vliegtuigen. Hier werden vliegtuigontwerpers echter geconfronteerd met een schijnbaar onoplosbaar probleem. Het feit is dat zelfs bij een lichte toename de massa van het vliegtuig aanzienlijk toenam. Een uitweg uit deze situatie werd echter gevonden door de Engelsman Frank Will. Hij creëerde een fundamenteel nieuwe motor, een straalmotor genaamd. Deze uitvinding gaf een krachtige impuls aan de ontwikkeling van de luchtvaart.

Het werkingsprincipe van een vliegtuigstraalmotor is vergelijkbaar met de acties van een brandslang. De slang heeft een taps toelopend uiteinde. Terwijl het door een nauwe opening naar buiten stroomt, verhoogt het water zijn snelheid aanzienlijk. De tegendruk die hierdoor ontstaat is zo sterk dat de brandweerman de slang nauwelijks in zijn handen kan houden. Dit gedrag van water kan ook het werkingsprincipe van een vliegtuigstraalmotor verklaren.

Direct-flow taxibanen

Dit type straalmotor is het eenvoudigst. Het kan worden voorgesteld als een pijp met open uiteinden, die op een bewegend vlak is geïnstalleerd. In het voorste deel breidt de doorsnede zich uit. Door dit ontwerp neemt de snelheid van de binnenkomende lucht af en neemt de druk toe. Het breedste punt van zo'n pijp is de verbrandingskamer. Hier wordt de brandstof ingespoten en verbrand. Dit proces bevordert de verwarming van de resulterende gassen en hun sterke expansie. Hierdoor ontstaat een stuwkracht van de straalmotor. Het wordt geproduceerd door dezelfde gassen wanneer ze uit het smalle uiteinde van de pijp worden geperst. Het is deze stuwkracht die het vliegtuig doet vliegen.

Gebruiksproblemen

Direct-flow straalmotoren hebben enkele nadelen. Ze kunnen alleen werken aan het vliegtuig dat in beweging is. Een stilstaand vliegtuig kan niet worden geactiveerd door direct-flow taxibanen. Om zo'n vliegtuig de lucht in te krijgen, is een andere startende motor nodig.

Oplossing voor het probleem

Het werkingsprincipe van de straalmotor van een turbojet-vliegtuig, dat de tekortkomingen van een straalmotor mist, stelde vliegtuigontwerpers in staat om het meest geavanceerde vliegtuig te creëren. Hoe werkt deze uitvinding?

Het belangrijkste element in een turbojetmotor is een gasturbine. Met zijn hulp wordt een luchtcompressor geactiveerd, waardoor perslucht in een speciale kamer wordt geleid. De producten die worden verkregen als gevolg van de verbranding van brandstof (meestal kerosine) vallen op de turbinebladen en drijven deze daardoor aan. Verder gaat de lucht-gasstroom in het mondstuk, waar het versnelt tot hoge snelheden en een enorme reactieve stuwkracht creëert.

Toename in vermogen

Reactieve stuwkracht kan in korte tijd aanzienlijk toenemen. Hiervoor wordt naverbranding gebruikt. Het is de injectie van extra brandstof in de gasstroom die uit de turbine ontsnapt. Zuurstof die niet in de turbine wordt gebruikt, draagt ​​bij aan de verbranding van kerosine, waardoor de stuwkracht van de motor toeneemt. Bij hoge snelheden bereikt de waardestijging 70% en bij lage snelheden - 25-30%.

STRAALMOTOR, een motor die de stuwkracht creëert die nodig is voor beweging door potentiële energie om te zetten in kinetische energie van de reactieve straal van de werkvloeistof. Werkvloeistof m, in relatie tot motoren, wordt opgevat als een stof (gas, vloeistof, vaste stof), met behulp waarvan de thermische energie die vrijkomt bij de verbranding van brandstof wordt omgezet in nuttig mechanisch werk. Als gevolg van de uitstroom van de werkvloeistof uit het motormondstuk wordt een reactieve kracht gegenereerd in de vorm van een reactie (terugslag) van de in de ruimte gerichte straal in de richting tegengesteld aan de uitstroom van de straal. Verschillende soorten energie (chemisch, nucleair, elektrisch, zonne-energie) kunnen worden omgezet in kinetische (hoge snelheid) energie van een straalstroom in een straalmotor.

Een straalmotor (direct-reactiemotor) combineert de motor zelf met een voortstuwingsinrichting, d.w.z. hij zorgt voor zijn eigen beweging zonder tussenkomst van tussenliggende mechanismen. Om een ​​jetstuwkracht (engine stuwkracht) te creëren die door een straalmotor wordt gebruikt, heb je nodig: een bron van initiële (primaire) energie, die wordt omgezet in kinetische energie van de straalstroom; een werkvloeistof die uit een straalmotor wordt uitgestoten in de vorm van een straalstroom; de straalmotor zelf is een energieomzetter. Motor stuwkracht - het is de reactieve kracht die het resultaat is van de gasdynamische druk- en wrijvingskrachten die op de binnen- en buitenoppervlakken van de motor worden uitgeoefend. Maak onderscheid tussen interne stuwkracht (straalstuwkracht) - de resultante van alle gasdynamische krachten die op de motor worden uitgeoefend, zonder rekening te houden met externe weerstand, en effectieve stuwkracht, rekening houdend met de externe weerstand van de energiecentrale. De initiële energie wordt opgeslagen aan boord van een vliegtuig of ander voertuig uitgerust met een straalmotor (chemische brandstof, nucleaire brandstof), of kan (in principe) van buiten komen (zonne-energie).

Om een ​​werkvloeistof in een straalmotor te verkrijgen, kan een stof uit de omgeving (bijvoorbeeld lucht of water) worden gebruikt; een stof die zich in de tanks van het apparaat of direct in de kamer van een straalmotor bevindt; een mengsel van stoffen afkomstig uit de omgeving en opgeslagen aan boord van het voertuig. In moderne straalmotoren wordt chemische energie meestal gebruikt als primaire energie. In dit geval is de werkvloeistof hete gassen - verbrandingsproducten van chemische brandstof. Wanneer een straalmotor in werking is, wordt de chemische energie van brandbare stoffen omgezet in thermische energie van verbrandingsproducten, en de thermische energie van hete gassen wordt omgezet in mechanische energie van de translatiebeweging van de straalstroom en dus het apparaat waarop de motor is gemonteerd.

Hoe een straalmotor werkt

In een straalmotor (Fig. 1) komt een luchtstroom de motor binnen en ontmoet turbines die met grote snelheid draaien compressor , die lucht aanzuigt uit de externe omgeving (met behulp van een ingebouwde ventilator). Zo worden twee taken opgelost: primaire luchtinlaat en koeling van de gehele motor als geheel. De bladen van de compressorturbines comprimeren de lucht met ongeveer 30 keer of meer en "duwen" deze (pomp) in de verbrandingskamer (de werkvloeistof wordt gegenereerd), het belangrijkste onderdeel van elke straalmotor. De verbrandingskamer doet ook dienst als carburateur en mengt brandstof met lucht. Dit kan bijvoorbeeld een mengsel zijn van lucht met kerosine, zoals in een turbostraalmotor van een modern straalvliegtuig, of een mengsel van vloeibare zuurstof met alcohol, zoals in sommige raketmotoren voor vloeibare stuwstof, of een vaste brandstof van poederraketten. Na de vorming van het brandstof-luchtmengsel wordt het ontstoken en komt er energie vrij in de vorm van warmte, dat wil zeggen alleen stoffen die bij een chemische reactie in de motor (verbranding) veel warmte afgeven, en ook een grote hoeveelheid gassen, kan dienen als brandstof voor straalmotoren...

Tijdens het ontstekingsproces treedt aanzienlijke verwarming van het mengsel en de omliggende delen op, evenals volumetrische expansie. In feite gebruikt een straalmotor een gecontroleerde explosie voor de voortstuwing. De verbrandingskamer van een straalmotor is een van de heetste delen ervan (de temperatuur erin bereikt 2700 ° C), moet het constant intensief worden gekoeld. De straalmotor is uitgerust met een mondstuk waardoor hete gassen - producten van brandstofverbranding in de motor - met hoge snelheid uit de motor stromen. Bij sommige motoren komen gassen direct na de verbrandingskamer in het mondstuk, bijvoorbeeld in raket- of straalmotormotoren. In turbostraalmotoren gaan de gassen na de verbrandingskamer eerst door turbine , waaraan ze een deel van hun thermische energie afstaan ​​om de compressor aan te drijven, die dient om de lucht voor de verbrandingskamer samen te drukken. Maar op de een of andere manier is het mondstuk het laatste deel van de motor - gassen stromen er doorheen voordat ze de motor verlaten. Het vormt een directe straalstroom. Koude lucht wordt in het mondstuk geblazen, dat door de compressor wordt gedwongen om de interne delen van de motor te koelen. Het straalmondstuk kan verschillende vormen en ontwerpen hebben, afhankelijk van het type motor. Moet de uitstroomsnelheid groter zijn dan de geluidssnelheid, dan krijgt de nozzle de vorm van een expanderende pijp of eerst convergerend en vervolgens expanderend (Laval nozzle). Alleen in een pijp van deze vorm kan het gas worden versneld tot supersonische snelheden, om over de "geluidsbarrière" te stappen.

Afhankelijk van het feit of de omgeving al dan niet wordt gebruikt bij het besturen van een straalmotor, zijn ze onderverdeeld in twee hoofdklassen - Jet motoren(KRW) en raketmotoren(RD). Alle KRW's - warmte motoren, waarvan de werkvloeistof wordt gevormd tijdens de oxidatiereactie van een brandbare stof met zuurstof uit de lucht. Lucht die uit de atmosfeer komt, vormt de hoofdmassa van de KRW-werkvloeistof. Zo heeft een apparaat met een KRW een energiebron (brandstof) aan boord en haalt het meeste werkvloeistof uit de omgeving. Deze omvatten een turbojet-motor (turbojet-motor), een straalmotor (ramjet-motor), een pulserende straalmotor (PuVRD), een hypersonische straalmotor (scramjet-motor). In tegenstelling tot de KRW bevinden alle componenten van de werkvloeistof van de taxibaan zich aan boord van het voertuig dat is uitgerust met de taxibaan. De afwezigheid van een propeller die in wisselwerking staat met de omgeving en de aanwezigheid van alle componenten van de werkvloeistof aan boord van het voertuig maken de taxibaan geschikt voor gebruik in de ruimte. Er zijn ook gecombineerde raketmotoren, die als het ware een combinatie zijn van beide basistypen.

Belangrijkste kenmerken van straalmotoren

De belangrijkste technische parameter die een straalmotor kenmerkt, is stuwkracht - de kracht die de motor ontwikkelt in de bewegingsrichting van het apparaat, specifieke impuls - de verhouding van motorstuwkracht tot de massa van raketbrandstof (werkvloeistof) verbruikt in 1 s, of een identiek kenmerk - specifiek brandstofverbruik (hoeveelheid brandstof verbruikt in 1 s per 1 N door de straalmotor ontwikkelde stuwkracht), het soortelijk gewicht van de motor (de massa van de straalmotor in werkende staat, per stuwkrachteenheid ontwikkeld door het). Voor veel typen straalmotoren zijn afmetingen en levensduur belangrijke kenmerken. Specifieke impuls is een maat voor de mate van uitmuntendheid of kwaliteit van een motor. Het gegeven diagram (Fig. 2) geeft grafisch de bovenste waarden van deze indicator weer voor verschillende soorten straalmotoren, afhankelijk van de vliegsnelheid, uitgedrukt in de vorm van Mach-getal, waarmee u het toepassingsgebied kunt zien van elk type motor. Dit cijfer is ook een maatstaf voor de economie van de motor.

De stuwkracht - de kracht waarmee de straalmotor inwerkt op het apparaat dat met deze motor is uitgerust - wordt bepaald door de formule: $$ P = mW_c + F_c (p_c - p_n), $$ waarbij $ m $ de massastroomsnelheid (massastroomsnelheid) van de werkvloeistof is gedurende 1 s; $ W_c $ - snelheid van de werkvloeistof in het mondstukgedeelte; $ F_c $ - mondstukuitlaatgebied; $ p_c $ - gasdruk in het mondstukgedeelte; $ p_n $ - omgevingsdruk (meestal atmosferische druk). Zoals uit de formule blijkt, hangt de stuwkracht van een straalmotor af van de omgevingsdruk. Het is vooral in leegte en het minst in de dichtste lagen van de atmosfeer, dat wil zeggen, het verandert afhankelijk van de vlieghoogte van een ruimtevaartuig uitgerust met een straalmotor boven zeeniveau, als vlucht in de atmosfeer van de aarde wordt overwogen. De specifieke impuls van een straalmotor is recht evenredig met de snelheid van de uitstroom van de werkvloeistof uit het mondstuk. De stroomsnelheid neemt toe met een toename van de temperatuur van de uitstromende werkvloeistof en een afname van het molecuulgewicht van de brandstof (hoe lager het molecuulgewicht van de brandstof, hoe groter het gasvolume dat tijdens de verbranding wordt gevormd, en bijgevolg, de snelheid van hun uitstroom). Aangezien het debiet van verbrandingsproducten (werkvloeistof) wordt bepaald door de fysisch-chemische eigenschappen van de brandstofcomponenten en de ontwerpkenmerken van de motor, zijnde een constante waarde met niet erg grote veranderingen in de bedrijfsmodus van de straalmotor, is de grootte van de reactieve kracht wordt voornamelijk bepaald door het massale tweede brandstofverbruik en fluctueert in zeer ruime limieten (minimum voor elektrisch - maximum voor raketmotoren met vloeibare en vaste stuwstof). Straalmotoren met lage stuwkracht worden voornamelijk gebruikt in stabilisatie- en controlesystemen van vliegtuigen. In de ruimte, waar de zwaartekracht zwak voelbaar is en er praktisch geen omgeving is waarvan de weerstand zou moeten worden overwonnen, kunnen ze ook worden gebruikt voor versnelling. Taxibanen met maximale stuwkracht zijn nodig voor het lanceren van raketten op grote afstanden en hoogten, en vooral voor het lanceren van vliegtuigen in de ruimte, d.w.z. om ze te versnellen tot hun eerste ruimtesnelheid. Deze motoren verbruiken een zeer grote hoeveelheid brandstof; ze werken meestal voor een zeer korte tijd en versnellen de raketten tot een bepaalde snelheid.

WFD gebruikt omgevingslucht als hoofdbestanddeel van de werkvloeistof, veel zuiniger. KRW's kunnen vele uren ononderbroken werken, wat ze handig maakt voor gebruik in de luchtvaart. Verschillende schema's maakten het mogelijk om ze te gebruiken voor vliegtuigen die in verschillende vliegmodi opereren. Turbojet-motoren (TJE) worden veel gebruikt en worden zonder uitzondering in bijna alle moderne vliegtuigen geïnstalleerd. Zoals alle motoren die atmosferische lucht gebruiken, hebben turbojetmotoren een speciaal apparaat nodig om de lucht samen te drukken voordat deze in de verbrandingskamer wordt gevoerd. In een turbostraalmotor dient een compressor om lucht te comprimeren en het ontwerp van de motor hangt grotendeels af van het type compressor. Persluchtstraalmotoren zijn veel eenvoudiger van ontwerp, waarbij de noodzakelijke drukverhoging op andere manieren wordt uitgevoerd; dit zijn pulserende en straalmotoren. In een pulserende luchtstraalmotor (PUVRD) wordt dit meestal gedaan door een kleprooster dat bij de motorinlaat is geïnstalleerd, wanneer een nieuw deel van het brandstof-luchtmengsel de verbrandingskamer vult en er een flits optreedt, sluiten de kleppen, het isoleren van de verbrandingskamer van de motorinlaat. Hierdoor stijgt de druk in de kamer en stromen de gassen door de straalpijp naar buiten, waarna het hele proces zich herhaalt. In een niet-compressormotor van een ander type, ramjet (ramjet), is er zelfs niet dit kleprooster en atmosferische lucht, die de motorinlaat binnenkomt met een snelheid die gelijk is aan de vliegsnelheid, wordt gecomprimeerd door de hoge snelheidsdruk en komt binnen de verbrandingskamer. De ingespoten brandstof verbrandt, de warmte-inhoud van de stroom neemt toe, die met een snelheid groter dan de vliegsnelheid door de straalpijp naar buiten stroomt. Hierdoor wordt de stuwkracht van de straalmotor gecreëerd. Het grootste nadeel van de straalmotor is het onvermogen om onafhankelijk te zorgen voor de start en versnelling van het vliegtuig. Het is nodig om het vliegtuig eerst te versnellen tot de snelheid waarmee de straalmotor wordt gelanceerd en de stabiele werking ervan is verzekerd. De eigenaardigheid van het aerodynamische ontwerp van supersonische vliegtuigen met straalmotormotoren (ramjetmotoren) is te wijten aan de aanwezigheid van speciale versnellingsmotoren die de snelheid leveren die nodig is voor het starten van een stabiele werking van de straalmotor. Dit maakt het staartgedeelte zwaarder en vereist de installatie van stabilisatoren om de nodige stabiliteit te bieden.

historische referentie

Het principe van straalaandrijving is al lang bekend. De stamvader van de straalmotor kan worden beschouwd als de bal van Reiger. Solide raketmotoren(Vaste stuwstof raketmotor) - poederraketten verschenen in China in de 10e eeuw. zn. e. Honderden jaren lang werden dergelijke raketten eerst in het oosten en vervolgens in Europa gebruikt als vuurwerk-, signaal- en gevechtsraketten. Een belangrijke fase in de ontwikkeling van het idee van straalaandrijving was het idee om een ​​raket als motor voor een vliegtuig te gebruiken. Het werd voor het eerst geformuleerd door de Russische revolutionair Narodnaya Volya N.I. Kibalchich, die in maart 1881, kort voor zijn executie, een plan voorstelde voor een vliegtuig (raketvliegtuig) dat gebruikmaakt van jetstuwkracht van explosieve poedergassen. Raketmotoren met vaste stuwstof worden gebruikt in alle klassen van militaire raketten (ballistische, luchtafweer-, antitank-, enz.), in de ruimte (bijvoorbeeld als start- en voortstuwingsmotoren) en luchtvaarttechnologie (opstijgversnellers voor vliegtuigen, in systemen uitwerpen), enz. Kleine vaste stuwstofmotoren worden gebruikt als versnellers voor het opstijgen van vliegtuigen. Elektrische raketmotoren en nucleaire raketmotoren kunnen worden gebruikt in ruimtevaartuigen.

De meeste militaire en civiele vliegtuigen over de hele wereld zijn uitgerust met turbojetmotoren en bypass-turbojetmotoren, ze worden gebruikt in helikopters. Deze straalmotoren zijn geschikt voor zowel subsonische als supersonische vluchten; ze zijn ook geïnstalleerd op projectielvliegtuigen, supersonische turbojetmotoren kunnen in de eerste fasen worden gebruikt ruimtevaart voertuigen, raket- en ruimtetechnologie, enz.

Het theoretische werk van de Russische wetenschappers S.S. Nezhdanovsky, I.V. Meshchersky, N. Ye Zhukovsky, het werk van de Franse wetenschapper R. Hainaut-Peltry, de Duitse wetenschapper G. Obert. Een belangrijke bijdrage aan de oprichting van de WFM was het werk van de Sovjetwetenschapper BS Stechkin, The Theory of an Air Jet Engine, gepubliceerd in 1929. Een straalmotor wordt tot op zekere hoogte in bijna 99% van de vliegtuigen gebruikt.

Straalmotoren zijn apparaten die de trekkracht creëren die nodig is voor het bewegingsproces door de interne energie van de brandstof om te zetten in de kinetische energie van de jetstralen in het werkmedium. De werkvloeistof stroomt snel uit de motor en volgens de wet van behoud van momentum wordt een reactieve kracht gevormd die de motor in de tegenovergestelde richting duwt. Om de werkvloeistof te versnellen, kan deze worden gebruikt als een expansie van gassen die op verschillende manieren tot hoge temperaturen zijn verwarmd, evenals voor andere fysieke processen, met name de versnelling van geladen deeltjes in een elektrostatisch veld.

Straalmotoren combineren echte motoren met propellers. Het betekent dat ze trekkrachten uitsluitend creëren door interactie met werkende lichamen, zonder steunen, of door contacten met andere lichamen. Dat wil zeggen, ze zorgen voor hun eigen vooruitgang, terwijl intermediaire mechanismen geen rol spelen. Als gevolg hiervan worden ze voornamelijk gebruikt om vliegtuigen, raketten en natuurlijk ruimtevaartuigen voort te stuwen.

Wat is motorstuwkracht?

De stuwkracht van motoren wordt de reactieve kracht genoemd, die zich manifesteert door gasdynamische krachten, druk en wrijving die worden uitgeoefend op de binnen- en buitenzijden van de motor.

De staven verschillen in:

• Intern (jetstuwkracht), wanneer geen rekening wordt gehouden met externe weerstand;
• Effectief, rekening houdend met de externe weerstand van energiecentrales.

De startenergie wordt opgeslagen aan boord van vliegtuigen of andere voertuigen uitgerust met straalmotoren (chemische brandstof, nucleaire brandstof), of kan van buiten komen (bijvoorbeeld zonne-energie).

Hoe wordt jetstuwkracht gevormd?

Om jetstuwkracht (motorstuwkracht), die wordt gebruikt door straalmotoren, te genereren, heb je nodig:

• Bronnen van initiële energie, die worden omgezet in kinetische energie van jet-jets;
• Werkvloeistoffen die als jetstreams uit straalmotoren worden uitgestoten;
• De straalmotor zelf als energieomzetter.

Hoe krijg je een werkend lichaam?

Om een ​​werkvloeistof in straalmotoren aan te schaffen, kan het volgende worden gebruikt:

• Stoffen uit de omgeving (bijvoorbeeld water of lucht);
• Stoffen in de tanks van apparaten of in de kamers van straalmotoren;
• Gemengde stoffen afkomstig uit de omgeving en opgeslagen aan boord van de voertuigen.

Moderne straalmotoren gebruiken voornamelijk chemische energie. Werkvloeistoffen zijn een mengsel van gloeiende gassen, die verbrandingsproducten zijn van chemische brandstoffen. Wanneer een straalmotor draait, wordt de chemische energie van de verbrandingsmaterialen omgezet in warmte-energie van de verbrandingsproducten. Tegelijkertijd wordt thermische energie van hete gassen omgezet in mechanische energie uit de translatiebewegingen van straaljets en apparaten waarop de motoren zijn geïnstalleerd.

Bij straalmotoren ontmoeten de luchtstralen die de motoren binnenkomen de turbines van de compressoren die met enorme snelheid ronddraaien en lucht uit de omgeving aanzuigen (met behulp van ingebouwde ventilatoren). Daarom worden er twee taken opgelost:

• Primaire luchtinlaat;
• Koeling van de gehele motor.

De turbinebladen van de compressoren comprimeren lucht ongeveer 30 of meer keer, duwen deze (injectie) in de verbrandingskamer (de werkvloeistof wordt gegenereerd). Over het algemeen spelen verbrandingskamers ook de rol van carburateurs, waarbij brandstof met lucht wordt gemengd.

Dit kunnen met name mengsels van lucht en kerosine zijn, zoals in turbostraalmotoren van moderne straalvliegtuigen, of mengsels van vloeibare zuurstof en alcohol, zoals sommige raketmotoren voor vloeibare stuwstof, of een andere vaste brandstof in poederraketten. Zodra het brandstof-luchtmengsel is gevormd, ontsteekt het met het vrijkomen van energie in de vorm van warmte. De brandstof in straalmotoren kan dus alleen die stoffen zijn die, als gevolg van chemische reacties in de motoren (tijdens ontsteking), warmte afgeven, terwijl veel gassen worden gevormd.

In geval van brand treedt een aanzienlijke verwarming van het mengsel en de delen eromheen op met volumetrische uitzetting. In feite worden straalmotoren gebruikt voor het voortstuwen van gecontroleerde explosies. Verbrandingskamers in straalmotoren zijn een van de heetste elementen (het temperatuurregime daarin kan oplopen tot 2700 ° C), en ze vereisen constante intensieve koeling.

Straalmotoren zijn uitgerust met sproeiers waardoor hete gassen, die producten zijn van brandstofverbranding, met hoge snelheid eruit stromen. Bij sommige motoren komen gassen direct na de verbrandingskamers in de sproeiers terecht. Dit geldt bijvoorbeeld voor raket- of straalmotormotoren.

Turbojetmotoren werken enigszins anders. De gassen gaan dus, na de verbrandingskamers, eerst door de turbines, waaraan ze hun thermische energie afgeven. Dit wordt gedaan om de compressoren aan te drijven, die zullen dienen om de lucht voor de verbrandingskamer te comprimeren. In ieder geval blijven de sproeiers de laatste onderdelen van de motoren waar gassen doorheen kunnen stromen. Eigenlijk vormen ze rechtstreeks de jetstream.

Koude lucht wordt naar de sproeiers gestuurd, die door compressoren worden gedwongen om de interne onderdelen van de motoren te koelen. Straalmondstukken kunnen verschillende configuraties en ontwerpen hebben op basis van de verscheidenheid aan motoren. Dus als de snelheid van de uitstroom hoger moet zijn dan de geluidssnelheid, dan krijgen de sproeiers de vorm van uitzettende pijpen of eerst vernauwen en dan uitzetten (de zogenaamde Laval-sproeiers). Alleen met pijpen van deze configuratie worden gassen versneld tot supersonische snelheden, met behulp waarvan straalvliegtuigen over de "geluidsbarrières" stappen.

Op basis van de vraag of de omgeving betrokken is bij de werking van straalmotoren, worden ze onderverdeeld in de hoofdklassen luchtademende motoren (WFM) en raketmotoren (RD). Alle KRW's zijn warmtemotoren, waarvan de werklichamen worden gevormd wanneer de reactie van oxidatie van brandbare stoffen met zuurstof van de luchtmassa's plaatsvindt. Luchtstromen uit de atmosfeer vormen de basis van de KRW-werkorganen. Zo hebben voertuigen met KRW energiebronnen (brandstof) aan boord, maar de meeste werkende lichamen worden uit de omgeving gehaald.

De KRW-apparaten omvatten:

• Turbojet-motoren (TRD);
• Ramjet-motoren (ramjet);
• Pulserende luchtstraalmotoren (PuVRD);
• Hypersonische straalmotoren (scramjet-motoren).

In tegenstelling tot luchtstraalmotoren bevinden alle componenten van de werkvloeistoffen van de taxibaan zich aan boord van met raketmotoren uitgeruste voertuigen. De afwezigheid van propellers die in wisselwerking staan ​​met de omgeving, evenals de aanwezigheid van alle samenstellende werkende lichamen aan boord van de voertuigen, maken raketmotoren geschikt om in de ruimte te functioneren. Er is ook een combinatie van raketmotoren, wat een soort combinatie is van de twee belangrijkste varianten.

Kort over de geschiedenis van de straalmotor

Er wordt aangenomen dat de straalmotor is uitgevonden door Hans von Ohain en de uitstekende Duitse ontwerpingenieur Frank Whittle. Het eerste patent voor een werkende gasturbinemotor werd in 1930 ontvangen door Frank Whittle. Het eerste werkende model werd echter door Ohain zelf samengesteld. Aan het einde van de zomer van 1939 verscheen het eerste straalvliegtuig in de lucht - de He-178 (Heinkel-178), die was uitgerust met de door Ohain ontwikkelde HeS 3-motor.

Hoe werkt een straalmotor?

De structuur van straalmotoren is vrij eenvoudig en tegelijkertijd uiterst complex. Het is in principe eenvoudig. Dus buitenboordlucht (in raketmotoren - vloeibare zuurstof) wordt in de turbine gezogen. Daarna begint het zich te vermengen met brandstof en daar te verbranden. Aan de rand van de turbine wordt een zogenaamde "working fluid" (eerder genoemde jetstream) gevormd, die het vliegtuig of ruimtevaartuig voortstuwt.

In al zijn eenvoud is dit in feite een hele wetenschap, want in het midden van dergelijke motoren kan de bedrijfstemperatuur meer dan duizend graden Celsius bereiken. Een van de belangrijkste problemen bij het bouwen van turbojetmotoren is het ontstaan ​​van niet-smeltende metalen onderdelen die zelf smelten.

Aan het begin, voor elke turbine, staat altijd een ventilator die luchtmassa's uit de omgeving de turbines in zuigt. De ventilatoren hebben een groot oppervlak en een kolossaal aantal bladen met speciale configuraties, waarvan het materiaal titanium is. Direct achter de ventilatoren zitten krachtige compressoren, die nodig zijn om lucht onder enorme druk in de verbrandingskamers te persen. Na de verbrandingskamers worden de brandende lucht-brandstofmengsels naar de turbine zelf gestuurd.

Turbines bestaan ​​uit vele bladen, die onder druk worden gezet door jetstreams, die de turbines in rotatie brengen. Verder laten de turbines de assen draaien waarop de ventilatoren en compressoren zijn "gemonteerd". In feite wordt het systeem gesloten en heeft het alleen de toevoer van brandstof en luchtmassa's nodig.

Na de turbines worden de stromen naar de nozzles geleid. Straalmotorsproeiers zijn de laatste, maar niet de minst belangrijke onderdelen in straalmotoren. Ze vormen directe jetstreams. Koude luchtmassa's worden naar de sproeiers geleid, die door ventilatoren worden gedwongen om de "binnenkant" van de motoren te koelen. Deze stromen beperken de mondstukkragen van oververhitte straalstromen en voorkomen dat ze smelten.

Afgebogen stuwkracht vector

Straalmotoren hebben een grote verscheidenheid aan mondstukconfiguraties. De meest geavanceerde worden beschouwd als beweegbare mondstukken op motoren met een afgebogen stuwkrachtvector. Ze kunnen samenknijpen en uitzetten, maar ook onder aanzienlijke hoeken afwijken - zo worden de jetstreams direct geregeld en gericht. Hierdoor worden vliegtuigen met motoren met een afgebogen stuwkrachtvector extreem wendbaar, omdat de manoeuvreerprocessen niet alleen plaatsvinden door de werking van de vleugelmechanismen, maar ook direct door de motoren zelf.

Typen straalmotoren

Er zijn verschillende hoofdtypen straalmotoren. De klassieke straalmotor kan dus een vliegtuigmotor in het F-15-vliegtuig worden genoemd. De meeste van deze motoren worden voornamelijk gebruikt in verschillende soorten jagers.

Tweebladige turbopropmotoren

In dit type turboprop-motor wordt het vermogen van de turbines gestuurd door reductietandwielen om de klassieke schroeven te laten draaien. Door de aanwezigheid van dergelijke motoren kunnen grote vliegtuigen met maximaal aanvaardbare snelheden vliegen terwijl ze minder vliegtuigbrandstof gebruiken. De normale kruissnelheid voor turbopropvliegtuigen kan 600-800 km / u zijn.

Turbofan straalmotoren

Dit type motor is zuiniger in de klassieke motorenfamilie. Het belangrijkste onderscheidende kenmerk van hen is dat ventilatoren met een grote diameter bij de inlaat zijn geïnstalleerd, die niet alleen luchtstromen voor de turbines leveren, maar ook vrij krachtige stromen daarbuiten creëren. Als gevolg hiervan is het mogelijk om verhoogde efficiëntie te bereiken door de efficiëntie te verbeteren. Ze worden gebruikt op voeringen en grote vliegtuigen.

Ramjet-motoren

Dit type motor functioneert zo dat er geen bewegende delen voor nodig zijn. Luchtmassa's worden op een ontspannen manier in de verbrandingskamer geperst, dankzij het afremmen van de stromen rond de stroomlijnkappen van de inlaten. In de toekomst wordt alles gedaan zoals in gewone straalmotoren, namelijk luchtstromen worden vermengd met brandstof en komen als straalstralen uit straalpijpen. Straalmotoren met directe stroom worden gebruikt in treinen, in vliegtuigen, in "drones", in raketten, daarnaast kunnen ze op fietsen of scooters worden geïnstalleerd.