HYPERLINK «http://www.ukrreferat.com/» www.ukrreferat.com – лідер
серед рефератних сайтів України!

НАУКОВИЙ РЕФЕРАТ

на тему:

«Реактивний двигун»

ПЛАН

Вступ

1. Передумови виникнення сучасних реактивних двигунів. Історія перших
спроб

2. Розробка сучасних реактивних двигунів та їх вдосконалення

3. Будова і принцип дії реактивного двигуна

4. Призначення і види ракетних двигунів

5. Термохімічні ракетні двигуни

Список використаної літератури

Додатки

Вступ

Згадки про використання реактивного руху зустрічаються в різних народів.
Герон Олександрійський (початок н.е.) подав опис першого реактивного
двигуна — реактивної турбіни, що приводилася в рух силою реакції
витікаючої пари. За допомогою реактивної сили літали порохові ракети, що
їх застосовували в Китаї (Х ст.), а згодом (до кінця ХІХ ст.) — у
багатьох європейських країнах.

У 1849 році російський інженер І.І.Третеський запропонував схему
повітряного реактивного двигуна, що в ньому утворювалась реакція
струменя повітря або газу. Проектом повітряного реактивного двигуна
(1866) російського винахідника М.М.Соковніна передбачалось використання
сили реакції попереднього стиснутого повітря. Першу схему літального
апарата, що приводиться в рух пороховим реактивним двигуном, склав 1881
М.І.Кибальчин. За розрахунками винахідника, в камеру згоряння двигуна
замість пороху, що згорів, повинні були автоматично надходити нові
порохові заряди.

Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні подорожі. Але ні
один вчений, ні один письменник-фантаст за багато століть так і не зміг
назвати пристрою, за допомогою якого можна було б подолати силу земного
тяжіння і полетіти в космос. Це зміг розробити російський вчений
Констянтин Едуардович Ціолковський (1857-1935). Він показав, що єдиний
апарат, спроможний подолати силу тяжіння — це ракета, тобто апарат з
реактивним двигуном, який використовує ючим і окислювач, розташовані в
самому апараті.

У 1903 в праці “Дослідження світових просторів реактивними приладами”
К.Е. Ціолковський запропонував новий тип двигунів — рідинний реактивний
двигун (на рідкому паливі). Ґрунтовні роботи в галузі теорії реактивного
двигуна були виконані М.Є.Жуковським, який, зокрема, досліджував реакцію
струменів рідини, що витікає, та І.В.Мещецьким — з питань руху ракет.

Розглянемо історію, принцип дії та різновиди реактивних двигунів.

1. Передумови виникнення сучасних реактивних двигунів. Історія перших
спроб

Як вже було згадано вище, історія реактивних двигунів іде корінням в
перше сторіччя нашої ери, коли грецький інженер і математик Герон, який
жив у місті Олександрії, створив свій еоліпіл. Це була куля, заповнена
киплячою водою, з бічними трубками, вигнутими в кінцях під прямим кутом.
Тиск пари на стінку трубки, протилежну її відкритому кінцю, породжував
обертання кулі. Макет еоліпіла експонується сьогодні на стенді
Калузького музею космонавтики імені К. Е. Ціолковського. А його
модифікація — так, зване сегнереве колесо, опис якого можна знайти майже
у всіх шкільних підручниках фізики, — ефективно використовується
сьогодні для поливу сільськогосподарських угідь.

Герон описав пристрій і принцип дії свого обертового реактивного двигуна
в книзі «Пневматика», що розповідає про досягнення античного світу в
області прикладної механіки. Інша його книга — «Метрика» — містить
теоретичні і прикладні основи геометрії й алгебри.

Як згодом з’ясувалося, реактивний рух може створюватися не тільки
водяною парою, але і різними газами, а також електричною плазмою, тобто
потоком заряджених елементарних часток, і навіть позбавленими
електричного заряду корпускулами світла — фотонами. Але яке відношення
все це має до ракетної техніки?

Саме безпосереднє, тому що ракета являє собою літальний апарат, що
переміщається за рахунок роботи реактивного двигуна.

Коли ж з’явилися перші ракети? Відповідь на це питання прямо зв’язаний з
датуванням появи першого енергоносія. Протягом декількох сторіч у цій
якості використовувався димний чорний порох — сипуча суміш сірі, селітри
і деревного вугілля. Древні «порохових справ майстри», як називалися на
Русі виготовлювачі пороху, вважали, що його сила відбувається «від жару
сірки і холоду селітри, що терпіти не можуть один одного». Для одержання
порохового вугілля обпалювали при температурі 200-500оС деревину вільхи,
верби, липи чи жостери. У 1823 р. знаменитий фізик Гей-Люссак встановив,
що реактивну силу при горінні чорного пороху створюють в основному
тверді частки калію і його окислів у суміші з вуглеводневими
з’єднаннями. Про час і місце появи пороху дотепер йдуть суперечки між
китайськими й арабськими хіміками. Китайці посилаються на древні акти,
що свідчать, що ще в 1232 р. у битві під Пекіном були використані
порохові ракети — вогненні стріли «Хо цзянь».

У нашій батьківщині чорний димний порох з’явилася, по свідченнях ряду
літописів, у XIV столітті, а видатний історик авіації И. Я. Шатоба
вважає, що це відбулося ще раніш — у XII столітті.

Перші зведення про використання ракет як зброю на Україні відносяться до
XVI сторіччя. Як розповідає Г. Кониський у своїй книзі «Історія русів»,
виданої в 1847 р. у Москві, у 1515 р. у битві запорожців з татарами
«гетьман Ружинский вислав загін кінноти з приготовленими затимчасово
паперовими ракетами, які, будучи кинуті на землю, могли перескакувати з
місця на місце, роблячи до шести пострілів кожна. Кіннота оная,
наскакавши на становище татарське, кинула їх між коней татарських,
заподіявши в них велике сум’яття».

У січні 1676 р. у місті Великий Устюг була зроблена «велика вогненна
потіха» — грандіозний феєрверк із використанням ракет і обертових
порохових реактивних двигунів. Про цю подію згадується в книзі Балтазара
Койета «Посольство Кунраада фан Кленка до царів Олексію Михайловичу і
Федорові Олексійовичу».

«Пороховою справою» займався і сам цар Петро I (1672 — 1725), що
заснував для цього в Москві спеціальне «ракетний заклад». У ньому була
виготовлена в 1707 р. сигнальна ракета, здатна підніматися на висоту до
одного кілометра. У бомбардирській роті Преображенського полку ракетною
справою успішно займалися артилерійські офіцери В. Корчмін і Г. Писарєв.
Записками цих видатних російських піротехніків користалися згодом М. В.
Ломоносов і інші вчені. Необхідність посилення вогневої моці артилерії
спонукала Петра I звернутися до ракет — ефективному засобу взаємодії з
артилерійською зброєю. Цар був широко відомий як великий фахівець в
області кораблебудування. Менш відомі його роботи в області
артилерійської техніки. У 1709 р. він, «у співавторстві» з
генерал-фельдцейхмейстером Я. В. Брюсом, сконструював і успішно
випробував першу в Європі швидкостріляючу пушку, яка заряджалася з
казенної частини. Його незмінний інтерес до ракетної справи
підтверджується замовленням на переклад книги Йосипа Ландгріні
«Мистецтва вогненні і різні військові знаряддя», де приводилися зведення
про мистецтво виготовлення ракет. В особистій бібліотеці Петра I була і
книга Йосипа Беклера, що побачила світло в 1660 р. У ній розповідалося
про готування «потішних вогнів», тобто ракет для феєрверків, і
приводилися креслення ракети, що складає з двох послідовно сполучених
частин. От коли ще знали про багатоступінчасті ракети!

До речі, набагато раніше — у 1613 р. — польський військовий архітектор
Валентій Себиш у своєму творі «Ручне виробництво зброї» привів креслення
багатоступінчастих ракет. Можна згадати і книгу «Інше світло, чи комічна
історія про держави і жителів Місяця», написану в 1649 р. французьким
поетом-бунтарем Сірано де Бержераком. У ній говориться про транспортну
багатоступінчасту ракету. Невідомо, чи знав про ці твори Петро I.
Невідомо також, чи знав Валентій Себіш про те, що ще в 1241 р. у битві з
татарами під містом Легнігца (у Сілезії) були використані літаючі
«вогненні дракони» — бойові порохові ракети. Вони зображені на фресках
каплиці, спорудженої на місці побоїща.

Першою вітчизняною друкованою працею по ракетній техніці, очевидно, є
книга О.Михайлова «Статут ратних, гарматних і інших справ, що стосуються
до військової науки». Вона витримала два видання — у 1607 і 1621 р.

Слов’янський автор К. Симонович опублікував у 1650 р. в Амстердамі книгу
«Велике мистецтво артилерії», де згадується про ракети. А в 1762 р.
з’явилася книга М. Данилова «Початкові знання теорії і практики
артилерії», що містить згадування про ракети. Не виключено, що Петро I
знав про ці праці.

Особливо слід зазначити поява в Санкт-Петербурзі в 1824 р.
енциклопедичної праці «артилерії полковника і кавалера» Федора Челєєва
«Повне і докладне наставляння про складання розважальних вогнів,
феєрверками іменованими, з додаванням готування військових вогнепальних
і запальних речей на користь артилерії й аматорів цієї вправи, що
складає з п’яти частин». Ця книга як би підбивала підсумок усім
попереднім роботам по реактивній техніці.

Нову еру в історії авіації ознаменувало створення реактивних двигунів.

2. Розробка сучасних реактивних двигунів та їх вдосконалення

Основоположником теорії реактивного руху і сучасної космонавтики був
російський учений-винахідник К.Е.Ціолковський, що у 1896 році в праці
«дослідження світових просторів» обґрунтував можливість застосування
реактивного двигуна. Значний внесок у їхню розробку внесли радянські
вчені і конструктори. Після 2-ий світової війни вони одержали можливість
розширити роботи з створенню реактивних літаків, впровадженню у
виробництво більш сучасної техніки і технологій, засновані на
використанні всіх досягнень суміжних наук.

Розробку ТРД (турбореактивний двигун) у СРСР займалися конструкторські
колективи В.Я.Климова, Н.Д.Кузнєцова, С.К.Туманського, А.М.Колиски й ін.
Різке підвищення швидкості польоту поставило перед вченими і
конструкторами нові проблеми: на швидкості польоту понад 700 км\год
починало позначатися явище стискальності повітря, збільшився лобовий
опір, погіршилася стійкість і керованість літака. Проведені наукові
дослідження й експериментальні розробки показала,що крила літаків,
призначені для польотів на великих швидкостях,повинні мати стріловидну
хому в плані і тонкий профіль.

Побудований на початку 50-их років перший радянський надзвуковий літак —
одномісний винищувач МИГ-19 — зі стріловидністю крила 55 градусів
розвивав швидкість до 1450 км\год, що послужило могутнім поштовхом для
створення цілої серії надзвукових літаків багатьох КБ.

На озброєння надійшли нові відомості засоби поразки, у т.ч. ядерна зброя
масового і точкового «удару».

У 60-их роках були досягнуті великі успіхи в збільшенні швидкості,
дальності висоти польоту, удосконалюванні комплексів радіопротидії,
навігаційних, прицільних і інших систем і засобів авіаційного озброєння.
Військова авіація стала ракетоносною, де самі снаряди не скидалися
«вручну», поштучно чи цілою купою з кошика, не завантажувалися в
окремому фюзеляжі чи хоробро скидалися відкриттям люка, а окремо
розміщувалися під крилом літака і приводилися в дію спеціальними
установками.

Застосування турбогвинтових і турбореактивних двигунів дозволило не
тільки підвищити швидкість і висоту польоту, але і значно збільшити
вантажопідйомність і дальність польоту літака. Також не можна не
помітити створення, унікального своєї конструкції, літака зі змінюваною
геометрією крила.

3. Будова і принцип дії реактивного двигуна

Реакти?вний двигу?н — двигун, що створює тягу (реактивну) внаслідок
швидкого витікання робочого тіла із сопла, найчастіше робочим тілом є
гарячі гази, що утворюються внаслідок спалювання палива у камерах
згоряння. Бувають турбореактивні, пульсуючі (безкомпресорні), прямоточні
(ефективно працюють тільки при надзвукових швидкостях) та ракетні
двигуни.

Іншими словами, реактивний двигун – це двигун, який перетворює хімічну
енергію палива в кінетичну енергію газової потоку, при цьому двигун
набирає швидкість у зворотньому напрямку.

На яких принципах и фізичних законах основується його дія?

Кожен знає, що постріл із гвинтівки супроводжується віддачею. Якщо б
вага кулі дорівнювала б вазі гвинтівки, вони б розлетілись з однаковою
швидкістю. Віддача виникає тому, що відкидна маса газів створює
реактивну силу, завдяки якій може бути забезпечено рух як у повітрі, так
і в безповітряному просторі. І чим більша маса і швидкість вилітаючих
газів, тим більшу силу віддачі відчуває наше плече, чим сильніша реакція
гвинтівки, тим більша реактивна сила. Це легко пояснити із закону
збереження імпульсу, в якому йдеться, що геометрична (тобто векторна)
сума імпульсів тіл, складаючих замкнуту систему, залишається постійною
при любих рухах і взаємодіях тіл системи, тобто:

К. Е. Ціолковський вивів формулу, дозволяючу розрахувати максимальну
швидкість, яку може розвинути ракета. Ось ця формула:

Тут vmax – максимальна швидкість ракети, v0 – початкова швидкість, vr –
швидкість вильоту газів із сопла, m – початкова маса палива, а M – маса
порожньої ракети. Як видно із формули, ця максимально досяжна швидкість
залежить в першу чергу від швидкості вильоту газів із сопла, яка в свою
чергу залежить перед усім від виду палива і температури газової струї.
Чим вища температура, тим більша швидкість. Значить, для ракети потрібно
підбирати саме калорійне паливо, яке надає найбільшу кількість теплоти.
Із формули витікає також, що ця швидкість залежить і від початкової і
кінечної маси ракети, тобто від того, яка частина її ваги приходиться на
пальне, і яка — на безкорисні (з точки зору швидкості польоту)
конструкції: корпус, механізми, і т.п.

Ця формула Ціолковського являється фундаментом, на якому будується весь
розрахунок сучасних ракет. Відношення маси палива до маси ракети в кінці
роботи двигуна (тобто по правді до ваги пустої ракети) називається
числом Ціолковського.

Основний висновок із цієї формули полягає в тому, що в безповітряному
просторі ракета розвине тим більшу швидкість, чим більша швидкість
витоку газів і чим більше число Ціолковського.

Як виглядає в загальних рисах сучасна ракета далекої дії? Перед усім, це
багатоступінчата ракета. В головній її частині розміщується боєвий
заряд, позад нього — прилади керування, баки і, нарешті, двигун. В
залежності від пального стартова вага ракети перевищуєт вагу корисного
вантажу в 100-200 разів! Тому важить вона багато десятків тонн, а в
довжину досягає висоти десятиповерхового будинку.

Мал.1. Схема реактивного авіадвигуна:

1) Впуск повітря

2) Знижений тиск компресії

3) Підвищений тиск компресії

4) Горіння

5) Вихлоп

6) Гарячий тракт

7) Турбіна

8) Камера згорання

9) Холодний тракт

10) Повітрязабірник

>

x

AE

E

O

ue

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

8

x

AE

O

????

??????$??

??$??

?????$??

?ue

0

dhgd]o6

на початку польоту, коли щільність повітря ще велика і швидкість ракети
маленька, рулі погано керують. А там, де ракета набирає більшу
швидкість, мала густина повітря. Газові рулі крихкі і ламкі, тому що їх
доводиться робити з графіту або кераміки.

Кожна ступінь ракети працює в зовсім різних умовах, які і вибирають її
будову. Потужність кожної наступної ступені і час її дії менша від
попередньої, тому її конструкція може бути простішою.

На теперішній час двигуни балістичних ракет переважно працюють на
рідкому паливі. В якості палива зазвичай використовують керосин, спирт,
гідразин, анілін, а в якості окислювачів — азотну и хлоридну кислоти,
рідкий кисень і перекись водню. Дуже активними окислювачами є фтор і
рідкий озон, але через велику вибухонебезпечність вони поки що обмежені
в використанні.

Найбільш відповідальною частиною ракети являється двигун, а в ньому –
камера згорання і сопло. Тут повинні використовуватися особливо
жаростійкі матеріали і складні методи охолодження, так як температура
згоряння палива доходить до 2500-3500ОС. Звичайні матеріали таких
температур не витримують. Достатньо складні і інші агрегати. Наприклад,
насоси, які подавали пальне і окислювач до форсунок камери згорання, вже
в ракеті ФАУ-2 були здатні перекачувати 125 кг палива в секунду. В ряді
випадків замість балонів застосовують балони із зжатим повітрям або
яким-небудь другим газом, який витісняє пальне із баків і гонить його в
камеру згорання.

Запускається балістична ракета із спеціального стартового пристрою.
Часто це ажурна металева мачта або навіть башта, біля якої ракету
збирають по частинам підйомними кранами. Площадки на башті розміщуються
проти люків, через які перевіряють і настроюють устаткування. Потім
ракету заправляють паливом, і башта відїжджає.

Стартуючи вертикально, ракета потім нахиляється і описує майже строго
эліптичну траєкторію. Значна частина траєкторії польоту таких ракет
проходить на висоті більше 1000 км над Землею, де опір повітря майже
відсутній, проте з приближенням до цілі атмосфера починає різко
гальмувати рух ракети, при цьому оболонка сильно нагрівається, і, якщо
не прийняти міри, ракета може зруйнуватися, а її заряд – передчасно
вибухнути.

4. Призначення і види ракетних двигунів

По призначенню ракетні двигуни підрозділяють на кілька основних видів:
розгінні (стартові), гальмові, маршові, керуючі й інші. Ракетні двигуни
в основному застосовуються на ракетах (звідси узята назва). Крім цього
ракетні двигуни іноді застосовують в авіації. Ракетні двигуни є
основними двигунами в космонавтиці.

По виду застосовуваного палива (робітника тіла) ракетні двигуни
підрозділяються на: твердо паливні й рідинні.

Військові (бойові) ракети звичайно мають твердо паливні двигуни. Це
пов’язано з тим, що такий двигун заправляється на заводі і не вимагає
обслуговування весь термін збереження і служби самої ракети. Часто
твердо паливні двигуни застосовують як розгінні для космічних ракет.
Особливо широко, у цій якості, їх застосовують у США, Франції, Японії і
Китаї.

Рідинні ракетні двигуни мають більш високі тягові характеристики, чим
твердо паливні. Тому їх застосовують для відпровадження космічних ракет
на орбіту навколо Землі і на міжпланетні перельоти. Основними рідкими
паливами для ракет є гас, гептан (диметилгидразин) і рідкий водень. Для
таких видів палива обов’язково необхідний окислювач (кисень). Як
окислювач у таких двигунах застосовують азотну кислоту і зріджений
кисень. Азотна кислота уступає зрідженому кисню по окисних властивостях,
але не вимагає підтримки особливого температурного режиму при
збереженні, заправлення і використанні ракет.

Двигуни для космічних польотів відрізняються від земних тем, що вони при
можливо меншій масі й обсязі повинні виробляти як можна велику
потужність. Крім того, до них пред’являються такі вимоги, як винятково
висока ефективність і надійність, значний час роботи. По виду
використовуваної енергії рухові установки космічних апаратів
підрозділяються на чотири типи: термохімічні, ядерні, електричні,
сонячно – вітрильні. Кожний з перерахованих типів має свої переваги й
недоліки і може застосовуватися у визначених умовах.

В даний час космічні кораблі, орбітальні станції і безпілотні супутники
Землі виводяться в космос ракетами, оснащеними могутніми термохімічними
двигунами. Існують також мініатюрні двигуни малої сили тяги. Це зменшена
копія могутніх двигунів. Деякі з них можуть уміститися на долоні. Сила
тяги таких двигунів дуже мала, але її буває досить, щоб керувати
положенням корабля в просторі.

5. Термохімічні ракетні двигуни

Відомо, що в двигуні внутрішнього згоряння, топці парового казана –
усюди, де відбувається згоряння, сама активна участь приймає атмосферний
кисень. У космічному просторі повітря ні, а для роботи ракетних двигунів
у космічному просторі необхідно мати два компоненти – пальне й
окислювач.

У рідинних термохімічних ракетних двигунах як пальне використовується
спирт, гас, бензин, анілін, гидразин, диметилгидразин, рідкий водень. Як
окислювач застосовують рідкий кисень, перекис водню, азотна кислота.
Можливо, у майбутньому буде застосовуватися як окислювач рідкий фтор,
коли будуть винайдені способи збереження й використання такої активної
хімічної речовини.

Пальне й окислювач для рідинних реактивних двигунів зберігаються окремо,
у спеціальних баках і за допомогою насосів подаються в камеру згоряння.
При їхньому з’єднанні в камері згоряння розвивається температура до 3000
– 4500 °С.

Продукти згоряння, розширюючи, здобувають швидкість від 2500 до 4500
м/с. Відштовхуючи від корпуса двигуна, вони створюють реактивну тягу.
При цьому, чим більше маса і швидкість витікання газів, тим більше сили
тяги двигуна.

Питому тягу двигунів прийнято оцінювати величиною тяги створюваною
одиницею маси палива спаленної за одну секунду. Цю величину називають
питомим імпульсом ракетного двигуна і вимірюють у секундах (кг тяги / кг
згорілого палива в секунду). Кращі твердопаливні ракетні двигуни мають
питомий імпульс до 190 с., тобто 1 кг палива згоряє за одну секунду
створює тягу 190 кг. Воднево-кисневий ракетний двигун має питомий
імпульс 350 с. Теоретично воднево-фторовый двигун може розвити питомий
імпульс більший за 400 с.

Звичайно застосовувана схема рідинного ракетного двигуна працює в такий
спосіб. Стиснутий газ створює необхідний напір у баках із криогенним
пальним, для запобігання виникнення газових пузирив у трубопроводах.
Насоси подають паливо в ракетні двигуни. Паливо впорскується в камеру
згоряння через велику кількість форсунок. Також через форсунки в камеру
згоряння впорскують і окислювач.

У будь-якій машині при згорянні палива утворяться великі теплові потоки,
що нагрівають стінки двигуна. Якщо не прохолоджувати стінки камери, то
вона швидко прогорить, з якого би матеріалу вона ні була зроблена.
Рідинний реактивний двигун, як правило, прохолоджують одним з
компонентів палива. Для цього камеру роблять двох стіночною. У зазорі
між стінками протікає холодний компонент палива.

Велику силу тяги створює двигун, що працює на рідкому кисні і рідкому
водні. У реактивному струмені цього двигуна гази мчаться зі швидкістю
більше 4 км/с. Температура цього струменя близько 3000°С, і складається
вона з перегрітої водяної пари, що утвориться при згорянні водню і
кисню. Основні дані типових палив для рідинних реактивних двигунів
приведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Окислювач Пальне Щільність, кг/м3 Питома тяга, з Питома теплота
згоряння, кдж/кг

Азотна кислота Гас 1,36 235 6100

Рідкий кисень Гас 1,0 275 9200

Рідкий кисень Рідкий водень 0,25 340 13400

Рідкий кисень Диметилгидразин 1,02 285 9200

Рідкий фтор Гидразин 1,32 345 9350

Але в кисню поряд з достоїнствами є й один недолік – при нормальній
температурі він являє собою газ. Зрозуміло, що застосовувати в ракеті
газоподібний кисень не можна адже в цьому випадку довелося б його
зберігати під великим тиском у масивних балонах. Тому вже Ціолковський,
першим запропонував, кисень як компонент ракетного палива, говорив про
рідкий кисень як про компонент без якого космічні польоти не будуть
можливі.

Щоб перетворити кисень у рідину, його потрібно остудити до температури
-183°С. Однак зріджений кисень легко і швидко випаровується, навіть якщо
його зберігати в спеціальних теплоизолюючих посудинах. Тому не можна
довго тримати споряджену ракету, двигун якої використовує як окислювач
рідкий кисень. Заправляти кисневий бак такої ракети приходиться
безпосередньо перед запуском. Якщо таке можливо для космічних і інших
ракет цивільного призначення, то для військових ракет, що потрібно
підтримувати в готовності до негайного запуску протягом тривалого часу
таке неприйнятно. Азотна кислота не має такого недоліку і тому є
окислювачем, що зберігається. Цим порозумівається її міцне положення в
ракетній техніці, особливо військової, незважаючи на істотно меншу силу
тяги, що вона забезпечує.

Використання найбільш сильного з усіх відомих хімії окислювачів – фтору
дозволить істотно збільшити ефективність рідинних реактивних двигунів.
Однак рідкий фтор дуже незручний в експлуатації і збереженні через
отруйність і низкою температури кипіння (-188°С). Але це не зупиняє
вчених-ракетників: експериментальні двигуни на фторі вже існують і
випробуються в лабораторіях і на експериментальних стендах.

Радянський учений Ф.А. Цандер ще в тридцяті роки у своїх працях
запропонував використовувати в між планетних польотах як пальне легкі
метали, з яких буде виготовлений космічний корабель – літій, бериллій,
алюміній і ін. Особливо як добавку до звичайного палива, наприклад
воднево-кисневому. Подібні «потрійні композиції» здатні забезпечити
найбільшу з можливих для хімічних палив швидкість витікання – до 5 км/с.
Але це вже практично межа ресурсів хімії. Більшого вона практично
зробити не може.

Хоча в пропонованому описі поки переважають рідинні ракетні двигуни,
потрібно сказати, що першим в історії людства був створений
термохімічний ракетний двигун на твердому паливі – РДТП.

Паливо – наприклад спеціальний порох – знаходиться безпосередньо в
камері згоряння. Камера згоряння з реактивним соплом, заповнена твердим
паливом – от і вся конструкція. Режим згоряння твердого палива залежить
від призначення РДТП (стартовий, маршовий чи комбінований). Для
твердотопливных ракет застосовуваних у військовій справі характерна
наявність стартового і маршового двигунів. Стартовий РДТП розвиває
велику тягу на дуже короткий час, що необхідно для сходу ракети з
пускової установки і її первісного розгону. Маршовий РДТП призначений
для підтримки постійної швидкості польоту ракети на основному (маршовій)
ділянці траєкторії польоту. Розходження між ними полягають в основному в
конструкції камери згоряння і профілі поверхні горіння паливного заряду,
що визначають швидкість горіння палива від якого залежить час роботи і
тяга двигуна. На відміну від таких ракет космічні ракети-носії для
запуску супутників Землі, орбітальних станцій і космічних кораблів, а
також міжпланетних станцій працюють тільки в стартовому режимі зі старту
ракети до видпровадження об’єкта на орбіту навколо Землі чи на
міжпланетну траєкторію.

У цілому твердо паливні ракетні двигуни мають багато переваг перед
двигунами на рідкому паливі: вони прості у виготовленні, тривалий час
можуть зберігатися, завжди готові до дії, відносно вибухобезпечні. Але
по питомій тязі твердо паливні двигуни на 10-30% уступають рідинним.

Висновки

Отже, зі сказаного вище можна зробити наступні висновки:

Реактивні двигуни — тепловий двигун, де хімічна енергія від згорання
палива перетворюється на кінетичну енергію газового струменя, що витікає
з реактивного сопла, а сила реакції. Яка утворюється при цьому,
безпосередньо використовується як рушійна сила (сила тяги).

Згадки про використання реактивного руху зустрічаються в різних народів
і в різні часи, але найбільш сучасний варіант реактивних двигунів
розробив К.Е.Ціолковський, який у 1903 в праці “Дослідження світових
просторів реактивними приладами” запропонував новий тип двигунів —
рідинний реактивний двигун. Цей двигун мав камеру згоряння, що
охолоджувалась складовими частинами палива; реактивне сопло, що
розширювалось; паливні насоси тощо. Ґрунтовні роботи в галузі теорії
реактивного двигуна були виконані М.Є. Жуковським, який, зокрема,
досліджував реакцію струменів рідини, що витікає, та І.В. Мещецьким — з
питань руху ракет.

До основних частин найпростішого рідинно-реактивного двигуна належать
камера згоряння, що в ній згоряє рідке паливо (суміш рідких пального і
окислювача); форсунки, що подають під тиском в камеру згоряння пальне і
окислювач; реактивне сопло — труба з отвором, з якої продукти згоряння з
великою швидкістю витікають назовні. Під час роботи двигуна тиск газу на
бічні стінки камери згоряння взаємно зровноважується, і лише тиск на
закриту стінку не буде зрівноважений (внаслідок того, що в протилежній
частині камери є отвір). Цей незрівноважений тиск і являє собою
реактивну силу — силу тяги, що діє в напрямі, протилежному напряму
витікаючого струменя газу, і рухає апарат, на якому встановлено двигун.

Сучасні реактивні двигуни поділяють на ракетні двигуни, що
використовують для згоряння пальне і окислювач, які містяться на
літальному апараті, і повітряно-реактивні двигуни, де необхідний для
згоряння пального кисень надходить з атмосфери. Створено також
комбіновані реактивні двигуни, що їх застосовують на літаках
спеціального призначення. Перспективними є реактивні двигуни, що
працюють на ядерному пальному.

Розрізняють реактивні двигуни порохові, або двигуни твердого палива, і
рідинно-реактивні, що працюють на рідкому паливі.

Повітряно-реактивні двигун бувають прямоточні (у вигляді прямоточного
каналу), пульсуючі (в них згоряння відбувається спалахами, що
чергуються), турбореактивні (з газовою турбіною) і турбогвинтові (з
газовою турбіною і повітряним гвинтом).

Список використаної літератури

Казанджан П. К., Алексеев Л. П., Говоров А. Н. и др. Теория реактивных
двигателей. — М.: Воениздат, 1985

Клячкин А. Л., Теория воздушно-реактивных двигателей. — М., 1989

Кулагин В. В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и
энергетических установок. Изд. 2-е. — М.: Машиностроение, 2003.

Кулагин В. В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и
энергетических установок. Изд. 2-е. — М.: Машиностроение, 2003.

Стечкин Б. С. Избранные труды. Теория тепловых двигателей. — М.: Наука,
1997. — 410 с.

Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. Учебник для вузов / Под
редакцией С. М. Шляхтенко. — М.: Машиностроение, 2002.

Додатки

Мал. 2. Вогняні випробування

ракетного двигуна Спейс Шаттла (США)

Мал. 3. Турбореактивні двигуни АЛ-31Ф літака Су-30МК.

Відносяться до класу повітряно-реактивних двигунів

Мал.4. Перший турбореактивний літк Не 178

Мал. 5. Двигун Jumo-004 — перший в світі

багатосерійний турбореактивний двигун

Мал. 6. Leduc 010 перший апарат, який літав з прямоточним
повітряно-реактивним двигуном (Музей в Ле Бурже).

Мал.7. Схема будови прямотокового повітряно-реактивного двигуна на
рідкому паливі

1. Зустрічний потік повітря;

2. Центральне тіло.

3. Входний пристрій.

4. Паливна форсунка.

5. Камера згоряння.

6. Сопло.

7. Реактивний струмінь.

Мал. 8. Схема будови твердопаливного прямопотокового
повітряно-реактивного двигуна

PAGE 1

PAGE 4

Похожие записи