ВОЗДУ́ШНО-РЕАКТИ́ВНЫЙ ДВИ́ГАТЕЛЬ
-
Рубрика: Технологии и техника
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ВОЗДУ́ШНО-РЕАКТИ́ВНЫЙ ДВИ́ГАТЕЛЬ (ВРД), тепловой реактивный двигатель, в котором в качестве рабочего тела используется газовоздушная смесь забираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива кислородом, который содержится в воздухе. Сила тяги возникает в результате трансформации потенциальной энергии окисления (взрыва) газовоздушной смеси в камере сгорания в кинетическую энергию истечения рабочих газов из сопла. Термодинамический цикл ВРД в общем случае включает процессы сжатия воздуха, забираемого из атмосферы, подвода теплоты (одно- или многократного) и расширения нагретого газа до атмосферного давления.
Рабочее тело поступает в двигатель со скоростью полёта, а покидает его со скоростью истечения реактивной струи из сопла. Сила тяги равна разнице импульсов. Поэтому ВРД эффективен тогда, когда тяга положительна, т. е. скорость истечения из сопла превышает скорость полёта. Основные типы ВРД (прямоточный, пульсирующий и турбореактивный) различаются, в первую очередь, техническим способом, которым достигается необходимое повышение давления и который предопределяет устройство двигателя данного типа. Важнейшим техническим параметром ВРД любого типа является степень полного повышения давления – отношение давления в камере сгорания двигателя к статическому забортному давлению воздуха. От этого параметра зависит термический кпд воздушно-реактивного двигателя.
ВРД используют на ЛА, летающих в атмосфере (самолёты, вертолёты, экранопланы, конвертопланы и т. д.). Впервые этот термин использован в 1929 Б. С. Стечкиным в статье «Теория воздушного реактивного двигателя», опубликованной в журнале «Техника воздушного флота». В английском языке этому термину наиболее точно соответствует словосочетание airbreathing jet engine.
По способу сжатия воздуха различают компрессорные и бескомпрессорные ВРД. У компрессорных ВРД сжатие воздуха осуществляется в воздухозаборнике, а далее механическим компрессором, вращаемым газовой турбиной. Такие ВРД принадлежат к классу газотурбинных двигателей (ГТД). В бескомпрессорном ВРД сжатие воздуха производится только за счёт скоростного напора встречного потока. По характеру процесса сгорания топлива такие ВРД делятся на прямоточный (ПВРД) и пульсирующий (ПуВРД). В ПВРД процесс сгорания протекает при постоянном давлении, а в ПуВРД – при постоянном или полузамкнутом объёме. ПуВРД, в отличие от ПВРД, снабжены специальными клапанами, которые в период сгорания топлива отделяют камеру сгорания от входной части, поэтому процесс сгорания имеет прерывистый (пульсирующий) характер. В отличие от ПВРД, ПуВРД могут развивать тягу в стартовых условиях, однако скорости ЛА с ПуВРД (например Фау-1) сравнительно малы (до 1000 км/ч) из-за меньшего расхода воздуха. ПВРД может эффективно работать при скоростях не менее 3000 км/ч, т. к. на меньших скоростях степень повышения давления за счёт скоростного напора недостаточна. Особый класс образуют комбинированные двигатели, сочетающие элементы ГТД и ПВРД.
При гиперзвуковых скоростях (М=5–10, M – Маха число) используется гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) со сверхзвуковой скоростью течения воздуха внутри двигателя. ГПВРД считается одним из перспективных типов силовых установок для гиперзвуковой авиации. В РФ (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова) проведены испытания водородных ГПВРД в составе гиперзвуковой летающей лаборатории «Холод», созданной на базе зенитной ракеты SA-5 (с 2003). Максимальная скорость, достигнутая при полёте, составила 1855 м/с, что соответствует М=6,49. Система охлаждения обеспечила работоспособность ГПВРД в течение 77 сек.
Идеи создания различных схем ВРД высказывались во 2-й пол. 19 – нач. 20 вв. В 1930-е гг. начали создаваться экспериментальные образцы ТРД, ПВРД, мотокомпрессорных ВРД. Первые боевые самолёты с ТРД появились в Великобритании и Германии (Не-178, Ме-162, Ме-262) в 1942, начиная с 1950-х гг. ВРД становятся основным типом двигателей самолётов и вертолётов. (Историческую справку см. в статье Реактивный двигатель.)
