Wat is een straalmotor? Turbojetvliegtuigen (geschiedenis van de uitvinding).

de site en Rostec herinneren zich de mensen die raketten lieten vliegen.

Oorsprong

“Een raket vliegt niet vanzelf” is een uitdrukking die aan veel beroemde wetenschappers wordt toegeschreven. En Sergei Korolev, en Wernher von Braun, en Konstantin Tsiolkovsky. Er wordt aangenomen dat het idee van een raketvlucht bijna door Archimedes zelf werd geformuleerd, maar zelfs hij had geen idee hoe hij het moest laten vliegen.

Konstantin Tsiolkovsky

Tot op heden zijn er veel soorten raketmotoren. Chemisch, nucleair, elektrisch, zelfs plasma. Raketten verschenen echter lang voordat de mens de eerste motor uitvond. De woorden "kernfusie" of " chemische reactie“Ze zeiden nauwelijks iets tegen de inwoners van het oude China. Maar de raketten verschenen precies daar. De exacte datum Het is moeilijk te benoemen, maar vermoedelijk gebeurde dit tijdens het bewind van de Han-dynastie (III-II eeuw voor Christus). De eerste vermeldingen van buskruit dateren uit die tijd. De raket, die omhoog steeg als gevolg van de kracht die werd gegenereerd door de explosie van buskruit, werd in die tijd uitsluitend voor vreedzame doeleinden gebruikt: voor vuurwerk. Meestal hadden deze raketten hun eigen brandstofvoorraad, in dit geval buskruit.

Conrad Haas wordt beschouwd als de maker van de eerste gevechtsraket

De volgende stap werd pas in 1556 gezet door de Duitse uitvinder Conrad Haas, een vuurwapenspecialist in het leger van keizer Ferdinand I. Haas wordt beschouwd als de maker van de eerste militaire raket. Hoewel de uitvinder het strikt genomen niet heeft gemaakt, maar alleen heeft vastgelegd theoretische basis. Het was Haas die op het idee kwam van een meertrapsraket.

Meertrapsraket zoals voorgesteld door Conrad Haas

De wetenschapper beschreef in detail het mechanisme voor het maken van een vliegtuig uit twee raketten die tijdens de vlucht uit elkaar zouden gaan. ‘Zo’n apparaat,’ verzekerde hij, ‘zou een enorme snelheid kunnen bereiken.’ De ideeën van Haas werden al snel ontwikkeld door de Poolse generaal Kazimir Semenovich.

Titelpagina boeken waarin Kazimir Semenovich raketten beschreef

In 1650 stelde hij een project voor om een ​​drietrapsraket te maken. Dit idee werd echter nooit tot leven gebracht. Dat was het natuurlijk ook, maar pas in de twintigste eeuw, enkele eeuwen na de dood van Semenovitsj.

Raketten in het leger

Het leger zal uiteraard nooit de kans missen om te adopteren de nieuwe soort destructieve wapens. In de 19e eeuw hadden ze de mogelijkheid om een ​​raket in de strijd te gebruiken. In 1805 demonstreerde de Britse officier William Congreve bij het Royal Arsenal de kruitraketten die hij had gemaakt, die voor die tijd een ongekende kracht hadden. Er wordt aangenomen dat Congreve de meeste ideeën heeft ‘gestolen’ van de Ierse nationalist Robert Emmett, die tijdens de opstand van 1803 een soort raket gebruikte. Je kunt voor altijd over dit onderwerp discussiëren, maar toch wordt de raket die de Britse troepen hebben geadopteerd de Congreve-raket genoemd, en niet de Emmett-raket.

Het leger begon aan het begin van de 19e eeuw raketten te gebruiken

Lancering van de Congreve-raket, 1890

Het wapen werd vele malen gebruikt tijdens de Napoleontische oorlogen. In Rusland wordt luitenant-generaal Alexander Zasyadko beschouwd als de pionier van de raketwetenschap.

Alexander Zasjadko

Hij verbeterde niet alleen de Congreve-raket, maar dacht ook dat de energie van dit vernietigende wapen voor vreedzame doeleinden kon worden gebruikt. Zasyadko was bijvoorbeeld de eerste die het idee uitte dat het mogelijk zou zijn om met een raket de ruimte in te vliegen. De ingenieur berekende zelfs precies hoeveel buskruit er nodig zou zijn om de raket de maan te laten bereiken.

Zasyadko was de eerste die voorstelde raketten te gebruiken om de ruimte in te vliegen

Op een raket naar de ruimte

Zasyadko's ideeën vormden de basis voor veel van Konstantin Tsiolkovsky's werken. Deze beroemde wetenschapper en uitvinder heeft theoretisch de mogelijkheid onderbouwd om met rakettechnologie de ruimte in te vliegen. Toegegeven, hij stelde voor om geen buskruit als brandstof te gebruiken, maar een mengsel van vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof. Soortgelijke ideeën werden verwoord door Tsiolkovsky’s jongere tijdgenoot Herman Oberth.

Herman Oberth

Hij ontwikkelde ook het idee van interplanetair reizen. Oberth begreep perfect de complexiteit van de taak, maar zijn werk was helemaal niet fantastisch van aard. Vooral de wetenschapper stelde het idee van een raketmotor voor. Hij voerde zelfs experimentele tests uit met dergelijke apparaten. In 1928 ontmoette Obert een jonge student, Wernher von Braun. Deze jonge natuurkundige uit Berlijn zou spoedig een doorbraak in de raketwetenschap bewerkstelligen en veel van Oberths ideeën tot leven brengen. Maar daarover later meer, want twee jaar vóór de ontmoeting van deze twee wetenschappers werd de eerste raket met vloeibare brandstof in de geschiedenis gelanceerd.

Raket tijdperk

Deze belangrijke gebeurtenis vond plaats op 16 maart 1926. En de hoofdpersoon was de Amerikaanse natuurkundige en ingenieur Robert Goddard. In 1914 patenteerde hij een meertrapsraket. Al snel slaagde hij erin het idee van Haas, bijna vierhonderd jaar eerder, tot leven te brengen. Goddard stelde voor om benzine en lachgas als brandstof te gebruiken. Na een reeks mislukte lanceringen behaalde hij succes. Op 16 maart 1926 lanceerde Goddard op de boerderij van zijn tante een raket ter grootte van een mannenhand de lucht in. In iets meer dan twee seconden vloog ze 12 meter de lucht in. Het is merkwaardig dat Bazooka later zal worden gemaakt op basis van de werken van Goddard.

Robert Goddard en zijn raket

De ontdekkingen van Goddard, Oberth en Tsiolkovsky vonden grote weerklank. In de VS, Duitsland en de Sovjet-Unie begonnen spontaan verenigingen van raketwetenschappers te ontstaan. In de USSR werd al in 1933 het Jet Institute opgericht. In hetzelfde jaar verscheen een fundamenteel nieuw type wapen: raketten. De installatie om ze te lanceren ging de geschiedenis in onder de naam "Katyusha".

Salvo "Katjoesja"

In Duitsland werd de ontwikkeling van Oberths ideeën uitgevoerd door de toch al bekende Wernher von Braun. Hij creëerde raketten voor het Duitse leger en verliet deze activiteit niet nadat de nazi's aan de macht kwamen. Bovendien ontving Brown fantastische financiering van hen en onbeperkte mogelijkheden voor het werk.

Wernher von Braun met een V-2-model in zijn handen

Slavenarbeid werd gebruikt om nieuwe raketten te maken. Het is bekend dat Brown hiertegen probeerde te protesteren, maar als reactie daarop het dreigement kreeg dat hij zelf in de plaats van dwangarbeiders terecht zou kunnen komen. Dit is hoe een ballistische raket ontstond, waarvan het uiterlijk werd voorspeld door Tsiolkovsky. De eerste tests vonden plaats in 1942. In 1944 werd de V-2 ballistische langeafstandsraket door de Wehrmacht geadopteerd. Met zijn hulp schoten ze voornamelijk op het grondgebied van Groot-Brittannië (de raket bereikte Londen in 6 minuten vanaf Duits grondgebied). De V-2 veroorzaakte verschrikkelijke verwoestingen en zaaide angst in de harten van mensen. Minstens 2.700 burgers van Foggy Albion werden het slachtoffer. In de Britse pers werd de V-2 de ‘gevleugelde horror’ genoemd.

De nazi's gebruikten slavenarbeid om raketten te maken

Na de oorlog

Het Amerikaanse en Sovjet-leger jagen al sinds 1944 op Brown. Beide landen waren geïnteresseerd in zijn ideeën en ontwikkelingen. De wetenschapper zelf speelde een sleutelrol bij het oplossen van dit probleem. In het voorjaar van 1945 verzamelde hij zijn team voor een raad, waar werd beslist over de vraag wie zich aan het einde van de oorlog moest overgeven. Wetenschappers zijn tot de conclusie gekomen dat het voor de Amerikanen beter is zich over te geven. Brown zelf werd bijna per ongeluk gevangengenomen. Zijn broer Magnus, die een Amerikaanse soldaat zag, rende naar hem toe en zei: "Mijn naam is Magnus von Braun, mijn broer heeft de V-2 uitgevonden, we willen ons overgeven."

R-7 Korolev - de eerste raket die de ruimte in vloog

In de VS bleef Wernher von Braun aan raketten werken. Nu werkte hij echter vooral voor vreedzame doeleinden. Hij was het die een kolossale impuls gaf aan de ontwikkeling van de Amerikaanse ruimtevaartindustrie door de eerste lanceervoertuigen voor de Verenigde Staten te ontwerpen (Brown creëerde natuurlijk ook ballistische gevechtsraketten). In februari 1958 lanceerde zijn team de eerste Amerikaan kunstmatige satelliet Aarde. De Sovjet-Unie lag met de lancering van de Spoetnik bijna zes maanden voor op de Verenigde Staten. Op 4 oktober 1957 werd de eerste kunstmatige satelliet in een baan om de aarde gelanceerd. Het werd gelanceerd met behulp van de Sovjet R-7-raket, gemaakt door Sergei Korolev.

Sergej Korolev

De R-7 werd 's werelds eerste intercontinentale ballistische raket, evenals de eerste raket die voor ruimtevluchten werd gebruikt.

Raketmotoren in Rusland

In 1912 werd in Moskou een fabriek voor de productie van vliegtuigmotoren geopend. Het bedrijf maakte deel uit van de Franse vereniging "Gnome". Hier werden ook vliegtuigmotoren gemaakt. Russische Rijk tijdens de Eerste Wereldoorlog. De fabriek overleefde met succes de revolutie, kreeg een nieuwe naam “Icarus” en bleef opereren onder Sovjetregering.

In 1912 verscheen in Rusland een fabriek voor de productie van vliegtuigmotoren

In de jaren dertig en veertig, de oorlogsjaren, werden hier luchtvaartmotoren gemaakt. De motoren die in Ikar werden geproduceerd, werden in geavanceerde Sovjetvliegtuigen geïnstalleerd. En al in de jaren vijftig begon het bedrijf turboraketmotoren te produceren, ook voor de ruimtevaartindustrie. Nu is de fabriek eigendom van OJSC Kuznetsov, die zijn naam kreeg ter ere van de uitstekende Sovjet-vliegtuigontwerper Nikolai Dmitrievich Kuznetsov. Het bedrijf maakt deel uit van het staatsbedrijf Rostec.

Huidige toestand

Rostec blijft raketmotoren produceren, ook voor de raketindustrie. IN afgelopen jaren productievolumes groeien. Vorig jaar verscheen informatie dat Kuznetsov al twintig jaar van tevoren orders ontving voor de productie van motoren. Motoren worden niet alleen gemaakt voor de ruimtevaartindustrie, maar ook voor de luchtvaart, energie en goederenvervoer per spoor.

In 2012 testte Rostec een maanmotor

In 2012 testte Rostec de maanmotor. Deskundigen slaagden erin technologieën die voor de Sovjet waren gemaakt nieuw leven in te blazen maan programma. Het programma zelf werd, zoals we weten, uiteindelijk stopgezet. Maar schijnbaar vergeten prestaties zijn nu gevonden nieuw leven. De maanboegschroef zal naar verwachting op grote schaal worden gebruikt in het Russische ruimteprogramma.

ABSTRACT

OVER DIT ONDERWERP:

Jet motoren .

GESCHREVEN DOOR: Kiselev A.V.

KALININGRAD

Invoering

Straalmotor, een motor die de trekkracht creëert die nodig is voor beweging door de initiële energie om te zetten in de kinetische energie van de straalstroom van de werkvloeistof; Als resultaat van de uitstroom van de werkvloeistof uit het mondstuk van de motor, wordt een reactieve kracht gegenereerd in de vorm van een reactie (terugslag) van de straal, waardoor de motor en het apparaat dat er structureel mee verbonden is in de ruimte beweegt in de richting tegengesteld aan de uitstroom van de jet. Verschillende soorten energie (chemisch, nucleair, elektrisch, zonne-energie) kunnen worden omgezet in de kinetische (snelheids)energie van een straalstroom in een raketstraalvliegtuig. Een directe reactiemotor (directe reactiemotor) combineert de motor zelf met een voortstuwingsapparaat, d.w.z. hij zorgt voor zijn eigen beweging zonder de deelname van tussenliggende mechanismen.

Om de straalkracht te creëren die door R.D. wordt gebruikt, is het noodzakelijk:

bron van initiële (primaire) energie, die wordt omgezet in kinetische energie van de jetstream;

de werkvloeistof, die in de vorm van een straalstroom uit de straal wordt uitgestoten;

De R.D. zelf is een energieomzetter.

De initiële energie wordt opgeslagen aan boord van een vliegtuig of ander voertuig uitgerust met een raketmotor (chemische brandstof, nucleaire brandstof), of kan (in principe) van buitenaf komen (zonne-energie). Om een ​​werkvloeistof in een vloeibaar drijfgas 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 rechtstreeks in de R.D.-kamer bevindt; een mengsel van stoffen afkomstig uit de omgeving en opgeslagen aan boord van het voertuig.

In de moderne R.D. wordt chemische stof meestal als primair middel gebruikt

Raketvuurtesten

motor Ruimteschip

Turbostraalmotoren AL-31F vliegtuig Su-30MK. Behoort tot de klasse luchtademende motoren

energie. In dit geval bestaat de werkvloeistof uit hete gassen - verbrandingsproducten van chemische brandstoffen. Tijdens de werking van een verbrandingsmotor wordt de chemische energie van verbrandingsstoffen omgezet in thermische energie van verbrandingsproducten, en thermische energie hete gassen worden omgezet in mechanische energie van de translatiebeweging van de straalstroom en bijgevolg van het apparaat waarop de motor is geïnstalleerd. Het belangrijkste onderdeel van elke verbrandingsmotor is de verbrandingskamer waarin de werkvloeistof wordt gegenereerd. Het laatste deel van de kamer, dat dient om de werkvloeistof te versnellen en een straalstroom te produceren, wordt een straalmondstuk genoemd.

Afhankelijk van het feit of de omgeving al dan niet wordt gebruikt tijdens de werking van raketmotoren, zijn ze onderverdeeld in 2 hoofdklassen: luchtademhalingsmotoren (ARE) en raketmotoren (RE). Alle VRD's zijn warmtemotoren, waarvan de werkvloeistof wordt gevormd tijdens de oxidatiereactie van een brandbare stof met atmosferische zuurstof. De lucht die uit de atmosfeer komt, vormt het grootste deel van de werkvloeistof van de WRD. Een apparaat met een voortstuwingsmotor heeft dus een energiebron (brandstof) aan boord en haalt het grootste deel van de werkvloeistof uit de omgeving. In tegenstelling tot de VRD bevinden alle componenten van de werkvloeistof van de boegschroef zich aan boord van het apparaat dat is uitgerust met de boegschroef. Gebrek aan voortstuwing die in wisselwerking staat met omgeving, en de aanwezigheid van alle componenten van de werkvloeistof aan boord van het apparaat maken de RD de enige die geschikt is voor werk in de ruimte. Er zijn ook gecombineerde raketmotoren, die een combinatie zijn van beide hoofdtypen.

Geschiedenis van straalmotoren

Het principe van straalaandrijving is al heel lang bekend. De voorouder van R. d. kan worden beschouwd als de bal van Heron. Raketmotoren met vaste stuwstof - poederraketten - verschenen in de 10e eeuw in China. N. e. Honderden jaren lang werden dergelijke raketten eerst in het Oosten en daarna in Europa gebruikt als vuurwerk-, signaal- en gevechtsraketten. In 1903 was K.E. Tsiolkovsky in zijn werk ‘Exploration of World Spaces with Jet Instruments’ de eerste ter wereld die de basisprincipes van de theorie van vloeibare raketmotoren naar voren bracht en de basiselementen van een raketmotor met vloeibare brandstof voorstelde. ontwerp. De eerste Sovjet-vloeistofraketmotoren - ORM, ORM-1, ORM-2 werden ontworpen door V.P. Glushko en, onder zijn leiding, in 1930-31 gemaakt in het Gas Dynamics Laboratory (GDL). In 1926 lanceerde R. Goddard een raket met vloeibare brandstof. De eerste elektrothermische RD werd gemaakt en getest door Glushko bij de GDL in 1929-33.

In 1939 testte de USSR raketten met straalmotoren ontworpen door I.A. Merkulov. Het eerste turbostraalmotordiagram? werd in 1909 voorgesteld door de Russische ingenieur N. Gerasimov.

In 1939 begon de bouw van turbostraalmotoren ontworpen door A. M. Lyulka in de Kirov-fabriek in Leningrad. Het testen van de gecreëerde motor werd verhinderd door de Grote Patriottische Oorlog van 1941-45. In 1941 werd voor het eerst een turbostraalmotor, ontworpen door F. Whittle (Groot-Brittannië), in een vliegtuig geïnstalleerd en getest. De theoretische werken van de Russische wetenschappers S. S. Nezhdanovsky, I.V. Meshchersky en N.E. Zhukovsky, de werken van de Franse wetenschapper R. Hainault-Peltry en de Duitse wetenschapper G. Oberth waren van groot belang voor de oprichting van de R.D. Een belangrijke bijdrage aan de oprichting van de WRD was het werk van de Sovjetwetenschapper B. S. Stechkin, ‘The Theory of an Air-Jet Engine’, gepubliceerd in 1929.

R.D. hebben verschillende doeleinden en de reikwijdte van hun toepassing breidt zich voortdurend uit.

Radardrives worden het meest gebruikt in verschillende typen vliegtuigen.

De meeste militaire en civiele vliegtuigen over de hele wereld zijn uitgerust met turbostraalmotoren en bypass-turbostraalmotoren, en worden gebruikt in helikopters. Deze radarmotoren zijn geschikt voor vluchten met zowel subsonische als supersonische snelheden; Ze worden ook geïnstalleerd op projectielvliegtuigen; supersonische turbostraalmotoren kunnen worden gebruikt in de eerste fasen van lucht- en ruimtevaartvliegtuigen. Ramjetmotoren worden geïnstalleerd op geleide luchtafweerraketten, kruisraketten en supersonische interceptorjagers. Subsonische straalmotoren worden gebruikt op helikopters (geïnstalleerd aan de uiteinden van de hoofdrotorbladen). Pulse-straalmotoren hebben een lage stuwkracht en zijn alleen bedoeld voor vliegtuigen met subsonische snelheden. Tijdens de Tweede Wereldoorlog (1939-45) werden deze motoren uitgerust met V-1-projectielvliegtuigen.

Taxibanen worden meestal gebruikt op hogesnelheidsvliegtuigen.

Vloeibare raketmotoren worden gebruikt op lanceervoertuigen van ruimtevaartuigen en ruimtevaartuigen als voortstuwings-, rem- en controlemotoren, evenals op geleide ballistische raketten. Raketmotoren met vaste stuwstof worden gebruikt in ballistische, luchtafweer-, antitank- en andere militaire raketten, maar ook in lanceervoertuigen en ruimtevaartuigen. Kleine motoren met vaste stuwstof worden gebruikt als boosters voor het opstijgen van vliegtuigen. Elektrische raketmotoren en nucleaire raketmotoren kunnen op ruimtevaartuigen worden gebruikt.

Deze machtige stam, het principe van directe reactie, bracht echter een enorme kroon van de "stamboom" van de straalmotorenfamilie voort. Om kennis te maken met de hoofdtakken van zijn kroon, die de ‘stam’ van directe reactie bekronen. Zoals je op de foto kunt zien (zie hieronder), wordt deze stam binnenkort in twee delen verdeeld, alsof deze door een blikseminslag wordt gespleten. Beide nieuwe stammen zijn evenzeer versierd met krachtige kronen. Deze verdeling vond plaats omdat alle ‘chemische’ straalmotoren in twee klassen zijn verdeeld, afhankelijk van het feit of ze wel of niet omgevingslucht gebruiken voor hun werking.

Een van de nieuw gevormde trunks is de klasse van luchtademende motoren (WRE). Zoals de naam zelf aangeeft, kunnen ze niet buiten de atmosfeer opereren. Daarom vormen deze motoren de basis van de moderne luchtvaart, zowel bemand als onbemand. WRD's gebruiken zuurstof uit de lucht om brandstof te verbranden; zonder zuurstof zal de verbrandingsreactie in de motor niet plaatsvinden. Maar toch worden turbostraalmotoren momenteel het meest gebruikt.

(turbostraalmotoren), zonder uitzondering op vrijwel alle moderne vliegtuigen geïnstalleerd. Zoals alle motoren die atmosferische lucht gebruiken, hebben turbostraalmotoren een speciaal apparaat nodig om de lucht te comprimeren voordat deze in de verbrandingskamer wordt gevoerd. Als de druk in de verbrandingskamer de atmosferische druk niet significant overschrijdt, zullen de gassen immers niet met een hogere snelheid uit de motor stromen - het is de druk die ze naar buiten duwt. Maar bij een lage uitlaatsnelheid zal de stuwkracht van de motor laag zijn en zal de motor veel brandstof verbruiken; zo'n motor zal geen toepassing vinden. In een turbostraalmotor wordt een compressor gebruikt om lucht te comprimeren, en het ontwerp van de motor hangt grotendeels af van het type compressor. Er zijn motoren met axiale en centrifugaalcompressoren, axiale compressoren hebben mogelijk minder of minder dank voor het gebruik van ons systeem groter aantal compressietrappen, één of twee cascades, enz. Om de compressor aan te drijven, heeft de turbostraalmotor een gasturbine, waaraan de motor zijn naam dankt. Vanwege de compressor en turbine is het motorontwerp behoorlijk complex.

Niet-compressor luchtademende motoren zijn veel eenvoudiger van ontwerp, waarbij de noodzakelijke drukverhoging wordt bereikt door andere methoden, die namen hebben: pulserende en straalmotoren.

Bij een pulserende motor wordt dit meestal gedaan door een kleppenrooster dat bij de motorinlaat is geïnstalleerd; wanneer een nieuw deel van het brandstof-luchtmengsel de verbrandingskamer vult en er een flits in optreedt, sluiten de kleppen, waardoor de verbrandingskamer wordt geïsoleerd van de motor inlaat. Als gevolg hiervan neemt de druk in de kamer toe en stromen gassen door het straalmondstuk naar buiten, waarna het hele proces wordt herhaald.

Bij een niet-compressormotor van een ander type, directe stroom, is er niet eens dit kleppenrooster en neemt de druk in de verbrandingskamer toe als gevolg van de hogesnelheidsdruk, d.w.z. het afremmen van de tegemoetkomende luchtstroom die tijdens de vlucht de motor binnenkomt. Het is duidelijk dat een dergelijke motor alleen kan werken als het vliegtuig al met een voldoende hoge snelheid vliegt; hij zal geen stuwkracht ontwikkelen als hij geparkeerd staat. Maar bij een zeer hoge snelheid, vier tot vijf keer de geluidssnelheid, ontwikkelt een straalmotor een zeer hoge stuwkracht en verbruikt hij minder brandstof dan welke andere “chemische” straalmotor onder deze omstandigheden dan ook. Dat is de reden waarom straalmotoren.

De eigenaardigheid van het aerodynamische ontwerp van supersonische vliegtuigen met straalmotoren (straalmotoren) is te wijten aan de aanwezigheid van speciale acceleratiemotoren die de snelheid leveren die nodig is om een ​​stabiele werking van de straalmotor te starten. Dit maakt het staartgedeelte van de constructie zwaarder en vereist de installatie van stabilisatoren om de nodige stabiliteit te garanderen.

Het werkingsprincipe van een straalmotor.

Moderne krachtige straalmotoren van verschillende typen zijn gebaseerd op het principe van directe reactie, d.w.z. het principe van het creëren van een drijvende kracht (of stuwkracht) in de vorm van een reactie (terugslag) van een stroom ‘werksubstantie’ die uit de motor stroomt, meestal hete gassen.

In alle motoren zijn er twee energieomzettingsprocessen. Eerst wordt de chemische energie van de brandstof omgezet in thermische energie van verbrandingsproducten, en vervolgens wordt de thermische energie gebruikt om mechanisch werk uit te voeren. Dergelijke motoren omvatten zuigermotoren van auto's, diesellocomotieven, stoom- en gasturbines van energiecentrales, enz.

Laten we dit proces eens bekijken in relatie tot straalmotoren. Laten we beginnen met de verbrandingskamer van de motor, waarin op de een of andere manier al een brandbaar mengsel is ontstaan, afhankelijk van het type motor en het type brandstof. Dit kan bijvoorbeeld een mengsel zijn van lucht en kerosine, zoals in de turbostraalmotor van een modern straalvliegtuig, of een mengsel van vloeibare zuurstof en alcohol, zoals in sommige vloeibare raketmotoren, of, ten slotte, een soort vaste brandstof voor kruitraketten. Het brandbare mengsel kan branden, d.w.z. een chemische reactie aangaan waarbij snel energie vrijkomt in de vorm van warmte. Het vermogen om energie vrij te maken tijdens een chemische reactie is de potentiële chemische energie van de moleculen van het mengsel. De chemische energie van moleculen houdt verband met de kenmerken van hun structuur, meer precies, de structuur van hun elektronische omhulsels, d.w.z. die elektronenwolk die de kernen omringt van de atomen waaruit het molecuul bestaat. Als gevolg van een chemische reactie, waarbij sommige moleculen worden vernietigd en andere ontstaan, vindt op natuurlijke wijze een herstructurering van de elektronenschillen plaats. Bij deze herstructurering is er een bron van vrijgekomen chemische energie. Het is duidelijk dat brandstoffen voor straalmotoren alleen die stoffen kunnen zijn die tijdens een chemische reactie in de motor (verbranding) behoorlijk veel warmte vrijgeven en ook een grote hoeveelheid gassen vormen. Al deze processen vinden plaats in de verbrandingskamer, maar laten we ons concentreren op de reactie, niet op moleculair niveau (dit is hierboven al besproken), maar op de ‘fasen’ van het werk. Totdat de verbranding is begonnen, beschikt het mengsel over een grote voorraad potentiële chemische energie. Maar toen overspoelde de vlam het mengsel, nog een moment - en de chemische reactie was voorbij. Nu is de kamer, in plaats van moleculen van het brandbare mengsel, gevuld met moleculen van verbrandingsproducten, dichter opeengepakt. Overtollige bindingsenergie, de chemische energie van de verbrandingsreactie die heeft plaatsgevonden, komt vrij. De moleculen die deze overtollige energie bezaten, brachten deze vrijwel onmiddellijk over op andere moleculen en atomen als gevolg van frequente botsingen ermee. Alle moleculen en atomen in de verbrandingskamer begonnen willekeurig en chaotisch met een aanzienlijk hogere snelheid te bewegen, en de temperatuur van de gassen nam toe. Op deze manier werd de potentiële chemische energie van de brandstof omgezet in thermische energie van verbrandingsproducten.

Een soortgelijke transitie werd uitgevoerd bij alle andere warmtemotoren, maar straalmotoren verschillen fundamenteel van deze wat betreft het verdere lot van de hete verbrandingsproducten.

Nadat in de warmtemotor hete gassen met een grote thermische energie zijn gegenereerd, moet deze energie worden omgezet in mechanische energie. Motoren dienen immers om te presteren mechanisch werk, om iets te ‘bewegen’, om het in actie te brengen, het maakt niet uit of het een dynamo is, voeg dan tekeningen toe van een elektriciteitscentrale, een diesellocomotief, een auto of een vliegtuig.

Om de thermische energie van gassen te kunnen omzetten in mechanische energie, moet hun volume toenemen. Bij een dergelijke uitzetting verrichten gassen arbeid, waarbij hun interne en thermische energie wordt verbruikt.

In het geval van een zuigermotor drukken de uitzettende gassen op de zuiger die in de cilinder beweegt. De zuiger duwt tegen de drijfstang, die vervolgens de krukas van de motor laat draaien. De as is verbonden met de rotor van een dynamo, de aandrijfassen van een diesellocomotief of auto, of een vliegtuigpropeller - de motor verricht nuttig werk. In een stoommachine of gasturbine dwingen de gassen, die uitzetten, het wiel dat op de turbine-as is aangesloten, te draaien - hier is geen transmissie-krukmechanisme nodig, wat een van de grote voordelen van de turbine is

Gassen zetten uiteraard ook uit in een straalmotor, want zonder dit werken ze niet. Maar de expansiewerkzaamheden worden in dat geval niet besteed aan asrotatie. Geassocieerd met een aandrijfmechanisme, zoals bij andere warmtemotoren. Het doel van een straalmotor is anders: straalkracht creëren, en hiervoor is het noodzakelijk dat een stroom gassen - verbrandingsproducten - met hoge snelheid uit de motor stroomt: de reactiekracht van deze stroom is de stuwkracht van de motor . Bijgevolg moet het werk van de expansie van de gasvormige producten van de brandstofverbranding in de motor worden besteed aan het versnellen van de gassen zelf. Dit betekent dat de thermische energie van gassen in een straalmotor moet worden omgezet in hun kinetische energie - de willekeurige chaotische thermische beweging van moleculen moet worden vervangen door hun georganiseerde stroming in één richting die iedereen gemeen heeft.

Hiervoor dient een van de belangrijkste onderdelen van de motor, het zogenaamde straalmondstuk. Ongeacht tot welk type deze of gene straalmotor behoort, hij is noodzakelijkerwijs uitgerust met een mondstuk waardoor hete gassen - de producten van de brandstofverbranding in de motor - met grote snelheid uit de motor stromen. Bij sommige motoren komen gassen direct na de verbrandingskamer het mondstuk binnen, bijvoorbeeld bij raket- of straalmotoren. Bij andere, turbostraalmotoren, passeren de gassen eerst een turbine, waaraan ze een deel van hun thermische energie afgeven. In dit geval wordt het gebruikt om de compressor aan te drijven, die de lucht vóór de verbrandingskamer comprimeert. Maar op de een of andere manier is het mondstuk het laatste deel van de motor - er stromen gassen doorheen voordat ze de motor verlaten.

Het straalmondstuk kan verschillende vormen hebben en bovendien verschillende ontwerpen, afhankelijk van het type motor. Het belangrijkste is de snelheid waarmee gassen uit de motor stromen. Als deze uitstroomsnelheid de snelheid waarmee geluidsgolven zich in de uitstromende gassen voortplanten niet overschrijdt, is het mondstuk een eenvoudig cilindrisch of taps pijpstuk. Mocht de uitstroomsnelheid de geluidssnelheid overschrijden, dan heeft het mondstuk de vorm van een uitzettende pijp of eerst vernauwend en dan uitzettend (Lavl-mondstuk). Alleen in een pijp van deze vorm kan gas, zoals theorie en ervaring aantonen, worden versneld tot supersonische snelheden en de ‘geluidsbarrière’ overschrijden.

Schema van een straalmotor

De turbofanmotor is de meest gebruikte straalmotor in de burgerluchtvaart.

De brandstof die de motor (1) binnenkomt, wordt gemengd met perslucht en verbrandt in de verbrandingskamer (2). De uitzettende gassen roteren turbines met hoge snelheid (3) en lage snelheid, die op hun beurt de compressor (5) aandrijven, die lucht in de verbrandingskamer duwt, en ventilatoren (6), die lucht door deze kamer drijven en de lucht naar de verbrandingskamer sturen. het in de uitlaatpijp. Door lucht te verplaatsen zorgen ventilatoren voor extra stuwkracht. Een motor van dit type kan een stuwkracht tot 13.600 kg ontwikkelen.

Conclusie

De straalmotor heeft veel prachtige kenmerken, maar de belangrijkste is deze. Een raket heeft geen aarde, water of lucht nodig om te bewegen, omdat hij beweegt als gevolg van interactie met gassen die worden gevormd tijdens de verbranding van brandstof. Daarom kan de raket zich in een luchtloze ruimte voortbewegen.

K. E. Tsiolkovsky - grondlegger van de theorie ruimtevluchten. Wetenschappelijk bewijs van de mogelijkheid om een ​​raket te gebruiken voor vluchten naar de ruimte, buiten de atmosfeer van de aarde en naar andere planeten van het zonnestelsel werd voor het eerst geleverd door de Russische wetenschapper en uitvinder Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky

Bibliografie

Encyclopedisch woordenboek van jonge technici.

Thermische verschijnselen in de technologie.

Materialen van de site http://goldref.ru/;

1. Jet beweging (2)

   Samenvatting >> Natuurkunde

   Dat zit in de vorm reactief straaljagers worden uitgeworpen reactief motor; mezelf reactief motor- energieconvertor... waarmee reactief motor heeft invloed op het apparaat dat hiermee is uitgerust reactief motor. Tractie reactief motor hangt af van...

2. Jet beweging in natuur en technologie

   Samenvatting >> Natuurkunde

   Salpu naar voren. Van het grootste belang is reactief motor inktvis Inktvis is de meest... d.w.z. apparaat met reactief motor, met behulp van brandstof en oxidatiemiddel op het apparaat zelf. Reactief motor- Dit motor, transformeren...

3. Reactief BM-13 Katyusha meervoudig lanceerraketsysteem

   Samenvatting >> Historische figuren

   Kernkop en poeder reactief motor. Het hoofdgedeelte is... een lont en een extra ontsteker. Reactief motor heeft een verbrandingskamer, in... een sterke toename van het vuurvermogen reactief

Uitvinder: Frank Whittle (motor)
Een land: Engeland
Tijd van uitvinding: 1928

De turbojetluchtvaart ontstond tijdens de Tweede Wereldoorlog, toen de grens van perfectie van eerdere met propellers uitgeruste vliegtuigen werd bereikt.

Elk jaar werd de race om snelheid steeds moeilijker, omdat zelfs een kleine snelheidsverhoging honderden extra pk's van de motor vereiste en het vliegtuig automatisch zwaarder maakte. Gemiddeld een vermogenstoename van 1 pk. leidde tot een toename van de massa van het voortstuwingssysteem (de motor zelf, de propeller en hulpapparatuur) met gemiddeld 1 kg. Eenvoudige berekeningen toonde aan dat het vrijwel onmogelijk is om een ​​propellervliegtuig te creëren met een snelheid van ongeveer 1000 km/u.

Het hiervoor benodigde motorvermogen van 12.000 pk kon alleen worden behaald met een motorgewicht van ongeveer 6.000 kg. In de toekomst bleek dat een verdere snelheidsverhoging zou leiden tot de degeneratie van gevechtsvliegtuigen, waardoor ze zouden veranderen in apparaten die alleen zichzelf konden vervoeren.

Er was aan boord geen ruimte meer voor wapens, radioapparatuur, bepantsering en brandstofvoorraden. Maar zelfs dit Het was onmogelijk om tegen deze kosten een grote snelheidsverhoging te realiseren. Een zwaardere motor nam toe totale gewicht, waardoor het vleugeloppervlak moest toenemen, leidde dit tot een toename van hun vleugeloppervlak aerodynamische weerstand, om dit te overwinnen was het nodig om het motorvermogen te vergroten.

Daarmee was de cirkel rond en bleek een snelheid van ongeveer 850 km/uur het maximaal haalbare voor een vliegtuig met . Er kon maar één uitweg uit deze vicieuze situatie zijn: het was noodzakelijk om een ​​fundamenteel nieuw ontwerp van een vliegtuigmotor te creëren, wat werd gedaan toen turbostraalvliegtuigen de zuigervliegtuigen verving.

Het werkingsprincipe van een eenvoudige straalmotor kan worden begrepen door de werking van een brandslang te beschouwen. Water onder druk wordt via een slang naar de brandsproeier gevoerd en stroomt daaruit. De interne doorsnede van de mondstuktip loopt taps toe naar het uiteinde, waardoor de stroom stromend water een hogere snelheid heeft dan in de slang.

De kracht van de tegendruk (reactie) is in dit geval zo groot dat de brandweerman dit vaak moet doen span met al uw kracht om de brandslang in de gewenste richting te houden. Hetzelfde principe kan worden toegepast op een vliegtuigmotor. De eenvoudigste straalmotor is de straalmotor.

Laten we ons een pijp met open uiteinden voorstellen, gemonteerd op een bewegend vliegtuig. Het voorste deel van de buis, waarin lucht stroomt als gevolg van de beweging van het vliegtuig, heeft een uitzettende interne doorsnede. Door de uitzetting van de buis neemt de snelheid van de lucht die erin binnendringt af en neemt de druk dienovereenkomstig toe.

Laten we aannemen dat in het uitzettende deel brandstof in de luchtstroom wordt geïnjecteerd en verbrand. Dit deel van de pijp kan de verbrandingskamer worden genoemd. De sterk verhitte gassen zetten snel uit en ontsnappen door het convergerende straalmondstuk met een snelheid die vele malen groter is dan die van de luchtstroom bij de inlaat. Deze snelheidstoename creëert een stuwkracht die het vliegtuig naar voren duwt.

Het is gemakkelijk in te zien dat zo'n motor alleen kan werken als hij in de lucht beweegt aanzienlijke snelheid, maar kan niet worden geactiveerd wanneer deze stilstaat. Een vliegtuig met een dergelijke motor moet ofwel vanuit een ander vliegtuig worden gelanceerd, ofwel worden versneld met behulp van een speciale startmotor. Dit nadeel wordt overwonnen bij een complexere turbostraalmotor.

Het belangrijkste element van deze motor is de gasturbine, die draait luchtcompressor, zittend op dezelfde schacht als zij. De lucht die de motor binnenkomt, wordt eerst gecomprimeerd in het inlaatapparaat - de diffusor, vervolgens in de axiale compressor en komt vervolgens de verbrandingskamer binnen.

De brandstof is meestal kerosine, die via een mondstuk in de verbrandingskamer wordt gespoten. Vanuit de kamer stromen de verbrandingsproducten, die uitzetten, eerst op de gasbladen, waardoor deze gaan roteren, en vervolgens in het mondstuk, waar ze accelereren tot zeer hoge snelheden.

Een gasturbine gebruikt slechts een klein deel van de energie van de lucht-gasstraal. De rest van de gassen wordt gebruikt om een ​​reactieve stuwkracht te creëren, die ontstaat door de stroom van een straalvliegtuig met hoge snelheid verbrandingsproducten uit het mondstuk. De stuwkracht van een turbostraalmotor kan op verschillende manieren worden versterkt, dat wil zeggen gedurende een korte periode worden vergroot.

Dit kan bijvoorbeeld door middel van zogenaamde naverbranding (in dit geval wordt er extra brandstof in de gasstroom achter de turbine geïnjecteerd, die verbrandt doordat er geen zuurstof wordt gebruikt in de verbrandingskamers). Naverbranding kan de stuwkracht van de motor in korte tijd bovendien met 25-30% verhogen bij lage snelheden en tot 70% bij hoge snelheden.

Gasturbinemotoren hebben sinds 1940 een revolutie teweeggebracht in de wereld. luchtvaart technologie, maar de eerste ontwikkelingen om ze te creëren verschenen tien jaar eerder. Vader van de turbostraalmotor De Engelse uitvinder Frank Whittle wordt terecht overwogen. In 1928, toen hij student was aan de Cranwell Aviation School, stelde Whittle het eerste ontwerp voor van een straalmotor uitgerust met een gasturbine.

In 1930 kreeg hij er patent op. De staat was destijds niet geïnteresseerd in zijn ontwikkelingen. Maar Whittle kreeg hulp van enkele particuliere bedrijven, en in 1937 bouwde het Britse bedrijf Thomson-Houston op basis van zijn ontwerp de eerste turbostraalmotor in de geschiedenis, genaamd "U". Pas daarna besteedde het Ministerie van Luchtvaart aandacht aan de uitvinding van Whittle. Om de motoren van zijn ontwerp verder te verbeteren, werd het Power-bedrijf opgericht, dat steun kreeg van de staat.

Tegelijkertijd bevruchtten de ideeën van Whittle de ontwerpgedachte van Duitsland. In 1936 ontwikkelde en patenteerde de Duitse uitvinder Ohain, destijds een student aan de Universiteit van Göttingen, zijn turbojet motor. Het ontwerp verschilde bijna niet van dat van Whittle. In 1938 ontwikkelde het bedrijf Heinkel, dat Ohain inhuurde, onder zijn leiding de HeS-3B-turbostraalmotor, die op het He-178-vliegtuig werd geïnstalleerd. Op 27 augustus 1939 maakte dit vliegtuig zijn eerste succesvolle vlucht.

Het ontwerp van de He-178 liep grotendeels vooruit op het ontwerp van toekomstige straalvliegtuigen. De luchtinlaat bevond zich in het voorste deel van de romp. De lucht, vertakkend, ging rond de cockpit van de piloot en kwam in een directe stroom de motor binnen. Hete gassen stroomden naar buiten via een mondstuk in het staartgedeelte. De vleugels van dit vliegtuig waren nog steeds van hout, maar de romp was gemaakt van duraluminium.

De motor, die achter de cockpit was geïnstalleerd, liep op benzine en ontwikkelde een stuwkracht van 500 kg. Maximaal de snelheid van het vliegtuig bereikte 700 km / u. Begin 1941 ontwikkelde Hans Ohain een geavanceerdere HeS-8-motor met een stuwkracht van 600 kg. Twee van deze motoren werden geïnstalleerd op het volgende He-280V-vliegtuig.

De tests begonnen in april van hetzelfde jaar en lieten goede resultaten zien: het vliegtuig bereikte snelheden tot 925 km/u. De serieproductie van deze jager is echter nooit begonnen (er zijn er in totaal 8 geproduceerd) omdat de motor nog steeds onbetrouwbaar bleek te zijn.

Ondertussen bracht de Britse Thomson-Houston de W1.X-motor uit, speciaal ontworpen voor het eerste Engelse turbostraalvliegtuig, de Gloucester G40, dat in mei 1941 zijn eerste vlucht maakte (het vliegtuig was toen uitgerust met een verbeterde Whittle W.1-motor). De Engelse eerstgeborene was verre van Duits. De maximumsnelheid bedroeg 480 km/u. In 1943 werd de tweede Gloucester G40 gebouwd met een krachtigere motor, die snelheden tot 500 km/u bereikte.

De Gloucester deed qua ontwerp verrassend veel denken aan het Duitse Heinkel. G40 gehad volledig metalen structuur met een luchtinlaat in het voorste deel van de romp. Het luchttoevoerkanaal was gedeeld en liep aan beide zijden rond de cabine van de piloot. De uitstroom van gassen vond plaats via een mondstuk aan de achterkant van de romp.

Hoewel de parameters van de G40 destijds niet alleen niet hoger waren dan die van hogesnelheidsvliegtuigen met propellermotoren, maar daar ook merkbaar slechter aan waren, bleken de vooruitzichten voor het gebruik van straalmotoren zo veelbelovend dat het Britse ministerie of Aviation besloot om te beginnen met de serieproductie van turbostraaljager-interceptors. Het bedrijf Gloucester kreeg de opdracht om een ​​dergelijk vliegtuig te ontwikkelen.

In de daaropvolgende jaren begonnen verschillende Engelse bedrijven verschillende modificaties van de Whittle-turbostraalmotor te produceren. Het bedrijf Rover ontwikkelde motoren, gebaseerd op de W.1-motor W2B/23 en W2B/26. Deze motoren werden vervolgens gekocht door Rolls-Royce, die ze gebruikte om hun eigen modellen te maken, de Welland en Derwent.

Het eerste seriematige turbojetvliegtuig in de geschiedenis was echter niet de Engelse Gloucester, maar de Duitse Messerschmitt Me-262. In totaal werden ongeveer 1.300 van deze vliegtuigen met verschillende aanpassingen vervaardigd, uitgerust met de Junkers Yumo-004B-motor. Het eerste vliegtuig van deze serie werd in 1942 getest. Het had twee motoren met een stuwkracht van 900 kg en een snelheid van 845 km/u.

Het Engelse productievliegtuig Gloucester G41 Meteor verscheen in 1943. Uitgerust met twee Derwent-motoren met elk een stuwkracht van 900 kg, bereikte de Meteor snelheden tot 760 km/u en had een vlieghoogte tot 9000 meter. m. Vervolgens werden krachtigere Derwents met een stuwkracht van ongeveer 1600 kg in vliegtuigen geïnstalleerd, waardoor het mogelijk werd de snelheid te verhogen tot 935 km/u. Dit vliegtuig presteerde goed, dus de productie van verschillende aanpassingen aan de G41 ging door tot eind jaren '40.

De Verenigde Staten bleven aanvankelijk ver achter bij de ontwikkeling van de straalluchtvaart. Europese landen. Tot de Tweede Wereldoorlog waren er helemaal geen pogingen om een ​​straalvliegtuig te maken. Pas in 1941, toen monsters en tekeningen van Whittle-motoren uit Engeland werden ontvangen, begon dit werk in volle gang.

General Electric ontwikkelde op basis van het model van Whittle de I-A-turbostraalmotor, die werd geïnstalleerd op het eerste Amerikaanse straalvliegtuig, de P-59A Ercomet. De Amerikaanse eerstgeborene vloog voor het eerst in oktober 1942. Het had twee motoren, die zich onder de vleugels dicht bij de romp bevonden. Het was nog steeds een onvolmaakt ontwerp.

Volgens de Amerikaanse piloten die het toestel testten was de P-59 goed te vliegen, maar bleven de vliegeigenschappen onbelangrijk. De motor had te weinig vermogen, waardoor het meer een zweefvliegtuig was dan een echt gevechtsvliegtuig. Er werden in totaal 33 van dergelijke machines gebouwd. Hun maximale snelheid was 660 km/u en hun vlieghoogte bedroeg maximaal 14.000 meter.

De eerste productie-turbostraaljager in de Verenigde Staten was de Lockheed F-80 Shooting Star met een motor General Electric I-40 (modificatie IA). Tot het einde van de jaren 40 werden er ongeveer 2.500 van deze jagers geproduceerd diverse modellen. Hun gemiddelde snelheid bedroeg ongeveer 900 km/u. Op 19 juni 1947 werd met een van de aanpassingen aan dit vliegtuig, de XF-80B, echter voor het eerst in de geschiedenis een snelheid van 1000 km/u bereikt.

Aan het einde van de oorlog straalvliegtuigen in veel opzichten waren ze nog steeds inferieur aan de beproefde modellen van propellervliegtuigen en hadden ze veel van hun eigen specifieke nadelen. Over het algemeen ondervonden ontwerpers in alle landen tijdens de constructie van het eerste turbostraalvliegtuig aanzienlijke moeilijkheden. Zo nu en dan brandden de verbrandingskamers uit, de bladen en compressoren braken en veranderden, los van de rotor, in projectielen die het motorlichaam, de romp en de vleugel verpletterden.

Maar desondanks hadden straalvliegtuigen een enorm voordeel ten opzichte van propellervliegtuigen: De snelheidstoename bij toenemend vermogen van een turbostraalmotor en zijn gewicht vond veel sneller plaats dan die van een zuigermotor. Dat heeft het opgelost toekomstig lot hogesnelheidsluchtvaart – het wordt overal met straalmotoren aangedreven.

De snelheidsverhoging bracht al snel een volledige verandering teweeg verschijning vliegtuig. Bij transsone snelheden bleken de oude vorm en het profiel van de vleugel het vliegtuig niet te kunnen dragen - het begon te "in slaap vallen" en kwam in een oncontroleerbare duik terecht. De resultaten van aerodynamische tests en analyses van vliegongevallen leidden ontwerpers geleidelijk naar een nieuw type vleugel: dun, geveegd.

Dit type vleugelvorm verscheen voor het eerst op Sovjetjagers. Ondanks het feit dat de USSR later was dan de westerse Staten begonnen turbostraalvliegtuigen te maken, Sovjet-ontwerpers slaagden er zeer snel in om gevechtsvoertuigen van hoge kwaliteit te maken. De eerste Sovjet-straaljager die in productie ging, was de Yak-15.

Het verscheen eind 1945 en was een omgebouwde Yak-3 (een tijdens de oorlog bekende zuigermotorjager), die was uitgerust met een RD-10-turbostraalmotor - een kopie van de buitgemaakte Duitse Yumo-004B met een stuwkracht van 900 kg. Hij bereikte een snelheid van ongeveer 830 km/u.

In 1946 kwam de MiG-9, uitgerust met twee Yumo-004B-turbostraalmotoren (officiële aanduiding RD-20), in dienst bij het Sovjetleger en in 1947 verscheen de MiG-15 - de eerste in geschiedenis, een gevechtsstraalvliegtuig met een geveegde vleugel, uitgerust met een RD-45-motor (dit was de aanduiding voor de Nin-motor van Rolls-Royce, onder licentie gekocht en gemoderniseerd door Sovjet-vliegtuigontwerpers) met een stuwkracht van 2200 kg.

De MiG-15 was opvallend anders dan zijn voorgangers en verraste gevechtspiloten met zijn ongebruikelijke naar achteren hellende vleugels, een enorme vin met daarop dezelfde geveegde stabilisator en een sigaarvormige romp. Het vliegtuig kreeg ook nog andere nieuwe features: een schietstoel en hydraulische stuurbekrachtiging.

Hij was bewapend met een snelvuurwapen en twee (in latere aanpassingen - drie geweren). Met een snelheid van 1.100 km/u en een plafond van 15.000 meter bleef dit gevechtsvliegtuig jarenlang het beste gevechtsvliegtuig ter wereld en trok het enorme belangstelling. (Het MiG-15-ontwerp had later een aanzienlijke invloed op het ontwerp van jagers in westerse landen.)

In korte tijd werd de MiG-15 de meest voorkomende jager in de USSR en werd hij ook geadopteerd door de legers van zijn bondgenoten. Dit vliegtuig presteerde ook goed tijdens de Koreaanse oorlog. In veel opzichten was het superieur aan de Amerikaanse Sabres.

Met de komst van de MiG-15 eindigde de kindertijd van de turbojetluchtvaart nieuwe fase in haar geschiedenis. Tegen die tijd had het straalvliegtuig alle subsonische snelheden onder de knie en bevond het zich zeer dicht bij de geluidsbarrière.

In de wetenschap straalaandrijving noem de beweging van een lichaam die plaatsvindt wanneer een deel ervan ervan wordt gescheiden. Wat betekent dit?

Er kunnen eenvoudige voorbeelden worden gegeven. Stel je voor dat je in een boot midden op een meer zit. De boot is bewegingloos. Maar nu pak je een zware steen van de bodem van de boot en gooit deze met kracht in het water. Wat zal er dan gebeuren? De boot begint langzaam te varen. Een ander voorbeeld. Laten we de rubberen bal opblazen en de lucht er vrij uit laten komen. De leeglopende bal zal in de richting vliegen die tegengesteld is aan die waarin de luchtstroom zal stromen. De actiekracht is gelijk aan de reactiekracht. Je gooide met kracht een steen, maar diezelfde kracht zorgde ervoor dat de boot in de tegenovergestelde richting bewoog.

Een straalmotor is gebouwd op deze wet van de natuurkunde. Brandstof wordt verbrand in een hittebestendige kamer. Het hete, expanderende gas dat tijdens de verbranding wordt gevormd, ontsnapt met geweld uit het mondstuk. Maar dezelfde kracht duwt de motor zelf (samen met de raket of het vliegtuig in de tegenovergestelde richting). Deze kracht wordt stuwkracht genoemd.

Het principe van straalaandrijving is bij de mensheid al lang bekend – eenvoudige raketten werden gemaakt door de oude Chinezen. Maar voordat moderne vliegtuigen en raketten de lucht in konden, moesten ingenieurs veel technische problemen oplossen, en de huidige straalmotoren zijn behoorlijk complexe apparaten.

Laten we proberen een kijkje te nemen in de straalmotoren die in de luchtvaart worden gebruikt. We zullen het een andere keer over ruimteraketmotoren hebben.

Dus vandaag Straalvliegtuigen vliegen met drie soorten motoren:

Turbostraalmotor;

Turbofanmotor;

Turboprop.

Hoe zijn ze opgebouwd en waarin verschillen ze van elkaar? Laten we beginnen met de eenvoudigste - turbojet . Alleen al de naam van dit apparaat vertelt ons het sleutelwoord - "turbine". Een turbine is een as waarrond metalen bladen zijn bevestigd. "bloemblaadjes" onder een hoek gedraaid. Als er een luchtstroom (of water bijvoorbeeld) langs de as op de turbine wordt gericht, begint deze te draaien. Als u daarentegen de turbine-as begint te draaien, zullen de bladen een stroom lucht of water langs de as beginnen aan te drijven.

Verbranding is de combinatie van brandstof met zuurstof, een gas dat niet erg overvloedig aanwezig is in gewone lucht. Om precies te zijn, het is voldoende dat jij en ik het inademen. Maar Voor "ademen" verbrandingskamers van een straalmotor wordt zuurstof te veel opgelost in de lucht.

Wat moet er gedaan worden om een ​​uitstervend vuur weer aan te wakkeren? Rechts! Blaas erop of zwaai eroverheen, bijvoorbeeld met een stuk triplex. Door met kracht lucht te pompen, "voer" De smeulende kolen worden voorzien van zuurstof en de vlam ontsteekt weer. De turbine in een turbostraalmotor doet hetzelfde.

Terwijl het vliegtuig vooruit beweegt, komt er een luchtstroom de motor binnen. Hier ontmoet de lucht de compressorturbines die met hoge snelheid draaien. Woord "compressor" kan in het Russisch worden vertaald als "compressor". Compressorturbinebladen comprimeren lucht ongeveer 30 keer en "duwen" het in de verbrandingskamer. Het hete gas dat wordt geproduceerd tijdens de verbranding van brandstof stroomt verder naar het mondstuk. Maar een andere turbine staat hem in de weg. Terwijl hij op de bladen komt, zorgt een gasstroom ervoor dat de as gaat draaien. Maar de compressorturbines zijn aan dezelfde as bevestigd. Het blijkt zo eigenaardig "duwen trekken". De compressor pompt lucht in de motor, het mengsel van perslucht en brandstof verbrandt, waarbij heet gas vrijkomt, en het gas roteert de compressorturbines op weg naar het mondstuk.

Een interessante vraag rijst: hoe start je zo'n motor? Totdat de perslucht de verbrandingskamer binnenkomt, zal de brandstof immers niet beginnen te verbranden. Dit betekent dat er geen heet gas is dat de compressorturbine zal laten draaien. Maar totdat de compressorturbine draait, zal er geen perslucht zijn.

Blijkt, de motor wordt gestart met behulp van een elektromotor, die is verbonden met de turbine-as. De elektromotor zorgt ervoor dat de compressor draait, en zodra de vereiste luchtdruk in de verbrandingskamer verschijnt, komt er brandstof binnen en wordt de ontsteking geactiveerd. De straalmotor is gestart!

Het ontwerp van een turbostraalmotor.

Turbostraalmotoren zijn zeer krachtig en wegen relatief weinig. Daarom worden ze meestal geïnstalleerd op supersonische militaire vliegtuigen, maar ook op supersonische passagiersvliegtuigen. Maar zulke motoren hebben dat ook ernstige tekortkomingen- Ze maken veel lawaai en verbranden te veel brandstof.

Daarom worden op vliegtuigen die met subsonische snelheden vliegen (minder dan 1200 kilometer per uur) zogenaamde exemplaren geïnstalleerd.

Ontwerp van een turbofanmotor.

Zijn verschillend Ze verschillen van een turbostraalmotor doordat vóór de compressor een andere turbine met grote bladen aan de as is bevestigd: een ventilator. Zij is het die als eerste de stroom tegemoetkomende lucht tegenkomt en deze met kracht terugdrijft. Een deel van deze lucht komt, net als bij een turbostraalmotor, de compressor binnen en verder de verbrandingskamer in, en het andere deel "stroomt rond" camera en wordt ook teruggeworpen, waardoor extra stuwkracht ontstaat. Meer precies, voor turbofanmotor de hoofdstraalkracht (ongeveer 3/4) wordt precies gecreëerd door deze luchtstroom die de ventilator aandrijft. En slechts 1/4 van de stuwkracht komt van hete gassen die uit het mondstuk ontsnappen.

Zo’n motor maakt veel minder geluid en verbruikt aanzienlijk minder brandstof, wat erg belangrijk is voor vliegtuigen die passagiers vervoeren.

Het ontwerp van een turbopropmotor.

De rotatie van de turbine-as wordt overgebracht op de propeller: een propeller die het vliegtuig naar voren duwt. Een propeller met enorme bladen kan niet met dezelfde snelheid draaien als een turbine-as. Daarom is de propeller met de as verbonden door een versnellingsbak die de rotatiesnelheid verlaagt. En hoewel de turbopropmotor "eet" er is weinig brandstof, wat betekent dat het de kosten van de vlucht goedkoper maakt, het vliegtuig niet op hoge snelheid kan accelereren. Daarom worden dergelijke motoren tegenwoordig vooral gebruikt in de transportluchtvaart en in kleine passagiersvliegtuigen die op lokale vluchten vliegen.

Voor de ervaring heb je nodig:

1. sterkere draad;

2. breed rietje voor cocktail;

3. ballon langwerpige vorm;

4. een rol tape;

5. wasknijper.

Trek aan de draad (kan onder een hoek zijn) en haal deze eerst door het rietje. Blaas de ballon op en om te voorkomen dat hij leegloopt, knijpt u hem dicht met een wasknijper, zoals weergegeven in de afbeelding links. Plak de bal nu met tape aan het rietje. De straalmotor is klaar!

Op uw plaatsen! Maak de wasknijper los. Er zal een luchtstroom uit de bal ontsnappen en deze zelf, samen met het rietje, langs de draad naar voren glijden.

©Bij gedeeltelijk of volledig gebruik van dit artikel is een actieve hyperlink naar de site VERPLICHT

Jet motion is een proces waarbij een van de onderdelen met een bepaalde snelheid van een bepaald lichaam wordt gescheiden. De kracht die in dit geval ontstaat, werkt op zichzelf, zonder het minste contact met externe lichamen. Straalaandrijving werd de aanzet voor de creatie van de straalmotor. Het werkingsprincipe is precies op deze kracht gebaseerd. Hoe werkt zo’n motor? Laten we proberen het uit te zoeken.

Historische feiten

Het idee om straalaandrijving te gebruiken, die de zwaartekracht van de aarde zou overwinnen, werd in 1903 naar voren gebracht door het fenomeen Russische wetenschap- Tsiolkovsky. Hij publiceerde er een hele studie over dit onderwerp, maar het werd niet serieus genomen. Konstantin Eduardovich, die een verandering in het politieke systeem had meegemaakt, heeft jarenlang gewerkt om iedereen te bewijzen dat hij gelijk had.

Tegenwoordig gaan er veel geruchten dat de revolutionaire Kibalchich de eerste was in deze kwestie. Maar tegen de tijd dat de werken van Tsiolkovsky werden gepubliceerd, werd het testament van deze man samen met Kibalchich begraven. Bovendien was dit geen volwaardig werk, maar alleen schetsen en schetsen - de revolutionair kon geen betrouwbare basis bieden voor de theoretische berekeningen in zijn werken.

Hoe werkt reactieve kracht?

Om te begrijpen hoe een straalmotor werkt, moet je begrijpen hoe deze kracht werkt.

Stel je dus een schot van een vuurwapen voor. Dit duidelijk voorbeeld actie van reactieve kracht. Een stroom heet gas, die wordt gevormd tijdens de verbranding van de lading in de patroon, duwt het wapen terug. Hoe krachtiger de lading, hoe sterker de terugslag zal zijn.

Laten we ons nu het proces van het ontsteken van het brandbare mengsel voorstellen: het gebeurt geleidelijk en continu. Dit is precies hoe het werkingsprincipe van een straalmotor eruit ziet. Een raket met een straalmotor op vaste brandstof werkt op een vergelijkbare manier - dit is de eenvoudigste van zijn varianten. Zelfs beginnende raketmodelbouwers zijn er bekend mee.

Zwartkruit werd aanvankelijk gebruikt als brandstof voor straalmotoren. Straalmotoren, waarvan het werkingsprincipe al geavanceerder was, hadden brandstof nodig op basis van nitrocellulose, opgelost in nitroglycerine. In grote eenheden die raketten lanceren die shuttles in een baan om de aarde brengen, gebruiken ze tegenwoordig een speciaal mengsel van polymeerbrandstof met ammoniumperchloraat als oxidatiemiddel.

Werkingsprincipe van RD

Nu is het de moeite waard om het werkingsprincipe van een straalmotor te begrijpen. Om dit te doen, kunt u de klassiekers overwegen: vloeibare motoren, die sinds de tijd van Tsiolkovsky vrijwel onveranderd zijn gebleven. Deze eenheden gebruiken brandstof en oxidatiemiddel.

Deze laatste maakt gebruik van vloeibare zuurstof of salpeterzuur. Kerosine wordt gebruikt als brandstof. Moderne vloeibare cryogene motoren verbruiken vloeibare waterstof. Wanneer het wordt geoxideerd met zuurstof, verhoogt het de specifieke impuls (met maar liefst 30 procent). Het idee dat waterstof gebruikt zou kunnen worden, ontstond ook in het hoofd van Tsiolkovsky. Vanwege het extreme explosiegevaar was het destijds echter noodzakelijk om op zoek te gaan naar een andere brandstof.

Het werkingsprincipe is als volgt. De componenten komen vanuit twee afzonderlijke tanks de verbrandingskamer binnen. Na het mengen veranderen ze in een massa, die bij verbranding een enorme hoeveelheid warmte en tienduizenden atmosfeer druk vrijgeeft. Het oxidatiemiddel wordt naar de verbrandingskamer gevoerd. Het brandstofmengsel koelt deze elementen af ​​terwijl het tussen de dubbele wanden van de kamer en het mondstuk passeert. Vervolgens zal de brandstof, verwarmd door de wanden, door een groot aantal sproeiers in de ontstekingszone stromen. De straal, die wordt gevormd met behulp van het mondstuk, barst uit. Hierdoor is het duwmoment verzekerd.

In het kort kan het werkingsprincipe van een straalmotor worden vergeleken met een steekvlam. Dit laatste is echter veel eenvoudiger. Het werkingsschema omvat niet verschillende hulpmotorsystemen. En dit zijn compressoren die nodig zijn om injectiedruk te creëren, turbines, kleppen en andere elementen zonder welke een straalmotor eenvoudigweg onmogelijk is.

Ondanks het feit dat vloeistofmotoren veel brandstof verbruiken (het brandstofverbruik is ongeveer 1000 gram per 200 kilogram vracht), worden ze nog steeds gebruikt als voortstuwingseenheden voor lanceervoertuigen en manoeuvreereenheden voor orbitale stations en andere ruimtevaartuigen.

Apparaat

Een typische straalmotor is als volgt opgebouwd. De belangrijkste componenten zijn:

Compressor;

Verbrandingskamer;

Turbines;

Uitlaatsysteem.

Laten we deze elementen in meer detail bekijken. De compressor bestaat uit verschillende turbines. Hun taak is om lucht aan te zuigen en te comprimeren terwijl deze door de bladen gaat. Tijdens het compressieproces nemen de temperatuur en de druk van de lucht toe. Een deel van deze perslucht wordt naar de verbrandingskamer gevoerd. Daarin vermengt lucht zich met brandstof en ontstaat er ontsteking. Dit proces verhoogt de thermische energie verder.

Het mengsel verlaat de verbrandingskamer bij hoge snelheid en breidt zich vervolgens uit. Dan volgt nog een turbine, waarvan de bladen draaien onder invloed van gassen. Deze turbine, die is aangesloten op de compressor aan de voorkant van de unit, zet deze in beweging. Lucht verwarmd tot hoge temperaturen, verlaat het uitlaatsysteem. De temperatuur, die toch al behoorlijk hoog is, blijft stijgen als gevolg van het smerende effect. Dan komt de lucht er helemaal uit.

Vliegtuigmotor

Vliegtuigen gebruiken deze motoren ook. In grote passagiersvliegtuigen worden bijvoorbeeld turbostraaleenheden geïnstalleerd. Ze verschillen van conventionele door de aanwezigheid van twee tanks. De ene bevat brandstof en de andere bevat oxidatiemiddel. Terwijl een turbostraalmotor alleen brandstof vervoert, wordt lucht uit de atmosfeer gebruikt als oxidatiemiddel.

Turbostraalmotor

Het werkingsprincipe van een vliegtuigstraalmotor is gebaseerd op dezelfde reactiekracht en dezelfde natuurwetten. Het belangrijkste onderdeel zijn de turbinebladen. Het uiteindelijke vermogen is afhankelijk van de grootte van het mes.

Het is dankzij turbines dat de stuwkracht die nodig is om vliegtuigen te versnellen wordt gegenereerd. Elk van de bladen is tien keer krachtiger dan een gewone verbrandingsmotor van een auto. Turbines worden na de verbrandingskamer geïnstalleerd, waar de druk het hoogst is. En de temperatuur kan hier anderhalfduizend graden bereiken.

Taxibaan met dubbel circuit

Deze eenheden hebben veel voordelen ten opzichte van turbojet-eenheden. Bijvoorbeeld een aanzienlijk lager brandstofverbruik bij hetzelfde vermogen.

Maar de motor zelf heeft meer complex ontwerp en meer gewicht.

En het werkingsprincipe van een straalmotor met dubbel circuit is iets anders. De door de turbine opgevangen lucht wordt gedeeltelijk gecomprimeerd en geleverd aan de compressor in het eerste circuit en aan de stationaire bladen in het tweede circuit. De turbine fungeert als compressor lage druk. In het eerste circuit van de motor wordt de lucht gecomprimeerd en verwarmd, en vervolgens via een hogedrukcompressor naar de verbrandingskamer gevoerd. Hier vindt het mengsel met brandstof en ontsteking plaats. Er worden gassen gevormd die naar de hogedrukturbine worden gevoerd, waardoor de turbinebladen roteren, wat op zijn beurt een roterende beweging aan de hogedrukcompressor levert. De gassen passeren vervolgens een lagedrukturbine. Deze laatste activeert de ventilator en uiteindelijk stromen de gassen naar buiten, waardoor er tocht ontstaat.

Synchrone taxibanen

Dit zijn elektromotoren. Het werkingsprincipe van een synchrone reluctantiemotor is vergelijkbaar met dat van een stappenmotor. Wisselstroom wordt aan de stator geleverd en creëert een magnetisch veld rond de rotor. Deze laatste roteert vanwege het feit dat hij de magnetische weerstand probeert te minimaliseren. Deze motoren hebben niets te maken met ruimteverkenning en shuttle-lanceringen.