29.Реактивні двигуни, їх класифікація. Фізичні основи роботи.

Фізичні основи роботи реактивного двигуна.

В основі нових потужних реактивних двигунах різних типів лежить принцип прямий реакції, тобто. принцип створення рушійної сили (чи тяги) як реакції (віддачі) струменя який із двигуна " робочого речовини " , зазвичай - раскалённых газів.

Во всіх двигунах існує процеси перетворення. Спочатку хімічна енергія палива перетворюється на теплову енергію продуктів згоряння, та був теплова енергія використовується з метою механічної роботи. До таких двигунам ставляться поршневі двигуни автомобілів, тепловозів, парові і газові турбіни електростанцій тощо.

Рассмотрим цей процес стосовно реактивним двигунам. Почати з камери згоряння двигуна, у якому тим чи іншим способом, залежать від типу двигуна і своєрідне палива, створено пальна суміш. Це то, можливо, наприклад, суміш повітря з гасом, як і турбореактивном двигуні сучасного реактивного літака, або ж суміш рідкого кисню зі спиртом, коли у деяких рідинних ракетних двигунах, чи, нарешті, якесь твердий паливо порохових ракет. Пальна суміш може згоряти, тобто. розпочинати хімічну реакцію з бурхливим виділенням енергії як тепла. Здатність виділяти енергію при хімічної реакції, і є потенційна хімічна енергія молекул суміші. Хімічна енергія молекул пов'язані з особливостями їх будівлі, точніше, будівлі їх електронних оболонок, тобто. того електронного хмари, яке оточує ядра атомів, складових молекулу. Через війну хімічної реакції, коли він одні молекули руйнуються, інші виникають, відбувається, природно, перебудова електронних оболонок. У цьому перебудові - джерело выделяющейся хімічної енергії. Очевидно, що паливом реактивних двигунів можуть лише такі речовини, які за хімічної реакції в двигуні (згорянні) виділяють досить багато тепла, а також утворюють у своїй дуже багато газів. Всі ці процеси відбуваються у камері згоряння, але зупинимося на реакції не так на молекулярному рівні (то це вже розглянули вище), але в " фазах " роботи. Поки згоряння не почалося, суміш має великим запасом потенційної хімічної енергії. І ось полум'я охопило суміш, ще мить - та хімічна реакція завершено. Нині вже замість молекул займистою суміші камеру заповнюють молекули продуктів горіння, більш щільно " упаковані " . Надлишок енергії зв'язку, що є хімічну енергію минулої реакції згоряння, виділився. Які Мають цієї надлишкової енергією молекули майже миттєво передали її іншим молекулам і атомам внаслідок частих сутичок із нею. Усі молекули і атоми в камері згоряння стали безладно, хаотично рухатись зі значно більше високої швидкістю, температура газів зросла. Так стався перехід потенційної хімічної енергії палива на теплову енергію продуктів сгорания.

Подобных перехід здійснювався і всіх інших теплових двигунах, але реактивні двигуни принципово різняться від них відношенні подальшої долі раскалённых продуктів сгорания.

После того, як в тепловому двигуні утворилися гарячі гази, заключающие у собі велику теплову енергію, цю енергію мусить бути перетворять на механічну. Адже двигуни того і служать, щоб здійснювати механічну роботу, щось " рухати " , забезпечувати дію, однаково, чи це динамо-машина на прохання доповнити малюнками електростанції, тепловоз, знадобився, чи самолёт.

Чтобы теплова енергія газів перейшов у механічну, їх обсяг має зрости. За такої розширенні гази й роблять роботу, яку витрачається їх внутрішня і теплова энергия.

В разі поршневого двигуна розширювані гази тиснуть на поршень, рухомий всередині циліндра, поршень штовхає шатун, а та вже обертає колінчатий вал двигуна. Вал пов'язують із ротором динамомашины, провідними осями тепловоза чи автомобіля або ж повітряним гвинтом літака - двигун робить корисну роботу. У паровий машині, чи газової турбіни гази, розширяючись, змушують крутити що з валом турбіною колесо - тут відпадає потреба в передатному кривошипно-шатунном механізмі, у чому одна з великих переваг турбины

Расширяются гази, звісно, й у реактивному двигуні, адже самотужки де вони роблять роботи. Але розширення тому випадку не витрачається на обертання валу. Пов'язаного з приводним механізмом, в інших теплових двигунах. Призначення реактивного двигуна інше - створювати реактивну тягу, а цього потрібні, що з двигуна випливала назовні із швидкістю струмінь газів - продуктів згоряння: сила реакції цієї струменя це і є потяг двигуна. Отже, робота розширення газоподібних продуктів згоряння палива на двигуні мусить бути витрачена на розгін самих газів. Це означає, що теплова енергія газів у реактивному двигуні мусить бути перетворять на їх кінетичну енергію - безладне хаотичне теплове рух молекул має замінитися організованим їх течією щодо одного, загальному всім направлении.

Для цього служить одну з найважливіших частин двигуна, зване реактивне сопло. До якій в повному обсязі в там щоправда типу не належав той чи інший реактивний двигун, він обов'язково оснастили соплом, крізь який з двигуна назовні з величезної швидкістю випливають пекучих гази - продукти згоряння палива на двигуні. У одних двигунах гази потрапляють у сопло відразу після камери згоряння, наприклад, в ракетних чи прямоточных двигунах. За інших, турбореактивних, - гази спочатку проходять через турбіну, якої віддають частина своєї теплової енергії. Вона витрачає у цьому випадку доведення в рух компресора, службовця для стискування повітря перед камерою згоряння. Але, котрі чи інакше, сопло є останньою частиною двигуна - нього течуть гази, перед тим як залишити двигун.

Реактивное сопло може мати різноманітні форми, і більше, різну конструкцію в залежність від типу двигуна. Головне у тому швидкості, з якою гази випливають із двигуна. Якщо це швидкість закінчення не перевершує швидкості, із якою належних газах поширюються звукові хвилі, то сопло є простий циліндричний чи суживающий відрізок труби. Якщо саму швидкість закінчення повинна перевершувати швидкість звуку, то соплу надається форма розширення труби або ж спочатку суживающейся, а й за тим розширення (сопло Лавля). Тільки трубі такої форми, як свідчить теорія і їх досвід, можна розігнати газ до надзвукових швидкостей, переступити через " звуковий бар'єр " .