Как работает реактивный двигатель самолета

Особенности синхронного реактивного электродвигателя

Преимущества:

Простая и надежная конструкция ротора:ротор имеет простую конструкцию, состоящую из тонколистовой электротехнической стали, без магнитов и короткозамкнутой обмотки.

Низкий нагрев:так как в роторе отсутствуют токи, он не нагревается во время работы, увеличивая срок службы электродвигателя.

Нет магнитов:снижается конечная цена электродвигателя, так как при производстве не используются редко земельные металлы. При отсутствии магнитных сил упрощается содержание и техническое обслуживание электродвигателя.

Низкий момент инерции ротора:так как на роторе отсутствует обмотка и магниты, ниже, что позволяет электродвигателю быстрее набирать обороты и экономить электроэнергию.

Возможность регулирования скорости: в виду того, что синхронный реактивный электродвигатель для своей работы требует частотный преобразователь, имеется возможность управления скоростью вращения реактивного двигателя в широком диапазоне скоростей.

Недостатки:

Частотное управление:для работы требуется частотный преобразователь.

Низкий коэффициент мощности:из-за того, что магнитный поток создается только за счет реактивного тока. Решается за счет использования частотного преобразователя с коррекцией мощности.

Сравнение двигательных установок

Ниже приведена сравнительная таблица различных типов двигательных установок, включающая как проверенные, так и гипотетические варианты.

В первой колонке указан удельный импульс (равный скорости истечения рабочего тела), или эквивалентная ему величина для нереактивных двигателей, во второй колонке — тяга двигателя, в третьей — время работы двигателя, в четвёртой — максимальное приращение скорости (для одноступенчатой системы), при этом:

  • если приращение скорости много больше удельного импульса, требуется огромное количество топлива;
  • если приращение скорости много меньше удельного импульса, требуется пропорционально большее количество энергии, а при её отсутствии — времени.

В пятой колонке указан уровень готовности технологии:

  • 1 — известны только основные физические принципы;
  • 2 — сформулирована теория;
  • 3 — теория подтверждена экспериментально;
  • 4 — компоненты испытаны в лаборатории;
  • 5 — компоненты испытаны в вакууме;
  • 6 — проведены наземные испытания / компоненты испытаны в космосе;
  • 7 — проведены испытания в космосе;
  • 8 — допущено к лётным испытаниям;
  • 9 — проведены лётные испытания.
Двигательные установки
Тип Эквивалентныйудельныйимпульс (км/с) Тяга(Н) Времяработы Макс.приращениескорости (км/с) Уровеньготовности
Твердотопливный ракетный двигатель   1—4 103 — 107 минуты ~ 7 9
Гибридный ракетный двигатель   1,5—4,2 <0,1 — 107 минуты > 3 9
Однокомпонентный ракетный двигатель   1—3 0,1 — 100 миллисекунды/минуты ~ 3 9
Жидкостный ракетный двигатель   1,0—4,7 0,1 — 107 минуты ~ 9 9
Ионный двигатель   15 — 210 10−3 — 10 месяцы/годы > 100 9
Двигатель на эффекте Холла   8—50 10−3 — 10 месяцы/годы > 100 9
  2—6 10−2 — 10 минуты ? 8
Электрический ракетный двигатель термический   4—16 10−2 — 10 минуты ? 8[источник не указан 3837 дней]
Электростатический ракетный двигатель   100 — 130 10−6 — 10−3 месяцы/годы ? 8
Пульсирующий плазменный двигатель   ~ 20 ~ 0.1 ~2 000-10 000 ч ? 7
Двухрежимный ракетный двигатель   1—4,7 0.1 — 107 миллисекунды/минуты ~ 3 — 9 7
Солнечный парус   300 000 (давление света)145—750 (солнечный ветер) 9 на 1 а. е.230 на 0,2 а. е.10−10 на 4 св. годах(для паруса площадью 1 км²) неограниченно > 40 9, 6, 5
Трехкомпонентный ракетный двигатель   2,5—5,3 0,1 — 107 минуты ~ 9 6
Магнитоплазмодинамический двигатель   20—100 100 недели ? 6
Ядерный ракетный двигатель   9 107 минуты > ~ 20 6
Электромагнитный ускоритель   0 — ~30 104 — 108 месяцы ? 6
Тросовая система     —   1—1012 минуты ~ 7 7
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель   5—6 0.1 — 107 секунды/минуты > 7? 6
Двигатель с ожижением атмосферного воздуха   4,5   103 — 107 секунды/минуты   ? 6
Пульсирующий индуктивный двигатель   10—80 20 месяцы ? 5
Электромагнитный ракетный ускоритель   10—300 40 — 1,200 дни/месяцы > 100 5
Плазменный двигатель 10—130   0,1—1 дни/месяцы > 100 5
Солнечный ракетный двигатель   7—12 1 — 100 недели > ~ 20 4
Радиоизотопный ракетный двигатель   7—8 1.3 — 1.5 месяцы   ? 4
Ядерный электрический ракетный двигатель переменная переменная переменная   ? 4
Проект «Орион» (ядерный «взрыволёт»)   20—100 109 — 1012 несколько дней ~ 30—60 3
Космический лифт     —     — неограниченно   > 12 3
  30/4,5 0.1 — 107 минуты 9,4 3
Магнитный парус   145—750 70/40 тонн неограниченно   ? 3
  200   ~1 Н/кВт месяцы   ? 3
Лучевой (лазерный) двигатель   переменная переменная переменная   ? 3
Пусковая петля/космический мост     —   ~104 минуты ≫ 11 — 30 2
Проект «Дедал»   20—1000 109 — 1012 годы ~ 15 000 2
Газофазный ядерный реактивный двигатель   10—20 103 — 106   ?   ? 2
Ядерный ракетный двигатель на гомогенном растворе солей ядерного топлива   100   103 — 107 полчаса   ? 2
Парус на частицах ядерного распада   ?   ?   ?   ? 2
Ракетный двигатель на частицах ядерного распада   15 000   ?   ?   ? 2
Фотонный двигатель   300 000   10−5 — 1 годы/десятилетия   ? 2
Термоядерный ракетный двигатель   100—1000   ?   ?   ? 2
Каталитический ядерный импульсный ракетный двигатель на антиматерии   200—4000   ? дни/недели ? 2
Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда   2,2—20 000   ? неограниченно ~30 000 2
Двигатель Алькубьерре   > 300 000   ?   ? неограниченно 2
Варп-двигатель   > 300 000   ?   ? неограниченно 1

Принцип — действие — ракета

Фейерверочная ракета.

Принцип действия ракеты заключается в следующем.

Принцип действия ракеты прост: ракета с большой скоростью выбрасывает вещество ( газообразные продукты сгорания топлива), которое с силой воздействует на ракету и сообщает ей ускорение. Предположим, что на ракету действует внешняя сила F. Это может быть сила тяготения, сила сопротивления среды, в которой движется ракета, и пр.

Принцип действия ракет известен хорошо. Ракета движется за счет выбрасывания назад части ее массы в виде газа.

В чем заключается принцип действия ракеты.

Устройство пороховой ракеты.

На рис. 331 показана механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты. Пружина, стянутая ниткой, вложена в рамку. Пружина играет роль порохового заряда.

Устройство пороховой ракеты.| Пружинная модель ракеты.

На рис. 336 показана простая механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты.

На рис. 336 показана простая механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты. Пружина, стянутая ниткой, вложена в рамку. Пружина играет роль порохового заряда. Пережжем нитку; это соответствует сгоранию пороха. Пружина, распрямляясь, окажет давление на рамку ( реакция пороховыхгазов) и вылетит из рамки подобно тому, как вылетают пороховые газы из отверстия ракеты.

Пружинная модель ракеты.

На рис. 336 показана простая механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты. Пружина, стянутая ниткой, вложена в рамку. Пружина играет роль порохового заряда. Пережжем нитку; это соответствует сгоранию пороха. Пружина, распрямляясь, окажет давление на рамку ( реакция пороховых газов) и вылетит из рамки подобно тому, как вылетают пороховые газы из отверстия ракеты.

Проиллюстрировать использование закона сохранения количества движения путем рассмотрения одного приложения, приобретшего особый интерес в последнее время, а именно — принципа действия ракет.

Принцип действия ракеты очень прост. Ракета с большой скоростью выбрасывает вещество ( газы), воздействуя на него с большой силой. Выбрасываемое вещество с той же, но противоположно направленной силой в свою очередь действует на ракету и сообщает ей ускорение в противоположном направлении. Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени. На этом положении и основана теория движения ракет. Целесообразно, однако, обобщить задачу, предположив, что на ракету действуют внешние силы. Такими силами могут быть сила земной тяжести, гравитационное притяжение Солнца и планет, а также сила сопротивления среды, в которой движется ракета.

Принцип действия ракеты очень прост. Ракета с большой скоростью выбрасывает вещество ( газы), воздействуя на него с большой силой. Выбрасываемое вещество с той же, но противоположно направленной силой в свою очередь действует на ракету и сообщает ей ускорение в противоположном направлении. Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени. На этом положении и основана теория движения ракет. Целесообразно, однако, обобщить задачу, предположив, что на ракету действуют внешние силы. Такими силами могут быть сила земной тяжести, гравитационное притяжение Солнца и планет, а также сила сопротивления среды / в которой движется ракета.

Исторические факты

Идею использования реактивной тяги, которая позволила бы преодолеть силу притяжения Земли, выдвинул в 1903 году феномен российской науки – Циолковский. Он опубликовал целое исследование на данную тему, но оно не было воспринято серьезно. Константин Эдуардович, пережив смену политического строя, потратил годы трудов, чтобы доказать всем свою правоту.

Сегодня очень много слухов о том, что первым в данном вопросе был революционер Кибальчич. Но завещание этого человека к моменту публикации трудов Циолковского было погребено вместе с Кибальчичем. Кроме того, это был не полноценный труд, а лишь эскизы и наброски – революционер не смог подвести надежную базу под теоретические выкладки в своих работах.

Плазменные ракетные двигатели

Плазменный двигатель — электрический ракетный двигатель, рабочее тело которого приобретает ускорение, находясь в состоянии плазмы.

Плазменные двигатели различной конструкции строились и тестировались начиная с 60-х годов, однако на начало XXI века существует лишь один проект плазменного двигателя — VASIMR, который реализуется на коммерческой основе: пока двигатель прошел лишь стендовые испытания, разработка продолжается.
Другие типы плазменных двигателей, в частности СПД и ДАС (двигатели с анодным слоем), очень к ним близкие, имеют совершенно другие принципы работы.

Потенциал плазменных двигателей высок, однако, в ближайшем будущем единственным его применением будет корректировка орбиты МКС и других околоземных спутников.

Всё сказанное конкретное о ракетных двигателях можно свести к одной цели — придать хаотичному характеру кинетической энергии необходимое общее направление.

Как работает турбореактивный двигатель?

Реактивные двигатели применяются повсеместно, а турбореактивные устанавливаются больших пассажирских лайнерах. Отличие их в том, что первый несет с собой запас топлива и окислителя, а конструкция обеспечивает их подачу из баков.

Одна из самых важных деталей у них — это лопасть турбины. От нее зависит мощность двигателя.

Схема турбореактивного двигателя.

Именно они вырабатывают тяговые усилия, необходимые для ускорения самолета. Каждый из лопастей производит в 10 раз больше энергии, чем самый обычный, автомобильный двигатель. Они устанавливаются позади камеры сгорания, в той части двигателя, где самое высокое давление, а температура доходит до 1400 градусов по Цельсию.

В процессе производства лопастей они проходят через процесс монокристаллизации, что придает им твердости и прочности.

Перед тем, как установить на самолет, каждый двигатель проверяется на полное тяговое усилие. Он должен пройти сертификацию Европейского совета по безопасности и компанией, которая его произвела. Одной из самых крупных фирм по их производству является Роллс-Ройс.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector