Düsentriebwerk. Geschichte der Erfindung und Produktion

Erfinder: Frank Whittle (Motor)
Ein Land: England
Zeit der Erfindung: 1928

Die Turbojet-Luftfahrt entstand während des Zweiten Weltkriegs, als die Grenze der Perfektion früherer Propellerflugzeuge erreicht wurde.

Der Wettlauf um die Geschwindigkeit wurde von Jahr zu Jahr schwieriger, da bereits eine geringfügige Geschwindigkeitssteigerung Hunderte zusätzliche PS des Motors erforderte und das Flugzeug automatisch schwerer machte. Im Durchschnitt eine Leistungssteigerung von 1 PS. führte zu einer Erhöhung der Masse des Antriebssystems (Motor selbst, Propeller und Hilfsausrüstung) um durchschnittlich 1 kg. Einfache Berechnungen ergaben, dass es nahezu unmöglich war, ein propellergetriebenes Kampfflugzeug mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 km/h zu bauen.

Die dafür erforderliche Motorleistung von 12.000 PS konnte nur mit einem Motorgewicht von etwa 6.000 kg erreicht werden. In der Zukunft stellte sich heraus, dass eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit zu einer Degeneration der Kampfflugzeuge führen und sie zu Geräten machen würde, die nur noch sich selbst tragen können.

An Bord war kein Platz mehr für Waffen, Funkgeräte, Panzerung und Treibstoffvorräte. Aber auch das Es war unmöglich, mit diesem Preis eine große Geschwindigkeitssteigerung zu erreichen. Ein schwererer Motor erhöht Gesamtgewicht, was eine Vergrößerung der Flügelfläche erzwang, führte zu einer Erhöhung ihres Luftwiderstands, zu dessen Überwindung eine Erhöhung der Motorleistung erforderlich war.

Damit schloss sich der Kreis und eine Geschwindigkeit von etwa 850 km/h erwies sich als maximal möglich für ein Flugzeug mit . Es gab nur einen Ausweg aus dieser schlimmen Situation: Es war notwendig, ein grundlegend neues Design eines Flugzeugtriebwerks zu entwickeln, was geschah, als Turbostrahlflugzeuge Kolbenflugzeuge ersetzten.

Das Funktionsprinzip eines einfachen Strahltriebwerks lässt sich anhand der Funktionsweise eines Feuerwehrschlauchs verstehen. Unter Druck stehendes Wasser wird über einen Schlauch der Feuerdüse zugeführt und fließt aus dieser heraus. Der Innenquerschnitt der Düsenspitze verjüngt sich zum Ende hin, wodurch der fließende Wasserstrahl eine höhere Geschwindigkeit hat als im Schlauch.

Die Kraft des Gegendrucks (Reaktion) ist in diesem Fall so groß, dass der Feuerwehrmann oft dazu gezwungen wird Ziehen Sie mit aller Kraft, um den Feuerwehrschlauch in der gewünschten Richtung zu halten. Das gleiche Prinzip kann auf einen Flugzeugmotor angewendet werden. Das einfachste Strahltriebwerk ist das Staustrahltriebwerk.

Stellen wir uns ein Rohr mit offenen Enden vor, das an einem fliegenden Flugzeug montiert ist. Der vordere Teil des Rohres, in den durch die Bewegung des Flugzeugs Luft einströmt, weist einen sich erweiternden Innenquerschnitt auf. Durch die Ausdehnung des Rohres nimmt die Geschwindigkeit der einströmenden Luft ab und der Druck steigt entsprechend an.

Nehmen wir an, dass im expandierenden Teil Kraftstoff in den Luftstrom eingespritzt und verbrannt wird. Dieser Teil des Rohres kann als Brennkammer bezeichnet werden. Die stark erhitzten Gase dehnen sich schnell aus und entweichen durch die konvergierende Strahldüse mit einer um ein Vielfaches höheren Geschwindigkeit als der Luftstrom am Einlass. Durch diese Geschwindigkeitssteigerung entsteht eine Schubkraft, die das Flugzeug vorwärts treibt.

Es ist leicht zu erkennen, dass ein solcher Motor nur funktionieren kann, wenn er sich in der Luft bewegt erhebliche Geschwindigkeit, kann jedoch nicht aktiviert werden, wenn es bewegungslos ist. Ein Flugzeug mit einem solchen Motor muss entweder von einem anderen Flugzeug aus gestartet oder mit einem speziellen Startmotor beschleunigt werden. Dieser Nachteil wird bei einem komplexeren Turbostrahltriebwerk überwunden.

Das wichtigste Element dieses Motors ist die Gasturbine, die rotiert Luftkompressor, sitzt auf dem gleichen Schaft wie sie. Die in den Motor eintretende Luft wird zunächst komprimiert Eingabegerät- Diffusor, dann im Axialverdichter und gelangt dann in die Brennkammer.

Der Treibstoff ist meist Kerosin, das durch eine Düse in die Brennkammer gesprüht wird. Aus der Kammer strömen die sich ausdehnenden Verbrennungsprodukte zunächst auf die Gasschaufeln, wodurch diese rotieren, und dann in die Düse, in der sie auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden.

Eine Gasturbine nutzt nur einen kleinen Teil der Energie des Luft-Gas-Strahls. Der Rest der Gase dient zur Erzeugung einer reaktiven Schubkraft, die durch die Strömung eines Strahls mit hoher Geschwindigkeit entsteht Verbrennungsprodukte aus der Düse. Der Schub eines Turbostrahltriebwerks kann auf verschiedene Weise verstärkt, also kurzzeitig erhöht werden.

Dies kann beispielsweise durch die sogenannte Nachverbrennung erfolgen (hierbei wird zusätzlicher Brennstoff in den Gasstrom hinter der Turbine eingedüst, der durch nicht genutzten Sauerstoff in den Brennkammern verbrennt). Durch die Nachverbrennung kann der Triebwerksschub in kurzer Zeit zusätzlich um 25–30 % bei niedrigen Geschwindigkeiten und bis zu 70 % bei hohen Geschwindigkeiten erhöht werden.

Seit 1940 stellten Gasturbinentriebwerke eine echte Revolution in der Luftfahrttechnik dar, die ersten Entwicklungen zu ihrer Herstellung erfolgten jedoch zehn Jahre früher. Vater des Turbostrahltriebwerks Der englische Erfinder Frank Whittle wird zu Recht in Betracht gezogen. Bereits 1928, als Student an der Cranwell Aviation School, schlug Whittle den ersten Entwurf eines mit einer Gasturbine ausgestatteten Strahltriebwerks vor.

1930 erhielt er dafür ein Patent. Der damalige Staat interessierte sich nicht für seine Entwicklungen. Whittle erhielt jedoch Hilfe von einigen Privatfirmen, und 1937 baute die britische Firma Thomson-Houston auf der Grundlage seines Entwurfs das erste Turbostrahltriebwerk der Geschichte mit der Bezeichnung „U“. Erst danach schenkte das Luftfahrtministerium Whittles Erfindung Aufmerksamkeit. Um die Motoren seiner Konstruktion weiter zu verbessern, wurde das Energieunternehmen gegründet, das vom Staat unterstützt wurde.

Gleichzeitig befruchteten Whittles Ideen den Designgedanken Deutschlands. 1936 entwickelte und patentierte der deutsche Erfinder Ohain, damals Student an der Universität Göttingen, sein Turbostrahltriebwerk Motor. Sein Design unterschied sich fast nicht von dem von Whittle. Im Jahr 1938 entwickelte die Firma Heinkel, die Ohain engagierte, unter seiner Führung das Turbostrahltriebwerk HeS-3B, das in das Flugzeug He-178 eingebaut wurde. Am 27. August 1939 absolvierte dieses Flugzeug seinen ersten erfolgreichen Flug.

Das Design der He-178 nahm weitgehend das Design zukünftiger Düsenflugzeuge vorweg. Der Lufteinlass befand sich im vorderen Teil des Rumpfes. Die verzweigte Luft strömte um das Cockpit des Piloten herum und gelangte in einem direkten Strom in den Motor. Durch eine Düse im Heckteil strömten heiße Gase aus. Die Flügel dieses Flugzeugs waren noch aus Holz, aber der Rumpf bestand aus Duraluminium.

Der hinter dem Cockpit eingebaute Motor lief mit Benzin und entwickelte eine Schubkraft von 500 kg. Maximal Die Geschwindigkeit des Flugzeugs erreichte 700 km/h. Anfang 1941 entwickelte Hans Ohain ein weiterentwickeltes HeS-8-Triebwerk mit einer Schubkraft von 600 kg. Zwei dieser Triebwerke wurden in das nächste He-280V-Flugzeug eingebaut.

Die Tests begannen im April desselben Jahres und zeigten gute Ergebnisse – das Flugzeug erreichte Geschwindigkeiten von bis zu 925 km/h. Allerdings begann die Serienproduktion dieses Jägers nie (insgesamt wurden 8 Stück produziert), da sich der Motor immer noch als unzuverlässig erwies.

Unterdessen brachte das britische Unternehmen Thomson-Houston das W1.X-Triebwerk auf den Markt, das speziell für das erste englische Turbojet-Flugzeug, die Gloucester G40, entwickelt wurde, die im Mai 1941 ihren Erstflug absolvierte (das Flugzeug war damals mit einem verbesserten Whittle W.1-Triebwerk ausgestattet). Der englische Erstgeborene war alles andere als deutsch. Seine Höchstgeschwindigkeit betrug 480 km/h. 1943 wurde der zweite Gloucester G40 mit einem stärkeren Motor gebaut und erreichte Geschwindigkeiten von bis zu 500 km/h.

In seinem Design erinnerte der Gloucester überraschend an den deutschen Heinkel. G40 hatte Ganzmetallstruktur mit Lufteinlass im vorderen Teil des Rumpfes. Der Luftversorgungskanal war geteilt und verlief beidseitig um die Pilotenkabine herum. Der Austritt der Gase erfolgte durch eine Düse im hinteren Teil des Rumpfes.

Obwohl die Parameter der G40 die der damaligen Propeller-Hochgeschwindigkeitsflugzeuge nicht nur nicht übertrafen, sondern ihnen auch deutlich unterlegen waren, erwiesen sich die Aussichten für den Einsatz von Strahltriebwerken als so vielversprechend, dass das britische Ministerium of Aviation beschloss, mit der Serienproduktion von Turbojet-Abfangjägern zu beginnen. Die Firma Gloucester erhielt den Auftrag, ein solches Flugzeug zu entwickeln.

In den folgenden Jahren begannen mehrere englische Unternehmen mit der Produktion verschiedener Modifikationen des Whittle-Turbostrahltriebwerks. Die Firma Rover entwickelte auf der Grundlage des W.1-Motors Motoren W2B/23 und W2B/26. Diese Motoren wurden dann von Rolls-Royce gekauft, der daraus seine eigenen Modelle Welland und Derwent baute.

Das erste Serien-Turbostrahlflugzeug der Geschichte war allerdings nicht die englische Gloucester, sondern die deutsche Messerschmitt Me-262. Insgesamt wurden etwa 1.300 dieser Flugzeuge in verschiedenen Modifikationen hergestellt, ausgestattet mit dem Junkers Yumo-004B-Motor. Das erste Flugzeug dieser Serie wurde 1942 getestet. Es verfügte über zwei Motoren mit einer Schubkraft von 900 kg und einer Geschwindigkeit von 845 km/h.

Das englische Serienflugzeug Gloucester G41 Meteor erschien 1943. Ausgestattet mit zwei Derwent-Triebwerken mit je 900 kg Schub erreichte die Meteor Geschwindigkeiten von bis zu 760 km/h und erreichte eine Flughöhe von bis zu 9000 m. Anschließend wurden leistungsstärkere Derwents mit einer Schubkraft von etwa 1600 kg in Flugzeuge eingebaut, wodurch die Geschwindigkeit auf 935 km/h erhöht werden konnte. Dieses Flugzeug leistete gute Leistungen, sodass die Produktion verschiedener Modifikationen der G41 bis zum Ende der 40er Jahre fortgesetzt wurde.

USA in der Entwicklung Jet-Luftfahrt Zunächst blieben sie weit hinter den europäischen Ländern zurück. Bis zum Zweiten Weltkrieg gab es überhaupt keine Versuche, ein Düsenflugzeug zu bauen. Erst 1941, als Muster und Zeichnungen von Whittle-Motoren aus England eintrafen, begannen diese Arbeiten in vollem Gange.

General Electric entwickelte auf der Grundlage von Whittles Modell einen Turbostrahltriebwerk Motor I-A, das im ersten amerikanischen Düsenflugzeug, der P-59A Ercomet, installiert wurde. Der amerikanische Erstgeborene flog im Oktober 1942 zum ersten Mal. Es verfügte über zwei Triebwerke, die unter den Tragflächen nahe am Rumpf angebracht waren. Es war immer noch ein unvollkommenes Design.

Laut den amerikanischen Piloten, die das Flugzeug testeten, war die P-59 gut zu fliegen, ihre Flugeigenschaften blieben jedoch unwichtig. Der Motor war zu schwach, sodass es sich eher um ein Segelflugzeug als um ein echtes Kampfflugzeug handelte. Insgesamt wurden 33 solcher Maschinen gebaut. Ihre Höchstgeschwindigkeit betrug 660 km/h und ihre Flughöhe betrug bis zu 14.000 m.

Der erste serienmäßige Turbostrahljäger in den Vereinigten Staaten war die Lockheed F-80 Shooting Star mit einem Triebwerk General Electric I-40 ( Modifikation I-A). Bis zum Ende der 40er Jahre wurden etwa 2.500 dieser Jäger verschiedener Modelle produziert. Ihre Durchschnittsgeschwindigkeit betrug etwa 900 km/h. Doch am 19. Juni 1947 wurde mit einer Modifikation dieses Flugzeugs, der XF-80B, erstmals in der Geschichte eine Geschwindigkeit von 1000 km/h erreicht.

Bei Kriegsende waren Düsenflugzeuge den ausgereiften Modellen propellergetriebener Flugzeuge in vielerlei Hinsicht noch unterlegen und hatten viele spezifische Nachteile. Im Allgemeinen stießen Konstrukteure in allen Ländern beim Bau des ersten Turbojet-Flugzeugs auf erhebliche Schwierigkeiten. Hin und wieder brannten die Brennkammern durch, die Schaufeln und Kompressoren brachen und verwandelten sich, nachdem sie sich vom Rotor gelöst hatten, in Projektile, die den Motorkörper, den Rumpf und die Tragfläche zerschmetterten.

Trotzdem hatten Düsenflugzeuge gegenüber Propellerflugzeugen einen großen Vorteil: Der Geschwindigkeitszuwachs mit zunehmender Leistung eines Turbostrahltriebwerks und seinem Gewicht erfolgte viel schneller als bei einem Kolbentriebwerk. Dies entschied über das zukünftige Schicksal der Hochgeschwindigkeitsluftfahrt – sie wird überall strahlgetrieben.

Die Geschwindigkeitssteigerung brachte bald eine völlige Veränderung mit sich Aussehen Flugzeug. Bei transsonischen Geschwindigkeiten erwiesen sich die alte Form und das alte Profil des Flügels als nicht in der Lage, das Flugzeug zu tragen – es begann einzunicken und ging in einen unkontrollierbaren Sturzflug über. Ergebnisse Aerodynamische Tests und die Analyse von Flugunfällen führte die Konstrukteure nach und nach zu einem neuen Flügeltyp – dünn, gepfeilt.

Diese Art von Flügelform tauchte erstmals bei sowjetischen Jägern auf. Trotz der Tatsache, dass die UdSSR später war als die westliche Während die Staaten mit der Entwicklung von Turbostrahlflugzeugen begannen, gelang es den sowjetischen Konstrukteuren sehr schnell, hochwertige Kampffahrzeuge zu entwickeln. Der erste sowjetische Düsenjäger, der in Produktion ging, war die Jak-15.

Es erschien Ende 1945 und war ein umgebauter Yak-3 (ein im Krieg bekannter Jäger mit Kolbenmotor), der mit einem RD-10-Turbojet-Triebwerk ausgestattet war – einer Kopie des erbeuteten deutschen Yumo-004B mit einer Schubkraft von 900 kg. Es erreichte eine Geschwindigkeit von etwa 830 km/h.

1946 in Dienst gestellt Sowjetische Armee Die MiG-9 kam an, ausgestattet mit zwei Yumo-004B-Turbostrahltriebwerken (offizielle Bezeichnung RD-20), und 1947 erschien die MiG-15 – die erste in Geschichte, ein Kampfflugzeug mit geschwungenem Flügel, ausgestattet mit einem RD-45-Triebwerk (dies war die Bezeichnung für das Nin-Triebwerk von Rolls-Royce, das von sowjetischen Flugzeugkonstrukteuren in Lizenz gekauft und modernisiert wurde) mit einer Schubkraft von 2200 kg.

Die MiG-15 unterschied sich deutlich von ihren Vorgängern und überraschte Kampfpiloten mit ihren ungewöhnlich nach hinten geneigten Flügeln, einer riesigen Flosse mit dem gleichen geschwungenen Stabilisator und einem zigarrenförmigen Rumpf. Darüber hinaus verfügte das Flugzeug über weitere Neuerungen: einen Schleudersitz und eine hydraulische Servolenkung.

Er war mit einer Schnellfeuerwaffe und zwei (in späteren Modifikationen drei) bewaffnet Waffen). Mit einer Geschwindigkeit von 1.100 km/h und einer Flughöhe von 15.000 m blieb dieser Jäger mehrere Jahre lang das beste Kampfflugzeug der Welt und stieß auf großes Interesse. (Das MiG-15-Design hatte später einen erheblichen Einfluss auf das Jagdflugzeugdesign in westlichen Ländern.)

In kurzer Zeit wurde die MiG-15 zum am weitesten verbreiteten Jagdflugzeug der UdSSR und wurde auch von den Armeen ihrer Verbündeten übernommen. Auch im Koreakrieg leistete dieses Flugzeug gute Dienste. In vielerlei Hinsicht war es den amerikanischen Sabres überlegen.

Mit dem Aufkommen der MiG-15 endete die Kindheit der Turbojet-Luftfahrt und eine neue Etappe in ihrer Geschichte begann. Zu diesem Zeitpunkt beherrschten die Düsenflugzeuge alle Unterschallgeschwindigkeiten und befanden sich sehr nahe an der Schallmauer.

Unter reaktiv versteht man eine Bewegung, bei der einer seiner Teile mit einer bestimmten Geschwindigkeit von einem Körper getrennt wird. Die aus einem solchen Vorgang resultierende Kraft wirkt von selbst. Mit anderen Worten: Es fehlt ihr auch nur der geringste Kontakt zu äußeren Körpern.

in der Natur

Zur Zeit Sommerferien Im Süden stieß fast jeder von uns beim Schwimmen im Meer auf Quallen. Aber nur wenige Menschen dachten, dass sich diese Tiere wie ein Düsentriebwerk bewegen. Das Funktionsprinzip einer solchen Einheit in der Natur lässt sich bei der Bewegung bestimmter Arten von Meeresplankton und Libellenlarven beobachten. Darüber hinaus ist die Effizienz dieser Wirbellosen oft höher als die technischer Mittel.

Wer sonst kann das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks anschaulich demonstrieren? Tintenfisch, Tintenfisch und Tintenfisch. Viele andere Meeresmollusken machen eine ähnliche Bewegung. Nehmen wir zum Beispiel Tintenfisch. Sie nimmt Wasser in ihre Kiemenhöhle auf und schüttet es kräftig durch einen Trichter aus, den sie nach hinten oder zur Seite richtet. Gleichzeitig ist die Molluske in der Lage, Bewegungen in die gewünschte Richtung auszuführen.

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks lässt sich auch beim Bewegen des Schmalzes beobachten. Dieses Meerestier erhält Wasser in einem weiten Hohlraum. Danach ziehen sich die Muskeln seines Körpers zusammen und drücken die Flüssigkeit durch das Loch auf der Rückseite heraus. Durch die Reaktion des entstehenden Strahls kann sich das Schmalz vorwärts bewegen.

Marineraketen

Aber Tintenfische haben die größte Perfektion in der Jet-Navigation erreicht. Sogar die Form der Rakete selbst scheint von diesem besonderen Meeresbewohner kopiert worden zu sein. Bei niedrigen Geschwindigkeiten bewegt der Tintenfisch regelmäßig seine rautenförmige Flosse. Für einen schnellen Wurf muss er jedoch sein eigenes „Düsentriebwerk“ verwenden. Es lohnt sich, das Funktionsprinzip aller seiner Muskeln und seines Körpers genauer zu betrachten.

Tintenfische haben einen besonderen Mantel. Dabei handelt es sich um Muskelgewebe, das seinen Körper von allen Seiten umgibt. Während der Bewegung saugt das Tier eine große Menge Wasser in diesen Mantel ein und stößt einen scharfen Strahl durch eine spezielle schmale Düse aus. Solche Aktionen ermöglichen es dem Tintenfisch, sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu siebzig Stundenkilometern rückwärts zu bewegen. Das Tier bündelt alle seine zehn Tentakel zu einem Bündel, was dem Körper eine stromlinienförmige Form verleiht. Die Düse verfügt über ein spezielles Ventil. Das Tier dreht es, indem es seine Muskeln anspannt. Dadurch kann das Meeresleben die Bewegungsrichtung ändern. Die Rolle eines Ruders bei den Bewegungen des Tintenfischs spielen auch seine Tentakel. Er lenkt sie nach links oder rechts, nach unten oder oben und weicht Kollisionen mit verschiedenen Hindernissen problemlos aus.

Es gibt eine Tintenfischart (Stenoteuthis), die den Titel des besten Piloten unter den Weichtieren trägt. Beschreiben Sie das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks – und Sie werden verstehen, warum dieses Tier bei der Jagd auf Fische manchmal aus dem Wasser springt und sogar auf den Decks von Schiffen landet, die auf dem Meer fahren. Wie kommt es dazu? Tintenfischpilot, während drin Wasserelement, entwickelt seinen maximalen Strahlschub. Dadurch kann er in einer Entfernung von bis zu fünfzig Metern über die Wellen fliegen.

Wenn wir ein Strahltriebwerk betrachten, welches andere Funktionsprinzip eines Tieres kann erwähnt werden? Auf den ersten Blick handelt es sich dabei um ausgebeulte Kraken. Ihre Schwimmer sind nicht so schnell wie Tintenfische, aber im Gefahrenfall können selbst die besten Sprinter sie um ihre Geschwindigkeit beneiden. Biologen, die die Wanderungen von Kraken untersuchten, fanden heraus, dass sie sich ähnlich dem Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks bewegen.

Mit jedem Wasserstrahl, der aus dem Trichter geschleudert wird, macht das Tier einen Ruck von zwei oder sogar zweieinhalb Metern. Gleichzeitig schwimmt der Oktopus auf besondere Weise – rückwärts.

Weitere Beispiele für Strahlantriebe

Auch in der Pflanzenwelt gibt es Raketen. Das Prinzip eines Strahltriebwerks lässt sich beobachten, wenn die „verrückte Gurke“ bereits bei ganz leichter Berührung mit hoher Geschwindigkeit vom Stiel abprallt und gleichzeitig die klebrige Flüssigkeit mit den Samen abstößt. In diesem Fall fliegt die Frucht selbst eine beträchtliche Distanz (bis zu 12 m) in die entgegengesetzte Richtung.

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks kann auch vom Boot aus beobachtet werden. Wenn Sie schwere Steine ​​in eine bestimmte Richtung ins Wasser werfen, beginnt die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung. Das Funktionsprinzip ist das gleiche. Nur dort werden statt Steinen Gase verwendet. Sie erzeugen eine Reaktionskraft, die für Bewegung sowohl in der Luft als auch im verdünnten Raum sorgt.

Fantastische Reisen

Die Menschheit träumt schon lange davon, ins All zu fliegen. Dies wird durch die Werke von Science-Fiction-Autoren belegt, die eine Vielzahl von Mitteln zur Erreichung dieses Ziels vorschlugen. Beispielsweise erreichte der Held der Geschichte des französischen Schriftstellers Hercule Savignen, Cyrano de Bergerac, den Mond auf einem eisernen Karren, über den ständig ein starker Magnet geworfen wurde. Auch der berühmte Münchhausen erreichte denselben Planeten. Eine riesige Bohnenstange half ihm bei der Reise.

Bereits im ersten Jahrtausend v. Chr. wurden in China Strahlantriebe eingesetzt. Mit Schießpulver gefüllte Bambusrohre dienten zum Spaß als eine Art Raketen. Übrigens war das von Newton ins Leben gerufene Projekt des ersten Autos auf unserem Planeten ebenfalls mit einem Strahltriebwerk ausgestattet.

Geschichte der Entstehung von RD

Erst im 19. Jahrhundert. Der Traum der Menschheit vom Weltraum begann konkrete Formen anzunehmen. Schließlich schuf der russische Revolutionär N. I. Kibalchich in diesem Jahrhundert das weltweit erste Projekt mit einem Düsentriebwerk. Alle Papiere wurden von einem Mitglied der Narodnaja Wolja im Gefängnis erstellt, wo er nach dem Attentat auf Alexander landete. Doch leider wurde Kibalchich am 3. April 1881 hingerichtet und seine Idee fand keine praktische Umsetzung.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Die Idee, Raketen für Raumflüge einzusetzen, wurde vom russischen Wissenschaftler K. E. Tsiolkovsky vorgebracht. Zum ersten Mal wurde sein Werk 1903 veröffentlicht, das eine Beschreibung der Bewegung eines Körpers variabler Masse in Form einer mathematischen Gleichung enthielt. Anschließend entwickelte der Wissenschaftler das eigentliche Diagramm eines mit flüssigem Treibstoff angetriebenen Strahltriebwerks.

Tsiolkovsky erfand auch eine mehrstufige Rakete und äußerte die Idee, echte Weltraumstädte in einer erdnahen Umlaufbahn zu schaffen. Tsiolkovsky hat überzeugend bewiesen, dass das einzige Mittel zur Raumfahrt eine Rakete ist. Das heißt, ein Gerät, das mit einem Strahltriebwerk ausgestattet ist und mit Treibstoff und einem Oxidationsmittel betrieben wird. Nur eine solche Rakete kann die Schwerkraft überwinden und über die Erdatmosphäre hinausfliegen.

Weltraumforschung

Tsiolkovskys Idee wurde von sowjetischen Wissenschaftlern umgesetzt. Unter der Leitung von Sergej Pawlowitsch Koroljow starteten sie den ersten künstlichen Erdsatelliten. Am 4. Oktober 1957 wurde dieses Gerät von einer Rakete mit Strahltriebwerk in die Umlaufbahn gebracht. Der Betrieb des RD basierte auf der Umwandlung chemischer Energie, die vom Brennstoff auf den Gasstrahl übertragen und in kinetische Energie umgewandelt wird. In diesem Fall bewegt sich die Rakete in die entgegengesetzte Richtung.

Das Strahltriebwerk, dessen Funktionsprinzip seit vielen Jahren Anwendung findet, findet seine Anwendung nicht nur in der Raumfahrt, sondern auch in der Luftfahrt. Vor allem aber dient es dazu: Denn nur der RD ist in der Lage, das Gerät in einem Raum zu bewegen, in dem es keine Umgebung gibt.

Flüssigkeitsstrahltriebwerk

Jeder, der schon einmal eine Schusswaffe abgefeuert oder diesen Vorgang einfach von der Seite beobachtet hat, weiß, dass es eine Kraft gibt, die den Lauf mit Sicherheit zurückdrückt. Darüber hinaus wird die Rendite mit einem höheren Gebührenbetrag sicherlich steigen. Ein Strahltriebwerk funktioniert auf die gleiche Weise. Sein Funktionsprinzip ähnelt dem Zurückschieben des Laufs unter dem Einfluss eines heißen Gasstrahls.

Bei der Rakete verläuft der Prozess, bei dem sich die Mischung entzündet, allmählich und kontinuierlich. Dies ist der einfachste Feststoffmotor. Es ist allen Raketenmodellbauern wohlbekannt.

In einem Flüssigtreibstoffstrahltriebwerk (LPRE) wird eine Mischung aus Treibstoff und Oxidationsmittel verwendet, um ein Arbeitsmedium oder einen Schubstrahl zu erzeugen. Letzteres ist in der Regel Salpetersäure oder der Treibstoff im Flüssigraketentriebwerk ist Kerosin.

Das Funktionsprinzip des Strahltriebwerks, das in den ersten Exemplaren zum Einsatz kam, ist bis heute erhalten geblieben. Erst jetzt wird flüssiger Wasserstoff verwendet. Wenn dieser Stoff oxidiert, erhöht er sich im Vergleich zu den ersten Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken um 30 %. Es ist erwähnenswert, dass die Idee der Verwendung von Wasserstoff von Tsiolkovsky selbst vorgeschlagen wurde. Allerdings waren die damaligen Schwierigkeiten im Umgang mit diesem äußerst explosiven Stoff schlicht unüberwindbar.

Was ist das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks? Kraftstoff und Oxidationsmittel gelangen aus separaten Tanks in die Arbeitskammer. Anschließend werden die Komponenten zu einer Mischung verarbeitet. Es brennt und setzt unter einem Druck von mehreren zehn Atmosphären eine enorme Wärmemenge frei.

Komponenten gelangen auf unterschiedliche Weise in die Arbeitskammer eines Strahltriebwerks. Hier wird das Oxidationsmittel direkt eingebracht. Der Kraftstoff legt jedoch einen längeren Weg zwischen den Wänden der Kammer und der Düse zurück. Hier erhitzt es sich und wird bereits mit hoher Temperatur durch zahlreiche Düsen in die Verbrennungszone geschleudert. Anschließend platzt der von der Düse gebildete Strahl heraus und verleiht dem Flugzeug ein Schubmoment. So können Sie (kurz) erkennen, was das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks ist. In dieser Beschreibung werden viele Komponenten nicht erwähnt, ohne die der Betrieb des Flüssigtreibstoffmotors unmöglich wäre. Dazu gehören Kompressoren, die zur Erzeugung des für die Einspritzung erforderlichen Drucks erforderlich sind, Ventile, Förderturbinen usw.

Moderne Nutzung

Obwohl der Betrieb eines Strahltriebwerks erfordert große Menge Treibstoffe und Flüssigkeitsraketentriebwerke dienen den Menschen auch heute noch. Sie werden als Hauptantriebsmotoren in Trägerraketen sowie als Rangiermotoren für verschiedene Raumfahrzeuge und verwendet Orbitalstationen. In der Luftfahrt werden andere Arten von Rollwegen verwendet, die sich in ihren Leistungsmerkmalen und im Design geringfügig unterscheiden.

Luftfahrtentwicklung

Vom Beginn des 20. Jahrhunderts bis zum Ausbruch des Zweiten Weltkriegs flogen die Menschen ausschließlich in Propellerflugzeugen. Diese Geräte waren mit Motoren ausgestattet Verbrennungs. Der Fortschritt blieb jedoch nicht stehen. Mit seiner Entwicklung entstand die Notwendigkeit, leistungsstärkere und schnellere Flugzeuge zu entwickeln. Allerdings standen die Flugzeugkonstrukteure hier vor einem scheinbar unlösbaren Problem. Tatsache ist, dass selbst bei einer leichten Erhöhung das Gewicht des Flugzeugs deutlich zunahm. Einen Ausweg aus dieser Situation fand jedoch der Engländer Frank Will. Er hat grundlegend geschaffen neuer Motor, genannt reaktiv. Diese Erfindung gab der Entwicklung der Luftfahrt einen starken Impuls.

Das Funktionsprinzip eines Flugzeugstrahltriebwerks ähnelt dem eines Feuerwehrschlauchs. Sein Schlauch hat ein konisches Ende. Wenn Wasser durch ein enges Loch fließt, erhöht es seine Geschwindigkeit erheblich. Der entstehende Gegendruck ist so stark, dass der Feuerwehrmann Schwierigkeiten hat, den Schlauch in den Händen zu halten. Dieses Verhalten von Wasser kann auch das Funktionsprinzip eines Flugzeugtriebwerks erklären.

Direkte Rollwege

Dieser Strahltriebwerkstyp ist der einfachste. Man kann es sich in Form eines Rohres mit offenen Enden vorstellen, das in einem fahrenden Flugzeug installiert ist. Im vorderen Teil erweitert sich sein Querschnitt. Dank dieses Designs einströmende Luft verringert seine Geschwindigkeit und sein Druck erhöht sich. Die breiteste Stelle eines solchen Rohres ist die Brennkammer. Hier wird Kraftstoff eingespritzt und weiter verbrannt. Dieser Prozess trägt zur Erwärmung der entstehenden Gase und ihrer starken Expansion bei. Dadurch entsteht Schub vom Strahltriebwerk. Es entsteht durch die gleichen Gase, wenn sie mit Gewalt aus dem schmalen Ende des Rohrs herausströmen. Es ist dieser Schub, der das Flugzeug zum Fliegen bringt.

Nutzungsprobleme

Staustrahltriebwerke haben einige Nachteile. Sie können nur in einem sich bewegenden Flugzeug eingesetzt werden. Ein ruhendes Flugzeug kann nicht über Staustrahl-Rollbahnen aktiviert werden. Um ein solches Flugzeug in die Luft zu heben, ist ein weiterer Startmotor erforderlich.

Lösung

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks eines Turbojet-Flugzeugs, das die Nachteile einer Staustrahl-Rollbahn nicht aufweist, ermöglichte es Luftfahrtkonstrukteuren, die fortschrittlichsten Flugzeuge zu entwickeln. Wie funktioniert diese Erfindung?

Das Hauptelement eines Turbostrahltriebwerks ist eine Gasturbine. Mit seiner Hilfe wird ein Luftkompressor aktiviert, durch den die Druckluft geleitet wird Spezialkamera. Die bei der Verbrennung von Kraftstoff (normalerweise Kerosin) entstehenden Produkte fallen auf die Turbinenschaufeln und treiben diese so an. Anschließend gelangt der Luft-Gas-Strom in die Düse, wo er auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und einen enormen Reaktionsschub erzeugt.

Leistungssteigerung

Der reaktive Schub kann in kurzer Zeit erheblich zunehmen. Hierzu wird die Nachverbrennung eingesetzt. Dabei wird zusätzlicher Brennstoff in den aus der Turbine austretenden Gasstrom eingespritzt. Ungenutzter Sauerstoff in der Turbine fördert die Verbrennung von Kerosin, was den Triebwerksschub erhöht. Bei hohen Geschwindigkeiten beträgt die Wertsteigerung 70 % und bei niedrigen Geschwindigkeiten 25–30 %.

In einem Strahltriebwerk wird der für den Antrieb erforderliche Schub durch die Umwandlung der Anfangsenergie in die kinetische Energie des Arbeitsmediums erzeugt. Durch das Ausströmen des Arbeitsmediums aus der Triebwerksdüse entsteht eine Reaktionskraft in Form eines Rückstoßes (Strahl). Der Rückstoß bewegt den Motor und die mit ihm baulich verbundenen Apparate im Raum. Die Bewegung erfolgt in entgegengesetzter Richtung zum Ausströmen des Strahls. Kann in kinetische Energie des Strahlstroms umgewandelt werden Verschiedene Arten Energien: chemisch, nuklear, elektrisch, solar. Ein Strahltriebwerk sorgt für seinen eigenen Antrieb ohne die Beteiligung von Zwischenmechanismen.

Um einen Strahlschub zu erzeugen, benötigen Sie eine Anfangsenergiequelle, die in die kinetische Energie des Strahlstroms umgewandelt wird, ein vom Triebwerk in Form eines Strahlstrahls ausgestoßenes Arbeitsmedium und das Strahltriebwerk selbst, das die erste Energie umwandelt Art der Energie in die Sekunde.

Der Hauptteil eines Strahltriebwerks ist die Brennkammer, in der das Arbeitsmedium entsteht.

Alle Strahltriebwerke werden in zwei Hauptklassen eingeteilt, je nachdem, was bei ihrem Betrieb verwendet wird Umgebung oder nicht.

Die erste Klasse sind Luftstrahltriebwerke (WRD). Bei allen handelt es sich um thermische Verfahren, bei denen das Arbeitsmedium bei der Oxidationsreaktion eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft entsteht. Der Großteil des Arbeitsmediums ist atmosphärische Luft.

Bei einem Raketentriebwerk befinden sich alle Bestandteile des Arbeitsmediums an Bord der damit ausgestatteten Apparatur.

Es gibt auch Kombimotoren, die beide oben genannten Typen kombinieren.

Der Strahlantrieb wurde erstmals in Heron's Ball, einem Prototyp einer Dampfturbine, eingesetzt. Im 10. Jahrhundert tauchten in China Feststoffstrahltriebwerke auf. N. e. Solche Raketen wurden im Osten und dann in Europa für Feuerwerkskörper, Signalisierung und dann als Kampfraketen eingesetzt.

Ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Idee des Strahlantriebs war die Idee, eine ​​Rakete als Triebwerk für ein Flugzeug zu nutzen. Es wurde erstmals vom russischen Revolutionär N. I. Kibalchich formuliert, der im März 1881, kurz vor seiner Hinrichtung, einen Entwurf für ein Flugzeug (Raketenflugzeug) mit Strahlantrieb aus explosiven Pulvergasen vorschlug.

N. E. Zhukovsky entwickelte in seinen Werken „Über die Reaktion ausströmender und einströmender Flüssigkeit“ (1880er Jahre) und „Über die Theorie von Schiffen, die durch die Reaktionskraft ausströmenden Wassers angetrieben werden“ (1908) erstmals die Grundfragen der Theorie eines Strahls Motor.

Interessante Arbeiten zur Erforschung des Raketenflugs gehören auch dem berühmten russischen Wissenschaftler I.V. Meshchersky, insbesondere auf diesem Gebiet allgemeine Theorie Bewegung von Körpern variabler Masse.

Im Jahr 1903 lieferte K. E. Tsiolkovsky in seinem Werk „Exploration of World Spaces with Jet Instruments“ eine theoretische Begründung für den Flug einer Rakete sowie ein schematisches Diagramm eines Raketentriebwerks, das viele der grundlegenden und konstruktiven Merkmale vorwegnahm moderner Flüssigtreibstoffmotoren. Raketentriebwerke(LPRE). So plante Tsiolkovsky die Verwendung von flüssigem Treibstoff für ein Strahltriebwerk und dessen Versorgung mit speziellen Pumpen zum Triebwerk. Er schlug vor, den Flug der Rakete mithilfe von Gasrudern zu steuern – speziellen Platten, die in einem aus der Düse austretenden Gasstrom angeordnet sind.

Die Besonderheit eines Flüssigtreibstoff-Strahltriebwerks besteht darin, dass es im Gegensatz zu anderen Strahltriebwerken den gesamten Vorrat an Oxidationsmittel zusammen mit dem Treibstoff mit sich führt und nicht die für die Verbrennung des Treibstoffs erforderliche sauerstoffhaltige Luft aus der Atmosphäre entnimmt. Dies ist das einzige Triebwerk, das für Ultra-Höhenflüge außerhalb der Erdatmosphäre eingesetzt werden kann.

Die weltweit erste Rakete mit einem Flüssigkeitsraketentriebwerk wurde am 16. März 1926 vom Amerikaner R. Goddard entwickelt und gestartet. Es wog etwa 5 Kilogramm und erreichte eine Länge von 3 m. Der Treibstoff in Goddards Rakete war Benzin und flüssiger Sauerstoff. Der Flug dieser Rakete dauerte 2,5 Sekunden und flog dabei 56 m weit.

Systematisch experimentelle Arbeit Die Arbeiten an diesen Motoren begannen in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts.

Die ersten sowjetischen Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke wurden zwischen 1930 und 1931 entwickelt und hergestellt. am Leningrad Gas Dynamic Laboratory (GDL) unter der Leitung des zukünftigen Akademikers V. P. Glushko. Diese Serie wurde ORM – Experimenteller Raketenmotor – genannt. Glushko nutzte einige neue Innovationen, zum Beispiel die Kühlung des Motors mit einer der Kraftstoffkomponenten.

Parallel dazu wurde in Moskau von der Jet Propulsion Research Group (GIRD) die Entwicklung von Raketentriebwerken durchgeführt. Ihr ideologischer Inspirator war F.A. Tsander und ihr Organisator war der junge S.P. Korolev. Koroljows Ziel war es, ein neues Raketenfahrzeug zu bauen – ein Raketenflugzeug.

Im Jahr 1933 baute und testete F.A. Zander erfolgreich den OR-1-Raketenmotor, der mit Benzin und Druckluft betrieben wurde, und in den Jahren 1932–1933. – OR?2-Motor, der mit Benzin und flüssigem Sauerstoff betrieben wird. Dieser Motor war für den Einbau in ein Segelflugzeug konzipiert, das als Raketenflugzeug fliegen sollte.

1933 wurde am GIRD die erste sowjetische Flüssigtreibstoffrakete gebaut und getestet.

Sowjetische Ingenieure entwickelten die begonnene Arbeit weiter und arbeiteten anschließend weiter an der Entwicklung von Flüssigkeitsstrahltriebwerken. Insgesamt entwickelte die UdSSR von 1932 bis 1941 118 Designs von Flüssigkeitsstrahltriebwerken.

In Deutschland fanden 1931 Raketentests von I. Winkler, Riedel und anderen statt.

Der erste Flug eines Flugzeugs/Raketenflugzeugs mit einem Flüssigtreibstoff-Strahltriebwerk fand im Februar 1940 in der Sowjetunion statt. Als Antrieb des Flugzeugs diente ein Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk. 1941 wurde unter der Leitung des sowjetischen Konstrukteurs V. F. Bolkhovitinov das erste Düsenflugzeug gebaut – ein Jäger mit einem Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk. Die Tests wurden im Mai 1942 vom Piloten G. Ya. Bakhchivadzhi durchgeführt.

Gleichzeitig fand der Erstflug eines deutschen Jagdflugzeugs mit einem solchen Motor statt. 1943 testeten die USA das erste amerikanische Düsenflugzeug, das mit einem Flüssigtreibstoff-Strahltriebwerk ausgestattet war. In Deutschland wurden 1944 mehrere Jäger mit diesen von Messerschmitt konstruierten Motoren gebaut und im selben Jahr im Kampf an der Westfront eingesetzt.

Darüber hinaus wurden Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke in deutschen V-2-Raketen eingesetzt, die unter der Leitung von V. von Braun entwickelt wurden.

In den 1950er Jahren wurden Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke in ballistischen Raketen und dann in künstlichen Satelliten der Erde, der Sonne, des Mondes und des Mars sowie automatischen interplanetaren Stationen installiert.

Das Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk besteht aus einer Brennkammer mit Düse, einer Turbopumpeneinheit, einem Gasgenerator bzw. Dampf-Gas-Generator, einem Automatisierungssystem, Steuerelementen, einem Zündsystem und Hilfsaggregaten (Wärmetauscher, Mischer, Antriebe).

Die Idee von Luftstrahltriebwerken wurde mehr als einmal vorgebracht verschiedene Länder. Die wichtigsten und originellsten Arbeiten in diesem Zusammenhang sind die Studien aus den Jahren 1908–1913. Der französische Wissenschaftler R. Lauren, der insbesondere 1911 eine Reihe von Entwürfen für Staustrahltriebwerke vorschlug. Diese Motoren nutzen atmosphärische Luft als Oxidationsmittel, und die Luftverdichtung in der Brennkammer wird durch dynamischen Luftdruck sichergestellt.

Im Mai 1939 wurde in der UdSSR erstmals eine von P. A. Merkulov entworfene Rakete mit Staustrahltriebwerk getestet. Es handelte sich um eine zweistufige Rakete (die erste Stufe ist eine Pulverrakete) mit einem Abfluggewicht von 7,07 kg, das Gewicht des Treibstoffs für die zweite Stufe des Staustrahltriebwerks betrug nur 2 kg. Während des Tests erreichte die Rakete eine Höhe von 2 km.

1939–1940 Zum ersten Mal auf der Welt wurden in der Sowjetunion Sommertests von luftatmenden Triebwerken durchgeführt, die als Zusatztriebwerke in einem von N. P. Polikarpow entworfenen Flugzeug eingebaut waren. 1942 wurden von E. Zenger entworfene Staustrahltriebwerke in Deutschland getestet.

Ein Luftstrahltriebwerk besteht aus einem Diffusor, in dem Luft aufgrund der kinetischen Energie des anströmenden Luftstroms komprimiert wird. Durch eine Düse wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt und das Gemisch entzündet. Der Strahlstrahl tritt durch die Düse aus.

Der Betrieb der Strahltriebwerke erfolgt kontinuierlich, sodass sie keinen Startschub haben. In diesem Zusammenhang werden Luftstrahltriebwerke bei Fluggeschwindigkeiten unter der halben Schallgeschwindigkeit nicht eingesetzt. Der effektivste Einsatz von Strahltriebwerken erfolgt bei Überschallgeschwindigkeit und in großen Höhen. Ein von einem Luftstrahltriebwerk angetriebenes Flugzeug hebt mit Raketentriebwerken ab, die mit festem oder flüssigem Treibstoff betrieben werden.

Eine weitere Gruppe von Luftstrahltriebwerken – Turbokompressortriebwerke – hat eine größere Entwicklung erfahren. Sie sind unterteilt in Turbojet-Triebwerke, bei denen der Schub durch einen aus der Strahldüse ausströmenden Gasstrom erzeugt wird, und Turboprop-Triebwerke, bei denen der Hauptschub durch den Propeller erzeugt wird.

Im Jahr 1909 wurde der Entwurf eines Turbostrahltriebwerks vom Ingenieur N. Gerasimov entwickelt. 1914 russischer Leutnant Marine M. N. Nikolskoy entwarf und baute ein Modell eines Turboprop-Flugzeugtriebwerks. Das Arbeitsmedium zum Antrieb der dreistufigen Turbine waren die gasförmigen Verbrennungsprodukte einer Mischung aus Terpentin und Salpetersäure. Die Turbine funktionierte nicht nur für Luftpropeller: Abgasförmige Verbrennungsprodukte, die in die Heckdüse (Strahldüse) geleitet werden, erzeugen zusätzlich zum Propellerschub einen Strahlschub.

Im Jahr 1924 entwickelte V. I. Bazarov den Entwurf eines Turbokompressor-Strahltriebwerks für die Luftfahrt, das aus drei Elementen bestand: einer Brennkammer, einer Gasturbine und einem Kompressor. Der Druckluftstrom wurde hier erstmals in zwei Zweige aufgeteilt: Der kleinere Teil gelangte in die Brennkammer (zum Brenner), der größere Teil wurde mit den Arbeitsgasen vermischt, um deren Temperatur vor der Turbine zu senken. Dadurch wurde die Sicherheit der Turbinenschaufeln gewährleistet. Die Leistung der mehrstufigen Turbine wurde für den Antrieb des Radialkompressors des Motors selbst und teilweise für die Drehung des Propellers aufgewendet. Zusätzlich zum Propeller wurde Schub durch die Reaktion eines durch die Heckdüse geleiteten Gasstroms erzeugt.

Im Jahr 1939 begann der Bau von Turbostrahltriebwerken nach dem Entwurf von A. M. Lyulka im Kirow-Werk in Leningrad. Seine Prozesse wurden durch den Krieg unterbrochen.

1941 wurde in England der Erstflug mit einem experimentellen Kampfflugzeug durchgeführt, das mit einem von F. Whittle entworfenen Turbostrahltriebwerk ausgestattet war. Es war mit einem Motor mit Gasturbine ausgestattet, der einen Radialkompressor antrieb, der die Brennkammer mit Luft versorgte. Verbrennungsprodukte wurden verwendet, um Strahlschub zu erzeugen.

Bei einem Turbostrahltriebwerk wird die während des Fluges eintretende Luft zunächst im Lufteinlass und dann im Turbolader komprimiert. Der Brennkammer wird Druckluft zugeführt, in die flüssiger Treibstoff (meistens Flugkerosin) eingespritzt wird. Eine teilweise Expansion der bei der Verbrennung entstehenden Gase erfolgt in der Turbine, die den Kompressor dreht, und die endgültige Expansion erfolgt in der Strahldüse. Zwischen der Turbine und dem Strahltriebwerk kann ein Nachbrenner installiert werden, der für eine zusätzliche Kraftstoffverbrennung sorgt.

Heutzutage sind die meisten Militär- und Zivilflugzeuge sowie einige Hubschrauber mit Turbostrahltriebwerken ausgestattet.

Bei einem Turboprop-Triebwerk wird der Hauptschub durch den Propeller erzeugt, zusätzlicher Schub (ca. 10 %) wird durch einen aus der Strahldüse strömenden Gasstrom erzeugt. Das Funktionsprinzip eines Turboprop-Triebwerks ähnelt einem Turbojet, mit dem Unterschied, dass die Turbine nicht nur den Kompressor, sondern auch den Propeller dreht. Diese Motoren werden in Unterschallflugzeugen und -hubschraubern sowie zum Antrieb von Hochgeschwindigkeitsschiffen und -autos eingesetzt.

Die ersten Feststoffstrahltriebwerke wurden in Kampfraketen eingesetzt. Ihr weit verbreiteter Einsatz begann im 19. Jahrhundert, als in vielen Armeen Raketeneinheiten auftauchten. Ende des 19. Jahrhunderts. Es entstanden die ersten rauchfreien Pulver mit stabilerer Verbrennung und höherer Leistung.

In den 1920er und 1930er Jahren wurde an der Herstellung von Strahlwaffen gearbeitet. Dies führte zur Entstehung von Mörsern mit Raketenantrieb – Katjuschas in der Sowjetunion, sechsläufige Mörser mit Raketenantrieb in Deutschland.

Die Entwicklung neuer Arten von Schießpulver hat den Einsatz von Feststoffstrahltriebwerken in Kampfraketen, auch ballistischen, ermöglicht. Darüber hinaus werden sie in der Luft- und Raumfahrt als Triebwerke für die ersten Stufen von Trägerraketen, als Starttriebwerke für Flugzeuge mit Staustrahltriebwerken und als Bremstriebwerke für Raumfahrzeuge eingesetzt.

Ein Feststoffstrahltriebwerk besteht aus einem Gehäuse (Brennkammer), das den gesamten Treibstoffvorrat und eine Strahldüse enthält. Der Körper besteht aus Stahl oder Fiberglas. Düse – aus Graphit, feuerfesten Legierungen, Graphit.

Der Kraftstoff wird durch eine Zündvorrichtung gezündet.

Die Schubkontrolle erfolgt durch Veränderung der Verbrennungsfläche der Ladung oder der kritischen Querschnittsfläche der Düse sowie durch Einspritzen von Flüssigkeit in die Brennkammer.

Die Schubrichtung kann durch Gasruder, einen Deflektor (Deflektor), Hilfssteuermotoren usw. geändert werden.

Feststoffstrahltriebwerke sind sehr zuverlässig, lange lagerfähig und daher immer startbereit.

Hervorragende Definition

Unvollständige Definition ↓

Die Website und Rostec erinnern an die Menschen, die Raketen fliegen ließen.

Ursprünge

„Eine Rakete fliegt nicht von selbst“ ist ein Satz, der vielen berühmten Wissenschaftlern zugeschrieben wird. Und Sergei Korolev und Wernher von Braun und Konstantin Tsiolkovsky. Es wird angenommen, dass die Idee des Raketenflugs fast von Archimedes selbst formuliert wurde, aber selbst er hatte keine Ahnung, wie man ihn zum Fliegen bringt.

Konstantin Ziolkowski

Heutzutage gibt es viele Arten von Raketentriebwerken. Chemisch, nuklear, elektrisch, sogar Plasma. Allerdings tauchten Raketen auf, lange bevor der Mensch den ersten Motor erfand. Die Worte „Kernfusion“ oder „chemische Reaktion“ sagten den Bewohnern kaum etwas Antikes China. Aber genau dort tauchten die Raketen auf. Das exakte Datum Es ist schwer zu benennen, aber vermutlich geschah dies während der Herrschaft der Han-Dynastie (III.-II. Jahrhundert v. Chr.). Die ersten Erwähnungen von Schießpulver stammen aus dieser Zeit. Die Rakete, die durch die Kraft der Schießpulverexplosion in die Höhe schoss, wurde damals ausschließlich zu friedlichen Zwecken – zum Abfeuern von Feuerwerkskörpern – eingesetzt. Normalerweise verfügten diese Raketen über einen eigenen Treibstoffvorrat, in diesem Fall Schießpulver.

Conrad Haas gilt als Erfinder der ersten Kampfrakete

Den nächsten Schritt unternahm erst 1556 der deutsche Erfinder Conrad Haas, der Feuerwaffenspezialist in der Armee von Ferdinand I., Kaiser des Heiligen Römischen Reiches, war. Haas gilt als Erfinder der ersten Militärrakete. Obwohl der Erfinder es streng genommen nicht geschaffen, sondern nur niedergelegt hat theoretische Basis. Es war Haas, der die Idee einer mehrstufigen Rakete hatte.

Wissenschaftler im Detail beschrieb einen Mechanismus zur Herstellung eines Flugzeugs aus zwei Raketen, die sich im Flug trennen würden. „Ein solches Gerät“, versicherte er, „könnte eine enorme Geschwindigkeit erreichen.“ Die Ideen von Haas wurden bald vom polnischen General Kasimir Semenowitsch weiterentwickelt.

Im Jahr 1650 schlug er ein Projekt zur Schaffung einer dreistufigen Rakete vor. Diese Idee wurde jedoch nie in die Tat umgesetzt. Das war natürlich so, aber erst im 20. Jahrhundert, mehrere Jahrhunderte nach dem Tod von Semenovich.

Raketen in der Armee

Das Militär wird sich natürlich nie die Gelegenheit entgehen lassen, eine neue Art zerstörerischer Waffe einzuführen. Im 19. Jahrhundert hatten sie die Möglichkeit, eine Rakete im Kampf einzusetzen. Im Jahr 1805 demonstrierte der britische Offizier William Congreve im Royal Arsenal die von ihm hergestellten Pulverraketen, die zu dieser Zeit eine beispiellose Kraft hatten. Es besteht die Vermutung, dass Congreve die meisten Ideen dem irischen Nationalisten Robert Emmett „gestohlen“ hat, der während des Aufstands von 1803 eine Art Rakete einsetzte. Über dieses Thema kann man ewig streiten, aber dennoch heißt die Rakete, die die britischen Truppen adoptierten, Congreve-Rakete und nicht Emmett-Rakete.

Das Militär begann zu Beginn des 19. Jahrhunderts mit dem Einsatz von Raketen

Start der Congreve-Rakete, 1890

Die Waffe wurde während der Napoleonischen Kriege mehrfach eingesetzt. In Russland gilt Generalleutnant Alexander Zasyadko als Pionier der Raketenwissenschaft.

Er verbesserte nicht nur die Congreve-Rakete, sondern dachte auch, dass die Energie dieser zerstörerischen Waffe für friedliche Zwecke genutzt werden könnte. Zasyadko zum Beispiel war der erste, der die Idee äußerte, dass man mit einer Rakete ins All fliegen könnte. Der Ingenieur berechnete sogar genau, wie viel Schießpulver nötig wäre, damit die Rakete den Mond erreichen würde.

Zasyadko war der erste, der den Einsatz von Raketen für den Weltraumflug vorschlug

Auf einer Rakete ins All

Zasyadkos Ideen bildeten die Grundlage für viele Werke von Konstantin Tsiolkovsky. Dieser berühmte Wissenschaftler und Erfinder begründete theoretisch die Möglichkeit, mithilfe der Raketentechnologie ins All zu fliegen. Zwar schlug er vor, nicht Schießpulver als Treibstoff zu verwenden, sondern eine Mischung aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff. Ähnliche Ideen wurden von Tsiolkovskys jüngerem Zeitgenossen Herman Oberth geäußert.

Er entwickelte auch die Idee des interplanetaren Reisens. Oberth verstand die Komplexität der Aufgabe vollkommen, aber seine Arbeit war keineswegs fantastisch. Insbesondere der Wissenschaftler schlug die Idee eines Raketentriebwerks vor. Er führte sogar experimentelle Tests solcher Geräte durch. 1928 lernte Obert einen jungen Studenten kennen, Wernher von Braun. Dem jungen Berliner Physiker gelang bald der Durchbruch in der Raketenwissenschaft und er erweckte viele von Oberths Ideen zum Leben. Aber dazu später mehr, denn zwei Jahre vor dem Treffen dieser beiden Wissenschaftler wurde die erste Flüssigtreibstoffrakete der Geschichte gestartet.

Raketenzeitalter

Dieses bedeutende Ereignis fand am 16. März 1926 statt. Und die Hauptfigur war der amerikanische Physiker und Ingenieur Robert Goddard. Bereits 1914 patentierte er eine mehrstufige Rakete. Es gelang ihm bald, die von Haas fast vierhundert Jahre zuvor vorgeschlagene Idee zum Leben zu erwecken. Goddard schlug vor, Benzin und Lachgas als Kraftstoff zu verwenden. Nach einer Reihe erfolgloser Starts erzielte er Erfolg. Am 16. März 1926 schoss Goddard auf der Farm seiner Tante eine Rakete in der Größe einer Männerhand in den Himmel. In etwas mehr als zwei Sekunden flog sie 12 Meter in die Luft. Es ist merkwürdig, dass Bazooka später auf der Grundlage von Goddards Werken entstehen wird.

Die Entdeckungen von Goddard, Oberth und Tsiolkovsky stießen auf große Resonanz. In den USA, Deutschland und der Sowjetunion entstanden spontan Gesellschaften von Raketentechnik-Enthusiasten. In der UdSSR wurde bereits 1933 das Jet Institute gegründet. Im selben Jahr erschien er und grundsätzlich neuer Typ Waffen - Raketen. Die Installation zu ihrem Start ging unter dem Namen „Katyusha“ in die Geschichte ein.

In Deutschland wurde die Entwicklung von Oberths Ideen von dem bereits bekannten Wernher von Braun durchgeführt. Er stellte Raketen für die deutsche Armee her und gab diese Tätigkeit auch nach der Machtübernahme der Nazis nicht auf. Darüber hinaus erhielt Brown von ihnen eine hervorragende Finanzierung und unbegrenzte Arbeitsmöglichkeiten.

Zur Herstellung neuer Raketen wurde Sklavenarbeit eingesetzt. Es ist bekannt, dass Brown versucht hat, dagegen zu protestieren, aber als Reaktion darauf die Drohung erhalten hat, dass er selbst an die Stelle von Zwangsarbeitern geraten könnte. So entstand eine ballistische Rakete, deren Aussehen von Tsiolkovsky vorhergesagt wurde. Die ersten Tests fanden 1942 statt. 1944 wurde die ballistische Langstreckenrakete V-2 von der Wehrmacht übernommen. Mit ihrer Hilfe feuerten sie hauptsächlich auf das Territorium Großbritanniens (die Rakete erreichte London von deutschem Territorium aus in 6 Minuten). Die V-2 richtete schreckliche Zerstörungen an und erfüllte die Herzen der Menschen mit Angst. Mindestens 2.700 Zivilisten von Foggy Albion wurden Opfer. In der britischen Presse wurde die V-2 als „geflügelter Horror“ bezeichnet.

Die Nazis nutzten Sklavenarbeit, um Raketen herzustellen

Nach dem Krieg

Das amerikanische und das sowjetische Militär sind seit 1944 auf der Jagd nach Brown. Beide Länder waren an seinen Ideen und Entwicklungen interessiert. Der Wissenschaftler selbst spielte eine Schlüsselrolle bei der Lösung dieses Problems. Bereits im Frühjahr 1945 versammelte er seine Mannschaft zu einem Rat, bei dem über die Frage entschieden wurde, wer nach Kriegsende kapitulieren sollte. Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass es für die Amerikaner besser ist, sich zu ergeben. Brown selbst wurde fast zufällig gefangen genommen. Als sein Bruder Magnus einen amerikanischen Soldaten sah, rannte er auf ihn zu und sagte: „Mein Name ist Magnus von Braun, mein Bruder hat die V-2 erfunden, wir wollen kapitulieren.“

R-7 Korolev – die erste Rakete, die ins All flog

In den USA arbeitete Wernher von Braun weiter an Raketen. Jetzt arbeitete er jedoch hauptsächlich für friedliche Zwecke. Er war es, der der Entwicklung der amerikanischen Raumfahrtindustrie enorme Impulse gab, indem er die ersten Trägerraketen für die Vereinigten Staaten entwarf (natürlich schuf Brown auch ballistische Kampfraketen). Sein Team schickte im Februar 1958 den ersten amerikanischen künstlichen Erdsatelliten ins All. die Sowjetunion schlugen die Vereinigten Staaten mit dem Start des Satelliten um fast sechs Monate. Am 4. Oktober 1957 wurde der erste künstliche Satellit in die Erdumlaufbahn gebracht. Der Start erfolgte mit der sowjetischen R-7-Rakete, die von Sergei Koroljow entwickelt wurde.

Die R-7 war die erste Interkontinentalrakete der Welt und die erste Rakete, die für die Raumfahrt eingesetzt wurde.

Raketentriebwerke in Russland

1912 wurde in Moskau ein Werk zur Herstellung von Flugzeugmotoren eröffnet. Das Unternehmen war Teil der französischen Gesellschaft „Gnome“. Hier entstanden auch Flugzeugmotoren. Russisches Reich während des Ersten Weltkrieges. Das Werk überstand die Revolution erfolgreich, erhielt den neuen Namen „Ikarus“ und wurde unter sowjetischer Herrschaft weitergeführt.

1912 entstand in Russland ein Werk zur Herstellung von Flugzeugmotoren

In den Kriegsjahren der 1930er und 1940er Jahre wurden hier Flugzeugmotoren hergestellt. Die in Ikar hergestellten Motoren wurden in moderne sowjetische Flugzeuge eingebaut. Und bereits in den 1950er Jahren begann das Unternehmen mit der Produktion von Turboraketentriebwerken, auch für die Raumfahrtindustrie. Jetzt gehört das Werk zur OJSC Kuznetsov, die ihren Namen zu Ehren des herausragenden sowjetischen Flugzeugkonstrukteurs Nikolai Dmitrievich Kuznetsov erhielt. Das Unternehmen ist Teil des Staatskonzerns Rostec.

Aktuellen Zustand

Rostec produziert weiterhin Raketentriebwerke, auch für die Raketenindustrie. IN letzten Jahren Die Produktionsmengen wachsen. Im vergangenen Jahr tauchten Informationen auf, dass Kusnezow bereits 20 Jahre im Voraus Aufträge für die Produktion von Motoren erhalten habe. Motoren entstehen nicht nur für die Raumfahrtindustrie, sondern auch für die Luftfahrt, Energie und den Schienengüterverkehr.

Im Jahr 2012 testete Rostec einen Mondmotor

Im Jahr 2012 testete Rostec den Mondmotor. Experten gelang es, Technologien wiederzubeleben, die für das sowjetische Mondprogramm entwickelt wurden. Das Programm selbst wurde, wie wir wissen, schließlich eingestellt. Doch nun wurden scheinbar vergessene Errungenschaften gefunden neues Leben. Es wird erwartet, dass das Mondstrahlruder im russischen Raumfahrtprogramm weit verbreitet eingesetzt wird.

Haben Sie sich jemals gefragt, wie ein Düsentriebwerk funktioniert? Der Strahltrieb, der ihn antreibt, war bereits in der Antike bekannt. Sie konnten es erst zu Beginn des letzten Jahrhunderts aufgrund des Wettrüstens zwischen England und Deutschland in die Praxis umsetzen.

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks ist recht einfach, weist jedoch einige Nuancen auf, die bei der Herstellung strikt beachtet werden. Damit das Flugzeug zuverlässig in der Luft bleibt, müssen sie einwandfrei funktionieren. Denn davon hängen das Leben und die Sicherheit aller Passagiere an Bord des Flugzeugs ab.

Es wird durch Jet-Schub angetrieben. Dazu muss eine Flüssigkeit aus der Rückseite des Systems herausgedrückt werden, um ihm eine Vorwärtsbewegung zu verleihen. Funktioniert hier Newtons drittes Gesetz, in dem es heißt: „Jede Aktion löst eine gleiche Reaktion aus.“

Am Strahltriebwerk Anstelle von Flüssigkeit wird Luft verwendet. Es erzeugt die Kraft, die für Bewegung sorgt.

Es benutzt heiße Gase und ein Gemisch aus Luft und brennbarem Kraftstoff. Diese Mischung tritt mit hoher Geschwindigkeit aus und treibt das Flugzeug vorwärts, sodass es fliegen kann.

Wenn wir über die Struktur eines Strahltriebwerks sprechen, dann ist es so Verbindung der vier wichtigsten Teile:

• Kompressor;
• Brennkammern;
• Turbinen;
• Auspuff

Der Kompressor besteht aus mehreren Turbinen, die Luft ansaugen und verdichten, während sie durch abgewinkelte Schaufeln strömt. Bei der Komprimierung erhöhen sich Temperatur und Druck der Luft. Ein Teil der komprimierten Luft gelangt in die Brennkammer, wo sie mit Kraftstoff vermischt und entzündet wird. Es nimmt zu Wärmeenergie der Luft.

Düsentriebwerk.

Die heiße Mischung verlässt die Kammer mit hoher Geschwindigkeit und dehnt sich aus. Dort geht sie noch mehr durch eine Turbine mit Schaufeln, die dank Gasenergie rotieren.

Die Turbine ist an der Vorderseite des Motors mit dem Kompressor verbunden und setzt es so in Bewegung. Heiße Luft entweicht durch den Auspuff. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur der Mischung sehr hoch. Und es steigert sich sogar noch mehr, dank drosselnde Wirkung. Danach kommt die Luft heraus.

Die Entwicklung strahlgetriebener Flugzeuge hat begonnen in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts. Die Briten und Deutschen begannen, ähnliche Modelle zu entwickeln. Deutsche Wissenschaftler haben dieses Rennen gewonnen. Daher war das erste Flugzeug mit einem Strahltriebwerk „Schwalbe“ in der Luftwaffe. „Gloucester-Meteor“ ging etwas später los. Die ersten Flugzeuge mit solchen Triebwerken werden ausführlich beschrieben

Das Triebwerk eines Überschallflugzeugs ist ebenfalls ein Strahltriebwerk, allerdings in einer völlig anderen Modifikation.

Wie funktioniert ein Turbostrahltriebwerk?

Überall kommen Strahltriebwerke zum Einsatz, in größeren werden Turbostrahltriebwerke eingebaut. Ihr Unterschied besteht darin Der erste führt einen Vorrat an Kraftstoff und Oxidationsmittel mit sich, und die Konstruktion stellt deren Versorgung aus den Tanks sicher.

Flugzeug-Turbostrahltriebwerk transportiert nur Brennstoff und das Oxidationsmittel – Luft – wird von einer Turbine aus der Atmosphäre gepumpt. Ansonsten ist das Funktionsprinzip das gleiche wie das des reaktiven.

Eines ihrer wichtigsten Details ist Das ist eine Turbinenschaufel. Die Motorleistung hängt davon ab.

Diagramm eines Turbostrahltriebwerks.

Sie erzeugen die für das Flugzeug notwendigen Zugkräfte. Jeder der Rotorblätter erzeugt zehnmal mehr Energie als der gängigste Automotor. Sie werden hinter der Brennkammer installiert, in dem Teil des Motors, in dem es am meisten brennt Hoher Drück, und die Temperatur erreicht bis zu 1400 Grad Celsius.

Während des Produktionsprozesses der Klingen durchlaufen sie einen Prozess durch den Prozess der Monokristallisation, was ihnen Härte und Festigkeit verleiht.

Jedes Triebwerk wird vor dem Einbau in ein Flugzeug auf volle Schubkraft getestet. Er muss bestehen Zertifizierung durch den Europäischen Sicherheitsrat und das Unternehmen, das es hergestellt hat. Einer der größten Hersteller ist Rolls-Royce.

Was ist ein Flugzeug mit Atomantrieb?

Während des Kalten Krieges Es wurden Versuche unternommen, ein Strahltriebwerk zu entwickeln, das nicht auf einer chemischen Reaktion, sondern auf der erzeugten Wärme basiert Kernreaktor. Es wurde anstelle einer Brennkammer eingebaut.

Luft strömt durch den Reaktorkern, senkt seine Temperatur und erhöht seine eigene. Es dehnt sich aus und strömt mit einer Geschwindigkeit aus der Düse, die größer als die Fluggeschwindigkeit ist.

Kombiniertes Turbostrahl-Kerntriebwerk.

Es wurde in der UdSSR getestet basierend auf TU-95. Auch die Vereinigten Staaten blieben nicht hinter den Wissenschaftlern der Sowjetunion zurück.

In den 60er Jahren Die Forschungen auf beiden Seiten wurden nach und nach eingestellt. Die drei Hauptprobleme, die die Entwicklung verhinderten, waren:

• Sicherheit der Piloten während des Fluges;
• Freisetzung radioaktiver Partikel in die Atmosphäre;
• Bei einem Flugzeugabsturz könnte der radioaktive Reaktor explodieren und allen Lebewesen irreparablen Schaden zufügen.

Wie werden Strahltriebwerke für Modellflugzeuge hergestellt?

Ihre Produktion erfolgt für Flugzeugmodelle etwa 6 Uhr. Zuerst wird es gemahlen Grundplatte aus Aluminium, an dem alle anderen Teile befestigt sind. Es hat die gleiche Größe wie ein Hockey-Puck.

Daran ist ein Zylinder befestigt, also entsteht so etwas wie eine Blechdose. Das ist der Verbrennungsmotor der Zukunft. Als nächstes wird das Zuführsystem installiert. Zur Befestigung werden Schrauben in die Hauptplatte eingeschraubt, die zuvor in ein spezielles Dichtmittel getaucht wurden.

Motor für ein Modellflugzeug.

Die Starterkanäle sind auf der anderen Seite der Kammer angebracht um Gasemissionen zum Turbinenrad umzuleiten. Wird in das Loch an der Seite der Brennkammer eingebaut Filamentspule. Es entzündet den Kraftstoff im Motor.

Dann installieren sie die Turbine und die Mittelachse des Zylinders. Sie wetten darauf Verdichterrad, wodurch Luft in die Brennkammer gedrückt wird. Es wird mit einem Computer überprüft, bevor der Launcher gesichert wird.

Der fertige Motor wird noch einmal auf Leistung überprüft. Sein Geräusch unterscheidet sich nicht wesentlich vom Geräusch eines Flugzeugmotors. Es ist natürlich weniger leistungsstark, erinnert aber völlig daran und verleiht dem Modell mehr Ähnlichkeit.