Strahltriebwerk: Funktionsprinzip (kurz). Funktionsprinzip eines Flugzeugstrahltriebwerks

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 infolge 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 nutzt 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 das Design 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.

Strahltriebwerk.

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 sind es, die die für das Flugzeug notwendigen Zugkräfte erzeugen. 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 Bluthochdruck, 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 Kalter Krieg Es wurden Versuche unternommen, ein Strahltriebwerk zu entwickeln, das nicht darauf basierte chemische Reaktion, sondern auf die Hitze, die entstehen würde 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 stellt sich so etwas heraus Blechdose. Das ist der Motor der Zukunft interne Verbrennung. 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.

Strahltriebwerk wurde erfunden Hans von Ohain, ein herausragender deutscher Konstrukteur und Sir Frank Whittle. Das erste Patent für ein funktionierendes Gasturbinentriebwerk erhielt 1930 Frank Whittle. Allerdings das erste Arbeitsmodell Es war Ohain, der es einsammelte.

Am 2. August 1939 hob das erste Düsenflugzeug, die He 178 (Heinkel 178), mit dem von Ohain entwickelten HeS 3-Triebwerk ab.

Ganz einfach und gleichzeitig extrem schwierig. Einfach nach dem Funktionsprinzip: Außenluft (bei Raketentriebwerken - flüssiger Sauerstoff) wird in die Turbine gesaugt, dort mit Treibstoff vermischt und verbrannt, am Ende der Turbine bildet sie den sogenannten. „Arbeitsflüssigkeit“ (Jetstream), die das Auto bewegt.

Alles ist so einfach, aber in Wirklichkeit ist es ein ganzes Gebiet der Wissenschaft, denn in solchen Motoren Betriebstemperatur erreicht Tausende von Grad Celsius. Eines der wichtigsten Probleme beim Bau von Turbostrahltriebwerken ist die Herstellung nicht schmelzender Teile aus schmelzenden Metallen. Doch um die Probleme der Konstrukteure und Erfinder zu verstehen, muss man zunächst die grundlegende Struktur des Motors genauer untersuchen.

Entwurf eines Strahltriebwerks

Hauptteile eines Strahltriebwerks

Am Anfang der Turbine gibt es immer Lüfter, das Luft ansaugt äußere Umgebung in Turbinen. Der Lüfter hat großes Gebiet und eine Vielzahl speziell geformter Klingen aus Titan. Es gibt zwei Hauptaufgaben: Primärluftansaugung und Kühlung des gesamten Motors durch Pumpen von Luft zwischen der Außenhülle des Motors und den Innenteilen. Dies kühlt die Misch- und Brennkammern und verhindert deren Zusammenbruch.

Unmittelbar hinter dem Lüfter befindet sich ein leistungsstarker Kompressor, der unter hohem Druck stehende Luft in die Brennkammer drückt.

Brennkammer Es fungiert auch als Vergaser und mischt Kraftstoff mit Luft. Nachdem sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet hat, wird es gezündet. Während des Verbrennungsprozesses kommt es zu einer erheblichen Erwärmung des Gemisches und der umgebenden Teile sowie zu einer Volumenausdehnung. Tatsächlich nutzt ein Strahltriebwerk eine kontrollierte Explosion, um sich anzutreiben.

Der Brennraum eines Strahltriebwerks ist einer seiner heißesten Teile – er erfordert eine ständige intensive Kühlung. Aber das reicht nicht aus. Die Temperatur darin erreicht 2700 Grad, daher besteht es oft aus Keramik.

Nach der Brennkammer wird das brennende Kraftstoff-Luft-Gemisch direkt zur Turbine geleitet.

Turbine besteht aus Hunderten von Schaufeln, auf die der Strahl drückt und die Turbine in Rotation versetzt. Die Turbine wiederum dreht die Welle, auf der Lüfter und Kompressor „sitzen“. Somit ist das System geschlossen und benötigt für seinen Betrieb lediglich die Zufuhr von Kraftstoff und Luft.

Nach der Turbine wird die Strömung zur Düse geleitet. Die Strahltriebwerksdüse ist der letzte, aber nicht unwichtigste Teil eines Strahltriebwerks. Es bildet direkt den Jetstream. Die Düse ist gerichtet kalte Luft, vom Lüfter gepumpt, um die inneren Teile des Motors zu kühlen. Diese Strömung hält den Düsenkragen vom superheißen Strahl ab und lässt ihn schmelzen.

Ablenkbarer Schubvektor

Strahltriebwerksdüsen gibt es in verschiedenen Ausführungen. Am fortschrittlichsten hält er eine bewegliche Düse, die an Triebwerken mit auslenkbarem Schubvektor montiert ist. Es kann sich komprimieren und ausdehnen sowie in erheblichen Winkeln ablenken und so direkt anpassen und lenken Jetstream. Dies macht Flugzeuge mit Schubvektortriebwerken sehr wendig, weil Das Manövrieren erfolgt nicht nur dank der Flügelmechanismen, sondern auch direkt durch den Motor.

Arten von Strahltriebwerken

Es gibt verschiedene Haupttypen von Strahltriebwerken.

Klassisches F-15-Triebwerk

Klassisches Strahltriebwerk– deren grundlegende Struktur wir oben beschrieben haben. Wird hauptsächlich in Kampfflugzeugen in verschiedenen Modifikationen verwendet.

Turboprop. Bei diesem Motortyp wird die Turbinenleistung über ein Untersetzungsgetriebe geleitet, um einen klassischen Propeller anzutreiben. Mit solchen Triebwerken können große Flugzeuge mit akzeptablen Geschwindigkeiten fliegen und weniger Treibstoff verbrauchen. Die normale Reisegeschwindigkeit eines Turboprop-Flugzeugs wird mit 600–800 km/h angenommen.

Dieser Motortyp ist ein wirtschaftlicherer Verwandter des klassischen Typs. Der Hauptunterschied besteht darin, dass am Einlass ein Ventilator mit größerem Durchmesser installiert ist, der nicht nur die Turbine mit Luft versorgt, sondern auch außerhalb der Turbine eine ziemlich starke Strömung erzeugt. Auf diese Weise wird eine Effizienzsteigerung durch Effizienzsteigerung erreicht.

Wird in Verkehrsflugzeugen und Großflugzeugen verwendet.

Staustrahltriebwerk

Funktioniert ohne bewegliche Teile. Luft wird in die Brennkammer gedrückt auf natürliche Weise, aufgrund der Bremsung der Strömung gegen die Einlassverkleidung.

Wird in Zügen, Flugzeugen, UAVs und Militärraketen sowie in Fahrrädern und Motorrollern verwendet.

Und zum Schluss noch ein Video eines Düsentriebwerks in Aktion:

Bilder aus verschiedene Quellen. Russifizierung von Bildern – Labor 37.

Unter reaktiv verstehen wir 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

Während Sommerurlaub 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 sammelt alle seine zehn Tentakel in 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 passiert das? 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 künstlicher Satellit Erde. 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 einer höheren Gebühr sicherlich steigen. Ein Strahltriebwerk funktioniert auf die gleiche Weise. Sein Funktionsprinzip ähnelt dem Zurückschieben des Laufs unter dem Einfluss eines heißen Gasstroms.

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. Der letzte ist in der Regel Salpetersäure oder Der Treibstoff in einem 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 Rollbahnen verwendet, die sich in ihren Leistungsmerkmalen und im Design geringfügig unterscheiden.

Luftfahrtentwicklung

Vom Beginn des 20. Jahrhunderts bis zum Ausbruch des Zweiten Weltkrieg, flogen die Menschen nur mit Propellerflugzeugen. Diese Geräte waren mit Verbrennungsmotoren ausgestattet. 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 dadurch entstehende Gegendruck ist so stark, dass der Feuerwehrmann den Schlauch kaum in den Händen halten kann. 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. Vor ihr Querschnitt expandiert. Dank dieses Designs einströmende Luft verringert seine Geschwindigkeit und sein Druck erhöht sich. Der breiteste Teil 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 fliegen lässt.

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.

Das Problem lösen

Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks eines Turbojet-Flugzeugs, das nicht die Nachteile einer Staustrahl-Rollbahn 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 %.

An der Vorderseite des Strahltriebwerks befindet sich ein Ventilator. Es entnimmt der Außenumgebung Luft und saugt sie in die Turbine ein. In Raketentriebwerken ersetzt Luft flüssigen Sauerstoff. Der Ventilator ist mit vielen Titanflügeln ausgestattet, die eine besondere Form haben.

Sie versuchen, den Ventilatorbereich groß genug zu gestalten. Neben der Luftansaugung ist dieser Teil des Systems auch an der Kühlung des Motors beteiligt und schützt so seine Kammern vor Zerstörung. Hinter dem Lüfter befindet sich ein Kompressor. Es drückt Luft unter hohem Druck in die Brennkammer.

Einer der wichtigsten Strukturelemente Strahltriebwerk - Brennkammer. Darin wird Kraftstoff mit Luft vermischt und gezündet. Das Gemisch entzündet sich unter starker Erwärmung der Gehäuseteile. Das Kraftstoffgemisch dehnt sich bei hoher Temperatur aus. Tatsächlich kommt es im Motor zu einer kontrollierten Explosion.

Aus der Brennkammer gelangt ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft in die Turbine, die aus vielen Schaufeln besteht. Der Jetstream übt Druck auf sie aus und versetzt die Turbine in Rotation. Die Kraft wird auf Welle, Kompressor und Lüfter übertragen. Es entsteht ein geschlossenes System, für dessen Betrieb lediglich eine ständige Zufuhr des Kraftstoffgemisches erforderlich ist.

Der letzte Teil eines Strahltriebwerks ist die Düse. Von der Turbine tritt hier eine erhitzte Strömung ein, die einen Strahl bildet. Auch diesem Teil des Motors wird vom Lüfter Kaltluft zugeführt. Es dient der Kühlung der gesamten Struktur. Der Luftstrom schützt die Düsenmanschette vor den schädlichen Auswirkungen des Strahlstrahls und verhindert so das Schmelzen von Teilen.

Wie funktioniert ein Strahltriebwerk?

Das Arbeitsmedium des Motors ist ein Strahl. Es strömt mit sehr hoher Geschwindigkeit aus der Düse. Dadurch entsteht eine Reaktionskraft, die das gesamte Gerät in die entgegengesetzte Richtung drückt. Die Zugkraft entsteht allein durch die Wirkung des Strahls, ohne jegliche Unterstützung durch andere Körper. Diese Eigenschaft des Strahltriebwerks ermöglicht den Einsatz als Triebwerk für Raketen, Flugzeuge und Raumfahrzeuge.

Der Betrieb eines Strahltriebwerks ist teilweise mit der Wirkung eines Wasserstrahls vergleichbar, der aus einem Schlauch fließt. Unter enormem Druck wird die Flüssigkeit durch den Schlauch zum verengten Schlauchende gefördert. Die Geschwindigkeit des Wassers, das aus der Düse austritt, ist höher als im Schlauch. Dadurch entsteht eine Gegendruckkraft, die es dem Feuerwehrmann ermöglicht, den Schlauch nur mit großer Mühe zu halten.

Die Herstellung von Strahltriebwerken ist ein besonderer Technologiezweig. Da die Temperatur des Arbeitsmediums hier mehrere tausend Grad erreicht, bestehen Motorteile aus hochfesten Metallen und schmelzbeständigen Materialien. Einzelne Teile von Strahltriebwerken werden beispielsweise aus speziellen Keramikverbindungen hergestellt.

Video zum Thema

Die Funktion von Wärmekraftmaschinen besteht darin, Wärmeenergie in nutzbare mechanische Arbeit umzuwandeln. Das Arbeitsmedium in solchen Anlagen ist Gas. Es übt eine Kraft auf die Turbinenschaufeln oder den Kolben aus, wodurch diese sich bewegen. Am meisten einfache Beispiele Wärmekraftmaschinen sind Dampfmaschinen sowie Vergaser- und Diesel-Verbrennungsmotoren.

Anweisungen

Kolben Wärmekraftmaschinen Sie bestehen aus einem oder mehreren Zylindern, in deren Inneren sich ein Kolben befindet. Heißes Gas dehnt sich im Zylindervolumen aus. Dabei bewegt sich der Kolben unter Gaseinfluss und verrichtet mechanische Arbeit. Eine solche Wärmekraftmaschine wandelt die Hin- und Herbewegung des Kolbensystems in eine Wellendrehung um. Zu diesem Zweck ist der Motor mit einem Kurbeltrieb ausgestattet.

Zu den Wärmekraftmaschinen mit externer Verbrennung gehören Dampfmaschinen, bei denen das Arbeitsmedium erhitzt wird, wenn Kraftstoff außerhalb des Motors verbrannt wird. Erhitztes Gas oder Dampf unter hohem Druck und hoher Temperatur wird in den Zylinder eingespeist. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben und das Gas kühlt allmählich ab, woraufhin der Druck im System nahezu dem Atmosphärendruck entspricht.

Das Abgas wird aus dem Zylinder entnommen, in den sofort die nächste Portion eingespeist wird. Um den Kolben in seine Ausgangsposition zurückzubringen, werden Schwungräder verwendet, die an der Kurbelwelle befestigt sind. Solche Wärmekraftmaschinen können einfach oder doppelt wirken. Bei doppeltwirkenden Motoren gibt es zwei Kolbenhubstufen pro Wellenumdrehung; bei einfachwirkenden Motoren führt der Kolben gleichzeitig einen Hub aus.

Der Unterschied zwischen Verbrennungsmotoren und den oben beschriebenen Systemen besteht darin, dass das Heißgas hier durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches direkt im Zylinder und nicht außerhalb desselben entsteht. Zufuhr der nächsten Kraftstoffportion und

Triebwerke für Strahlflugzeuge eröffneten in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts neue Möglichkeiten in der Luftfahrt: Flüge mit Geschwindigkeiten über der Schallgeschwindigkeit, die Schaffung von Flugzeugen mit hoher Nutzlast und ermöglichten Massenreisen über große Entfernungen. Das Turbostrahltriebwerk gilt trotz seines einfachen Funktionsprinzips zu Recht als einer der wichtigsten Mechanismen des vergangenen Jahrhunderts.

Geschichte

Das erste Flugzeug der Gebrüder Wright, das 1903 selbstständig startete, wurde von einem Kolbenverbrennungsmotor angetrieben. Und vierzig Jahre lang blieb dieser Triebwerkstyp der wichtigste Triebwerkstyp im Flugzeugbau. Doch während des Zweiten Weltkriegs wurde deutlich, dass die traditionelle Kolbenpropeller-Luftfahrt sowohl hinsichtlich Leistung als auch Geschwindigkeit an ihre technologischen Grenzen gestoßen war. Eine Alternative war der luftatmende Motor.

Die Idee, den Strahlantrieb zur Überwindung der Schwerkraft zu nutzen, wurde erstmals von Konstantin Tsiolkovsky in die Praxis umgesetzt. Bereits 1903, als die Gebrüder Wright ihr erstes Flugzeug, Flyer 1, starteten, veröffentlichte der russische Wissenschaftler sein Werk „Exploration of World Spaces by Jet Instruments“, in dem er die Grundlagen der Theorie des Strahlantriebs entwickelte. Ein in Scientific Review veröffentlichter Artikel begründete seinen Ruf als Träumer und wurde nicht ernst genommen. Ziolkowski brauchte jahrelange Arbeit und einen Wandel im politischen System, um zu beweisen, dass er Recht hatte.

Su-11-Düsenflugzeug mit TR-1-Triebwerken, entwickelt vom Lyulka Design Bureau

Der Geburtsort des Serienstrahltriebwerks sollte jedoch ein ganz anderes Land werden – Deutschland. Die Entwicklung eines Turbostrahltriebwerks Ende der 1930er Jahre war ein besonderes Hobby deutscher Unternehmen. Fast alle derzeit bekannten Marken haben sich in diesem Bereich einen Namen gemacht: Heinkel, BMW, Daimler-Benz und sogar Porsche. Die Hauptlorbeeren gingen an die Firma Junkers und ihr weltweit erstes Serien-Turbostrahltriebwerk 109-004, eingebaut in das weltweit erste Turbostrahlflugzeug Me 262.

Trotz des unglaublich erfolgreichen Starts Jet-Luftfahrt Deutsche Lösungen der ersten Generation Weiterentwicklung Sie haben es nirgendwo auf der Welt erhalten, auch nicht in der Sowjetunion.

In der UdSSR wurde die Entwicklung von Turbostrahltriebwerken am erfolgreichsten vom legendären Flugzeugkonstrukteur Arkhip Lyulka durchgeführt. Bereits im April 1940 patentierte er seinen eigenen Entwurf für ein Bypass-Turbostrahltriebwerk, das später weltweite Anerkennung erlangte. Arkhip Lyulka fand keine Unterstützung bei der Führung des Landes. Mit Beginn des Krieges wurde ihm generell angeboten, auf Panzermotoren umzusteigen. Und erst als die Deutschen über Flugzeuge mit Turbostrahltriebwerken verfügten, wurde Lyulka angewiesen, die Arbeit am inländischen TR-1-Turbostrahltriebwerk dringend wieder aufzunehmen.

Bereits im Februar 1947 bestand das Triebwerk seine ersten Tests und am 28. Mai absolvierte das Düsenflugzeug Su-11 seinen Erstflug mit den ersten inländischen TR-1-Triebwerken, die vom Design Bureau A.M. entwickelt wurden. Lyulka, heute eine Zweigstelle der Ufa Engine-Building Production Association, Teil der United Engine-Building Corporation (UEC).

Funktionsprinzip

Ein Turbostrahltriebwerk (TRE) arbeitet nach dem Prinzip einer herkömmlichen Wärmekraftmaschine. Ohne sich mit den Gesetzen der Thermodynamik zu befassen, kann eine Wärmekraftmaschine als eine Maschine zur Umwandlung von Energie in mechanische Arbeit definiert werden. Diese Energie besitzt das sogenannte Arbeitsmedium – Gas oder Dampf, das in der Maschine verwendet wird. Beim Komprimieren in einer Maschine erhält das Arbeitsmedium Energie und mit seiner anschließenden Expansion entsteht nützliche mechanische Arbeit.

Es ist klar, dass die für die Gaskomprimierung aufgewendete Arbeit immer sein sollte weniger Arbeit die ein Gas bei der Expansion erzeugen kann. Andernfalls wird es keine nützlichen „Produkte“ geben. Daher muss das Gas auch vor oder während der Expansion erhitzt und vor der Kompression abgekühlt werden. Dadurch erhöht sich durch die Vorwärmung die Expansionsenergie deutlich und es entsteht ein Überschuss, der zur Gewinnung der benötigten Energie genutzt werden kann. mechanische Arbeit. Dies ist eigentlich das gesamte Funktionsprinzip eines Turbostrahltriebwerks.

Daher muss jede Wärmekraftmaschine über eine Vorrichtung zur Kompression, eine Heizung, eine Vorrichtung zur Expansion und Kühlung verfügen. Ein Turbostrahltriebwerk hat das alles: einen Kompressor, eine Brennkammer, eine Turbine und die Atmosphäre fungiert als Kühlschrank.

Das Arbeitsmedium Luft gelangt in den Kompressor und wird dort komprimiert. Im Kompressor sind auf einer rotierenden Achse Metallscheiben montiert, an deren Rändern die sogenannten „Arbeitsschaufeln“ angebracht sind. Sie „fangen“ Außenluft ein und werfen sie in den Motor.

Anschließend gelangt die Luft in die Brennkammer, wo sie erhitzt und mit Verbrennungsprodukten (Kerosin) vermischt wird. Die Brennkammer umgibt den Motorrotor nach dem Verdichter mit einem durchgehenden Ring oder in Form von separaten Rohren, den sogenannten Flammrohren. Über spezielle Düsen wird Flugkerosin den Flammrohren zugeführt.

Von der Brennkammer gelangt das erhitzte Arbeitsmedium in die Turbine. Es ähnelt einem Kompressor, arbeitet aber sozusagen in die entgegengesetzte Richtung. Es wird durch heißes Gas nach dem gleichen Prinzip gedreht, wie Luft einen Spielzeugpropeller für Kinder antreibt. Die Turbine hat wenige Stufen, normalerweise eins bis drei oder vier. Dies ist die am stärksten belastete Einheit im Motor. Ein Turbostrahltriebwerk hat eine sehr hohe Rotationsgeschwindigkeit – bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute. Der Fackel aus der Brennkammer erreicht eine Temperatur von 1100 bis 1500 Grad Celsius. Die Luft dehnt sich hier aus, treibt die Turbine an und gibt ihr einen Teil ihrer Energie ab.

Nach der Turbine befindet sich eine Strahldüse, in der das Arbeitsmedium beschleunigt wird und mit einer Geschwindigkeit ausströmt, die größer ist als die Geschwindigkeit der entgegenkommenden Strömung, wodurch ein Strahlschub entsteht.

Generationen von Turbostrahltriebwerken

Obwohl es grundsätzlich keine genaue Klassifizierung der Generationen von Turbostrahltriebwerken gibt, ist dies möglich allgemeiner Überblick Beschreiben Sie die Haupttypen in verschiedenen Stadien der Motorenentwicklung.

Zu den Triebwerken der ersten Generation zählen deutsche und englische Triebwerke aus dem Zweiten Weltkrieg sowie das sowjetische VK-1, das im berühmten MIG-15-Jäger sowie in den Flugzeugen IL-28 und TU-14 verbaut wurde.

MIG-15-Jäger

Turbostrahltriebwerke der zweiten Generation zeichnen sich durch das mögliche Vorhandensein eines Axialverdichters, eines Nachbrenners und eines einstellbaren Lufteinlasses aus. Unter Sowjetische Beispiele R-11F2S-300-Triebwerk für das MiG-21-Flugzeug.

Motoren der dritten Generation zeichnen sich durch ein erhöhtes Verdichtungsverhältnis aus, das durch eine Erhöhung der Verdichter- und Turbinenstufen sowie das Aufkommen der Zweikreistechnik erreicht wurde. Technisch gesehen sind dies die komplexesten Motoren.

Das Aufkommen neuer Materialien, die die Betriebstemperaturen deutlich erhöhen können, hat zur Entwicklung von Motoren der vierten Generation geführt. Zu diesen Triebwerken gehört das inländische AL-31, das von UEC für das Jagdflugzeug Su-27 entwickelt wurde.

Heute beginnt das Werk Ufa UEC mit der Produktion von Flugzeugtriebwerken der fünften Generation. Die neuen Einheiten werden auf dem T-50-Jäger (PAK FA) installiert, der die Su-27 ersetzt. Das neue Triebwerk der T-50 mit erhöhter Leistung wird das Flugzeug noch wendiger machen und vor allem eine neue Ära in der heimischen Flugzeugindustrie einleiten.