Strahltriebwerk. Das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks

Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, wie ein Motor funktioniert? Düsenflugzeug? 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.“

U StrahltriebwerkAnstelle 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 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.

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 beim 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 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 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.

Den Motor in die entgegengesetzte Richtung schieben. Um das Arbeitsmedium zu beschleunigen, kann es als Expansionsgas verwendet werden, das auf die eine oder andere Weise auf eine hohe Temperatur erhitzt wird (die sogenannte thermische Strahltriebwerke) und andere physikalische Prinzipien, zum Beispiel die Beschleunigung geladener Teilchen in einem elektrostatischen Feld (siehe Ionenmotor).

Ein Strahltriebwerk kombiniert das Triebwerk selbst mit einer Antriebsvorrichtung, das heißt, es erzeugt Zugkraft nur durch Wechselwirkung mit dem Arbeitsmedium, ohne Unterstützung oder Kontakt mit anderen Körpern. Aus diesem Grund wird es am häufigsten zum Antrieb von Flugzeugen, Raketen und Raumfahrzeugen eingesetzt.

Klassen für Strahltriebwerke

Es gibt zwei Hauptklassen von Strahltriebwerken:

• Düsentriebwerke- Wärmekraftmaschinen, die die Energie der Oxidation von Kraftstoff mit Sauerstoff aus der Atmosphäre nutzen. Das Arbeitsmedium dieser Motoren ist eine Mischung aus Verbrennungsprodukten und den übrigen Bestandteilen der Ansaugluft.
• Raketentriebwerke- alle Bestandteile des Arbeitsmediums an Bord enthalten und in jeder Umgebung, auch in luftleeren Räumen, betrieben werden können.

Komponenten eines Strahltriebwerks

Jedes Strahltriebwerk muss aus mindestens zwei Komponenten bestehen:

• Brennkammer („chemischer Reaktor“) – hier wird die chemische Energie des Brennstoffs freigesetzt und in thermische Energie von Gasen umgewandelt.
• Strahldüse („Gastunnel“) – in der die thermische Energie von Gasen in kinetische Energie umgewandelt wird, wenn Gase mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse strömen und dadurch Strahlschub entsteht.

Wichtigste technische Parameter eines Strahltriebwerks

Der wichtigste technische Parameter, der ein Strahltriebwerk charakterisiert, ist Traktion(auch Zugkraft genannt) ist die Kraft, die der Motor in Fahrtrichtung des Fahrzeugs entwickelt.

Neben dem Schub zeichnen sich Raketentriebwerke durch einen spezifischen Impuls aus, der ein Indikator für den Grad der Ausgereiftheit oder Qualität des Triebwerks ist. Dieser Indikator ist auch ein Maß für die Motoreffizienz. Die folgende Grafik zeigt in grafischer Form die Spitzenwerte dieses Indikators für verschiedene Typen Strahltriebwerke, abhängig von der Fluggeschwindigkeit, ausgedrückt in Form der Machzahl, die es Ihnen ermöglicht, den Anwendungsbereich jedes Triebwerkstyps zu sehen.

Geschichte

Das Strahltriebwerk wurde von Dr. Hans von Ohain, einem bekannten deutschen Konstrukteur, und Sir Frank Whittle erfunden. Das erste Patent für ein funktionierendes Gasturbinentriebwerk erhielt 1930 Frank Whittle. Es war jedoch Ohain, der das erste funktionsfähige Modell zusammenbaute.

Am 2. August 1939 startete das erste Düsenflugzeug, die Heinkel He 178, ausgestattet mit einem Motor, in Deutschland HeS 3, entwickelt von Ohain.

Siehe auch

Wikimedia-Stiftung.

• 2010.
• Strahltriebwerk

Gasturbinentriebwerk

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Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch- ein Motor, der jede Art von Primärenergie in die kinetische Energie des Arbeitsmediums (Strahlstrahl) umwandelt, wodurch ein Strahlschub entsteht. Ein Strahltriebwerk kombiniert das Triebwerk selbst und die Antriebsvorrichtung. Der Hauptteil jedes... ... Meereswörterbuchs

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Strahltriebwerk- ein Motor, dessen Schub durch die Reaktion (Rückstoß) des von ihm ausströmenden Arbeitsflüssigkeitsstrahls erzeugt wird. In Bezug auf Motoren wird unter dem Arbeitsmedium ein Stoff (Gas, Flüssigkeit, Feststoff) verstanden, durch den die bei ... ... freigesetzte Wärmeenergie freigesetzt wird. Enzyklopädie der Technik

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Bücher

• Flugzeugmodell pulsierender luftatmender Motor, V. A. Borodin. Das Buch behandelt die Konstruktion, den Betrieb und die Grundtheorie pulsierender Strahltriebwerke. Das Buch ist mit Diagrammen von düsenfliegenden Modellflugzeugen illustriert. Im Original reproduziert...

Strahltriebwerke sind Geräte, die die für den Bewegungsprozess notwendige Zugkraft erzeugen, indem sie die innere Energie des Kraftstoffs in die kinetische Energie von Strahlströmen im Arbeitsmedium umwandeln. Das Arbeitsmedium strömt schnell aus dem Motor und gemäß dem Impulserhaltungssatz entsteht eine Reaktionskraft, die den Motor in die entgegengesetzte Richtung drückt. Zur Beschleunigung des Arbeitsmediums kann es durch die Expansion von auf verschiedene Weise auf hohe Temperaturen erhitzten Gasen sowie durch andere physikalische Prozesse, insbesondere die Beschleunigung geladener Teilchen in einem elektrostatischen Feld, genutzt werden.

Strahltriebwerke kombinieren Triebwerke selbst mit Antriebsvorrichtungen. Das bedeutet, dass sie Zugkräfte allein durch Interaktion mit Arbeitskörpern, ohne Stützen oder durch Kontakte mit anderen Körpern erzeugen. Das heißt, sie sorgen für ihren eigenen Fortschritt, während zwischengeschaltete Mechanismen keine Rolle spielen. Daher werden sie hauptsächlich zum Antrieb von Flugzeugen, Raketen und natürlich Raumfahrzeugen eingesetzt.

Was ist Triebwerksschub?

Der Triebwerksschub wird als Reaktionskraft bezeichnet und äußert sich in gasdynamischen Kräften, Druck und Reibung, die auf innere und äußere Kräfte ausgeübt werden Externe Parteien Motor.

Die Stoßrichtungen unterscheiden sich in:

• Intern (Jet-Schub), wenn der äußere Widerstand nicht berücksichtigt wird;
• Effizient unter Berücksichtigung des Außenwiderstands von Kraftwerken.

Die Startenergie wird an Bord von Flugzeugen oder anderen mit Strahltriebwerken ausgestatteten Fahrzeugen gespeichert (chemischer Treibstoff, Kernbrennstoff) oder von außen fließen kann (z. B. Sonnenenergie).

Wie entsteht Strahlschub?

Um den Strahlschub (Triebwerksschub) zu erzeugen, der von Strahltriebwerken genutzt wird, benötigen Sie:

• Quellen der Anfangsenergie, die in kinetische Energie von Jetstreams umgewandelt werden;
• Arbeitsflüssigkeiten, die von Strahltriebwerken als Strahlströme ausgestoßen werden;
• Das Strahltriebwerk selbst fungiert als Energiewandler.

Wie erhält man eine Arbeitsflüssigkeit?

Zur Gewinnung von Arbeitsflüssigkeit in Strahltriebwerken können verwendet werden:

• Stoffe aus der Umwelt (z. B. Wasser oder Luft);
• Stoffe, die in den Tanks von Apparaten oder in den Kammern von Strahltriebwerken gefunden werden;
• Gemischte Stoffe, die aus der Umgebung stammen und an Bord der Geräte gespeichert sind.

Moderne Strahltriebwerke nutzen hauptsächlich chemische Energie. Die Arbeitsflüssigkeiten sind eine Mischung aus heißen Gasen, die bei der Verbrennung chemischer Brennstoffe entstehen. Beim Betrieb eines Strahltriebwerks wird chemische Energie aus Verbrennungsmaterialien in thermische Energie aus Verbrennungsprodukten umgewandelt. Gleichzeitig wird thermische Energie aus heißen Gasen durch die Translationsbewegungen von Strahlströmen und Geräten, in denen Triebwerke installiert sind, in mechanische Energie umgewandelt.

Bei Strahltriebwerken treffen die in die Triebwerke eintretenden Luftstrahlen auf mit enormer Geschwindigkeit rotierende Verdichterturbinen, die mithilfe eingebauter Ventilatoren Luft aus der Umgebung ansaugen. Somit werden zwei Probleme gelöst:

• Primärlufteinlass;
• Kühlung des gesamten Motors als Ganzes.

Die Schaufeln von Verdichterturbinen komprimieren Luft etwa 30 Mal oder mehr und „drücken“ (pumpen) sie in die Brennkammer (wodurch ein Arbeitsmedium erzeugt wird). Im Allgemeinen dienen Brennkammern auch als Vergaser und vermischen Kraftstoff mit Luft.

Dabei kann es sich insbesondere um Gemische aus Luft und Kerosin handeln, wie sie in den Turbostrahltriebwerken moderner Strahlflugzeuge vorkommen, oder um Gemische aus flüssigem Sauerstoff und Alkohol, wie sie bei manchen Flüssigkeitsraketentriebwerken vorkommen, oder andere fester Brennstoff in Pulverraketen. Sobald sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, entzündet es sich und setzt dabei Energie in Form von Wärme frei. Kraftstoff in Strahltriebwerken können daher nur Stoffe sein, die dadurch chemische Reaktionen In Motoren geben sie (bei Zündung) Wärme ab und bilden dabei viele Gase.

Wenn ein Brand entsteht, kommt es zu einer erheblichen Erwärmung des Gemisches und der umliegenden Teile mit volumetrischer Ausdehnung. Tatsächlich nutzen Düsentriebwerke kontrollierte Explosionen, um sich anzutreiben. Die Brennkammern in Strahltriebwerken gehören zu den heißesten Elementen ( Temperaturregime sie können bis zu 2700 °C erreichen) und benötigen eine ständige intensive Kühlung.

Strahltriebwerke sind mit Düsen ausgestattet, durch die heiße Gase, die bei der Kraftstoffverbrennung entstehen, mit großer Geschwindigkeit aus ihnen ausströmen. Bei manchen Motoren gelangen die Gase unmittelbar nach den Brennräumen in die Düsen. Dies gilt beispielsweise für Raketen- oder Staustrahltriebwerke.

Turbostrahltriebwerke funktionieren etwas anders. So passieren Gase nach den Brennkammern zunächst Turbinen, an die sie ihre Wärmeenergie abgeben. Dies geschieht, um die Kompressoren in Gang zu setzen, die dazu dienen, die Luft vor der Brennkammer zu komprimieren. In jedem Fall sind die Düsen die letzten Teile der Motoren, durch die Gase strömen. Tatsächlich bilden sie direkt den Jetstream.

Die Düsen sind gerichtet kalte Luft, das von Kompressoren gepumpt wird, um die Innenteile von Motoren zu kühlen. Strahldüsen können vorhanden sein verschiedene Konfigurationen und Designs basierend auf Motortypen. Wenn also die Strömungsgeschwindigkeit höher als die Schallgeschwindigkeit sein muss, haben die Düsen die Form von expandierenden Rohren oder sich zunächst verengenden und dann erweiternden Rohren (sogenannte Laval-Düsen). Nur mit Rohren dieser Konfiguration werden Gase beschleunigt Überschallgeschwindigkeiten, mit deren Hilfe Düsenflugzeuge die „Schallmauern“ überwinden.

Basierend darauf, ob während des Betriebs Strahltriebwerke verwendet werden Umfeld Sie werden in die Hauptklassen der luftatmenden Motoren (WRE) und unterteilt Raketentriebwerke(RD). Bei allen Strahltriebwerken handelt es sich um Wärmekraftmaschinen, deren Arbeitsflüssigkeiten bei der Oxidationsreaktion brennbarer Stoffe mit Sauerstoff in den Luftmassen entstehen. Luftströme aus der Atmosphäre bilden die Grundlage für die Arbeitsflüssigkeiten des WRD. So führen Geräte mit Antriebsmotor Energieträger (Kraftstoff) an Bord, die meisten Arbeitsflüssigkeiten werden jedoch aus der Umgebung bezogen.

Zu den VRD-Geräten gehören:

• Turbostrahltriebwerke (TRD);
• Staustrahltriebwerke (Staustrahltriebwerke);
• Pulsluftstrahltriebwerke (PvRE);
• Hyperschall-Staustrahltriebwerke (Scramjet-Triebwerke).

Im Gegensatz zu luftatmenden Triebwerken befinden sich alle Komponenten der Arbeitsflüssigkeiten der Raketentriebwerke an Bord von Fahrzeugen, die mit Raketentriebwerken ausgestattet sind. Das Fehlen von mit der Umgebung interagierenden Antrieben sowie das Vorhandensein aller Bestandteile der Arbeitsflüssigkeiten an Bord der Geräte machen Raketentriebwerke für den Betrieb in geeignet Weltraum. Es gibt auch eine Kombination von Raketentriebwerken, bei denen es sich um eine Art Kombination zweier Haupttypen handelt.

Kurze Geschichte des Strahltriebwerks

Es wird angenommen, dass das Strahltriebwerk von Hans von Ohain und dem bedeutenden deutschen Konstrukteur Frank Wittle erfunden wurde. Das erste Patent für ein funktionierendes Gasturbinentriebwerk erhielt Frank Whittle im Jahr 1930. Allerdings das erste Arbeitsmodell wurde von Ohain selbst gesammelt. Ende des Sommers 1939 erschien das erste Düsenflugzeug am Himmel – die He-178 (Heinkel-178), die mit dem von Ohain entwickelten HeS 3-Triebwerk ausgestattet war.

Wie funktioniert ein Strahltriebwerk?

Der Aufbau von Strahltriebwerken ist recht einfach und zugleich äußerst komplex. Im Prinzip ist es einfach. Dadurch wird Außenluft (bei Raketentriebwerken flüssiger Sauerstoff) in die Turbine gesaugt. Danach beginnt es sich mit Kraftstoff zu vermischen und zu verbrennen. Am Rand der Turbine bildet sich ein sogenanntes „Arbeitsmedium“ (der bereits erwähnte Jetstream), der das Luft- oder Raumfahrzeug antreibt.

Bei aller Einfachheit ist das eigentlich eine ganze Wissenschaft, denn in der Mitte solcher Motoren kann die Betriebstemperatur mehr als tausend Grad Celsius erreichen. Eines der größten Probleme beim Bau von Turbostrahltriebwerken ist die Herstellung nicht verbrauchbarer Teile aus Metallen, die selbst geschmolzen werden können.

Zu Beginn steht vor jeder Turbine immer ein Ventilator, der Luftmassen aus der Umgebung in die Turbinen saugt. Fans haben großes Gebiet sowie eine riesige Anzahl von Klingen mit speziellen Konfigurationen, deren Material Titan war. Unmittelbar dahinter befinden sich die Ventilatoren leistungsstarke Kompressoren, die notwendig sind, um unter enormem Druck stehende Luft in die Brennkammern zu pumpen. Nach den Brennkammern werden die brennenden Luft-Kraftstoff-Gemische zur Turbine selbst geleitet.

Turbinen bestehen aus vielen Schaufeln, die dem Druck von Strahlströmen ausgesetzt sind, die die Turbinen in Rotation versetzen. Als nächstes drehen die Turbinen die Wellen, auf denen Ventilatoren und Kompressoren montiert sind. Tatsächlich wird das System geschlossen und erfordert nur die Zufuhr von Kraftstoff und Luftmassen.

Im Anschluss an die Turbinen werden die Strömungen in die Düsen geleitet. Strahltriebwerksdüsen sind der letzte, aber nicht unwichtigste Teil eines Strahltriebwerks. Sie bilden direkte Jetstreams. Kalte Luftmassen werden in die Düsen geleitet und von Ventilatoren gepumpt, um das „Innere“ der Motoren zu kühlen. Diese Strömungen halten die Düsenmanschetten von superheißen Strahlströmen ab und verhindern, dass sie schmelzen.

Ablenkbarer Schubvektor

Strahltriebwerke verfügen über Düsen in den unterschiedlichsten Konfigurationen. Als am weitesten fortgeschritten gelten bewegliche Düsen, die an Triebwerken angebracht sind und über einen auslenkbaren Schubvektor verfügen. Sie lassen sich komprimieren und ausdehnen sowie in erheblichen Winkeln ablenken – so werden Jetstreams direkt reguliert und gelenkt. Dadurch werden Flugzeuge mit Triebwerken mit auslenkbarem Schubvektor äußerst manövrierfähig, da Manövriervorgänge nicht nur durch die Wirkung der Flügelmechanismen, sondern auch direkt durch die Triebwerke selbst erfolgen.

Arten von Strahltriebwerken

Es gibt verschiedene Haupttypen von Strahltriebwerken. Somit kann ein klassisches Strahltriebwerk als Flugzeugtriebwerk in einem F-15-Flugzeug bezeichnet werden. Die meisten dieser Triebwerke werden hauptsächlich in Kampfflugzeugen verschiedenster Modifikationen eingesetzt.

Zweiflügelige Turboprop-Triebwerke

Bei dieser Art von Turboprop-Triebwerken wird die Leistung der Turbinen über Untersetzungsgetriebe so geleitet, dass sie die klassischen Propeller drehen. Das Vorhandensein solcher Triebwerke ermöglicht es großen Flugzeugen, mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit zu fliegen und gleichzeitig weniger Flugtreibstoff zu verbrauchen. Die normale Reisegeschwindigkeit für Turboprop-Flugzeuge kann 600–800 km/h betragen.

Turbofan-Triebwerke

Dieser Motortyp ist in der Familie der klassischen Motortypen sparsamer. Heim Unterscheidungsmerkmal Der Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass am Einlass Ventilatoren mit großem Durchmesser angebracht sind, die nicht nur Luftströme für die Turbinen liefern, sondern auch außerhalb der Turbinen recht starke Strömungen erzeugen. Dadurch kann eine Effizienzsteigerung durch Effizienzsteigerung erreicht werden. Sie werden in Verkehrsflugzeugen und Großflugzeugen eingesetzt.

Staustrahltriebwerke

Dieser Motortyp funktioniert so, dass keine beweglichen Teile erforderlich sind. Durch die Abbremsung der Strömungen an den Verkleidungen der Einlassöffnungen werden Luftmassen entspannt in den Brennraum gedrückt. Anschließend geschieht das Gleiche wie bei gewöhnlichen Strahltriebwerken: Luftströme vermischen sich mit Treibstoff und treten als Strahlströme aus den Düsen aus. Staustrahltriebwerke werden in Zügen, Flugzeugen, Drohnen und Raketen eingesetzt und können auch in Fahrrädern oder Motorrollern eingebaut werden.

Und wofür ist seine Bedeutung? moderne Luftfahrt. Schon bei seinem Erscheinen auf der Erde richtete der Mensch seinen Blick zum Himmel. Mit welcher unglaublichen Leichtigkeit schweben Vögel in den aufsteigenden warmen Luftströmen! Und nicht nur kleine Exemplare, sondern auch so große wie Pelikane, Kraniche und viele andere. Versuche, sie nachzuahmen, indem sie primitive Modelle verwendeten, die auf der Muskelkraft des Piloten selbst basierten, führten zwar zu einer Art „Flug“, dennoch war von einer Massenumsetzung der Entwicklung keine Rede – die Entwürfe waren sehr unzuverlässig, zu viele Der Person, die sie benutzte, wurden Einschränkungen auferlegt.

Dann kamen Verbrennungsmotoren und Propellermotoren. Sie erwiesen sich als so erfolgreich, dass das moderne Strahltriebwerk und das Propellertriebwerk noch immer parallel existieren. Natürlich, nachdem es eine Reihe von Modifikationen erfahren hat.

Wie ist das Strahltriebwerk entstanden?

Die meisten technischen Lösungen, deren Erfindung dem Menschen zugeschrieben wird, wurden tatsächlich der Natur entnommen. Der Entwicklung eines Drachenfliegers ging beispielsweise die Beobachtung des Fluges von Vögeln voraus, die in den Himmel flogen. Auch die stromlinienförmigen Formen von Fischen und Vögeln wurden brillant dargestellt, allerdings im Rahmen technischer Mittel. Eine ähnliche Geschichte ging auch am Strahltriebwerk nicht vorbei. Dieses Bewegungsprinzip wird von vielen Meeresbewohnern genutzt – Kraken, Tintenfischen, Quallen usw. Tsiolkovsky sprach über einen solchen Motor. Darüber hinaus begründete er theoretisch die Möglichkeit, ein Luftschiff für Flüge im interplanetaren Raum zu schaffen.

Grundlagen und Raketen waren schon damals bekannt Altes China. Wir können sagen, dass die Idee, ein Strahltriebwerk zu entwickeln, „in der Luft“ lag; man musste sie nur sehen und in Technologie umsetzen.

Motoraufbau und Funktionsprinzip

Das Herzstück eines jeden Strahltriebwerks ist eine Kammer mit einem Auslass, der in einem Glockenrohr endet. Ein Kraftstoffgemisch wird in die Kammer geleitet, entzündet sich dort und verwandelt sich in ein Hochtemperaturgas. Da sich sein Druck gleichmäßig in alle Richtungen ausbreitet und auf die Wände drückt, kann das Gas die Kammer nur durch einen Stutzen verlassen, der entgegengesetzt zur gewünschten Bewegungsrichtung ausgerichtet ist. Das Gesagte lässt sich anhand eines Beispiels leichter verstehen: Ein Mann steht auf dem Eis und hält ein schweres Brecheisen in den Händen. Doch sobald er das Brecheisen zur Seite wirft, erhält er einen Beschleunigungsimpuls und rutscht entgegen der Wurfrichtung über das Eis. Der Unterschied in der Flugreichweite des Brecheisens und der Verschiebung einer Person erklärt sich nur durch ihre Masse; die Kräfte selbst sind gleich und die Vektoren sind entgegengesetzt. Ziehen Sie eine Analogie zu einem Strahltriebwerk: Ein Mensch ist ein Flugzeug, und der Schrott ist überhitztes Gas aus der Glocke der Kammer.

Trotz seiner Einfachheit weist dieses Schema mehrere erhebliche Nachteile auf – hohen Kraftstoffverbrauch und enormen Druck auf die Kammerwände. Um den Verbrauch zu senken, werden verschiedene Lösungen eingesetzt: Als Brennstoff wird auch ein Oxidationsmittel verwendet, das seinen Wert verändert physischer Zustand, bevorzugter als flüssiger Kraftstoff; Eine andere Möglichkeit ist ein oxidierbares Pulver anstelle einer Flüssigkeit.

Aber die beste Lösung ist ein Staustrahltriebwerk. Es handelt sich um eine Durchgangskammer mit Einlass und Auslass (relativ gesehen ein Zylinder mit Glocke). Wenn sich das Gerät bewegt, gelangt Luft unter Druck in die Kammer äußere Umgebung, erwärmt sich und zieht sich zusammen. Das zugeführte Kraftstoffgemisch entzündet sich und sorgt für zusätzliche Temperatur. Dann bricht es durch die Fassung aus und erzeugt einen Impuls, wie bei einem herkömmlichen Strahltriebwerk. In diesem Schema ist Kraftstoff ein Hilfselement, daher sind seine Kosten deutlich geringer. Dies ist der in Flugzeugen verwendete Triebwerkstyp, bei dem man sehen kann, wie die Turbinenschaufeln Luft in die Kammer pumpen.

Ein Strahltriebwerk ist ein Triebwerk, das die für die Bewegung erforderliche Zugkraft erzeugt, indem es die innere Energie des Kraftstoffs in die kinetische Energie des Strahlstroms des Arbeitsmediums umwandelt.

Das Arbeitsmedium strömt mit hoher Geschwindigkeit aus dem Motor und gemäß dem Impulserhaltungssatz wird eine Reaktionskraft erzeugt, die den Motor in die entgegengesetzte Richtung drückt. Um das Arbeitsmedium zu beschleunigen, werden sowohl die Ausdehnung eines auf die eine oder andere Weise auf eine hohe thermische Temperatur erhitzten Gases (die sogenannten Thermostrahltriebwerke) als auch andere physikalische Prinzipien, beispielsweise die Beschleunigung geladener Teilchen in einem elektrostatischen Feld ( siehe Ionenmotor) eingesetzt werden.

Ein Strahltriebwerk kombiniert das Triebwerk selbst mit einer Antriebsvorrichtung, das heißt, es erzeugt Zugkraft nur durch Wechselwirkung mit dem Arbeitsmedium, ohne Unterstützung oder Kontakt mit anderen Körpern. Aus diesem Grund wird es am häufigsten zum Antrieb von Flugzeugen, Raketen und Raumfahrzeugen eingesetzt.

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, ob sie die Umwelt nutzen oder nicht.

Die erste Klasse sind luftatmende Motoren (WRE). Bei allen handelt es sich um thermische Verfahren, bei denen das Arbeitsmedium bei der Oxidationsreaktion eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft entsteht. Die Hauptmasse 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 grundlegende und vorwegnahm Designmerkmale moderne Flüssigkeitsraketentriebwerke (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 Flüssigkeitsstrahltriebwerks 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 notwendige 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 seine Länge erreichte 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 OR1-Raketenmotor, der mit Benzin und Druckluft betrieben wurde, und in den Jahren 1932–1933. – OR2-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 Raketenflugzeugs mit Flüssigtreibstoffmotor fand im Februar 1940 in der Sowjetunion statt. Als Antrieb des Flugzeugs diente ein Flüssigtreibstoffraketenmotor. 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. durchgeführt.

Gleichzeitig fand der Erstflug eines deutschen Jagdflugzeugs mit einem solchen Motor statt. 1943 testeten die Vereinigten Staaten 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 Flüssigtreibstoffmotoren in ballistische Raketen eingebaut, und danach wurden sie weiter Künstliche Satelliten Erde, Sonne, Mond und Mars, automatische interplanetare Stationen.

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 luftatmender Motoren 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 weltweit wurden in der Sowjetunion Sommertests von luftatmenden Triebwerken durchgeführt, die als Zusatztriebwerke in ein von N.P. entworfenes Flugzeug eingebaut wurden. 1942 wurden von E. Zenger entworfene Staustrahltriebwerke in Deutschland getestet.

Ein luftatmender Motor besteht aus einem Diffusor, in dem Luft aufgrund der kinetischen Energie des entgegenkommenden 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 bei Fluggeschwindigkeiten unter der halben Schallgeschwindigkeit keine luftatmenden Triebwerke eingesetzt. Der effektivste Einsatz von Strahltriebwerken erfolgt bei Überschallgeschwindigkeit und in großen Höhen. Ein von einem Strahltriebwerk angetriebenes Flugzeug hebt mit Raketentriebwerken ab, die mit festem oder flüssigem Treibstoff betrieben werden.

Eine weitere Gruppe luftatmender Motoren – Turbokompressormotoren – 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 Propeller: 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. Dabei wurde der Druckluftstrom erstmals in zwei Zweige aufgeteilt: Der kleinere Teil gelangte in die Brennkammer (zum Brenner) und 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.

Whittle's Gloster (E.28/39)

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. IN Ende des 19. Jahrhunderts V. 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 in ballistischen, ermöglicht. Darüber hinaus werden sie in der Luft- und Raumfahrt als Triebwerke für die ersten Stufen von Raketenträgern, 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 einen Zünder 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.