Prúdový motor- motor, ktorý transformáciou vytvára ťažnú silu potrebnú na pohyb vnútornej energie paliva do kinetickej energie prúdiaceho prúdu pracovnej tekutiny.

Pracovná kvapalina vyteká z motora vysokou rýchlosťou a v súlade so zákonom zachovania hybnosti vzniká reaktívna sila, ktorá tlačí motor opačným smerom. Na urýchlenie pracovnej tekutiny je potrebná expanzia plynu zahriateho tak či onak na vysokú tepelnú teplotu (tzv. tepelné prúdové motory), ako aj iné fyzikálne princípy, napríklad zrýchlenie nabitých častíc v elektrostatickom poli ( pozri iónový motor), možno použiť.

Prúdový motor kombinuje samotný motor s hnacím zariadením, to znamená, že vytvára ťažnú silu iba interakciou s pracovnou tekutinou, bez podpory alebo kontaktu s inými telesami. Z tohto dôvodu sa najčastejšie používa na pohon lietadiel, rakiet a kozmických lodí.

V prúdovom motore sa ťah potrebný na pohon vytvára premenou počiatočnej energie na kinetickú energiu pracovnej tekutiny. V dôsledku odtoku pracovnej tekutiny z dýzy motora vzniká reaktívna sila vo forme spätného rázu (prúd). Spätný ráz posúva motor a s ním konštrukčne spojené zariadenie v priestore. Pohyb nastáva v smere opačnom k ​​výtoku prúdu. Dá sa premeniť na kinetickú energiu prúdiaceho prúdu rôzne druhy energie: chemické, jadrové, elektrické, solárne. Prúdový motor zabezpečuje vlastný pohon bez účasti medziľahlých mechanizmov.

Na vytvorenie prúdového ťahu potrebujete zdroj počiatočnej energie, ktorá sa premieňa na kinetickú energiu prúdového prúdu, pracovnú kvapalinu vyvrhovanú z motora vo forme prúdového prúdu a samotný prúdový motor, ktorý premieňa prvý druh energie do druhého.

Hlavnou časťou prúdového motora je spaľovacia komora, v ktorej vzniká pracovná kvapalina.

Všetky prúdové motory sú rozdelené do dvoch hlavných tried v závislosti od toho, či pracujú s využitím prostredia alebo nie.

Prvou triedou sú motory dýchajúce vzduch (WRE). Všetky sú tepelné, v ktorých pracovná kvapalina vzniká pri oxidačnej reakcii horľavej látky s kyslíkom z okolitého vzduchu. Prevažná časť pracovnej tekutiny je atmosférický vzduch.

V raketovom motore sú všetky komponenty pracovnej tekutiny umiestnené na palube prístroja, ktorý je ním vybavený.

Existujú aj kombinované motory, ktoré kombinujú oba vyššie uvedené typy.

Prúdový pohon bol prvýkrát použitý v Heronovej guli, prototype parnej turbíny. Prúdové motory na tuhé palivo sa objavili v Číne v 10. storočí. n. e. Takéto rakety sa používali na východe a potom v Európe na ohňostroje, signalizáciu a potom ako bojové rakety.

Dôležitou etapou vo vývoji myšlienky prúdového pohonu bola myšlienka využitia rakety ako motora pre lietadla. Prvýkrát ho sformuloval ruský revolucionár N.I.Kibalčič, ktorý v marci 1881, krátko pred svojou popravou, navrhol návrh lietadla (raketového lietadla) využívajúceho prúdový pohon z výbušných práškových plynov.

N. E. Žukovskij vo svojich prácach „O reakcii vytekajúcich a pritekajúcich kvapalín“ (80. roky 19. storočia) a „O teórii lodí poháňaných reakčnou silou vytekajúcej vody“ (1908) prvýkrát rozvinul základné otázky teórie prúdenia. motora.

Zaujímavé práce o štúdiu letu rakiet patria aj slávnemu ruskému vedcovi I. V. Meshcherskymu, najmä v oblasti všeobecnej teórie pohybu telies s premenlivou hmotnosťou.

V roku 1903 K. E. Tsiolkovsky vo svojom diele „Skúmanie svetových priestorov pomocou prúdových prístrojov“ teoreticky zdôvodnil let rakety, ako aj tzv. schematický diagram raketový motor, ktorý predpokladal mnohé zásadné a dizajnové prvky moderná kvapalina raketové motory(LPRE). Ciolkovskij teda predpokladal použitie kvapalného paliva pre prúdový motor a jeho prívod do motora pomocou špeciálnych čerpadiel. Navrhol riadiť let rakety pomocou plynových kormidiel – špeciálnych platní umiestnených v prúde plynov unikajúcich z trysky.

Zvláštnosťou kvapalinového prúdového motora je, že na rozdiel od iných prúdových motorov nesie so sebou celú zásobu okysličovadla spolu s palivom a neodoberá vzduch obsahujúci kyslík potrebný na spaľovanie paliva z atmosféry. Ide o jediný motor, ktorý možno použiť na let v ultravysokých výškach mimo zemskej atmosféry.

Prvú raketu na svete s kvapalným raketovým motorom vytvoril a vypustil 16. marca 1926 Američan R. Goddard. Vážil asi 5 kilogramov a jeho dĺžka dosahovala 3 m Palivom v Goddardovej rakete bol benzín a kvapalný kyslík. Let tejto rakety trval 2,5 sekundy, počas ktorej preletela 56 m.

Systematické experimentálne práce na týchto motoroch sa začali v 30. rokoch 20. storočia.

Prvé sovietske raketové motory na kvapalné palivo boli vyvinuté a vytvorené v rokoch 1930–1931. v Leningradskom plynárenskom dynamickom laboratóriu (GDL) pod vedením budúceho akademika V. P. Gluška. Táto séria sa nazývala ORM - experimentálny raketový motor. Glushko použil niektoré nové inovácie, napríklad chladenie motora jednou zo zložiek paliva.

Paralelne s vývojom raketových motorov v Moskve pracovala skupina pre výskum prúdového pohonu (GIRD). Jej ideologickým inšpirátorom bol F.A.Tsander a organizátorom mladý S.P.Korolev. Korolevovým cieľom bolo postaviť nové raketové vozidlo – raketové lietadlo.

V roku 1933 F.A. Zander zostrojil a úspešne otestoval raketový motor OR1, ktorý bežal na benzín a stlačený vzduch, a v rokoch 1932–1933. – Motor OR2, poháňaný benzínom a kvapalným kyslíkom. Tento motor bol navrhnutý na inštaláciu na klzáku, ktorý mal lietať ako raketové lietadlo.

V roku 1933 bola v GIRD vytvorená a testovaná prvá sovietska raketa na kvapalné palivo.

Sovietski inžinieri rozvíjali prácu, ktorú začali, následne pokračovali v práci na vytvorení kvapalných prúdových motorov. Celkovo od roku 1932 do roku 1941 ZSSR vyvinul 118 návrhov kvapalných prúdových motorov.

V Nemecku v roku 1931 prebiehali skúšky rakiet I. Winklera, Riedela a i.

Prvý let raketového lietadla s motorom na kvapalné palivo sa uskutočnil v Sovietskom zväze vo februári 1940. Ako pohon lietadla bol použitý raketový motor na kvapalné palivo. V roku 1941 bolo pod vedením sovietskeho konštruktéra V.F. Bolkhovitinova postavené prvé prúdové lietadlo - stíhačka s raketovým motorom na kvapalné palivo. Jeho testy vykonal v máji 1942 pilot G. Bachčivadži.

Zároveň sa uskutočnil prvý let nemeckej stíhačky s takýmto motorom. V roku 1943 USA testovali prvého Američana prúdové lietadlo, na ktorom bol inštalovaný prúdový motor na kvapalné palivo. V Nemecku bolo v roku 1944 vyrobených niekoľko stíhačiek s týmito motormi navrhnutými spoločnosťou Messerschmitt, ktoré sa v tom istom roku použili v bojoch na západnom fronte.

Okrem toho boli kvapalné raketové motory použité na nemeckých raketách V2, vytvorených pod vedením V. von Brauna.

V päťdesiatych rokoch boli motory na kvapalné palivo inštalované na balistické rakety a potom na umelé satelity Zeme, Slnka, Mesiaca a Marsu a automatické medziplanetárne stanice.

Raketový motor na kvapalné palivo pozostáva zo spaľovacej komory s dýzou, turbočerpadlovej jednotky, plynového generátora alebo paroplynového generátora, automatizačného systému, riadiacich prvkov, zapaľovacieho systému a pomocných jednotiek (výmenníky tepla, mixéry, pohony).

Myšlienka motorov dýchajúcich vzduch bola predložená viac ako raz rôznych krajinách. Najdôležitejšie a najoriginálnejšie práce v tomto smere sú štúdie uskutočnené v rokoch 1908–1913. Francúzsky vedec R. Lauren, ktorý najmä v roku 1911 navrhol množstvo návrhov náporových motorov. Tieto motory využívajú ako okysličovadlo atmosférický vzduch a kompresiu vzduchu v spaľovacej komore zabezpečuje dynamický tlak vzduchu.

V máji 1939 bola v ZSSR prvýkrát testovaná raketa s náporovým motorom podľa návrhu P. A. Merkulova. Bola to dvojstupňová raketa (prvý stupeň je prášková raketa) so vzletovou hmotnosťou 7,07 kg a hmotnosť paliva pre druhý stupeň náporového motora bola len 2 kg. Počas testovania raketa dosiahla výšku 2 km.

V rokoch 1939-1940 Prvýkrát na svete sa v Sovietskom zväze uskutočnili letné skúšky motorov s dýchaním vzduchu inštalovaných ako prídavné motory v lietadle navrhnutom N. P. Polikarpovom. V roku 1942 boli v Nemecku testované náporové motory navrhnuté E. Zengerom.

Motor dýchajúci vzduch pozostáva z difúzora, v ktorom je vzduch stlačený v dôsledku kinetickej energie prichádzajúceho prúdu vzduchu. Palivo sa vstrekuje do spaľovacej komory cez dýzu a zmes sa zapáli. Prúd prúdu vystupuje cez dýzu.

Proces činnosti prúdových motorov je nepretržitý, takže nemajú štartovací ťah. V tomto ohľade sa pri rýchlosti letu menšej ako polovica rýchlosti zvuku nepoužívajú motory dýchajúce vzduch. Najúčinnejšie využitie prúdových motorov je pri nadzvukových rýchlostiach a vysokých nadmorských výškach. Lietadlo poháňané prúdovým motorom vzlieta pomocou raketových motorov poháňaných pevným alebo kvapalným palivom.

Ďalšia skupina motorov dýchajúcich vzduch – turbokompresorové motory – prešla väčším vývojom. Delia sa na turbovrtuľové, v ktorých ťah vytvára prúd plynov prúdiacich z dýzy, a turbovrtuľové, v ktorých hlavný ťah vytvára vrtuľa.

V roku 1909 vyvinul inžinier N. Gerasimov konštrukciu prúdového motora. V roku 1914 poručík ruského námorníctva M.N. Nikolskoy navrhol a postavil model turbovrtuľového leteckého motora. Pracovnou kvapalinou pre pohon trojstupňovej turbíny boli plynné produkty horenia zmesi terpentínu a kyseliny dusičnej. Turbína nepracovala len na vrtuli: výfukové plynné splodiny horenia smerujúce do chvostovej (prúdovej) dýzy vytvárali popri náporovej sile vrtule aj prúdový ťah.

V roku 1924 V.I. Bazarov vyvinul návrh leteckého turbokompresorového prúdového motora, ktorý pozostával z troch prvkov: spaľovacej komory, plynovej turbíny a kompresora. Prietok stlačený vzduch tu sa prvýkrát rozdelila na dve vetvy: menšia časť išla do spaľovacej komory (k horáku) a väčšia časť sa zmiešala s pracovnými plynmi, aby sa pred turbínou znížila ich teplota. Tým bola zaistená bezpečnosť lopatiek turbíny. Výkon viacstupňovej turbíny bol vynaložený na pohon samotného odstredivého kompresora motora a čiastočne na otáčanie vrtule. Okrem vrtule bol ťah vytvorený reakciou prúdu plynov prechádzajúceho cez chvostovú dýzu.

V roku 1939 sa v závode Kirov v Leningrade začala výstavba prúdových motorov navrhnutých A. M. Lyulkom. Jeho procesy prerušila vojna.

V roku 1941 sa v Anglicku uskutočnil prvý let na experimentálnom stíhacom lietadle vybavenom prúdovým motorom, ktorý navrhol F. Whittle. Bol vybavený motorom s plynovou turbínou, ktorý poháňal odstredivý kompresor dodávajúci vzduch do spaľovacej komory. Na vytvorenie prúdového ťahu sa použili produkty spaľovania.

Whittle's Gloster (E.28/39)

V prúdovom motore je vzduch vstupujúci počas letu stlačený najprv v saní vzduchu a potom v turbodúchadle. Do spaľovacej komory sa privádza stlačený vzduch, do ktorého sa vstrekuje kvapalné palivo (najčastejšie letecký petrolej). Čiastočná expanzia plynov vznikajúcich pri spaľovaní nastáva v turbíne rotujúcej kompresor a ku konečnej expanzii dochádza v dýze. Medzi turbínu a prúdový motor môže byť inštalované prídavné spaľovanie na zabezpečenie dodatočného spaľovania paliva.

V súčasnosti je väčšina vojenských a civilných lietadiel, ako aj niektoré vrtuľníky, vybavená prúdovými motormi.

V turbovrtuľovom motore je hlavný ťah generovaný vrtuľou a dodatočný ťah (asi 10%) je generovaný prúdom plynov prúdiacim z dýzy. Princíp činnosti turbovrtuľového motora je podobný turbovrtuľovému s tým rozdielom, že turbína roztáča nielen kompresor, ale aj vrtuľu. Tieto motory sa používajú v podzvukových lietadlách a vrtuľníkoch, ako aj na pohon vysokorýchlostných lodí a automobilov.

Najstaršie prúdové motory na tuhé palivo sa používali vo vojenských raketách. Ich široké využitie začalo v 19. storočí, kedy sa raketové jednotky objavili v mnohých armádach. Koncom 19. stor. Vznikli prvé bezdymové prášky so stabilnejším spaľovaním a väčším výkonom.

V 20. a 30. rokoch 20. storočia sa pracovalo na vytvorení prúdových zbraní. To viedlo k vzniku raketometných mínometov – Kaťuše v Sovietskom zväze, šesťhlavňových raketových mínometov v Nemecku.

Vývoj nových typov strelného prachu umožnil použitie prúdových motorov na tuhé palivo v bojových raketách, vrátane balistických. Okrem toho sa používajú v letectve a kozmonautike ako motory pre prvé stupne nosných rakiet, štartovacie motory pre lietadlá s náporovými motormi a brzdové motory pre kozmické lode.

Prúdový motor na tuhé palivo pozostáva zo skrine (spaľovacej komory), ktorá obsahuje celý prívod paliva a prúdovú dýzu. Telo je vyrobené z ocele alebo sklolaminátu. Dýza - vyrobená z grafitu, žiaruvzdorných zliatin, grafitu.

Palivo sa zapaľuje pomocou zapaľovacieho zariadenia.

Riadenie ťahu sa vykonáva zmenou spaľovacej plochy náplne alebo kritickej plochy prierezu dýzy, ako aj vstrekovaním kvapaliny do spaľovacej komory.

Smer ťahu je možné meniť plynovými kormidlami, deflektorom (deflektorom), pomocnými riadiacimi motormi a pod.

Prúdové motory na tuhé palivo sú veľmi spoľahlivé, možno ich dlho skladovať, a preto sú vždy pripravené na štart.

POZOR! Zastaraný formát správ. Môžu sa vyskytnúť problémy so správnym zobrazením obsahu.

Prúdový motor

Prvé lietadlá s prúdovými motormi: Me.262 a Jak-15

Nápady na tvorbu tepelný motor, ktorých súčasťou je prúdový motor, sú človeku známe už od staroveku. V pojednaní Herona Alexandrijského s názvom „Pneumatika“ je teda popis Aeolipile - guľa „Aeolus“. Tento dizajn nebol ničím iným ako parnou turbínou, v ktorej bola para dodávaná rúrkami do bronzovej gule a unikajúc z nej túto guľu roztočila. S najväčšou pravdepodobnosťou sa zariadenie používalo na zábavu.

Tento nápad neignoroval ani veľký Leonardo, ktorý mal v úmysle použiť horúci vzduch privádzaný k lopatkám na otáčanie ražňa na vyprážanie.

Myšlienka motora s plynovou turbínou bola prvýkrát navrhnutá v roku 1791 anglickým vynálezcom J. Barberom: jeho konštrukcia motora s plynovou turbínou bola vybavená generátorom plynu, piestovým kompresorom, spaľovacou komorou a plynovou turbínou.

Použil tepelný motor a A.F. ako elektráreň pre svoje lietadlo vyvinuté v roku 1878. Mozhaisky: dva parné stroje poháňali vrtule stroja. Vzhľadom na nízku účinnosť nebolo možné dosiahnuť požadovaný účinok.

Ďalší ruský inžinier - P.D. Kuzminsky - v roku 1892 vyvinul myšlienku motora s plynovou turbínou, v ktorej palivo spaľovalo pri konštantnom tlaku. Po začatí projektu v roku 1900 sa rozhodol nainštalovať motor s plynovou turbínou s viacstupňovou plynovou turbínou na malú loď. Smrť dizajnéra mu však zabránila dokončiť to, čo začal.

Intenzívnejšie začali vytvárať prúdový motor až v dvadsiatom storočí: najskôr teoreticky a o niekoľko rokov neskôr - prakticky.

V roku 1903 v diele „Exploration of World Spaces by Reactive Instruments“ K.E. Tsiolkovsky boli vyvinuté teoretické základy kvapalné raketové motory (LPRE) s popisom hlavných prvkov prúdového motora na kvapalné palivo.

Myšlienka vytvorenia motora na dýchanie vzduchu (WRE) patrí R. Lorinovi, ktorý si tento projekt patentoval v roku 1908. Pri pokuse o vytvorenie motora po zverejnení výkresov zariadenia v roku 1913 vynálezca zlyhal: nebolo možné dosiahnuť rýchlosť potrebnú na prevádzku prúdového motora.

Pokusy o vytvorenie motorov s plynovou turbínou pokračovali ďalej. Takže v roku 1906 ruský inžinier V.V. Karavodin vyvinul a o dva roky neskôr zostrojil bezkompresorový motor s plynovou turbínou so štyrmi prerušovanými spaľovacími komorami a plynovou turbínou. Výkon vyvinutý zariadením však ani pri 10 000 otáčkach za minútu nepresiahol 1,2 kW (1,6 k).

Plynový turbínový motor s prerušovaným spaľovaním vytvoril aj nemecký konštruktér H. Holwarth. Po zostrojení motora s plynovou turbínou v roku 1908, do roku 1933, po mnohých rokoch práce na jeho zlepšovaní, zvýšil účinnosť motora na 24%. Táto myšlienka však nenašla široké využitie.

Myšlienku prúdového motora vyslovil v roku 1909 ruský inžinier N. V. Gerasimov, ktorý získal patent na motor s plynovou turbínou na vytváranie prúdového ťahu. Práca na realizácii tejto myšlienky sa v Rusku nezastavila a následne: v roku 1913 M.N. Nikolskoy navrhuje motor s plynovou turbínou s výkonom 120 kW (160 k) s trojstupňovou plynovou turbínou; v roku 1923 V.I. Bazarov navrhuje schematický diagram motora s plynovou turbínou, podobného dizajnu ako moderné turbovrtuľové motory; v roku 1930 V.V. Uvarov spolu s N.R. Briling navrhol a v roku 1936 implementoval motor s plynovou turbínou s odstredivým kompresorom.

Obrovský prínos k vytvoreniu teórie prúdového motora priniesla práca ruských vedcov S.S. Nezhdanovský, I.V. Meshchersky, N.E. Žukovského. Francúzsky vedec R. Hainault-Peltry, nemecký vedec G. Oberth. Vytvorenie motora dýchajúceho vzduch ovplyvnilo aj dielo slávneho sovietskeho vedca B.S. Stechkin, ktorý v roku 1929 publikoval svoju prácu „Teória vzduchového prúdového motora“.

Práca na vytvorení kvapalného prúdového motora sa nezastavila: v roku 1926 vypustil americký vedec R. Goddard raketu na kvapalné palivo. Práca na tejto téme prebiehala aj v Sovietskom zväze: od roku 1929 do roku 1933 V.P. Glushko vyvinul a testoval elektrotermálny prúdový motor v laboratóriu dynamiky plynu. V tomto období vytvoril aj prvé domáce kvapalinové prúdové motory – ORM, ORM-1, ORM-2.

Najväčší prínos k praktickej realizácii prúdového motora mali nemeckí konštruktéri a vedci. S podporou a financovaním od štátu, ktorý dúfal, že týmto spôsobom dosiahne technickú prevahu v nadchádzajúcej vojne, ženijný zbor III. ríše s maximálnou efektívnosťou a krátke termíny pristúpil k vytvoreniu bojových systémov založených na myšlienkach prúdového pohonu.

Pri sústredení pozornosti na leteckú zložku môžeme konštatovať, že už 27. augusta 1939 skúšobný pilot Heinkel, kapitán E. Warsitz, vzlietol He.178 - prúdové lietadlo, ktorého technologický vývoj bol následne využitý pri tvorbe z Heinkel He.280 a Messerschmitt Me.262 Schwalbe.

Motor Heinkel Strahltriebwerke HeS 3 inštalovaný na Heinkel He.178, navrhnutý H.-I. von Ohaina, aj keď nemal vysoký výkon, podarilo sa mu otvoriť éru prúdových letov vojenských lietadiel. Dosiahol He.178 maximálna rýchlosť pri rýchlosti 700 km/h s použitím motora, ktorého výkon nepresahoval 500 kgf objemu lúčov. Pred nami boli neobmedzené možnosti, čo pripravilo piestové motory o budúcnosť.

Celá séria prúdových motorov vytvorených v Nemecku, napríklad Jumo-004 vyrábaná spoločnosťou Junkers, jej umožnila mať na konci druhej svetovej vojny sériové prúdové stíhačky a bombardéry, ktoré v tomto smere o niekoľko rokov predbehli ostatné krajiny. Po porážke Tretej ríše to bola nemecká technika, ktorá dala impulz vývoju prúdových lietadiel v mnohých krajinách sveta.

Jedinou krajinou, ktorá dokázala odpovedať na nemeckú výzvu, bola Veľká Británia: prúdový motor Rolls-Royce Derwent 8 vytvorený F. Whittleom bol inštalovaný na stíhačke Gloster Meteor.

Trofej Jumo 004

Prvým turbovrtuľovým motorom na svete bol maďarský motor Jendrassik Cs-1, ktorý skonštruoval D. Jendrasik, ktorý ho zostrojil v roku 1937 v závode Ganz v Budapešti. Napriek problémom, ktoré sa vyskytli pri realizácii, motor mal byť inštalovaný na maďarskom dvojmotorovom útočnom lietadle Varga RMI-1 X/H, špeciálne pre tento účel navrhnutým leteckým konštruktérom L. Vargom. Maďarským špecialistom sa však práce nepodarilo dokončiť - podnik bol presmerovaný na výrobu nemeckých motorov Daimler-Benz DB 605, vybraných pre montáž na maďarský Messerschmitt Me.210.

Pred začiatkom vojny pokračovali práce v ZSSR na tvorbe rôzne druhy prúdové motory. Takže v roku 1939 boli testované rakety poháňané náporovými motormi navrhnutými I.A. Merkulovej.

V tom istom roku sa v závode Leningrad Kirov začali práce na konštrukcii prvého domáceho prúdového motora navrhnutého A.M. Kolísky. Vypuknutie vojny však zastavilo experimentálne práce na motore, smerujúc všetku produkčnú silu na potreby frontu.

Skutočná éra prúdových motorov začala po skončení 2. svetovej vojny, kedy bola v krátkom čase pokorená nielen zvuková bariéra, ale aj gravitácia, čo umožnilo vyniesť ľudstvo do vesmíru.

Myšlienky vytvorenia tepelného motora, ktorý zahŕňa prúdový motor, sú človeku známe už od staroveku. V pojednaní Herona Alexandrijského s názvom „Pneumatika“ je teda popis Aeolipile - guľa „Aeolus“. Tento dizajn nebol ničím iným ako parnou turbínou, v ktorej bola para dodávaná rúrkami do bronzovej gule a unikajúc z nej túto guľu roztočila. S najväčšou pravdepodobnosťou sa zariadenie používalo na zábavu.

Guľa „Aeolus“ Číňania pokročili o niečo ďalej a v 13. storočí vytvorili akési „rakety“. Nový produkt, ktorý sa pôvodne používal ako ohňostroj, bol čoskoro prijatý a používaný na bojové účely. Tento nápad neignoroval ani veľký Leonardo, ktorý mal v úmysle použiť horúci vzduch privádzaný k lopatkám na otáčanie ražňa na vyprážanie. Myšlienka motora s plynovou turbínou bola prvýkrát navrhnutá v roku 1791 anglickým vynálezcom J. Barberom: jeho konštrukcia motora s plynovou turbínou bola vybavená generátorom plynu, piestovým kompresorom, spaľovacou komorou a plynovou turbínou. Použil tepelný motor a A.F. ako elektráreň pre svoje lietadlo vyvinuté v roku 1878. Mozhaisky: dva parné stroje poháňali vrtule stroja. Vzhľadom na nízku účinnosť nebolo možné dosiahnuť požadovaný účinok. Ďalší ruský inžinier – P.D. Kuzminsky - v roku 1892 vyvinul myšlienku motora s plynovou turbínou, v ktorej palivo spaľovalo pri konštantnom tlaku. Po začatí projektu v roku 1900 sa rozhodol nainštalovať motor s plynovou turbínou s viacstupňovou plynovou turbínou na malú loď. Smrť dizajnéra mu však zabránila dokončiť to, čo začal. Intenzívnejšie začali vytvárať prúdový motor až v 20. storočí: najskôr teoreticky a o niekoľko rokov neskôr – prakticky. V roku 1903 v diele „Exploration of World Spaces by Reactive Instruments“ K.E. Tsiolkovsky vypracoval teoretické základy raketových motorov na kvapalné palivo (LPRE) s popisom hlavných prvkov prúdového motora využívajúceho kvapalné palivo. Myšlienka vytvorenia motora na dýchanie vzduchu (WRE) patrí R. Lorinovi, ktorý si tento projekt patentoval v roku 1908. Pri pokuse o vytvorenie motora po zverejnení výkresov zariadenia v roku 1913 vynálezca zlyhal: nebolo možné dosiahnuť rýchlosť potrebnú na prevádzku prúdového motora. Pokusy o vytvorenie motorov s plynovou turbínou pokračovali ďalej. Takže v roku 1906 ruský inžinier V.V. Karavodin vyvinul a o dva roky neskôr zostrojil bezkompresorový motor s plynovou turbínou so štyrmi prerušovanými spaľovacími komorami a plynovou turbínou. Výkon vyvinutý zariadením však ani pri 10 000 otáčkach za minútu nepresiahol 1,2 kW (1,6 k). Plynový turbínový motor s prerušovaným spaľovaním vytvoril aj nemecký konštruktér H. Holwarth. Po zostrojení motora s plynovou turbínou v roku 1908, do roku 1933, po mnohých rokoch práce na jeho zlepšovaní, zvýšil účinnosť motora na 24%. Táto myšlienka však nenašla široké využitie.

V.P. Glushko Myšlienku prúdového motora vyslovil v roku 1909 ruský inžinier N.V. Gerasimov, ktorý získal patent na motor s plynovou turbínou na vytváranie prúdového ťahu. Práca na realizácii tejto myšlienky sa v Rusku nezastavila a následne: v roku 1913 M.N. Nikolskoy navrhuje motor s plynovou turbínou s výkonom 120 kW (160 k) s trojstupňovou plynovou turbínou; v roku 1923 V.I. Bazarov navrhuje schematický diagram motora s plynovou turbínou, podobného dizajnu ako moderné turbovrtuľové motory; v roku 1930 V.V. Uvarov spolu s N.R. Briling navrhol a v roku 1936 implementoval motor s plynovou turbínou s odstredivým kompresorom. Obrovský prínos k vytvoreniu teórie prúdového motora priniesla práca ruských vedcov S.S. Nezhdanovský, I.V. Meshchersky, N.E. Žukovského. Francúzsky vedec R. Hainault-Peltry, nemecký vedec G. Oberth. Vytvorenie motora dýchajúceho vzduch ovplyvnilo aj dielo slávneho sovietskeho vedca B.S. Stechkin, ktorý v roku 1929 publikoval svoju prácu „Teória vzduchového prúdového motora“. Práca na vytvorení kvapalného prúdového motora sa nezastavila: v roku 1926 vypustil americký vedec R. Goddard raketu na kvapalné palivo. Práca na tejto téme prebiehala aj v Sovietskom zväze: od roku 1929 do roku 1933 V.P. Glushko vyvinul a testoval elektrotermálny prúdový motor v laboratóriu dynamiky plynu. V tomto období vytvoril aj prvé domáce kvapalinové prúdové motory – ORM, ORM-1, ORM-2. Najväčší prínos k praktickej realizácii prúdového motora mali nemeckí konštruktéri a vedci. S podporou a financovaním od štátu, ktorý dúfal, že týmto spôsobom dosiahne technickú prevahu v nadchádzajúcej vojne, ženijný zbor III. ríše pristúpil s maximálnou efektivitou a v krátkom čase k vytvoreniu bojových systémov založených na ideách prúdového pohonu. . Pri sústredení pozornosti na leteckú zložku môžeme konštatovať, že už 27. augusta 1939 skúšobný pilot Heinkel, kapitán E. Warsitz, vzlietol He.178 - prúdové lietadlo, ktorého technologický vývoj bol následne využitý pri tvorbe z Heinkel He.280 a Messerschmitt Me.262 Schwalbe. Motor Heinkel Strahltriebwerke HeS 3 inštalovaný na Heinkel He.178, navrhnutý H.-I. von Ohaina, aj keď nemal vysoký výkon, podarilo sa mu otvoriť éru prúdových letov vojenských lietadiel. Maximálnu rýchlosť 700 km/h dosiahol He.178 s použitím motora, ktorého výkon nepresahoval 500 kgf lúčov. Pred nami boli neobmedzené možnosti, čo pripravilo piestové motory o budúcnosť. Celá séria prúdových motorov vytvorených v Nemecku, napríklad Jumo-004 vyrábaná spoločnosťou Junkers, jej umožnila mať na konci druhej svetovej vojny sériové prúdové stíhačky a bombardéry, ktoré v tomto smere o niekoľko rokov predbehli ostatné krajiny. Po porážke Tretej ríše to bola nemecká technika, ktorá dala impulz vývoju prúdových lietadiel v mnohých krajinách sveta. Jedinou krajinou, ktorá dokázala odpovedať na nemeckú výzvu, bola Veľká Británia: prúdový motor Rolls-Royce Derwent 8 vytvorený F. Whittleom bol inštalovaný na stíhačke Gloster Meteor.

Zachytený Jumo 004 Prvým turbovrtuľovým motorom na svete bol maďarský motor Jendrassik Cs-1 navrhnutý D. Jendrasikom, ktorý ho zostrojil v roku 1937 v závode Ganz v Budapešti. Napriek problémom, ktoré sa vyskytli pri realizácii, motor mal byť inštalovaný na maďarskom dvojmotorovom útočnom lietadle Varga RMI-1 X/H, špeciálne pre tento účel navrhnutým leteckým konštruktérom L. Vargom. Maďarským špecialistom sa však práce nepodarilo dokončiť - podnik bol presmerovaný na výrobu nemeckých motorov Daimler-Benz DB 605, vybraných pre montáž na maďarský Messerschmitt Me.210. Pred začiatkom vojny pokračovali v ZSSR práce na vytvorení rôznych typov prúdových motorov. Takže v roku 1939 boli testované rakety poháňané náporovými motormi navrhnutými I.A. Merkulovej. V tom istom roku sa v závode Leningrad Kirov začali práce na konštrukcii prvého domáceho prúdového motora navrhnutého A.M. Kolísky. Vypuknutie vojny však zastavilo experimentálne práce na motore, smerujúc všetku produkčnú silu na potreby frontu. Skutočná éra prúdových motorov začala po skončení 2. svetovej vojny, kedy bola v krátkom čase pokorená nielen zvuková bariéra, ale aj gravitácia, čo umožnilo vyniesť ľudstvo do vesmíru.

Prúdový pohon je proces, v ktorom určité telo jedna z jeho častí sa oddeľuje určitou rýchlosťou. Sila, ktorá v tomto prípade vzniká, funguje sama o sebe, bez najmenšieho kontaktu s vonkajšími telesami. Prúdový pohon sa stal impulzom pre vytvorenie prúdového motora. Jeho princíp fungovania je založený práve na tejto sile. Ako taký motor funguje? Skúsme na to prísť.

Historické fakty

Myšlienku využitia prúdového pohonu, ktorý by prekonal gravitačnú silu Zeme, predložil v roku 1903 fenomén ruská veda- Ciolkovskij. Na túto tému publikoval celú štúdiu, ktorá sa však nebrala vážne. Konstantin Eduardovič, ktorý zažil zmenu v politickom systéme, strávil roky práce, aby všetkým dokázal, že má pravdu.

Dnes existuje veľa povestí, že revolucionár Kibalchich bol v tejto veci prvý. Ale v čase, keď boli publikované Tsiolkovského diela, závet tohto muža bol pochovaný spolu s Kibalchichom. Navyše to nebola plnohodnotná práca, ale iba náčrty a obrysy - revolucionár nedokázal poskytnúť spoľahlivý základ pre teoretické výpočty vo svojich dielach.

Ako funguje reaktívna sila?

Aby ste pochopili, ako funguje prúdový motor, musíte pochopiť, ako táto sila funguje.

Predstavte si teda výstrel z akejkoľvek strelnej zbrane. Toto jasný príklad pôsobenie reaktívnej sily. Prúd horúceho plynu, ktorý vzniká pri spaľovaní náboja v náboji, tlačí zbraň späť. Čím silnejší je náboj, tým silnejší bude spätný ráz.

Teraz si predstavme proces zapálenia horľavej zmesi: prebieha postupne a nepretržite. Presne tak vyzerá princíp fungovania náporového motora. Podobne funguje aj raketa s prúdovým motorom na tuhé palivo – ide o najjednoduchšiu z jej variácií. Poznajú ho aj začínajúci raketoví modelári.

Čierny prach sa spočiatku používal ako palivo pre prúdové motory. Prúdové motory, ktorých princíp činnosti bol už pokročilejší, vyžadovali palivo na nitrocelulózovom základe, ktoré bolo rozpustené v nitroglyceríne. Vo veľkých jednotkách, ktoré vypúšťajú rakety, ktoré vynášajú na obežnú dráhu raketoplány, dnes ako okysličovadlo používajú špeciálnu zmes polymérového paliva s chloristanom amónnym.

Princíp činnosti RD

Teraz stojí za to pochopiť princíp činnosti prúdového motora. K tomu môžete zvážiť klasiku - kvapalinové motory, ktoré zostali prakticky nezmenené od čias Tsiolkovského. Tieto jednotky používajú palivo a okysličovadlo.

Ten používa kvapalný kyslík alebo kyselinu dusičnú. Ako palivo sa používa petrolej. Moderné kvapalné kryogénne motory spotrebúvajú kvapalný vodík. Pri oxidácii kyslíkom zvyšuje špecifický impulz (až o 30 percent). Myšlienka, že by sa dal použiť vodík, tiež vznikla v hlave Ciolkovského. Pre extrémne nebezpečenstvo výbuchu však bolo v tom čase potrebné hľadať iné palivo.

Princíp fungovania je nasledovný. Komponenty vstupujú do spaľovacej komory z dvoch samostatných nádrží. Po zmiešaní sa premenia na hmotu, ktorá pri spaľovaní uvoľňuje obrovské množstvo tepla a desaťtisíc atmosfér tlaku. Oxidačné činidlo sa privádza do spaľovacej komory. Palivová zmes ochladzuje tieto prvky pri prechode medzi dvojitými stenami komory a trysky. Ďalej bude palivo ohrievané stenami prúdiť cez obrovské množstvo trysiek do zóny zapaľovania. Prúd, ktorý sa vytvára pomocou dýzy, vybuchne. Vďaka tomu je zabezpečený tlačný moment.

V stručnosti, princíp činnosti prúdového motora možno prirovnať k horáku. To posledné je však oveľa jednoduchšie. Jeho prevádzková schéma nezahŕňa rôzne pomocné motorové systémy. A to sú kompresory potrebné na vytvorenie vstrekovacieho tlaku, turbíny, ventily, ako aj ďalšie prvky, bez ktorých je prúdový motor jednoducho nemožný.

Napriek tomu, že kvapalné motory spotrebujú veľa paliva (spotreba paliva je približne 1000 gramov na 200 kilogramov nákladu), stále sa používajú ako pohonné jednotky pre nosné rakety a manévrovacie jednotky pre orbitálne stanice, ale aj iné kozmické lode.

Zariadenie

Typický prúdový motor je skonštruovaný nasledovne. Jeho hlavné zložky sú:

kompresor;

Spaľovacia komora;

Turbíny;

Výfukový systém.

Pozrime sa na tieto prvky podrobnejšie. Kompresor pozostáva z niekoľkých turbín. Ich úlohou je nasávať a stláčať vzduch, keď prechádza lopatkami. Počas procesu kompresie sa zvyšuje teplota a tlak vzduchu. Časť tohto stlačeného vzduchu sa privádza do spaľovacej komory. V ňom sa vzduch mieša s palivom a dochádza k vznieteniu. Tento proces ďalej zvyšuje tepelnú energiu.

Zmes opúšťa spaľovaciu komoru vysokou rýchlosťou a následne expanduje. Potom nasleduje ďalšia turbína, ktorej lopatky sa vplyvom plynov otáčajú. Táto turbína, pripojená ku kompresoru umiestnenému v prednej časti jednotky, ju uvádza do pohybu. Vzduch ohriaty na vysoké teploty vychádza cez výfukový systém. Teplota, už aj tak dosť vysoká, stále stúpa v dôsledku škrtiaceho efektu. Potom vzduch úplne vyjde.

Motor lietadla

Tieto motory používajú aj lietadlá. Napríklad prúdové jednotky sú inštalované v obrovských osobných lietadlách. Od konvenčných sa líšia prítomnosťou dvoch nádrží. Jeden obsahuje palivo a druhý obsahuje okysličovadlo. Zatiaľ čo prúdový motor nesie iba palivo, vzduch čerpaný z atmosféry sa používa ako okysličovadlo.

Prúdový motor

Princíp činnosti leteckého prúdového motora je založený na rovnakej reaktívnej sile a rovnakých fyzikálnych zákonoch. Najdôležitejšou časťou sú lopatky turbíny. Konečný výkon závisí od veľkosti čepele.

Práve vďaka turbínam vzniká ťah, ktorý je potrebný na zrýchlenie lietadla. Každá z lopatiek je desaťkrát výkonnejšia ako bežný automobilový spaľovací motor. Turbíny sú inštalované za spaľovacou komorou, kde je najvyšší tlak. A teplota tu môže dosiahnuť jeden a pol tisíc stupňov.

Dvojokruhová rolovacia dráha

Tieto jednotky majú mnoho výhod oproti prúdovým. Napríklad výrazne nižšia spotreba paliva pri rovnakom výkone.

Ale samotný motor má viac komplexný dizajn a väčšiu váhu.

A princíp činnosti dvojokruhového prúdového motora je mierne odlišný. Vzduch zachytený turbínou je čiastočne stlačený a privádzaný do kompresora v prvom okruhu a do stacionárnych lopatiek v druhom okruhu. Turbína funguje ako nízkotlakový kompresor. V prvom okruhu motora sa vzduch stláča a ohrieva a potom cez kompresor vysoký tlak dodávané do spaľovacej komory. Tu dochádza k zmiešaniu s palivom a vznieteniu. Vznikajú plyny, ktoré sú privádzané do vysokotlakovej turbíny, vďaka čomu sa lopatky turbíny otáčajú, čo zase dodáva rotačný pohyb vysokotlakovému kompresoru. Plyny potom prechádzajú cez nízkotlakovú turbínu. Ten aktivuje ventilátor a nakoniec plyny vytekajú a vytvárajú ťah.

Synchrónne rolovacie dráhy

Ide o elektromotory. Princíp činnosti synchrónneho reluktančného motora je podobný činnosti krokovej jednotky. AC sa privádza do statora a vytvára magnetické pole okolo rotora. Ten sa otáča vďaka tomu, že sa snaží minimalizovať magnetický odpor. Tieto motory nemajú nič spoločné s prieskumom vesmíru a štartom raketoplánov.