Принципиальная схема дозвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Ф – форсунка впрыска топлива
Как видно, двигатель состоит из трех основных частей:
входное устройство – диффузор (Н' - В),
камера сгорания (В - Г),
выходное сопло (Г - С).
В диффузоре происходит уменьшение скорости воздуха, которое обычно начинается до поступления его в двигатель (участок Н - Н’). В результате на участке Н - Н’ - В снижается скорость с, и теряемая кинетическая энергия в основном используется на работу сжатия этого же воздуха, причем р и Т воздуха повышаются.
В камере сгорания температура T возрастает, а уменьшение плотности газов приводит к увеличению скорости с. По этой же причине, а также из-за гидравлических потерь р несколько падает.
В выходном сопле вследствие уменьшения р газы, расширяясь, совершают работу, идущую в основном на увеличение их кинетической энергии. Снижение температуры Т происходит из-за контакта газового потока с окружающей средой.
Поскольку расширение газов происходит при более высоком уровне температур чем сжатие, то увеличение их кинетической энергии превышает уменьшение ее при сжатии. В результате кинетическая энергия потока возрастает и получаемое приращение скорости обусловливает создание двигателем тяги.
Тракт двигателя представляет собой спрофилированный открытый трубчатообразный канал, через который непрерывно течет поток газов. Получение в таком канале перепадов давлений возможно лишь за счет использования газодинамических сил, т. е. сил инерции газов, возникающих при изменении величины или направления скорости газового потока.
Таким образом, в ПВРД процессы сжатия и расширения осуществляются газодинамическими методами, тогда как в поршневом двигателе эти процессы получаются путем изменения объема неизменного количества заключенного в цилиндре почти неподвижного газа, т. е. объемным способом. Поэтому в отличие от поршневого двигателя рабочий процесс ПВРД может быть эффективным лишь при достаточно высоких скоростях потока, когда возможно иметь большие газодинамические силы.
Протекание рабочего процесса в непрерывно движущемся высокоскоростном потоке и относительно широкие проходные сечения тракта делают возможным получение в ПВРД расходов воздуха, в сотни раз больше достигнутых в поршневых двигателях. Это позволяет сжигать много топлива и тем самым иметь большое количество тепла для преобразования его в работу.
Однако при дозвуковых скоростях полета располагаемая кинетическая энергия поступающего воздуха способна повысить его давление не более чем в 1,6 – 1,75 раза, что обеспечивает преобразование в работу только 8 – 10% располагаемого тепла. Поэтому дозвуковые ПВРД малоэкономичны и развивают небольшие тяги по отношению к имеющемуся расходу воздуха. Для получения достаточной эффективности рабочего процесса необходимо иметь большее повышение давления при сжатии (не ниже чем в 4–6 раз) и, следовательно, сверхзвуковые скорости полета . Схема применяемых при этих скоростях так называемых сверхзвуковых ПВРД (СПВРД) показана на рисунке.
- § 1.4. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
- Принципиальная схема дозвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
- Принципиальная схема сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
- Принципиальная схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателя.
- § 1.5. Турбореактивные двигатели.
- Принципиальная схема турбореактивного двигателя.
- Принципиальная схема двухкаскадного турбореактивного двигателя.
- Принципиальная схема турбореактивного двигателя с форсажной камерой.
- § 1.6. Турбовинтовые двигатели.
- Принципиальная схема турбовинтового двигателя.
- Принципиальная схема турбовинтового двигателя со свободной турбиной.
- § 1.7. Турбовальные двигатели.
- Принципиальная схема турбовального двигателя со свободной турбиной.
- § 1.8. Двухконтурные турбореактивные двигатели.
- Принципиальная схема двухкаскадного двухконтурного турбореактивного двигателя с раздельным выходом.
- Принципиальная схема камеры смешения и форсажной камеры двухконтурного турбореактивного двигателя со смешением потоков обоих контуров