Огненное сердце. Вершина инженерной мысли. Говорят, что самолёт проектируется вокруг двигателя, потому что без этой самой важной вещи воздушное судно становится планером. И вот, чтобы наша масса железа научилась не просто парить, но и летать... об этом как раз дальше.
Примечание.
Если вы разбираетесь в принципах полёта и устройстве реактивного двигателя, можете смело пропускать. Новой информации для Вас здесь не будет. Если не сложно поставьте "мне нравится" в конце. Автору будет приятно.
В прошлый раз мы разобрали что и как держит самолёт в воздухе. Сегодня поговорим про то, что самолёт в воздух запускает.
С "Y" мы разобрались в прошлой статье.
"Х" это то самое сопротивление, которое создает воздух при движении самолёта вперед.
"G" – сила тяжести.
А вот что такое "Р"?
А "Р" — это тяга, которую создает двигатель.
Двигатели на самолёте можно поделить на две большие группы: поршневые и реактивные. Поршневые оставим в покое, они установлены в основном на маленьких самолётах и их принцип работы такой же, как у автомобильных.
А вот с реактивными уже интересней.
Они бывают турбовинтовые, турбореактивные и прямоточные. (На самом деле классификаций намного больше, но остановимся на трех основных).
Чтобы начать объяснять, как это все работает, надо сначала разобраться с принципом реактивного движения, а поможет нам в этом закон сохранения импульса.
Итак, вставайте на скейтборд, берите в руки тяжелый кирпич и кидайте его назад. Поздравляю, вы поехали вперёд. Если нет скейтборда, берите шарик, вдувайте в него воздух, а потом отпускайте - шарик полетел.
В первом случае наглядно показано, как работает закон сохранения импульса, а во втором, как этот закон связан с принципом реактивного движения.
Теперь обобщим: когда вы выкидываете от себя какое-то тело с какой-то скоростью, вы начинаете двигаться в противоположную сторону от этого тела. В этом и заключается принцип реактивного движения.
Но если все так просто, почему же тогда двигатель такой большой, дорогой и сложный, если достаточно всего лишь воздух выпускать? Стояли бы везде такие шарики и летали бы так.
Да, вроде просто, но проблема в том, что шарик легкий, а самолёт тяжелый. А закон сохранения импульса говорит нам о том, что нам нужно выбросить либо что-то тяжелое, либо что-то очень быстро. Так как воздух, если можно так сказать, (да не повесят меня физики) легкий, то гнать его надо очень быстро, чтоб толкать большой самолёт.
Самое время вспомнить термодинамику. Не бойтесь, сложно не будет. Напомню всего лишь один принцип. Скорость молекул связанна с температурой, а температура газа - с его давлением (больше скорость движения молекул - выше температура, и тем больше давление газа). Соответственно, весь этот сложный двигатель по факту большая печка, которая греет воздух, сжигая топливо, а потом выпускает его в противоположную сторону от направления, куда мы хотим лететь. Если в двигателе нет ничего кроме этой «печки», он называется прямоточным реактивным двигателем.
Но нам мало просто создать тягу, нам бы неплохо еще самолёт всякими приятными вещами обеспечить, типа электричества. А еще неплохо бы увеличить давление воздуха в камере сгорания (та самая печка), чтобы это все эффективнее горело и быстрее вылетало.
И для того, чтобы все это обеспечить, на двигатель вещают еще всякие агрегаты, такие как роторы компрессора, турбины, внутренние и внешние валы, форсунки, сопло и так далее. Звучит супер сложно, но не бойтесь, сейчас о самом важном для понимания принципа работы расскажу.
Компрессор
Компрессор — это у нас большой насос. Вся его задача состоит в том, чтобы нагнетать воздух под большим давлением в камеру сгорания. Состоит из ротора (штука, которая вращается), статора (штука, которая не вращается) и лопаток. Такие роторы и статоры, попарно установленные, называют ступенью компрессора. Таких ступеней обычно несколько. Компрессоры бывают высокого и низкого давления.
Компрессор низкого давления, кроме того, что гонит воздух сквозь камеру сгорания, часть воздуха прогоняет напрямую через весь двигатель.
Компрессор высокого давления доделывает начатое и загоняет оставшийся воздух в камеру сгорания.
Такая схема наиболее распространена на современных двигателях и называется двухконтурной. Получается, у нас как бы два контура, по которым течёт воздух. Один внешний, воздух проходит по контуру, минуя камеру сгорания, и выходит сразу за соплом. Другой, внутренний, воздух после компрессора низкого давления проходит через компрессор высокого давления и попадает в камеру сгорания, а дальше на турбину. Такая схема уменьшает шум, увеличивает мощность и экономичность.
Камера сгорания
Как я уже упомянул выше, камера сгорания — это печка. «Дровами» служит керосин, через форсунки он подается мелкодисперсной структурой (крошечными капельками) в жаровую трубу, там смешивается с воздухом из компрессора высокого давления и поджигается. В процессе горения образуется газовоздушная смесь, температура, а вследствие, и давление многократно увеличивается, и вся эта смесь попадает дальше на турбину.
Турбина
Чтобы на самолёте работало ВСЁ, нужна энергия. Значит, её нужно как-то вырабатывать. Почему бы не использовать для этого часть энергии от газовоздушной смеси? Так и делают, проходя сквозь турбину, газ вращает её. Та, в свою очередь, вращает двигательные агрегаты (например генератор электроэнергии) и компрессоры (как правило установлено 2 турбины, одна вращает компрессор высокого давления, другая - компрессор низкого давления). Таким образом генерируется вся энергия на самолёте для остальных потребителей.
Сопло
После турбины смесь попадает в сопло. Сопло — это большая труба, предназначенная для направления выходящей струи. Так же, благодаря своей форме и свойствам газообразных веществ, газовоздушная смесь приобретает дополнительную скорость при покидании сопла.
На этом путешествие по внутренностям двигателя заканчивается. И вот, вся эта прогоревшая каша, вырываясь под давлением наружу, создает тягу, которая несёт самолёт вперед.
Что создает подъёмную силу выяснили. Что и как создает тягу разобрали. Но без ещё одной важной штуки это всего лишь быстролетящий вдаль кирпич. Настало время системы управления, и о ней в следующей статье.
Подписывайтесь, делитесь своими мыслями в комментариях, задавайте вопросы. До новых встреч в следующих статьях.
Предлагаю ознакомиться с материалом о эксперименте по управляемому крушению воздушного судна.
А тут узнать что общего между чайником и самолётом.