Двигатель внутреннего сгорания — другой тип поршневого двигателя. От паровой машины он отличается тем, что топливо сгорает у него не в топке парового котла, а непосредственно в цилиндре.
Теперь это самые распространенные тепловые двигатели в мире. Они более экономичны, чем паровые машины, не имеют тяжелого котла и поэтому находят применение в самых различных областях техники. Ценное свойство этих двигателей — небольшой их вес по отношению к единице развиваемой мощности. Так, автомобильный двигатель весит всего 1 кГ на 1 л. с.
Двигатели внутреннего сгорания приводят в действие автомобили, самолеты, тракторы, речные и морские суда, тепловозы и многие другие машины.
По способу заполнения цилиндра топливом двигатели внутреннего сгорания делятся на двухтактные и четырехтактные (подробнее о его работе см. стр. «Автомобили»).
У двигателей высокого сжатия — дизелей (двигателей с воспламенением от сжатия) - четыре такта, происходящих за два оборота вала, протекают несколько иначе, чем в карбюраторном двигателе. Поршень здесь засасывает и затем сильно сжимает не смесь топлива с воздухом, а чистый воздух. Когда на втором такте поршень достигнет своего верхнего положения, в полость двигателя вбрызгивается через форсунку жидкое топливо. От высокой температуры сжатого воздуха топливо воспламеняется и толкает поршень вниз.
В отличие от паровой машины, у которой пар все время давит на поршень и толкает его то в одну, то в другую сторону, у четырехтактного двигателя внутреннего сгорания на четыре такта и два оборота вала приходится только один рабочий ход. Это снижает мощность такого двигателя.
У двухтактного двигателя рабочий ход приходится на каждый оборот вала. Однако краткий промежуток времени, пока поршень находится в нижнем положении, недостаточен для того, чтобы хорошо очистить полость двигателя от продуктов сгорания. Это препятствует широкому применению двухтактного двигателя.
И четырехтактный и двухтактный двигатели могут работать как на легком топливе, которое распыляется в карбюраторе и подается вместе с воздухом в цилиндр после продувки, так и на тяжелом моторном топливе, которое вбрызгивается в полость цилиндра в конце хода сжатия.
|
| Так работает карбюраторный двигатель внутреннего сгорания: 1 — поршень; 2 — карбюратор; 3 — топливный бак; 4 — запальная свеча; 5 — магнето; 6 — труба для выхлопных газов; 7 — распределительный валик, управляющий всасывающим и выхлопным клапанами; 8 — валик, передающий движение масляному шестеренчатому насосу; 9 — водяная помпа; 10 — радиатор. |
Широкое применение в современной технике двигателей внутреннего сгорания привело к довольно обширной их специализации. Помимо разделения на четырехтактные и двухтактные, они подразделяются:
- По процессу сжигания топлива — на двигатели быстрого сгорания и двигатели постепенного сгорания. У первых смесь паров топлива с воздухом сгорает почти мгновенно. У вторых топливо подается отдельно от воздуха и сгорает по мере вбрызгивания его в цилиндр.
- По способу зажигания горючего — на двигатели с электрическим зажиганием, двигатели с запальным шаром (калоризатором) и дизельные двигатели. У первых горючее воспламеняется от искры тока высокого напряжения. У вторых при запуске нагревается запальный шар, а затем за счет теплоты предыдущего рабочего хода зажигается вбрызгиваемое горючее. У дизельных же двигателей вбрызнутое в конце хода сжатия горючее воспламеняется благодаря высокой температуре сжатого воздуха.
- По используемому виду топлива — на газовые, использующие естественный или искусственный, получаемый из твердого топлива (генераторный) газ; на двигатели легкого топлив а, или карбюраторные (бензиновые), и на двигатели моторного топлива (нефтяные).
- По конструктивным особенностям — на вертикальные и горизонтальные, одно- и много- цилиндровые, V-oбразные (цилиндры которых расположены под углом, как в латинской букве V) и звездообразные (цилиндры которых расположены вокруг вала, как спицы колеса).
|
| Основные механизмы дизельного двигателя внутреннего сгорания: 1 — поршень; 2 — топливный насос; з — топливный бак; 4 — воздухофильтр; 5 — клапаны; 6 — выхлопной патрубок; 7 — распределительный валик; 8 — валик масляного насоса; 9 — водяная помпа; 10 — радиатор. |
Очень распространенный тип двигателя — четырехтактный карбюраторный. На нашей схеме показан такой двигатель с одним цилиндром (обычно их бывает 4, 6, 8 и даже 12).
Для бесперебойной работы в двигателе внутреннего сгорания есть ряд систем: распределения, зажигания, питания, охлаждения и смазки (подробнее см. стр. «Автомобили»).
Паровая турбина
Паровая турбина отличается от паровой машины и двигателя внутреннего сгорания тем, что использует не давление пара или газа на поршень, а скорость движения газа или пара. Для этого необходимо давление (потенциальную энергию) пара или газа превратить в энергию движения (кинетическую энергию).
Если взять прочный сосуд, наполнить его паром под высоким давлением, а затем открыть отверстие в стенке этого сосуда, то пар с большой скоростью будет вырываться наружу. Казалось бы, чем больше давление внутри сосуда, тем больше будет скорость вытекающей струи пара. Однако на самом деле это не так.
Как бы ни было велико давление внутри сосуда, скорость пара не превзойдет скорости звука. А при этой скорости энергия давления превратится в энергию скорости только в небольшой доле. Это объясняется тем, что при выходе пара из отверстия сосуда возникает особое, критическое давление, которое равно примерно половине давления внутри сосуда. Придать струе пара высокую скорость можно только при помощи специальной конической трубки — расширяющегося сопла.
|
| Так скоростная энергия струи пара передается турбине |
Скоростную энергию струи пара используют для вращения вала турбины. Это можно сделать, применив либо активный, либо реактивный принцип.
При активном принципе все давление пара превращается в скорость в сопле турбины. Лопатки ее рабочего колеса получают только скоростную энергию. Струя пара, выходящая из сопла со скоростью С1, бьет в щит, удерживаемый на месте грузом. Действие на щит, равное силе Р, происходит в результате того, что направление движущейся струи пара изменено. Упорядочив это движение и применив полукруглый щит с безударным входом пара, мы поворачиваем струю на 180°. Груз придется увеличить, так как действующая на щит сила возрастет, потому что потери энергии на бесполезное рассеивание пара в стороны теперь не будет. Если же не увеличивать груз, то тележка со щитом начнет двигаться, и таким образом мы получим работу. Подбирая различную величину груза и изменяя скорость движения, можно получить разные значения работы. Если скорость движения тележки сделать вдвое меньше скорости пара, то энергия струи пара передается тележке со щитом лучше всего и скорость С., пара, сходящего с тележки, будет ничтожна.
Так как скорость пара при выходе из сопла огромна (более 1 км/сек), то и скорость движения щита также очень велика (не менее 0,5 км/сек). Если же струя пара ударяет не в щит, а в лопатку, насаженную на рабочее колесо турбины, то это колесо будет вращать вал со скоростью десятков тысяч оборотов в минуту. При такой скорости центробежная сила стремится оторвать даже маленькую лопатку весом в 20-30 Г с силой, превышающей несколько тонн. Поэтому турбина этого типа широкого распространения не получила.
Чтобы активная турбина работала, приходится пристраивать к ней редуктор — механизм для уменьшения числа оборотов. По своим размерам он во много раз превышает самое турбину (она называется активной одновенечной, так как у нее один ряд, или венец, лопаток).
Что же происходит в такой турбине? Пар с давлением Р1 поступает в сопло 1 и расширяется в нем, причем давление пара надает до величины Р2. А за счет снижения давления скорость движения пара в сопле возрастает от значения C1 до С2. С такой скоростью он поступает на рабочую лопатку 2 колеса турбины и передает ей свою скорость. После этого скорость пара падает до значения С3, и он покидает турбину через выхлопной патрубок 3.
|
| Схема работы одновенечной активной паровой турбины |
Чтобы использовать всю потенциальную энергию давления пара и не получать при этом столь большой скорости его истечения, т. е. чтобы уменьшить число оборотов вала, были предложены турбины со ступенями давления.
Давление пара в них превращается в скорость не сразу, а постепенно. В каждой ступени турбин в скорость преобразуется лишь небольшая часть давления. Получается как бы серия одновенечных турбин, работающих одна после другой и использующих лишь часть полного давления пара. В действительности эти отдельные турбины размещены на одном общем валу.
На валу такой турбины насажены колеса-диски с лопатками. К корпусу ее прикреплены перегородки — диафрагмы — с размещенными в них соплами (лопатками). Чтобы нар не перетекал через перегородки, в местах, где через них проходит вал, сделаны уплотнения в виде каналов-лабиринтов. Через них просачивается мало пара.
Пар под большим давлением поступает в первый ряд лопаток. Здесь он только частично расширяется, давление его несколько падает, а скорость сильно возрастает. С большой скоростью пар поступает на лопатки первого рабочего колеса. Отдав при постоянном давлении свою скоростную энергию лопатке, пар с уменьшенной скоростью поступает в следующий ряд лопаток. И опять его давление лишь частично превращается в большую скорость, с которой он снова идет на лопатки рабочего колеса, а затем в следующий ряд сопел. После прохождения через все ступени его энергия будет отдана турбине, и он покинет ее через выхлопной патрубок с небольшими давлением и скоростью.
Так, постепенно превращая часть давления пара в скорость и передавая ее лопаткам рабочего колеса, удалось получить турбину с умеренным числом оборотов — 1,5-3 тыс. об/мин.
Существует другой способ снижения скорости оборотов вала, позволяющий значительно уменьшить количество ступеней. Это будут уже не ступени давления, а ступени скорости. Предположим, что пар выходит из сопла со скоростью 800 м/сек. Если придать лопатке рабочего колеса скорость не в два (как в одновенечной турбине), а в четыре раза меньшую, чем скорость пара (т. е. 200 м/сек), то пар догонит лопатку со скоростью 800 - 200=600 м/сек. С этой скоростью он обойдет лопатку и повернет влево. Но так как лопатка движется вправо, то скорость пара по выходе из нее будет равна 600 - 200 = 400 м/сек. С этой скоростью он направляется с рабочей лопатки на неподвижную направляющую лопатку, которая лишь изменяет направление его движения. Отсюда он с той же скоростью (400 м/сек) идет ко второй рабочей лопатке. Она также движется со скоростью 200 м/сек. Пар отдает ей работу и идет влево. Скорость его по выходе с кромки лопатки будет 200 м/сек. А так как лопатка сама движется вправо с той же скоростью, то скорость покинувшего ее пара будет 200 - 200 = 0.
Значит, вся скоростная энергия пара отдается лопаткам турбины.
Так в принципе работает турбина с двумя ступенями скорости. На валу ее сидит колесо с двумя рядами лопаток. Пар поступает в сопло, где его давление падает до выходного и превращается при этом в громадную скорость. На первом рабочем венце эта скорость расходуется только наполовину.
Затем пар изменяет направление на неподвижной лопатке направляющего венца, и оставшаяся скорость срабатывается на лопатках второго рабочего венца.
Ступени скорости, при меньшем их числе по сравнению со ступенями давления, дают возможность получить умеренное число оборотов турбины. Они легко поддаются регулированию, но имеют меньший к.п.д., чем ступени давления. Поэтому в современных турбинах сочетают ступени скорости и ступени давления.
|
| Так работает многовенечная реактивная турбина. |
При реактивном принципе работы турбины давление пара преобразуется в скорость как в неподвижных соплах, так и на самих подвижных лопатках турбины. Каналы между этими лопатками служат в то же время каналами сопел.
Каждая лопатка не только движется скоростной энергией пара, но и сама вырабатывает эту энергию за счет падения давления пара. Поэтому давление пара до и после лопатки неодинаково, а создаваемая разность давлений толкает лопатку.
На валу 1 такой реактивной турбины сидит барабан с венцами подвижных лопаток 2. Неподвижные лопатки 3 — сопла — укреплены в корпусе. Пар с давлением Р1 и скоростью C1 поступает в отверстие 4. Давление падает (и на неподвижных, и на подвижных венцах), а скорость возрастает на неподвижных и срабатывается на подвижных венцах. С давлением Рк и скоростью Св пар покидает турбину через выхлопной патрубок.
Так как давление пара до и после венцов не равно, барабан с большой силой стремится к движению вдоль оси. Чтобы уравновесить эту силу, в турбине установлен специальный разгрузочный поршень. Разность усилий от давления пара на поршень с обеих сторон уравновешивает барабан.
Паровая турбина — самый мощный двигатель в современной технике. В СССР уже строятся турбины мощностью 100, 150, 200 тыс. кВт., создается турбина в 300 тыс. кВт. Она одна сможет выработать электроэнергии в 5 раз больше, чем Волховская гидроэлектростанция. А три такие турбины превзойдут по мощности Днепровскую гидроэлектростанцию им. В. И. Ленина.
Но и такая гигантская мощность — не предел для паровых турбин. Сейчас уже проектируются паровые турбины мощностью свыше 600 тыс. кВт. Громадная мощность паровых турбин и большое число оборотов сделали их основными двигателями тепловых электростанций. Применяют их и на атомных электростанциях, где огромное количество тепла, выделяемого реактором, используется для получения водяного пара, приводящего в действие паровые турбины.
Паровые турбины широко применяются и как двигатели крупных океанских судов. Для согласования большого количества оборотов турбины со сравнительно низким числом оборотов гребных винтов сооружают мощную турбинную электростанцию. Ее ток питает электрические двигатели гребных винтов. Суда с такими установками называют турбоэлектроходами.
Паровые турбины используются также для вращения машин, которым требуется большое число оборотов. Это главным образом турбовоздуходувки и турбокомпрессоры — машины, похожие на турбины и по внешнему виду и по конструкции, но работающие в обратном направлении. Так, если в турбине за счет расширения пара получается механическая работа, то в этих: машинах, наоборот, за счет затраты механической работы происходит сжатие.
Газовая турбина
Паровая турбина отличается от паровой машины и двигателя внутреннего сгорания тем, что использует не давление пара или газа на поршень, а скорость движения газа или пара. Для этого необходимо давление (потенциальную энергию) пара или газа превратить в энергию движения (кинетическую энергию).
Если взять прочный сосуд, наполнить его паром под высоким давлением, а затем открыть отверстие в стенке этого сосуда, то пар с большой скоростью будет вырываться наружу. Казалось бы, чем больше давление внутри сосуда, тем больше будет скорость вытекающей струи пара. Однако на самом деле это не так.
Как бы ни было велико давление внутри сосуда, скорость пара не превзойдет скорости звука. А при этой скорости энергия давления превратится в энергию скорости только в небольшой доле. Это объясняется тем, что при выходе пара из отверстия сосуда возникает особое, критическое давление, которое равно примерно половине давления внутри сосуда. Придать струе пара высокую скорость можно только при помощи специальной конической трубки — расширяющегося сопла.
Скоростную энергию струи пара используют для вращения вала турбины. Это можно сделать, применив либо активный, либо реактивный принцип.
При активном принципе все давление пара превращается в скорость в сопле турбины. Лопатки ее рабочего колеса получают только скоростную энергию. Струя пара, выходящая из сопла со скоростью С1, бьет в щит, удерживаемый на месте грузом. Действие на щит, равное силе Р, происходит в результате того, что направление движущейся струи пара изменено. Упорядочив это движение и применив полукруглый щит с безударным входом пара, мы поворачиваем струю на 180°. Груз придется увеличить, так как действующая на щит сила возрастет, потому что потери энергии на бесполезное рассеивание пара в стороны теперь не будет. Если же не увеличивать груз, то тележка со щитом начнет двигаться, и таким образом мы получим работу. Подбирая различную величину груза и изменяя скорость движения, можно получить разные значения работы. Если скорость движения тележки сделать вдвое меньше скорости пара, то энергия струи пара передается тележке со щитом лучше всего и скорость С., пара, сходящего с тележки, будет ничтожна.
Так как скорость пара при выходе из сопла огромна (более 1 км/сек), то и скорость движения щита также очень велика (не менее 0,5 км/сек). Если же струя пара ударяет не в щит, а в лопатку, насаженную на рабочее колесо турбины, то это колесо будет вращать вал со скоростью десятков тысяч оборотов в минуту. При такой скорости центробежная сила стремится оторвать даже маленькую лопатку весом в 20-30 Г с силой, превышающей несколько тонн. Поэтому турбина этого типа широкого распространения не получила.
Чтобы активная турбина работала, приходится пристраивать к ней редуктор — механизм для уменьшения числа оборотов. По своим размерам он во много раз превышает самое турбину (она называется активной одновенечной, так как у нее один ряд, или венец, лопаток).
Что же происходит в такой турбине? Пар с давлением Р1 поступает в сопло 1 и расширяется в нем, причем давление пара надает до величины Р2. А за счет снижения давления скорость движения пара в сопле возрастает от значения C1 до С2. С такой скоростью он поступает на рабочую лопатку 2 колеса турбины и передает ей свою скорость. После этого скорость пара падает до значения С3, и он покидает турбину через выхлопной патрубок 3.
Чтобы использовать всю потенциальную энергию давления пара и не получать при этом столь большой скорости его истечения, т. е. чтобы уменьшить число оборотов вала, были предложены турбины со ступенями давления.
Давление пара в них превращается в скорость не сразу, а постепенно. В каждой ступени турбин в скорость преобразуется лишь небольшая часть давления. Получается как бы серия одновенечных турбин, работающих одна после другой и использующих лишь часть полного давления пара. В действительности эти отдельные турбины размещены на одном общем валу.
|
| Схема газовой турбины |
На валу такой турбины насажены колеса-диски с лопатками. К корпусу ее прикреплены перегородки — диафрагмы — с размещенными в них соплами (лопатками). Чтобы нар не перетекал через перегородки, в местах, где через них проходит вал, сделаны уплотнения в виде каналов-лабиринтов. Через них просачивается мало пара.
Пар под большим давлением поступает в первый ряд лопаток. Здесь он только частично расширяется, давление его несколько падает, а скорость сильно возрастает. С большой скоростью пар поступает на лопатки первого рабочего колеса. Отдав при постоянном давлении свою скоростную энергию лопатке, пар с уменьшенной скоростью поступает в следующий ряд лопаток. И опять его давление лишь частично превращается в большую скорость, с которой он снова идет на лопатки рабочего колеса, а затем в следующий ряд сопел. После прохождения через все ступени его энергия будет отдана турбине, и он покинет ее через выхлопной патрубок с небольшими давлением и скоростью.
Так, постепенно превращая часть давления пара в скорость и передавая ее лопаткам рабочего колеса, удалось получить турбину с умеренным числом оборотов — 1,5-3 тыс. об/мин.
Существует другой способ снижения скорости оборотов вала, позволяющий значительно уменьшить количество ступеней. Это будут уже не ступени давления, а ступени скорости. Предположим, что пар выходит из сопла со скоростью 800 м/сек. Если придать лопатке рабочего колеса скорость не в два (как в одновенечной турбине), а в четыре раза меньшую, чем скорость пара (т. е. 200 м/сек), то пар догонит лопатку со скоростью 800 - 200=600 м/сек. С этой скоростью он обойдет лопатку и повернет влево. Но так как лопатка движется вправо, то скорость пара по выходе из нее будет равна 600 - 200 = 400 м/сек. С этой скоростью он направляется с рабочей лопатки на неподвижную направляющую лопатку, которая лишь изменяет направление его движения. Отсюда он с той же скоростью (400 м/сек) идет ко второй рабочей лопатке. Она также движется со скоростью 200 м/сек. Пар отдает ей работу и идет влево. Скорость его по выходе с кромки лопатки будет 200 м/сек. А так как лопатка сама движется вправо с той же скоростью, то скорость покинувшего ее пара будет 200 - 200 = 0.
Значит, вся скоростная энергия пара отдается лопаткам турбины.
Так в принципе работает турбина с двумя ступенями скорости. На валу ее сидит колесо с двумя рядами лопаток. Пар поступает в сопло, где его давление падает до выходного и превращается при этом в громадную скорость. На первом рабочем венце эта скорость расходуется только наполовину.
Затем пар изменяет направление на неподвижной лопатке направляющего венца, и оставшаяся скорость срабатывается на лопатках второго рабочего венца.
Ступени скорости, при меньшем их числе по сравнению со ступенями давления, дают возможность получить умеренное число оборотов турбины. Они легко поддаются регулированию, но имеют меньший к.п.д., чем ступени давления. Поэтому в современных турбинах сочетают ступени скорости и ступени давления.
При реактивном принципе работы турбины давление пара преобразуется в скорость как в неподвижных соплах, так и на самих подвижных лопатках турбины. Каналы между этими лопатками служат в то же время каналами сопел.
Каждая лопатка не только движется скоростной энергией пара, но и сама вырабатывает эту энергию за счет падения давления пара. Поэтому давление пара до и после лопатки неодинаково, а создаваемая разность давлений толкает лопатку.
|
| На чертеже газовой турбины видны: 1 — многоступенчатый компрессор; 2 — камера сгорания; 3 — газовая турбина; 4 — электрогенератор, получающий мощность от турбины; 5 — электродвигатель для запуска турбины. |
На валу 1 такой реактивной турбины сидит барабан с венцами подвижных лопаток 2. Неподвижные лопатки 3 — сопла — укреплены в корпусе. Пар с давлением Р1 и скоростью C1 поступает в отверстие 4. Давление падает (и на неподвижных, и на подвижных венцах), а скорость возрастает на неподвижных и срабатывается на подвижных венцах. С давлением Рк и скоростью Св пар покидает турбину через выхлопной патрубок.
Так как давление пара до и после венцов не равно, барабан с большой силой стремится к движению вдоль оси. Чтобы уравновесить эту силу, в турбине установлен специальный разгрузочный поршень. Разность усилий от давления пара на поршень с обеих сторон уравновешивает барабан.
Паровая турбина — самый мощный двигатель в современной технике. В СССР уже строятся турбины мощностью 100, 150, 200 тыс. кВт., создается турбина в 300 тыс. кВт. Она одна сможет выработать электроэнергии в 5 раз больше, чем Волховская гидроэлектростанция. А три такие турбины превзойдут по мощности Днепровскую гидроэлектростанцию им. В. И. Ленина.
Но и такая гигантская мощность — не предел для паровых турбин. Сейчас уже проектируются паровые турбины мощностью свыше 600 тыс. кВт. Громадная мощность паровых турбин и большое число оборотов сделали их основными двигателями тепловых электростанций. Применяют их и на атомных электростанциях, где огромное количество тепла, выделяемого реактором, используется для получения водяного пара, приводящего в действие паровые турбины.
Паровые турбины широко применяются и как двигатели крупных океанских судов. Для согласования большого количества оборотов турбины со сравнительно низким числом оборотов гребных винтов сооружают мощную турбинную электростанцию. Ее ток питает электрические двигатели гребных винтов. Суда с такими установками называют турбоэлектроходами.
Паровые турбины используются также для вращения машин, которым требуется большое число оборотов. Это главным образом турбовоздуходувки и турбокомпрессоры — машины, похожие на турбины и по внешнему виду и по конструкции, но работающие в обратном направлении. Так, если в турбине за счет расширения пара получается механическая работа, то в этих: машинах, наоборот, за счет затраты механической работы происходит сжатие.
| Паровая турбина | Реактивные двигатели | 
|
Реактивные двигатели
Реактивные двигатели отличаются от других типов двигателей не по виду используемой в них энергии (как, например, тепловые двигатели отличаются от гидравлических), а но принципу отдачи работы. Поэтому реактивные двигатели в нашей таблице не выделены в отдельную графу. Ведь они могут быть и тепловыми, и гидравлическими, и атомными. Но всем им присуще одно общее свойство — применение реактивного принципа движения. Этот принцип заключается в том, что струя жидкости, газа или пара, выходящая из какого-нибудь тела, оказывает на это тело давление тем большее, чем больше разность скоростей газа на входе в тело и выходе из него.
|
| Реактивные двигатели. ЖРД. Двигатель 1 приводит в движение насосы 2. Один из них накачивает горючее из резервуара 3 в полость 5, окружающую камеру сгорания, а затем и в камеру сгорания 6.-Второй насос подает туда же окислитель из резервуара 4. Продукты сгорания с большой скоростью выходят через сопло 7 и заставляют двигатель двигаться вместе с самолетом или ракетой. ВРДК. Воздух засасывается через отверстие I многоступенчатым компрессором 2, сжимается в нем и поступает в камеру сгорания з, куда форсунки подают топливо. Продукты сгорания отдают часть энергии газовой турбине 4У вращающей компрессор, и с большой скоростью выходят через сопло 5, создавая реактивную тягу. ПВРД (прямоточный воздушно-реактивный двигатель для сверхскоростной авиации будущего). Имеет двойной конус 2, управляющий движением воздуха, всасываемого через отверстие; форсунки 3 подают топливо в камеру сгорания 4, а продукты сгорания выходят через сверхзвуковое сопло 5. |
Реактивные двигатели бывают пороховые, в которых твердое топливо (порох) содержит в своем составе окислитель, необходимый для горения; жидкостно-реактивные (ЖРД), в которых жидкое горючее и окислитель расположены отдельно; воздушно-реактивные (ВРД), использующие в качестве окислителя кислород воздуха, и прямоточные воздушно-реактивные (ПВРД) для сверхскоростных самолетов.
Воздушно-реактивные двигатели рассчитаны на длительное время работы и имеют несколько конструктивных форм. Наиболее распространен воздушно-реактивный двигатель с компрессором (ВРДК), для вращения которого используется газовая турбина. Воздух в такой двигатель поступает через отверстие в передней его части и попадает на лопатки турбокомпрессора, сидящего на одном валу с газовой турбиной. В компрессоре воздух сжимается и направляется в камеру сгорания, в которую через форсунки подается горючее. Продукты сгорания проходят через сопла на рабочие лопатки газовой турбины и отдают часть своей энергии на вращение компрессора. А остальная их часть в виде мощной струи газа покидает двигатель через сопло и создает реактивную тягу.
Пороховые двигатели и ЖРД применяют при запуске метеорологических ракет, баллистических снарядов, искусственных спутников. ВРД с газовыми турбинами получили распространение в авиации. Подобными двигателями оборудованы, в частности, самолеты ТУ-104.
В нашей стране разработаны и применяются также гидравлические реактивные двигатели. Таким двигателем, например, снабжена новая конструкция исключительно маневренного мелкосидящего судна. Теплосиловая установка этого судна приводит в действие не винт или гребные колеса, а мощный насос. Он забирает воду в передней части судна и сильной струей выбрасывает ее из кормовой части. В результате судно движется вперед.
* * *
Тепловые двигатели используют в своей работе лишь незначительную часть заключенной в топливе энергии. Первые паровые машины использовали менее 1 % этой энергии. Затем их к. п. д. повысился до 10-15%. Сконструированные во второй половине XIX в. двигатели внутреннего сгорания использовали уже 25% энергии, а дизельные двигатели — 35%.
Современный уровень техники дает возможность строить тепловые двигатели (паровые и газовые) с использованием до 40% энергии. Борьба за высокие давления и температуры, изыскание возможностей их освоения — вот путь, по которому в ближайшие годы должно пойти дальнейшее развитие тепловых двигателей.