Реактивные Двигатели и Основы Работы Тепловой Машины
Тепловой машиной называется устройство, которое преобразует энергию теплового движения в механическую энергию. Существуют два типа тепловых машин: нециклические тепловые машины и циклические тепловые машины. Рассмотрим принцип действия машин второго типа. В основе теоретического обоснования тепловых машин лежит второй закон термодинамики, который утверждает: невозможно создать циклически работающий тепловой двигатель, единственным результатом действия которого получения от источника количества теплоты и превращение его полностью в механическую энергию. Чтобы тепловая машина могла циклически работать, она обязательно должна включать:
-Нагреватель.
-Холодильник.
-Рабочее тело.
Принцип работы такой машины состоит в следующем: рабочее тело, находясь в контакте с негревателем, получает от него в результате теплообмена количество теплоты Q1, нагреваясь до температуры T1. Затем контакт прерывается и рабочее тело переходит в контакт с холодильником.
В процессе перехода рабочее тело совершает механическую работу A. Придя в контакт с холодильником, оно отдаёт ему некоторое количество теплоты Q2 и охлаждается. Затем рабочее тело переходит в контакт с нагревателем и процесс повторяется.
1)*Для начала возмём для рассмотрения прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Он имеет наиболее простую схему работы.
-2-
Передний край трубки вбирает в себя воздух, - это воздухозаборник. Из сопла - задней части трубки – выходят отработанные газы. Средняя часть камера сгорания.
В камере сгорания горит воздушно-топливная смесь. Температура газа при этом повышается, возрастает скорость его движения. Раскалённые газы с силой выбрасываются через сопло, создавая реактивную тягу.
Но ПВРД может работать если на входе имеется скоростной поток воздуха, но самолёт самостоятельно стартовать с таким двигателем не может. Его нужно предварительно разогнать.
Обычный самолёт разгоняется при помощи воздушного винта. Но ведь ведь таким винтом – пропеллером можно разогнать и поток воздуха на входе двигателя. Так появился ТРД – турбореактивный двигатель. Чтобы запустить его к компрессору присоединяют стартёр, и компрессор создаёт первоначальный напор воздуха на входе. Затем уже начинает работать сам реактивный двигатель.
На пути раскалённых газов они поставили газовую турбину и соединили её с компрессором единым валом. Выходящие газ вращают турбину, соединённый с ней компрессор нагнетает воздушный поток в камеру сгорания, топливно-воздушная смесь горит, горячие газы вытекают из сопла, и цикл повторяется.
С помощью мощного и компактного турбореактивного самолёты очень скоро превысили скорость звука. Тяга турбореактивного двигателя может быть увеличена путём дополнительного сгорания топлива в форсажной камере, расположенной между турбиной и реактивным соплом.
Однако такие двигатели не всегда выгодны экономически. Для огромных транспортных самолётов, которые летают со скоростями 650-700 км/ч и поднимают в воздух одновременно десятки тонн груза, лучше использовать турбовинтовые двигатели – ТВД. Турбина может вращать и обычный воздушный винт. Для этого нужно удлинить вал, соединяющий её с компрессором, добавить
-3-
редуктор, который снизит частоту вращения винта (иначе воздушный поток станет срываться с лопастей и пропеллер в основном будет вращаться вхолостую).
2)*Рассмотрим в качестве примера действие реактивного двигателя. При сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла ракеты со скоростью v.
Ракета и выбрасываемые её двигателем газы взаимодействуют между собой. На основании закона сохранения импульса при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остаётся постоянной. До начала работы двигателей импульс ракеты и горючего был равен нулю; следовательно, и после включения двигателей сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:
MV + MV = 0,
Где М – масса ракеты; V – скорость ракеты; m – масса выброшенных газов; v – скорость истечения газов.
Отсюда получаем
MV = -mv.
А для модуля V скорости ракеты имеем
V=(m/M) v.
Эта формула применима для вычисления модуля скорости V ракеты при условии небольшого изменения массы M ракеты в результате работы её двигателей.
Реактивный двигатель обладает многими замечательными особенностями, но главная из них заключается в следующем. Ракете для движения не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, так как она движется в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому ракета может двигаться в безвоздушном пространстве.
-4-
К. Э. Циолковский – основоположник теории космических полётов. Научное доказательство возможности использования ракеты для полётов в космическое пространство, за пределы земной атмосферы и к другим планетам Солнечной системы было дано впервые русским учёным и изобретателем Константином Эдуардовичем Циолковским.
*:1)-Описание реактивного двигателя.
2)-Описание в формулах реактивного двигателя.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1) Энциклопедический Словарь Юного Техника
Автор: Зубков.Б.В.
Чумаков.С.В.
2) Тепловые Явления В Технике
Автор: Билимович.Б.Ф.
3) Физика
Автор: Кабардин.О.Ф.
4)Физика
Автор: Евфремов.А.П.
Кутузов.Ю.А.