Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Устройство водометного двигателя: Про водометы

Содержание

Про водометы

Про водометы

Википедия глаголит:

Водометный движитель (водомет) — это движитель, у которого сила, движущая судно, создается выталкиваемой из него струей воды (реактивная тяга). По сути это водяной насос, который работает под водой. Применяются обычно на судах, плавающих на мелководье.

Водометные движители используются в мире уже с 1950-х годов. Это новозеландцы изобрели лодочный мотор, который можно было использовать безопасно и надежно на мелководных реках для доставки в труднодоступные места разнообразных грузов. Но для более менее коммерческого и повсеместного применения водометов ждали около 50 лет.

Достоинства водометного движителя

Хорошо защищён от механических повреждений и кавитации (процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости )
Хорошо плавает по мелководью (можно спокойно передвигаться по мелководным горным рекам и озерам с каменным дном), преодолевает засоренные участки водоёмов и даже перекаты и мели ( в отличие от винтового мотора, в котором такие штуки могут можно разрушить и винт, и сам мотор)
Безопасен для людей, которые находятся рядом в воде, т. к. импеллер находится внутри. Для применения в спасательной техники это очень актуально, т.к. спасательное судно должно быть как можно ближе к спасаемому человеку. И, кстати, глушить водомет нет необходимости
На больших скоростях КПД лучше, чем у винтовых. Тут на выбор: либо увеличенная максимальная скорость, либо экономия топлива
Водомётные катера более устойчивы и управляемы (даже при резких виражах на высокой скорости), потому что водомёт как бы «присасывает» катер к воде, за счет чего он устойчиво ведет себя. Можно совершить разворот практически на месте и двигаться бортом вперёд. Не требуется использование реверс-редуктора, торможение с полного хода, выбег судна при экстренном торможении наиболее короткий
Тише по сравнению с винтовыми движителями

Недостатки водометного движителя

Меньший, по сравнению с винтом, КПД на небольшой скорости из-за необходимости перевозки, помимо собственно полезного груза, также и воды, находящейся в трубопроводе; трения воды в трубопроводах;турбулентных завихрений потока воды в каналах водомёта
Затруднительность подачи воды сквозь днище судна к насосу, на эффективность которого будет влиять скорость движения судна относительно воды
Водозабор работает также как помпа и может затянуть со дна камни, песок, мусор.
Это может забить систему охлаждения либо повредить импеллер и водовод
Высока степень износа пары ротор-статор, так как эксплуатация производится на мелководье.
Cвоеобразное поведение водомётного катера на малом ходу

Мы используем водометные двигатели фирм Mercury и Weber, потому что они и мощные, и надежные, и крутые, что отлично соответствует нашим катерам.

Для тех, кто хочет досконально разобраться как работает водометный движитель

Импеллер

Импеллер (или винт, или рабочее колесо) — это лопаточная машина, заключенная в кольцо, снижает потери мощности и шумность.
Импеллер является главным элементом водометного движителя, преобразующим энергию двигателя в энергию поступательного движения судна.

Гидродинамически импеллеры бывают: осевые с цилиндрической и конической ступицей, осе-диагональные, диагональные и шнековые. Каждый из типов имеет свою область использования.
Осевые импеллеры являются предшественниками всех типов импеллеров водометных двигателей. Отличаются высокими значениями упора на низких скоростях движения. Имеют достаточно низкий кпд и небольшой запас по кавитации, что определяет применение низкооборотных двигателей. Просты в изготовлении.
Осе-диагональные импеллеры характеризуются достаточно высокими значениями кпд, способны эффективно работать на любых скоростях движения судна. Могут быть применены в компоновке со среднеоборотными двигателями.
Диагональные и шнековые импеллеры – это наиболее современные импеллеры, проектирование которых могут себе позволить только фирмы, имеющие базу разработки гидродинамики. У таких импеллеров максимальные значения кпд находятся в зонах высоких оборотов двигателей и скоростей движения судна.
Вообще, импеллер самая сложная деталь в составе водометного движителя, обычно они изготавливаются литыми с последующей механической обработкой лопастей. Некоторые производители изготавливают сварные импеллеры, заранее обработанные лопасти привариваются к ступице. Такая технология допустима в случае с низкооборотными осевыми импеллерами и совершенно не допустима для высокооборотных движителей. Значительный дисбалансы таких импеллеров, переменные силы действующие на лопасти неизменно приводят к отрыву лопастей, что может в свою очередь привести к разрушению всего движителя.
Большинство производителей водометов для малого судостроения изготавливают импеллеры методом точного литья с минимальной последующей обработкой. Такая технология дает значительное снижение стоимости изготовления при соблюдении высокой точности геометрии.
Импеллеры изготавливаются из нержавеющей стали или коррозионно-стойких бронз и латуней.

Водовод

Водовод (или водометная труба, или водозаборник) — обычно это профилированная труба. Водяной поток ускоряется либо лопастным механизмом, либо энергией сгорания топлива или давлением сжатого газа, что и обеспечивает направленный выброс струи через выпускное отверстие в корме. Отбрасываемая масса воды создает упор движителя, что и приводит судно в движение.
Водовод с точки зрения гидродинамики очень важная деталь любого водомета. Кроме этого конструктивно водозаборник, как правило, является несущей силовой деталью водометного движителя.Именно в водозаборнике происходит «подготовка» воды перед импеллером. Очень важно, чтобы течение жидкости подошедшей к импеллеру было максимально равномерным и ламинарным по всему сечению. Кроме того законом изменения сечений водозаборника можно добиться минимального разрежения на входе водозаборника, что положительно сказывается на способности водомета не «засасывать» в себя посторонние предметы.

Многие разработчики и производители недооценивают значения этого важного элемента водометного движителя, считая, что основная задача просто подвести воду к импеллеру. В угоду технологичности и компактности, водозаборники делают зачастую из листового материала, с очень крутыми подъемами свода водозаборника.

Основные правила проектирования водозаборников 
Свод водозаборника не должен быть крутым, должно быть соблюдено условие безотрывности течения потока воды от днища катера к своду водозаборника.
Входящая кромка, так называемая «губа» должна иметь профиль максимально приближенный к гидродинамическому.
Сечения водозаборника должны быть максимально приближены к форме трубы. Плоские поверхности образующие вход водозаборника, за два калибра от импеллера должны плавно перейти к форме круга.

Спрямляющий аппарат

Спрямляющий аппарат создает на пути движения воды определенное сопротивление. Что бы это сопротивление уменьшить, в идеале профиль лопаток спрямляющего аппарата должен быть правильного гидродинамического профиля, при этом сама конструкция спрямляющего аппарата не имеет большого значения с точки зрения гидродинамики.
Гидродинамические схемы исполнения спрямляющего аппарата. 
Лопаточное поджатие. Это когда лопатки спрямляющего аппарата выполняют одновременно и функцию соплового аппарата. В этом случае профиль лопаток имеет форму клина. У такого спрямляющего аппарата имеется одно преимущество – уменьшение осевого габарита всего водометного движителя. Но недостатков больше, чем преимуществ. Потери КПД достаточно велики, благодаря профилю лопаток. О недостатках такого сопла будет сказано ниже в разделе Сопловой аппарат.

Щелевой водомет. Собственно самого спрямляющего аппарата в такой схеме нет. Функцию спрямления струи выполняет сжатое в прямоугольник сопло. 
Авторство этого типа водометного движителя принадлежит ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова. Разрабатывалось это щелевое сопла для водометов большой мощности, для водоизмещающих судов с частично напорным водозаборником. Для глиссирующих судов этот тип ВД не эффективен. Пропульсивный КПД такого движителя не более 0,46, тогда как у традиционных ВД не менее 0,6, а у лучших образцов до 0,65.
Такая разница в КПД дает потерю скорости катера более 40%.

Сопловой аппарат

Сопловой аппарат (или просто сопло) – элемент гидродинамической части водометного движителя, формирующий струю, которая выходя из сопла обеспечивает реактивную тягу.
Задача соплового аппарата произвести поджатие воды на выходе из водомета. Уменьшение в сопле проходного сечения преобразует давление воды в ее скорость. Наибольшая эффективность сопла достигается его точной, правильной профилировкой. Уменьшая или увеличивая поджатие сопла, можно менять характеристики водометного движителя.

Виды сопловых аппаратов
В сопле размещен спрямляющий аппарат. Это значительно экономит осевой размер водомета, но требует очень дорогостоящего производства.
Сопло с лопаточными поджатием. В этом случае, так же спрямляющий аппарат расположен в сопле, но само сопло не имеет поджатия, эту функцию выполняют клиновые лопатки спрямляющего аппарата.
Из недостатков конструктивных и практических: трудность организации реверсивно-рулевого устройства. Диаметр струи равен диаметру импеллера, соответственно увеличиваются и размеры реверсивного устройства. Струя на выходе из такого сопла рваная и неравномерная, единственный вариант рулевого устройства – рули в потоке – не самый лучший вариант.
Щелевое сопло. В таком сопле, в угоду технологичности (можно все сделать из листового металла) и стремлению к уменьшению габаритов, некоторые изготовители водометов существенно пренебрегают эксплуатационными и техническими параметрами водометных движителей. Как было сказано выше, пропульсивный кпд такого движителя не более 0,46, что ведет к недобору скорости и перерасходу топлива. Как и для сопла с лопаточным поджатием, на водомете с щелевым соплом не возможно организовать эффективное реверсивно-рулевое устройство. Этот тип водометного движителя предложен в ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова и разрабатывался специально для водометов большой мощности, с частично напорным водозаборником.

Реверсивно-рулевое устройство (РРУ)

РРУ обеспечивает поворот судна, а при перекрытии потока из сопла, струя воды поворачивается обратно, что дает судну задний ход.

Задачи реверсивно-рулевого устройства
Максимально эффективно, без значительных усилий управлять судном на всех режимах переднего хода
Максимально эффективно использовать энергию водометного движителя на режиме заднего хода
Обеспечить хорошую управляемость судна при движении и маневрировании на заднем ходу

Наибольшее количество патентов, касающихся водометных движителей, относится именно к РРУ. Практически все ведущие фирмы, производителей водометной техники имеют свои, отличающиеся от других производителей, схемы РРУ.

Для управления на переднем ходу большинство производителей применяют различные конструкции поворотных насадок.

Существует, так называемое полноповоротное сопло, устройство, которое не воздействует на сформированную в сопле струю, поворачивая ее, а само поворачивается вместе со струей. То есть такое сопло по праву может называться устройством управления вектором тяги водометного движителя. Эффективность такого поворотного сопла чрезвычайно высока. На водометах на малом ходу для улучшения управляемости необходимы «подгазовки», а при использовании полноповоротного сопла, такая необходимость отпадает, судно одинаково эффективно управляется как на полном, таки на малом ходу. Конечно, конструкция такого рулевого устройства более сложная, чем у поворотной насадки.

В качестве рулевого устройства иногда используют рули в потоке. Такие устройства имеют целый ряд недостатков таких как: худшая управляемость,  нагруженность конструкции, потери эффективности до 5 % кпд движителя, повышенные усилия на штурвальном устройстве.

Известны схемы РРУ, когда рули в потоке при повороте на 90 градусов перекрывают весь поток струи водомета и вода начинает поступать в реверсивную камеру для обеспечения заднего хода, и при осуществлении реверса управляемость судном отсутствует.

Недостатком многих РРУ является нарушение мнемоники управления на режимах заднего хода (это когда при ходе назад, для поворота направо, штурвал необходимо крутить налево). Неэффективные реверсивные устройства – один из главных аргументов не в пользу водометных движителей при сравнении различных типов движителей.

Привод реверсивно-рулевого устройства (РРУ)

Существует великое множество приводов РРУ водометных движителей. Как правило каждая модель водомета любой фирмы имеет свой привод РРУ.
Для водометов большой мощности (более 250-300 л.с.), как правило, применяются приводы, использующие гидравлические исполнительные механизмы. Такие приводы достаточно дороги, так как требуют насосных станций, трубопроводов, исполнительных механизмов. 
Если исполнительные гидроцилиндры привода РРУ вынесены за борт судна, нужно быть готовым к тому, что он потребует очень внимательного отношения при эксплуатации. Совершенно не допустимо, что бы исполнительные гидроцилиндры находились под водой.
Для водометов малой мощности (до 150 л.с.), как правило приводы исключительно механические, так как нагрузки на элементы привода незначительны.

Подшипниковые узлы и дейдвудные уплотнения

Многие производители существенно экономят на стоимости производства водометной техники и устанавливают опорные подшипники скольжения и дейдвудные уплотнения – сальниковые набивки.
Применение подшипника скольжения в водометном движителе с технической точки зрения абсолютно не оправдано. Одним из главных параметров водометного двигателя является величина зазора между импеллером и обечайкой. При значительном увеличении этого зазора кпд движителя может существенно упасть. 
Подшипник скольжения  из-за своих свойств не может обеспечить постоянный зазор. Импеллер начинает задевать за обечайку, изнашиваться и в конечном счете зазор увеличивается. Некоторые производители для уменьшения этого эффекта используют коническую обечайку и рабочее колесо, требующее в процессе эксплуатации регулировки в осевом направлении.
При использовании подшипников качения таких проблем не существует. Безусловно, подшипниковые узлы должны быть надежно защищены от попадания в них воды. Эту функцию выполняет, в том числе, дейдвудное уплотнение.
Идеальным типом дейдвудного уплотнения является торцевое уплотнение. Такое уплотнение требует обязательного использования шарикоподшипниковых опор вала водомета. Торцевое уплотнение при эксплуатации неприхотливо, не требует обслуживания и единственное чего «не любит» — работы без воды.

Водомет подвержен забиванию водорослями, которые, наматываясь на вал с импеллером, могут его заклинить. В случае заклинивания водомета, для предотвращения поломки стационарного двигателя, на валу предусмотрена срезаемая шпонка. Очистить от водорослей можно, открыв смотровой лючок и убрав их. Смотровой лючок находится в своеобразном «колодце», края которого подняты выше ватерлинии, что позволяет иметь доступ к водоводу на плаву. От попадания в водомет крупных камней предохраняет решетка во впускном отверстии.


Водометные движители – оптимальное решение для катеров и яхт

Судостроители всего мира давно и с успехом используют водометные движители, однако отечественные владельцы катеров и яхт до сих пор чаще всего прибегают к использованию традиционных подвесных моторов и моторов с гребными винтами. И тем не менее российский рынок водометных движителей считается достаточно перспективным, так как движители такого типа обладают рядом неоспоримых преимуществ, привлекающих потенциальных покупателей. Небольшие катера, корабли береговой охраны, прогулочные суда и яхты, будучи оснащёнными водомётными движителями, приобретают характеристики, недостижимые для традиционных гребных винтов.

Водомет сконструирован так, чтобы не иметь выступающих вращающихся частей, поэтому для его нормальной работы достаточно толщины водяного слоя всего в несколько десятков сантиметров. Это делает водометные движители крайне удобными для использования на мелководье. Кроме того, они надёжны и неприхотливы в использовании – изготовители до сих пор поставляют запчасти к моделям, выпущенным ещё 30 лет назад. Да и с экономической точки зрения использование водометного движителя с дизельным двигателем обойдется дешевле бензинового подвесного лопастного мотора.

Принцип действия водометов

Принцип действия водомётного движителя основан на увеличении водного потока в сопле. Изменение водного потока создает реактивную тягу, обеспечивающую движение судна. Управление движением судна осуществляется путем изменения скорости и направления выбрасываемой струи воды. Для определения силы водяной струи используется термин «упор». Величина упора зависит от скорости вращения двигателя, приводящего в движение водомет. Направление потока воды может изменяться при помощи управляющей сопловой насадки, что позволяет управлять судном. Реверсивная заслонка позволяет поворачивать поток вперед или под наклоном вниз. Это позволяет судну тормозить или двигаться задним ходом.

Водомёт работает по принципу насоса: вода, попавшая внутрь на входе, с высокой скоростью выбрасывается на выходе. Разница в скоростях на входе и на выходе образует поток с определенным упором. Вода на входе проходит через водозабор, который располагается на днище судна и оснащен защитной решеткой. На малом ходу вода засасывается импеллером, а на больших скоростях вода нагнетается набегающим потоком за счет скорости судна. Давление увеличивается в водозаборе и при прохождении воды через импеллер. Перед тем как придать потоку ускорение и выбросить его из водомета, закрученный поток проходит через спрямляющую камеру.

Поскольку движущиеся части водомета находятся внутри корпуса судна, они надежно защищены от повреждений при встрече с подводными препятствиями, что и определяет основное преимущество этого вида движителей. Моторные суда с водометами могут проходить по мелководью с глубинами, почти равными осадке корпуса, преодолевать засоренные и заросшие участки водоемов и даже отдельные препятствия, выступающие из воды.

В водомете довольно велики потери на трение, поскольку вода течет внутри трубы, однако этот недостаток компенсируется повышенной эффективностью крыльчатки насоса — рабочего колеса — импеллера водомета. В итоге по своим пропульсивным характеристикам современный водомет практически не уступает гребному винту, а на самых высоких скоростях нередко и превосходит его.

История появления водометов

Идея создания водомётного движителя появилась значительно раньше, чем был изобретен гребной винт. Еще в 1784 г. Джемс Рамсей продемонстрировал на реке Потомак в США первый пароход с водомётным движителем. В 1867 г. английский военно-морской флот проводил опыты с центробежными насосами в качестве движителя для канонерской лодки «Уотервич» длиной 50 м. Паровая машина мощностью 760 л.с. при частоте вращения 40 об/мин приводила в действие центробежный насос. Ротор насоса имел диаметр около 4,25 м. Канонерская лодка с водомётным движителем развивала скорость около 9 узлов.

Последнее звено в длинной цепи исследований замкнулось в Новой Зеландии, где изобретатель Уильям Гамильтон попытался приспособить небольшой катер для плавания по каменистой мелководной горной речке. С обычным гребным винтом это было невозможно, так как части, выступающие под днищем, получали повреждения из-за ударов о камни. Вначале Гамильтон установил внутри катера обычный центробежный насос, в результате чего водяная струя выходила в корме под катером. Выходное отверстие было выполнено поворотным, т.е. управляемым, поскольку под днищем катера нельзя было установить даже маленького пера руля.

В 1953 г. Гамильтон решил подводное выпускное отверстие вывести на транец над водой, обеспечив выброс водяной струи в воздух. И это небольшое изменение оказалось весьма эффективным: если экспериментальный катер раньше развивал скорость около 10 узлов, то при выбросе струи в воздух была достигнута скорость уже 14,5 узлов. Новинка оказалось популярной, и фирма Гамильтона — HamiltonJet – начала массовый выпуск водомётных движителей.

В 1954 году первый водомет производства компании Hamilton успешно привел в движение небольшую лодку против быстрого течения реки. С этого времени производство водометных движителей HamiltonJet постоянно совершенствовалось и расширялось. За время своего существования компания получила мировой опыт, установив за 50 лет более 35.000 водометных движителей, и уверенно заняла лидирующее место в морской пропульсивной индустрии.

ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ HAMILTON JET: конструкция и преимущества

Компания HamiltonJet предлагает две линейки водометных движителей: HJ и HM.
Водометы серии HJ предназначены для судов длиной до 20 метров, мощность движителей этой серии варьируется от 350 до 1600 л.с.
Линейка водометных движителей серии HM включает в себя водометы мощностью от 1200 до 3750 л.с. (в форсированном режиме — от 1475 до 4700 л.с. соответственно), которые устанавливаются на суда длиной от 20 до 60 метров.

Водометные движители серии HJ включают в себя последние технологические новинки, используемые в морских пропульсивных системах. С увеличением скорости свыше 25 узлов водометы Hamilton обеспечивают более высокий пропульсивный коэффициент по сравнению с обычными гребными винтами. Таким образом, водометы серии HJ являются идеальным выбором для высокоскоростных рабочих катеров, патрульных судов, быстрых паромов и прогулочных судов для отдыха.

Новаторство компании HamiltonJet заключается в постоянном исследовании и развитии технологий по производству водометов, которые подвергаются серьезным гидродинамическим и тестовым испытаниям на местах эксплуатации.

Каждый водомет Hamilton – это полностью укомплектованный пропульсивный модуль, обязательно тестируемый на заводе. Системы рулевого управления и обратного хода уже встроены в водомет для упрощения монтажа и дальнейшего технического обслуживания. Среди преимуществ водометов Hamilton — простая регулировка движителя, исполнение водомета с прямым приводом или с соединением через редуктор.

Отсутствие открытого винта обеспечивает полную безопасность для живой морской природы и для людей в воде. Максимальный уровень комфорта достигается за счет отсутствия какой-либо вибрации корпуса судна, отсутствия крутящего момента и кавитации на больших скоростях. Риск разрушения при ударе снижен за счет отсутствия открытого винта. Рабочее колесо точно соответствует мощности двигателя, что исключает его перегрузку при любых условиях. Полная защита от коррозии и быстрого износа снижает время и расходы на техническое обслуживание. Все водометы Hamilton имеют защитный фильтр на входном отверстии.

Все водометы Hamilton спроектированы и производятся согласно требованиям ведущих мировых сертифицирующих сообществ. В производстве используются только прочные материалы с коррозионной стойкостью, а также применяется встроенная система с катодной защитой. Раздвоенный дефлектор обеспечивает мощное высокоэффективное усилие заднего хода на любой скорости и глубине воды. Специальный дизайн обеспечивает поэтапное управление вперед/назад и возможность быстрого «механического торможения». Быстрореагирующее и мощное рулевое управление максимизирует маневренность на любой скорости судна.

Рулевой эффект «нулевая скорость» водомета Hamilton – это возможность образования усилия на 360º при швартовке и на удерживающей позиции. Оригинальная конструкция рабочего колеса водомета (импеллера) обеспечивает очень высокий пропульсивный коэффициент вместе с отличной устойчивостью к кавитации.

Эксклюзивным представителем Hamilton Jet на территории России является «Кронштадт» . Последняя поставка водометных движителей Hamilton была осуществлена по заказу судостроительной компании «Триумф» в конце декабря 2010 года. 
На скоростной бронированный патрульный катер нового поколения «Стриж 4-1-Д» поставлены водометы серии HJ 292 (540 л.с.)

Пресс-центр 
«Кронштадт»

Перейти в каталог: Водометный движитель HamiltonJet

Подвесной водометный лодочный мотор

Применение водометных двигателей на разных типах маломерных судов получает все большее распространение. И этому существует немало объективных причин, когда использование обычных подвесных или стационарных моторов с винтовой тягой не только менее практично, но и опасно.

При путешествии по неглубоким быстрым рекам, изобилующим перекатами, лодка с обычным подвесным мотором становится больше игрой в лотерею – никогда не знаешь, на каком из них винт останется на дне, а кроме винта может пострадать еще и редуктор. Альтернативой стало использование реактивной тяги водометного двигателя, в устройстве которого применен один из типов насосов: центробежный или прямоточный.

По своим рабочим параметром современные моторы в некоторых моделях намного лучше параметров своих собратьев с гребным винтом. При этом они имеют улучшенную проходимость и защищенность, что достигается возможностью его размещения выше днища плавсредства.
Тем не менее, использование двигателей с прямоточным насосом не нашло большого применения из-за одного существенного недостатка – после прохода по перекату с дном из мелкой гальки она всасывается в водозаборное отверстие мотора и начинает бить по ротору и одновременно попадает между лопатками спрямляющего устройства и кромкой самого ротора, загибая и ломая при этом лопатки.

Американские инженеры использовали в качестве альтернативы установку центробежного насоса, принципиально отличающегося от описанной конструкции отсутствием спрямляющего аппарата. Ротор на таком насосе представляет собой шнек конической формы, возможность повреждения которого намного ниже. При том, что в сравнении с прямоточными насосами у них на 30% ниже уровень КПД, дальнейшее их практическое применение показало правильность этого решения.

Устройство подвесного водомета с точки зрения его конструктивных особенностей выглядит довольно простым – вместо стандартного редуктора к поддону прикреплена имеющее форму улитки устройство центробежного насоса. Такая «улитка» имеет вид специально спрофилированного и рассчитанного выхода назад, за счет которого производится требуемое поджатие струи. В нижней части конструкции, в ее центре прикреплен водозаборник, который специально оборудован съемной защитной решеткой из прочного пластика, направляющей воду непосредственно к насосу.

Шнек-ротор изготавливается из нержавеющей стали или из алюминия в форме конуса, который имеет жесткое соединение с вертикальным валом, вставленным в выходное гнездо коленвала. Он заменят стандартный вал вертикального верхнего привода на подвесных моторах. Вал опирается на специальный узел подшипников со стальными уплотнениями.

На водометной подвесном двигателе отсутствуют штатные редуктор, зубчатые передачи, устройство для переключения нейтрального и заднего хода. Реверс выполняется перекрытием специальной заслонки.

Система охлаждения используется такая же, как и на обычном подвесном моторе, то есть здесь применена штатная водяная помпа, переставленная с редуктора внутрь водометной «улитки». Выхлоп производится поверх водной поверхности. Чтобы добиться уменьшения шума, выхлопную трубу пропустили по центральной оси выходного отверстия. Тем не менее, такой мотор все равно работает громче обычного.

Из изложенного выше мы можем понять, что сам по себе водомет – это комплексное решение, состоящее из специального агрегата, смонтированного на подвесной двигатель. При этом следует учитывать, что водометные устройства строго индивидуальны и устанавливаются только на предназначенные под конкретную модель моторы. Это связано с техническими особенностями как самого водомета, так и разными техническими характеристиками подвесных двигателей и их рабочими параметрами – начиная от конструктивных решений на посадочной поверхности редуктора и заканчивая мощностью двигателя и скоростью оборотов вала.

Говоря о подвесном моторе с водометным блоком необходимо сказать, что в эксплуатации у него мало отличий от обычного винтового – только что нет необходимости иметь запас гребных винтов.

Положительным моментом следует назвать его работу, независимо от загруженности лодки или выбранной скорости, только в самом оптимальном режиме. Это практически исключает возможность его поломки из-за перегрузок.

В уходе за собой он тоже очень нетребователен. Достаточно в установленный регламентный срок не забывать заливать масло в подшипниковый блок с помощью прилагаемых к устройству шприц-масленок. Все остальное – аналогично уходу за стандартным двигателем подвесного мотора, за исключением некоторых нюансов, подробно описываемых в инструкции к каждому из видов водометных насадок.

Водометные движители

 
Идея создания водометных движителей возникла еще в XVII веке, но получила достаточно широкое распространение во второй половине XIX века, когда стала успешно конкурировать с другими типами движителей. В этот же период были заложены основы теории водометных движителей.

 

Большой вклад в эту теорию внес российский ученый Н. Е. Жуковский, который впервые записал выражение для тяги водометного движителя в современном виде. Дело в том, что ранее использовалось выражение, справедливое только для ракетного движителя. Однако уже к концу столетия стало ясно, что по эффективности водометы уступают гребным винтам. Относительно низкий коэффициент полезного действия водометных движителей обусловил их применение в тех случаях, когда специфические особенности этих движителей, возможность размещения внутри корпуса и защищенность от ударов о плавающие предметы рабочего колеса, играли определяющую роль.

 
Эти особенности наиболее четко проявляются на речных судах, эксплуатируемых на малых реках, как правило, мелководных, имеющих большое транспортное значение. Начиная с 50-х годов, прошлого столетия для таких рек в Советском Союзе строился большой транспортный флот, на судах которого широко применялись водометные движители. Это были буксиры, небольшие танкеры, сухогрузные и пассажирские суда, мощностью, не превышающей 700 л. с., но строили эти корабли большими сериями. Например, пассажирские суда типа «Заря» было построено более 300 единиц.  
теплоход типа «Заря» проекта 946 с водометным движителем

 
Более мощные водометные движители начали использоваться на судах с подводными крыльями, гребные винты которых в условиях косого потока подвергались эрозии. Кроме того, при больших скоростях кавитация гребных винтов приводила к падению КПД, и их преимущества по этому параметру по сравнению с водометным движителем уменьшались. В 1962 году началось строительство скегового судна на воздушной подушке (скега — жёсткие бортовые погружённые в воду ограждения) типа «Чайка» с водометным движителем мощностью 1230 л.с., обеспечивающим судну скорость до 95 км/час.

 
Самым большим кораблем среди скеговых судов оборудованным водометным движителем, является «Буревестник», построенный в 1964 году. Он был оборудован двумя водометными движителями мощностью около 2700 л. с. на валу и развивал скорость до 95 км/час.

 
Все водометные движители судов такого типа имели статические водозаборники с щелевым забором, вытянутым вдоль судна и осевые насосы. В отличие от речного судна «Чайка», имеющее в качестве главного двигателя дизель, на судне «Буревестник» были применены конвертированные авиационные газовые турбины. Именно поэтому данное отличное по эксплуатационным характеристикам судно было построено в единственном экземпляре. Советский речной флот не располагал необходимой ремонтной базой для обслуживания таких двигателей.

 
скеговое судно на воздушной подушке типа «Чайка»
 
пассажирский газотурбоход на подводных крыльях типа «Буревестник» проекта 1708

 
Следующим этапом развития водометных движителей был связан с военно-морским флотом СССР. В 1956 году началось проектирование противолодочного корабля водоизмещением около 400 тонн, который должен был развивать скорость свыше 30 узлов. В этот период в стране не было дизелей, агрегатная мощность которых обеспечивала бы подобную скорость при двухвальной установке. В связи с этим было принято решение создать оригинальный двухступенчатый водометный движитель, первая ступень которого имела бы осевой насос, приводимый во вращение дизелем мощностью около 4000 л.с., а ускорение потока во второй ступени осуществлялось за счет подачи воздуха от компрессора с приводом от газовой турбины мощностью 17500 л.с.

 
схема двухступенчатого водометного движителя

 
Был построен и корабль с таким движителем. На экономических ходах работала только первая ступень, а на полных ходах, когда суммарная мощность на валу достигала 21700 л.с., использовались обе ступени.

 
корабль с двухступенчатым водометным движителем

 
Следует отметить, что для первой ступени валопровода КПД имело значение около 0,98, то для второй ступени он составлял примерно 0,5. В результате общий коэффициент пропульсивной установки на полном ходу не превышал 0,35.

 
Несмотря на низкую эффективность, отсутствие другого технического решения привело к тому, что всего было построено 63 корабля, которые эксплуатировались в ВМФ СССР, Болгарии и Румынии. Однако дальнейшего применения эти движители, получившие название газоводометных, не получили.
В связи с развитием в 70-х годах истекшего столетия кораблей с динамическими принципами поддержания были развернуты работы по созданию водометных движителей скеговых кораблей на воздушной подушке. В этот период были спроектированы и серийно строились скеговые пассажирские суда на воздушной подушке по трем проектам: «Зарница», «Орион» и «Чайка».  
Судно на воздушной подушке «Зарница» предназначалось для перевозки 48 пассажиров со скоростью 20 узлов на малых реках. Всего было построено более 100 таких судов.  
Суда на воздушной подушке «Орион» и «Чайка» были рассчитаны на 80 пассажиров, причем первое судно из них предназначалось для эксплуатации на реках, а второе было морским судном прибрежного плавания. Каждое из них оборудовалось двумя водометными движителями мощностью около 544 л.с. и развивало скорость 25-27 узлов.  
Накопленный опыт позволил перейти к созданию оборудованных водометами кораблей на воздушной подушке для военно-морского флота СССР. На первом этапе был построен опытовый корабль водоизмещением 100 тонн.  
опытовый корабль с двумя водометными движителями

 
Корабль был оборудован двумя водометными движителями, рассчитанными на мощность 3000 л.с. и установленными в скегах. На испытаниях была достигнута скорость 32 узла.

 
водометный движитель с реверсивным устройством

 
Успешные испытания этого корабля позволили перейти к проектированию движительного комплекса большого противолодочного корабля на скегах водоизмещением около 2000 тонн, оборудованного двумя водометными движителями, рассчитанными на мощность примерно 40800 л.с. Натурный водометный движитель был изготовлен, однако в связи с сокращением программы судостроения корабль до конца построить не удалось.

 
В период с 1965 по 1975 годы в Советском Союзе были созданы самые быстроходные суда и самые большие в мире корабли на глубокопогруженных подводных крыльях. Они имели в качестве главных движителей угловые колонки мощностью 17680 л.с. Однако эти колонки имеют весьма сложную конструкцию, дороги и недостаточно надежны. Поэтому были развернуты работы по созданию водометных движительных комплексов для судов на подводных крыльях.  
Поскольку эти корабли были рассчитаны на максимальную мореходность 5-6 баллов, для уменьшения вероятности прорыва воздуха к насосам предполагалось применить полнонапорные водозаборники. Для этих водозаборников очень важно выбрать оптимальную профилировку в районе входного отверстия, поскольку в процессе разгона, особенно в условиях волнения, характерно наличие значительного «горба» сопротивления. Соотношение между скоростью хода и скоростью во входном участке водозаборника меняется в широких пределах. Чтобы избежать увеличения гидравлического сопротивления на входе и возможного возникновения кавитации водозаборника можно применять регулируемые водозаборники. В связи с этим была разработана оригинальная конструкция двухрежимного водозаборника, имеющего наряду с основным входным отверстием в напорной части два дополнительных отверстия в боковых стенках.  
схема действия двухрежимного водозаборника

 
В процессе разгона эти отверстия находятся ниже ватерлинии, и через них осуществляется дополнительное поступление воды. После подъема корабля на крылья отверстия выходят из воды. Во избежание прососа воздуха через эти отверстия канал водозаборника профилируется так, чтобы внутреннее давление в районе отверстия было равно атмосферному давлению. В целом водозаборник проектируется таким образом, чтобы во всем диапазоне скоростей соотношение между скоростями внутри входного участка и вне водозаборника сохранялось по возможности неизменным, что позволяет рационально проектировать форму стенок входного участка водозаборника.

 
С целью проверки эффективности предложенной конструкции водометный движитель с таким водозаборником был установлен на пассажирском катере «Невка», испытания которого подтвердили его работоспособность.

 
пассажирский катер «Невка»

 
В 80-х годах началось проектирование еще более крупного судна на воздушной подушке водоизмещением около 600 тонн с двумя двигателями мощностью около 40000 л.с. и водометным движителем. Учитывая ответственность проекта, была построена модель водоизмещением около 5 тонн с водометно-крыльевым комплексом.

 
Испытания на открытом водоеме показали высокую эффективность крыльевого и движительного комплекса, что позволило разработать проект корабля. Однако вследствие недостатка финансирования работы по его созданию были прекращены.

 
Проблема работы водометного движителя, в насос которого прорывается воздух стала особенно острой после создания судов с каверной на днище, из хвостовой части которой воздух попадает в район водозаборного отверстия водомета.

 
В связи с этим была сформулирована идея водометного движителя, работающего в условиях непрерывной подачи воздуха на рабочее колесо. Такой движитель получил название вентилируемого водомета. Рабочее колесо водометного движителя имеет суперкавитирующую лопастную систему, причем на рабочем режиме воздух поступает на колесо со стороны струи, выбрасываемой в атмосферу.

 

Водометный движитель не имеет конического сопла, поджатие струи осуществляется за счет каверн формирующихся на лопастях. Поскольку за счет поступления атмосферного воздуха число кавитации практически всегда равно нулю, толщина каверн от скорости хода не зависит, и безразмерные характеристики рабочего колеса сохраняются постоянными и независимо от скорости. В начальном режиме работы движителя рабочее колесо полностью или частично располагается ниже ватерлинии.

 
модель катера на подводных крыльях с водометным движителем

 
Модельные испытания показали, что на рабочем режиме коэффициент полезного действия водометного движителя при малых нагрузках может быть выше КПД традиционного водомета и достигать 0,6-0,7. Вентилируемый водомет был испытан на упоминавшемся выше скеговом корабле на воздушной подушке, который развил с этим движителем скорость 34 узла. Конструктивно такой движитель существенно проще традиционного водомета, при его использовании для управления кораблем используются расположенные вне струи рули, а реверс осуществляется за счет изменения направления вращения рабочего колеса. В связи с этим вентилируемые водометы требуют применения реверсивных двигателей.

 
десантный корабль с каверной на днище
 
Подобными водометными движителями была оборудована серия десантных кораблей с каверной на днище, которые показали хорошие эксплуатационные качества. Проблемы возникают в случае установки таких движителей на судах с выраженным «горбом» сопротивления. В настоящее время возможности совершенствования таких движителей полностью не исчерпаны. В частности, для судов на подводных крыльях предложена схема так называемого двухконтурного водометного движителя.

 
В настоящее время водометный движитель традиционной конструкции успешно эксплуатируются на кораблях и судах различных типов. Однако этим водометам присущи некоторые недостатки, основными из которых являются высокие массогабаритные характеристики и сложность конструкции рабочих колес и реверсивно-рулевых устройств. Как следствие этого, для их изготовления требуется специализированное высокотехнологичное производство, а стоимость их соизмерима со стоимостью двигателей. Кроме того, в случае кавитации и попадания воздуха в рабочее колесо тяговые характеристики водометного движителя существенно ухудшаются. Для частичного преодоления этих недостатков разработана конструкция малогабаритного водометного движителя, основной конструктивной особенностью которого является отказ от традиционной круговой формы выбросного сопла и многолопастного спрямляющего аппарата за рабочим колесом, что позволило снизить габарит водомета на 30 процентов.

 
малогабаритный водометный движитель

 
Малогабаритный водометный движитель имеет удлиненную в поперечном направлении сопло прямоугольной формы и пару рулей, частично пересекающих сопло, которые обеспечивают хорошую управляемость на переднем ходу и реверсивно-рулевое устройство, специально разработанное для водомета такой конструкции.

 
Модельные испытания показали, что предлагаемая конструкция водометного движителя обеспечивает пропульсивный коэффициент 0,60, причем кавитация, которая может возникнуть в процессе разгона, не приводит к значительному снижению тяговых характеристик движителя.

 
Малые габариты и конструкция реверсивно-рулевого устройства позволяют опустить ось рабочего колеса так, что водометный движитель частично выдвигается под корпусом. При такой компоновке снижается объем воды внутри корпуса судна, что ведет к повышению эффективности комплекса.

 
В 2003 году малогабаритный водометный движитель был впервые продемонстрирован на катере «Атлас». Он прошел испытания на различных режимах, включая довольно сложные. Сейчас можно с уверенностью сказать, что все вопросы, возникшие при испытаниях, сняты, и водомет готов к внедрению. Планируется, что подобные водометные движители вследствие своей относительно низкой стоимости найдут широкое применение на малых судах для туризма и речных прогулок. Технологичность их изготовления, малые габариты, простота и надежность дают основание полагать, что все это может компенсировать некоторое снижение эффективности, и подобные водометные движители найдут применение и на больших кораблях.  
Кроме российских судостроителей разработкой водометных движителей довольно успешно занимается британская фирма «KaMeWa», дочернее предприятие компании «Rolls Royce». У ее разработчиков имеется ряд плодотворных идей по проектированию рабочих колес водометов традиционной конструкции.  
водометный движитель фирмы «KaMeWa»

 
В современных водометных движителях, как правило, применяются три типа лопастных систем:
осевая лопастная система, имеющая постоянные по длине наружные диаметры импеллера, спрямляющего аппарата и их ступиц. Движение воды в пределах лопастной системы обеспечивается по поверхностям соосных цилиндров;
— диагональная система, имеющая переменные по длине наружные диаметры импеллера, спрямляющего аппарата и их ступиц; при этом движение воды в пределах импеллера осуществляется под наклоном линий тока от оси к периферии, в спрямляющем аппарате — с наклоном от периферии к оси;
— оседиагональная система, имеющая постоянный наружный диаметр импеллера и переменный по длине диаметр ступицы. Спрямляющий аппарат при этом может быть выполнен либо по осевой схеме, либо по диагональной, то есть совмещенной с соплом, с целью снижения осевого размера водометного движителя.

 
Для относительно тихоходных объектов обычно предпочтительнее осевые насосы, а для более быстроходных судов диагональные и оседиагональные.

 
Накопленный опыт и расчетные методы позволяют выбрать для каждого конкретного случая оптимальную насосную систему. В целом существующие экспериментальные установки в сочетании с расчетными методами и накопленным статистическим материалом позволяют спроектировать удовлетворяющий техническому заданию водометный движитель для судов практически всех типов и назначений.

AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDetect languageDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish⇄AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish

English (auto-detected) » Russian

 

Двигатели

Быстрое совершенствование конструкций водомётных моторов в последнее время открывает широкие перспективы перед владельцами всех без исключения судов.

Прекрасные возможности прогулочных теплоходов с водометными двигателями очевидны, и рынок это показывает. Но вот для небольших судов, какими являются надувные RIB лодки с пластиковым днищем выбор не так прост. Количество удачных разработок можно перечесть по пальцам одной руки: лодка SeaDoo Explorer длиной 3,5 м и 3-метровый Scanner, созданные фирмой Avon.

 

Принцип реактивного движения прост и очевиден уже давным-давно. В космонавтике и в авиации реактивные моторы позволили добиться результатов, невозможных с другими типами двигателей. Водомётный реактивный двигатель работает в точности так же, как авиационный турбореактивный двигатель, разве что горючее другое, и вместо воздуха водометный мотор засасывает воду.

Установка водомётного двигателя на судно включает в себя две основные операции – установку мотора и монтаж водомётного устройства. В свою очередь, водомётное устройство состоит из трёх основных узлов: блок первичного редуктора, получающего импульс силы от приводного вала мотора, блок пропеллера и, наконец, блок формирования струи воды и управления её положением. По упрощенной аналогии с самолетом, можно сказать, что мотор потребляет горючее для вращения винта, засасывающего забортную воду через отверстие в корпусе водометного устройства. С тыльной стороны водометного устройства с силой выбрасывается струя воды. Эта струя проходит сквозь подобие короткой трубы, положением которой можно управлять, что позволяет управлять в целом движением всего судна.

По сути дела, управление движением судна можно осуществлять регулировкой скорости вращения винта, создающего реактивную силу, а также изменением направления выбрасываемой струи воды (как у ракеты).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Желающие могут найти широкую гамму водомётных двигателейнадувные RIB лодки с пластиковым днищем – как для профессионального коммерческого применения, так и для надувных лодок RIB с жестким днищем, которые могут использоваться для семейного отдыха. Как и любое другое устройство, водометный двигатель имеет свои достоинства и свои недостатки. Но есть очень простой критерий, руководствуясь которым можно легко принять решение: применим ли на данном конкретном судне водомётный двигатель, или придется обойтись традиционным мотором.

Возьмём, к примеру, фирму Hamilton Jet, которая занимается производством водомётных двигателей с 1950-х годов и чьи моторы установлены на более, чем 20000 судах, плавающих по всему миру. Разнообразие конструкций двигателей Hamilton охватывает изделия мощностью до 3000 кВт, которые используются скоростными разъездными и патрульными катерами, скоростными посыльными судами и прогулочными теплоходами, размеры которых составляют от 6 до 60 м. Двигатели Hamilton имеют все необходимые сертификаты, что позволяет применять их в более чем 50 странах мира. А поскольку водометные двигатели могут быть так хороши, то добавим, что устанавливать их можно и стационарным способом, и навеской на транец судна, как и моторы обычных типов. Модели подвесных водометных двигателей есть и у Mercury Marine, Tohatsu, Honda.

МОНТАЖ Поскольку метод движения при помощи водомётного двигателя весьма своеобразен, то имеются свои, весьма специфичные требования к установке водомёта на надувную лодку с жестким днищем. Огромное значение имеет конструкция транцевой доски. Иными словами, следует хорошенько подумать – для каких конкретных целей будет использоваться надувное судно с водомётным двигателем, поскольку стоимость эксплуатации водометного двигателя заметно выше, чем у традиционного мотора. Нельзя сказать, что водомет и надувная лодка – уж совсем не подходят друг к другу, однако от качества принимаемого решения зависит успех всего дела.

Есть очень простой критерий применимости на конкретном судне водомётного двигателя – это возможность установки водомёта вообще. Кто же изготавливает водометные двигатели, установка которых возможна на надувную лодку с плаcтиковым днищем?

Фирма Volvo Penta в кооперации с фирмой Kamewa объединенными усилиями работают над совершенствованием конструкции водометного двигателя. Например, Volvo Penta создает дизельный мотор, редуктор и корпус, а Kamewa предоставляет её современные устройства управления потоком воды и форсунки.

Водомётные двигатели фирмы Castoldi изготавливаются для судов самых различных размеров – от 4 до 30 метров длиной, обладают способностью развивать скорости от 20 до 50 узлов. Конструктивное исполнение может быть с дизельным, бензиновым или даже с газо-турбинным мотором, диапазон тяговых характеристик которых распространяется от 10 до 1200 л.с.

Водомётные двигатели, производимые компанией Hamilton Jet, способны развивать мощность от 150 до 3000 кВт и устанавливаются по одному или сдвоенными на судах длиной до 50 м. Особенностью конструкции Hamilton Jet является моноблочность устройства управления реактивной струей воды.

Все функции этого водометного двигателя объединены в одном корпусе. В моделях, имеющих гидравлическое усиление управления, гидроусилители выполнены как неотъемлемая часть водомёта.

Всасывающая крыльчатка работает внутри стального защитного кольца, которое позволяет проводить обслуживание мотора без его глубокой разборки. Струя воды, выбрасываемая из двигателя, проходит через систему направляющих, не имеющую вращающихся деталей, что сводит к минимуму шум движущегося потока воды. Компания Hamilton ввела в конструкцию защитную пластину для всаса воды, которая уменьшает процесс кавитации.

Конструкция управляющего устройства (отражателя) создана таким образом, чтобы эффективно работать на любых скоростях движения и на любых глубинах воды. Пластина, разделяющая струю воды, соединена с отражателем так, чтобы реактивная струя воды была направлена вниз, не создавая волну за кормой.

При реверсировании хода не появляется зависимости между движением реактивной струи к всасу и эффективностью всаса. Такое продуманное соединение управляющих векторов струи воды позволяет добиться непревзойденной маневренности. Если отражатель заднего хода поднять, то можно развить очень большую скорость. Если отражатель полностью опустить, то судно будет двигаться задним ходом. В обоих случаях – маневренность судна не зависит от положения отражателя. Оригинальная конструкция отражателя и системы управления струей воды позволяют двигаться в заданном направлении и управлять поворотом судна независимо.

Способы управления водомётными двигателями разнятся от простейших тросовых тяг – до новейших микропроцессорных устройств.

Hamilton оснащает многие свои изделия прогрессивными системами защиты своих двигателей от коррозии в морской воде.

Крупнейший поставщик водомётных двигателей для военно-морских сил различных стран – корпорация Ultra Dynamics, продавшая уже более 15000 моторов, предлагает рынку двигатели мощностью от 150 до 1350 л.с. Водяной насос и система управления в конструкциях Ultra Dynamics часто выполнены в закрытой сборке, так что всё, что требуется для установки такого двигателя – подключить редуктор мотора и соединить кабели.

БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ. Эти важнейшие понятия имеют особое значение для водомётных двигателей. Отсутствие подводных выступающих частей у двигателя снижают сопротивление движению судна в целом, уменьшают опасность травмирования людей в воде при проведении спасательных операций.

В открытом море столкновение винта судна с плавающим предметом может иметь самые катастрофические последствия. Кроме того, управление судном не плоскостью руля, а направлением струи выбрасываемой жидкости, предъявляет к частям водомётного двигателя совершенно необычные требования: и сам мотор, и редуктор могут работать на своих самых эффективных и экономичных режимах, поскольку управление судном никак не связано с работой двигателя. По маневренности водометным двигателям также нет равных: суда с водомётами показывают прекрасную управляемость на любых скоростях, на малых радиусах поворота, обладая способностью мгновенно останавливаться. Многие суда, оснащённые водомётными двигателями, могут остановиться на длине своего корпуса, даже двигаясь со значительной скоростью. На международной специализированной выставке «RIBex-1999″, посвящённой надувным судам с жёстким днищем, оснащенная водомётом надувная лодка, изготовленная фирмой «Ocean Dynamics RIB», продемонстрировала исключительную маневренность и управляемость. Это судно могло за 2 секунды полностью останавливиться со скорости 30 узлов, проходя при этом расстояние не более длины своего корпуса, сохраняя при этом полную управляемость и не отклоняясь от заданного направления движения.

ПРАКТИКА УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ С ВОДОМЁТОМ. Водомётный двигатель, реальные свойства которого во многом остаются ещё не исследованными, разумеется, требует определенных навыков и приемов управления и обслуживания. Особые навыки управления водомётом нужны для скоростного движения в открытых водоёмах, для движения задним ходом, а также при сильных попутных волнах.

При движении на больших скоростях корпус лодки поднимается из воды, обнажая отверстие всаса воды. Тем самым водомётный двигатель не получает достаточного количества воды для создания реактивной струи. При уменьшении скорости движения отверстие всаса водомета снова захватывает воду, и движение судна продолжается. Это не проблема, а лишь указание на то, что для любого судна есть свой диапазон скоростей, на которых оно может двигаться с наибольшим эффектом. Неопытный водитель заставит судно с водомётным двигателем идти рывками, взлетая над водой, и захлебываясь, но опытный никогда так не поступит.

Движение «задом наперед» особых проблем создать не может, только нужно отчетливо представлять себе разницу между движением носом вперед, и вперед кормой.

Во время движения по попутным волнам водомёт может периодически терять контакт с водой, как, впрочем, и любой другой винтовой двигатель. Здесь нужна особая осторожность и аккуратность в управлении судном. Своевременно данный газ сможет поднять судно на большой скорости и двигать его быстро и ровно, как и на спокойной воде.

ТАК БРАТЬ ИЛИ НЕ БРАТЬ ВОДОМЁТ? Быстрое совершенствование конструкций водомётных моторов в последнее время открывает широкие перспективы перед владельцами всех без исключения судов. Прекрасные возможности прогулочных теплоходов с водометными двигателями очевидны, а рынок это и показывает. Но вот для небольших судов, какими являются надувные RIB лодки, выбор не так прост. Количество удачных разработок можно перечесть по пальцам одной руки: лодка SeaDoo Explorer длиной 3,5 м и 3-метровый Scanner, созданные фирмой Avon.

Не следует думать так, что водомётные двигатели наиболее эффективны именно на крупных судах. Огромным их достоинством является отсутствие открытого винта, что безусловно должно расширить область применения таких моторов в индустрии водного отдыха и развлечений за счет установки на маленьких надувных RIB лодках.

Следует обратить внимание всех тех, кто заинтересован в финансовой отдаче своего водного бизнеса, что благодаря приемистости и эффективности водомётных двигателей область их применения может быть самой широкой. Уникальные возможности водометов позволили, например, известнейшей фирме Zodiac создать надувную RIB лодку с установленным на носу пожарным брандспойтом. Свободная управляемость водометным двигателем обеспечивает высокую эффективность такой пожарной лодки.

Водомёт может быть полезен владельцу любого судна, поскольку есть очень много доказательств тому, что водомёт не только не уступает, но и кое в чём превосходит своего винтового собрата.

Обзор по материалам Интернета подготовил Павел Дмитриев.

О водомётах. — КАТЕР — LiveJournal

Для Сибири – водомет!

Многие, кто сталкивался с проблемой выбора катера, неизменно сталкивался и с проблемой выбора движителя: винт или водомет?

Вступление

Излишне говорить, что сторонники водометов те, кто вынужден часто преодолевать перекаты, мели, замусоренные фарватеры. А мелких, порожистых, засоренных рек и речушек у нас великое множество, где сплошь и рядом на обычном «подвеснике»(подвесном лодочном моторе) можно остаться без винта, а то и вообще без мотора. Этим и объясняется, что использовать в этих условиях самую удобную и доступную силовую установку — подвесной лодочный мотор — в большинстве случаев невозможно. Тогда и приходит на помощь водомет , который незаменим на таких маршрутах, думаю это подтвердят те, кто уже лишился редуктора на подвесном моторе или кому надоело менять винты.

Многие водномоторники со стажем, помнят катера «Амур» завода в Комсомольске-на-Амуре, выпускаемые некоторое время серийно. На какой моторной лодке Вы можете, не боясь проходить на полном газу, по глубинам всего в 15 см, перескакивать через брёвна, канаты, спокойно, на малом ходу, проходить вплотную к плавающему вейкбордисту или воднолыжнику? И всё это в сочетании с фантастической маневренностью, когда на катере можно буквально «вальс танцевать». А представьте, что вдруг на вашей моторке появилась педаль тормоза! Абсурд? Совсем нет, именно настоящее торможение с полного хода обеспечивает водомётная установка. И никаких поломок винта, где бы Вы ни ходили, хоть по кустарнику, хоть по перекатам.

О водомете

Водомётный движитель, водомёт, — судовой движитель, у которого сила, движущая судно, создается выталкиваемой из него струей воды.(Большая Советская Энциклопедия)

В чем же отличия водомета, преимущества и недостатки его применения? Начнем по порядку.

Водометный движитель состоит, как правило, из импеллера (винта) с валом, водовода (водометной трубы), спрямляющего аппарата и реверсивно-рулевого устройства.

Если вкратце, то принцип работы водомета таков: при вращении импеллера возникает разрежение, благодаря чему вода движется по водозаборнику (приемной трубе). Получив некоторое ускорение, она выбрасывается через сопло, выходное сечение которого меньше, чем диаметр водовода. Таким образом, отбрасываемая масса воды создает упор движителя, что и приводит катер в движение. Поворотом в горизонтальной плоскости потока, обеспечивается поворот катера. При перекрытии потока из сопла, струя воды поворачивается обратно, что дает катеру задний ход.

Нужно знать о водомете

Как мы уже заметили, в отличие от обычного винта, движущиеся части водомета находятся внутри корпуса и надежно защищены от повреждений, они меньше подвержены поломкам от плавающего мусора, при встрече с подводными препятствиями, что определяет одно из преимуществ этого вида движителей.

Катера с водометами могут проходить по мелководью с глубинами, почти равными осадке корпуса, т. е. до 10 — 20 сантиметров, преодолевать засоренные участки водоемов и даже отдельные препятствия, выступающие из воды. Однако здесь необходимо оговориться, что водомет работает как помпа и может затянуть со дна камни, песок, мусор. Это может забить систему охлаждения либо повредить импеллер и водовод.

Налетая на препятствие, идя по глубине 30 см и ниже, по подвесному мотору наверняка придется удар, а по водомету нет, разве что по днищу лодки, т.к. у водомета нет выступающих частей.

Водометные катера более устойчивы и управляемы, это происходит потому, что водомет как бы «присасывает» катер к воде, за счет чего он устойчиво ведет себя даже при резких виражах на высокой скорости.

Безопасность — положительная черта водомёта. Импеллер находится внутри и не представляет опасности для людей, находящихся рядом в воде. Водомёты применяются на катерах, гидроциклах, при буксировке воднолыжников и вейкбордистов.

Управление судном с водомётным движителем существенно отличается от управления обычным винтовым судном, особенно при маневрировании в стеснённых акваториях. Реверсивно-рулевое устройство (РРУ) обеспечивает катеру хорошую управляемость, высокие маневренные качества и эффективный реверс.

В отличие от винтовых катеров, водомет способен поворачивать катер практически на месте.

Водометы очень удобны для ремонта, в них почти нечему ломаться. Импеллеры восстанавливаются, сальниковые уплотнения выполнены по принципу уплотнений в автомобильных водяных помпах, и так же легко ремонтируются, ну и ещё обычные резино-металлические подшипники. Вот и вся конструкция.

К слову, стационарный двигатель (российского производства) водометного движителя, ремонтируется в любой автомастерской, или меняется на подходящий. Единственно, в таком случае дорабатываете система выхлопа, охлаждения и крепления двигателя.

Особенности эксплуатации водометного движителя

При всех несомненных достоинствах водомет, к сожалению, обладает рядом особенностей, о которых не стоит забывать.

Следует также учитывать и своеобразное поведение катера с водометом на малом ходу.

Основное отличие в управлении водометным катером – маневры осуществляется только при работающем двигателе, и не следует сбрасывать газ до минимума до окончания маневра.

Привыкнуть к этому очень легко, надо просто потренироваться.

Водомет, как и подвесной мотор, к сожалению, так же подвержен забиванию водорослями, которые, наматываясь на вал с импеллером, могут его заклинить. В случае заклинивания водомета, для предотвращения поломки стационарного двигателя, на валу предусмотрена срезаемая шпонка. Освободиться же от водорослей можно открыв лючок и убрав их. Для защиты водомета от попадания крупных камней служит решетка.

Водомет в Сибири

В заключении хотелось бы отметить тот факт, что приобрести водометный движитель теперь несложно и у нас, в Сибири.

Судостроительное предприятие «Томь», наряду с выпуском алюминиевых водометных катеров, успешно занимается выпуском водометных движителей собственной конструкции и их продажей. В данной модели водомета используется запатентованное управление задним ходом от штурвала, что позволяет катеру делать разворот на месте и быстрое изменение хода на 180 градусов. Конструкция водомета настолько проста, что не нуждается в пояснениях — одна траверса управления.

Водометный движитель (водомет) юргинцев при установке не требует сложной переделки корпуса катера. При весе в 55 килограммов он рассчитан на двигатели мощностью до 150 л.с и развивающих обороты до 3700 – 4200 об/мин.

На протяжении последних 5 лет в качестве стационарного двигателя, кроме УМЗ-4218, прошли испытания и успешно эксплуатируются двигатели как российского производства: ЗМЗ-409, так и иностранных марок: VolvoPenta, Mercruser.

Водомет полностью изготавливается из нержавеющей стали. Импеллер литой, что говорит не только о серьезном подходе к изготовлению столь ответственной детали, но и о повышенных требованиях к его качеству со стороны производителей.

Подтверждением надежности водометного движителя служит и то, что на юргинских водометах, установленных на алюминиевых катерах серии «Томь», были совершены два водномоторных перехода: «Сибирь-Москва », и «Юрга-Улан-Удэ».

Водометные алюминиевые катера «Томь» успешно эксплуатируются по всей России от Москвы, до Дальнего Востока.

Смотрите сами. Это и захламленное лесом Бурейское водохранилище (Амурская область), и бурная Катунь (Усть-Коксинский район, республика Алтай), и бассейн реки Обь и верховья Енисея (Кызыл, Республика Тыва; Норильск) и на реке Бия (район Телецкого озера, Республика Алтай) и на реке Лена (Якутия), и на реке Урал (район Нижнего Тагила).

По всей реке Томь и ее притоках, начиная с верховьев (города Новокузнецк, Междуреченск) и до нижних течениий реки Обь (Малая Обь, Сысьва).

Наибольший интерес, и это понятно, к юргинским водометам проявляют именно в Сибири.

Многие с удовольствием посещают удаленные места и труднодоступные речки и озера, путешествия с катером перевозя его на прицепе.

Сибиряки выбирают для себя водометные алюминиевые катера «Томь» из-за их высокой надежности, прочности корпуса, высоких ходовых и эксплуатационных качеств, большой автономности и возможности использования в любых погодных условиях.

 

Катер должен приносить удовольствие и радость!

 

Источник — http://www.yurgakater.ru/jet_drives_siberia.html

ВОДОМЕТНЫЕ ДВИЖИТЕЛИ | riverjet

Водометный или гидрореактивный движитель.

Устройство водомётов

 

Идея создания водометного движителя появилась значительно раньше, чем был изобретен гребной винт. Еще в 1784 г. Джемс Рамсей продемонстрировал на реке Потомак первый пароход с водометным движителем. Известны также результаты испытаний, которые в 1867 г. проводил военно-морской флот Англии. На канонерской лодке длиной 50 метров, оснащенной центробежным водометом была установлена паровая машина мощностью 760 л. с. Этот двигатель при частоте вращения 40 об/мин приводил в действие насос, ротор которого имел диаметр около 4,25 м. Канонерка с такой установкой развивала скорость 17,2 км/час. После этого были проведены многочисленные исследования и натурные испытания разнообразных конструкций водометов. Последним решением, имеющим принципиальное значение в этой области, пожалуй, оказалась идея Гамильтона, который в 1953 г. поднял сопло своего центробежного водомета над водой и таким образом получил значительный прирост скорости (с 18 до 27 км/час на его катере).

 

Водомет или точнее водометный движитель – гидро-реактивная установка, предназначенная для сообщения судну поступательного движения. Слова гидро-реактивная, в данном случае, ключевые для понимания сути движения под водометом.

В отличии от других типов движителей, которые как бы «отталкиваются» своими лопастями от воды, водометный движитель, придавая большую скорость проходящей через него воде, выбрасывает ее в направлении обратном движению судна. Вследствие чего возникает реактивная тяга.

Практически любой водометный движитель состоит из следующих основных частей, каждая из которых выполняет свою важную роль.

Водозаборное устройство, или водозаборник, или как еще называют водовод.

Это по существу «труба» через которую вода поступает к рабочему колесу. Водозаборник должен во-первых хорошо организовать поток воды перед рабочим колесом, а во-вторых не оказывать значительного сопротивления движения собственно судна. Если водозаборник спроектирован не правильно на входе в него может создаваться достаточно сильное разрежение и тогда водомет начинает работать как «пылесос» подхватывая со дна даже очень тяжелые предметы. Как правило водозаборники снабжены защитными решетками на входе.

Рабочее колесо, или винт, или импеллер.

Рабочее колесо, называют по аналогии с насосами, справедливо полагая, что водомет это по существу насос. Эта часть водометного движителя наиболее важна в его составе. От правильности его геометрии во многом зависит эффективность всей установки. Рабочие колеса по способу «разгона» воды бывают осевые, осе-диагональные, диагональные и шнековые. Каждый из типов колес имеет свою, преимущественную область использования.

Спрямляющий аппарат или контр-импеллер.

Спрямляющий аппарат это по существу винт, который стоит неподвижно за рабочим колесом. Его основная задача вернуть энергию затраченную рабочим колесом на вращение воды в ее поступательное движение. В спрямляющем аппарате может быть возвращено до 15% энергии. Иногда спрямляющий аппарат совмещен с соплом.

Сопло или сопловой аппарат.

Задача соплового аппарата произвести поджатие воды на выходе из водомета. Уменьшение в сопле проходного сечения преобразует давление воды в ее скорость. Наибольшая эффективность сопла достигается его точной, правильной профилировкой. Уменьшая или увеличивая поджатие сопла, можно в небольших пределах подстраивать параметры системы судно-двигатель-водометный движитель.

Реверсивно-рулевое устройство.

Управление движением судна с водометным движителем на переднем и заднем ходу производится не внешними рулями судна и реверсом двигателя, а с помощью устройства, которое воздействует непосредственно на струю выбрасываемую из сопла. Водометы могут быть и без реверсивного устройства, могут и без рулевого. Рулевые устройства бывают в виде поворотных насадок, коробчатых рулей, рулей в потоке и т. д. Иногда поворотное сопло объединено с соплом поджатия. Реверсивное устройство, как правило, бывает в виде различного вида реверсивных заслонок. Задача такой заслонки изменить направление движения струи в обратном направлении. Иногда реверсивные устройства проектируют в виде камер из которых вода, при перекрытии основного потока попадает в канал заднего хода. Важной функцией реверсивного устройства является управление на заднем ходу и даже на режиме нулевого хода.

Все остальные устройства, такие как: упорный и опорный подшипники, дейдвудное устройство, приводы реверсивно-рулевого устройства и др. являются обеспечивающими выполнение своих функций основными.

 

 

 

Реактивные двигатели


Общая хронология реактивного двигателя
120-150 г. до н.э. Герой демонстрирует принципы реактивных реакций.
1232 Китайцы начинают использовать ракеты в качестве оружия.
1500 Леонардо да Винчи нарисовал хитроумное приспособление, дымоход, который вращался под действием горячих газов, поднимающихся по дымоходу.
1629 Джованни Бранка разрабатывает штамповочную мельницу, в которой для работы оборудования используются струи пара.
1687 Сэр Исаак Ньютон представляет свои три закона движения. Они составляют основу современной теории движения.
1791 Джон Барбер подает заявку и получает первый патент на простую турбинную машину.
1872 Первый настоящий газотурбинный двигатель, разработанный доктором Ф. Штольце.
1897 Паровая турбина, используемая для питания корабля.
1918 General Electric (GE) запускает подразделение газовых турбин.
1930 Сэр Фрэнк Уиттл из Англии запатентовал свою конструкцию газовой турбины для реактивного движения.
1936 Ганс фон Охян и Макс Хан из Германии разработали и запатентовали свой собственный дизайн.
1939 В августе компания Ernst Heinkel Aircraft подняла в воздух первый газотурбинный реактивный самолет HE178.
1941 Сэр Фрэнк Уиттл проектирует первый успешный турбореактивный двигатель Gloster Meteor.
1942 Доктор Франц Ансельм разрабатывает осевой турбореактивный двигатель Junkers Jumo 004, который используется в Messerschmitt Me 262, первом в мире боевом реактивном истребителе.
1948 Первый турбореактивный двигатель преодолевает звуковой барьер.
1949 Первое использование турбореактивного двигателя в коммерческих целях.
1955 Первое использование подогрева для увеличения тяги ТРД.

Определения полезных терминов

ФОРСУНКА — Устройство, удваивающее мощность двигателя истребителя. Топливо впрыскивается в выхлопной канал и смешивается с горячим воздухом, выдуваемым двигателем. Затем он воспламеняется, производя мощную «паяльную лампу», которая вырывается из сопла в задней части выхлопной трубы.

СПЛАВ- Смесь двух или более металлов. Сплавы не только выигрывают от лучших свойств каждого из металлов в составе, но иногда обладают повышенной прочностью или гибкостью.

КАРБЮРАТОР — устройство, используемое в поршневых двигателях для смешивания топлива и воздуха в точном количестве, прежде чем они будут втянуты в двигатель для воспламенения.

ЛИТЬЕ. Процесс изготовления скульптурного куска металла путем заливки расплавленного металла в форму.


Источник: http://www.ueet.nasa.gov
КАМЕРА СГОРАНИЯ Часть реактивного двигателя, в которой воздух под высоким давлением из компрессора смешивается с топливом и затем сжигается.

КОМПРЕССОР-Компрессор находится в центре реактивного двигателя. Он состоит из ряда вращающихся лопастей, которые всасывают воздух через входное отверстие и сжимают его. Затем он передается в камеру сгорания, в которой он сжигается.

CORE- Секция высокого давления реактивного двигателя. Он состоит из компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины.

КАПОТА — Гладкий металлический кожух, окружающий двигатель.

ДИСК- Часть двигателя, на которой крепятся вращающиеся лопасти реактивного двигателя.

ВЫХЛОПНАЯ ТРУБА — трубчатая структура в задней части двигателя, которая выпускает горячий воздух из форсунки.

ГЕНЕРАТОР — устройство, производящее электроэнергию для самолета.

ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ- Инструмент, используемый для воспламенения смеси топлива и сжатого воздуха при входе в камеру сгорания.

ФОРСУНКА — Устройство в задней части выхлопного канала, через которое струя проходит перед встречей с атмосферой.

ПИЛОН- Металлическая конструкция, соединяющая двигатель с крылом.

КОРЕНЬ — Часть лопатки компрессора или турбины, которая удерживает ее прикрепленной к диску.

СТУПЕНЬ- Название ряда лопаток в реактивном двигателе.

SUBSONIC- Ниже скорости звука.

СВЕРХЗВУКОВОЙ- Выше скорости звука.

РЕВЕРС ТЯГИ — Устройство, используемое для реверсирования потока воздуха, чтобы помочь снизить скорость самолета при посадке.

ТУРБИНА- Машина, приводящая в действие компрессор. Он работает на горячих газах, вырывающихся из камеры сгорания.

Двигатели

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | какой это УЭТ?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Ланс | Индекс сайта | Главная

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?


НОВИНКА!
Видео «Как работает реактивный двигатель».

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов отрывается от земли с такой легкостью. Как это происходит? Ответ прост. Это двигатели.

Позвольте Терезе Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснить подробнее…

Как указано в НАСА Пункт назначения Завтра.


Реактивные двигатели двигают самолет вперед с большой силой, создаваемой огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работают по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор изготовлен с множеством лопастей, прикрепленных к валу. Лопасти вращаются с большой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый затем воздух распыляется топливом, и электрическая искра зажигает смесь. То горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа выбрасываются назад, двигатель и самолет устремляются вперед. Когда горячий воздух направляется к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина крепится к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.

На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядра двигателя, а также вокруг ядра.Это приводит к тому, что часть воздуха быть очень жарко, а некоторые быть прохладнее. Затем холодный воздух смешивается с горячим воздуха в районе выходного отверстия двигателя.

 

Это изображение того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга поступательная сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр Исаак Ньютон обнаружил, что «для каждого действия существует равное и противоположная реакция». Этот принцип используется в двигателе. в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух прогоняется через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топлива, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. То энергия воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, он выталкивается из двигателя назад.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Детали реактивного двигателя

Вентилятор — Вентилятор является первым компонентом в турбовентиляторный. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разделяет его на две части. Одна часть продолжается через «сердцевину» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» ядро ​​двигателя. Он проходит через канал который окружает ядро ​​​​к задней части двигателя, где он производит большую часть сила, толкающая самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоиться двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор — Компрессор первый. компонент ядра двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и крепится к валу.Компрессор сжимает поступающий в него воздух. площади постепенно уменьшаются, что приводит к увеличению атмосферного давления. Этот приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сжатый воздух нагнетается в камеру сгорания.

Камера сгорания — В камере сгорания воздух смешивается топливом, а затем загорелся. Есть целых 20 форсунок для распыления топлива в воздушный поток. Смесь воздуха и топлива воспламеняется.Это обеспечивает высокий температура, мощный воздушный поток. Топливо сгорает с кислородом в сжатом воздуха, образуя горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто изготавливается керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Тепло может достигать 2700°.

Турбина — Поток воздуха с высокой энергией приближается из камеры сгорания поступает в турбину, заставляя лопатки турбины вращаться. Турбины соединены валом для вращения лопаток компрессора и для вращения впускного вентилятора спереди.Это вращение забирает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы вырабатываемые в камере сгорания, движутся через турбину и раскручивают ее лопасти. Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько комплектов шарикоподшипников между ними.

Сопло — Форсунка – это выпускной канал двигатель. Это часть двигателя, которая фактически создает тягу для самолет.Энергетически обедненный воздушный поток, прошедший через турбину, в дополнение к более холодный воздух, миновавший сердцевину двигателя, создает силу при выходе из сопло, которое толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выбрасывается и производит выхлоп, что вызывает тягу вперед. Перед соплом может стоять смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из ядра двигателя, с более низкая температура воздуха, пропущенного через вентилятор.Миксер помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель — А Краткая история ранних двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был первым предположил, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с огромной скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух устремляется назад через сопло, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль с двигателем первым авиационным двигателем, паровой машиной мощностью в три лошадиные силы. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Felix de Temple построил моноплан. который пролетел всего лишь короткий прыжок вниз с холма с помощью паровой машины, работающей на угле.

Отто Даймлер , изобретенный в конце 1800-х годов первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался оснастить свой тройной биплан двумя паровыми двигателями, работающими на угле.Это только пролетел несколько секунд.

Первые паровые машины приводились в движение нагретым углем и, как правило, слишком тяжел для полета.

Американский Сэмюэл Лэнгли сделал модель самолета которые приводились в движение паровыми двигателями. В 1896 году он успешно летал на беспилотный самолет с паровым двигателем, именуемый Аэродром . Он пролетел около 1 мили, прежде чем выдохся. Затем он попытался построить полный размерный самолет Aerodrome A, с газовым двигателем.В 1903 году он разбился сразу после спуска с плавучего дома.

В 1903 году братьев Райт летал, Летчик , с бензиновым двигателем мощностью 12 лошадиных сил двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х гг. газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом. единственное средство, используемое для приведения в движение самолетов.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Первый успешный полет двигателя Уиттла в мае 1941 года. Этот двигатель отличался многоступенчатым компрессором и камеру, одноступенчатую турбину и сопло.

В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над подобным проектом в Германии. Первый самолет, успешно использование газотурбинного двигателя было немецким Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель. полет.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США. Реактивный самолет . Именно экспериментальный самолет ХР-59А совершил первый полет в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух, поступающий из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз по сравнению с исходным давлением в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания. повысить температуру жидкой смеси примерно до 1100–1300 °F F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор. Если турбина и компрессор исправны, давление на выходе из турбины будет почти в два раза выше атмосферного давления, и это избыточное давление направляется к соплу для создания высокоскоростного потока газа, создающего тягу.Значительное увеличение тяги может быть получено за счет использования форсаж. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Форсажная камера повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов по тяге на взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет находится в воздухе.

Турбореактивный двигатель является реактивным двигателем.В реактивной машине расширяющиеся газы сильно надавите на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскакивать назад и стрелять из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинтовой

А турбовинтовой двигатель представляет собой реактивный двигатель, прикрепленный к воздушному винту.Турбина на задняя часть вращается горячими газами, и это приводит в движение вал, приводящий в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.

Как и турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, камера и турбина, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель имеет лучшую двигательную эффективность при скоростях полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены воздушными винтами, имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы при гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособиться к более высоким скоростям полета, лопасти имеют форму ятагана с загнутыми назад передними кромками на концах лопастей. Двигатели с такими винтами называются винтовентиляторы .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух. Большая часть воздуха обтекает двигатель снаружи, что делает его работу тише. и давая больше тяги на малых скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены турбовентиляторами. В ТРД весь воздух, поступающий во впуск, проходит через газогенератор, состоящий из компрессора, камеры сгорания и турбина. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в камера сгорания. Остаток проходит через вентилятор или компрессор низкого давления. и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора. для создания «горячей» струи.Целью такой обходной системы является увеличение тяги без увеличения расхода топлива. Это достигается за счет увеличения суммарный расход воздушной массы и снижение скорости при том же суммарном запасе энергии.

Изображение турбовентиляторного двигателя

Турбовальные валы

Это еще одна форма газотурбинного двигателя, который работает так же, как турбовинтовой. система.Он не приводит в движение пропеллер. Вместо этого он обеспечивает питание вертолета. ротор. Турбовальный двигатель устроен так, что скорость вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это позволяет скорость ротора должна оставаться постоянной, даже если скорость генератора менялись, чтобы модулировать количество производимой мощности.

 

Изображение турбовального двигателя

ПВРД

ПВРД — это самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость реактивного «тарана» или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором вращается техника исключена. Его применение ограничено тем, что его степень сжатия полностью зависит от скорости движения вперед. ПВРД не развивает статических тяга и очень небольшая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, ПВРД требует некоторой формы вспомогательного взлета, например, другого самолета. Он использовался в основном в системах управляемых ракет.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение прямоточного воздушно-реактивного двигателя

 

Вернуться к началу

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое УЭТ?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Главная

РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ

РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ
РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ Фред Лэндис

Ближе к концу Второй мировой войны пилоты союзников пораженный новым немецким истребителем.У него не было винта, он летал с глухим ревом, и пронесся по воздуху со скоростью более более 500 миль (800 километров) в час. Этот удивительный самолет был реактивный Мессершмитт Ме-262.

Сегодня реактивные истребители летают через стратосферу больше быстрее, чем звук. Реактивные авиалайнеры летают выше, быстрее и дальше чем когда-либо прежде.

Реактивный двигатель ускоряет ракеты до их целей. Кроме того, ракеты выводят спутники Земли на орбиту.

Хотя большинство применений реактивного движения было для полет, он также может быть применен к гидравлическому реактивному двигателю для небольшие, быстроходные катера и прогулочные суда. В таких приложениях вода забирается в носовой части лодки и сжимается насосы высокого давления и выбрасываются через сопло в задней части ремесла. Необходимость в эффективных насосах и ограничения скоростей лодок не сделали гидрореактивный двигатель привлекательным или экономичная альтернатива винтомоторным судам.

Реактивное движение – это движение тела вперед за счет посредством струи газа или жидкости. Идея восходит к 1-му век нашей эры, когда Герой Александрийский построил двигатель, названный эолипилом. Он установил полый металлический шар с выступающими трубками между две трубы, чтобы он мог вращаться. Steam вышел на земной шар через трубы. Когда он вырвался через изогнутые трубы, струи пара крутил земной шар.

Машина Героя иллюстрирует научный принцип которую сэр Исаак Ньютон сформулировал в 1687 г.третий закон Ньютона движение утверждает, что для каждого действия существует равное и противоположное реакция. В машине Геро струи пара, выходящие из трубы — это действие, вращение земного шара — реакция. Тот же принцип применим к реактивным двигателям, и по этой причине они называются реактивными двигателями.

Сам Ньютон сконструировал реактивную повозку. под названием «Вагон Ньютона». Наполненный водой шар был нагрет огнем, создание пара.Большое сопло выступало из сферы. Когда пар вырывался из сопла, он толкал фургон вперед.

Принцип

Есть много повседневных примеров реактивного движения. Надутый игрушечный шарик с закрытой горловиной не проявляет тенденции двигаться, потому что воздух внутри давит одинаково во всех направлениях. Если горлышко внезапно откроется, шар улетит. Побег воздух снимает давление на шею, и возникает реакция со стороны воздух напротив шеи.Это не воздух вырывается из шею и толкая наружный воздух, однако, который заставляет воздушный шар впереди. Это воздух давит на внутренний фронт стенка воздушного шара, толкающая его вперед. На самом деле, самолет работать более эффективно в вакууме, потому что не было бы воздух, препятствующий выходу газов.

Отдача винтовки также иллюстрирует действие и реакция. Расширяющиеся газы выталкивают пулю из ствола на высокой скорости.Винтовка в ответ на силу газов «откидывается назад». Еще один пример реактивного действия — сад. шланг, сопло которого отскакивает назад при резком повороте воды в полную силу.

Типы

Существует два основных типа реактивных двигателей: воздушно-реактивные. и невоздушные двигатели. Воздушно-реактивные двигатели используют кислород из атмосферы при сгорании топлива. Они включают в себя турбореактивный, турбовинтовой, прямоточный и импульсно-реактивный. Термин «струя» обычно используется только в отношении воздушно-реактивных двигателей.

Двигатели без воздушного дыхания несут запас кислорода. Их можно использовать как в атмосфере, так и в космическом пространстве. Они обычно называются ракетами и бывают двух видов: жидкостные и твердотопливные.

Воздушно-реактивные двигатели можно разделить на две группы в зависимости от того, как они сжимают воздух для горения. Каждый турбореактивный и турбовинтовой двигатели имеют компрессор, обычно с турбинным приводом. набрать воздуха.Их называют газотурбинными двигателями. ПВРД а импульсно-струйные не имеют компрессоров.

Турбореактивные двигатели . То Самым распространенным воздушно-реактивным двигателем является турбореактивный. После воздух всасывается в двигатель через воздухозаборник, его давление равно сначала увеличен компонентом, называемым компрессором. Затем воздух поступает в камеру сгорания, где сгорает вместе с топливом до повысить его температуру. Затем горячий газ под высоким давлением расширяется. через похожее на колесо устройство, называемое турбиной, где оно производит власть.Турбина соединена с компрессором валом, а выходная мощность турбины приводит в действие компрессор. В на выходе из турбины давление горячего газа все еще выше окружение, а окончательное расширение происходит через выхлопное сопло, где скорость выхлопных газов увеличивается. Это последняя высокоскоростная струя, создающая тягу толкать самолет по воздуху. Хотя по задумке реактивный двигатель намного проще, чем поршневой двигатель, вращающий пропеллер, фактическая конструкция для эффективной работы сложна и велика реактивные двигатели чрезвычайно дороги.

Сегодня почти все авиационные реактивные двигатели используют осевой поток. компрессоры. В этих устройствах воздух течет, как правило, в одном направлении. по валу, соединяющему компрессор и турбину; он движется через чередующиеся ряды неподвижных и вращающихся наборов лопастей, называемых статорами и роторами соответственно. Лопасти устроен так, что входящий воздух замедляется при прохождении через их, и его давление увеличилось. Современные осевые компрессоры может увеличить давление в 25 раз примерно за 16 «стадий», каждая ступень состоит из набора лопаток ротора и статора.

Центробежные компрессоры, использовавшиеся в начале авиационные реактивные двигатели, всасывают воздух в центр рабочего колеса, или лопаточное колесо, и сжать его в радиальном или внешнем направлении. Более низкая эффективность, ограниченный рост давления и большие диаметры которые увеличивают сопротивление узла двигателя, теперь ограничивают использование центробежных компрессоров к малым двигателям и к нелетным Приложения.

Когда воздух в ТРД выходит из компрессора и поступает в камеру сгорания, смешивается с мелкодисперсным керосинообразное топливо и сгорело.Теоретически для лучшей производительности температура горения должна быть настолько высокой, насколько это возможно полное сгорание топлива и кислорода в воздухе. Это, однако, сделало бы температуру на входе в турбину слишком высокой. высокая для эксплуатации, а при нынешних температурах на входе в турбину ограничены от 1900 до 2200 F (от 1040 до 1200 C). То температура регулируется сжиганием только части компрессора выпускаемый воздух, а остальная часть отводится мимо секции горения и смешивается с высокотемпературными газами дальше по ходу горения камера.

Камеры сгорания могут состоять из отдельных банки или цилиндры, расположенные вокруг вала турбины. Другая подход заключается в использовании кольцевой камеры, в которой лайнер или трубчатая втулка, окружающая вал.

Специальные сплавы, прочные и легкие требуются в лопатках турбин, чтобы выдерживать высокие температуры и напряжения там. Среди исследуемых – комбинации металлов и керамики, называемых керметами.Лопасти турбины можно охлаждать путем отвода части несгоревшего компрессорного воздуха и подачи его через внутренние проходы к небольшим отверстиям спереди или ведущим кромка лопаток турбины. Это обеспечивает пленку прохладного воздуха который защищает стенку лопатки от горячих газов.

Двигатели с высоким коэффициентом сжатия имеют два вала. вращающиеся друг в друге. Внешний — быстроходный вал, который может работать со скоростью около 11 000 оборотов в минуту (об/мин).Он соединяет ступени турбины высокого давления и компрессора. То внутренний вал, работающий со скоростью около 3000 об/мин, соединяется с турбинная и компрессорная части двигателя.

Наибольшая тяга будет получена, если выхлоп сопло могло расширить газ до давления окружающего воздух. Однако сопло, способное на это, было бы слишком большие и тяжелые, и поэтому используются более короткие насадки вызывают небольшие потери в работе двигателя.

Турбореактивный двигатель не может быть запущен непосредственно из отдых. Внешний пусковой двигатель запускает агрегат. То Затем топливо воспламеняется нагретой свечой зажигания. Как только двигатель работает, сгорание может поддерживаться без свечи зажигания.

Полезной мощностью ТРД является его тяга, которая пропорциональна массовому расходу воздуха через двигатель и изменение скорости между выходом и входом. (Массовый расход – это масса движущейся жидкости, пересекающей определенной площади в единицу времени.) Это делает желательным достижение высокая скорость на выходе из сопла.

Обычно используются две рабочие характеристики для описания турбореактивных двигателей: удельная тяга и удельный расход топлива потребление. Создаваемая удельная тяга (единицы тяги на единица расхода газа двигателя в секунду) увеличивается вместе с турбиной температура на входе. По этой причине инженеры постоянно ищут более высокая температура на входе в турбину за счет улучшенных материалов и лучшее охлаждение лезвия.Удельный расход топлива (ед. тяги на единицу сожженного топлива в секунду), что уменьшается по мере увеличения КПД двигателя, улучшается с увеличение коэффициента давления. Это требует все больше и больше компрессора этапы. В реальном реактивном двигателе должен быть компромисс между высокое давление и высокие температуры для наилучшей общей производительности.

Еще один важный фактор производительности турбореактивного двигателя двигатель — КПД двигателя в полете.В этом случае наилучшие характеристики получаются, если выход струи (из сопла) скорость примерно в два раза выше скорости полета самолета. Так как тяга увеличивается за счет повышения температуры на входе в турбину, скорость на выходе из турбины также увеличивается, а скорость на выходе из струи становится слишком высоким. В этом случае двигательные характеристики могут быть увеличивается за счет добавления перепускного воздуха, как обсуждается далее в этой статье.

Максимальная тяга обычно требуется на взлете, а желательна максимальная эффективность на крейсерской скорости самолета, что составляет от 500 до 550 миль (от 800 до 880 километров) в час. для большинства коммерческих авиалайнеров.Для взлета с большой высоты аэропорта в жаркий летний день низкая плотность воздуха приводит к меньший массовый расход воздуха через двигатель и, следовательно, уменьшается доступная тяга. В таком случае самолету, возможно, придется лететь частично пустой.

Поскольку продукты сгорания выходят из турбины в них еще содержится большое количество кислорода (от подмешивание дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания), можно поставить другую камеру сгорания у турбины выход.Этот так называемый форсаж используется в некоторых военных самолетах. обеспечить экстренные всплески скорости. Расход топлива в Однако форсаж очень высок, поэтому это увеличение тяги, или увеличить, нецелесообразно для крейсерских или коммерческих самолетов.

Закачка воды состоит из подачи воды в компрессор. Это увеличивает тягу за счет охлаждения воздуха и тем самым увеличивая как его плотность, так и массу, которую можно пропустить для заданной скорости воздуха.Нагнетание воды можно использовать в экстренных случаях. взлетная тяга, но вес воды, который требуется, чтобы перевозимый на самолете, не делает его желательным для эксплуатации в полете.

Как указано выше, желательно иметь средний скорость выхода реактивной струи примерно в два раза превышает воздушную скорость самолета. Прямой Расширение всех газов через турбину приведет к скорость струи, которая была бы слишком высока для эффективного полета представление. В большинстве современных реактивных самолетов используется турбовентиляторный двигатель. в котором большая часть воздуха лишь слегка сжимается пропеллероподобным компрессорное устройство в передней части двигателя, а затем передается вокруг ядра двигателя для смешивания с выхлопными газами турбины, поэтому в обход основного двигателя.Двухконтурные двигатели обеспечивают повышенную тяги для взлета и набора высоты, а также снижают шум реактивных двигателей. Современный двигатели могут обходить в пять или шесть раз больше потока, чем сердцевина двигателя, и ожидается даже более высокая степень двухконтурности в будущем для двигателей, работающих при более высоких температурах на входе в турбину.

В большинстве двигателей коммерческих самолетов начальный компрессия как для основного, так и для обходного потока достигается за счет большого вентилятор, состоящий из одной или двух компрессороподобных ступеней. После поток был разделен, основной поток дополнительно сжат, и перепускной поток направлен вокруг двигателя.

Турбореактивные двигатели имеют тенденцию быть шумными, что создает проблема в окрестностях аэропортов. Есть как высокочастотный шум или вой, исходящий от компрессора и низкочастотный шум от выходной струи, когда он смешивается с окружающим воздухом и производит турбулентность. Шум компрессора можно уменьшить, поместив звукопоглощающий материал во впускной канал.Струйное смешение шум снижается за счет увеличения байпасного воздуха и специальных смесителей в выхлопной трубе. Эти смесители гофрированы для увеличения площадь, над которой соприкасаются горячие и холодные газы. начинаем смешивать.

В хвосте двигателя находится упорный тормоз, или реверс тяги. Это похожее на раскладушку устройство, активируемое пилот после приземления. Он закрывается над выходным соплом струи, чтобы отклонить поток наружу и немного вперед, чтобы тяга Воздействующий на самолет теперь назад, помогая затормозить корабль. При включенном реверсоре тяги реактивный самолет можно заставить катиться назад. на земле.

Самая серьезная проблема, с которой может столкнуться реактивный самолет это отлом лопатки турбины или компрессора, если она ударом постороннего предмета или если он вырвался из-за внутренняя неисправность двигателя. Все двигатели должны иметь корпус достаточно прочный, чтобы сдержать неисправные лезвия и предотвратить поломку лезвие от прорезания двигателя и повреждения жизненно важных частей или от проникновения в пассажирское пространство.

Наиболее серьезной проблемой, с которой сталкивается компрессор, является поставленные птицами. Все двигатели должны уметь «глотать» тяжелая птица без катастрофического отказа, так как птиц можно непредсказуемо всасывается в реактивные двигатели на малых высотах или на земля.

В случае отказа двигателя в полете двигатель должен быть закрыт. Все многомоторные самолеты могут безопасно садиться на один двигатель, так что это не более чем неудобство для вовлеченные пассажиры, если самолет должен повернуть назад в целях безопасности причины.

Турбовинтовые двигатели . В турбовинтовых двигателей обычный воздушный винт обычно установлен перед реактивным двигателем и в одном типе двигателя приводится в движение второй или свободной турбиной. Это расположено за турбина, приводящая в движение компрессор. В других конструкциях мощность получается за счет дополнительных ступеней на основной турбине.

Так как скорость турбины намного выше, чем у винта скорости, требуется редуктор между турбиной и пропеллер.Около 90 процентов энергии горячих газов приходится на поглощается турбиной, и только около 10 процентов остается на увеличить скорость выхлопной струи. Соответственно, только очень небольшая часть общей тяги создается струей; наиболее из него исходит от пропеллера.

Турбовинтовые двигатели выгодны для малых и средних самолетах и ​​на скоростях от 300 до 400 миль (от 480 до 640 километров) в час. Они не могут конкурировать с ТРД для очень больших самолетов или на более высоких скоростях.

ПВРД . Воздух в которую бросается двигатель на больших скоростях полета частично сжаты за счет так называемого эффекта тарана. Если скорость достаточно высока, этого сжатия может быть достаточно для работы двигателя ни с ни компрессор, ни турбина. ПВРД назвали летающим дымоход, потому что он открыт с обоих концов и имеет только топливные форсунки в середине. Однако прямая дымовая труба не сработала; прямоточный воздушно-реактивный двигатель должен иметь входной диффузор правильной формы, который производит низкоскоростной воздух высокого давления в секции сгорания и он также должен иметь выхлопное сопло правильной формы для увеличения скорость потока.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут работать на скоростях свыше 200 миль (320 километров) в час, но практичными они становятся только при очень высоких скорости, которая должна быть больше скорости звука. Ракеты или другие подобные устройства необходимы для получения начальной скорости, при которой ПВРД может начать работать.

Импульсно-реактивные двигатели . Импульсный реактивный самолет похож на прямоточный воздушно-реактивный двигатель, за исключением того, что ряд подпружиненных, клапаны шиберного типа расположены перед секцией сгорания.В импульсной струе горение прерывистое или скорее пульсирующее. чем непрерывный, как в ПВРД. Воздух поступает через клапаны, и начинается горение. Это увеличивает давление и закрывает клапаны, предотвращающие обратный поток через вход. Как газы расширяться через заднее сопло для создания тяги, давление в секции сгорания падает до точки, где клапаны открыть снова, чтобы впустить свежий воздух. Затем этот цикл повторяется.

Наиболее широко известным импульсно-реактивным двигателем был немецкий Фау-1. ракета или «жужжащая бомба», которая использовалась ближе к концу Второй мировой войны и которые стреляли с частотой около 40 циклов в секунду.Импульсные струи неэффективны, шумны и подвержены сильная вибрация. В настоящее время их использование ограничено недорогими беспилотными транспортные средства.

Безвоздушные или ракетные двигатели . Ракетные двигатели несут на борту как горючее, так и окислитель, и они Поэтому они не зависят от окружающей атмосферы. необходимый запас кислорода. Соответственно, они обеспечивают основное средства передвижения в космическом пространстве.

Ракеты принято классифицировать по типу топлива. сгорел; твердотопливные ракеты несут твердую смесь топлива и окислитель.Эта смесь похожа на порох и полностью сгорает. после зажигания. Горение создает большой объем высокого давления. газа в камере сгорания. Затем этот газ расширяется в высокоскоростная струя на выходе из выпускного сопла. Сжигание Скорость регулируется путем формирования твердого топлива таким образом что газы сгорания выбрасываются с почти равномерной скоростью. Однако управление тягой ограничено, что делает твердотопливные ракеты, подходящие только для первой или взлетной ступени космического пространства ракеты.

Лучшее управление может быть получено в жидкостном топливе. ракеты. В них и горючее, и окислитель хранятся в отдельных цистерны, а затем тщательно дозированным способом закачивается в камера сгорания. Там они распыляются, смешиваются и сжигаются. Поскольку жидкостные ракеты могут быть перезапущены и полностью отрегулированы, они стали основными двигательными установками в космических программах.

История

Герой Александрийский применил принцип реактивного движения в своем эолипиле в первом веке нашей эры.Китайцы наверное изобрел ракеты около 1100 г. Около 1400 г. богатый китаец разработал санки с ракетным двигателем, но при испытаниях они взорвались.

Леонардо да Винчи в 16 веке использовал струю принцип двигателя, чтобы сконструировать механизм для поворота жаровни плевать. В 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка построил паровую турбина, приводившая в движение камнедробилку. Джон Барбер из Англии был выдан первый патент на газовую турбину в 1791 году.

Сэнфорд А. Мосс в 1902 г. , вероятно, первым разработать газовую турбину в США. Работа на генерала Electric Company, он сконструировал авиационную газовую турбину в 1918 году.

В Англии А. А. Гриффит из Royal Aeronautical В 1927 году предприятие экспериментировало с газотурбинными компрессорами. В 1930 году другой англичанин, Фрэнк Уиттл, запатентовал конструкцию для реактивный двигатель, и в 1937 году такой двигатель был успешно испытан и в 1941 году совершил свой первый полет.

В Германии авиастроительная компания Ernst Heinkel производила В 1939 году появился первый успешный газотурбинный реактивный самолет Heinkel. Он-178. В следующем году Caproni-Campini CC2 совершил полет в Италии. В качестве двигателя использовался поршневой двигатель, а не газовая турбина. выхлопная струя.

В 1941 году британцы подняли в воздух свой первый реактивный самолет. Gloster E28/39 с двигателем Whittle. В Соединенных Штатах Утверждает, что General Electric Company построила двигатель на основе двигателя Уиттла. дизайн.Он приводил в действие Bell XP-59 Airacomet в 1942 году. реактивный самолет для полетов в Соединенных Штатах. В том же году Немцы построили первый успешный реактивный боевой самолет «Мессершмитт». Ме-262. Германия была единственной страной, в которой воевали реактивные самолеты. Второй мировой войны, но они были введены слишком поздно, чтобы иметь решающее значение.

После войны исследования реактивных самолетов продолжались. В 1947 г. Американский ракетный «Белл Х-1» стал первым самолетом, летать быстрее звука.В следующем году Великобритания подняла в воздух свой первый сверхзвуковой самолет. Самолет De Havilland DH-108. В 1959 году построен американский F-106. Convair летал со скоростью, более чем в два раза превышающей скорость звука.

Великобритания открыла первые реактивные авиалинии в 1952 году. с De Havilland Comet, обслуживающим регулярные рейсы из Лондона в Йоханнесбург, Южная Африка. Однако эта служба была остановлена. после двух серьезных аварий в 1954 г. В США Первым реактивным самолетом, прошедшим коммерческие испытания в 1954 году, стал Боинг. 707, который начал регулярные рейсы в 1958 году.С тех пор было разработано множество реактивных лайнеров, как больших, так и малых, и сегодня основная часть всех коммерческих воздушных флотов во всем мире мире используют реактивные самолеты.

Конкорд, построенный британцами и французами, первый сверхзвуковой транспорт, сделанный в некоммунистическом мире, вошел коммерческая служба в 1976 году. Летит со скоростью, в 2,5 раза превышающей скорость звука, самолет вмещает всего около 100 пассажиров. Из-за его высокого расход топлива и низкая вместимость, он не доказал свою эффективность. иметь коммерческий успех.

В то время как оригинальные самолеты Boeing 707 и Douglas DC-8 использовал четыре двигателя, увеличивая объем двигателя и улучшая характеристики позволили использовать меньше двигателей. Локхид L-1011 и McDonnell Douglas DC-10 — большие трехмоторные самолеты с два двигателя под крылом и один в центре хвоста. Более недавно построенные двухмоторные самолеты среднего размера, такие как Airbus, несколькими европейскими фирмами, и Боинг 767 был представлен с экономичными двигателями.Они конкурируют с Боингом. 727, трехмоторный самолет, ставший одним из самых массовых подержанные самолеты в свободном мире.


Источник: Интерактивная энциклопедия Комптона.

Можете ли вы объяснить, как работают реактивные двигатели?

Аватеф Хамед, профессор аэрокосмической техники и инженерной механики Университета Цинциннати, дает такое объяснение:

Реактивный двигатель произвел революцию в науке о полетах, резко увеличив возможные скорости и высоты, что позволяет исследовать космос.Термин реактивная тяга относится к действию, производимому реактором. к выбросу вещества. Например, когда вещество в типичной ракете (как порох в фейерверке) воспламеняется, в результате химической реакции выделяются тепло и газы, которые выходят из ракеты и заставляют ее двигаться вперед. Кислород, необходимый для горения, перевозится (в баках или в комбинированном виде) в ракете. себя так, чтобы тяга ракеты не зависела от атмосферы. Другие реактивные движители зависят от воздух, подаваемый в двигатель для подачи необходимого кислорода.После выделения тепла при сгорании горячая газы ускоряются в двигателе так, что скорость на выходе больше, чем скорость воздушного потока в Вход.

Изображение: ALLSTAR NETWORK

ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ выбрасывают назад большую массу материала на низкой скорость для создания прямой тяги.

Как в автономных ракетных двигателях, так и в воздушно-реактивных силовых установках тяга, которая может быть генерируемая пропорциональна массе материала, выбрасываемого из агрегата за заданное время, а также увеличению в массовой скорости относительно единицы.Следовательно, одна и та же сила тяги вперед может быть создана в двух способами: выбросом назад либо большой массы материала с малой скоростью в течение заданного периода времени (как в турбовентиляторных двигателей) или выбрасывая меньшую массу материала с большей скоростью (как в турбореактивных и прямоточных воздушно-реактивных двигателях). двигатели). Двумя источниками массы являются топливо, или топливо, и окислитель, или воздух.

Изображение: ALLSTAR NETWORK

RAMJET ДВИГАТЕЛИ производят тягу, выбрасывая меньшую массу материала с более высокой скоростью, чем ТРДД. двигатели.

Топливо содержит большое количество потенциальной энергии, которая быстро высвобождается при сгорании. Порция часть этой тепловой энергии преобразуется в полезную работу, перемещая аппарат через атмосферу или в космос. Однако другая часть в виде кинетической энергии струи теряется и рассеивается в атмосфере. Очень экономичные турбовентиляторные двигатели, используемые в двигателях современных коммерческих самолетов, пытаются свести к минимуму последняя порция.Для этого они сообщают умеренное увеличение массовой скорости продуктам сгорания в течение большая масса воздуха, проходящая через двигатель в данный момент времени. Но турбореактивные и прямоточные двигатели, которые отвечают предъявляют более высокие требования к сверхзвуковому полету, менее экономичны.

Различные типы реактивных двигателей имеют была разработана для обеспечения требуемой тяги и мощности двигателя в широком диапазоне скоростей полета и высоты. Воздушно-реактивные ТРД, ТРДД и прямоточные воздушно-реактивные двигатели работают по сходным принципам в смысл, что они повышают давление впускного воздуха перед сгоранием и расширяют высокоэнергетические газы перед они выходят, в форсунку или выхлопную систему.В турбореактивных двигателях всасываемый воздух проходит через компрессор. увеличить его давление перед входом в камеру сгорания, затем через турбину перед ускорением в выхлопе сопло. Однако прямоточный воздушно-реактивный двигатель не имеет движущихся частей; он производит повышение давления на поршне из-за замедления высокоскоростной всасываемый воздух во впускном диффузоре. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель может работать только на высокой сверхзвуковой скорости. скорости и, следовательно, требует другого пускового устройства, такого как ракета или турбореактивный двигатель, чтобы ускорить его. до необходимой скорости.

Изображение: ALLSTAR NETWORK

ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ , которые, как и прямоточные воздушно-реактивные двигатели, должны поддерживать сверхзвуковые полета — менее экономичны, чем турбовентиляторные двигатели, которые используются в современных коммерческих самолетах.

Выше определенной высоты плотность атмосферы уменьшается, и реактивная тяга возможна только для ракет двигатели, которые несут свой собственный кислород. Ракетные двигатели работают на твердом или жидком топливе.Твердотопливные ракеты — самые старые типы, а их корпуса содержат камеру сгорания и твердое топливо, смешанное с окислителем. Когда топливо при воспламенении газообразные продукты сгорания разгоняются через сопло, создавая тягу. В жидкости В ракетах топливо и кислород хранятся в отдельных баках и подаются с регулируемой скоростью в камеру сгорания. камера.

Газотурбинные двигатели — обзор

VI Турбовинтовые и турбовентиляторные воздушные суда

Турбовинтовые и турбовентиляторные двигатели представляют собой газотурбинные двигатели, как и турбореактивные, и предназначены для сведения к минимуму недостатков и использования преимуществ, присущих поршневым винтовым и турбореактивным двигателям. .Принципиальное различие между этими тремя двигателями заключается в том, как они создают тягу. Турбореактивный двигатель делает это расширением горячих газов через сопло, турбовинтовой использует воздушный винт, а турбовентиляторный использует многолопастной вентилятор, который во многом связан с воздушным винтом. Основным элементом газотурбинного двигателя является газогенератор, состоящий из компрессора (компрессоров), горелок и турбин, приводящих в действие компрессор. Смесь воздуха и топлива, проходящая через газогенератор, является первичным потоком.Газогенератор и первичный поток являются общими для всех трех двигателей и служат основой для сравнительной оценки.

В турбореактивном двигателе выхлопные газы газогенератора расширяются через сопло, и тяга является единственным выходом. Это однопоточный двигатель, отличительными характеристиками которого являются малый вес, малая площадь лобовой части, тяговая эффективность, увеличивающаяся с увеличением скорости полета, высокий удельный расход топлива (самый высокий из трех) и малая тяга на малых скоростях полета.

В турбовинтовых двигателях имеется два потока: первичный поток, создающий реактивную тягу, и вторичный (намного больший) поток через винт, создающий мощность тяги.Турбовинтовой двигатель в первую очередь производит энергию и описывается так же, как поршневой винт. Турбовинтовой в первую очередь является заменой поршневого винта, поскольку он способен развивать более высокие скорости полета и большую дальность полета для данного веса самолета из-за гораздо меньшего веса двигателя и меньшего C D0 . Хотя он тяжелее ТРД или ТРД из-за винта и редуктора, он примерно в четыре раза легче поршневого винта той же мощности. Кроме того, площадь лобовой части хотя и несколько больше, чем у ТРД, но меньше, чем у поршнево-винтовой, и при работе двигателя C D0 имеет порядок ТРД, что означает выше E m , чем у поршневого винта.Наличие реактивной тяги, которая хотя и относительно мала, но практически постоянна, имеет тенденцию сглаживать кривые тяги на более высоких скоростях и уменьшать скорость снижения тягового КПД. Турбовинтовой имеет низкий удельный расход топлива, порядка, но несколько выше, чем у поршнево-винтового. Еще одно важное преимущество перед поршневым винтом — гораздо более низкие затраты на техническое обслуживание. Хотя его первоначальная стоимость выше, это более простой двигатель с большей надежностью, особенно с недавними улучшениями в коробке передач.

ТРДД представляет собой многопоточный двигатель, во многом похожий на турбовинтовой, за исключением того, что дополнительные турбины непосредственно приводят в действие вентилятор, напоминающий осевой компрессор. Несмотря на то, что при очень высоких степенях двухконтурности ТРДД может производить больше мощности, чем тяги, и работать больше как турбовинтовой, а не как турбореактивный двигатель, его принято описывать как ТРД.

ТРДД сочетает в себе хорошую тяговую эффективность и высокую тягу на более низких скоростях поршневого винта с постоянной тягой и увеличивающейся тяговой эффективностью на более высоких скоростях ТРД. Поскольку сложность и вес редуктора и системы управления воздушным винтом турбовинтового двигателя устранены, турбовентиляторный двигатель стал еще проще и легче. Кроме того, воздушный поток через канальный вентилятор не сильно зависит от воздушной скорости, так что снижение тяговой эффективности на высоких воздушных скоростях не так значительно, как снижение, связанное с эффективностью воздушного винта турбовинтового двигателя. Следовательно, ТРДД можно использовать на скоростях полета вплоть до низких сверхзвуковых скоростей полета.Хотя лобовая площадь больше, чем у ТРД, ТРДД значительно короче, а общее сопротивление не обязательно больше. Удельный расход топлива значительно меньше, чем у ТРД, и хотя больше, чем у ТРД, но приближается к сопоставимым значениям. Турбореактивный двигатель также тише, чем турбореактивный, и намного тише, чем турбовинтовой, что является преимуществом в наши дни, когда все больше беспокоят шумовые загрязнения.

Поскольку и турбовинтовой, и турбовентиляторный двигатели являются многопоточными двигателями, эквивалентный удельный расход топлива является комбинацией hpsfc и tsfc и, таким образом, зависит от воздушной скорости. Любое значение, указанное в литературе, относится к определенной воздушной скорости, которая не всегда указывается. Изменение удельного расхода топлива в зависимости от воздушной скорости у ТРД больше, чем у ТРД.

Поскольку турбовинтовые и турбовентиляторные двигатели представляют собой различные комбинации поршневого винта и турбореактивного двигателя, их характеристики должны находиться где-то между показателями поршневого винта и чисто турбореактивного двигателя. Сравнивая турбовинтовые, турбовентиляторные и турбореактивные двигатели сопоставимой мощности (сопоставимые газогенераторы), можно обнаружить, что турбовинтовой двигатель будет обеспечивать наибольшую тягу на более низких скоростях полета, включая самолет, остановившийся в начале разбега.Однако тяга будет уменьшаться с наибольшей скоростью из трех по мере увеличения воздушной скорости и при отрыве, вероятно, будет меньше, чем у двух других. Турбореактивный двигатель будет производить меньшую тягу, чем турбовинтовой, на более низких скоростях, но больше, чем турбореактивный, что не только улучшает взлетные характеристики и характеристики раннего набора высоты, но также позволяет увеличить полную массу на взлете, чем турбореактивный двигатель. Тяга уменьшается с увеличением воздушной скорости, но медленнее, чем у турбовинтового, из-за различий между вентилятором и воздушным винтом, а также из-за большей составляющей реактивной тяги.По мере увеличения степени двухконтурности характеристики ТРД приближаются к характеристикам ТРД на более низких скоростях полета, но сохраняют некоторые характеристики ТРД на более высоких скоростях полета. Турбореактивный двигатель имеет самую низкую начальную тягу из трех, но тяга практически остается постоянной при изменении скорости полета.

Что касается других аспектов характеристик, турбовинтовой двигатель достаточно похож на поршневой винт, поэтому разумным приближением является простое использование уравнений поршневой винт без изменений.Однако турбовентиляторный двигатель не обязательно должен быть таким простым или прямолинейным. Если степень двухконтурности мала, уравнения турбореактивного двигателя можно использовать без изменений. По мере увеличения степени двухконтурности и увеличения отношения мощности к тяге турбовентиляторный двигатель приобретает больше характеристик турбовинтового и поршневого винтов, особенно на более низких скоростях полета. По-прежнему можно использовать уравнения турбореактивного двигателя с осознанием того, что фактические значения малых скоростей могут несколько отличаться. На более высоких скоростях ТРДД будет работать как ТРД, но с меньшим удельным расходом топлива.

Из-за своей превосходной топливной эффективности турбовентиляторный двигатель быстро заменил турбореактивный двигатель для дозвуковых самолетов, а турбовинтовой двигатель заменил поршневой винт во многих приложениях (например, пригородных самолетах) из-за его меньшего веса и более высоких скоростей полета. Однако в последние годы меньший по размеру региональный реактивный самолет (RJ) на 30–100 мест быстро заменяет турбовинтовой в качестве фидерного и ближнемагистрального коммерческого самолета (см. рис. 8). Хотя топливная эффективность RJ ниже, чем у турбовинтового, RJ имеет преимущества, заключающиеся в большей крейсерской высоте (выше турбулентности и погодных условий), более коротком времени полета, меньшем шуме и, возможно, более высоком общественном признании из-за его более современного внешнего вида.

РИСУНОК 8. Canadair Regional Jet, CRJ 200. 50-местный пассажирский самолет, скорость 0,81 Маха, два ТРДД с тягой 8700 фунтов, полная масса 53 000 фунтов, площадь крыла 520 футов 2 (W/S = 102 фунта/фута 2 ) и дальность полета 2300 миль. [Предоставлено Bombardier Aerospace.]

Как запускаются реактивные двигатели самолетов?

Газотурбинные двигатели бывают разных форм и размеров. Один тип, обсуждаемый в разделе «Как работают газотурбинные двигатели», включает в себя обычный «реактивный» двигатель самолета.Горячие газы, образующиеся при сгорании топлива, приводят в движение лопасти точно так же, как ветер вращает ветряную мельницу. Лопасти соединяются с валом, который также вращает компрессор турбины. Другой тип газотурбинного двигателя, популярный в танках и вертолетах, имеет один набор лопаток для привода компрессора, а также отдельный набор лопаток, которые приводят в движение выходной вал. В обоих этих типах двигателей вам нужно, чтобы главный вал вращался, чтобы запустить двигатель.

В этом процессе запуска обычно используется электродвигатель для вращения главного вала турбины.Двигатель крепится болтами к внешней стороне двигателя и использует вал и шестерни для соединения с главным валом. Электродвигатель вращает главный вал до тех пор, пока через компрессор и камеру сгорания не пойдет достаточно воздуха, чтобы зажечь двигатель. Топливо начинает течь, и воспламенитель, похожий на свечу зажигания, поджигает топливо. Затем поток топлива увеличивается, чтобы раскрутить двигатель до рабочей скорости. Если вы когда-нибудь были в аэропорту и наблюдали, как запускается большой реактивный двигатель, вы знаете, что лопасти начинают медленно вращаться.Это делает электростартер. Затем вы (иногда) слышите хлопок и видите дым, выходящий из задней части двигателя. Затем двигатель раскручивается и начинает создавать тягу.

На небольших газотурбинных двигателях (особенно в самодельных моделях) еще один способ запустить двигатель — просто продуть воздух через воздухозаборник с помощью фена или воздуходувки. Этот метод дает тот же эффект, что и движение воздуха через камеру сгорания, но не требует сложности или веса прикрепленного стартера.

Помимо пускового вала, большинство больших реактивных двигателей имеют еще один выходной вал для привода таких устройств, как электрические генераторы, компрессоры кондиционера и т. д., необходимые для управления самолетом и поддержания его в комфорте. Этот вал может соединяться с главным валом турбины в той же точке, что и стартер, или в другом месте. Некоторые реактивные самолеты имеют отдельную турбину (иногда в хвостовом обтекателе самолета), которая только вырабатывает вспомогательную энергию. Более эффективно запускать эту меньшую турбину, когда самолет стоит на взлетно-посадочной полосе.

Вот несколько полезных ссылок:

Как работает реактивный двигатель?

Реактивные двигатели генерируют тягу, используя принципы реактивного движения, выбрасывая большие объемы жидкости в одном направлении для движения транспортного средства в противоположном направлении. В самолете это движение вперед создает поток воздуха над крыльями, который создает подъемную силу, удерживающую самолет в небе.

Генерация тяги достигается за счет использования третьего закона движения Ньютона, который гласит, что на каждое действие (силу) существует равная и противоположная реакция (сила).Когда воздух и продукты сгорания вытесняются из двигателя, они воздействуют на двигатель соответствующей силой, толкая самолет вперед. Таким образом, реактивные двигатели являются разновидностью реактивных двигателей.

Термин «реактивный двигатель» охватывает множество движителей. От прямоточных воздушно-реактивных двигателей до турбовентиляторных двигателей каждая конструкция реактивного двигателя преобразует энергию в тяговую мощность по-разному.

Турбореактивный двигатель

Схема турбореактивного двигателя

. Источник: Джефф Даль/CC BY-SA 4.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить его.)

Типичный тип реактивного двигателя, известный как турбореактивный двигатель, всасывает воздух из атмосферы, сжимает и нагревает его и позволяет ему выходить с высокой скоростью. В передней части турбореактивного двигателя воздух всасывается в воздуховод. После входа в этот воздухозаборник воздух попадает в компрессорную часть двигателя.

Компрессор состоит из нескольких ступеней роторов и статоров, представляющих собой вращающиеся и неподвижные диски с лопастями на концах, которые сжимают воздух в меньшие объемы, повышая его давление.Лопасти ротора имеют форму крошечных аэродинамических профилей, которые направляют воздух к статору. Неподвижные лопасти статора действуют как диффузор, снижая скорость воздуха и увеличивая его давление. Роторы и статоры установлены попеременно (ротор, статор, ротор, статор), работая в тандеме для повышения давления воздуха.

[Откройте для себя воздушные компрессоры и газовые компрессоры на Engineering360.]

Затем этот воздух под высоким давлением поступает в камеру сгорания, где распыленное топливо для реактивных двигателей впрыскивается в нее и воспламеняется, образуя очень горячий газ под высоким давлением. Топливо подается в двигатель из топливного бака подкачивающим насосом низкого давления. Перед входом в камеру сгорания давление топлива дополнительно увеличивается двухступенчатым основным топливным насосом для достижения достаточного давления для распыления форсунки. Часть топлива под давлением иногда используется для целей, отличных от сжигания, например, в гидравлических системах «топливной техники», которые приводят в действие компрессор с изменяемой геометрией, клапаны для стравливания воздуха и клапаны охлаждения турбины.

Продукты сгорания направляются через секцию турбины, состоящую из еще нескольких ступеней вращающихся лопастных дисков.Турбина извлекает энергию из горячих газов для питания компрессора, с которым она соединена валом. Наконец, газ выходит из двигателя через сужающееся сопло в задней части, давление которого уменьшается по мере набора скорости. Высокоскоростная масса газов обеспечивает тягу, которая толкает самолет вперед.

Турбореактивные двигатели представляют собой газотурбинные двигатели, которые также используются в качестве электростанций для выработки электроэнергии в промышленности. Вместо выпуска продуктов сгорания для создания тяги работа, производимая газовыми турбинами, может использоваться для выработки электроэнергии за счет извлечения максимальной энергии из продуктов сгорания в секции турбины для привода вала, соединенного с электрическим генератором.

Турбовентиляторный

Схема турбовентиляторного двигателя

. Источник: K. Aainsqatsi/CC BY-SA 3.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Современные коммерческие пассажирские самолеты оснащены реактивными двигателями, известными как турбовентиляторные. Эти двигатели похожи на турбореактивные — с секциями вентилятора, компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла — но имеют существенные конструктивные отличия.

Прямо внутри входного отверстия турбовентиляторного двигателя находится большой вентилятор, который всасывает гораздо больший объем воздуха.Часть этого воздуха направляется в компрессор, но большая его часть транспортируется вокруг газовой турбины к задней части двигателя. Турбовентиляторные двигатели получают большую часть своей тяги от этого перепускного потока воздуха. Большой объем воздуха, движущегося с меньшей скоростью, создает меньше шума, чем турбореактивный двигатель, и обеспечивает более экономичную работу.

Турбовентиляторные двигатели

имеют лучшую общую топливную экономичность, чем турбореактивные, за счет повышенной механической сложности. В дополнение к основному компрессору, турбине и валу вентилятор приводится в действие другим валом, соединенным с дополнительной турбиной.

Во многих современных двигателях секции компрессор-турбина разделены на секции низкого и высокого давления. В этих конфигурациях компрессор низкого давления и турбина низкого давления соединены валом и вращаются как один «золотник», отдельно от золотника компрессора высокого давления и турбины высокого давления. Каждая катушка вращается независимо на валах, расположенных концентрически, вложенных друг в друга и идущих в осевом направлении по длине двигателя.

Эта конфигурация позволяет каждой катушке работать в оптимальной рабочей точке, повышая эффективность двигателя.На некоторых двигателях, в частности, на турбовентиляторных Rolls-Royce, золотник высокого давления дополнительно разделен на две секции, в результате чего получается три золотника компрессор-турбина: низкого давления, среднего давления и высокого давления.

Другие типы

Другие типы реактивных двигателей включают турбовинтовые, турбовальные, винтовентиляторные и прямоточные воздушно-реактивные двигатели.

Турбовинтовые двигатели состоят из воздушного винта, приводимого в движение турбореактивным двигателем. В отличие от турбореактивных двигателей, турбовинтовые двигатели извлекают больше энергии из продуктов сгорания в секции турбины, чтобы передать почти всю свою мощность на вал, который приводит в движение воздушный винт, вместо создания выхлопных газов большой тяги.

Схема турбовинтового двигателя

. Источник: Emoscopes/CC BY-SA 3. 0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Турбовальные двигатели аналогичны турбовинтовым двигателям в том смысле, что они используют турбореактивный двигатель для привода вала. Однако вместо прямого крепления вала к гребному винту турбовинтовые двигатели приводят в движение трансмиссии в таких приложениях, как вертолеты, корабли и танки.

Схема турбовального двигателя. Источник: Mliu92/CC BY-SA 4.0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Винтовые вентиляторы , также известные как двигатели с открытым ротором, аналогичны турбовинтовым, но вместо типичных винтов винтовые вентиляторы оснащены большим количеством лопастей специальной формы, установленных снаружи в передней, средней или задней части гондолы, в в некоторых случаях в конфигурации с противоположным вращением, состоящей из двух роторов, вращающихся в противоположных направлениях.Винтовые вентиляторы обеспечивают высокую эффективность использования топлива, но они производят больше шума по сравнению с конструкциями, в которых секции гребного винта или вентилятора заключены в гондолу.

Схема винтовентиляторного двигателя

. Источник: КВДП/Википедия (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

ПВРД — это простые реактивные двигатели, в которых отсутствуют вращающиеся механизмы, содержащиеся в турбореактивных двигателях. Вместо сжатия воздуха с помощью вращающихся компрессоров, приводимых в действие секцией турбины, прямоточные воздушно-реактивные двигатели используют поступательное движение самолета как средство для создания воздуха под высоким давлением.Затем топливо впрыскивается в поток, воспламеняется и выбрасывается через сопло для создания тяги.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели не создают тяги без движения самолета вперед и очень малой тяги до тех пор, пока самолет не достигнет скорости звука, достигая максимальной эффективности на сверхзвуковых скоростях около 3 Маха. их для более эффективной работы на скоростях самолета выше 6 Маха.

Схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя

.Источник: Cryonic07/CC BY-SA 3. 0 (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Ракетные двигатели используют реактивную тягу для создания тяги за счет сжигания топлива и выпуска продуктов сгорания через сопла. В отличие от реактивных двигателей, которые всасывают атмосферный воздух для использования его кислорода в реакции горения с топливом, ракеты хранят на борту как окислитель, так и топливо, что позволяет им работать в космическом вакууме в дополнение к земной атмосфере. Топливо хранится в отдельных баках в жидкотопливных ракетах или в виде топливно-окислительной смеси, известной как зерно в твердотопливных ракетных двигателях.

Схема жидкостного ракетного двигателя. Источник: НАСА (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Схема твердотопливного ракетного двигателя. Источник: НАСА (Щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Пример турбовентиляторного двигателя

Чтобы получить представление о типичных рабочих температурах и давлениях на различных ступенях реактивного двигателя, рассмотрите рисунок ниже, на котором показано поперечное сечение турбовентиляторного двигателя Pratt and Whitney JT9D-7 с большим байпасом. JT9D-7 приводил в действие оригинальный Boeing 747, когда он поступил на вооружение в 1970 году.Варианты двигателя также использовались в более поздних версиях 747, а также 767, Airbus A300, A310 и McDonnell Douglas DC-10.

Поперечное сечение турбовентиляторного двигателя Pratt and Whitney JT9D-7 с указанием типичных температур и давлений на различных участках двигателя. Источник: Aircraft and Rocket Propulsion, Брайан Дж. Кантвелл, Стэнфордский университет (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

На рисунке показаны типичные значения температуры и давления на различных участках двигателя.Направление потока указано стрелками. a,fan — массовый расход перепускного воздуха через вентилятор, a,core — массовый расход воздуха через сердечник двигателя и f — масса топлива скорость потока.

Станция 2 соответствует набегающему потоку воздуха при статических условиях на уровне моря 59°F и 14,7 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 13 расположена в обводном тракте вентилятора на выходе из вентилятора, но перед входом в выпускное сопло вентилятора.На этой станции температура перепускного воздуха увеличилась до 140°F после прохождения через воздухозаборник и вентилятор.

Станция 2.5 расположена в сердечнике двигателя после компрессора низкого давления и перед компрессором высокого давления. После прохождения через воздухозаборник, вентилятор и компрессор низкого давления температура и давление воздуха в активной зоне повысились до 220°F и 32 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 3 расположена на выходе из компрессора высокого давления перед камерой сгорания. К этому моменту воздух в сердцевине двигателя достиг температуры 940°F и самого высокого давления 335 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 4 расположена на выходе из горелки перед турбиной высокого давления. Горение привело к скачку температуры газа до 2325°F. Давление немного снизилось до 315 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 4. 5 расположена между турбиной низкого давления и турбиной высокого давления. Турбина низкого давления извлекла часть энергии потока в этой точке, поскольку газ расширяется через нее, падая в температуре и давлении до 1525 ° F и 82 фунтов на квадратный дюйм.

Станция 5 расположена на выходе из турбины, где температура газа упала до 1035°F и 22 фунтов на квадратный дюйм.После станции 5 газ выпускается через сопло и смешивается с набегающим воздухом, расширяясь до условий давления набегающего потока и возвращаясь к температуре окружающей среды.

В части 2 этой серии будет рассмотрен фундаментальный термодинамический цикл, описывающий работу реактивного двигателя, а также рассмотрены два показателя эффективности реактивного двигателя.

Ресурсы

Соареш, Клэр. Газовые турбины: Справочник по применению в воздухе, на суше и на море . 2-е изд., Эльзевир, 2015.

Propulsion Thermodynamics [PDF], Aircraft and Rocket Propulsion, Brian J. Cantwell, Stanford University

Как работает реактивный двигатель | Стэнфордский университет

Как работает реактивный двигатель? | НАСА

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.