Воздушно-реактивные двигатели

В воздушно-реактивных двигателях (ВРД) для сжигания жидкого топлива используется атмосферный воздух. Бывают бескомпрессорные (со сжатием воздуха только за счет скоростного напора воздушного потока) и компрес­сорные ВРД.

Бескомпрессорные ВРД делятся на прямоточные (сгорание топлива при р = const) и пульсирующие (сгорание топлива при ν = const). Летательные аппараты, имеющие бескомпрессорные двигатели, нуждаются в принуди­тельном запуске, так как эти двигатели работают лишь в набегающем потоке воздуха.

Рис. 10.17

В зависимости от скорости движения летательного аппарата бывают две схемы ВРД - для сверхзвуковых и дозвуковых скоростей полета. На рис. 10.17 приведена схема воздушно-реактивного двигателя для сверхзвуковых скоростей полета, а также характер изменения скорости и давления газового потока внутри аппарата. Рассмотрим характер изменения скоростей w и дав­лений р в различных сечениях двигателя.

В сечении I воздух поступает в канал со сверхзвуковой скоростью. Для осуществления его сжатия канал на участке I-II суживается, а на участке II- расширяется. Вследствие этого давление на участке I-III возрастает, а скорость уменьшается до величины, меньшей скорости звука. На участке III-IV расположена камера сгорания, где происходит сгорание топлива с выде­лением теплоты q ₁при постоянном давлении. Скорость на этом участке ос­тается постоянной.

Скорость на выходе из камеры сгорания оказывается меньшей скорости звука. Для ее увеличения канал двигателя сначала суживается (участок IV-V), а затем расширяется (участок V-VI). В сечении V газ имеет скорость, равную скорости звука. На участке V-VI происходит дальнейшее увеличение скорости до сверхзвуковой и падение давления от критического значения до давления окружающей среды.

На рис. 10.18 приведена схема ВРД для дозвуковых скоростей полета, а также характер изменения давления и скорости потока. В данном случае от­сутствует сужающийся участок на входе в канал, так как скорость газа доз­вуковая. На участке III-IV происходит возрастание скорости, однако она не достигает звуковой.

Рис. 10.18.

1 - диффузор, 2 - камера сгорания, 3 - сопло

На рис. 10.19 представлен теоретический цикл прямоточного ВРД в pv -координатах. Рассмотрим процессы цикла. 1-2 - сжатие в диффузоре потока воздуха; 2-3 - изобарный процесс подвода теплоты q ₁в камере сгорания; 3-4 - адиабатическое расширение газов в сопловом аппарате; 4-1 - охлаждение газов в атмосфере.

Рис. 10.19.

Анализируя цикл, изображенный на рис. 10.19, можно заметить, что по конфигурации он совпадает с циклом газотурбинного двигателя со сгоранием топлива при р = const.

Поэтому кпд цикла ВРД будет

,

где -степень увеличения давления воздуха в диффузоре.

Преимущества воздушно-реактивных двигателей состоят в простоте кон­струкции (малая масса) и возможности достижения высоких скоростей поле­та, в 2-3 раза превышающих скорость звука.