ВОЗДУШНОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВРД), реактивный двигатель, в к-ром для сжигания горючего используется кислород, содержащийся в атм. воздухе. ВРД приводит в движение летат. аппараты (самолёты, вертолёты, самолёты-снаряды). Сила тяги в ВРД возникает в результате истечения рабочих газов из реактивного сопла. Для получения большой скорости истечения газов из сопла воздух, поступающий в камеру сгорания ВРД, подвергается сжатию. В зависимости от способа сжатия воздуха ВРД делятся на турбокомпрессорные (ТРД), пульсирующие (ПуВРД) и прямоточные (ПВРД).
Турбокомпрессорные ВРД (ТРД) имеют компрессор с приводом от газовой турбины, что позволяет независимо от скорости полёта создавать сжатие воздуха, обеспечивающее большие скорости истечения газов из выходного (реактивного) сопла и большую силу тяги. ТРД широко применяется на самолётах, вертолётах, беспилотных самолётах-снарядах. ТРД можно устанавливать на катерах, гоночных автомобилях, аппаратах на воздушной подушке и др. (см. Турбокомпрессорный двигатель).
Пульсирующий ВРД (ПуВРД) имеет (рис. 1) входной диффузор (для сжатия воздуха под влиянием кинетич. энергии набегающего потока), отделённый от камеры сгорания входными клапанами, и длинное цилиндрич. выходное сопло. Горючее и воздух подаются в камеру сгорания периодически. При сгорании смеси давление в камере повышается, т. к. клапаны на входе автоматически закрываются, а столб газов в длинном сопле обладает инерцией. Газы под давлением с большой скоростью вытекают из сопла, создавая силу тяги. К концу процесса истечения давление в камере сгорания падает ниже атмосферного, клапаны автоматически открываются и в камеру поступает свежий воздух, впрыски вается топливо; цикл работы двигателя повторяется. ПуВРД способен создавать тягу на месте и при небольших скоростях полёта. Когда клапаны закрыты, ПуВРД имеет большое аэродинамич. сопротив ление по сравнению с др. типами ВРД небольшую тягу и используется лишь для аппаратов со скоростью полёта меньше звуковой.
Рис. 1. Схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателя (ПуВРД): 1 - воздух; 2 - горючее; 3 - клапанная решётка; 4 - форсунки; 5 - свеча; 6 - камера сгорания; 7 - выходное (реактивное) сопло.
Рис. 2. Схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД): / - воздух; 2 - диффузор; 3 - впрыск горючего; 4 - стабилизатор пламени; 5 - камера сгорания; 6 - сопло; 7 - истечение газов.
Рис. 3. Области применения двигателей различных типов в зависимости от скорости полёта: Н - высота полёта; М - число Маха; 1 - турбореактивные двигатели; 2 - турбореактивные двигатели с форсажной камерой; 3 - прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
В прямоточном ВРД (ПВРД) во входном диффузоре (рис. 2) воздух сжимается за счёт кинетич. энергии набегающего потока воздуха. Процесс работы непрерывен, поэтому стартовая тяга у ПВРД отсутствует. При скоростях полёта ниже половины скорости звука (ниже 500 км/ч) повышение давления воздуха в диффузоре незначительно, поэтому получаемая сила тяги мала. В связи с этим при скоростях полёта, соответствующих М<0,5 (где М - число Маха, см. М-число), ПВРД не применяется; при М = 3 (скорость полёта ок. 3000 км/ч) давление в камере сгорания повышается примерно в 25 раз. ПВРД могут работать как на химическом (керосин, бензин и др.), так и на атомном горючем. При установке ПВРД на самолётах с меняющейся скоростью полёта, напр, на истребителях-перехватчиках, входное устройство должно иметь регулируемые размеры и изменяемую форму для наилучшего использования скоростного напора набегающего потока воздуха. Реактивное сопло также должно иметь регулируемые размеры и форму. Взлёт самолёта-перехватчика с ПВРД производится при помощи ракетных двигателей (на жидком или твёрдом топливе) и только после достижения скорости полёта, при к-рой воздух в диффузоре имеет достаточно высокое давление, начинает работу ПВРД. Осн. преимущества ПВРД: способность работать на значительно больших скоростях и высотах полёта, чем ТРД; большая экономичность по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), т. к. в ПВРД используется кислород воздуха, а в ЖРД кислород вводится в виде одного из компонентов топлива, транспортируемого вместе с двигателем; отсутствие движущихся частей и простота конструкции. Главные недостатки ПВРД: отсутствие статич. (стартовой) тяги, что требует принудит, старта; малая экономичность при дозвуковых скоростях полёта. Применение ПВРД наиболее эффективно для полёта с большими сверхзвуковыми скоростями. ПВРД со сверхзвуковой скоростью сгорания топлива (в камере сгорания) наз. гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД). Его применение целесообразно на летат. аппаратах при скоростях полёта, соответствующих М = 5-6. Области применения различных типов двигателей показаны на рис. 3.
Лит.: Бондарюк М. М., Ильяшенко С. М., Прямоточные воздушно-реактивные двигатели, М., 1958.
Г. С. Скубачевский.
Рис. 1. Схема ПВРД прямой реакции.
возду́шно-реакти́вный дви́гатель (ВРД) реактивный двигатель, в котором атмосферный воздух применяется как основное рабочее тело в термодинамическом цикле, а также при создании реактивной тяги двигателя. При использовании химического авиационного топлива кислород, содержащийся в воздухе, является основным окислителем при горении топлива в ВРД. Если источником энергии в ВРД служит, например, ядерная энергия, то теплота к рабочему телу (воздуху) передается с помощью промежуточных теплоносителей или другим способом (см. Авиационная ядерная силовая установка). Термодинамический цикл ВРД в общем случае включает процессы сжатия воздуха, забираемого из атмосферы, подвода теплоты (одно- или многократного) и расширения нагретого газа до атмосферного давления. ВРД по способу сжатия воздуха делятся на компрессорные и бескомпрессорные. У компрессорных ВРД сжатие воздуха осуществляется в воздухозаборнике, а далее механическим компрессором, вращаемым газовой турбиной. Такие ВРД принадлежат к классу газотурбинных двигателей (ГТД). Принципиально возможен привод компрессора от поршневого двигателя внутреннего сгорания (мотокомпрессорный ВРД). К бескомпрессорным ВРД относятся прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) и пульсирующий воздушно-реактивный двигатель. В ПВРД (рис. 1) сжатие воздуха осуществляется только за счёт кинетической энергии набегающего потока воздуха. Разновидностью прямоточного ВРД является гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) со сверхзвуковой скоростью течения воздуха внутри двигателя.
К ГТД прямой реакции относятся одно- и двухконтурный турбореактивные двигатели (ТРД и ТРДД). При использовании форсажных камер сгорания (турбореактивный двигатель с форсажной камерой и турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой) диапазон применения этих двигателей по скорости полёта расширяется. К ВРД по рабочему процессу и конструкции близки авиационного ГТД непрямой реакции: турбовинтовые двигатели (ТВД) и их разновидности турбовинтовентиляторные двигатели и турбовальные двигатели. Эти двигатели предназначены только для дозвуковых скоростей полёта.
Особый класс образуют комбинированные двигатели, сочетающее элементы ГТД, ракетного двигателя и ПВРД. Области применения ВРД по скорости и высоте полёта показаны на рис. 2.
Идеи создания ВРД различных схем высказывались во 2-й половине XIX начале XX вв. В 30-е гг. начали создаваться экспериментальные образцы ТРД, ПВРД, мотокомпрессорных ВРД. Первые боевые самолёты с турбореактивными двигателями появились в Великобритании и Германии в 1944. Начиная с 50-х гг. ВРД становится основным типом двигателей самолётов. На некоторых беспилотных летательных аппаратах нашли применение прямоточный воздушно-реактивный двигатель и ракетно-прямоточные двигатели.
Литература:
Теория воздушо-реактивных двигателей, под ред. С. М. Шляхтенко, М., 1975.
В. А. Сосунов.
Рис. 2. Области применения различных двигателей по высоте и числу Маха полёта.