23.1. Циклы реактивных двигателей
Реактивный двигатель представляет собой устройство, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию струи рабочего вещества (газа), расширяющегося в соплах. Эта струя создает тягу за счет реактивного действия, рабочего тела, вытекающего из двигателя в сторону, противоположную направлению движения летательного аппарата.
Эти двигатели применяются на летательных аппаратах и подразделяются на воздушно-реактивные двигатели (ВРД), у которых окислителем топлива (керосина) является кислород атмосферного воздуха. В свою очередь ВРД делят на:
1. Воздушно-реактивные бескомпрессорные двигатели, которые в свою очередь бывают:
а) прямоточно-реактивными с горением топлива при постоянном давлении;
б) пульсирующими с горением топлива при постоянном объеме.
2. Турбокомпрессорные реактивные двигатели, жидкостные реактивные двигатели (ЖРД) или ракетные двигатели (РД), у которых окислителем является жидкость, запасенная на борту летательного аппарата ( жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота). Топливом для РД является водород и соединение его с углеродом, а также твердые металлы с малой атомной массой (литий, бор) и их соединение с водородом.
Следовательно, ВРД пригоден для работы только в атмосфере Земли, а РД могут работать как в атмосфере, так и в космическом пространстве.
РД, кроме того, подразделяются на двигатели твердого топлива, у которых топливом является порох, содержащий в своем составе необходимый для горения кислород.
Основным параметром, характеризующим реактивный двигатель как силовую установку, является развиваемая им реактивная тяга.
Реактивная тяга при работе сопла на расчетном режиме определяется по формуле :
R = m (c - w ) , (23.1)
где m - секундный расход рабочего тела через двигатель;
с - скорость истечения газов из сопла; - скорость летательного аппарата.
При работе двигателя на месте реактивная тяга двигателя равна:
R = m × c, (23.2)
При работе сопла на нерасчетном режиме, когда давление газа на выходе из сопла pа больше давления окружающей среды pо, тяга определяется по формуле:
R = m (c¢ - w ) + f (pа - pо) , (23.3)
где с’ - скорость истечения при неполном рас газа; f - площадь на выходе из реактивного сопла; pа - давление газа на выходе из реактивного сопла; pо - давление окр.среды.
Удельная тяга - тяга, развиваемая 1кг воздуха, который проходит через двигатель за 1с. Р = = c - w , (23.4)
При работе на месте w = о, следовательно,
Р = с, (23.5)
Удельная тяга пропорциональна скорости истечения газа из реактивного сопла. Чем больше скорость истечения, тем больше удельная тяга, создаваемая 1кг воздуха, проходящего через двигатель в 1 секунду.