Машина-двигательОт водяного колеса до атомного двигателя
Шрифт:
В том же 1928 году два латвийских студента приспособили ракеты к своим велосипедам и проехали около полукилометра.
Реактивный велосипед.
Из всех этих опытов выяснилось, что при скоростях до 200 километров в час полезно используется только 2–3 % энергии ракет, то есть для таких условий это был самый невыгодный двигатель.
С тех пор помыслы инженеров и изобретателей обратились к той области использования реактивного двигателя, где
И снова в небо
И, следуя далее по пути продвижения в жизнь реактивного двигателя, мы вынуждены вновь обратить свое внимание к небу…
Уж если говорить о больших скоростях, так вот там-то им и место. И вовсе не обязательно летать в космическую, безбрежную даль — к Луне, к звездам. Можно и даже нужно летать с большими скоростями по воздуху над землей, так сказать в ближнем небе.
Мы знаем, что самым скорым видом сообщения стал самолет. До войны самолеты оборудовались мощными поршневыми двигателями внутреннего сгорания и могли уже развивать огромные скорости полета. В 1934 году рекорд скорости был равен 709 километрам в час. Такой самолет от Ленинграда до Москвы мог пролететь за 56 минут, в то время как курьерский поезд этот же путь проходит за 10–12 часов, а автомобиль, мчащийся на предельной скорости, за 6–7 часов.
В 1939 году рекорд авиационных скоростей еще немного повысился, он стал равен 755 километрам в час. Дальнейшее увеличение скорости самолета с поршневым двигателем, как показали расчеты, сопряжено с весьма значительным увеличением мощности такого двигателя. А вместе с ростом мощности, как известно, возрастают и размеры и вес двигателя, и установка его на самолете становится немыслимой.
Большие же мощности необходимы, чтобы преодолеть сопротивление воздуха, очень сильное на больших скоростях. Надо заметить, что и винт, которым самолет врезается в воздух и тем самым совершает движение, на очень больших скоростях работает плохо и иногда просто замедляет движение.
Вот почему авиаконструкторы решили попытаться достичь больших скоростей с помощью другого двигателя — реактивного, который, как нам уже известно, именно в этом случае может оказаться наиболее удачным, тем более, что для движения реактивного самолета не потребуется применения винта.
«Неужели конструкторы решили поставить на самолет пороховой ракетный двигатель?» — спросите вы.
Конечно, нет. Мы же знаем, что для длительных полетов пороховой двигатель не пригоден.
«Ну, тогда, значит, жидкостно-реактивный?»
Да, но не совсем такой, как для межпланетных ракет. Вы помните, Циолковский предложил сжигать жидкое топливо в атмосфере чистого кислорода. И топливо и кислород должны при этом храниться в баках на борту ракетоплана. Но какой же смысл хранить кислород в баках самолета, если самолет всё время летит по воздуху, а в воздухе содержится кислород? За атмосферой Земли, где-нибудь в межпланетном пространстве, там дело другое, там кислорода взять негде. А тут — пусть двигатель «дышит» воздухом, берет кислород из-за борта. Зато в баки можно запасти побольше топлива и пролетать большие расстояния без заправки горючим.
Так появилась идея применения воздушно-реактивного двигателя.
Простейший воздушно-реактивный двигатель может быть построен сравнительно легко.
Посмотрите его схему. Он похож на яйцо, у которого аккуратно срезали обе верхушки.
Схема воздушно-реактивного
Вот если самолет с такой трубкой заставить лететь, то через переднее отверстие внутрь трубки начнет врываться воздух. Здесь в воздушный поток будет впрыскиваться через форсунки жидкое топливо и, подожженное электрической искрой, сгорать. От выделяемого тепла поднимется температура, а значит, — и давление газов. Газы будут стремиться вырваться через оба отверстия — переднее и заднее, но спереди они столкнутся с большим противодавлением набегающего воздушного потока, а сзади сопротивление окажется совсем малым.
Тогда всё содержимое камеры сгорания и устремится назад, толкая трубку-двигатель и весь самолет вперед. Описанный двигатель называется прямоточным воздушно-реактивным двигателем.
Но вы уже, очевидно, сами догадались, что такой двигатель обладает большим недостатком, — для того, чтобы он заработал, его надо как бы протащить сначала с большой скоростью по воздуху, то есть нужно на самолет ставить еще специальные разгоночные двигатели. Кроме того, этот двигатель для скоростей обычных полетов и неэкономичен. Вспомним недостаток первого двигателя внутреннего сгорания — двигателя Ленуара. Он обладал низким КПД потому, в частности, что работал без предварительного сжатия рабочего заряда. Подобное явление имеет место и в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Если скорость полета невелика, давление воздуха в камере сгорания оказывается тоже небольшим и тепло, выделяющееся при сгорании топлива, используется плохо.
Лишь на больших скоростях, близких к скорости звука, степень сжатия воздуха становится достаточной, чтобы работа двигателя оказалась экономичной.
Нам известно, что в дизеле термический коэффициент полезного действия выше, чем в карбюраторном двигателе. Там удается тот же весовой заряд воздуха предварительно сжать посильнее, отчего к моменту впрыска уже и температура в камере оказывается выше, чем в карбюраторном двигателе. И, когда сгорает порция топлива в цилиндре дизеля, там температура поднимается выше, чем в цилиндре карбюраторного двигателя, а значит, — и давление газов на поршень оказывается большим.
Вот и для воздушно-реактивного двигателя было бы полезным воздух подавать под давлением, сжатым, — тогда и по весовому количеству его было бы достаточно, и по начальной температуре процесс сгорания был бы экономичней.
Представим, например, себе камеру сгорания не прямоточного двигателя, а другого, имеющего специальный компрессор. В камеру всё время нагнетается компрессором воздух. Там оказывается повышенное давление, и туда впрыскивается топливо. Горячие газы с большой скоростью вылетают в трубу, создавая реактивное усилие.
Но… не кажется ли вам, что здесь что-то уже знакомо? Да и в самом деле, ведь если на пути струи газа поставить колесо с лопатками, мы получим уже знакомый нам двигатель — газовую турбину.
Вот мы и пришли к неожиданному выводу, что реактивный двигатель и газовая турбина имеют один и тот же принцип сгорания топлива и можно создать двигатель комбинированный — газотурбореактивный.
Именно по такому пути и пошли конструкторы современных реактивных самолетов.
Воздух у реактивных самолетов поступает сначала в компрессор. Но компрессор здесь не обычный, поршневой, а центробежный. В поршневом компрессоре воздух сжимается поршнем и затем выталкивается через клапаны. Здесь же воздух сжимается, отбрасываемый к стенкам корпуса лопатками, которые закреплены на вращающемся роторе. Вращать ротор приходится с помощью посторонней энергии.