เครื่องยนต์ไอพ่นทำงานอย่างไร? เครื่องยนต์กังหันแก๊ส รูปภาพ. โครงสร้าง. ลักษณะ หลักการพื้นฐานของการทำงานของเครื่องยนต์ไอพ่น

เครื่องยนต์ไอพ่นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 เปิดโอกาสใหม่ๆ ในการบิน: การบินด้วยความเร็วที่เกินความเร็วของเสียง การสร้างเครื่องบินที่มีน้ำหนักบรรทุกสูง ทำให้สามารถเดินทางเป็นจำนวนมากได้ในระยะทางไกล เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทถือว่าเป็นหนึ่งในกลไกที่สำคัญที่สุดของศตวรรษที่ผ่านมา แม้ว่าจะมีหลักการทำงานที่เรียบง่าย

เรื่องราว

เครื่องบินลำแรกของ Wright Brothers ที่ออกจากโลกด้วยตัวเองในปี 1903 นั้นขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ และเป็นเวลาสี่สิบปีที่เครื่องยนต์ประเภทนี้ยังคงเป็นเครื่องยนต์หลักในการสร้างเครื่องบิน แต่ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 เป็นที่แน่ชัดว่าการบินด้วยใบพัดลูกสูบแบบเดิมๆ ได้มาถึงขีดจำกัดทางเทคโนโลยีแล้ว ทั้งในแง่ของกำลังและความเร็ว ทางเลือกหนึ่งคือเครื่องยนต์แอร์เจ็ท

แนวคิดในการใช้แรงขับเจ็ทเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงถูกนำมาสู่ความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติโดย Konstantin Tsiolkovsky เป็นครั้งแรก เร็วเท่าที่ปี 1903 เมื่อพี่น้องตระกูล Wright เปิดตัวเครื่องบิน Flyer-1 ลำแรก นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้ตีพิมพ์ผลงานของเขา Exploring the Spaces of the World ด้วย Jet Instruments ซึ่งเขาได้พัฒนาพื้นฐานของทฤษฎีการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น บทความที่ตีพิมพ์ใน Scientific Review ได้สร้างชื่อเสียงให้กับเขาในฐานะนักฝันและไม่ได้เอาจริงเอาจัง Tsiolkovsky ต้องใช้เวลาหลายปีในการทำงานและการเปลี่ยนแปลงระบบการเมืองเพื่อพิสูจน์กรณีของเขา

เครื่องบินเจ็ท Su-11 พร้อมเครื่องยนต์ TR-1 พัฒนาโดย Lyulka Design Bureau

อย่างไรก็ตาม ประเทศที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง คือ เยอรมนี ถูกกำหนดให้เป็นแหล่งกำเนิดของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทแบบอนุกรม การสร้างเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทในช่วงปลายทศวรรษ 1930 เป็นงานอดิเรกของบริษัทเยอรมัน ในพื้นที่นี้ เกือบทุกแบรนด์ที่รู้จักในปัจจุบันถูกตั้งข้อสังเกต: Heinkel, BMW, Daimler-Benz และแม้แต่ Porsche เกียรติยศหลักตกเป็นของ Junkers และเครื่องบินเทอร์โบเจ็ทอนุกรมเครื่องแรกของโลก 109-004 ซึ่งติดตั้งบนเครื่อง Me 262 turbojet เครื่องแรกของโลก

แม้จะประสบความสำเร็จอย่างน่าเหลือเชื่อในการบินเจ็ตรุ่นแรก แต่โซลูชั่นของเยอรมันไม่ได้พัฒนาเพิ่มเติมที่ใดในโลก รวมถึงในสหภาพโซเวียต

ในสหภาพโซเวียต การพัฒนาเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทประสบความสำเร็จมากที่สุดโดย Arkhip Lyulka นักออกแบบเครื่องบินในตำนาน ย้อนกลับไปในเดือนเมษายน พ.ศ. 2483 เขาได้จดสิทธิบัตรรูปแบบของตัวเองสำหรับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทบายพาส ซึ่งต่อมาได้รับการยอมรับจากทั่วโลก Arkhip Lyulka ไม่ได้รับการสนับสนุนจากความเป็นผู้นำของประเทศ เมื่อเกิดสงครามขึ้น เขาได้รับการเสนอให้เปลี่ยนไปใช้เครื่องยนต์รถถัง และเมื่อชาวเยอรมันมีเครื่องบินที่มีเครื่องยนต์ turbojet เท่านั้น Lyulka ได้รับคำสั่งให้กลับมาทำงานกับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท TR-1 ในประเทศโดยด่วน

แล้วในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2490 เครื่องยนต์ผ่านการทดสอบครั้งแรก และในวันที่ 28 พฤษภาคม เครื่องบินเจ็ท Su-11 ที่มีเครื่องยนต์ TR-1 ในประเทศเครื่องแรกที่พัฒนาโดย A.M. Design Bureau ได้ทำการบินครั้งแรก Lyulka ปัจจุบันเป็นสาขาของซอฟต์แวร์สร้างเครื่องยนต์ Ufa ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ United Engine Corporation (UEC)

หลักการทำงาน

เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท (TRD) ทำงานบนหลักการของเครื่องยนต์ความร้อนแบบธรรมดา โดยไม่ต้องเจาะลึกกฎของอุณหพลศาสตร์ เครื่องยนต์ความร้อนสามารถกำหนดเป็นเครื่องจักรสำหรับแปลงพลังงานเป็นงานกล พลังงานนี้ถูกครอบครองโดยสารทำงานที่เรียกว่า - ก๊าซหรือไอน้ำที่ใช้ภายในเครื่อง เมื่อบีบอัดในเครื่องจักร สารทำงานจะได้รับพลังงาน และเมื่อขยายตัวในเวลาต่อมา เราก็มีงานเชิงกลที่มีประโยชน์

ในเวลาเดียวกัน เป็นที่ชัดเจนว่างานที่ใช้ไปในการอัดแก๊สต้องน้อยกว่างานที่แก๊สจะทำได้เมื่อขยายตัวเสมอ มิฉะนั้นจะไม่มี "ผลิตภัณฑ์" ที่เป็นประโยชน์ ดังนั้นแก๊สจะต้องได้รับความร้อนก่อนการขยายตัวหรือระหว่างแก๊สและทำให้เย็นลงก่อนบีบอัด เป็นผลให้เนื่องจากการอุ่นล่วงหน้าพลังงานการขยายตัวจะเพิ่มขึ้นอย่างมากและส่วนเกินจะปรากฏขึ้นซึ่งสามารถใช้เพื่อให้ได้งานทางกลที่เราต้องการ นั่นคือหลักการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท

ดังนั้นเครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ จะต้องมีอุปกรณ์บีบอัด เครื่องทำความร้อน อุปกรณ์ขยาย และอุปกรณ์ทำความเย็น เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทมีทั้งหมดนี้ตามลำดับ: คอมเพรสเซอร์ ห้องเผาไหม้ กังหัน และบรรยากาศทำหน้าที่เป็นตู้เย็น

ถัดไป อากาศจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ซึ่งได้รับความร้อนและผสมกับผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ (น้ำมันก๊าด) ห้องเผาไหม้ล้อมรอบโรเตอร์ของเครื่องยนต์หลังจากคอมเพรสเซอร์มีวงแหวนต่อเนื่องหรืออยู่ในรูปของท่อแยกซึ่งเรียกว่าท่อเปลวไฟ น้ำมันก๊าดสำหรับการบินถูกป้อนเข้าไปในท่อเปลวไฟผ่านหัวฉีดพิเศษ

จากห้องเผาไหม้ ของเหลวทำงานที่ร้อนจะเข้าสู่กังหัน มันคล้ายกับคอมเพรสเซอร์ แต่ทำงานไปในทิศทางตรงกันข้าม มันหมุนแก๊สร้อนด้วยหลักการเดียวกับของเล่นใบพัดอากาศ กังหันมีไม่กี่ขั้นตอน โดยปกติตั้งแต่หนึ่งถึงสามหรือสี่ นี่คือโหนดที่โหลดมากที่สุดในเครื่องยนต์ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทมีความเร็วสูงมาก - มากถึง 30,000 รอบต่อนาที ไฟฉายจากห้องเผาไหม้มีอุณหภูมิ 1100 ถึง 1500 องศาเซลเซียส อากาศขยายตัวที่นี่ ทำให้กังหันเคลื่อนที่และให้พลังงานบางส่วน

หลังจากกังหัน - หัวฉีดเจ็ทซึ่งของเหลวทำงานจะเร่งและหมดอายุด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วของการไหลที่กำลังจะมาถึงซึ่งจะสร้างแรงขับของไอพ่น

รุ่นของเครื่องยนต์ turbojet

แม้ว่าตามหลักการแล้วจะไม่มีการจำแนกประเภทที่แน่นอนของเครื่องยนต์ turbojet ทุกรุ่น แต่ก็สามารถอธิบายโดยทั่วไปเกี่ยวกับประเภทหลักในขั้นตอนต่างๆ ของการพัฒนาการสร้างเครื่องยนต์

เครื่องยนต์รุ่นแรกประกอบด้วยเครื่องยนต์เยอรมันและอังกฤษของสงครามโลกครั้งที่สอง เช่นเดียวกับ VK-1 ของโซเวียต ซึ่งติดตั้งบนเครื่องบินรบ MIG-15 ที่มีชื่อเสียง เช่นเดียวกับเครื่องบิน IL-28 และ TU-14

เครื่องบินรบ MiG-15

TRD ของรุ่นที่สองมีความโดดเด่นอยู่แล้วจากการมีอยู่ของคอมเพรสเซอร์ตามแนวแกน เครื่องเผาไหม้แบบเผาไหม้ภายหลัง และปริมาณอากาศที่ปรับได้ ในบรรดาตัวอย่างของโซเวียตคือเครื่องยนต์ R-11F2S-300 สำหรับเครื่องบิน MiG-21

เครื่องยนต์ของรุ่นที่สามมีอัตราส่วนกำลังอัดที่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำได้โดยการเพิ่มขั้นตอนของคอมเพรสเซอร์และกังหัน และลักษณะของบายพาส ในทางเทคนิคแล้ว สิ่งเหล่านี้เป็นเครื่องมือที่ซับซ้อนที่สุด

การเกิดขึ้นของวัสดุใหม่ที่สามารถเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานได้อย่างมากได้นำไปสู่การสร้างเครื่องยนต์รุ่นที่สี่ ในบรรดาเครื่องยนต์เหล่านี้ ได้แก่ AL-31 ในประเทศที่พัฒนาโดย UEC สำหรับเครื่องบินขับไล่ Su-27

ปัจจุบัน การผลิตเครื่องยนต์อากาศยานรุ่นที่ 5 เริ่มต้นขึ้นที่ Ufa Enterprise UEC ยูนิตใหม่จะถูกติดตั้งบนเครื่องบินขับไล่ T-50 (PAK FA) ซึ่งจะมาแทนที่ Su-27 โรงไฟฟ้าแห่งใหม่บน T-50 ที่มีกำลังเพิ่มขึ้นจะทำให้เครื่องบินมีความคล่องตัวมากยิ่งขึ้น และที่สำคัญที่สุด จะเป็นการเปิดศักราชใหม่ในอุตสาหกรรมเครื่องบินภายในประเทศ

เครื่องยนต์เจ็ทถูกประดิษฐ์ขึ้น Hans von Ohain (ดร. Hans von Ohain), วิศวกรออกแบบชาวเยอรมันที่โดดเด่นและ แฟรงค์ วิทเทิล (เซอร์ แฟรงค์ วิตเทิล). สิทธิบัตรแรกสำหรับเครื่องยนต์กังหันก๊าซที่ใช้งานได้ได้รับในปี 1930 โดย Frank Whittle อย่างไรก็ตาม Ohain เป็นผู้ประกอบแบบจำลองการทำงานครั้งแรก

เมื่อวันที่ 2 สิงหาคม พ.ศ. 2482 เครื่องบินเจ็ตลำแรกขึ้นสู่ท้องฟ้า - He 178 (Heinkel 178) ซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์ HeS 3 ที่พัฒนาโดย Ohain

ค่อนข้างง่ายและในเวลาเดียวกันยากมาก ตามหลักการทำงาน: อากาศภายนอก (ในเครื่องยนต์จรวด - ออกซิเจนเหลว) ถูกดูดเข้าไปในกังหันซึ่งผสมกับเชื้อเพลิงและเผาไหม้ที่ส่วนท้ายของกังหันจะสร้างสิ่งที่เรียกว่า “ตัวทำงาน” (jet stream) ซึ่งเคลื่อนตัวรถ

ทุกอย่างเรียบง่าย แต่ในความเป็นจริงมันเป็นสาขาวิทยาศาสตร์ทั้งหมด เพราะในเครื่องยนต์ดังกล่าว อุณหภูมิในการทำงานสูงถึงหลายพันองศาเซลเซียส ปัญหาที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของการสร้างเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทคือการสร้างชิ้นส่วนที่ไม่สิ้นเปลืองจากโลหะสิ้นเปลือง แต่เพื่อให้เข้าใจปัญหาของนักออกแบบและนักประดิษฐ์ ก่อนอื่นคุณต้องศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานของเครื่องยนต์โดยละเอียด

อุปกรณ์เครื่องยนต์เจ็ท

ส่วนประกอบหลักของเครื่องยนต์ไอพ่น

ที่จุดเริ่มต้นของกังหันอยู่เสมอ พัดลมซึ่งดูดอากาศจากสิ่งแวดล้อมภายนอกเข้าสู่กังหัน พัดลมมีพื้นที่ขนาดใหญ่และใบมีดรูปทรงพิเศษจำนวนมากที่ทำจากไททาเนียม มีสองงานหลัก - การรับอากาศหลักและการระบายความร้อนของเครื่องยนต์โดยรวม โดยการสูบลมระหว่างเปลือกนอกของเครื่องยนต์และชิ้นส่วนภายใน ซึ่งจะทำให้ห้องผสมและห้องเผาไหม้เย็นลงและป้องกันไม่ให้ยุบตัว

อยู่ข้างหลังพัดลมก็มีพลัง คอมเพรสเซอร์ซึ่งดันอากาศที่แรงดันสูงเข้าสู่ห้องเผาไหม้

ห้องเผาไหม้ยังทำหน้าที่เป็นคาร์บูเรเตอร์ผสมเชื้อเพลิงกับอากาศ หลังจากการก่อตัวของส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะจุดไฟ ในกระบวนการจุดระเบิด ส่วนผสมและชิ้นส่วนโดยรอบจะเกิดความร้อนขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ตลอดจนการขยายตัวเชิงปริมาตร อันที่จริง เครื่องยนต์ไอพ่นใช้การควบคุมการระเบิดเพื่อขับเคลื่อน

ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ไอพ่นเป็นหนึ่งในส่วนที่ร้อนแรงที่สุด - มันต้องการการระบายความร้อนอย่างเข้มข้นอย่างต่อเนื่อง แต่ถึงแม้จะไม่เพียงพอ อุณหภูมิในนั้นสูงถึง 2700 องศาจึงมักทำจากเซรามิก

หลังจากห้องเผาไหม้ ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศที่เผาไหม้จะถูกส่งไปยังกังหันโดยตรง

กังหันประกอบด้วยใบมีดหลายร้อยใบซึ่งถูกกระแสน้ำพุ่งกดทำให้กังหันหมุน ในทางกลับกันกังหันจะหมุนเพลาที่พัดลมและคอมเพรสเซอร์ "นั่ง" ดังนั้นระบบจะปิดและต้องการเพียงการจ่ายเชื้อเพลิงและอากาศเพื่อให้ทำงานได้

หลังจากกังหัน กระแสจะถูกส่งไปยังหัวฉีด หัวฉีดเครื่องยนต์ไอพ่นเป็นส่วนสุดท้ายของเครื่องยนต์ไอพ่น มันสร้างกระแสเจ็ตสตรีมโดยตรง ลมเย็นที่พัดโดยพัดลมจะถูกส่งไปยังหัวฉีดเพื่อทำให้ชิ้นส่วนภายในของเครื่องยนต์เย็นลง การไหลนี้จะจำกัดปลอกหัวฉีดจากกระแสน้ำที่ร้อนจัดและปล่อยให้ละลายได้

เวกเตอร์แรงขับที่ถูกปฏิเสธ

หัวฉีดสำหรับเครื่องยนต์เจ็ทนั้นแตกต่างกันมาก ขั้นสูงสุดพิจารณาหัวฉีดที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งยืนอยู่บนเครื่องยนต์ที่มีเวกเตอร์แรงขับที่เบี่ยงเบนได้ มันสามารถหดตัวและขยายรวมทั้งเบี่ยงเบนไปยังมุมที่สำคัญปรับและนำทางโดยตรง เจ็ทสตรีม. สิ่งนี้ทำให้เครื่องบินที่มีเครื่องยนต์ thrust vectoring คล่องตัวมาก การหลบหลีกเกิดขึ้นไม่เพียงเพราะกลไกของปีกเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นกับเครื่องยนต์โดยตรงอีกด้วย

ประเภทของเครื่องยนต์เจ็ท

เครื่องยนต์ไอพ่นมีหลายประเภท

เครื่องยนต์ไอพ่น F-15 สุดคลาสสิค

เครื่องยนต์ไอพ่นสุดคลาสสิค- อุปกรณ์พื้นฐานที่เราอธิบายไว้ข้างต้น ส่วนใหญ่จะใช้กับเครื่องบินรบในการดัดแปลงต่างๆ

เทอร์โบพร็อพ. ในเครื่องยนต์ประเภทนี้ พลังของเทอร์ไบน์จะถูกส่งผ่านเกียร์ทดรอบเพื่อหมุนใบพัดแบบคลาสสิก เครื่องยนต์ดังกล่าวจะช่วยให้เครื่องบินขนาดใหญ่บินด้วยความเร็วที่ยอมรับได้และใช้เชื้อเพลิงน้อยลง ความเร็วในการบินปกติของเครื่องบินเทอร์โบจะอยู่ที่ 600-800 กม./ชม.

เครื่องยนต์ประเภทนี้มีความประหยัดกว่าเครื่องยนต์แบบคลาสสิก ข้อแตกต่างที่สำคัญคือมีการติดตั้งพัดลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ขึ้นที่ทางเข้า ซึ่งไม่เพียงแต่จ่ายอากาศไปยังกังหันเท่านั้น แต่ยังสร้างกระแสที่มีประสิทธิภาพเพียงพอภายนอก ดังนั้นประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นทำได้โดยการปรับปรุงประสิทธิภาพ

ใช้กับสายการบินและเครื่องบินขนาดใหญ่

เครื่องยนต์ Scramjet (Ramjet)

ทำงานโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว อากาศถูกบังคับเข้าสู่ห้องเผาไหม้ในลักษณะที่เป็นธรรมชาติ เนื่องจากการชะลอตัวของการไหลกับแฟริ่งขาเข้า

ใช้กับรถไฟ เครื่องบิน UAV และขีปนาวุธทางทหาร เช่นเดียวกับจักรยานและสกู๊ตเตอร์

และสุดท้าย - วิดีโอของเครื่องยนต์ไอพ่น:

ภาพที่นำมาจากแหล่งต่างๆ Russification ของรูปภาพ - ห้องปฏิบัติการ 37.

เป็นครั้งแรกที่เครื่องบินที่มีเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท ( TRD) ออกอากาศในปี พ.ศ. 2482 ตั้งแต่นั้นมา การออกแบบเครื่องยนต์อากาศยานก็ได้รับการปรับปรุง มีหลายประเภทปรากฏขึ้น แต่หลักการทำงานของเครื่องยนต์ทั้งหมดนั้นใกล้เคียงกัน เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมเครื่องบินที่มีมวลมากจึงสามารถบินขึ้นไปในอากาศได้อย่างง่ายดาย คุณจำเป็นต้องเข้าใจว่าเครื่องยนต์อากาศยานทำงานอย่างไร เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทขับเคลื่อนเครื่องบินโดยใช้ระบบขับเคลื่อนไอพ่น ในทางกลับกัน แรงขับของไอพ่นคือแรงถีบกลับของไอพ่นแก๊สที่พุ่งออกจากหัวฉีด นั่นคือ ปรากฎว่าการติดตั้ง turbojet ผลักเครื่องบินและทุกคนในห้องโดยสารด้วยความช่วยเหลือของเจ็ทแก๊ส กระแสเจ็ตที่บินออกจากหัวฉีดถูกขับออกจากอากาศและทำให้เครื่องบินเคลื่อนที่ได้

อุปกรณ์เครื่องยนต์เทอร์โบ

ออกแบบ

อุปกรณ์ของเครื่องยนต์อากาศยานค่อนข้างซับซ้อน อุณหภูมิในการทำงานในการติดตั้งดังกล่าวถึง 1,000 องศาหรือมากกว่า ดังนั้น ชิ้นส่วนทั้งหมดที่ประกอบเป็นเครื่องยนต์จึงทำจากวัสดุที่ทนทานต่ออุณหภูมิและไฟสูง เนื่องจากความซับซ้อนของอุปกรณ์ จึงมีวิทยาศาสตร์ทั้งหมดเกี่ยวกับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท

TRD ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักหลายประการ:

• พัดลม;
• คอมเพรสเซอร์;
• ห้องเผาไหม้;
• กังหัน;
• หัวฉีด

ติดตั้งพัดลมไว้หน้ากังหัน ด้วยความช่วยเหลือของอากาศจะดึงอากาศเข้าสู่ตัวเครื่องจากภายนอก ในการติดตั้งดังกล่าวจะใช้พัดลมที่มีใบมีดจำนวนมากที่มีรูปร่างที่แน่นอน ขนาดและรูปร่างของใบพัดช่วยให้การจ่ายอากาศไปยังกังหันได้อย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็วที่สุด พวกเขาทำจากไททาเนียม นอกเหนือจากฟังก์ชันหลัก (การดึงอากาศ) พัดลมยังช่วยแก้ปัญหาสำคัญอีกประการหนึ่ง: ใช้เพื่อสูบลมระหว่างองค์ประกอบของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทและเปลือกหุ้ม เนื่องจากการสูบน้ำนี้ ระบบจึงเย็นลงและป้องกันการทำลายห้องเผาไหม้ได้

คอมเพรสเซอร์กำลังสูงตั้งอยู่ใกล้กับพัดลม ด้วยความช่วยเหลือ อากาศจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ภายใต้ความกดอากาศสูง ในห้องผสมอากาศผสมกับเชื้อเพลิง ส่วนผสมที่ได้จะถูกจุดไฟ หลังจากการจุดระเบิด ส่วนผสมและองค์ประกอบที่อยู่ติดกันทั้งหมดของการติดตั้งจะถูกทำให้ร้อน ห้องเผาไหม้ส่วนใหญ่มักทำจากเซรามิก เนื่องจากอุณหภูมิภายในห้องสูงถึง 2,000 องศาขึ้นไป และเซรามิกมีลักษณะทนต่ออุณหภูมิสูง หลังจากจุดไฟ ส่วนผสมจะเข้าสู่กังหัน

มุมมองของเครื่องยนต์อากาศยานจากภายนอก

กังหันเป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยใบมีดจำนวนมาก การไหลของส่วนผสมทำให้เกิดแรงกดบนใบมีด ซึ่งจะทำให้กังหันเคลื่อนที่ได้ กังหันเนื่องจากการหมุนนี้ทำให้เพลาที่ติดตั้งพัดลมหมุน ปรากฎว่าระบบปิดซึ่งสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์นั้นต้องการเพียงการจ่ายอากาศและการมีเชื้อเพลิงเท่านั้น

ถัดไป ส่วนผสมจะเข้าสู่หัวฉีด นี่เป็นขั้นตอนสุดท้ายของรอบเครื่องยนต์ที่ 1 นี่คือที่มาของกระแสเจ็ตสตรีม นี่คือวิธีการทำงานของเครื่องยนต์เครื่องบิน พัดลมดูดอากาศเย็นเข้าไปในหัวฉีดเพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนผสมร้อนเกินไปถูกทำลาย การไหลของอากาศเย็นช่วยป้องกันไม่ให้ปลอกหัวฉีดหลอมละลาย

สามารถติดตั้งหัวฉีดต่างๆ ในเครื่องยนต์ของเครื่องบินได้ ที่สมบูรณ์แบบที่สุดถือเป็นมือถือ หัวฉีดที่เคลื่อนที่ได้สามารถขยายและหดได้ ตลอดจนปรับมุม กำหนดทิศทางที่ถูกต้องของกระแสน้ำเจ็ท เครื่องบินที่มีเครื่องยนต์ดังกล่าวมีความคล่องแคล่วดีเยี่ยม

ประเภทของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์อากาศยานมีหลายประเภท:

• คลาสสิก;
• ใบพัด;
• เทอร์โบแฟน;
• ตรงผ่าน

คลาสสิคการติดตั้งทำงานตามหลักการที่อธิบายไว้ข้างต้น เครื่องยนต์ดังกล่าวได้รับการติดตั้งบนเครื่องบินที่มีการดัดแปลงต่างๆ เทอร์โบพร็อพทำหน้าที่แตกต่างกันบ้าง ในนั้นกังหันก๊าซไม่มีการเชื่อมต่อทางกลกับระบบส่งกำลัง การติดตั้งเหล่านี้ขับเคลื่อนเครื่องบินโดยใช้แรงขับของไอพ่นเพียงบางส่วนเท่านั้น การติดตั้งประเภทนี้ใช้ส่วนหลักของพลังงานของส่วนผสมร้อนเพื่อขับเคลื่อนใบพัดผ่านกระปุกเกียร์ ในการติดตั้งดังกล่าวมีกังหัน 2 ตัวแทนที่จะเป็นหนึ่งเดียว หนึ่งในนั้นขับคอมเพรสเซอร์และตัวที่สองคือสกรู การติดตั้งสกรูนั้นประหยัดกว่าซึ่งต่างจาก turbojet แบบคลาสสิก แต่พวกเขาไม่อนุญาตให้เครื่องบินพัฒนาความเร็วสูง ติดตั้งบนเครื่องบินความเร็วต่ำ TRD ช่วยให้คุณพัฒนาความเร็วได้มากขึ้นระหว่างการบิน

พัดลมเทอร์โบเครื่องยนต์เป็นหน่วยที่รวมกันซึ่งรวมองค์ประกอบของเครื่องยนต์ turbojet และ turboprop พวกเขาแตกต่างจากแบบคลาสสิกในขนาดใหญ่ของใบพัดลม ทั้งพัดลมและใบพัดทำงานด้วยความเร็วแบบเปรี้ยงปร้าง ความเร็วของการเคลื่อนที่ของอากาศลดลงเนื่องจากมีแฟริ่งพิเศษที่วางพัดลมไว้ เครื่องยนต์ดังกล่าวใช้เชื้อเพลิงอย่างประหยัดกว่าเครื่องยนต์แบบคลาสสิก นอกจากนี้ยังโดดเด่นด้วยประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ส่วนใหญ่มักจะติดตั้งบนเรือเดินสมุทรและเครื่องบินความจุสูง

ขนาดเครื่องยนต์ของเครื่องบินเทียบกับส่วนสูงของมนุษย์

กระแสตรงการติดตั้งแอร์เจ็ทไม่เกี่ยวข้องกับการใช้องค์ประกอบที่เคลื่อนที่ อากาศถูกดูดเข้าไปอย่างเป็นธรรมชาติด้วยแฟริ่งที่ติดตั้งที่ทางเข้า หลังจากดูดอากาศเข้าไป เครื่องยนต์จะทำงานเหมือนกับเครื่องยนต์แบบคลาสสิก

เครื่องบินบางลำบินด้วยเครื่องยนต์เทอร์โบพร็อพ ซึ่งง่ายกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทมาก ดังนั้น หลายคนจึงมีคำถาม: เหตุใดจึงต้องใช้การติดตั้งที่ซับซ้อนกว่านี้ ถ้าคุณสามารถจำกัดตัวเองให้อยู่ที่สกรูได้ คำตอบนั้นง่าย: เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทมีกำลังมากกว่าเครื่องยนต์แบบสกรู พวกมันแข็งแกร่งกว่าสิบเท่า ดังนั้นเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทจึงสร้างแรงขับได้มากกว่ามาก ทำให้สามารถยกเครื่องบินขนาดใหญ่ขึ้นไปในอากาศและบินด้วยความเร็วสูงได้

ติดต่อกับ

พัดลมตั้งอยู่ด้านหน้าเครื่องยนต์ไอพ่น ดูดอากาศจากสภาพแวดล้อมภายนอกเข้าสู่กังหัน ในเครื่องยนต์ที่ใช้ในจรวด อากาศจะเข้ามาแทนที่ออกซิเจนเหลว พัดลมนี้ติดตั้งใบมีดไททาเนียมรูปทรงพิเศษมากมาย

พวกเขาพยายามทำให้พื้นที่พัดลมมีขนาดใหญ่พอ นอกเหนือจากการรับอากาศแล้ว ส่วนนี้ของระบบยังเกี่ยวข้องกับการระบายความร้อนของเครื่องยนต์ ซึ่งช่วยปกป้องห้องต่างๆ จากการถูกทำลาย ด้านหลังพัดลมคือคอมเพรสเซอร์ มันอัดอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้

องค์ประกอบโครงสร้างหลักของเครื่องยนต์ไอพ่นอย่างหนึ่งคือห้องเผาไหม้ ในนั้นเชื้อเพลิงผสมกับอากาศและจุดไฟ ส่วนผสมจะติดไฟพร้อมกับความร้อนที่แรงของส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย ส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะขยายตัวภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง อันที่จริงแล้ว การระเบิดที่ควบคุมได้เกิดขึ้นในเครื่องยนต์

จากห้องเผาไหม้ ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศเข้าสู่กังหันซึ่งประกอบด้วยใบพัดจำนวนมาก กระแสเจ็ทที่มีแรงกดทับและทำให้กังหันหมุน แรงจะถูกส่งไปยังเพลา คอมเพรสเซอร์ และพัดลม ระบบปิดถูกสร้างขึ้นซึ่งการดำเนินการนั้นต้องการเพียงการจ่ายส่วนผสมเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่อง

รายละเอียดสุดท้ายของเครื่องยนต์เจ็ทคือหัวฉีด กระแสน้ำอุ่นไหลเข้ามาจากกังหันที่นี่ ก่อตัวเป็นกระแสเจ็ต อากาศเย็นยังจ่ายให้กับส่วนนี้ของเครื่องยนต์จากพัดลม ทำหน้าที่ทำให้โครงสร้างทั้งหมดเย็นลง กระแสลมปกป้องปลอกหัวฉีดจากผลเสียของเจ็ทบลาสต์ ป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนหลอมละลาย

เครื่องยนต์ไอพ่นทำงานอย่างไร

ของเหลวในการทำงานของเครื่องยนต์มีปฏิกิริยา มันไหลออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วสูงมาก สิ่งนี้จะสร้างแรงปฏิกิริยาที่ผลักอุปกรณ์ทั้งหมดไปในทิศทางตรงกันข้าม แรงฉุดเกิดขึ้นจากการกระทำของเครื่องบินเจ็ตเท่านั้น โดยไม่มีส่วนรองรับใดๆ กับวัตถุอื่น คุณลักษณะของเครื่องยนต์ไอพ่นนี้ทำให้สามารถใช้เป็นโรงไฟฟ้าสำหรับจรวด เครื่องบิน และยานอวกาศได้

ส่วนหนึ่ง การทำงานของเครื่องยนต์ไอพ่นเปรียบได้กับการกระทำของกระแสน้ำที่ไหลจากสายยาง ภายใต้แรงกดดันมหาศาล ของเหลวจะถูกป้อนผ่านปลอกหุ้มไปยังปลายท่อที่แคบลง ความเร็วของน้ำที่ออกจากท่อจะสูงกว่าภายในท่อ สิ่งนี้จะสร้างแรงดันย้อนกลับที่ช่วยให้นักดับเพลิงสามารถจับท่อได้ยากมาก

การผลิตเครื่องยนต์ไอพ่นเป็นเทคโนโลยีสาขาพิเศษ เนื่องจากอุณหภูมิของสารทำงานที่นี่สูงถึงหลายพันองศา ชิ้นส่วนเครื่องยนต์จึงทำจากโลหะที่มีความแข็งแรงสูงและวัสดุที่ทนต่อการหลอมเหลว ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ไอพ่นแยกจากกัน ตัวอย่างเช่น จากองค์ประกอบเซรามิกพิเศษ

เรียงความ

ในหัวข้อนี้:

เครื่องยนต์เจ็ท .

เขียน: Kiselev A.V.

คาลินินกราด

บทนำ

เครื่องยนต์ไอพ่น ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ที่สร้างแรงฉุดลากที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่โดยการแปลงพลังงานตั้งต้นเป็นพลังงานจลน์ของกระแสเจ็ตของของไหลทำงาน อันเป็นผลมาจากการหมดอายุของของเหลวทำงานจากหัวฉีดของเครื่องยนต์ แรงปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในรูปของปฏิกิริยา (หดตัว) ของไอพ่น ซึ่งจะเคลื่อนเครื่องยนต์และอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างสัมพันธ์กันในทิศทางตรงกันข้าม ถึงกระแสน้ำที่ไหลออก พลังงานประเภทต่างๆ (เคมี นิวเคลียร์ ไฟฟ้า พลังงานแสงอาทิตย์) สามารถแปลงเป็นพลังงานจลน์ (ความเร็ว) ของกระแสเจ็ตสตรีมในเครื่องยนต์จรวดได้ เครื่องยนต์ปฏิกิริยาโดยตรง (เครื่องยนต์ปฏิกิริยาโดยตรง) รวมเครื่องยนต์เข้ากับผู้เสนอญัตตินั่นคือให้การเคลื่อนที่ของตัวเองโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของกลไกระดับกลาง

ในการสร้างแรงขับเจ็ทที่ใช้โดย R. d. คุณต้อง:

แหล่งที่มาของพลังงานเริ่มต้น (หลัก) ซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของเครื่องบินไอพ่น

สารทำงานซึ่งถูกขับออกจาก R. d. ในรูปของเจ็ตสตรีม

R.D. ตัวเองเป็นผู้เปลี่ยนพลังงาน

พลังงานเริ่มต้นจะถูกเก็บไว้บนเครื่องบินหรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่ติดตั้ง RD (เชื้อเพลิงเคมี เชื้อเพลิงนิวเคลียร์) หรือ (โดยหลักการ) อาจมาจากภายนอก (พลังงานแสงอาทิตย์) เพื่อให้ได้ของเหลวทำงานใน R. d. สามารถใช้สารที่นำมาจากสิ่งแวดล้อม (เช่นอากาศหรือน้ำ)

สารที่อยู่ในถังของอุปกรณ์หรือโดยตรงในห้อง R. ของ d.; ส่วนผสมของสารที่มาจากสิ่งแวดล้อมและเก็บไว้ในรถ

ในปัจจุบัน R. d. มักใช้สารเคมีเป็นหลัก

การทดสอบการยิงขีปนาวุธ

เครื่องยนต์ กระสวยอวกาศ

เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท AL-31Fอากาศยาน ซู-30เอ็มเค. อยู่ในชั้นเรียน เครื่องยนต์ไอพ่น

พลังงาน. ในกรณีนี้ สารทำงานคือก๊าซจากหลอดไส้ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเคมี ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์จรวด พลังงานเคมีของสารที่เผาไหม้จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ และพลังงานความร้อนของก๊าซร้อนจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลของการเคลื่อนที่เชิงแปลของกระแสเจ็ตและ ดังนั้นอุปกรณ์ที่ติดตั้งเครื่องยนต์ ส่วนหลักของ R. d. คือห้องเผาไหม้ที่สร้างของไหลทำงาน ส่วนท้ายของห้องเพาะเลี้ยงซึ่งทำหน้าที่เร่งของไหลทำงานและรับกระแสไอพ่นเรียกว่าหัวฉีดเจ็ท

ขึ้นอยู่กับว่ามีการใช้สภาพแวดล้อมหรือไม่ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์จรวด พวกมันแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก - เครื่องยนต์เจ็ทแอร์ (WRD) และเครื่องยนต์จรวด (RD) WFDs ทั้งหมดเป็นเครื่องยนต์ความร้อน ของเหลวทำงานซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารที่ติดไฟได้กับออกซิเจนในบรรยากาศ อากาศที่มาจากชั้นบรรยากาศประกอบขึ้นเป็นกลุ่มของของไหลใช้งานของ WFD ดังนั้น เครื่องมือที่มี WFD จึงนำแหล่งพลังงาน (เชื้อเพลิง) มาไว้บนเครื่อง และดึงสารทำงานส่วนใหญ่ออกจากสิ่งแวดล้อม ส่วนประกอบทั้งหมดของสารทำงานของ RD ต่างจาก WFD อยู่บนอุปกรณ์ที่ติดตั้ง RD การไม่มีตัวขับเคลื่อนที่โต้ตอบกับสิ่งแวดล้อมและการมีอยู่ของส่วนประกอบทั้งหมดของของไหลทำงานบนเครื่องมือทำให้ RD เป็นเครื่องเดียวที่เหมาะสำหรับการทำงานในอวกาศ นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์จรวดที่รวมกันซึ่งเป็นส่วนผสมของทั้งสองประเภทหลัก

ประวัติเครื่องยนต์ไอพ่น

หลักการขับเคลื่อนไอพ่นเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว ลูกของนกกระสาถือได้ว่าเป็นบรรพบุรุษของร. เครื่องยนต์จรวดแข็ง - จรวดผงปรากฏในประเทศจีนในศตวรรษที่ 10 น. อี เป็นเวลาหลายร้อยปีที่ขีปนาวุธดังกล่าวถูกใช้ครั้งแรกในภาคตะวันออกและจากนั้นในยุโรปในฐานะดอกไม้ไฟสัญญาณการต่อสู้ ในปี 1903 K. E. Tsiolkovsky ในงานของเขา "Investigation of World Spaces with Reactive Devices" เป็นรายแรกในโลกที่เสนอบทบัญญัติหลักของทฤษฎีเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวและเสนอองค์ประกอบหลักของจรวดของเหลว เครื่องยนต์จรวด เครื่องยนต์จรวดของเหลวโซเวียตเครื่องแรก - ORM, ORM-1, ORM-2 ได้รับการออกแบบโดย V. P. Glushko และสร้างขึ้นภายใต้การนำของเขาในปี 1930-31 ที่ Gas Dynamics Laboratory (GDL) ในปี 1926 R. Goddard ได้เปิดตัวจรวดโดยใช้เชื้อเพลิงเหลว เป็นครั้งแรกที่ Glushko ได้สร้างและทดสอบ RD แบบไฟฟ้าด้วยความร้อนที่ GDL ในปี 1929-33

ในปี 1939 ขีปนาวุธพร้อมเครื่องยนต์ ramjet ออกแบบโดย I. A. Merkulov ได้รับการทดสอบในสหภาพโซเวียต ไดอะแกรมแรกของเครื่องยนต์ turbojet? ถูกเสนอโดยวิศวกรชาวรัสเซีย N. Gerasimov ในปี 1909

ในปี 1939 การก่อสร้างเครื่องยนต์ turbojet ที่ออกแบบโดย A.M. Lyulka เริ่มขึ้นที่โรงงาน Kirov ใน Leningrad การทดสอบเครื่องยนต์ที่สร้างขึ้นนั้นถูกป้องกันโดยมหาสงครามแห่งความรักชาติในปี 1941-45 ในปี 1941 เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทที่ออกแบบโดย F. Whittle (บริเตนใหญ่) ได้รับการติดตั้งครั้งแรกบนเครื่องบินและทำการทดสอบ ผลงานเชิงทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย S. S. Nezhdanovsky, I. V. Meshchersky และ N. E. Zhukovsky ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส R. Enot-Peltri และนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน G. Oberth มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้าง R. D. ผลงานที่สำคัญในการสร้าง VRD คือผลงานของนักวิทยาศาสตร์โซเวียต B. S. Stechkin "ทฤษฎีเครื่องยนต์หายใจ" ซึ่งตีพิมพ์ในปี 2472

R. d. มีจุดประสงค์ที่แตกต่างกันและขอบเขตของการใช้งานมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

R. d. ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องบินประเภทต่างๆ

เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตและเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทสองวงจรมีเครื่องบินทหารและพลเรือนส่วนใหญ่ทั่วโลก ใช้ในเฮลิคอปเตอร์ เครื่องยนต์จรวดเหล่านี้เหมาะสำหรับการบินด้วยความเร็วทั้งแบบเปรี้ยงปร้างและความเร็วเหนือเสียง พวกเขายังติดตั้งบนเครื่องบินโพรเจกไทล์ด้วยเครื่องยนต์ turbojet เหนือเสียงสามารถใช้ในระยะแรกของเครื่องบินอวกาศ เครื่องยนต์ Ramjet ได้รับการติดตั้งบนขีปนาวุธนำวิถีต่อต้านอากาศยาน, ขีปนาวุธล่องเรือ, เครื่องบินขับไล่สกัดกั้นความเร็วเหนือเสียง เครื่องยนต์ ramjet แบบเปรี้ยงปร้างใช้ในเฮลิคอปเตอร์ (ติดตั้งที่ปลายใบพัดหลัก) เครื่องยนต์ไอพ่นที่เต้นเป็นจังหวะมีแรงขับเพียงเล็กน้อยและมีไว้สำหรับเครื่องบินที่ความเร็วแบบเปรี้ยงปร้างเท่านั้น ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ในปี 1939-45 เครื่องยนต์เหล่านี้ได้รับการติดตั้งขีปนาวุธ V-1

RD ส่วนใหญ่ใช้กับเครื่องบินความเร็วสูง

เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวถูกนำมาใช้ในยานปล่อยของยานอวกาศและยานอวกาศ เช่น เครื่องยนต์เดินขบวน การเบรก และการควบคุม เช่นเดียวกับขีปนาวุธนำวิถี เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งใช้ในขีปนาวุธ ต่อต้านอากาศยาน ต่อต้านรถถัง และขีปนาวุธทางทหารอื่น ๆ เช่นเดียวกับบนยานเกราะและยานอวกาศ เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งขนาดเล็กใช้เป็นเครื่องกระตุ้นเครื่องบินขึ้น เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าและเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์สามารถใช้ในยานอวกาศได้

อย่างไรก็ตาม ลำต้นอันทรงพลังนี้ ซึ่งเป็นหลักการของปฏิกิริยาโดยตรง ทำให้มงกุฎมหึมาของ "แผนภูมิต้นไม้ตระกูล" ของตระกูลเครื่องยนต์ไอพ่น ทำความคุ้นเคยกับกิ่งก้านหลักของมงกุฎโดยสวม "ลำต้น" ของปฏิกิริยาโดยตรง ในไม่ช้า ดังที่เห็นได้จากรูป (ดูด้านล่าง) ลำต้นนี้แบ่งออกเป็นสองส่วน ราวกับถูกฟ้าผ่าแตก หีบใหม่ทั้งสองข้างถูกประดับประดาด้วยมงกุฎอันทรงพลังอย่างเท่าเทียมกัน แผนกนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเครื่องยนต์ไอพ่น "เคมี" ทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นสองประเภท ขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาใช้อากาศแวดล้อมในการทำงานหรือไม่

หนึ่งในลำต้นที่เพิ่งสร้างใหม่คือคลาสของเครื่องยนต์ช่วยหายใจ (VRD) ตามชื่อของมัน พวกเขาไม่สามารถทำงานนอกบรรยากาศได้ นั่นคือเหตุผลที่เครื่องยนต์เหล่านี้เป็นกระดูกสันหลังของการบินสมัยใหม่ ทั้งแบบมีคนขับและไร้คนขับ WFDs ใช้ออกซิเจนในบรรยากาศในการเผาไหม้เชื้อเพลิง หากไม่มี ปฏิกิริยาการเผาไหม้ในเครื่องยนต์จะไม่ดำเนินต่อไป แต่ถึงกระนั้น เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทก็ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

(TRD) ติดตั้งบนเครื่องบินสมัยใหม่เกือบทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น เช่นเดียวกับเครื่องยนต์อื่นๆ ที่ใช้อากาศในบรรยากาศ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทจำเป็นต้องมีอุปกรณ์พิเศษในการอัดอากาศก่อนที่จะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ท้ายที่สุดหากความดันในห้องเผาไหม้ไม่เกินความดันบรรยากาศอย่างมีนัยสำคัญ ก๊าซจะไม่ไหลออกจากเครื่องยนต์ด้วยความเร็วสูงกว่า - มันคือแรงดันที่ผลักพวกมันออก แต่ด้วยความเร็วไอเสียต่ำ แรงขับของเครื่องยนต์จะน้อย และเครื่องยนต์จะสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมาก เครื่องยนต์ดังกล่าวจะไม่พบการใช้งาน ในเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท คอมเพรสเซอร์ใช้ในการอัดอากาศ และการออกแบบของเครื่องยนต์นั้นขึ้นอยู่กับประเภทของคอมเพรสเซอร์เป็นส่วนใหญ่ มีเครื่องยนต์ที่มีคอมเพรสเซอร์แบบแนวแกนและแบบแรงเหวี่ยง คอมเพรสเซอร์แบบแกนสามารถมีระยะการอัดที่น้อยลงหรือมากขึ้นด้วยการใช้ระบบของเรา เป็นแบบหนึ่งสองขั้นตอน ฯลฯ ในการขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทมีกังหันก๊าซซึ่งตั้งชื่อให้กับเครื่องยนต์ เนื่องจากคอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์ การออกแบบเครื่องยนต์จึงซับซ้อนมาก

การออกแบบเครื่องยนต์ไอพ่นที่ไม่มีคอมเพรสเซอร์นั้นง่ายกว่ามาก โดยการเพิ่มแรงดันที่จำเป็นจะดำเนินการในรูปแบบอื่นซึ่งมีชื่อ: เครื่องยนต์แบบเร้าใจและแบบแรมเจ็ต

ในเครื่องยนต์ที่เต้นเป็นจังหวะ มักจะทำโดยตะแกรงวาล์วที่ติดตั้งที่ทางเข้าเครื่องยนต์ เมื่อส่วนใหม่ของส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศเติมห้องเผาไหม้และมีแฟลชเกิดขึ้น วาล์วจะปิด แยกห้องเผาไหม้ออกจาก ทางเข้าเครื่องยนต์ เป็นผลให้ความดันในห้องเพิ่มขึ้นและก๊าซไหลผ่านหัวฉีดเจ็ทหลังจากนั้นกระบวนการทั้งหมดจะทำซ้ำ

ในเครื่องยนต์ไร้คอมเพรสเซอร์ประเภทอื่น แรมเจ็ต ไม่มีแม้แต่กริดวาล์วนี้ และความดันในห้องเผาไหม้จะเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากแรงดันไดนามิก กล่าวคือ การชะลอตัวของการไหลของอากาศที่กำลังจะมาถึงเข้าสู่เครื่องยนต์ในเที่ยวบิน เป็นที่ชัดเจนว่าเครื่องยนต์ดังกล่าวสามารถทำงานได้เฉพาะเมื่อเครื่องบินบินด้วยความเร็วสูงเพียงพอแล้วจะไม่เกิดแรงขับในที่จอดรถ แต่ในทางกลับกัน ด้วยความเร็วที่สูงมาก ซึ่งเร็วกว่าเสียง 4-5 เท่า แรมเจ็ทจะพัฒนาแรงขับที่สูงมาก และกินเชื้อเพลิงน้อยกว่าเครื่องยนต์ไอพ่น "เคมี" อื่นๆ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ นั่นเป็นเหตุผลที่มอเตอร์แรมเจ็ท

ลักษณะเฉพาะของรูปแบบแอโรไดนามิกของเครื่องบินเหนือเสียงที่มีเครื่องยนต์แรมเจ็ต (เครื่องยนต์แรมเจ็ต) เกิดจากการมีเครื่องยนต์เร่งความเร็วพิเศษซึ่งให้ความเร็วที่จำเป็นในการเริ่มการทำงานที่เสถียรของแรมเจ็ต ทำให้ส่วนท้ายของโครงสร้างหนักขึ้นและต้องติดตั้งตัวกันโคลงเพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพที่จำเป็น

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ไอพ่น

หัวใจสำคัญของเครื่องยนต์ไอพ่นทรงพลังสมัยใหม่หลายประเภทคือหลักการของปฏิกิริยาโดยตรง กล่าวคือ หลักการสร้างแรงขับ (หรือแรงขับ) ในรูปของปฏิกิริยา (หดตัว) ของไอพ่นของ "สารทำงาน" ที่ไหลออกจากเครื่องยนต์ซึ่งมักจะเป็นก๊าซร้อน

ในเครื่องยนต์ทั้งหมด การแปลงพลังงานมีสองขั้นตอน ขั้นแรก พลังงานเคมีของเชื้อเพลิงจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ จากนั้นพลังงานความร้อนจะถูกนำมาใช้ในการทำงานทางกล เครื่องยนต์ดังกล่าวรวมถึงเครื่องยนต์ลูกสูบของรถยนต์ หัวรถจักรดีเซล กังหันไอน้ำและกังหันก๊าซของโรงไฟฟ้า เป็นต้น

พิจารณากระบวนการนี้เกี่ยวกับเครื่องยนต์ไอพ่น เริ่มจากห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ซึ่งมีการสร้างส่วนผสมที่ติดไฟได้ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องยนต์และประเภทของเชื้อเพลิง ตัวอย่างเช่น อาจเป็นส่วนผสมของอากาศและน้ำมันก๊าด เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทของเครื่องบินไอพ่นสมัยใหม่ หรือส่วนผสมของออกซิเจนเหลวและแอลกอฮอล์ เช่นเดียวกับเครื่องยนต์จรวดของเหลวบางชนิด หรือสุดท้ายแล้ว สารขับดันที่เป็นของแข็งบางชนิด สำหรับจรวดผง ส่วนผสมที่ติดไฟได้สามารถเผาไหม้ได้ กล่าวคือ ทำปฏิกิริยาเคมีด้วยการปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็วในรูปของความร้อน ความสามารถในการปลดปล่อยพลังงานระหว่างปฏิกิริยาเคมีคือพลังงานเคมีที่อาจเกิดขึ้นของโมเลกุลของส่วนผสม พลังงานเคมีของโมเลกุลนั้นสัมพันธ์กับคุณสมบัติของโครงสร้าง ให้แม่นยำกว่านั้น โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของพวกมัน กล่าวคือ เมฆอิเล็กตรอนที่ล้อมรอบนิวเคลียสของอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุล อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี ซึ่งโมเลกุลบางส่วนถูกทำลาย ในขณะที่โมเลกุลอื่นๆ ก่อตัวขึ้น การจัดเรียงใหม่ของเปลือกอิเล็กตรอนจึงเกิดขึ้นตามธรรมชาติ ในการปรับโครงสร้างครั้งนี้ มันคือแหล่งพลังงานเคมีที่ปล่อยออกมา จะเห็นได้ว่าเฉพาะสารที่ในระหว่างปฏิกิริยาเคมีในเครื่องยนต์ (การเผาไหม้) ปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณมากเพียงพอและก่อให้เกิดก๊าซจำนวนมากเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่น กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ แต่ขอพูดถึงปฏิกิริยาที่ไม่ได้อยู่ที่ระดับโมเลกุล จนกว่าการเผาไหม้จะเริ่มขึ้น ส่วนผสมดังกล่าวจะมีแหล่งพลังงานเคมีจำนวนมาก แต่แล้วเปลวไฟก็กลืนส่วนผสมลงไป อีกครู่หนึ่ง - และปฏิกิริยาเคมีก็จบลง ตอนนี้ แทนที่จะเป็นโมเลกุลของส่วนผสมที่ติดไฟได้ ห้องนั้นเต็มไปด้วยโมเลกุลของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ "บรรจุ" อย่างหนาแน่นมากขึ้น พลังงานยึดเหนี่ยวส่วนเกินซึ่งเป็นพลังงานเคมีของปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นได้ถูกปลดปล่อยออกมาแล้ว โมเลกุลที่มีพลังงานส่วนเกินนี้เกือบจะในทันทีถ่ายโอนไปยังโมเลกุลและอะตอมอื่น ๆ อันเป็นผลมาจากการชนกันบ่อยครั้งกับพวกมัน โมเลกุลและอะตอมทั้งหมดในห้องเผาไหม้เริ่มสุ่มเคลื่อนที่อย่างไม่เป็นระเบียบด้วยความเร็วสูงกว่ามาก อุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเคมีที่อาจเกิดขึ้นของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานความร้อนของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้

การเปลี่ยนแปลงที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นในเครื่องยนต์ความร้อนอื่น ๆ ทั้งหมด แต่เครื่องยนต์ไอพ่นนั้นมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐานเมื่อเทียบกับชะตากรรมของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ร้อน

หลังจากที่ก๊าซร้อนก่อตัวขึ้นในเครื่องยนต์ความร้อนซึ่งมีพลังงานความร้อนจำนวนมาก พลังงานนี้จะต้องถูกแปลงเป็นพลังงานกล ท้ายที่สุดแล้ว จุดประสงค์ของเครื่องยนต์คือเพื่อทำงานเกี่ยวกับกลไก ในการ "เคลื่อนย้าย" บางสิ่งบางอย่าง เพื่อนำไปปฏิบัติ ไม่สำคัญว่าจะเป็นไดนาโมตามคำขอเพื่อเสริมแบบร่างของโรงไฟฟ้า ดีเซล หัวรถจักรรถยนต์หรือเครื่องบิน

เพื่อให้พลังงานความร้อนของก๊าซถูกแปลงเป็นพลังงานกล ปริมาตรของก๊าซจะต้องเพิ่มขึ้น ด้วยการขยายตัวดังกล่าว ก๊าซจะทำงานโดยใช้พลังงานภายในและพลังงานความร้อน

ในกรณีของเครื่องยนต์ลูกสูบ ก๊าซที่ขยายตัวจะกดลูกสูบที่เคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบ ลูกสูบจะดันก้านสูบซึ่งหมุนเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ไปแล้ว เพลาเชื่อมต่อกับโรเตอร์ของไดนาโม เพลาขับของหัวรถจักรดีเซลหรือรถยนต์ หรือใบพัดของเครื่องบิน - เครื่องยนต์ทำงานได้ดี ในเครื่องยนต์ไอน้ำหรือกังหันแก๊ส การขยายตัวของแก๊สจะทำให้ล้อที่เชื่อมต่อกับเพลาหมุน - ไม่จำเป็นต้องใช้กลไกการส่งผ่านข้อเหวี่ยงและก้าน ซึ่งเป็นข้อดีอย่างหนึ่งของกังหัน

ก๊าซขยายตัวแน่นอนในเครื่องยนต์ไอพ่นเพราะถ้าไม่มีมันก็ไม่ทำงาน แต่งานขยายในกรณีนั้นไม่ได้ใช้กับการหมุนของเพลา เกี่ยวข้องกับกลไกการขับเคลื่อนเช่นเดียวกับเครื่องยนต์ความร้อนอื่นๆ จุดประสงค์ของเครื่องยนต์ไอพ่นนั้นแตกต่างกัน - เพื่อสร้างแรงขับของไอพ่นและด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นที่ไอพ่นของก๊าซ - ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้จะไหลออกจากเครื่องยนต์ด้วยความเร็วสูง: แรงปฏิกิริยาของไอพ่นนี้คือแรงขับของเครื่องยนต์ . ดังนั้นงานขยายผลิตภัณฑ์ก๊าซจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์จึงต้องใช้เพื่อเร่งก๊าซเอง ซึ่งหมายความว่าพลังงานความร้อนของก๊าซในเครื่องยนต์ไอพ่นจะต้องถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ - การเคลื่อนที่เชิงความร้อนแบบสุ่มของโมเลกุลจะต้องถูกแทนที่ด้วยการไหลที่เป็นระเบียบในทิศทางเดียวสำหรับทุกคน

เพื่อจุดประสงค์นี้ หนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดของเครื่องยนต์ เรียกว่า หัวฉีดเจ็ท ทำหน้าที่ ไม่ว่าเครื่องยนต์ไอพ่นชนิดใดจะเป็นของประเภทใด ก็จำเป็นต้องมีหัวฉีดซึ่งก๊าซร้อนจะไหลออกจากเครื่องยนต์ด้วยความเร็วสูง ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ ในเครื่องยนต์บางเครื่อง ก๊าซจะเข้าสู่หัวฉีดทันทีหลังห้องเผาไหม้ เช่น ในเครื่องยนต์จรวดหรือแรมเจ็ต ในส่วนอื่นๆ เทอร์โบเจ็ต ก๊าซจะผ่านกังหันก่อน ซึ่งพวกมันจะสูญเสียพลังงานความร้อนบางส่วนไป ในกรณีนี้จะใช้การขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ซึ่งทำหน้าที่อัดอากาศหน้าห้องเผาไหม้ แต่อย่างไรก็ตาม หัวฉีดเป็นส่วนสุดท้ายของเครื่องยนต์ - ก๊าซจะไหลผ่านเข้าไปก่อนออกจากเครื่องยนต์

หัวฉีดเจ็ทสามารถมีรูปร่างได้หลากหลายและยิ่งกว่านั้นการออกแบบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องยนต์ สิ่งสำคัญคือความเร็วที่ก๊าซไหลออกจากเครื่องยนต์ หากความเร็วการไหลออกนี้ไม่เกินความเร็วที่คลื่นเสียงแพร่กระจายในก๊าซที่ไหลออก หัวฉีดจะเป็นส่วนท่อทรงกระบอกหรือท่อที่แคบอย่างง่าย หากความเร็วการไหลออกต้องเกินความเร็วของเสียง หัวฉีดจะได้รับรูปร่างของท่อที่ขยายออก หรือในขั้นแรกให้แคบลงแล้วจึงขยายออก (หัวฉีดของความรัก) เฉพาะในท่อที่มีรูปร่างดังที่ทฤษฎีและประสบการณ์แสดงให้เห็นเท่านั้นจึงจะเป็นไปได้ที่จะกระจายแก๊สไปยังความเร็วเหนือเสียงเพื่อก้าวข้าม "อุปสรรคเกี่ยวกับเสียง"

ไดอะแกรมเครื่องยนต์เจ็ท

เครื่องยนต์ turbofan เป็นเครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินพลเรือน

เชื้อเพลิงที่เข้าสู่เครื่องยนต์ (1) ผสมกับอากาศอัดและเผาในห้องเผาไหม้ (2) ก๊าซที่ขยายตัวจะหมุนกังหันความเร็วสูง (3) และความเร็วต่ำ) ซึ่งจะขับคอมเพรสเซอร์ (5) ดันอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้และพัดลม (6) ขับอากาศผ่านห้องนี้และควบคุม ไปที่ท่อไอเสีย โดยการแทนที่อากาศ พัดลมจะช่วยเพิ่มแรงขับ เครื่องยนต์ประเภทนี้สามารถพัฒนาแรงขับได้มากถึง 13,600 กก.

บทสรุป

เครื่องยนต์ไอพ่นมีคุณสมบัติที่โดดเด่นมากมาย แต่หลักๆ มีดังนี้ จรวดไม่ต้องการทางบก น้ำ หรืออากาศเพื่อเคลื่อนที่ เพราะมันเคลื่อนที่โดยเป็นผลมาจากปฏิกิริยากับก๊าซที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง ดังนั้นจรวดจึงสามารถเคลื่อนที่ได้ในอวกาศที่ไม่มีอากาศถ่ายเท

K. E. Tsiolkovsky เป็นผู้ก่อตั้งทฤษฎีการบินในอวกาศ นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวรัสเซีย Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ให้การพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการใช้จรวดสำหรับเที่ยวบินสู่อวกาศนอกเหนือชั้นบรรยากาศของโลกและไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะ

บรรณานุกรม

พจนานุกรมสารานุกรมของช่างหนุ่ม.

ปรากฏการณ์ทางความร้อนในเทคโนโลยี

วัสดุจากเว็บไซต์ http://goldref.ru/;

1. เจ็ทการเคลื่อนไหว (2)

   บทคัดย่อ >> ฟิสิกส์

   ซึ่งอยู่ในรูป ปฏิกิริยาเจ็ทถูกขับออกจาก ปฏิกิริยา เครื่องยนต์; ตัวฉันเอง ปฏิกิริยา เครื่องยนต์- ตัวแปลงพลังงาน ... โดยที่ ปฏิกิริยา เครื่องยนต์ส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ที่ติดตั้งสิ่งนี้ ปฏิกิริยา เครื่องยนต์. แรงผลักดัน ปฏิกิริยา เครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับ...

2. เจ็ทการเคลื่อนไหวในธรรมชาติและเทคโนโลยี

   บทคัดย่อ >> ฟิสิกส์

   แซลป์ไปข้างหน้า. ที่น่าสนใจที่สุดคือ ปฏิกิริยา เครื่องยนต์ปลาหมึก. ปลาหมึกเป็นที่สุด...คือ อุปกรณ์กับ ปฏิกิริยา เครื่องยนต์โดยใช้เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ที่อยู่บนตัวอุปกรณ์เอง ปฏิกิริยา เครื่องยนต์- นี่คือ เครื่องยนต์แปลงร่าง...

3. ปฏิกิริยาระบบปล่อยจรวดหลายลำ BM-13 Katyusha

   บทคัดย่อ >> ตัวเลขทางประวัติศาสตร์

   หัวและดินปืน ปฏิกิริยา เครื่องยนต์. ส่วนหัวในทางของตัวเอง ... ฟิวส์และตัวระเบิดเพิ่มเติม ปฏิกิริยา เครื่องยนต์มีห้องเผาไหม้ใน ... ความสามารถในการดับเพลิงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ปฏิกิริยา

บ้าน » ระบบระบายความร้อนเครื่องยนต์ » เครื่องยนต์ไอพ่นทำงานอย่างไร? เครื่องยนต์กังหันแก๊ส รูปภาพ. โครงสร้าง. ลักษณะ หลักการพื้นฐานของการทำงานของเครื่องยนต์ไอพ่น