Перегляд вихідного коду сторінки Повітряно-реактивний двигун

'''Повітряно-реактивний двигун''' (ПРД)&nbsp;— [[тепловий двигун|тепловий]] [[реактивний двигун]], у якому як [[робоче тіло]] використовують атмосферне [[повітря]], що нагрівають за рахунок згоряння [[пальне|пального]] в атмосферному [[кисень|кисні]].

Повітряно-реактивні двигуни використовують, як правило, як рушії повітряних [[літальний апарат|літальних апаратів]]: [[Реактивний літак|реактивних літаків]], [[Гелікоптер|гелікоптерів]], [[Крилата ракета|крилатих ракет]]. Наземна техніка також може використовувати різновид ПРД, що зазвичай називається [[Газотурбінний двигун|газотурбінним двигуном]].

== Історія ==
До кінця [[Друга Світова війна|Другої Світової війни]] вимоги підвищення потужності поршньових [[двигун внутрішнього згорання|двигунів внутрішнього згорання]] увійшло у безвихідне протиріччя з іншими вимогами, щодо компактності й обмеження маси.

Перший патент на турбінний двигун був виданий англійцю [[Джон Барбер (інженер)|Джону Барберу]] в [[1791]] році. В [[1913]] році француз [[Рене Лорен]] отримав патент на [[прямоточний повітряно-реактивний двигун]]. Ряд інженерів і вчених різних країн в 20-ті та 30-ті роки XX століття передбачили кризу у авіаційному двигунобудуванні та шукали шляхи виходу з нього, в тому числі за рахунок ПРД.

Перший в [[СРСР]] проект реального винищувача з ПРД розробив український вчений [[Люлька Архип Михайлович|А.М. Люлька]], а в березні 1943 року запропонував директор ОКБ-301 М.І. Гудков. Літак називався ГУ-ПРД. Проект був відхилений експертами, головним чином, у зв'язку з недовірою в актуальність і переваги ПРД в порівнянні з поршневими двигунами.
[[Файл:Jet engine.svg|міні|праворуч|270пкс|[[Турбореактивний двигун]] (ТРД)]]
[[Файл:Ramjet.png|міні|праворуч|270пкс|[[Прямоточний повітряно-реактивний двигун]] (ППРД)]]
Першим літаком, який піднявся в небо з [[турбореактивний двигун|турбореактивним двигуном]] (ТРД) ''Hes 3'' конструкції [[Ганс-Йоахим Пабст фон Охайн|фон Охайна]] був ''[[Heinkel He 178]]'', керований льотчиком-випробувачем флюг-капітаном Еріхом Варзіцем ([[27 серпня]] [[1939]]). Цей літак перевершував за швидкістю всі поршневі винищувачі свого часу, але при цьому був менш економічним і, внаслідок цього, мав менший [[радіус]] дії. До того ж у нього були більші швидкості злету та посадки, через що він потребував довшої [[Злітно-посадкова смуга|ЗПС]] з якісним покриттям.

[[З серпня]] [[1944]] року у [[Німеччина|Німеччині]] почалося серійне виробництво реактивного винищувача-бомбардувальника [[Messerschmitt Me 262]] з двома ТРД ''Jumo-004'', які випускалися фірмою [[Юнкерс]]. А з листопада 1944 року почав випускатися ще й перший реактивний бомбардувальник [[Arado Ar 234 Blitz]] з тими ж двигунами. Єдиним реактивним літаком союзників по антигітлерівській коаліції, що формально брав участь у Другій світовій війні, був ''[[Gloster Meteor]]'' ([[Велика Британія]]) з ТРД ''Rolls-Royce Derwent 8'' конструкції [[Френк Віттл|Ф. Віттла]], його серійний випуск почався в [[1941]] році.

Запатентований ще у 1913 р. [[прямоточний повітряно-реактивний двигун]] (ППРД) подобався конструкторам простотою своєї конструкції, але головне — своєю потенційною можливістю працювати на надзвукових швидкостях і в найвищих шарах атмосфери, тобто в умовах, в яких інші типи двигунів були неефективними. У 1930-их роках з цим типом двигунів провидилися експерименти в [[Німеччина|Німеччині]], [[США]] та [[СРСР]].

В 1937 році французький конструктор Рене Ледюк отримав замовлення від французької влади на створення експериментального літака з ППРД. Ця робота була перервана війною і поновилася з її закінченням. 19 листопада 1946 року відбувся перший в історії політ апарата з маршевим ППРД. Далі протягом десяти років було виготовлено і випробувано ще кілька апаратів цієї серії, в тому числі керовані, а в 1957 році Франція відмовилася від випробувань та продовження цих робіт, оскільки в ті часи ТРД здавався перспективнішим.
[[Файл:Pulse Jet Engine.PNG|міні|праворуч|270пкс|[[Пульсуючий повітряно-реактивний двигун]] (ПуПРД)]]
[[Пульсуючий повітряно-реактивний двигун]] (ПуПРД) був винайдений в XIX столітті шведським винахідником Мартіном Вібергом. Найвідомішим літальним апаратом (і єдиним серійним) з ПуПРД є німецький ''Argus As-014'' фірми ''Argus'', відомий як літак-снаряд [[Фау-1]]. Після війни досліди в області пульсуючих повітряно-реактивних двигунів продовжувалися у Франції (компанія SNECMA) і в США ([[Pratt & Whitney]], [[General Electric]]), окрім того, завдяки простоті та дешевизні, маленькі двигуни такого типу стали дуже популярним серед авіамоделістів і в аматорській авіації, та з'явилися приватні фірми, які виробляли ПуПРД і запчастини до них.

== Основні принципи роботи ==
Попри велику кількість ПРД, які дуже відрізняються один від одного конструкцією, характеристиками і галуззю використання, можна виділити ряд принципів для всіх ПРД і тих, які відрізняють його від всіх інших теплових двигунів інших типів.

Повітряно-реактивний двигун розвиває [[Тяга (літак)|тягу]] за рахунок реактивного [[струмінь|струменя]] [[робоче тіло|робочого тіла]], що витікає із [[сопло|сопла]] двигуна. З цієї точки зору ПРД схожий до ракетного двигуна (РД), але відрізняється від нього тим, що більшу частину робочого тіла він забирає з атмосфери, в тому числі і [[Окисник|окислювач]], необхідний для горіння палива. Завдяки цьому ПРД має переваги в порівнянні з РД при польотах в атмосфері, оскільки йому не потрібно нести з собою окислювач, маса якого в 2-8 раз більша від маси палива.

Робоче тіло ПРД на виході з сопла являє собою суміш продуктів згоряння із залишками повітря після вигоряння кисню. Якщо для повного окиснення 1 кг [[гас]]у (звичайного палива ПРД) потрібно близько 3,4&nbsp;кг чистого кисню, то, враховуючи що масова частка кисню в повітрі становить 23&nbsp;%,{{що?}} для повного окиснення палива потрібно 14,8&nbsp;кг чистого повітря і, відповідно, робоче тіло на 94&nbsp;% своєї маси складається з атмосферного повітря. На практиці ПРД, як правило, має надлишок використання повітря, наприклад, в ТРД маса палива в робочому тілі становить 1-2&nbsp;%. Це дозволяє при аналізі роботи ПРД враховувати, що робоче тіло ПРД як на вході так і на виході є однією речовиною.

Динаміку ПРД можна викласти так: робоче тіло входить у двигун зі швидкістю польоту, а покидає його зі швидкістю реактивного струменя. З закону збереження імпульсу випливає вираз для реактивної тяги:
{{center|<math>P=G\cdot(c - v)</math>}}
Де <math>\,P</math>&nbsp;— сила тяги, <math>\, v</math>&nbsp;— швидкість польоту, <math>\, c</math>&nbsp;— швидкість реактивного струменя відносно двигуна, <math>\, G</math>&nbsp;— секундна витрата маси робочого тіла. Очевидно, ПРД ефективний лише у випадку, коли швидкість витоку робочого тіла з сопла двигуна перевищує швидкість польоту: <math>\,c > v</math>.

Швидкість витоку газу з теплового реактивного двигуна залежить від хімічного складу робочого тіла, його абсолютної температури на вході в сопло і від ступеня розширення робочого тіла в соплі двигуна.

З урахуванням вищесказаного можна сформулювати і головні недоліки ПРД в порівнянні з РД:
* ПРД здатний працювати лише в атмосфері, а РД в будь-якому оточенні і в пустоті.
* ПРД ефективний лише до певної, специфічної для даного двигуна, максимальній швидкості польоту, а тяга РД не залежить від швидкості польоту.

== Типи та області застосування реактивних двигунів ==
[[Файл:J85 ge 17a turbojet engine.jpg|міні|праворуч|250пкс|ТРД J85 компанії [[General Electric]]]]
=== ТРД ===
[[Турбореактивний двигун|Турбореактивні двигуни]] поділяються на:
* Двоконтурний турбореактивний двигун;
* [[Турбовальний двигун]];
* [[Турбовентиляторний двигун]];
* [[Турбогвинтовий двигун]];
* {{Iw|Гвинтовинтеляторний двигун|3=en|4=Propfan}}.

В [[Турбореактивний двигун|турбореактивному двигуні]] (ТРД) стиснення робочого тіла на вході в камеру згорання і високе значення витрат повітря через двигун досягається за рахунок сумісної дії зустрічного потоку і компресора, розміщеного в тракті ТРД за вхідним пристроєм, перед камерою згорання. Компресор приводиться в рух турбіною, змонтованою на одному валу з компресором. [[Турбіна]] працює на робочому тілі, нагрітому в камері згорання, з якого утворюється реактивний струмінь. Завдяки компресору ТРД може стартувати з місця і працювати при низьких швидкостях польоту, що для двигуна літака є необхідною умовою, при цьому тиск в тракті двигуна і витрати повітря забезпечуються лише за рахунок компресора. Діапазон швидкостей, в якому ТРД ефективний, зміщений в сторону менших значень, в порівнянні з ППРД. Агрегат турбіна-компресор, який дозволяє створювати більші витрати і високий ступінь стиснення робочого тіла в області низьких та середніх швидкостей польоту, є перепоною на шляху підвищення ефективності двигуна в зоні високих швидкостей. Максимальна швидкість витоку реактивної струї у ТРД менша ніж у ППРД, що обмежує швидкість, на якій ТРД ефективний, значеннями [[Число Маха|2,5-3 Маха]].
[[Файл:Jet Static Lab GPN-2000-000377.jpg|thumb|250px|Вогневі випробування ППРД у лабораторії [[NASA]]]]
=== ППРД ===
[[Прямоточний повітряно-реактивний двигун|Прямоточні повітряно-реактивні двигуни]] поділяються на:
* Дозвуковий;
* Надзвуковий;
* [[Гіперзвуковий прямоточний повітряно-реактивний двигун|Гіперзвуковий]];
* Ядерний ППРД.

[[Прямоточний повітряно-реактивний двигун]] не може працювати при низьких та нульових швидкостях польоту. Для досягнення початкової швидкості, при якій він стає ефективним, апарат з цим двигуном потребує допоміжний привід, яким може бути літак-носій або ж твердопаливний прискорювач. Неефективність ППРД на малих швидкостях польоту робить його практично неможливим для використання на літаках з пілотами, але для безпілотних, бойових, крилатих ракет одноразового використання, що літають в діапазоні швидкостей [[Число Маха|2-5 Маха]], завдяки своїй простоті, дешевизні і надійності, він переважний. Також ППРД використовується в літаючих мішенях. Основним конкурентом ППРД в цій ніші є ракетний двигун (РРД).
[[Файл:Selection of pulsejets.jpg|thumb|250px|Зразки безклапанних (U-подібних) ПуПРД<ref>{{Cite web |url=http://www.pulse-jets.com/valveless/index.htm |title=Ілюстрований опис кількох конструкцій безклапанних ПуПРД (англійською) |access-date=2013-07-15 |archive-date=2010-09-28 |archive-url=https://web.archive.org/web/20100928080628/http://pulse-jets.com/valveless/index.htm |url-status=dead }}</ref>]]
=== ПуПРД ===
{{main|Пульсуючий повітряно-реактивний двигун}}
Пульсуючий повітряно-реактивний двигун, як слідує з його назви, працює в режимі пульсації, тяга розвивається не безперервно, як у ППРД чи ТРД, а в вигляді серії імпульсів частотою від десятків герц для великих двигунів, до 250 гц – для малих. Конструктивно ПуПРД педставляє собою циліндричну камеру згоряння з довгим циліндричним соплом меншого діаметра. Передня частина камери з’єднана з вхідним дифузором, через який повітря надходить в камеру згоряння. Між дифузором і камерою згоряння вставлені повітряні клапани, які працюють на різниці тисків в камері і на виході дифузора: коли тиск в дифузорі перевищує тиск в камері, то клапан відкривається, при зворотному співвідношенні тисків — закривається. Для ініціювання процесу горіння в камері встановлюється свічка запалювання, котра створює високочастотну серію електричних розрядів, паливна суміш загорається. Більшість ПуПРД можуть працювати при нульовій швидкості.

== Література ==
* [http://www.astronaut.ru/bookcase/books/evstafiev/text/10.htm Работы по ППРД и крылатым ракетам дальнего действия с ПВРД в СССР (1947–1960)]
* Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей. Учебник для вузов. Авторы: ''В.&nbsp;М.&nbsp;Акимов, В.&nbsp;И.&nbsp;Бакулев, Р.&nbsp;И.&nbsp;Курзинер, В.&nbsp;В.&nbsp;Поляков, В.&nbsp;А.&nbsp;Сосунов, С.&nbsp;М.&nbsp;Шляхтенко.'' Под редакцией С.&nbsp;М.&nbsp;Шляхтенко. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1987

== Див. також ==
* [[Ракетний двигун]]
* [[Прямоточний повітряно-реактивний двигун]]
* [[Пульсуючий повітряно-реактивний двигун]]
* [[Прискорювач (ракетобудування)]]

== Примітки ==
{{reflist}}

[[Категорія:Двигуни]]
[[Категорія:Реактивні двигуни]]
[[Категорія:Винаходи Англії]]