Авиация Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель - Сравнительное описание

22 января 2011


Оглавление:
1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель
2. История
3. Сравнительное описание
4. Теория
5. Преимущества и недостатки ГПВРД

ГПВРД является типом двигателя, предназначенным для работы на больших скоростях, которые более характерны для ракет, чем для самолётов. Основное отличие аппарата с таким двигателем от ракеты состоит в том, что он не несет на себе окислитель для работы двигателя, используя в этих целях атмосферный воздух. Более обычные самолёты с прямоточными воздушно-реактивными, турбореактивными, двухконтурными турбовентиляторными и турбовинтовыми типами двигателей имеют то же свойство использовать атмосферный воздух, но их применение ограничено дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями.

Турбинные двигатели эффективны для использования при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, но быстро становятся бесполезными при росте скорости М>2. Это объясняется тем, что поток воздуха, поступающий в компрессор двигателя, обладает большей скоростью, а из-за его последующего торможения начинают расти температура и аэродинамическое сопротивление. Высокие температуры нежелательны, так как они могут вызвать расплавление и разрушение двигателя и это также снижает его эффективность из-за большей температуры смеси воздуха и топлива, которая попадает в камеру сгорания. С ростом скорости доступная для использования энергия уменьшается как квадрат скорости в числах Маха. Наибольшая рабочая скорость двигателя может быть увеличена путём охлаждения попадающего в воздухосборник газа и путём комбинирования схемы с использованием форсажных камер и гибридных ТРД/ПВРД.

Самолёты с ПВРД легче конструировать по той причине, что такой двигатель оказывает меньшее сопротивление проходящему воздуху и содержит меньше частей, которые должны функционировать при высокой температуре. В силу меньшего трения ПВРД может обеспечить большие скорости, но из-за необходимости поступления больших объёмов воздуха в воздуховод без помощи компрессора скорость такого самолёта не может быть меньше 600 км/ч. С другой стороны, схема работы ПВРД предполагает торможение приходящего воздуха до дозвуковой скорости для его сжатия, смешивания с топливом и последующего сжигания. Этот процесс приводит к росту проблем вместе с ростом скорости аппарата — ударная волна при торможении газа, поступающего при сверхзвуковой скорости, приводит к росту трения, которое, наконец, становится невозможно скомпенсировать тягой двигателя. Так же, как и в случае с турбинными двигателями, этот процесс сопровождается ростом температуры, что снижает эффект от сжигания топлива. Для сохранения производительности двигателя необходимо принять меры по снижению в нём трения и температуры. В зависимости от успешности таких конструкторских решений, а также от типа используемого топлива, верхний предел скорости самолёта с СПВРД составляет М=4—8.

Простейший вариант гиперзвукового ПВРД выглядит как пара воронок, которые соединены друг с другом узкими отверстиями. Первая воронка служит воздухозаборником, в наиболее узкой части происходит сжатие воздуха, добавление в него топлива и сжигание смеси, что ещё более поднимает температуру и давление газа, а вторая воронка формирует сопло, через которое происходит расширение продуктов сгорания с созданием тяги. Такая схема позволяет ГПВРД исключить сильное трение и низкую эффективность сгорания при его использовании на скоростях М>8, что достигается путём сохранения практически неизменной скорости проходящего через весь двигатель воздуха. Поскольку по сравнению с СПВРД проходящий газ в гиперзвуковом ПВРД меньше замедляется, он меньше разогревается и сгорание происходит более эффективно с большим выделением полезной энергии. Основная сложность такой схемы состоит в том, что топливо должно быть смешано и сожжено за крайне короткое время и в том, что любая ошибка в геометрии двигателя приведет к большому трению. Расположение ГПВРД под телом аппарата предназначено для конвертирования силы трения в подъёмную силу и создания дополнительной подъёмной силы, используя выхлоп двигателя. Это формирует подъёмную силу при гиперзвуковом полете и определяет внешний вид этих самолётов.

Просмотров: 7129

<<< Газотурбинный двигатель