Воздушно-реактивные двигатели

Следовательно, по мере увеличения скорости полета и соответственно температуры воздуха, поступающего в двигатель, нагрев воздуха при сгорании топлива должен становиться все меньшим и меньшим, если мы хотим, чтобы максимальная температура в двигателе не превосходила определенного значения. Но это значит, что по мере роста скорости полета в двигателе можно сжигать все меньше топлива. В конце концов, очевидно, будет достигнута такая предельная скорость полета, при которой вообще сжигание топлива будет исключено, так как уже сам воздух, поступающий в двигатель, будет иметь максимально допустимую температуру. Очевидно, что при этой предельной скорости двигатель уже не сможет развивать никакой тяги.

Рис. 62. Так тяга прямоточного воздушно-реактивного двигателя зависит от скорости полета (предельно допустимая температура газов в камере сгорания принята равной 2000° абс.)

На рис. 62 показано, как изменяется величина тяги прямоточного двигателя в зависимости от скорости полета у земли при максимально допустимой температуре газов 2000° абс. Размеры этого двигателя определяются тем, что площадь горловины его сопла равна 0,5 м². Как видно из рис. 62, чем больше потери при торможении воздуха, поступающего в двигатель, тем меньше максимальная тяга, развиваемая двигателем, и тем меньше предельная скорость полета, при которой тяга становится равной нулю. Конечно, если предельно допустимая температура воздуха увеличивается, то растет и тяга двигателя и диапазон возможных скоростей полета.

Из этого рисунка видно также, что предельной скоростью полета, при которой возможно применение прямоточного двигателя, является скорость, в 4—5,5 раз превосходящая скорость звука. Это и определяет область наивыгоднейшего использования прямоточных двигателей. Можно считать, что этой областью является диапазон изменения скорости полета от 2—3 до 4—5 скоростей звука.

Кстати сказать, по рис. 62 можно судить и о величине мощности, которую в состоянии развивать прямоточные двигатели — ведь мощность есть произведение тяги на скорость полета. Так двигатель, для которого подсчитаны кривые, показанные на рис. 62, при полете со скоростью, в 4 раза превышающей скорость звука, может развить тягу более 100 т. Этому соответствует мощность около 2 миллионов лошадиных сил!

Глава седьмая Проблема, которую еще нужно решить

Сжатие воздуха — важнейший, но не единственный процесс, происходящий в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. После того как воздух сжат, его необходимо нагреть — без этого двигатель не может развивать тягу. А для нагревания воздуха в двигателе нужно сжечь топливо. Средняя цилиндрическая часть двигателя, в которую поступает воздух из диффузора и где происходит сгорание топлива, поэтому и называется камерой сгорания.

Сгорание топлива в прямоточном воздушно-реактивном двигателе является самой сложной частью протекающего в нем рабочего процесса. Со сгоранием связаны, пожалуй, наибольшие трудности, которые возникают и перед ученым, исследующим прямоточный двигатель, и перед конструктором, создающим новый образец такого двигателя, и перед экспериментатором, испытывающим его на стенде или в полете.

Правда, так обстоит дело не только в случае прямоточного двигателя. Сгорание представляет собой обычно наименее изученную часть рабочего процесса едва ли не любого теплового двигателя. Это относится и к таким широко распространенным двигателям, как поршневые двигатели внутреннего сгорания — автомобильные, тракторные, авиационные, судовые и другие. Но если недостаточная изученность процесса сгорания в этих двигателях не мешает их успешному использованию, то иначе обстоит дело с прямоточным двигателем. По существу именно сгорание главным образом и представляет собой ту основную трудность, которую предстоит еще преодолеть ученым и конструкторам на пути освоения прямоточного воздушно-реактивного двигателя с тем, чтобы он получил полноправную путевку в жизнь.

Неудивительно, что сгорание топлива в прямоточном воздушно-реактивном двигателе представляет собой столь сложную проблему. Ведь это сгорание должно происходить в необычайно трудных условиях, каких нет ни в одном из других тепловых двигателей.

Каждый по своему опыту знает, как трудно зажечь спичку на сильном ветру. К каким только ухищрениям не прибегают опытные курильщики, чтобы прикурить на улице, когда дует ветер. Поворачиваются спиной к ветру, прячут дрожащее пламя спички под полу пальто или в согнутую крендельком ладонь руки. И все же далеко не всегда удается зажечь спичку. Что же говорить о камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, где «дует» не просто ветер, а невиданной силы ураган?