Воздушно-реактивные двигатели

Чтобы закончить наш рассказ о сгорании в прямоточном воздушно-реактивном двигателе, следует еще раз подчеркнуть огромное превосходство этого двигателя перед турбореактивным. Это превосходство связано с допустимой температурой сгорания. Мы знаем, что лопатки турбины ограничивают максимальную температуру газов, выходящих из камеры сгорания турбореактивного двигателя. Поэтому в турбореактивном двигателе участвует в сгорании лишь около четверти всего воздуха, протекающего через камеру сгорания. Остальной воздух служит для охлаждения продуктов сгорания — он добавляется к ним уже за зоной горения. В прямоточном двигателе такого ограничения нет, ибо нет и турбины. Здесь для сгорания топлива можно использовать весь кислород, заключенный в воздухе. Поэтому при том же количестве протекающего через двигатель воздуха в прямоточном воздушно-реактивном двигателе удается сжигать в 3—4 раза больше топлива и получить в результате этого соответственно большую тягу с единицы площади «лба» двигателя. А ведь в таком увеличении этой удельной лобовой тяги, а следовательно, и мощности, приходящейся на единицу площади вредной лобовой поверхности двигателя (вредной потому, что именно с ней связано лобовое сопротивление двигателя), и лежит ключ к увеличению скорости полета.

В турбореактивном двигателе газы, выходящие из камеры сгорания, имеют температуру не более 850—900° С. В прямоточном двигателе эта температура превышает 1500—1600° С. Поэтому реактивная струя, вытекающая из сопла турбореактивного двигателя в атмосферу, имеет температуру 600—650° С, тогда как из прямоточного двигателя через сопло вытекают газы с температурой до 1500° С. Это надо всегда иметь в виду при установке двигателя на летательный аппарат. Небрежность конструктора в этом отношении может вызвать непоправимую катастрофу.

Мы познакомились в основном с двумя важнейшими частями прямоточного воздушно-реактивного двигателя — диффузором и камерой сгорания, и только вскользь — с соплом, являющимся третьей основной частью двигателя. В сопле газы, выходящие из камеры сгорания, расширяются и скорость их движения соответственно увеличивается, без чего нельзя получить большую тягу двигателя. В дозвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе реактивное сопло имеет обычно такую же форму конической сходящейся трубы, как и сопло турбореактивного двигателя. Но, оказывается, в прямоточном двигателе можно и вовсе обойтись без сопла. В этом случае прямоточный воздушно-реактивный двигатель станет еще более простым по внешним очертаниям — он превратится в простую цилиндрическую трубу с коническим диффузором спереди, без которого, как уже говорилось выше, обойтись нельзя. Но почему же можно обойтись без сопла, где в этом случае будет происходить необходимое расширение газов и увеличение их скорости движения?

Оказывается, функции сопла можно передать камере сгорания. Выше отмечалось, что при горении топлива в цилиндрической камере сгорания скорость течения газов увеличивается, так как газы расширяются. Можно добиться и того, чтобы это расширение газов в камере сгорания произошло вплоть до атмосферного давления. Тогда, очевидно, и не будет надобности ни в каком сопле.

Иначе обстоит дело в сверхзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Так как скорость истечения газов из такого двигателя может значительно превосходить скорость звука, то сопло сверхзвукового двигателя тоже должно быть, как правило, сверхзвуковым. Это значит, что оно должно сначала суживаться, а затем расширяться. Наличие на двигателе такого сопла обычно и свидетельствует о том, что он предназначен для сверхзвукового полета.

В сверхзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе функции сопла уже не может выполнять камера сгорания.

В цилиндрической камере сгорания может быть достигнута только скорость звука. Перейти через эту скорость в цилиндрической камере невозможно. Поэтому камера сгорания может заменить только первую, сужающуюся часть сверхзвукового сопла, вторая же, расширяющаяся часть в сверхзвуковом воздушно-реактивном двигателе сохраняется. Следовательно, если сопло двигателя представляет собой простую расширяющуюся трубу, то мы имеем дело со сверхзвуковым двигателем, в котором на выходе из камеры сгорания газы имеют скорость звука.

Глава восьмая Рождение прямоточного двигателя

Прямоточный двигатель — это двигатель сверхзвукового полета, двигатель завтрашнего дня в авиации и реактивной артиллерии. Мы имеем все основания гордиться тем вкладом, который внесла наша страна в дело создания этого замечательного двигателя.

В нашей стране впервые в истории были созданы и испытаны прямоточные двигатели. Эти двигатели были построены профессором Ю. А. Победоносцевым в 1933 г. Правда, они не были предназначены для установки на самолете, но с ними велись различные исследования.