Реактивный двигатель и основные свойства работы тепловых машин

Существуют два типа тепловых машин: нециклические тепловые машины и циклические тепловые машины.

Рассмотрим принцип действия машин второго типа. В основе теоретического обоснования тепловых машин лежит второй закон термодинамики, который утверждает : невозможно создать циклически работающий тепловой двигатель, единственным результатом действия которого получения от источника количества теплоты и превращение его полностью в механическую энергию. Чтобы тепловая машина могла циклически работать, она обязательно должна включать : -Нагреватель. -Холодильник. -Рабочее тело.

Принцип работы такой машины состоит в следующем : рабочее тело , находясь в контакте с негревателем , получает от него в результате теплообмена количество теплоты Q1 , нагреваясь до температуры T1 . Затем контакт прерывается и рабочее тело переходит в контакт с холодильником. В процессе перехода рабочее тело совершает механическую работу A . Придя в контакт с холодильником, оно отдаёт ему некоторое количество теплоты Q2 и охлаждается. Затем рабочее тело переходит в контакт с нагревателем и процесс повторяется. 1)*Для начала возмём для рассмотрения прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Он имеет наиболее простую схему работы. -2- Передний край трубки вбирает в себя воздух, - это воздухозаборник . Из сопла - задней части трубки – выходят отработанные газы.

Средняя часть камера сгорания. В камере сгорания горит воздушно-топливная смесь.

Температура газа при этом повышается, возрастает скорость его движения.

Раскалённые газы с силой выбрасываются через сопло, создавая реактивную тягу. Но ПВРД может работать если на входе имеется скоростной поток воздуха, но самолёт самостоятельно стартовать с таким двигателем не может. Его нужно предварительно разогнать.

Обычный самолёт разгоняется при помощи воздушного винта. Но ведь ведь таким винтом – пропеллером можно разогнать и поток воздуха на входе двигателя. Так появился ТРД – турбореактивный двигатель. Чтобы запустить его к компрессору присоединяют стартёр, и компрессор создаёт первоначальный напор воздуха на входе. Затем уже начинает работать сам реактивный двигатель. На пути раскалённых газов они поставили газовую турбину и соединили её с компрессором единым валом.

Выходящие газ вращают турбину, соединённый с ней компрессор нагнетает воздушный поток в камеру сгорания, топливно-воздушная смесь горит, горячие газы вытекают из сопла, и цикл повторяется. С помощью мощного и компактного турбореактивного самолёты очень скоро превысили скорость звука. Тяга турбореактивного двигателя может быть увеличена путём дополнительного сгорания топлива в форсажной камере, расположенной между турбиной и реактивным соплом.

Однако такие двигатели не всегда выгодны экономически. Для огромных транспортных самолётов, которые летают со скоростями 650-700 км/ч и поднимают в воздух одновременно десятки тонн груза, лучше использовать турбовинтовые двигатели – ТВД. Турбина может вращать и обычный воздушный винт. Для этого нужно удлинить вал, соединяющий её с компрессором, добавить -3- редуктор, который снизит частоту вращения винта (иначе воздушный поток станет срываться с лопастей и пропеллер в основном будет вращаться вхолостую). 2)*Рассмотрим в качестве примера действие реактивного двигателя. При сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла ракеты со скоростью v . Ракета и выбрасываемые её двигателем газы взаимодействуют между собой. На основании закона сохранения импульса при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остаётся постоянной. До начала работы двигателей импульс ракеты и горючего был равен нулю ; следовательно, и после включения двигателей сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю : MV + MV = 0 , Где М – масса ракеты ; V – скорость ракеты; m – масса выброшенных газов ; v – скорость истечения газов.

Отсюда получаем MV = - mv . А для модуля V скорости ракеты имеем V=(m/M) v . Эта формула применима для вычисления модуля скорости V ракеты при условии небольшого изменения массы M ракеты в результате работы её двигателей.

Реактивный двигатель обладает многими замечательными особенностями, но главная из них заключается в следующем.

Ракете для движения не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, так как она движется в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива.