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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
motor a reacción Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Un motor a reacción es un motor que crea la fuerza de tracción necesaria para el movimiento al convertir la energía interna del combustible en energía cinética de la corriente en chorro del fluido de trabajo. El fluido de trabajo sale del motor a alta velocidad y, de acuerdo con la ley de conservación del impulso, se genera una fuerza reactiva que empuja el motor en la dirección opuesta. Para acelerar el fluido de trabajo se utilizan tanto la expansión de un gas calentado de una forma u otra a alta temperatura (los llamados motores a reacción térmicos) como otros principios físicos, por ejemplo, la aceleración de partículas cargadas en un campo electrostático (ver motor de iones), se puede utilizar. Un motor a reacción combina el motor en sí con un dispositivo de propulsión, es decir, crea fuerza de tracción solo a través de la interacción con el fluido de trabajo, sin apoyo ni contacto con otros cuerpos. Por este motivo, se utiliza con mayor frecuencia para propulsar aviones, cohetes y naves espaciales.
En un motor a reacción, el empuje necesario para la propulsión se crea convirtiendo la energía inicial en energía cinética del fluido de trabajo. Como resultado de la salida del fluido de trabajo de la boquilla del motor, se genera una fuerza reactiva en forma de retroceso (chorro). El retroceso mueve el motor y el aparato estructuralmente conectado a él en el espacio. El movimiento se produce en dirección opuesta a la salida del chorro. Se pueden convertir varios tipos de energía en energía cinética de una corriente en chorro: química, nuclear, eléctrica, solar. Un motor a reacción proporciona su propia propulsión sin la participación de mecanismos intermedios. Para crear el empuje del chorro, se necesita una fuente de energía inicial, que se convierte en energía cinética de la corriente en chorro, un fluido de trabajo expulsado del motor en forma de corriente en chorro, y el propio motor a reacción, que convierte el primer tipo de energía en el segundo. La parte principal de un motor a reacción es la cámara de combustión, en la que se crea el fluido de trabajo. Todos los motores a reacción se dividen en dos clases principales, dependiendo de si funcionan utilizando el medio ambiente o no. La primera clase son los motores que respiran aire (WRE). Todos ellos son térmicos, en los que el fluido de trabajo se forma durante la reacción de oxidación de una sustancia inflamable con el oxígeno del aire circundante. La mayor parte del fluido de trabajo es aire atmosférico. En un motor de cohete, todos los componentes del fluido de trabajo están ubicados a bordo del aparato equipado con él. También existen motores combinados que combinan ambos tipos anteriores. La propulsión a chorro se utilizó por primera vez en la bola de Heron, un prototipo de turbina de vapor. Los motores a reacción de combustible sólido aparecieron en China en el siglo X. norte. mi. Estos misiles se utilizaron en Oriente y luego en Europa para fuegos artificiales, señales y luego como misiles de combate. Una etapa importante en el desarrollo de la idea de la propulsión a chorro fue la idea de utilizar un cohete como motor de un avión. Fue formulado por primera vez por el revolucionario ruso N.I. Kibalchich, quien en marzo de 1881, poco antes de su ejecución, propuso un diseño para un avión (avión cohete) que utiliza propulsión a chorro a partir de gases de pólvora explosivos. N. E. Zhukovsky, en sus obras "Sobre la reacción de los líquidos que fluyen y fluyen" (década de 1880) y "Sobre la teoría de los barcos impulsados por la fuerza de reacción del agua que fluye" (1908), desarrolló por primera vez las cuestiones básicas de la teoría del chorro. motor. Interesantes trabajos sobre el estudio del vuelo de cohetes también pertenecen al famoso científico ruso I. V. Meshchersky, en particular en el campo de la teoría general del movimiento de cuerpos de masa variable. En 1903, K. E. Tsiolkovsky, en su obra "Exploración de los espacios del mundo con instrumentos a reacción", dio una justificación teórica para el vuelo de un cohete, así como un diagrama esquemático del motor de un cohete, que anticipó muchas de las características fundamentales y de diseño. de modernos motores de cohetes de propulsión líquida (LPRE). Así, Tsiolkovsky previó el uso de combustible líquido para un motor a reacción y su suministro al motor mediante bombas especiales. Propuso controlar el vuelo del cohete mediante timones de gas, placas especiales colocadas en una corriente de gases que escapan de la boquilla. La peculiaridad de un motor a reacción de líquido es que, a diferencia de otros motores a reacción, lleva consigo todo el suministro de oxidante junto con el combustible y no toma de la atmósfera el aire que contiene oxígeno, necesario para quemar el combustible. Este es el único motor que se puede utilizar para vuelos a altitudes ultraaltas fuera de la atmósfera terrestre. El primer cohete del mundo con motor líquido fue creado y lanzado el 16 de marzo de 1926 por el estadounidense R. Goddard. Pesaba unos 5 kilogramos y su longitud alcanzaba los 3 m. El combustible del cohete Goddard era gasolina y oxígeno líquido. El vuelo de este cohete duró 2,5 segundos, durante los cuales voló 56 m. El trabajo experimental sistemático sobre estos motores comenzó en los años 30 del siglo XX. Los primeros motores de cohetes soviéticos de propulsión líquida se desarrollaron y fabricaron en 1930-1931. en el Laboratorio de Dinámica de Gases de Leningrado (GDL) bajo la dirección del futuro académico V. P. Glushko. Esta serie se llamó ORM - motor de cohete experimental. Glushko utilizó algunas innovaciones, por ejemplo, enfriar el motor con uno de los componentes del combustible. Paralelamente, el Jet Propulsion Research Group (GIRD) llevó a cabo en Moscú el desarrollo de motores de cohetes. Su inspirador ideológico fue F.A. Tsander y su organizador fue el joven S.P. Korolev. El objetivo de Korolev era construir un nuevo vehículo cohete: un avión cohete. En 1933, F.A. Zander construyó y probó con éxito el motor cohete OR1, que funcionaba con gasolina y aire comprimido, y en 1932-1933. - Motor OR2, que funciona con gasolina y oxígeno líquido. Este motor fue diseñado para ser instalado en un planeador destinado a volar como un avión cohete. En 1933, se creó y probó en GIRD el primer cohete soviético de combustible líquido. Desarrollando el trabajo iniciado, los ingenieros soviéticos continuaron trabajando en la creación de motores a reacción líquidos. En total, de 1932 a 1941, la URSS desarrolló 118 diseños de motores a reacción de líquido. En Alemania, en 1931, I. Winkler, Riedel y otros probaron cohetes. El primer vuelo de un avión cohete con motor de propulsión líquida se realizó en la Unión Soviética en febrero de 1940. Como central eléctrica del avión se utilizó un motor de cohete de propulsión líquida. En 1941, bajo la dirección del diseñador soviético V.F. Bolkhovitinov, se construyó el primer avión de combate con motor de propulsor líquido. Sus pruebas fueron realizadas en mayo de 1942 por el piloto G. Ya. Bakhchivadzhi. Al mismo tiempo tuvo lugar el primer vuelo de un caza alemán con dicho motor. En 1943, Estados Unidos probó el primer avión a reacción estadounidense equipado con un motor a reacción de propulsor líquido. En Alemania, en 1944 se construyeron varios cazas con estos motores diseñados por Messerschmitt y se utilizaron en combate en el frente occidental ese mismo año. Además, se utilizaron motores de cohetes líquidos en los cohetes V2 alemanes, creados bajo el liderazgo de V. von Braun. En la década de 1950, se instalaron motores de propulsión líquida en misiles balísticos y luego en satélites artificiales de la Tierra, el Sol, la Luna y Marte, y en estaciones interplanetarias automáticas. Un motor cohete de propulsión líquida consta de una cámara de combustión con boquilla, una unidad de turbobomba, un generador de gas o un generador de vapor-gas, un sistema de automatización, elementos de control, un sistema de encendido y unidades auxiliares (intercambiadores de calor, mezcladores, accionamientos). La idea de los motores que respiran aire se ha propuesto más de una vez en diferentes países. Los trabajos más importantes y originales al respecto son los estudios realizados en 1908-1913. El científico francés R. Lauren, quien, en particular, en 1911 propuso varios diseños para motores ramjet. Estos motores utilizan aire atmosférico como oxidante y la compresión del aire en la cámara de combustión está garantizada por la presión dinámica del aire. En mayo de 1939 se probó por primera vez en la URSS un cohete con motor estatorreactor diseñado por P. A. Merkulov. Era un cohete de dos etapas (la primera etapa es un cohete de pólvora) con un peso de despegue de 7,07 kg, y el peso del combustible para la segunda etapa del motor ramjet era de sólo 2 kg. Durante las pruebas, el cohete alcanzó una altitud de 2 km. En 1939-1940 Por primera vez en el mundo se llevaron a cabo en la Unión Soviética pruebas de verano de motores de respiración aérea instalados como motores adicionales en un avión diseñado por N.P. Polikarpov. En 1942 se probaron en Alemania los motores ramjet diseñados por E. Zenger. Un motor que respira aire consta de un difusor en el que el aire se comprime debido a la energía cinética del flujo de aire que se aproxima. El combustible se inyecta en la cámara de combustión a través de una boquilla y la mezcla se enciende. La corriente en chorro sale a través de la boquilla. El proceso de funcionamiento de los motores a reacción es continuo, por lo que no tienen empuje de arranque. En este sentido, a velocidades de vuelo inferiores a la mitad de la velocidad del sonido, no se utilizan motores que respiran aire. El uso más eficaz de los motores a reacción es a velocidades supersónicas y a grandes altitudes. Un avión propulsado por un motor a reacción despega utilizando motores cohete que funcionan con combustible sólido o líquido. Otro grupo de motores que respiran aire, los motores turbocompresores, ha recibido un mayor desarrollo. Se dividen en turborreactor, en el que el empuje lo crea una corriente de gases que sale de la tobera de chorro, y turbohélice, en el que el empuje principal lo crea la hélice. En 1909, el ingeniero N. Gerasimov desarrolló el diseño de un motor turborreactor. En 1914, el teniente de la Armada rusa M.N. Nikolskoy diseñó y construyó un modelo de motor de avión turbohélice. El fluido de trabajo para accionar la turbina de tres etapas eran los productos de combustión gaseosos de una mezcla de trementina y ácido nítrico. La turbina no solo trabajaba en la hélice: los productos de combustión de los gases de escape dirigidos a la tobera de cola (chorro) creaban un empuje del chorro además de la fuerza de empuje de la hélice. En 1924, VI Bazarov desarrolló el diseño de un motor a reacción turbocompresor de aviación, que constaba de tres elementos: una cámara de combustión, una turbina de gas y un compresor. Aquí el flujo de aire comprimido se dividió por primera vez en dos ramas: la parte más pequeña iba a la cámara de combustión (al quemador) y la parte más grande se mezclaba con los gases de trabajo para bajar su temperatura delante de la turbina. Esto garantizó la seguridad de las palas de la turbina. La potencia de la turbina multietapa se gastaba en accionar el compresor centrífugo del propio motor y en parte en hacer girar la hélice. Además de la hélice, el empuje se creó debido a la reacción de una corriente de gases que pasaba a través de la boquilla de cola. En 1939, en la planta de Kirov en Leningrado, comenzó la construcción de motores turborreactores diseñados por A. M. Lyulka. Sus juicios fueron interrumpidos por la guerra. En 1941, en Inglaterra, se realizó el primer vuelo en un avión de combate experimental equipado con un motor turborreactor diseñado por F. Whittle. Estaba equipado con un motor con turbina de gas, que accionaba un compresor centrífugo que suministraba aire a la cámara de combustión. Se utilizaron productos de combustión para crear el propulsor del jet.
En un motor turborreactor, el aire que entra durante el vuelo se comprime primero en la entrada de aire y luego en el turbocompresor. Se suministra aire comprimido a la cámara de combustión, en la que se inyecta combustible líquido (normalmente queroseno de aviación). La expansión parcial de los gases formados durante la combustión se produce en la turbina que hace girar el compresor y la expansión final se produce en la boquilla de chorro. Se puede instalar un postquemador entre la turbina y el motor a reacción para proporcionar una combustión adicional de combustible. Hoy en día, la mayoría de los aviones militares y civiles, así como algunos helicópteros, están equipados con motores turborreactores. En un motor turbohélice, el empuje principal lo genera la hélice y el empuje adicional (alrededor del 10%) lo genera una corriente de gases que fluye desde la boquilla de chorro. El principio de funcionamiento de un motor turbohélice es similar al de un turborreactor, con la diferencia de que la turbina hace girar no solo el compresor, sino también la hélice. Estos motores se utilizan en aviones y helicópteros subsónicos, así como para la propulsión de barcos y automóviles de alta velocidad. Los primeros motores a reacción de propulsor sólido se utilizaron en misiles de combate. Su uso generalizado comenzó en el siglo XIX, cuando aparecieron unidades de misiles en muchos ejércitos. A finales del siglo XIX. Se crearon las primeras pólvoras sin humo, con una combustión más estable y mayor rendimiento. En las décadas de 1920 y 1930, se trabajó en la creación de armas a reacción. Esto llevó a la aparición de morteros propulsados por cohetes: Katyushas en la Unión Soviética, morteros propulsados por cohetes de seis cañones en Alemania. El desarrollo de nuevos tipos de pólvora hizo posible el uso de motores a reacción de combustible sólido en misiles de combate, incluidos los balísticos. Además, se utilizan en aviación y astronáutica como motores para las primeras etapas de vehículos de lanzamiento de cohetes, motores de arranque de aviones con motores ramjet y motores de frenado de naves espaciales. Un motor a reacción de combustible sólido consta de una carcasa (cámara de combustión), que contiene todo el suministro de combustible y una tobera. El cuerpo está fabricado en acero o fibra de vidrio. Boquilla: hecha de grafito, aleaciones refractarias, grafito. El combustible es encendido por un encendedor. El control del empuje se lleva a cabo cambiando la superficie de combustión de la carga o el área de la sección transversal crítica de la boquilla, así como inyectando líquido en la cámara de combustión. La dirección del empuje se puede cambiar mediante timones de gas, un deflector (deflector), motores de control auxiliares, etc. Los motores a reacción de combustible sólido son muy fiables, pueden almacenarse durante mucho tiempo y, por lo tanto, siempre están listos para arrancar. Autor: Pristinsky V.L.
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