Reaktīvā dzinēja darbība

Reaktīvo dzinēju vēsture

Jau kopš mīta par Ikaru, kurā Ikars no putnu spalvām izgatavo spārnus un lido, cilvēki ir mēģinājuši izprast, kā dažas sugas paceļas debesīs, lai to atdarinātu ar mašīnām. Leonardo da Vinči ^16. gadsimtā izstrādāja pirmās koncepcijas. Taču tolaik vienīgais zināmais dzinējspēks bija cilvēka muskuļi. Pamatprincipi, kas vēlāk ļāva saprast, kā lidmašīnas lido, parādījās tikai 17. un ^18. gadsimtā, pateicoties tādiem zinātniekiem kā Ņūtons un Bernuili. Rūpniecības revolūcija ^19. gadsimtā veicināja vairākus tehniskus sasniegumus. Francūzis Klemāns Aders bija pirmais, kurš ar tvaika dzinēja palīdzību pacēla lidmašīnu, kā iedvesmas avotu izmantojot sikspārni. Desmit gadus vēlāk, 1903. gadā, brāļi Raiti veica pirmos kontrolētos, motorizētos lidojumus vēsturē.

Reaktīvā dzinēja darbība

Pirmo reaktīvo dzinēju jeb turboreaktīvo dzinēju 1939. gadā konstruēja vācieši, taču tas bija vairākus gadsimtus ilgu pētījumu rezultāts.

Šajā video ir izskaidrots, kā darbojas mūsdienu dzinēji:

Princips ir vienkāršs:

Gaisu iesūc ar ventilatoru, tad tas tiek pastāvīgi saspiests un nonāk sadegšanas kamerā, kur tas reaģē ar parafīnu un aizdegas. Reakcijas rezultātā gāzes izplešas, un pēc tam tās caur sprauslu tiek izpūstas atpakaļ, virzot lidaparātu uz priekšu. Gāzes izplūst ļoti lielā ātrumā, kad tās iet caur reaktīvo dzinēju, kura forma saraujas.

Turklāt, izejot no dzinēja, gāzes griež turbīnu, kas atrodas uz tās pašas ass, uz kuras atrodas kompresors, uzreiz aiz sadegšanas kameras. Turbīnas kustība izraisa kompresora kustību, tādējādi reakcija notiek nepārtraukti. Lidmašīna kustas, un gaiss, kas plūst virs tās spārniem, liek tai lidot.

Aviokompānijas pastāvīgi cenšas uzlabot sadegšanas kameru darbību, lai samazinātu gaisa kuģu emisijas.

Ņūtona kustības likumi

^17. gadsimtā Ņūtons noteica trīs pamatlikumus, lai izskaidrotu kustību. Pirmais ir inerces princips, otrais – dinamikas princips. Mūs interesē Ņūtona trešais likums – savstarpējās darbības princips.

Reaktīvo dzinēju pamatā faktiski ir šis darbības un reakcijas princips, kas nosaka, ka katrai darbībai ir vienāda un pretēja reakcija. Tādējādi atpakaļ izplūstošais gaiss radīs vienādu un pretēju spēku lidaparātam, virzot to uz priekšu. Turklāt, jo lielāks ir izmetamās gāzes strūklas ātrums, jo lielāka ir vilkme.

Ņūtona likums arī izskaidro, kā lidmašīnas lido: ja spārns iedarbojas uz gaisu ar spēku (savu svaru, lejupvērstu spēku), tad gaiss iedarbojas uz spārnu ar pretēju spēku, ko sauc par pacelšanas spēku (augšupvērstu spēku). Kompensējot šos spēkus, lidaparāts noturas gaisā.

Pirmais reaktīvais dzinējs

1731. gadā anglis Džons Bārbers (John Barber) sāka reģistrēt iekšdedzes gāzes turbīnas– turboreaktīvā dzinēja priekšteča – patentus. Viņa dzinējs sastāvēja no kompresora, sadegšanas kameras un turbīnas, ko darbināja ar uzliesmojošu vielu. Tomēr Barberam neizdevās panākt, lai viņa izgudrojums darbotos, jo tā laika tehnoloģijas nespēja radīt pietiekamu jaudu.

Gāzes turbīnas izstrādi aizkavēja tvaika turbīnas panākumi. Visbeidzot, pēc rumāņa Henrija Koanda un francūža Maksima Gijoma (Maxime Guillaume) darba pagājušā gadsimta 30. gados britu izcelsmes sers Frenks Vitls (Frank Whittle) revolucionizēja gaisa transportu, ieviešot turboreaktīvo dzinējspēku. Tā vietā, lai gaisa saspiešanai izmantotu virzuļdzinēju, Vitls izvēlējās turbīnu, kas izmantoja izplūdes gāzu radīto jaudu, lai darbinātu kompresoru. Šis jaunais dzinējs bija ekonomiskāks un jaudīgāks nekā virzuļdzinējs.

Pirmie turboreaktīvie dzinēji tika izstrādāti vienlaicīgi Anglijā un Vācijā. Vācietis Hanss fon Ohains 1939. gadā izstrādāja pirmo reaktīvo dzinēju uzņēmumam Heinkel. Pirmais reaktīvais lidaparāts bija Heinkel He-178, ko izmantoja kaujās. Tomēr pirmais lidojums tika pārtraukts, kad dzinējā iesūcās putns. Bruņošanās sacensība Otrā pasaules kara laikā paātrināja modernās aviācijas rašanos. Kara beigās ASV un Padomju Savienība, kam sekoja Francija, kuru bija aizkavējusi vācu okupācija, sasniedza to pašu. Pirmie civilie lidaparāti, kurus darbināja reaktīvie dzinēji, parādījās pagājušā gadsimta 50. gados.

Dažādi reaktīvo dzinēju veidi

Vispārīgi runājot, turboreaktīvie dzinēji pārveido degvielā esošo ķīmisko enerģiju kinētiskajā enerģijā. Turboreaktīvo dzinēju izstrāde jau no paša sākuma ir bijis liels izaicinājums gan militārajā, gan civilajā jomā. Mūsdienu reaktīvie dzinēji ir daudz sarežģītāki nekā agrāk. Piemēram, tie ir aprīkoti ar vilces reversiem, kas kalpo lidaparāta bremzēšanai. Reaktīvā strāva tiek novirzīta uz dzinēja priekšpusi.

Ir vairākas reaktīvo dzinēju apakškategorijas:

• Centrbēdzes kompresoru reaktīvie dzinēji
• Turboreaktīvie dzinēji ar aksiālo kompresoru
• Divplūsmu reaktīvie dzinēji
• Ramjet dzinēji
• Turbopropelleru dzinēji
• Brīvās turbīnas dzinēji

Iepriekš aprakstītie dzinēji ir centrbēdzes kompresoru turboreaktīvie dzinēji. Tie ir vienkārši izgatavojami un izturīgi, bet to trūkums ir tas, ka tiem nepieciešams liela diametra dzinējs, kas samazina gaisa kuģa galīgo ātrumu. Tāpēc tika izgudroti aksiālie turboreaktīvie dzinēji. Gaiss tiek saspiests caur vairākiem propelleriem, un efektivitāte ir labāka, taču tam nepieciešami modernāki materiāli. Abos gadījumos dzinējam ir jāiztur līdz pat 2000 °C temperatūra.

Apvadreaktorā kompresoram priekšā ir novietots ventilators. Tas iesūc lielāku gaisa daudzumu, kas pēc tam tiek sadalīts primārajā un sekundārajā plūsmā. Primārā plūsma iet caur sadegšanas kameru, tātad tā ir karstā gaisa plūsma. Sekundārā plūsma tiek izvadīta tieši no abām dzinēja pusēm; tā ir aukstā gaisa plūsma, kas nodrošina 80 % vilces spēka. Izvadā aukstais gaiss sajaucas ar karsto gaisu, tādējādi radot dzesēšanu. Šo sistēmu izmanto lielākajā daļā avions commerciaux lidmašīnu, lai uzlabotu vilci un samazinātu dzinēja troksni.

Ramjet dzinējus tagad izmanto iznīcinātājlidmašīnās un raķetēs, jo tie var sasniegt ļoti lielu ātrumu. To vilces spēks ir lielāks, jo degviela tiek atkārtoti iesmidzināta sadegšanas kamerā, un šis process ir pazīstams kā pēcdedzināšana. Turklāt tiem nav kustīgu detaļu, un tāpēc tie ir viegli. Trūkumi ir tādi, ka tie nevar darboties ar mazāku ātrumu un temperatūra ir ļoti augsta, kas daudziem materiāliem nav ilgtspējīga laika gaitā. Turklāt, lai tie varētu darboties, tiem ir jānodrošina sākotnējais ātrums. Superstatorjet dzinēji var sasniegt virsskaņas ātrumu. Konkordas dzinējs bija turboreaktīvā un ramjet dzinēja hibrīds.

Turboreaktīvie dzinēji palielina vilci, izmetot pēc iespējas vairāk gāzes. Turbopropelleru gadījumā tas tā nav. Tie paļaujas uz gaisa kuģa ārpusē piestiprināta propellera rotācijas jaudu, lai nodrošinātu lielāko vilces spēku. Turbopropelleri ir visekonomiskākais risinājums īsiem lidojumiem. Tie ir efektīvāki un patērē mazāk degvielas, taču to darbības augstums un attālums ir ierobežots. Lai uzzinātu vairāk par dažādiem turbopropelleru modeļiem, apmeklējiet cette page.

Turbokompresoru dzinēji bija paredzēti helikopteriem. Tāpat kā turboreaktīvie dzinēji, tie ir aprīkoti ar turbīnu. Mūsdienās ražotajiem helikopteriem, piemēram, Dauphin, ir brīva turbīna. Tā pārveido izplūdes gāzu kinētisko un termisko enerģiju mehāniskajā enerģijā, kā arī ļauj helikoptera lāpstiņām griezties ar citu ātrumu nekā kompresoram, tādējādi nodrošinot lidaparāta stabilitāti.