Авиационный ракетный двигатель

Авиационный ракетный двигатель

Авиационный ракетный двигатель – двигатель прямой реакции, преобразующий какой-либо вид первичной энергии в кинетическую энергию рабочего тела и создающий реактивную тягу. Сила тяги приложена непосредственно к корпусу ракетного двигателя и без каких-либо промежуточных устройств обеспечивает перемещение двигателя и связанного с ним аппарата в сторону, противоположную направлению истечения реактивной струи. Так, в ракетном двигателе сочетаются собственно двигатель и движитель.

Основной частью любого ракетного двигателя служит камера сгорания, в которой генерируется рабочее тело, газообразное или жидкое вещество, благодаря которому происходит преобразование количественной первичной энергии (химической, электрической, ядерной) в механическую работу ракетного двигателя. Рабочим телом могут быть раскаленные газы (продукты сгорания химического топлива), вода, газы (водород, гелий, азот и т. п.), пары щелочных металлов и др. Конечная часть камеры сгорания предназначена для ускорения рабочего тела и получения реактивной струи, называемой реактивным соплом.

В зависимости от использования окружающей среды при работе ракетного двигателя они подразделяются на воздушно-реактивные двигатели (ВРД), ракетные двигатели (РД), комбинированные ракетные двигатели и гидрореактивные двигатели. Основными классами ракетных двигателей являются ВРД и РД. В ВРД рабочее тело образуется при реакции окисления горючего вещества, которое берется на борт аппарата, кислородом воздуха.

Атмосферный воздух составляет основную массу рабочего тела ВРД, что делает его значительно более экономичным по сравнению с ракетным двигателем и обеспечивает работу в течение продолжительного времени. Это качество ВРД особенно важно при использовании его в авиации. Все компоненты рабочего тела ракетного двигателя находятся на борту оснащенного им аппарата. Такая особенность ракетного двигателя, а также отсутствие у него движителя, взаимодействующего с окружающей средой, делает его единственно пригодным средством для полетов в космосе. Комбинированные ракетные двигатели представляют собой как бы сочетание ВРД и РД, а у гидрореактивных двигателей рабочим телом служит вода.

Основные характеристики ракетного двигателя: реактивная тяга; удельный импульс (отношение тяги двигательной установки к массе топлива или рабочего тела, расходуемого в 1 с); удельная масса двигателя (масса двигателя в рабочем состоянии, приходящаяся на единицу развиваемой им тяги); удельный расход топлива (отношение массы топлива, расходуемого в 1 с, к развиваемой двигателем тяге). Тяга существующих ракетных двигателей колеблется в очень широких пределах (от нескольких мН до 10—15 мН). Ракетные двигатели малой тяги применяются главным образом в системах стабилизации и управления летательными аппаратами, а в космосе – и для разгона. Ракетный двигатель с максимальной тягой необходим для запуска ракет на большие дальность и высоту, особенно для вывода космических аппаратов на орбиту. Ракетные двигатели имеют различное назначение, область их применения постоянно расширяется. Наиболее широко они используются в конструкциях ракет и реактивных снарядов, самолетов и вертолетов, космических аппаратов и т. д.

Первым ракетным двигателем был твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ) на дымном порохе, появившийся еще в Х в. Ракеты с такими двигателями (боевые, сигнальные, фейерверочные) применялись на протяжении сотен лет.

В 1903 г. К. Э. Циолковский в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» впервые обосновал положения теории жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). В 1923 г. американский ученый Р. Годдард испытал первые ЖРД. В 1929—1933 гг. под руководством Б. С. Петропавловского, Г. Э. Лангемака и В. А. Артемьева были разработаны и испытаны РДТТ на бездымном порохе для реактивных снарядов, а в 1930—1931 гг. под руководством В. П. Глушко и Ф. А. Цандера – первые советские ЖРД.

В 1939 г. в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными ВРД конструкции И. А. Меркулова и началась постройка турбореактивного двигателя конструкции А. М. Люльки. В 1941 г. впервые был установлен на самолет и испытан турбореактивный двигательный агрегат конструкции Ф. Уиттла (Великобритания). Большой вклад в развитие ракетного двигателя внесли также русские ученые А. Д. Засядко, B. М. Внуков, К. А. Шильдер, Н. И. Кибальчич, К. И. Константинов, советские ученые и конструкторы Н. Е. Жуковский, И. В. Мещерский, Б. С. Стечкин, C. П. Королев, М. К. Тихонравов, Л. С. Душкин, М. К. Янгель, А. М. Исаев, Н. Д. Кузнецов, французский ученый Р. Эно-Пельтри, немецкий ученый Г. Оберт и др.