Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
У цыліндры дызеля адбываецца сцісканне паветра (у бензінавым рухавіку, як указвалася ў § 130, сціскаецца гаручая сумесь).
На дыяграме гэты працэс паказан крывой 1—2.
Ступень сці'скання ў дызелях вялікая (гл. табліцу на стар. 209), у выніку чаго тэмпература паветра ў канцы сціскання падымаецца да тэмпературы, дастатковай для ўспалымнення паліва. У момант прыходу поршня ў верхні (левы) мёртвы пункт пачынаецца падача паліва ў цыліндр з фарсункі В. Трапляючы ў гарачае паветра, дробна распыленае фарсункай паліва згарае.
Згаранне паліва адбываецца тут не адразу, як у рухавіках хуткага згарання, а паступова, на працягу некаторай часткі ходу поршня ўправа. Працэс гарэння .паліва ў выніку руху поршня ўправа адбываецца пры павелічэнні аб’ёму той прасторы, дзе гарэнне адбываецца.
15*
207
Таму ціск газаў у час работы фарсункі застаецца пастаянным. На дыягпаме гарэнне паказана лініяй 2—3.
Такім чынам, згаранне сумесі адбываецца пры пастаянным ціску, у адрозненне ад рухавікоў хуткага згарання, дзе, як мы бачылі, згаранне адбываецца пры пастаянным аб’ёме.
Далейшае расшырэнне газаў (крывая 3—4) працягваецца да моманту прыходу поршня ў ніжні (правы) мёртвы пункт.
Калі поршань прыйдзе ў ніжні (правы) мёртвы пункт, адкрываецца выпускны клапан А і ціск газаў адразу спадае (4—1), пасля чаго
Рыс. 213. Дызельпоезд на чыгуначным пуці Масква — Ленінград. іюршань вяртаецца да левага мёртвага пункта. У час усяго гэтага ходу выпускны клапан А застаецца адкрытым; праз яго адпрацаваўшыя газы выходзяць з цыліндра.
Лінія выпуску 1—0 на нашай дыяграме для прастаты паказана супадаючай з лініяй усасвання.
Дызель аказаўся больш эканамічным рухавіком, чым бензінавы, яго к. к. дз. дасягае 39%. Ён можа мець значна большую магутнасць (дзесяткі тысяч к. с.) Акрамя таго, дызель можа працаваць на больш танным паліве — нафце.
Дызелі вялікай магутнасці хутка знайшлі сабе прымяненне як у стацыянарных устаноўках, так і ў водным, чыгуначным і паветраным транспарце, а дызелі малой магутнасці ў апошні час з поспехам пачынаюць прымяняцца ў якасці рухавікоў аўтамашын, трактараў (рыс. 210) і невялікіх суднаў. На рыс. 213 паказан цеплавоз, а на рыс. 214—агульны выгляд дызельнага суднавага рухавіка магутнасцю 3250 к. с.
Ніжэй у табліцы змяшчаюцца некаторыя паказчыкі, якія характарызуюць дызелі і рухавікі з хуткім згараннем паліва (напрыклад, бензінавыя рухавікі).
208
Характарыстыка некаторых рухавікоў унутранага згарання.
Тып рухавіка Ступень сціскання (У am) К. к. дз. (У %) Расход гаручага / к. с. \ у г на 1
Дызелі Бензінавыя рухавікі . . . 13—16 4,5—6 30—39 18—24 160—210 250—350
132. Рэактыўныя рухавікі. Развіццё авіяцыі зводзіцца да павелічэння скорасці, вышыні, грузапад’ёмнасці, далёкасці і надзейнасці палёту самалётаў. Усё гэта ў значнай ступені залежыць ад магчымасцей удасканалення рухавіка.
Рухавікі ўнутранага згарання з вінтаміпрапелерамі ўжо не забяспечваюць павелічэння скорасці і вышыні палёту самалётаў. Прычына гэтага зводзійца да наступнага.
У самалёце з паветраным вінтом апошні, пры вярчэнні, адкідвае яаветра, прымушаючы яго рухацца пасксрана. Па трэцяму закону Ньютана, адкідаемая маса паветра дзейнічае на вінт, штурхае яго наперад, ствараючы гэтым цягу, якая рухае ўвесь самалёт. Цяга атрымліваецца, такім чынам, як вынік уздзеяння ў адказ (рэакцыі) паветра, якое адкідаецца вінтом. Вінт служыць пасрэднікам, які за кошт энергіі паліва выконвае работу па перамяшчэнню самалёта.
Як паказала практыка, сіла цягі вінта памяншаецца з павелічэпнем скорасці. Справа ў тым, што з павелічэннем скорасці павялічваецца супраціўленне паветра вярчэнню вінта; пры скорасцях, блізкіх да скорасці гуку ў паветры (парадку 1200^), гэтае супраціўленне робіцца велізарным. У выніку большая частка карыснай работы рухавіка ідзе на пераадоленне супраціўлення паветра: каэфіцыент карыснага дзеяння рухавіка памяншаецца ў дзесяткі разоў. Для павелічэння скорасці самалёта прыходзіцца рэзка павялічваць магутнасць рухавіка, а гэта непазбежна прыводзіць да павелічэння вагі самалёта. Напрыклад, павелічэнне скорасці палёту самалётаў на 150—200 ■ ^ ^ было дасягнута за кошт падваення вагі самалёта. Вядома, гэта эканамічна нявыгадна.
Магутнасць рухавіка з вінтомпрапелерам рэзка памяншаецца таксама з павелічэннем вышыні палёту. На вялікай вышыні, дзе паветра вельмі разрэджанае, паветраны вінт наогул перастае рухаць самалёт.
Такім чынам, самалёты з паветранымі вінтаміпрапелерамі, якія прыводзяцца ў вярчэнне рухавікамі ўнутранага згарання, не могуць забяспечыць палётаў на вялікіх вышынях з вялікімі скорасцямі.
Срабоднымі ад указаных недахопаў аказаліся рэактыўныя рухавікі, якія ў цяперашні час усё больш і больш шырока ўкараняюцца ў авіяцыю, абумоўліваючы яе далейшае развіццё.
209
У рэактыўных рухавіках вінт адсутнічае. У гэтых рухавіках энергія паліва непасрэдна ператвараецца ў механічную энергію рухаючагася рэактыўнага апарата. Целамі, якія ўзаемадзейнічаюць паміж сабой, у іх з’яўляюцца ўжо не вінт і паветра, а струмень газу, які выцякае з рухавіка, і сам рухавік.
Струмень газу, рухаючыся з паскарэннем, стварае рэактыўную цягу, якая дзейнічае на рухавік у напрамку, працілеглым руху стру; меня, — у напрамку палёту.
Рыс. 214. Суднавы рухавікдызель магутнасцю 3250 к. с.
Каб струмень газу атрымаў у рухавіку паскарэнне, неабходна мець ціск газу ў рухавіку большы, чым ціск навакольнага асяроддзя. Пад дзеяннем рознасці ціскаў струмень газу будзе бесперапынна выцякаць з рухавіка і ствараць рэактыўную цягу. Гэтага можна дабіцца шляхам бесперапыннага спальвання паліва ў рухавіку.
Рэактыўная цяга ўзнікае пры ўзаемадзеянні рухавіка і струменя, які ўтвараецца ў самім рухавіку, незалежна ад навакольнага асяроддзя. Значыць, калі толькі забяспечыць згаранне паліва ў рэактыўным рухавіку, ён будзе працаваць у высокіх, разрэджаных слаях агмасферы і нават у беспаветранай прасторы, г. зн. там, дзе вінтаматорная ўстаноўка працаваць не можа.
133. Асноўныя віды рэактыўных рухавікоў. Усе разнастайныя віды рэактыўных рухавікоў складаюцца з наступных асноўных частак:
210
1) бака з палівам, 2) камеры, дзе гэтае паліва згарае, 3) прыстасаванняў, якія забяспечваюць падачу паліва ў камеру згарання і выцячэнне прадуктаў згарання. У залежнасці ад віду выкарыстоўваемага паліва рэактыўныя рухавікі падзяляюцца на дзве вялікія групы: рухавікі на цвёрдым паліве і рухавікі на вадкім паліве.
Найпрасцейшым прыкладам рухавіка на цвёрдым паліве з’яўляецца парахавая ракета. У ракеце пры згаранні пораху ўтвараюцца газы, якія выкідваюцца з цела ракеты, ствараючы рэактыўную цягу.
У вадкасных рэактыўных рухавіках (ВРР) згараюць вадкія гаручыя рэчывы (нафтапрадукты, спірт і г. д.). Вадкасныя рэактыўныя рухавікі прымяняліся ў канцы другой сусветнай вайны для самалётаўснарадаў далёкага дзеяння. Скорасць самалётаўснарадаў дасягала 5400 пры далёкасці палёту 320 км і вышыні траекторыі 100 км.
Да гэтага ж віду рухавікоў належыць ракетны рухавік для міжпланетных зносін, вынайдзены К. Э. Цыялкоўскім.
Вадкасны рэактыўны рухавік з’яўляецца рухавіком вялікіх скорасцей. і вялікіх вышынь палёту, аднак ён расходуе вельмі многа паліва. Наіірыклад, самалётыснарады, якімі гітлераўцы абстрэльвалі ў час другой сусветнай вайны Лондан, расходавалі ў секунду каля 130 кг гаручай сумесі.
Паколькі запас паліва на самалёце абмежаваны, то працягласць і далёкасць палёту рэактыўнага самалёта з вадкасным рухавіком невялікая. Акрамя таго, у такім рухавіку павінна быць зроблена спецыяльная камера, напоўненая рэчывам, якое акісляе гаручае, а гэта павялічвае размеры і вагу рухавіка. У паветранарэактыўным р у х а в і к у—ПРР для акіслення гаручага выкарыстоўваецца кісларод непасрэдна з атмасферы, і, такім чынам, неабходнасць мець бак з запасам акісляльніка адпадае.
На рыс. 215 паказана схема паветранарэактыўнага праматочнага рухавіка. Яго работа працякае наступным чынам.
Пры палёце самалёта сустрэчны паток паветра праходзіць праз напорнае сапло і захоплівае гаручае, якое распырскваецца фарсункамі. Утварыўшаяся рабочая сумесь паступае далей у камеру згаранпя, дзе яна ўспалымняецца пры дапамозе запальных свячэй.
Газы, якія атрымліваюцца ў выніку згарання рабочай сумесі, з велізарнай скорасцю выкідваюцца праз выходную адтуліну — сапло.
У выніку рэзкага павелічэння ціску пры згаранні сумесі скорасць газаў пры выхадзе з сапла намнога большая за скорасць уваходзячага ў рухавік паветра. Паводле закону захавання колькасці руху (гл. ч. I, § 55) за кошт гэтай рознасці скорасцей і ўтвараецца рэактыўная цяга.
3 пададзенага вынікае, што праматочны ПРР можа працаваць толькі тады, калі самалёт будзе ў руху. Ясна, што з такім рухавіком узлятаць самастойна самалёт не зможа; для гэтага неабходны дадатковы рухавік.
211
У цяперашні час праматочныя ПРР яшчэ не атрымалі распаўсюджання. Аднак у будучым перад імі раскрыюцца шырокія перспектывы, таму што яны з’яўляюцца эканамічна вельмі выгаднымі пры велізарных скорасцях палёту ^2000 — 3000 ^ 1
Рыс. 215. Схема праматочнага паветранарэактыўнага рухавіка.
У сучаснай авіяцыі шырокае распаўсюджанне атрымалі турбакампрэсарныя паветранарэактыўныя рухавікі, якія забяспечваюць і ўзлёт, і палёт самалёта. Схема будовы аднаго з відаў такога рухавіка дадзена на рыс. 216.
Рыс. 216. Схема турбакампрэсарнага рухавіка.
Для стварэння цягі пры ўзлёце самалёта неабходна прыстасаванне, якое забяспечвала б засасванне паветра ў камеру згарання. У турбакампрэсарных ПРР такім прыстасаваннем з’яўляецца газавая турбіна, звязаная з кампрэсарам. 3 рысунка відаць, што дыск турбіны сядзіць на адным вале з кампрэсарам. Калі турбіна пачынае працаваць, яна прывэдзіць у рух кампрэсар. Апошні засасвае паветра і, сціснуўшы яго, падае ў камеру згарання. У астатнім усё адбываецца таксама, як у праматочным ПРР.
Прадукты згарання, праходзячы праз газавую турбіну, аддаюць ёй прыкладна палавіну сваёй энергіі, іх ціск і скорасць крыху памян
212
шаюцца. Энергія, якая засталася, ідзе на павышэнне скорасці газаў у соплавай частцы рухавіка. .3 выходнага сапла вырываецца магутны газавы струмень, які стварае рэактыўную цягу.
Сучасны турбарэактыўны рухавік лягчэйшы за поршневы рухавік той жа магутнасці прыкладна ў пяць разоў. Пры скорасцях палёту ў 900—1000 ^— развіваемая ім магутнасць ■ мэжа дасягаць 6500—7500 к. с.
КНІГІ ОНЛАЙН
