Proudový motor
proudový motor je druh vzduchu-dýchat motor, často použitý na letadle.
Princip všech proudových motorů je stejný. Vzduch je vtáhnut na frontě a stlačený. Palivo je pak přidáno a výsledná směsice hořela. spalování velmi zvětší tlak plynů, které jsou pak vyčerpané ven tyčit se motoru. Proces může být viděn být stejný jak normální čtyři cyklus mrtvice, ale s procesy - přerušení, komprimace, zapálení a výfuk - se konat nepřetržitě. Motor tvoří strčení protože zrychlení vzduchu přes to - se rovnat a oproti síle toto zrychlení produkuje (Newton' s třetí právo) je strčen. Proudový motor vezme relativně malé množství vzduchu a zrychlí to velkým množstvím, zatímco propellor vezme velké množství vzduchu a zrychlí to malým množstvím. efektivita procesu, jako nějaký tepelný motor, je definován poměrem stlačeného vzduchu je hlasitost k hlasitosti výfukového plynu.
Výhoda proudového motoru je jeho efektivita u vysokých rychlostí (obzvláště nadzvukový) a vysoké výšky. Na pomalejších letadlech, vrtule (hnaný plynovou turbínou), obyčejně známý jako turboprop je více obyčejný. Velmi malá letadla obecně používají konvenční pístové motory řídit propellor. Historie
Nejčasnější pokusy o proudové motory byly designy křížence, kde komprimace byla dodávána externím zdrojem energie. V tomto systému (volal thermojet Secondo Campini) vzduch je stlačen fanouškem vedeným konvenčním benzínovým motorem, míchal se s palivem, a pak hořel pro strčení proudového letadla. Tři známé příklady tohoto druhu designu byly Henri Coanda' s Coanda-1910 letadla, hodně pozdnější Campini Caproni CC.2, a Japonec Tsu-11 motor zamýšlel pohánět Ohka sebevražedná letadla ke konci Světová válka II. Žádný byl úplně úspěšný, a CC.2 skončil být pomalejší než tradiční design se stejným motorem.
Klíč k užitečnému proudovému motoru byl plynová turbína, použitý získat energii řídit kompresor z motoru sám. Pracovat na takový “samostatný” design začal v Anglii v 1930 když Frank Whittle předložil patenty pro takový motor (udělený v 1932) používat jediné turbínové stádium ve výfukovém plyne řídit odstředivý kompresor. V 1935 Hans von Ohain odstartoval práci na podobném designu v Německu, zdánlivě nevědomý Whittleovy práce.
Ohain se přiblížil Ernst Heinkel, jeden z větších leteckých průmyslníků dne, kdo okamžitě viděl slib designu. Heinkel nedávno koupil Hirth posádku vozu, a Ohain a jeho mistrovský strojník Max Hahn byl připraven tam jako nové rozdělení společnosti Hirtha. Oni měli jejich nejprve HeS-1 běžící stroj 1937. Unlike Whittle je design, Ohain používal vodík jako palivo, který on ocenění za časný úspěch. Jejich follow-on designy kulminovaly HeS-3 1,100 lbs, který byl přizpůsoben Heinkel je jednoduchý On 178 kostra letadla a letěl v srpnu 1939, působivě krátký čas na vývoj. On 178 byl první jetplane světa.
Přes kanál, Whittle měl významné problémy v získávání někdo k fondu výzkum designu a Ministerstva vzduchu velmi ignoroval to, zatímco oni soustředili se na více naléhavé problémy. Používat soukromé fondy on byl schopný dostat motor testu vtékat 1937, ale toto bylo velmi velké a nevhodné pro použití v aicraft. 1939 práce postupovalo k bodu kde motor začal vypadat užitečně a Whittle je Síla vplachuje Ltd. začal přijmout vzduchové ministerské peníze. V 1941 flyable verze motoru volala W.1, vyvíjet 1000 lbs strčení, byl přizpůsoben Gloster E28/39 kostra letadla, a letěl v květnu 1941.
Jeden problém s oběma těchto časných designů bylo to práce kompresoru “vrhajícím” vzduchem vnější od příjmu ke stranám motoru, kde to je stlačeno bytí “se mačkalo” nahoru proti straně. Toto vede k velmi velkému řezu pro motor, stejně jako proudění vlastnění výrazu špatná cesta po komprimaci - to musí být shromažďoval nahoru a “se ohýbal” téct k tyčit se motoru kde turbína je lokalizována.
Anselm Franz Junkers' divize motoru (Jumo pro Junkers Motoren) oslovil tento problém s úvodem axiální-kompresor toku. Nezbytně toto je turbína opačně. Příchod vzduchu v předku motoru je odfouknut k tyčit se motoru fanouškem, kde to je rozdrceno o soubor non-točivá ostří volala statory. Proces je nikde blízký jak silný jako odstředivý kompresor tak množství těchto párů fanoušků a statory jsou umístěny v sériích dostat potřebovanou komprimaci. Vyrovnejte se celou větší složitostí, výsledný motor je hodně menší. Jumo byl přiřadil příští motorové číslo, 4, a výsledek byl Jumo 004 motor. Toto by byl první proudový motor vidět službu, když to pohánělo Messerschmitt mě 262 v 1944. Messerschmitt 262 byl zdaleka nejrychlejší letadlo WW II. Hromadná výroba začala v 1944, také pozdě na rozhodující vliv.
Po konci světové války II, Němec mě 262 letadel bylo značně studoval vítěznými spojenci, a vedl k časnému sovětu a americkým bojovým stíhačkám.
Britské motory také byly licensované široce v USA, jehož vlastní návrhy by nepřišly úplně do jejich vlastní až do šedesátých lét. Jejich nejslavnější design, Nene, by také poháněl sovětské tryskáče po obzvláště hloupé technologické výměně.
Tam být množství různých druhů proudových motorů:
Whittle je a von Ohain designy jsou nyní klasifikované jako turbojets, většinou odlišit je od některých těch typů nastíněný dole. Obecně turbojets jsou uspořádány kolem centrální šachty provozovat délku motoru, s kompresorem a turbínou propojenou na šachtu na jednom konci. Uprostřed je oblast spalování, typicky ve formě množství jednotlivce “plamen cans” který být používán stabilizovat spalování.
Jako všichni ohřívají motory, effeciency proudového motoru je silně závislá osoba na teplotě odpadního plynu -- vyšší teplota znamená více energie od paliva. Náležitý k fyzice gasses, kde teplota a tlak jsou nepřímo příbuzní, zjednodušení má srovnat tlak plynu přijatý k když to je spáleno, takzvaný kompresní poměr. Brzy proudové motory měly kompresní poměry jako minimum jak 5 k 1, vyrovnal se normální otto cyklický motor u kdekoli od 6 k 1, k 9 k 1. Omezující faktor je teplota u předku turbíny; rostoucí kompresní poměr znamená, že to tam je značně více podporovat/vysílat směsici ( poplatek) vypalovat plamen cans, a vyšší teplota. Toto je primárně problém když vzlétne; jak letadlo stoupá okolní tlak klesá a kompresor může být provozován u vyšších poměrů.
Německé motory měly vážné problémy v tomto ohledu. Jejich časné motory dávaly průměrně jen 10 hodin operace před selháním -- často s kusy létání kovu ven zadní strana motoru když turbína se přehřála. Britské motory inklinovaly k trhu hodně lépe naplánovaný zlepšit kovy. Na nějaký čas některé americké proudové motory zahrnovaly schopnost napíchnout vodu na motoru ochladit výfukový plyn v těchto případech. Toto bylo zvláště pozoruhodné, protože obrovských množství kouře to by se vyhrnulo z motoru když to bylo zapnuto (typicky pro vzlet).
Dnes tento problém je už ne znepokojení. Lepší materiály zvětšily kritickou teplotu a automatické regulace tlaku dělaly to v podstatě nemožný přehřát motor. Nicméně skutečné řešení mělo krvácet mimo některé vzduchu od kompresoru, provozovat to srážet dolů šachtu a ránu to přes střed dutých lopatek turbíny. Toto dělalo ostří docela nákladná se budovat, který je proč tryskové stroje nikdy se stály, zatímco univerzálie jako to byla nejprve věřil. Nicméně kvalita těchto odebírat systémy pokračoval se zlepšit k věci kde nejpozdnější se valí-designy Roycea Trenta operují u kompresního poměru 44: 1, značně lepší než pístové motory.
Kompresor spotřebuje asi 60 k 65 % všichni energie vyráběné proudovým motorem. Toto vysvětlí to proč oni nejsou použiti v autech: vy byste spalovali palivo potřebované pro závod zatímco sedí bez hnutí u červeného světla. Každý kousek účinnosti v běhu kompresor je potřebován, tak jedna obyčejná designová technika má používat víc než jednu turbínu řídit kompresory u různých rychlostí. Většina takových designů, které používají dvě stádia je být známý jako “dva cívkové” motory. Nemnoho používali tři stádia.
Daný to 60 % síly motoru je bytí spotřebovávané pro řízení kompresor, jedna volba pro lepší efektivitu má dělat méně komprimace - to je, dělat menší motor. Toto se zdá self-porážet, ale to není případ. Jestliže vy místo toho používat některé té energie nestlačit vzduch, ale jednoduše tlačit to, vy můžete být strčeni bez komprimace.
Tím, že přidá další stádium turbíny k motoru, všichni proudového letadla výfukový plyn může být užitý na točitou sílu poněkud než strčení proudového letadla. Spojovat tuto sekundu (nebo třetina) turbína k vrtuli směřuje k velmi výkonnému motoru přímo k vlastní výkonnosti vrtule u malých rychlostí. Toto je nazýváno turboprop, a moci se nalézat na mnoha menších místenkových letounech, nákladní letadla, a helikoptéry (kde to je často známé jako turboshaft, velmi pro akademické důvody). Vrtule ztratí efektivitu jako letecká rychlostní zvýšení, který je proč oni nejsou použití na vyšší-letadla rychlosti.
Podobné motory jsou “skryté” v mnoha místech. Propojený na generátor , oni dělají vynikající světlo-váha a velmi spolehlivé zdroje energie. Ve skutečnosti téměř všechna velká letadla zahrnují mnohem menší motor poskytovat chvíli síly zaparkovanou na letišti, nazvaný APU. Vy můžete často vidět malé vyskakovací dveře blízko ocasu krmily je vzduchem.
Větší verze stejného designu jsou nalezené v mnoha průmyslových aplikacích, vrchol-požadovat stanice výroby energie a vojenské lodě.
Jestliže vrtule je lepší u malých rychlostí a turbojet je lepší u vysokých rychlostí, vy byste mohli představit si to u nějakého rozsahu rychlosti uprostřed směsice dva je nejlepší. Takový motor je turbofan (původně nazval obejít turbojet vynálezci u válí Roycea). Turbofans nezbytně zvětší velikost první-kompresor stádia k věci kde oni se chovají jako ducted vrtule (nebo fanoušek) odfoukávat vzduch podél “jádra” motoru.
Ve skutečnosti rozsah rychlosti kde tento druh motoru je nejlepší otočení ven být všechno od o 250mph k 650mph, který je proč turbofan je zdaleka nejvíce použitý druh motoru pro leteckém použití.
obejít poměr (poměr obejitého vzduchu ke vzduchu combustor) je důležitý parametr pro turbofans. Brzy turbofans (a nejmodernější proudové letadlo bojovnické motory) být minimum-obejít turbofans s obejít poměry méně než 1. Nicméně, “velké artikulované” motory vy jste viděli na téměř všechny moderní civilní tryskáče jsou vysoce-obejít turbofans který obecně mít obejít poměry 3 nebo více.
Turbofans (obzvláště vysoce obejít motory) mít další hezkou vlastnost, oni jsou docela klidní. Hluk proudového motoru je silně příbuzný teplotě příchodu vzduchu ven záda. V turbofan tento horký vzduch je smíšený se studeným vzduchem obcházet motor tak výsledek je mnohem nižší teplota. Vy byste mohli myslet si, že tryskáče jsou vlastně docela hlučný, ale jestliže vy zastavíte, aby zvažoval, že motory doručují několik tens tisíců koňské síly, vy můžete vidět, že tradiční motor stejné síly by byl hodně hlasitější.
Důvodné vrtulové motory ztratí efektivitu u vysoké rychlosti je stejný vyvozovat, že letadla najdou to obtížný vyletět na nadzvukové rychlosti: účinek známý jak mávat táhnout se významně zvýšení táhnou se právě pod rychlostí zvuku, a vedl k představě o zvukové bariéře.
V případě vrtule tento účinek může stát se nějaký čas podpěra je tkaná rychle dost že špičky podpěry odstartují cestování blízko rychlosti zvuku, dokonce jestliže letadlo sedí stále. Toto může být řízeno do značné míry tím, že přidá více ostří k podpěře, spotřebovávat více síly při nižší rychlosti. Toto je proč většina WWII bojovníků začínalo dva-podpěry ostří a byl používání pět-ostří designy koncem války jako jejich motory se zvětšily u moci, oni nemohli jen točit podpěrou rychleji. Nicméně toto řešení nepomáhá jako letadlo sám se zrychluje; na nějakém místě přední rychlost letadla se spojila s vířivou rychlostí vůle vrtule jednou znovu vyústit ve vlnu táhnout problémy.
Řešení klesající vlny táhnout se byl objeven výzkumníky němčiny v WWII: to mělo zamést křídlo zpět v silném úhlu. Dnes téměř všechna letadla navrhla k mouše hodně nad 450 mph použitím zametl-křídlo. V 70-tých letech NASA začal zkoumat vrtule s podobnou zatáčkou. Protože vnitřek podpěry se otočí pomaleji než venku, ostří stalo se postupně více zametl k venku, vést k zakřivenému tvaru.
Ačkoli ve skutečnosti takové designy zůstaly turboprops, propfan jména byly vybrány nutit je znít více zajímavě. Nicméně ducting normálních turbofan má vedlejší efekt obsahovat aerodynamický třesk fanouška uvnitř motoru kde to je velmi potlačované. Takový je ne případ na propfan. Propfans byl najednou myslel být příští logický krok ve vývoji motoru pro podzvuková letadla ale jejich velice vysoké hlučnosti dělal je neatraktivní, a práce na nich má protože se zastavil.
Propfans je také známý jak krajní vysoká objížďka (UHB) motory.
U jiného konce měřítka od rostoucí složitosti fanoušků je ramjet. Když vzduch zadá proudový motor jeho rychlost klesá a jeho tlak roste, nazýval berana účinkem komprimace. U vysokých rychlostí tento proces může být docela efektivní, a moci slisovat dost kyslíku k efektivně spalovat palivo pro motor všichni na jeho vlastní. Typicky rychlost potřebovala dělat toto práce procesu účinně je nahoře 600mph, a nepřekoná tradiční designy until nadzvukový.
Ramjets je stavěn využít tento účinek komprimace přes opatrný zátokový design. Za tím motor je velmi nic víc než dobře navržená trubka. Ramjet tak obsahuje žádné (hlavní) pohyblivé části a je zvláště užitečný v případech kde vy potřebujete malý a jednoduchý motor pro použití vysoké rychlosti. Na stinné stránce oni potřebují být létání u vysoké rychlosti k začátku s, dělat je méně než užitečný pro obecné úlohy. Jak vy byste mohli očekávat, že oni našli použití téměř výlučně v raketách, kde oni jsou posíleni k provozním rychlostem raketovým motorem, nebo tím, že je spojený s dalším letadlem (typicky bojovník). Dnes ramjets byly obecně nahrazené malým turbofans nebo raketami.
Viz též: Akcelerátor Rama
Pulsejet byl vynalezen v první polovině 20. století a byla síla-rostlina, která poháněla svět je první řízená střela, Němec V1 raketová střela.
Jako většina proudových motorů, pulsový proudový motor je velmi jednoduchý v designu -- se sestávat primárně dlouhé trubky do kterého vzduch vstupuje a je smíšený s palivem vytvořit hořlavý (stoichiometric) směsice. Kde pulsejet se liší od jiných motorů takový jak Turbojet nebo Ramjet je že spalování uvnitř motoru není spojité ale se vyskytuje ve formě opakovaných explozí, od této doby jméno “pulsejet”.
Tam jsou dva základní typy pulsejets. První je známý jako valved nebo tradiční pulsejet a to má soubor jednosměrných ventilů přes kterého povolení vstupního vzduchu. Když vzduch/palivo je podníceno, tyto ventily se zabouchnou zavřený který znamená, že horké plyny mohou jen odejít přes výfuk motoru, tak vytvářet strčení v opačném směru.
Druhý druh pulsejet je valveless. Tyto motory mají žádné ventily; opravdu oni mají žádné pohyblivé části vůbec a v té úctě oni jsou dokonce jednodušší než ramjet. S těmi motory, příjem a výfuky jsou obvykle oba dívali se v stejného směru. Toto často vyžaduje, aby ohnul motor v polovině (Lockwood design je udělal toto místo) nebo se umisťovat 180 míry se ohýbá v trubce příjmu. Toto je nutné protože když vzduch/palivo uvnitř motoru podnítí, horké plyny se vyřítí oba trubka příjmu a trubka výfukového plynu, tam být žádné ventily zastavit je. Jestliže obě trubky weren't dívat se v stejného směru, malý nebo žádné strčení by bylo vytvořené, protože reakce příjmu a trubky výfukového plynu by zrušili každého jiný ven.
Výhoda pulsejet valveless je jednoduchá a zřejmá, nejsou tam žádné pohyblivé části k oblečení ven tak oni jsou daleko spolehlivější a hodně jednodušší se budovat.
Nicméně, přes tuto výhodu, pulsejets jsou zřídkakdy považovány za praktickou elektrárnu přímo k jejich vysoké spotřebě paliva, hluku a významným vibračním úrovním. Dnes, oni přežijí jako powerplant pro modely letadla.
Když vzduch uvnitř ramjet překročí rychlost zvuku (znamenat rychlost letadla kolem Macha 5 +) spalování nedokáže nastat vhodně. Toto je překonáno v scramjet (nadzvukové combusting ramjet): zátoka je hodně širší (typicky celý spodek řemesla) tak komprimace je méně a vzduch zůstane u nadzvukových rychlostí. Ale konvenční paliva jsou nepoužitelná u těchto rychlostí, tak reaktivní chemikálie nebo plyny jsou používány a návrh proudového letadla je hodně komplexnější. Jako ramjet scramjet musí už být dojemné extrémně rychle dříve, než to začne pracovat, ale teoreticky, rychlosti nad míru Macha 20 být možný.
Raketové motory potřebují nést jak jejich palivo tak vzduch, který nutí je nosit hodně více váhy než proudové letadlo pro stejné množství paliva hořelo. turborocket je pokus redukovat množství vzduchu (nebo být přesný, oxidizer) to potřebuje být nesen tím, že získá některé z ptačí perspektivy raketa letí přes. Typické designy používají kompresor podobný tomu tradičního proudového motoru, ale míchat to spolu s dalšími oxidizer od tanků. Kompresor je vypnut když dosáhne výšek kde tam je už ne dost vzduch dělat tuto praktickou zkoušku. Poznamenat, že tam je několik jiných systémů pro oxider odebírání z ptačí perspektivy také, designy známé jako krajka.
Pro podzvuková letadla, přívod vzduchu k proudovému motoru činí žádné zvláštní potíže, a se sestává nezbytně otevření který je navrhnut minimalizovat táhnout se, jak s nějakou součástí jiného letadla. Nicméně, vzduch sahat kompresor normálního tryskového stroje musí být cestování pod rychlostí zvuku, dokonce pro nadzvukové řemeslo. Zvláštní příjmy jsou používány zajistit toto. Nejčasnější druhy nadzvukových letadel představovaly centrální šok kužel tvořil nárazovou vlnu, která se vyjasnila annular přívod vzduchu. Být za shockwave, vzduch byl cestování subsonically. Tento druh kužele šoku je jasně viděn na Anglickém elektrickém blesku a MiG-21 letadla, například. Stejný přístup může být užitý na přívody vzduchu připojené u strany trupu, kde kužel poloviny má stejný účel s půlkruhovým přívodem vzduchu, jak viděný na F-104 Starfighter a BAC TSR-2. Důmyslnější přístup má nastavit příjem tak že jeden z jeho okrajů tvoří vedoucí ostří. Shockwave bude tvořit se u tohoto ostří a vzduch přijatý motorem bude za shockwave a od této doby podzvukový. Staletá série amerických proudových letadel představovala množství variací na tento přístup, obvykle s vedoucím ostřím u vnějšího svislého okraje příjmu, který byl pak šikmá záda dovnitř k trupu. Typické příklady zahrnují Republic F-105 Thunderchief a F-4 přízrak. Později toto se vyvinulo tak že přední hrana byla nahoře vodorovný okraj poněkud než vnější vertikální okraj, s výslovným úhlem dolů a rearwards. Tento přístup zjednodušoval konstrukci příjmů a trval na používání ramp proměnné řídit airflow do motoru. Většina designů protože brzy šedesátá léta nyní představují tento styl příjmu, například F-14 Tomcat, Panavia tornádo a Concorde.
Viz též: