Как работает прямоточный двигатель

[geodx]

Уважаемые участники! С детства не понимаю, почему работает прямоточный авиадвигатель ))

В простейшем случае прямоточник - это просто трубка. Трубку разгоняют до большой скорости. В трубку сбоку впрыскивают подожженный керосин. Трубка начинает лететь, создавая за собой реактивную струю.

А почему трубка летит? Ведь керосин при горении давит в обе стороны, и вперед, и назад. Как по мне, так трубка должна остановиться. На что она "опирается" спереди? Только лишь на пробку из сжатого воздуха?

[sergey zhukov]

geodx
Если бы прямоточный двигатель был устроен так, как у вас на втором рисунке нарисовано (просто труба), он бы никуда не полетел, разумеется. Чтобы труба летела, на нее нужно как--то давить в осевом направлении. Если диаметр ее всюду одинаковый, давить невозможно. Это не просто труба одного диаметра по всей длине. Вот на первом рисунке более реалистичная конструкция.

[geodx]

Я в институте слышал, что трубка полетит. Просто ее надо очень сильно разогнать (чуть ли не до космической скорости). Если разгонять не сильно - тогда да, нужен конус для дополнительного сжатия воздуха (как на самолетах blackbird или ракете Буря).

Если разгон еще слабее, то воздух поджимают турбиной (обычные турбины самолетов). Причем турбину надо раскрутить стартером, чтобы она заработала.

Вопрос в том, почему горящий керосин расширяется внутри трубки во все стороны, но трубка летит только в одну?

Я так понимаю, важно создать область сжатого воздуха перед расширяющимся керосином, неважно каким методом (скоростным напором ли, турбовентилятором ли). Но что мешает оттолкнуть это сжатый воздух назад?

[sergey zhukov]

geodx
Вот трубка одного и того же диаметра по всей длине, которая летит, хотя ее тормозит трение. Нарисуйте силу, которая толкает трубку. Разумеется, эта сила должна действовать на стенку трубки.

[geodx]

Не знаю какая сила. Ну... реактивная от расширения газов наверное. В ракетных двигателях трубка впереди заткнута стенкой, о нее и "опирается" реактивная струя.

Но куда эта реактивная сила опирается в авиационном двигателе, если там нет стенки, а только сжатый воздух?

Ну пусть спереди трубки стоит затычка в виде конуса или вращающийся турбовентилятор. Что мешает расширяющемуся газу пройти через лопатки турбовентилятора?

[sergey zhukov]

geodx в сообщении #1657690 писал(а):

Не знаю какая сила.

Да никакая, разумеется. Ей просто не к чему приложиться в такой трубе.

geodx в сообщении #1657690 писал(а):

Что мешает расширяющемуся газу пройти через лопатки турбовентилятора?

Ну, это какое-то детское представление о лопаточной машине. Это вам не просто решето. Если вопрос в том, почему вообще работает осевой компрессор (и среда под давлением с его выхода "не проходит просто так" обратно на вход), то это нужно изучить теорию лопаточных машин. Так в трех словах не объяснить.

Прямоточный двигатель полетит как минимум только тогда, когда в его конструкции есть внутренние поверхности, не паралллельные полету. Вот на них газ надавит и будет этот двигатель толкать. Это значит, что такой двигатель не может быть просто прямой трубой одинакового диаметра.

Не исключено, кстати, что прямоточный двигатель может иметь симметричную конструкцию, а полетит он туда, куда его разогнали изначально. Это теоретически. Такие двигатели, разумеется, не проектируют. У практических конструкций есть "начало" и "конец", они не симметричны и оптимизированы для полета в заданную сторону.

[Geen]

geodx в сообщении #1657690 писал(а):

В ракетных двигателях трубка впереди заткнута стенкой, о нее и "опирается" реактивная струя.

Вам слово сопло ни о чём не говорит?

[geodx]

>>> Прямоточный двигатель полетит как минимум только тогда, когда в его конструкции есть внутренние поверхности, не параллельные полету.
Ну тогда и набегающий поток воздуха будет тормозиться об эти поверхности, не параллельные полету.

>>> Вам слово сопло ни о чём не говорит?
Ну... профилированная трубка. Это уже подробности.

[sergey zhukov]

geodx в сообщении #1657720 писал(а):

Ну тогда и набегающий поток воздуха будет тормозиться об эти поверхности, не параллельные полету.

Будет.

[geodx]

Не понимаю сам механизм. Впереди двигателя воздух холодный и сжатый. Сзади - горячий и... еще более сильно сжатый, ибо горящий керосин его нагревает и воздух расширяется.
Почему этот горячий и сильно сжатый воздух не идет вперед? Что его впереди сдерживает?

[Geen]

geodx в сообщении #1657720 писал(а):

Ну... профилированная трубка. Это уже подробности.

А, ну ок.
Но я так понимаю, что термодинамику Вы уже освоили и решили взяться за МСС... Похвально. Жаль только, что за 6 лет Вы так и не освоили кнопку цитирования.

[sergey zhukov]

geodx
Так воздух что, должен в трубе мгновенно остановиться и развернуться на 180? Он вообще-то с самого начала уже движется от переднего конца к заднему с нормальной такой скоростью, что его в этой трубе должно затормозить? Бывают такие процессы, что если запустил его вправо, то потом уже не спрашивай, а чего это он влево не работает? Потому, что вправо был запущен. Вот, скажем, трехфазный двигатель при запуске от однофазной сети "не знает" сначала, куда ему вращаться. Но если крутануть его куда-нибудь, то он после этого уже уверенно туда и будет вращаться, и попробуй ты его останови.

У меня давно тоже был похожий вопрос. Вот если взять силовую ГТУ и посмотреть на ее функциональную схему, то симметрия налицо. Вот компрессор, вот камера сгорания, вот детандер. Если все это закрутить наоборот, то детандер превратится в компрессор, а компрессор - в детандер. Получается, что ГТУ может работать хоть прямо, хоть обратно? Куда изначально закрутишь и газ направишь, туда и будет крутится? Ну, на функциональной схеме вроде так и выглядит. А в реальности симметрия в ГТУ так себе. Не пойдет все задом наперед, если крутить в обратную сторону. Не будет турбина работать компрессором, а компрессор - турбиной.

[zgemm]

На пальцах - примерно скорость фронта горения керосина при давлении набегающего потока должна быть меньше, скорости набегающего потока, но не сильно, тогда все об сопло будет упираться иметь хороший КПД.

Прямоточку можно и на скоростях слегка выше скорости звука сделать, но труба получается очень длинной.

Если прямоточка летит медленнее скорости звука, то без лопаток или хитрых каверн на входе с повышенной турбулентностью прямоточку не сделать, то есть тут уже обычный компрессор получается.

Кстати, если вспомнить, что фронт горения воздушно-керосиновой смеси - около 7км/с, то вроде да, труба на первой космической по идее будет отталкиваться только своими стенками и должна создаваться хоть какая-то но тяга, но с соплом тяга будет больше.

[geodx]

То есть задача турбокомпрессора в турбине - не столько сжать воздух, сколько создать быстрый его поток, дабы отодвинуть фронт горения назад.

Тогда двигатель в прямом смысле отталкивается от пробки сжатого воздуха перед ним как от стенки.

[GraNiNi]

zgemm в сообщении #1657772 писал(а):

фронт горения воздушно-керосиновой смеси - около 7км/с,

Не многовато будет?
Километры с метрами не перепутали?