Воздушно-реактивные двигатели

Мы пока смогли заметить только одно различие в работе винта и двигателя: воздушный винт отбрасывает ежесекундно значительно больше воздуха, чем турбореактивный двигатель (потому что диаметр воздушного винта больше), но зато турбореактивный двигатель отбрасывает газы со значительно большей скоростью.

Рис. 8. Турбореактивный двигатель создает тягу так же, как и воздушный винт, отбрасывая назад с большой скоростью засасываемый воздух (газы)

Правда, есть и еще одно весьма важное различие. Чтобы его заметить, нам нужно было бы воспользоваться другим искусственным воздушным океаном, таким, у которого цвет меняется при изменении не скорости, а температуры воздуха, — с ростом температуры окраска темнеет. Пусть это будет, например, красный воздушный океан. В этом случае мы установили бы, что цвет океана перед работающим винтом и за ним остается практически одинаковым — светлорозовым, так как температура воздуха, протекающего через прозрачный диск, образуемый воздушным винтом при его вращении, не изменяется. При работе турбореактивного двигателя дело будет обстоять иначе. В двигатель будет поступать светлорозовый поток воздуха, а из двигателя вытекать струя, окрашенная в темнокрасный цвет. Это значит, что температура струи гораздо выше, чем температура окружающей атмосферы. Это и понятно — вытекающие из двигателя газы, представляющие собой, как мы увидим ниже, перемешанные с воздухом продукты сгорания топлива, на котором работает двигатель, нагреты до температуры 600—700° С.

Поскольку турбореактивный двигатель непрерывно отбрасывает с большой скоростью газы, то, как и винт, он развивает тягу, необходимую для полета самолета.

Мы видим, что разница между тем, как создает тягу поршневой двигатель с винтом и турбореактивный двигатель, невелика — в обоих случаях тяга создается путем отбрасывания воздуха (для простоты в данном случае можно считать, что из реактивного двигателя вытекают не газы, а раскаленный воздух). Пожалуй, единственная существенная разница в том только и заключается, что винт отбрасывает много воздуха с малой скоростью, а реактивный двигатель — мало воздуха, но с большой скоростью.

Обычный самолет с поршневым двигателем и винтом оставил бы после себя в нашем зеленом океане широкую струю, целую реку воздуха, более темного по своей окраске, чем окружающий океан. Этот воздух двигался бы в сторону, противоположную полету, со сравнительно небольшой скоростью. Если же пролетит реактивный самолет с турбореактивным двигателем, то он оставит за собой сравнительно небольшую по сечению, но темнозеленую струю — это будет уже стремительный поток, мчащийся назад с большой скоростью. Исчезнут из поля зрения, скроются оба самолета, а в зеленом воздушном океане мы все еще будем видеть две темные струи, которые только постепенно размоются, слившись с окружающей средой.

Но если создавать тягу — значит отбрасывать воздух, то нетрудно определить и величину силы тяги, зная, сколько отбрасывается воздух и какую скорость он при этом приобретает. Ведь мы уже знаем, что сила толчка зависит именно от указанных двух величин, — так гласит один из основных законов механики — второй закон Ньютона. На основании этого закона сила тяги турбореактивного двигателя может быть определена по формуле

р = т (W — V),

где Р — сила тяги в кг;

т — отбрасываемая двигателем масса воздуха (газов) в кг * сек² / м;

W — скорость воздуха (газов), вытекающего из двигателя м/сек;

V — скорость полета м/сек.

Эта формула пригодна, конечно, и для определения силы тяги, создаваемой воздушным винтом.

Мы видим, что тяга Р тем больше, чем больше масса отбрасываемого воздуха т и чем больше величина приращения скорости (W—V), которую получает воздух, проходя через двигатель (или винт). Ведь разность скоростей W — V и есть та скорость, с которой отбрасывается воздух (т. е. скорость, которую он приобретает в двигателе).

Так как т = G / 9,81, то формула для силы тяги часто пишется так:

где G — вес воздуха (газов), отбрасываемого за секунду, в кг/сек;

9,81 — величина ускорения свободно падающего тела в м/сек².

Совершенно очевидно, что можно получить ту же тягу, отбрасывая вдесятеро меньшее количество воздуха, но сообщая ему вдесятеро большую скорость. Принципиального различия между этими двумя случаями нет.

Но между поршневым двигателем с винтом и турбореактивным двигателем существует глубоко принципиальное различие. Оно заключается в том, что поршневой двигатель сам по себе тяги не создает, а лишь вращает воздушный винт, который и служит для создания тяги, т. е. является движителем, а турбореактивный двигатель создает тягу непосредственно сам. В этом заключается одна из важнейших особенностей всех без исключения реактивных двигателей — они не нуждаются ни в каких движителях, так как создают тягу сами. Поэтому реактивные двигатели часто называют двигателями прямой реакции, отмечая этим то обстоятельство, что сами эти двигатели непосредственно, «прямо» создают реакцию, реактивную тягу.