РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ двигатель,
создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исхоДной
энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в
результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная
сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель
и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению
струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в Р. д. могут
преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая,
солнечная). Р. д. (двигатель прямой реакции) сочетает в себе собственно
двигатель
с
движителем,
т.
е. обеспечивает собственное движение без участия промежуточных механизмов.

Для создания реактивной тяги, используемой
Р. д., необходимы: источник исходной (первичной) энергии, к-рая превращается
в кинетич. энергию реактивной струи; рабочее тело, к-рое в виде реактивной
струи выбрасывается из Р. д.; сам Р. д. - преобразователь энергии. Исходная
энергия запасается на борту летательного или др. аппарата, оснащённого
Р. д. (хим. горючее, ядерное топливо), или (в принципе) может поступать
извне (энергия Солнца). Для получения рабочего тела в Р. д. может использоваться
вещество, отбираемое из окружающей среды (напр., воздух или вода); вещество,
находящееся в баках аппарата или непосредственно в камере Р. д.; смесь
веществ, поступающих из окружающей среды и запасаемых на борту аппарата.
В совр. Р. д. в качестве первичной чаще всего используется хим. энергия.
В этом случае рабочее тело представляет собой раскалённые газы - продукты
сгорания хим. топлива. При работе Р. д. хим. энергия сгорающих веществ
преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, а тепловая энергия
горячих газов превращается в механич. энергию поступат. движения реактивной
струи и, следовательно, аппарата, на к-ром установлен двигатель. Основной
частью любого Р. д. является камера сгорания,
в которой генерируется
рабочее тело. Конечная часть камеры, служащая для ускорения рабочего тела
и получения реактивной струи, называется реактивным соплом.

В зависимости от того, используется или
нет при работе Р. д. окружающая среда, их подразделяют на 2 осн. класса-
воздушно-реактивные
двигатели (ВРД) и ракетные двигатели (РД). Все ВРД - тепловые
двигатели, рабочее тело к-рых образуется при реакции окисления горючего
вещества кислородом воздуха. Поступающий из атмосферы воздух составляет
осн. массу рабочего тела ВРД. Т. о., аппарат с ВРД несёт на борту источник
энергии (горючее), а большую часть рабочего тела черпает из окружающей
среды. В отличие от ВРД все компоненты рабочего тела РД находятся на борту
аппарата, оснащённого РД. Отсутствие движителя, взаимодействующего с окружающей
средой, и наличие всех компонентов рабочего тела на борту аппарата делают
РД единственно пригодным для работы в космосе. Существуют также комбинированные
ракетные двигатели, представляющие собой как бы сочетание обоих осн. типов.

Принцип реактивного движения известен очень
давно. Родоначальником Р. д. можно считать шар Герона. Твёрдотопливные
ракетные двигатели-пороховые ракеты появились в Китае в 10 в. н. э.
На протяжении сотен лет такие ракеты применялись сначала на Востоке, а
затем в Европе как фейерверочные, сигнальные, боеВыс. В 1903 К. Э. Циолковский
в
работе "Исследование мировых пространств реактивными приборами" впервые
в мире выдвинул осн. положения теории жидкостных ракетных двигателей
и
предложил осн. элементы устройства РД на жидком топливе. Первые сов. жидкостные
ракетные двигатели - ОРМ, ОРМ-1, ОРМ-2 были спроектированы В. П. Глушко
и
под его руководством созданы в 1930-31 в Газодинамической лаборатории
(ГДЛ).
В 1926 Р. Годдард произвёл запуск ракеты на жидком топливе. Впервые
электротермический РД был создан и испытан Глушко в ГДЛ в 1929-33. В 1939
в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными воздушно-реактивными двигателями
конструкции И. А. Меркулова. Первая схема
турбореактивного двигателя
была
предложена русским инженером Н. Герасимовым в 1909.

В 1939 на Кировском з-де в Ленинграде началась
постройка турбореактивных двигателей конструкции А. М. Люльки. Испытаниям
созданного двигателя помешала Великая Отечеств. война 1941-45. В 1941 впервые
был установлен на самолёт и испытан турбореактивный двигатель конструкции
Ф. Уиттла (Великобритания). Большое значение для создания Р. д. имели теоретич.
работы рус. учёных С. С. Неждановского, И. В. Мещерского, Н. Е.
Жуковского,
труды
франц. учёного Р. Эно-Пельтри, нем. учёного Г.
Оберта. Важным вкладом
в создание ВРД была работа сов. учёного Б. С. Стечкина -"Теория
воздушно-реактивного двигателя", опубликованная в 1929.

Р. д. имеют различное назначение и область
их применения постоянно расширяется. Наиболее широко Р. д. используются
на летательных аппаратах различных типов. Турбореактивными двигателями
и двухконтурными турбореактивными двигателями оснащено большинство
воен. и гражд. самолётов во всём мире, их применяют на вертолётах.
Эти
Р. д. пригодны для полётов как с дозвуковыми, так и со сверхзвуковыми скоростями;
их устанавливают также па самолётах-снарядах, сверхзвуковые турбореактивные
двигатели могут использоваться на первых ступенях воздушно-космических
самолётов. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели устанавливают
на зенитных управляемых ракетах, крылатых ракетах, сверхзвуковых
истребителях-перехватчиках. Дозвуковые прямоточные двигатели применяются
на вертолётах (устанавливаются на концах лопастей несущего винта). Пульсирующие
воздушно-реактивные двигатели имеют небольшую тягу и предназначаются лишь
для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью. Во время 2-й мировой
войны 1939-45 этими двигателями были оснащены самолёты-снаряды ФАУ-1.

РД в большинстве случаев используются на
высокоскоростных летательных аппаратах. Жидкостные ракетные двигатели
применяются на ракетах-носителях космич. летательных аппаратов и космич.
аппаратах в качестве маршевых, тормозных и управляющих двигателей, а также
на управляемых баллистических ракетах. Твёрдотопливные ракетные
двигатели используют в баллистических, зенитных, противотанковых и др.
ракетах воен. назначения, а также на ракетах-носителях и космич.
летательных аппаратах. Небольшие Твёрдотопливные двигатели применяются
в качестве ускорителей при взлёте самолётов. Электрические ракетные
двигатели и ядерные ракетные двигатели могут использоваться
на космич. летат. аппаратах.

Осн. характеристики Р. д.: реактивная тяга,
удельный импульс - отношение тяги двигателя к массе ракетного топлива
(рабочего
тела), расходуемого в 1 сек, или идентичная характеристика-удельный
расход топлива (кол-во топлива, расходуемого за 1 сек на 1 н
развиваемой
Р. д. тяги), удельная масса двигателя (масса Р. д. в рабочем состоянии,
приходящаяся на единицу развиваемой им тяги). Для мн. типов Р. д. важными
характеристиками являются габариты и ресурс.

Тяга - сила, с к-рой Р. д. воздействует
на аппарат, оснащённый этим Р. д., -определяется по формуле

где т - массовый расход (расход
массы) рабочего тела за 1 сек; Wскорость рабочего
тела в сечении сопла; Fр- давление газов в сечении сопла; рдавление окружающей
среды (обычно атм. давление). Как видно из формулы, тяга Р. д. зависит
от давления окружающей среды. Она больше всего в пустоте и меньше всего
в наиболее плотных слоях атмосферы, т. е. изменяется в зависимости от высоты
полёта аппарата, оснащённого Р. д., над ур. м., если речь идёт о полёте
в атмосфере Земли. Удельный импульс Р. д. прямо пропорционален скорости
истечения рабочего тела из сопла. Скорость же истечения увеличивается с
ростом темп-ры истекающего рабочего тела и уменьшением молекулярной массы
топлива (чем меньше молекулярная масса топлива, тем больше объём газов,
образующихся при его сгорании, и, следовательно, скорость их истечения).
Тяга существующих Р. д. колеблется в очень широких пределах - от долей
гс
у
электрических до сотен тс у жидкостных и твёрдотопливных ракетных
двигателей. Р. д. малой тяги применяются гл. обр. в системах стабилизации
и управления летательных аппаратов. В космосе, где силы тяготения ощущаются
слабо и практически нет среды, сопротивление к-рой приходилось бы преодолевать,
они могут использоваться и для разгона. РД с макс. тягой необходимы для
запуска ракет на большие дальность и высоту и особенно для вывода летательных
аппаратов в космос, т. е. для разгона их до первой космич. скорости. Такие
двигатели потребляют очень большое кол-во топлива; они работают обычно
очень короткое время, разгоняя ракеты до заданной скорости. Макс. тяга
ВРД достигает 28 тс (1974). Эти Р. д., использующие в качестве осн.
компонента рабочего тела окружающий воздух, значительно экономичнее. ВРД
могут работать непрерывно в течение мн. часов, что делает их удобными для
использования в авиации. Историю и перспективы развития отд. видов Р. д.
и лит. см. в статьях об этих двигателях.

Л. А, Гилъберг.