Тепловые двигатели и их применение — referat.ru — каталог рефератов, курсовых, докладов, шпаргалок

Тепловые двигатели и их применение - referat.ru - каталог рефератов, курсовых, докладов, шпаргалок


На рисунке 11 показана схема уст­ройства
одного из типов реактивных двигателей, устанав­ливаемых на самолетах. Двигатель
заключен в цилинд­рический корпус, открытый спереди (воздухоприемное отверстие)
и сзади (выходное сопло).   

Воздух входит в переднее отверстие
(это показано стрелками) и попадает в компрессор, состоящий из ряда лопаток,
укрепленных на вращающихся колесах. Компрессор гонит воздух вдоль оси
двигателя, уплотняя его при этом. После компрессора воздух поступает в камеру,
в которую впрыскивается горючее. Получается горючая смесь, которая воспламе­няется,
образуя газы высокой температуры и высокого давления. Газы направляются к выходному
соплу, по пути приводя в действие газовую турбину, вращающую ком­прессор, а затем
вырываются через сопло из заднего от­верстия двигателя. Газы, покидающие
двигатель и получающие огромную скорость в направлении назад, действуют на
самолет с силой реакции, направленной вперед. Эта сила и приводит в движение
самолет.

Тяга турбореактивных
двигателей с высотой и скоростью полета уменьшается, экономичность увеличивается.
Для облегчения взлета самолета с таким двигателем иногда используют
двигатели-ускорители. Также тяга турбореактивного двигателя может быть увеличена
путем дополнительного сгорания топлива в форсажной
камере, расположенной между турбиной и реактивным соплом.

Однако такие двигатели не всегда выгодны
экономически. В этом случае для огромных транспортных самолетов лучше
использовать турбовинтовые двигатели (ТВД).
Последние снабжены винтом (или винтами) на валу двигателя впереди компрессора. Для
этого нужно удлинить вал, соединяющий турбину с компрессором, добавить
редуктор, который снизит частоту вращения винта (иначе воздушный поток станет
срываться с лопастей и пропеллер в основном будет вращаться вхолостую). Сила
тяги складывается из тяги, возникающей как сила реакции при истечении газов из
сопла, и из тяги винта (винтов), вращаемого специальной газовой турбиной или
той же, которая вращает компрессор. При малой скорости полета основная доля
тяги получается от работы винтов, на большой скорости – за счет силы реакции.

Ракетные
двигатели. В отличие от ВРД все компоненты рабочего тела ракетного
двигателя (РД)  находятся на борту
аппарата, оснащенного им.

РД в большинстве случаев используются на высокоскоростных
летательных аппаратах. Ракетный двигатель обладает многими примечательными
особенностями, но главная из них заключается в следующем. Ракете для движения
не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, так как она движется в результате взаимодействия
с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому ракета может двигаться в
безвоздушном пространстве.

РД подразделяются на двигатели, работающие на жидком
топливе (горючее и окислитель), — жидкостные
ракетные двигатели (ЖРД), на двигатели, работающие на твердом топливе, — пороховые реактивные двигатели (ПРД),
разновидностью которых являются твердотопливные
ракетные двигатели (РДТТ), и на двигатели, работающие на гибридном ракетном топливе (ГРД).

 В
стадии исследования, разработки и частичного применения находятся ракетные
двигатели:

·
ядерные
(собственно ядерные, термоядерные, радиоизотопные). Тяга двигателей создается
за счет энергии, выделяющейся в результате реакции деления ядер тяжелых
элементов (собственно ядерный), реакции управляемого синтеза ядер легких
элементов (термоядерный) или в результате радиоактивного распада изотопов
(радиоизотопный);

·
электрические
(электромагнитные или плазменные, электростатические, электротермические). Для
создания тяги с помощью рабочего тела используется электрическая энергия бортовой
энергоустановки летательного аппарата;

·
газоаккумуляторные (сублимационные и др.). Тяга двигателя создается истечением
газов или других продуктов через реактивное сопло за счет потенциальной энергии
самих продуктов, принудительно созданной до полета летательного аппарата;

·
фотонные. Тяга
двигателя создается направленным истечением квантов электромагнитного излучения
– фотонов. Фотонный двигатель имеет предельно возможный удельный импульс, так
как скорость истечения фотонов равна скорости света;

·
комбинированные.

По назначению и характеру использования в
ракетно-космической технике ракетные двигатели подразделяются на основные (маршевые, стартовые) и вспомогательные  (рулевые, корректирующие, микроракетные,
тормозные и др.).

Жидкостные ракетные двигатели применяются на ракетах-носителях космических
летательных аппаратов и космических аппаратах в качестве маршевых, тормозных и
управляющих двигателей, а также на управляемых баллистических ракетах. ЖРД как основной
самолетный двигатель почти не применяется из-за большого расхода топлива.

ЖРД состоит из одной или нескольких камер сгорания с
индивидуальным или общим реактивными соплами, системы подачи компонентов
ракетного топлива, органов регулирования и вспомогательных агрегатов.

ЖРД подразделяются:

·
по типу используемого ракетного топлива – однокомпонентные, двухкомпонентные (горючее и
окислитель) и многокомпонентные;

·
по системе подачи топлива – вытеснительные (путем
наддува баков, в которых содержится топливо, воздухом, газообразным азотом или
продуктами сгорания самих компонентов топлива) и турбонасосные (в составе
газовой турбины и топливных насосов на общем валу);

·
по схеме использования топлива – с дожиганием и без дожигания генераторного газа.

В качестве жидкого ракетного топлива используются:

·
в качестве горючего – легковоспламеняющиеся и, как
правило, токсичные вещества углеводородного состава (спирты, типа керосин,
жидкий водород) и азотоводородного состава (амины,
гидразин, несимметричный диметилгидразин (так называемый,
 гептил),
аммиак и др.);

·
в качестве окислителя – высокоагрессивные
и токсичные вещества (жидкий кислород, четырехокись
азота и др.).

Твердотопливные ракетные двигатели используются в баллистических, зенитных, противотанковых
и других ракетах военного назначения, а также на ракетах-носителях и
космических летательных аппаратах. Небольшие твердотопливные двигатели
применяются также в качестве ускорителей при взлете самолетов.

РДТТ состоит из корпуса (камеры сгорания), в котором
размещен весь запас ракетного топлива в виде заряда, реактивного сопла, воспламенительного устройства, а также может содержать
устройство для регулирования тяги по величине и направлению и устройство «отсечки»
тяги (выключения двигателя).

Твердое ракетное топливо содержит окислитель и горючее
в твердой фазе. По сравнению с жидким ракетным топливом имеет преимущества:
возможность длительного хранения ракеты в снаряженном состоянии и высокую
плотность. Основные недостатки: трудность управления процессом сгорания и относительно
невысокая теплота сгорания.

         
Термомагнитные двигатели и

         
тепловые двигатели с внешним подводом теплоты

По данным Агентства экономических новостей, наиболее
перспективными разработками в настоящее время являются  термомагнитный
двигатель и тепловой двигатель с внешним
подводом теплоты.

Термомагнитный
двигатель выгодно отличается
простой конструкцией, в котором тепловая энергия горячих газов, получаемых от
сгорания топлива, переходит в механическую энергию за счет фазового перехода
материала ротора из магнитного состояния в немагнитное и обратно. Двигатель
может иметь коэффициент полезного действия выше, чем у двигателей внутреннего
сгорания и для своей работы может даже использовать низкотемпературные газы
(порядка 100 град. С), которые другие двигатели не могут использовать совсем
или использовать с меньшей эффективностью.

Используя горячие газы, полученные сжиганием
жидкого или газообразного топлива, предложенный двигатель может заменять
двигатели внутреннего сгорания. Однако новый двигатель гораздо проще по конструкции
и работает без шума, что является его большим достоинством.

Новый двигатель может также работать,
используя горячие газы, являющиеся отходами при работе различных
высокотемпературных агрегатов: металлургических печей, котельных установок и
т.п.

Двигатель с
внешним подводом теплоты предназначен
для утилизации тепловой энергии горячих газов, являющихся отходами различных
производств и процессов. Извлеченное тепло двигатель превращает в механическую
работу, которая с помощью электрогенератора может быть превращена в электроэнергию.
В современном производстве тепловых отходов в виде газов горячих очень много.
Это горячие газы, выходящие из металлургических печей, котельных установок
разного рода, газы в трубах систем отопления.

Наиболее перспективным применением двигателя
является использование его в частных домах в районах с холодным климатом (Север
и Сибирь Российской Федерации, Аляска, Канадский Север, Скандинавия). В этом
случае тепло отходящих газов системы отопления будет использовано для обеспечения
дома электроэнергией. Двигатель также может приводить в движение насос для
подачи в дом воды из реки.

Влияние
тепловых двигателей на окружающую среду

Тепловые двигатели (в том числе и реактивный) –
необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается около
80% электроэнергии. Без тепловых двигателей невозможно представить современный
транспорт. В тоже время повсеместное использование тепловых двигателей связано
с отрицательным воздействием на окружающую среду.

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу
углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное (ИК) излучение
поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере, увеличивая
поглощение  ИК – излучения, приводит к
повышению ее температуры («парниковый эффект»). Ежегодно температура атмосферы
Земли повышается на 0,05ºС. Этот эффект 
может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения
уровня Мирового океана.

Продукты сгорания топлива существенно загрязняют
окружающую среду.

Углеводороды, вступая в реакцию с озоном, находящимся
в атмосфере, образуют химические соединения, неблагоприятно воздействующие
на  жизнедеятельность растений, животных
и человека.

Потребление кислорода при горении топлива уменьшает
его содержание в атмосфере.

Для охраны окружающей среды широко использует очистные
сооружения, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ, резко
ограничивают использование соединений тяжелых металлов, добавляемых в топливо,
разрабатывают двигатели, использующие водород в качестве горючего (выхлопные
газы состоят из безвредных паров воды), создают электромобили и автомобили,
использующие солнечную энергию.

Источник: //www.referat.ru/referat/teplovye-dvigateli-i-ih-primenenie-20358

Оставить комментарий