Ramjet - Ramjet

Część serii na
Napęd samolotu
Wałów silników : napędzające śmigła , wirniki , kanałowe wentylatory lub propfans
Wewnętrzne silniki cieplne : Silnik tłokowy Silnik wysokoprężny Silnik Wankla Turbiny : Samolot turbośmigłowy Turbował Zewnętrzne silniki cieplne : Zasilany parą Silniki elektryczne : Samoloty elektryczne Napędy zegarowe : Zasilany przez człowieka
Silniki reakcyjne
Turbiny : Silnik turboodrzutowy Turbofan Propfan Napędzany rakietą Silnik odrzutowy Pulsejet Bezzaworowy strumień impulsowy Ramjet Scramjet
v T mi

Strumień strumieniowy , czasami określany jako latająca rura piecowa lub athodyd ( aerodynamiczny kanał ), jest formą silnika odrzutowego do oddychania powietrzem, który wykorzystuje ruch silnika do przodu do sprężania napływającego powietrza bez sprężarki osiowej lub sprężarki odśrodkowej . Ponieważ silniki strumieniowe nie mogą wytwarzać ciągu przy zerowej prędkości, nie mogą przemieścić samolotu z postoju. Dlatego pojazd napędzany strumieniem strumieniowym wymaga wspomaganego startu, takiego jak wspomaganie rakietowe, aby przyspieszyć go do prędkości, przy której zaczyna wytwarzać ciąg. Ramjety pracują najbardziej wydajnie przy prędkościach naddźwiękowych około Mach  3 (2300 mil na godzinę; 3700 km/h). Ten typ silnika może pracować z prędkością Mach 6 (4600 mph; 7400 km/h).

Ramjety mogą być szczególnie przydatne w zastosowaniach wymagających małego i prostego mechanizmu do szybkiego użycia, takich jak pociski . W latach 60. Stany Zjednoczone, Kanada i Wielka Brytania miały szeroko rozpowszechnione systemy obrony przeciwrakietowej napędzane strumieniem strumieniowym, takie jak CIM-10 Bomarc i Bloodhound . Projektanci broni chcą wykorzystać technologię strumieniową w pociskach artyleryjskich, aby zwiększyć zasięg; Uważa się, że pocisk moździerzowy 120 mm, wspomagany przez odrzutowiec, jest w stanie osiągnąć zasięg 35 km (22 mil). Są one również z powodzeniem stosowane, choć nieefektywnie, jako dysze końcowe na końcach wirników śmigłowców .

Silniki strumieniowe różnią się od silników impulsowych , które wykorzystują spalanie przerywane; silniki strumieniowe wykorzystują ciągły proces spalania.

Wraz ze wzrostem prędkości wydajność strumienia strumieniowego zaczyna spadać, gdy temperatura powietrza we wlocie wzrasta z powodu sprężania. Gdy temperatura na wlocie zbliża się do temperatury na wylocie, mniej energii można pozyskać w postaci ciągu. Aby wytworzyć użyteczną ilość ciągu przy jeszcze wyższych prędkościach, strumień strumieniowy musi zostać zmodyfikowany tak, aby wchodzące powietrze nie było sprężone (a zatem ogrzewane) prawie w takim samym stopniu. Oznacza to, że powietrze przepływające przez komorę spalania nadal porusza się bardzo szybko (względem silnika), w rzeczywistości będzie naddźwiękowe – stąd nazwa naddźwiękowo-spalania strumieniowego, czyli scramjet .

Historia

Cyrano de Bergerac

L'Autre Monde: ou les États et Empires de la Lune ( Komiksowa historia stanów i imperiów księżycowych ) (1657) była pierwszą z trzech satyrycznych powieści napisanych przez Cyrano de Bergeraca , uważanych za jedne z pierwszych opowiadań science fiction . Arthur C Clarke przypisał tę książkę pomysłem silnika strumieniowego i jest pierwszym fikcyjnym przykładem lotu kosmicznego napędzanego rakietą.

René Lorin

Silnik strumieniowy został wymyślony w 1913 roku przez francuskiego wynalazcę René Lorina , któremu przyznano patent na swoje urządzenie. Próby zbudowania prototypu nie powiodły się z powodu nieodpowiednich materiałów.

Albert Fonó

W 1915 r. węgierski wynalazca Albert Fonó opracował rozwiązanie zwiększające zasięg artylerii , obejmujące pocisk wystrzeliwany z armaty, który miał być połączony z jednostką napędową strumieniową, dając w ten sposób duży zasięg przy stosunkowo niskich prędkościach wylotowych, co pozwalało na wystrzeliwanie ciężkich pocisków. wystrzelony ze stosunkowo lekkich pistoletów. Fonó zgłosił swój wynalazek Armii Austro-Węgierskiej , ale propozycja została odrzucona. Po I wojnie światowej Fonó powrócił do tematu napędu odrzutowego, w maju 1928 opisując w niemieckim zgłoszeniu patentowym „silnik odrzutowy”, który opisał jako odpowiedni dla samolotów naddźwiękowych na dużych wysokościach. W dodatkowym zgłoszeniu patentowym dostosował silnik do prędkości poddźwiękowej. Patent został przyznany w 1932 r. po czterech latach badań (patent niemiecki nr 554906, 02.11.1932).

związek Radziecki

W Związku Radzieckim teorię naddźwiękowych silników strumieniowych przedstawił w 1928 roku Boris Stechkin . Jurij Pobiedonoscew, szef 3. Brygady GIRD , przeprowadził wiele badań nad silnikami strumieniowymi. Pierwszy silnik, GIRD-04, został zaprojektowany przez IA Merkulova i przetestowany w kwietniu 1933 roku. Aby symulować lot naddźwiękowy, był zasilany powietrzem sprężonym do 20 000 kilopaskali (200 atm) i wodorem. Napędzany fosforem silnik strumieniowy GIRD-08 został przetestowany, strzelając z armaty artyleryjskiej. Te pociski mogły być pierwszymi pociskami odrzutowymi, które łamały prędkość dźwięku.

W 1939 r. Mierkułow przeprowadził dalsze testy silników strumieniowych przy użyciu dwustopniowej rakiety R-3. W sierpniu opracował pierwszy silnik strumieniowy do użytku jako silnik pomocniczy samolotu, DM-1. Pierwszy na świecie lot samolotu z napędem strumieniowym odbył się w grudniu 1940 roku, przy użyciu dwóch silników DM-2 na zmodyfikowanym Polikarpow I-15 . Merkulov zaprojektował w 1941 roku myśliwiec strumieniowy „Samolet D”, który nigdy nie został ukończony. Dwa z jego silników DM-4 zostały zainstalowane na myśliwcu Jak-7 PVRD podczas II wojny światowej. W 1940 roku zaprojektowano eksperymentalny samolot Kostikov-302, napędzany rakietą na paliwo ciekłe do startu i silnikami strumieniowymi do lotu. Projekt ten został odwołany w 1944 roku.

W 1947 roku Mstislav Keldysh zaproponował antypodowy bombowiec dalekiego zasięgu , podobny do bombowca Sänger-Bredt , ale napędzany silnikiem strumieniowym zamiast rakietą. W 1954 roku NPO Ławoczkin i Keldysh Institute rozpoczęli prace nad pociskiem manewrującym Burya z napędem strumieniowym o prędkości 3 Macha . Projekt ten konkurował z R-7 ICBM opracowywanym przez Siergieja Korolowa i został anulowany w 1957 roku.

1 marca 2018 r. prezydent Władimir Putin ogłosił, że Rosja opracowała (przypuszczalnie) odrzutowy pocisk manewrujący o napędzie atomowym, zdolny do dalekiego lotu.

Niemcy

W 1936 roku Hellmuth Walter skonstruował silnik testowy zasilany gazem ziemnym . Prace teoretyczne prowadzono w BMW i Junkers oraz w DFL . W 1941 roku Eugen Sänger z DFL zaproponował silnik strumieniowy o bardzo wysokiej temperaturze komory spalania. Skonstruował bardzo duże rury strumieniowe o średnicy 500 mm (20 cali) i 1000 mm (39 cali) oraz przeprowadził testy spalania na ciężarówkach i na specjalnym stanowisku testowym na Dornier Do 17 Z przy prędkości lotu do 200 metrów na sekundę (720 km/h). Później, gdy benzyna stała się w Niemczech rzadka ze względu na warunki wojenne, przeprowadzono testy z blokami sprasowanego pyłu węglowego jako paliwa, które nie powiodły się ze względu na powolne spalanie.

Stany Zjednoczone

Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych opracowała serię pocisków powietrze-powietrze pod nazwą „ Gorgon ” wykorzystujących różne mechanizmy napędowe, w tym napęd strumieniowy na Gorgonie IV. Silniki strumieniowe Gorgon IV, wyprodukowane przez Glenna Martina , zostały przetestowane w 1948 i 1949 roku w Naval Air Station Point Mugu . Sam silnik strumieniowy został zaprojektowany na Uniwersytecie Południowej Kalifornii i wyprodukowany przez Marquardt Aircraft Company . Silnik miał 2,1 metra (7 stóp) długości i 510 milimetrów (20 cali) średnicy i był umieszczony pod pociskiem.

We wczesnych latach pięćdziesiątych Stany Zjednoczone opracowały silnik strumieniowy Mach 4+ w ramach programu Lockheed X-7 . Zostało to rozwinięte w Lockheed AQM-60 Kingfisher . Dalszy rozwój zaowocował dronem szpiegowskim Lockheed D-21 .

Pod koniec lat 50. marynarka wojenna Stanów Zjednoczonych wprowadziła system zwany RIM-8 Talos , który był pociskiem rakietowym dalekiego zasięgu wystrzeliwanym ze statków. Z powodzeniem zestrzelił kilka myśliwców wroga podczas wojny w Wietnamie i był pierwszym pociskiem wystrzelonym ze statku, który z powodzeniem zniszczył wrogi samolot w walce. 23 maja 1968 r. Talos wystrzelony z USS Long Beach zestrzelił wietnamskiego MiGa z odległości około 105 km (65 mil). Był również używany jako broń powierzchniowo-powierzchniowa i został pomyślnie zmodyfikowany do niszczenia lądowych systemów radarowych.

Wykorzystując technologię sprawdzoną przez AQM-60, pod koniec lat 50. i na początku lat 60. Stany Zjednoczone wyprodukowały szeroko rozpowszechniony system obronny o nazwie CIM-10 Bomarc , który był wyposażony w setki pocisków strumieniowych uzbrojonych w broń nuklearną o zasięgu kilkuset mil. Był napędzany tymi samymi silnikami co AQM-60, ale z ulepszonymi materiałami, aby wytrzymać dłuższy czas lotu. System został wycofany w latach 70., gdy zagrożenie ze strony bombowców zostało zmniejszone.

Zjednoczone Królestwo

Pod koniec lat pięćdziesiątych i na początku lat sześćdziesiątych Wielka Brytania opracowała kilka pocisków strumieniowych.

Projekt o nazwie Blue Envoy miał wyposażyć kraj w obronę powietrzną dalekiego zasięgu napędzaną strumieniem strumieniowym przeciwko bombowcom, ale system został ostatecznie anulowany.

Został on zastąpiony przez system pocisków strumieniowych o znacznie krótszym zasięgu, zwany Bloodhound . System został zaprojektowany jako druga linia obrony na wypadek, gdyby atakujący mogli ominąć flotę broniących myśliwców English Electric Lightning .

W latach sześćdziesiątych Royal Navy opracowała i rozmieściła rakiety powierzchniowo-powietrzne napędzane strumieniem strumieniowym dla statków o nazwie Sea Dart . Miał zasięg 65-130 km (40-80 mil) i prędkość Mach 3. Był z powodzeniem używany w walce z wieloma typami samolotów podczas wojny o Falklandy.

Fritz Zwicky

Wybitny szwajcarski astrofizyk Fritz Zwicky był dyrektorem ds. badań w Aerojet i posiada wiele patentów w dziedzinie napędów odrzutowych. Patenty USA 5121670 i 4722261 dotyczą akceleratorów nurników . Marynarka wojenna USA nie pozwoliła Fritzowi Zwicky'emu na publiczne omawianie własnego wynalazku, patentu USA 2 461 797 na Underwater Jet, odrzutowiec nurnikowy, który działa w płynnym medium. Magazyn Time donosił o pracach Fritza Zwicky'ego w artykułach „Missed Swiss” z 11 lipca 1955 roku oraz „Underwater Jet” w numerze z 14 marca 1949 roku.

Francja

We Francji na uwagę zasługują prace René Leduc . Model Leduc, Leduc 0.10 był jednym z pierwszych samolotów z napędem strumieniowym, które latały w 1949 roku.

Nord 1500 Sęp osiągnęła Mach 2,19 (745 m / s; 2680 km / h) w 1958 roku.

Cykl silnika

Cykl Braytona to cykl termodynamiczny, który opisuje działanie silnika turbogazowego , podstawy silnika odrzutowego do oddychania powietrzem i innych. Jego nazwa pochodzi od George'a Braytona , amerykańskiego inżyniera, który go opracował, chociaż został pierwotnie zaproponowany i opatentowany przez Anglika Johna Barbera w 1791 roku. Czasami jest również znany jako cykl Joule'a .

Projekt

Wokół jego wlotu zaprojektowano strumień strumieniowy. Obiekt poruszający się z dużą prędkością w powietrzu wytwarza obszar wysokiego ciśnienia w górę. Siłownik strumieniowy wykorzystuje to wysokie ciśnienie przed silnikiem do przetłaczania powietrza przez rurę, gdzie jest ogrzewane poprzez spalanie części z paliwem. Następnie przechodzi przez dyszę, aby przyspieszyć go do prędkości ponaddźwiękowych. Przyspieszenie to daje napęd strumieniowy do przodu .

Strumień strumieniowy jest czasami określany jako „latająca rura pieca”, bardzo proste urządzenie składające się z wlotu powietrza, komory spalania i dyszy . Zwykle jedynymi ruchomymi częściami są te wewnątrz turbopompy , która pompuje paliwo do komory spalania w strumieniu paliwa ciekłego. Silniki strumieniowe na paliwo stałe są jeszcze prostsze.

Dla porównania, turboodrzutowiec wykorzystuje wentylator napędzany turbiną gazową do dalszego sprężania powietrza. Daje to większą kompresję i wydajność oraz znacznie większą moc przy niskich prędkościach (gdzie efekt bijaka jest słaby), ale jest bardziej złożone, cięższe, drogie, a ograniczenia temperaturowe sekcji turbiny ograniczają prędkość maksymalną i ciąg przy dużej prędkości.

Budowa

Dyfuzory

Silniki Ramjet starają się wykorzystać bardzo wysokie ciśnienie dynamiczne w powietrzu zbliżającym się do wargi wlotowej. Wydajny wlot pozwoli odzyskać większość ciśnienia zastoju w strumieniu , które jest wykorzystywane do wspomagania procesu spalania i rozprężania w dyszy.

Większość silników strumieniowych działa przy naddźwiękowych prędkościach lotu i wykorzystuje jedną lub więcej stożkowych (lub ukośnych) fal uderzeniowych , zakończonych silnym normalnym uderzeniem, aby spowolnić przepływ powietrza do prędkości poddźwiękowej na wyjściu wlotu. Następnie wymagana jest dalsza dyfuzja, aby prędkość powietrza spadła do odpowiedniego poziomu dla komory spalania.

Poddźwiękowe strumienie strumieniowe nie potrzebują tak wyrafinowanego wlotu, ponieważ przepływ powietrza jest już poddźwiękowy i zwykle stosuje się prosty otwór. Działałoby to również przy prędkościach nieco ponaddźwiękowych, ale ponieważ powietrze zadławiłoby się na wlocie, jest to nieefektywne.

Wlot jest rozbieżny, aby zapewnić stałą prędkość wlotową Mach 0,5 (170 m/s; 610 km/h).

Komornik

Podobnie jak w przypadku innych silników odrzutowych, zadaniem komory spalania jest wytwarzanie gorącego powietrza poprzez spalanie paliwa wraz z powietrzem pod zasadniczo stałym ciśnieniem. Przepływ powietrza przez silnik odrzutowy jest zwykle dość wysoki, więc uchwyty płomieni zapewniają osłonięte strefy spalania, z których może odbywać się ciągłe spalanie.

Ponieważ nie ma turbiny za turbiną, komora spalania strumieniowego może bezpiecznie działać przy stechiometrycznych stosunkach paliwo:powietrze, co oznacza temperaturę stagnacji na wylocie komory spalania rzędu 2400 K (2130 °C; 3860 °F) dla nafty. Zwykle komora spalania musi być zdolna do działania w szerokim zakresie ustawień przepustnicy, dla różnych prędkości lotu i wysokości. Zazwyczaj osłonięty obszar pilota umożliwia kontynuację spalania, gdy wlot pojazdu ulega dużemu odchyleniu/nachyleniu podczas skrętów. Inne techniki stabilizacji płomienia wykorzystują uchwyty płomienia, które różnią się konstrukcją, od puszek do spalania po proste płaskie płyty, które chronią płomień i poprawiają mieszanie paliwa. Nadmierne zatankowanie komory spalania może spowodować, że normalny wstrząs w naddźwiękowym układzie dolotowym zostanie wypchnięty do przodu poza krawędź wlotową, co spowoduje znaczny spadek przepływu powietrza w silniku i ciągu netto.

Dysze

Napędzania dyszy jest krytyczną częścią konstrukcji Silniki strumieniowe, ponieważ przyspiesza przepływ spalin W celu wytworzenia ciągu.

Poddźwiękowe strumienie strumieniowe przyspieszają przepływ spalin za pomocą dyszy . Lot naddźwiękowy zazwyczaj wymaga dyszy zbieżno-rozbieżnej .

Wydajność i kontrola

Chociaż silniki strumieniowe działają z prędkością 45 metrów na sekundę (160 km/h), poniżej około 0,5 Macha (170 m/s; 610 km/h) dają niewielki ciąg i są wysoce nieefektywne ze względu na niski stosunek ciśnień.

Powyżej tej prędkości, przy wystarczającej początkowej prędkości lotu, silnik strumieniowy będzie samowystarczalny. Rzeczywiście, o ile opór pojazdu nie jest ekstremalnie wysoki, kombinacja silnik/płatowiec będzie miał tendencję do przyspieszania do coraz wyższych prędkości lotu, znacznie zwiększając temperaturę wlotu powietrza. Ponieważ może to mieć szkodliwy wpływ na integralność silnika i/lub płatowca, system kontroli paliwa musi zmniejszyć przepływ paliwa w silniku, aby ustabilizować lotną liczbę Macha, a tym samym temperaturę wlotu powietrza do rozsądnych poziomów.

Ze względu na stechiometryczną temperaturę spalania sprawność jest zwykle dobra przy dużych prędkościach (około Mach 2–Mach 3, 680–1000 m/s, 2500–3700 km/h), podczas gdy przy niskich prędkościach stosunkowo niski stosunek ciśnień oznacza, że ​​strumienie są przewyższają silniki turboodrzutowe , a nawet rakiety .

Kontrola

Silniki strumieniowe mogą być klasyfikowane według rodzaju paliwa, płynnego lub stałego; i wzmacniacz.

W strumieniu strumieniowym ciekłego paliwa (LFRJ), paliwo węglowodorowe (zwykle) jest wtryskiwane do komory spalania przed uchwytem płomienia, który stabilizuje płomień wynikający ze spalania paliwa za pomocą sprężonego powietrza z wlotu (wlotów). Wymagane są środki do zwiększania ciśnienia i dostarczania paliwa do komory spalania, co może być skomplikowane i kosztowne. Aérospatiale-Celerg zaprojektował LFRJ, w którym paliwo jest wtłaczane do wtryskiwaczy przez elastomerowy pęcherz, który napełnia się stopniowo wzdłuż zbiornika paliwa. Początkowo pęcherz tworzy ciasno dopasowaną osłonę wokół butli ze sprężonym powietrzem, z której jest nadmuchiwany, która jest zamontowana wzdłużnie w zbiorniku. Zapewnia to tańsze podejście niż regulowany LFRJ, który wymaga turbopompy i związanego z nią sprzętu do dostarczania paliwa.

Strumień strumieniowy nie generuje ciągu statycznego i potrzebuje wzmacniacza, aby osiągnąć wystarczająco wysoką prędkość do przodu, aby zapewnić wydajną pracę układu dolotowego. Pierwsze pociski z napędem strumieniowym wykorzystywały zewnętrzne dopalacze, zwykle rakiety na paliwo stałe, albo w tandemie, gdzie booster jest montowany bezpośrednio za silnikiem, np. Sea Dart , albo w owijaniu, w którym kilka siłowników jest przymocowanych wzdłuż zewnętrznej części silnika, np. 2K11 Skalniak . Wybór układu wspomagającego jest zwykle uzależniony od wielkości platformy startowej. Wzmacniacz tandemowy zwiększa całkowitą długość systemu, podczas gdy wzmacniacze typu wraparound zwiększają całkowitą średnicę. Otaczające dopalacze zwykle generują większy opór niż układ tandemowy.

Zintegrowane dopalacze zapewniają bardziej wydajną opcję pakowania, ponieważ paliwo wspomagające jest wlewane do pustej komory spalania. Podejście to zostało zastosowane w konstrukcjach stałych, np. 2K12 Kub , ciekłych, np. ASMP , oraz rakiet kanałowych, np. Meteor . Zintegrowane konstrukcje komplikują różne wymagania dotyczące dysz w fazach lotu doładowania i strumienia strumieniowego. Ze względu na wyższe poziomy ciągu urządzenia wspomagającego, dla uzyskania optymalnego ciągu wymagana jest dysza o innym kształcie niż dysza podtrzymywana strumieniem strumieniowym o niższym ciągu. Odbywa się to zwykle za pomocą oddzielnej dyszy, która jest wyrzucana po wypaleniu się wzmacniacza. Jednak projekty takie jak Meteor zawierają wzmacniacze bezdyszowe. Daje to korzyści polegające na eliminacji niebezpieczeństwa wystrzelenia samolotu z wyrzuconych szczątków dyszy wspomagającej, prostocie, niezawodności oraz zmniejszonej masie i kosztach, chociaż należy to zamienić na zmniejszenie osiągów w porównaniu z osiągami zapewnianymi przez dedykowaną dyszę wspomagającą.

Integralna rakieta strumieniowa/rakieta kanałowa

Niewielka odmiana silnika strumieniowego wykorzystuje naddźwiękowe spaliny z procesu spalania rakiety do kompresji i reagowania z powietrzem wchodzącym do głównej komory spalania. Ma to tę zaletę, że daje ciąg nawet przy zerowej prędkości.

W zintegrowanym silniku strumieniowym na paliwo stałe (SFIRR), paliwo stałe jest odlewane wzdłuż zewnętrznej ściany komory spalania. W tym przypadku wtrysk paliwa odbywa się poprzez ablację propelentu przez gorące sprężone powietrze z wlotów. W celu poprawy wydajności spalania można zastosować mieszadło rufowe. SFIRR są preferowane w niektórych zastosowaniach niż LFRJ ze względu na prostotę dostarczania paliwa, ale tylko wtedy, gdy wymagania dotyczące dławienia są minimalne, tj. gdy wahania wysokości lub liczby Macha są ograniczone.

W rakiecie kanałowej generator gazu na paliwo stałe wytwarza gorący gaz bogaty w paliwo, który jest spalany w komorze spalania wraz ze sprężonym powietrzem dostarczanym przez wlot(y). Przepływ gazu poprawia mieszanie paliwa i powietrza oraz zwiększa całkowity odzysk ciśnienia. W dławionej rakiecie kanałowej, znanej również jako rakieta kanałowa o zmiennym przepływie, zawór umożliwia dławienie wylotu generatora gazu, umożliwiając kontrolę ciągu. W przeciwieństwie do LFRJ stałe ramjets miotających nie mogą wybuchać . Rakieta z kanałem znajduje się gdzieś pomiędzy prostotą SFRJ a nieograniczoną zdolnością dławienia LFRJ.

Prędkość lotu

Silniki strumieniowe zazwyczaj dają niewielki lub żaden ciąg poniżej około połowy prędkości dźwięku i są nieefektywne ( impuls właściwy poniżej 600 sekund), dopóki prędkość lotu nie przekroczy 1000 kilometrów na godzinę (280 m/s; 620 mph) ze względu na niski stopień sprężania .

Nawet powyżej prędkości minimalnej, szeroka obwiednia lotu (zakres warunków lotu), na przykład od niskich do wysokich prędkości i od niskich do dużych wysokości, może wymusić znaczące kompromisy projektowe i zwykle działają najlepiej zoptymalizowane dla jednej projektowanej prędkości i wysokości (punkt projekty). Jednak silniki strumieniowe generalnie przewyższają konstrukcje silników odrzutowych opartych na turbinach gazowych i działają najlepiej przy prędkościach naddźwiękowych (Mach 2–4). Chociaż są nieefektywne przy niższych prędkościach, są bardziej oszczędne niż rakiety w całym ich użytecznym zakresie roboczym do co najmniej Mach 6 (2000 m/s; 7400 km/h).

Wydajność konwencjonalnych silników strumieniowych spada powyżej Mach 6 z powodu dysocjacji i utraty ciśnienia spowodowanej wstrząsem, gdy napływające powietrze jest spowalniane do prędkości poddźwiękowych podczas spalania. Ponadto temperatura wlotowa komory spalania wzrasta do bardzo wysokich wartości, zbliżając się do granicy dysocjacji przy pewnej granicznej liczbie Macha.

Powiązane silniki

Powietrzny silnik turboodrzutowy

Powietrzna turbina strumieniowa posiada sprężarkę zasilaną gazem ogrzewanym przez wymiennik ciepła w komorze spalania.

Silniki strumieniowe o spalaniu naddźwiękowym (scramjets)

Silniki strumieniowe zawsze spowalniają napływające powietrze do prędkości poddźwiękowej w komorze spalania. Scramjets są podobne do silników strumieniowych, ale część powietrza przechodzi przez cały silnik z prędkością ponaddźwiękową. Zwiększa to ciśnienie stagnacji odzyskane ze swobodnego strumienia i poprawia ciąg netto. Zapobiega się dławieniu termicznemu spalin dzięki stosunkowo wysokiej naddźwiękowej prędkości powietrza na wejściu do komory spalania. Wtrysk paliwa często odbywa się w osłoniętym obszarze poniżej stopnia w ścianie komory spalania. Chociaż silniki scramjet były badane przez wiele dziesięcioleci, dopiero niedawno testowano w locie małe jednostki doświadczalne, a potem bardzo krótko (np. Boeing X-43 ).

Od maja 2010 roku silnik ten był testowany, aby osiągnąć Mach 5 (1700 m/s; 6100 km/h) przez 200 sekund w modelu X-51A Waverider .

Stojące ukośne strumienie detonacyjne (Sodramjets)

Stojące ukośne strumienie detonacyjne (Sodramjets) zastępują dyfuzyjne spalanie strumieniowe ukośną detonacją. Zobacz także: Kryteria Shcramjet dla hipersonicznego napędu oddychania powietrzem i jego eksperymentalna weryfikacja Ukośna fala detonacyjna Ramjet

Silniki wstępnie schłodzone

Wariantem czystego silnika strumieniowego jest silnik „o cyklu kombinowanym”, którego celem jest pokonanie ograniczeń czystego silnika strumieniowego. Jednym z przykładów jest silnik SABRE ; wykorzystuje to chłodnicę wstępną, za którą znajduje się silnik strumieniowy i turbina.

Atrex silnik opracowany w Japonii jest eksperymentalnym wdrożenie tej koncepcji. Wykorzystuje płynne paliwo wodorowe w dość egzotycznym układzie z jednym wentylatorem. Ciekłe paliwo wodorowe jest pompowane przez wymiennik ciepła we wlocie powietrza, jednocześnie ogrzewając ciekły wodór i schładzając napływające powietrze. To chłodzenie napływającego powietrza ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia rozsądnej wydajności. Wodór następnie przechodzi przez drugą pozycję wymiennika ciepła za sekcją spalania, gdzie gorące spaliny są wykorzystywane do dalszego podgrzewania wodoru, zamieniając go w gaz pod bardzo wysokim ciśnieniem. Gaz ten jest następnie przepuszczany przez końcówki wentylatora, aby zapewnić moc napędową wentylatora przy prędkościach poddźwiękowych. Po zmieszaniu z powietrzem spala się w komorze spalania.

Do silników odrzutowych Scimitar zostało zaproponowane dla LAPCAT hipersonicznych samolotu, a SABRE silników odrzutowych do silników odrzutowych Skylon samolot kosmiczny.

Silnik strumieniowy z napędem jądrowym

Podczas zimnej wojny Stany Zjednoczone zaprojektowały i przetestowały na ziemi silnik jądrowy o nazwie Project Pluto . Ten system, przeznaczony do użycia w pocisku wycieczkowym , nie wykorzystywał spalania; zamiast tego powietrze ogrzewał wysokotemperaturowy, nieosłonięty reaktor jądrowy . Przewidywano, że silnik strumieniowy będzie w stanie latać z prędkością ponaddźwiękową przez wiele miesięcy. Ponieważ reaktor był nieekranowany, był niebezpieczny dla każdego, kto znajdował się na torze lotu nisko latającego pojazdu lub w jego pobliżu (chociaż sam wydech nie był radioaktywny). Projekt został ostatecznie anulowany, ponieważ ICBM wydawały się lepiej służyć temu celowi.

Strumień jonosferyczny

Górna atmosfera powyżej około 100 kilometrów (62 mil) zawiera tlen jednoatomowy wytwarzany przez słońce dzięki fotochemii. NASA opracowała koncepcję ponownego połączenia tego rzadkiego gazu z powrotem do cząsteczek dwuatomowych przy prędkościach orbitalnych w celu zasilania silnika strumieniowego.

Bussard ramjet

Silnik odrzutowy Bussarda jest koncepcją napędu statku kosmicznego, mającą na celu stopienie wiatru międzygwiezdnego i wydmuchanie go z dużą prędkością z tyłu pojazdu.

Tryb strumieniowy do dopalania turboodrzutowego

Silnik turboodrzutowy z dopalaniem lub silnik obejściowy można opisać jako przechodzący z trybu turbodoładowania do trybu strumieniowego, jeśli może osiągnąć prędkość lotu, przy której stosunek ciśnienia silnika (epr) spadł do jednego. Dopalacz turbo działa wtedy jako dopalacz. Ciśnienie tłoka wlotowego jest obecne na wejściu do dopalacza, ale nie jest już zwiększane przez wzrost ciśnienia z maszyn wirnikowych. Dalszy wzrost prędkości powoduje spadek ciśnienia spowodowany obecnością maszyn wirnikowych, gdy epr spada poniżej jedności.

Godnym uwagi przykładem był układ napędowy dla Lockheed SR-71 Blackbird z epr= 0,9 przy 3,2 Macha. Wymagany ciąg, przepływ powietrza i temperatura spalin, aby osiągnąć tę prędkość, pochodzi ze standardowej metody zwiększania przepływu powietrza przez sprężarkę pracującą z niskimi, skorygowanymi prędkościami, odpowietrzania sprężarki i możliwości zwiększenia temperatury dopalacza w wyniku chłodzenia kanału i dyszy wykorzystując powietrze pobierane ze sprężarki zamiast zwykłych, znacznie gorętszych spalin z turbiny.

Samoloty korzystające z silników strumieniowych

Pociski wykorzystujące silniki strumieniowe

Zobacz też

• Wikibooki: Napęd odrzutowy

Bibliografia

Bibliografia

• Hallion, Richard P. „Sowieckie Stovepipes”. Air Enthusiast , nr 9, luty–maj 1979, s. 55–60. ISSN  0143-5450 .

Linki zewnętrzne

• Informacje i model silnika strumieniowego NASA
• „Riding The Ramjet” styczeń 1949, artykuł Popular Mechanics opisujący pierwszy eksperyment USAF z silnikami strumieniowymi na myśliwcu P-80
• Dziennik Boeinga: 2002–2004
• Uwagi projektowe dotyczące śmigłowca z napędem strumieniowym
• Obszerny przegląd silników strumieniowych i scramjet francuskiej ONERA