Воздушно-реактивный двигатель (ВРД) представляет собой разновидность реактивного двигателя, в котором для создания тяги сжигается жидкое или твердое топливо. Уникальность ВРД заключается в том, что в качестве окислителя в реакции горения используется кислород, забираемый непосредственно из атмосферного воздуха. Для эффективной работы воздух необходимо предварительно сжать. Это сжатие может осуществляться либо в специальном воздухозаборнике, либо с помощью механического компрессора. Теоретические основы воздушно-реактивных двигателей были заложены советским ученым, академиком Б. С. Стечкиным, который в 1929 году опубликовал фундаментальный труд «Теория воздушно-реактивного двигателя».
Сфера применения и классификация
Сегодня воздушно-реактивные двигатели нашли широкое применение в авиационной технике. Они используются в качестве силовых установок для вертолетов, различных типов самолетов и крылатых ракет. Классификация ВРД в первую очередь основывается на способе сжатия поступающего воздуха, что позволяет выделить три основных типа.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД)
В двигателях этого типа сжатие воздуха происходит динамически, за счет кинетической энергии набегающего воздушного потока непосредственно в воздухозаборнике. Главный недостаток ПВРД — сильная зависимость создаваемой тяги и, как следствие, скорости полета от скорости встречного потока воздуха. На дозвуковых скоростях давление воздуха недостаточно для эффективной работы, поэтому для разгона до рабочего режима часто требуются дополнительные ускорители. Однако ПВРД обладают и рядом существенных преимуществ:
1) Высокая экономичность по сравнению с ракетными двигателями, поскольку не требуется нести на борту запас окислителя — он берется из атмосферы.
2) Превосходство над турбореактивными двигателями в максимально достижимых высоте и скорости полета.
3) Простота конструкции и отсутствие вращающихся частей и сложных механизмов.
В настоящее время активно ведутся разработки и испытания гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД), предназначенных для полетов на скоростях, многократно превышающих скорость звука. Их ключевая особенность — организация сверхзвукового горения топлива в камере сгорания.
Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД)
Принцип работы этого двигателя основан на цикличном, пульсирующем режиме подачи топлива и воздуха. Конструктивно он отличается наличием клапанной системы на входе в камеру сгорания и длинного цилиндрического сопла. После впуска порции топливовоздушной смеси и ее воспламенения от свечи зажигания, давление в камере резко возрастает, закрывая клапана, и продукты сгорания с большой скоростью выбрасываются через сопло, создавая тягу. Наиболее известным историческим примером применения ПуВРД является немецкая крылатая ракета «Фау-1». В современной авиации этот тип двигателя используется ограниченно, в основном для дешевых самолетов-мишеней, из-за относительно низкой экономичности и высокого уровня шума по сравнению с газотурбинными двигателями.
Турбореактивный двигатель (ТРД)
Это наиболее сложный и совершенный тип ВРД. Его главное конструктивное отличие — наличие механического компрессора для сжатия воздуха, который приводится во вращение газовой турбиной, установленной на одном валу. Такое решение обеспечивает высокую степень сжатия воздуха независимо от скорости полета летательного аппарата, что является ключевым преимуществом перед прямоточными двигателями. Турбореактивные двигатели способны создавать огромную тягу за счет высокой скорости истечения реактивной струи, что делает их основным типом силовой установки для современных боевых и пассажирских самолетов.