В чём разница между ракетным и реактивным двигателями: сравнение

Эффективность и мощность двигателей

Ракетные двигатели обычно являются более эффективными при достижении высоких скоростей и преодолении сопротивления атмосферы. Они используют внутреннее сгорание и основаны на принципе действия третьего закона Ньютона – каждое действие имеет равное и противоположное действие. Ракетные двигатели выпускают горящие газы в обратном направлении, создавая тягу и вызывая движение транспортного средства вперед. Ракетный двигатель может обеспечить невероятные ускорения и скорости, что делает его основным выбором для космических полетов и ракет.

С другой стороны, реактивные двигатели обычно не так эффективны, как ракетные при преодолении сопротивления атмосферы. Они основаны на действии третьего закона Ньютона, но используют в качестве рабочего вещества воздух или другие газы из окружающей среды, которые затем сжигаются с топливом. Реактивные двигатели выпускают горящие газы в обратном направлении, создавая тягу и вызывая движение транспортного средства вперед. Они широко используются в авиации и автомобильной промышленности.

Однако, реактивные двигатели, несмотря на их относительную неэффективность, могут быть более мощными и обладать большей тягой, чем ракетные двигатели. Они могут быть легко масштабируемыми и адаптированы для использования на различных типах транспортных средств. Например, реактивные двигатели часто используются в авиации для обеспечения дальности полета и скорости.

Сравнение ракетного и реактивного двигателей	Ракетный двигатель	Реактивный двигатель
Принцип работы	Основан на внутреннем сгорании и выпуске горящих газов в обратном направлении	Основан на сжигании топлива вместе с воздухом, выпуске горящих газов в обратном направлении
Эффективность	Более эффективен при достижении высоких скоростей	Обычно менее эффективен при преодолении сопротивления атмосферы
Мощность	Может обеспечить невероятные ускорения и скорости	Может быть более мощным и обладать большей тягой
Использование	Космические полеты, ракеты	Авиация, автомобильная промышленность

Таким образом, ракетные и реактивные двигатели обладают различными характеристиками, эффективностью и мощностью. Исходя из конкретных потребностей и условий, выбор между этими двигателями зависит от вида транспорта и требуемого уровня производительности.

История развития

Развитие реактивной и ракетной технологии неразрывно связано с историей авиации и космической отрасли. Однако, реактивные и ракетные двигатели имеют разные истоки и основные применения.

Самыми ранними прототипами реактивных двигателей можно считать устройства, созданные китайскими и арабскими изобретателями в разные эпохи. Однако, реальное развитие реактивной технологии началось в 20 веке. Первым, кто построил рабочий реактивный двигатель, был французский инженер Анри Гифар. Он создал паровой реактивный двигатель, который использовался на небольших воздушных судах.

В дальнейшем реактивная технология продолжала развиваться, и первые реактивные двигатели на жидком топливе появились в Германии и СССР во время Второй мировой войны. Эти двигатели использовались на самолетах и ракетах для обеспечения повышенной скорости и маневренности. Благодаря этому, реактивные двигатели стали широко применяться в авиации.

Сравнительно с реактивными двигателями, ракетные двигатели имеют более давнюю историю. Первые ракетные двигатели были созданы в Древнем мире для стрельбы стрелами и огненными метательными снарядами. Однако, современные ракетные двигатели, в которых используется технология сгорания различных видов топлива, появились только в 20 веке.

Вторая мировая война существенно ускорила разработку ракетных двигателей, поскольку они были использованы в боевых условиях. Немецкое правительство вело разработку ракеты Фау-2, которую можно считать первой баллистической ракетой с ракетным двигателем. После окончания войны, технология ракетных двигателей стала использоваться в космической отрасли для запуска космических аппаратов.

В результате исторического развития, реактивные двигатели стали основным и наиболее распространенным двигателем для авиации, в то время как ракетные двигатели нашли свое применение в космической технологии и военной сфере.

Химические ракетные двигатели (ХРД)

Этот тип двигателей на сегодняшний день является единственным, который массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов, кроме того, он нашел применение и в военной промышленности. Химические двигатели делятся на твердо- и жидкотопливные в зависимости от агрегатного состояния ракетного топлива.

Виды химических двигателей

История создания

Первыми ракетными двигателями были твердотопливные, а появились они несколько веков назад в Китае. С космосом их тогда мало что связывало, зато с их помощью можно было запускать военные ракеты. В качестве топлива использовался порошок, по составу напоминающий порох, только процентное соотношение его составляющих было изменено. В результате при окислении порошок не взрывался, а постепенно сгорал, выделяя тепло и создавая реактивную тягу. Такие двигатели с переменным успехом дорабатывались, совершенствовались и улучшались, но их удельный импульс все равно оставался малым, то есть конструкция была неэффективной и неэкономичной. Вскоре появились новые виды твердого топлива, позволяющие получить больший удельный импульс и развивать большую тягу. Над его созданием в первой половине ХХ века трудились ученые СССР, США и Европы. Уже во второй половине 40-х годов был разработан прототип современного топлива, используемого и сейчас.

Ракетный двигатель РД — 170 работает на жидком топливе и окислителе.

Жидкостные ракетные двигатели – это изобретение К.Э. Циолковского, который предложил их в качестве силового агрегата космической ракеты в 1903 году. В 20-х годах работы по созданию ЖРД начали проводиться в США, в 30-хх годах – в СССР. Уже к началу Второй мировой войны были созданы первые экспериментальные образцы, а после ее окончания ЖРД стали выпускаться серийно. Использовались они в военной промышленности для оснащения баллистических ракет. В 1957 году впервые в истории человечества был запущен советский искусственный спутник. Для его запуска использовалась ракета, оснащенная РЖД.

Устройство и принцип работы химических ракетных двигателей

Твердотопливный двигатель вмещает в своем корпусе топливо и окислитель в твердом агрегатном состоянии, причем контейнер с топливом – это одновременно и камера сгорания. Топливо обычно имеет форму стержня с центральным отверстием. В процессе окисления стержень начинает сгорать от центра к периферии, а газы, полученные в результате сгорания, выходят через сопло, образуя тягу. Это самая простая конструкция среди всех ракетных двигателей.

В жидкостных РД топливо и окислитель находятся в жидком агрегатном состоянии в двух раздельных резервуарах. По каналам подачи они попадают в камеру сгорания, где смешиваются и происходит процесс горения. Продукты сгорания выходят через сопло, образуя тягу. В качестве окислителя обычно используется жидкий кислород, а топливо может быть разным: керосин, жидкий водород и т.д.

Недостатки РДТТ:

ограничение по времени работы: топливо сгорает очень быстро;
невозможность перезапуска двигателя, его остановки и регулирования тяги;
небольшой удельный вес в пределах 2000-3000 м/с.

Анализируя плюсы и минусы РДТТ, можно сделать вывод, что их использование оправдано только в тех случаях, когда нужен силовой агрегат средней мощности, достаточно дешевый и простой в исполнении. Сфера их использования – баллистические, метеорологические ракеты, ПЗРК, а также боковые ускорители космических ракет (ими оснащаются американские ракеты, в советских и российских ракетах их не использовали).

Достоинства жидкостных РД:

высокий показатель удельного импульса (порядка 4500 м/с и выше);
возможность регулирования тяги, остановки и перезапуска двигателя;
меньший вес и компактность, что дает возможность выводить на орбиту даже большие многотонные грузы.

Недостатки ЖРД:

сложная конструкция и пуско-наладочные работы;
в условиях невесомости жидкости в баках могут хаотично перемещаться. Для их осаждения нужно использовать дополнительные источники энергии.

Сфера применения ЖРД – это в основном космонавтика, так как для военных целей эти двигатели слишком дорогие.

Несмотря на то, что пока химические РД – единственные способные обеспечить вывод ракет в открытый космос, их дальнейшее усовершенствование практически невозможно. Ученые и конструкторы убеждены, что предел их возможностей уже достигнут, а для получения более мощных агрегатов с большим удельным импульсом необходимы другие источники энергии.

Ядерные ракетные двигатели (ЯРД)

Этот тип РД в отличие от химических вырабатывает энергию не при сгорании топлива, а в результате нагревания рабочего тела энергией ядерных реакций. ЯРД бывают изотопными, термоядерными и ядерными.

История создания

Конструкция и принцип работы ЯРД были разработаны еще в 50-хх годах. Уже в 70-хх годах в СССР и США были готовы экспериментальные образцы, которые успешно проходили испытания. Твердофазный советский двигатель РД-0410 с тягой в 3,6 тонны испытывался на стендовой базе, а американский реактор «NERVA» должен был устанавливаться на ракету «Сатурн V» до того, как спонсирование лунной программы было остановлено. Параллельно велись работы и над созданием газофазных ЯРД. Сейчас действуют научные программы по разработке ядерных РД, проводятся эксперименты на космических станциях.

Таким образом, действующие модели ядерных ракетных двигателей уже есть, но пока ни один из них так и не был задействован вне лабораторий или научных баз. Потенциал таких двигателей довольно высокий, но и риск, связанный с их использованием, тоже немалый, так что пока они существуют только в проектах.

Устройство и принцип действия

Ядерные ракетные двигатели бывают газо-, жидко- и твердофазными в зависимости от агрегатного состояния ядерного топлива. Топливо в твердофазных ЯРД – это ТВЭЛы, такие же, как в ядерных реакторах. Они находятся в корпусе двигателя и в процессе распада делящегося вещества выделяют тепловую энергию. Рабочее тело – газообразный водород или аммиак – контактируя с ТВЭЛом, поглощает энергию и нагревается, увеличиваясь в объеме и сжимаясь, после чего выходит через сопло под высоким давлением.

Принцип работы жидкофазного ЯРД и его устройство аналогично твердофазным, только топливо находится в жидком состоянии, что позволяет увеличить температуру, а значит и тягу.

Газофазные ЯРД работают на топливе в газообразном состоянии. Обычно в них используется уран. Газообразное топливо может удерживаться в корпусе электрическим полем или же находится в герметичной прозрачной колбе – ядерной лампе. В первом случае возникает контакт рабочего тела с топливом, а также частичная утечка последнего, поэтому кроме основной массы топлива в двигателе должен быть предусмотрен его запас для периодического пополнения. В случае с ядерной лампой утечки не происходит, а топливо полностью изолировано от потока рабочего тела.

Преимущества и недостатки ЯРД

Ядерные ракетные двигатели имеют огромное преимущество в сравнении с химическими – это высокий показатель удельного импульса. Для твердофазных моделей его величина составляет 8000-9000 м/с, для жидкофазных – 14000 м/с, для газофазных – 30000 м/с. Вместе с тем, их использование влечет за собой заражение атмосферы радиоактивными выбросами. Сейчас ведутся работы по созданию безопасного, экологичного и эффективного ядерного двигателя, и главным «претендентом» на эту роль является газофазный ЯРД с ядерной лампой, где радиоактивное вещество находится в герметичной колбе и не выходит наружу с реактивным пламенем.

Виды применения

Ракетные двигатели находят широкое применение в космической и авиационной промышленности.

Космическая промышленность: ракеты-носители для запуска спутников на орбиту, межпланетные и лунные миссии, космические станции.
Авиационная промышленность: ракетоносители для военных и гражданских целей, надзвуковая и сверхзвуковая авиация.

Реактивные двигатели находят применение в авиационной и ракетно-космической промышленности, а также в морском и наземном транспорте.

Авиационная промышленность: реактивные самолеты, вертолеты и беспилотные летательные аппараты.
Ракетно-космическая промышленность: малые и средние ракеты для нанесения ударов, разведки и других целей.
Морской транспорт: ракетные корабли и подводные лодки.
Наземный транспорт: ракетные комплексы вооружения, передвижные пусковые установки, зенитные ракетные комплексы.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (поршневой двигатель – ПД), в котором тепловая энергия расширяющихся газов, образовавшаяся в результате взрыва топливовоздушной смеси в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень. Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом. В качестве топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания используются: жидкости (дизельное топливо, бензин, спирты); сжиженные горючие газы. Эффективный кпд поршневого двигателя не превышает 60%. Остальная тепловая энергия распределяется между теплом выхлопных газов и нагревом конструкции двигателя. Поскольку последняя характеристика весьма существенна, поршневые двигатели нуждаются в системе интенсивного охлаждения. Различают следующие системы охлаждения: воздушные (двигатель АШ-62), отдающие избыточное тепло окружающему воздуху через ребристую внешнюю поверхность цилиндров; используются в двигателях сравнительно небольшой мощности (десятки кВт) или в более мощных авиационных двигателях, работающих в быстром потоке воздуха; жидкостные (двигатель АМ-35А), в которых охлаждающая жидкость (вода, масло или антифриз) прокачивается через рубашку охлаждения (каналы, созданные в стенках блока цилиндров) и затем поступает в радиатор охлаждения, где теплоноситель охлаждается потоком воздуха, созданным вентилятором.

С момента зарождения авиации и до конца Второй мировой войны поршневые двигатели были основным типом авиационных двигателей, образующих в сочетании с движителем – воздушным винтом – силовые установки ЛА (Ла-5 с мотором жидкостного охлаждения М-105П; Як-3 с двигателем ВК-105ПФ2; МиГ-3 с мотором АМ-35А). В целях повышения высоты и скорости полёта в поршневых авиационных двигателях нашли применение системы наддува, что позволило в 1940-х гг. повысить мощность силовых установок до 3000–3500 кВт. Однако характерное для винтомоторных силовых установок падение тяги с ростом скорости полёта не позволяло самолётам с поршневыми авиационными двигателями достигать скоростей выше 700–750 км/ч, что сохранило применение поршневых авиационных двигателей только в самолётах лёгкой авиации ; самолётах спортивной авиации ; самолётах авиации общего назначения .

Ракетный двигатель: основные характеристики и виды

Ракетный двигатель представляет собой устройство, способное генерировать тягу для движения ракеты в космическом пространстве. Он играет ключевую роль в запуске и управлении космическими аппаратами. Ракетные двигатели имеют ряд характеристик и различные виды, которые определяют их способность достигать конкретных задач и целей.

Основные характеристики ракетного двигателя:

Тяга: это сила, с помощью которой двигатель выдвигает ракету вперед. Тяга измеряется в ньютонах и зависит от конструкции двигателя и используемого топлива.
Удельный импульс: это показатель эффективности двигателя, определяющий, сколько тяги можно получить от единицы использованного топлива. Чем выше удельный импульс, тем более эффективным считается двигатель.
Масса двигателя: общая масса ракеты, состоящая из массы топлива и массы самого двигателя. Она влияет на общую производительность и возможности ракеты.
Дальность полета: это расстояние, на которое может дотянуться ракета, используя конкретный тип двигателя и количество топлива.

Ракетные двигатели могут быть разделены на несколько основных видов:

Жидкостные ракетные двигатели: используют жидкое топливо и окислитель для генерации тяги. Этот тип двигателя обладает высоким удельным импульсом и позволяет точно регулировать тягу.
Твердотопливные ракетные двигатели: содержат твердое топливо, которое сгорает внутри них и создает тягу. Они имеют простую конструкцию и могут быть хранены в готовом состоянии длительное время.
Гибридные ракетные двигатели: сочетают в себе преимущества жидкостных и твердотопливных двигателей. Они используют твердое топливо и жидкий окислитель или наоборот, что обеспечивает более гибкое управление тягой.

Каждый тип ракетного двигателя имеет свои особенности и применяется в различных миссиях, в зависимости от требуемой функциональности и условий использования.

Твердотопливные ракеты: конфигурации

Читая описание для современных твердотопливных ракет, часто можно найти вот такое:

Здесь объясняется не только состав топлива, но и форма канала, пробуренного в центре топлива. «Перфорация в виде 11-конечной звезды» может выглядеть вот так:

Твердотопливные двигатели обладают тремя важными преимуществами:

простота
низкая стоимость
безопасность

Но есть и два недостатка:

тягу невозможно контролировать
после зажигания двигатель нельзя отключить или запустить повторно

Недостатки означают, что твердотопливные ракеты полезны для непродолжительных задач (ракеты) или систем ускорения. Если вам понадобится управлять двигателем, вам придется обратиться к системе жидкого топлива.

Ракетный двигатель: историческое развитие и современные технологии

История развития ракетных двигателей тесно связана с освоением космоса и исследованием внеземного пространства. С самого начала человечество стремилось осуществить полеты в космос, и ракетные двигатели стали ключевым элементом в этом процессе.

Первые работы по созданию ракетных двигателей ведут свои корни еще с древних времен. Греки и Китайцы использовали пневматические устройства и заряды пороха для достижения различных целей. Однако, история настоящего ракетного двигателя начинается в XX веке с разработки идеи о реактивной тяге.

Одним из родоначальников ракетных двигателей является немецкий инженер Вернер фон Браун. Во время Второй мировой войны он создал ракету V-2, первую баллистическую ракету с жидкостным ракетным двигателем. Дальнейшее развитие ракетной техники было связано с активными исследованиями в Советском Союзе и США.

Современные ракетные двигатели достигли впечатляющих технических характеристик и имеют ряд отличительных особенностей, которые позволяют им преодолевать огромные расстояния в космическом пространстве. Обычно они используют жидкое или твердое ракетное топливо, которое осуществляет продвижение ракеты. Также, существует различие между реактивным и ракетным двигателем.

Реактивный двигатель является общим термином, который описывает механизм, основанный на законе сохранения импульса. Он работает на основе выброса газа со значительной скоростью в противоположном направлении относительно движения тела. Примерами реактивных двигателей являются двигатели воздушных судов и реактивные двигатели ракет.

С другой стороны, ракетный двигатель — это тип реактивного двигателя, специально разработанный для использования в ракетах и космических аппаратах. Он обеспечивает ракете тягу, необходимую для преодоления гравитации Земли и попадания в космическое пространство. Ракетные двигатели бывают различных типов в зависимости от используемого топлива и конструкции.

Типы ракетных двигателей	Описание
Жидкостноракетный двигатель	Использует жидкое топливо и окислитель для создания высокой тяги. Топливо сжигается в камере сгорания, создавая приводящие в движение газы.
Твердотопливный ракетный двигатель	Имеет твердое топливо, которое горит и выделяет газы, создающие тягу. Топливо и окислитель смешиваются на этапе производства и образуют специальные гранулы, которые сгорают при включении двигателя.
Гибридный ракетный двигатель	Сочетает в себе черты жидкостного и твердотопливного ракетного двигателя. Он использует комбинацию жидкого окислителя и твердого топлива для создания тяги.
Ядерный ракетный двигатель	Использует ядерную реакцию для создания тяги. Ядерное топливо нагревается и испускает горячие газы, которые приводят в движение ракету.

Современные технологии продолжают совершенствовать ракетные двигатели, делая их более эффективными, компактными и мощными. Они играют ключевую роль в освоении космоса и развитии космических программ по всему миру.

Реактивные, турбореактивные двигатели, их виды и принцип работы

При всей своей мощи и кажущейся невероятной сложности – ракетные и турбореактивные двигатели на самом деле имеют довольно простой принцип работы.

Самым простым является ракетный двигатель. Начнем с него.

Для того, чтобы работать в условиях космоса, ракетные двигатели должны иметь собственный запас кислорода для обеспечения сжигания топлива. Топливо-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания, где происходит ее постоянное сжигание. Образующийся во время сгорания газ под очень большим давлением высвобождается наружу через сопло, создавая реактивную силу и заставляя ракетный двигатель, а вместе с ним и ракету двигаться в противоположном направлении. Наглдный пример реактивной силы в повседневной жизни это обычный воздушный шарик. Если его надуть и отпустить, не завязывая, то шарик будет двигаться за счет реактивной силы, создаваемой вылетающим из него воздухом.

Турбореактивный двигатель (ТРД)

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по тому же принципу, что и ракетный, за исключением того, что в нем сжигается атмосферный кислород.

Сходства: Топливо постоянно сжигается внутри камеры сгорания турбины. Освобождающийся через сопло газ создает реактивную силу.

Различия: На выходе из сопла установлены несколко ступеней турбины, закрепленные на общем валу. проходя через лопатки турбин газ приводит их во вращение. Между колесами турбин установлены неподвижные направляющие лопатки, которые придаю определенное направление потоку газа на пути ко следующей ступени (колесу) турбины, что создает более эффективое вращение.

Вместе с турбиной на едином валу в передней части двигателя установлен компрессор, который служит для сжатия и подачи воздуха в камеру сгорания.

Турбовинтовой двигатель (ТВД).

Принцип работы точно такой же как и у ТРД, за исключением того, что на валу перед компрессором установлен редуктор, приводящий во вращение воздушный винт с более низкими оборотами, чем турбина.Получение мощности, необходимой для вращения ротора компрессора и воздушного винта, обеспечивается турбиной с увеличенным числом ступеней, поэтому расширение газа в турбине происходит почти полностью и реактивная тяга, получаемая за счет реакции газовой струи, вытекающей из двигателя, составляет только 10–15% суммарной тяги, в то время как воздушный винт создает основное тяговое усилие (85–90%).

ТВД сочетают в себе преимущества ТРД на больших скоростях полета (способность создавать большую тягу при относительно небольшой массе и габаритах двигателя) и ПД на малых скоростях (низкие расходы топлива) и, обладая высокой топливной эффективностью, широко применяются в силовых установках имеющих большую грузоподъемность и дальность полета самолетов (летающих на скоростях 600–800 км/ч) и вертолетов.

Турбовентиляторный двигатель (ТВлД)

Этот двигатель является неким копромиссом между турбореактивным и турбовинтовым двигателем. У турбовентиляторного двигателя (ТВлД) на валу перед компрессором установлен вентилятор, имеющий большее количество лопаток, чем воздушный винт и обеспечивающий высокий расход воздуха через двигатель на всех скоростях полета, включая низкие скорости при взлете.

Будет ли карантин в школах подмосковья в ноябре
Как изменить структуру презентации кратко
Университет и институт что общего у этих понятий и чем они различаются 5 класс кратко
Обязательные требования к школьной парте мастеру предложили разработать проект парты выбери
Мотивация деятельности перед выходом на практику в доу

Твердотопливные ракеты: топливная смесь

Ракетные двигатели на твердом топливе — это первые двигатели, созданные человеком. Они были изобретены сотни лет назад в Китае и используются до сих пор. О красных бликах ракет поется в национальном гимне (написанном в начале 1800-х) — имеются в виду небольшие боевые ракеты на твердом топливе, используемые для доставки бомб или зажигательных устройств. Как видите, такие ракеты существуют уже давненько.

Идея, которая лежит в основе ракеты на твердом топливе, довольно проста. Вам нужно создать нечто, что будет быстро гореть, но не взрываться. Как вы знаете, порох не подходит. Оружейный порох на 75 % состоит из нитрата (селитры), 15 % угля и 10 % серы. В ракетном двигателе взрывы не нужны — нужно, чтобы топливо горело. Можно изменить смесь до 72 % нитрата, 24 % угля и 4 % серы. Вместо пороха вы получите ракетное топливо. Эта смесь будет быстро гореть, но не взорвется, если правильно ее загрузить. Вот типичная схема:

Скорость и мощность

Rакетный двигатель обеспечивает значительно большую скорость, поскольку не нуждается в воздухе для работы. Это позволяет ракете лететь со скоростью, превышающей скорость звука, и даже достигать космической скорости.
Реактивный двигатель работает в атмосфере и получает необходимый для работы кислород из воздуха. Он позволяет самолетам разгоняться до высоких скоростей, но ограничен скоростью звука.

Что касается мощности, ракетные двигатели обладают гораздо большей мощностью, поскольку они способны развивать огромную тягу. Реактивные двигатели также мощные, но их тяга ограничена воздушной средой и зависит от величины кислородного потока.

Таким образом, ракетные двигатели обеспечивают намного большую скорость и мощность, чем реактивные. Однако, это не делает реактивные двигатели менее важными, поскольку они широко применяются в авиации и имеют ряд преимуществ, таких как более высокая эффективность и длительность полета.