silnik odrzutowy

silnik odrzutowy,

silnik, w którym siła napędowa powstaje dzięki sile reakcji wytwarzanej przez wypływający z silnika czynnik roboczy (np. gorące spaliny, strumień jonów, plazmy);

przy rozprężaniu strumienia czynnika roboczego zachodzi zmiana jego pędu, co jest połączone z występowaniem siły reakcji (wg III zasady dynamiki Newtona; Newtona zasady dynamiki) działającej na silnik; ta siła jest zw. siłą ciągu lub ciągiem.

S.o. dzielą się na silniki przepływowe (przelotowe: strumieniowe, turboodrzutowe, pulsacyjne) i rakietowe. S.o. przelotowe korzystają z tlenu zawartego w atmosferze, natomiast do zasilania silnika rakietowego wykorzystuje się czynnik roboczy transportowany w pojeździe kosm. (rakiecie, sztucznym satelicie). Wśród s.o. najbardziej rozpowszechnione są s.o. spalinowe, czyli s.o., w których energię spalania zamienia się w energię kinet. gazów wylotowych, silniki te mogą być zarówno przelotowe (tlen do spalania paliwa pobierany z atmosfery), jak i rakietowe, zdolne do pracy w próżni kosmicznej. Podstawowe zespoły s.o. spalinowego to: komora spalania i dysza wylotowa (odrzutowa); we wszystkich s.o. spalinowych dysza wylotowa jest wykorzystywana do zamiany energii potencjalnej czynnika roboczego w energię kinet. strumienia wypływającego z dyszy; gazy spalinowe o wysokim ciśnieniu i temperaturze rozprężają się w dyszy wylotowej, zwiększając swoją objętość i obniżając ciśnienie i temperaturę. Sprawność silnika odrzutowego spalinowego zależy przede wszystkim od stosunku ciśnienia w komorze spalania do ciśnienia na wylocie z dyszy.

Silnik rakietowy,

s.o., którego czynnik roboczy (np. gaz, spaliny, strumień jonów lub plazmy) znajduje się w napędzanym obiekcie (pocisku rakietowym, rakiecie, statku kosm.); ciąg jest wytwarzany przez przyspieszenie czynnika roboczego lub produktów jego rozkładu. W silnikach rakietowych spalinowych (zw. chemicznymi, gdyż gazowy czynnik roboczy powstaje w wyniku reakcji chem.) tlen potrzebny do spalania paliwa pochodzi z utleniaczy będących składnikami rakietowych materiałów pędnych, znajdujących się w zbiornikach lub silniku napędzanego obiektu. Spalinowe silniki rakietowe stosuje się gł. do napędu rakiet nośnych, statków i sond kosm. oraz pocisków rakietowych, rzadko do wspomagania startu samolotów wojsk. — jako krótko działające silniki pomocnicze. W silnikach rakietowych na ciekły materiał pędny oba składniki materiału pędnego znajdują się w stanie ciekłym; paliwo i utleniacz są podawane pod dużym ciśnieniem do komory spalania, gdzie po zmieszaniu ulegają spaleniu; wytworzone produkty o wysokiej temperaturze podczas rozprężania w dyszy silnika są przyspieszane i wytwarzają ciąg. Silniki na ciekłe materiały pędne są ob. najbardziej wydajnymi spalinowymi silnikami rakietowymi. Najbardziej wydajne są silniki zasilane ciekłym wodorem i ciekłym tlenem. W silnikach rakietowych na stały materiał pędny w komorze spalania jest umieszczony materiał w stanie stałym, a spalanie specjalnie uformowanego ładunku powoduje wydzielanie gazowego czynnika roboczego; raz uruchomiony silnik pracuje aż do wypalenia ładunku. W silniku rakietowym hybrydowym jeden składnik materiałów pędnych jest w stanie stałym, a drugi w ciekłym. Inne rodzaje silników rakietowych są rzadko stosowane lub są w stadium projektów i prób. W silniku rakietowym elektrycznym do wytworzenia ciągu jest wykorzystywany prąd elektr., najczęściej pochodzący z baterii słonecznych; rozróżnia się rakietowe silniki elektr.: jonowe, termiczne, plazmowe. Silniki jonowe już są używane do napędu sond kosm.; mają one niewielkie ciągi, ale mogą działać bardzo długo; siła ciągu zostaje uzyskana wskutek przyspieszenia zjonizowanego argonu lub ksenonu w polu elektr.; po opuszczeniu silnika czynnik roboczy jest neutralizowany za pomocą wiązki elektronów. W silniku jądrowym reaktor jądr. stanowiłby źródło ciepła dla chłodzącego go gazu (czynnika roboczego), który by się rozprężał w dyszy silnika. Silnik rakietowy gazowy do wytworzenia siły odrzutu wykorzystuje rozprężanie gazu (najczęściej azotu) zmagazynowanego pod wysokim ciśnieniem. Szybki rozwój silników rakietowych datuje sie od lat 20 i 30. XX w. (rakieta).

Silnik strumieniowy,

s.o. (bezsprężarkowy) złożony z dyfuzora wlotowego, komory spalania i dyszy wylotowej; podczas lotu powietrze wpływa do silnika przez dyfuzor wlotowy (otwarty w kierunku lotu) i zmniejsza w nim swoją prędkość, dzięki czemu wzrasta jego ciśnienie; w komorze spalania następuje wtrysk i spalanie paliwa w strumieniu przepływającego powietrza, a powstające gazy spalinowe o wysokiej temperaturze rozprężają się i wypływają na zewnątrz przez dyszę, dając ciąg (siłę odrzutu); silniki strumieniowe stosuje się gł. w niektórych pociskach sterowanych. Silnik strumieniowy z naddźwiękową komorą spalania (Scramjet) ma być podstawowym napędem przyszłościowym samolotów kosmicznych. Silnik strumieniowy pracuje efektywnie dopiero przy prędkościach naddźwiękowych, dlatego do startu pojazdów napędzanych takim silnikiem konieczne jest zastosowanie innego silnika, np. turboodrzutowego lub rakietowego.

Silnik turboodrzutowy (turbinowy s.o. przelotowy),

silnik lotn. przelotowy (o otwartym obiegu) zawierający turbinę spalinową; rozróżnia się s.t. jednoprzepływowe (zw. najczęściej s.t.) i dwuprzepływowe. W silniku jednoprzepływowym całość powietrza dopływającego do silnika przepływa przez sprężarkę do komory spalania; silnik składa się z dyfuzora wlotowego, sprężarki, komory spalania, turbiny gazowej oraz dyszy wylotowej. Powietrze wpływa podczas lotu przez odpowiednio ukształtowany dyfuzor wlotowy (wlot otwarty w kierunku lotu) i zmniejsza w nim swoją prędkość, dzięki czemu wzrasta jego ciśnienie; w sprężarce strumień powietrza ulega dalszemu sprężeniu, po czym jest kierowany do komory spalania (zasilanej przez wtryskiwacze ciekłym paliwem); powstające w komorze gorące spaliny rozprężają się częściowo w turbinie, a częściowo w dyszy wylotowej, wytwarzając ciąg (siłę odrzutu); turbina napędza sprężarkę. W silniku dwuprzepływowym powietrze doprowadzone do silnika przepływa przez 2 współosiowe kanały (wewn. i zewn.); w przedniej części silnika znajduje się dyfuzor wlotowy i sprężarka niskiego ciśnienia (lub wentylator) przez które przepływa cały strumień powietrza. Za sprężarką niskiego ciśnienia znajduje się druga sprężarka, która dodatkowo spręża powietrze strumienia wewn. i przetłacza je do komory spalania gdzie rozpylane przez wtryskiwacze paliwo ciekłe ulega spaleniu wytwarzając spaliny o wysokiej temperaturze; spaliny rozprężają się w wielostopniowych turbinach i napędzają sprężarki, następnie uchodzą na zewnątrz przez dyszę wylotową, dając ciąg; dodatkowy ciąg uzyskuje się poprzez rozprężenie powietrza (rzadziej spalin) wypływającego z kanału zewnętrznego. W zależności od zastosowania silniki dwuprzepływowe mają różny stopień dwuprzepływowości (stosunek masy powietrza przepływającego przez kanał zewn. do masy powietrza przepływającego przez kanał wewn.), silniki o dużym stopniu dwuprzepływowości (5 : 1 i więcej) są stosowane do napędu samolotów komunik. i transport., o małym (1 : 1 i mniej) — do samolotów wojsk.; silniki o dużym stopniu dwuprzepływowości (zw. silnikami wentylatorowymi) charakteryzują się bardzo dużymi ciągami oraz niskim jednostkowym zużyciem paliwa (wysoką sprawnością). Silniki wentylatorowe są stosowane w samolotach o poddźwiękowej prędkości lotu, podczas gdy silniki o małym stopniu dwuprzepływowości mogą być stosowane w samolotach naddźwiękowych (wówczas spalanie paliwa może być realizowane w obu kanałach). Patent na silniki turboodrzutowe uzyskał 1930 bryt. konstruktor F. Whittle, który 1939 przeprowadził pierwszą próbę takiego silnika. Pierwszym samolotem z silnikiem turboodrzutowym był 1939 niem. samolot Heinkel He-178. Silniki turboodrzutowe są ob. podstawowym rodzajem napędu samolotów komunik. i wojsk. o prędkości okołodźwiękowej i naddźwiękowej.

Silnik pulsacyjny,

s.o. przelotowy (bezsprężarkowy) z jednokierunkowymi zaworami mech. lub bezwładnościowymi aerodynamicznymi umieszczonymi na wlocie powietrza; paliwo jest wtryskiwane do komory spalania, w której po wymieszaniu z powietrzem jest zapalane od resztek spalin pozostałych z poprzedniego cyklu; w wyniku wzrostu ciśnienia, spowodowanego spalaniem, zawory jednokierunkowe zamykają się i następuje wypływ spalin z dyszy silnika, wskutek czego w komorze spalania wytwarza się podciśnienie, otwierają się zawory i cykl powtarza się. Silniki pulsacyjne były stosowane podczas II wojny światowej do napędu samolotów-pocisków V-1, ob. niekiedy np. do napędu modeli lotniczych.