Наши обыкновенные авиационные двигатели обладают известными особенностями и недостатками, заставляющими нас искать новые виды двигателей, коренным образом отличающиеся от применяемых в настоящее время.

Такими новыми видами двигателей являются реактивные двигатели и газовые турбины. Между этими двумя видами машин располагается еще целый ряд комбинаций их. Такими являются: реактивные винты; двигатели, в которых используется тепло отходящих газов или их давление для получения добавочной реактивной силы; затем газовые турбины, работающие отходящими газами двигателя и нагнетающие, будучи сцепленными с центробежным нагнетателем, воздух для питания двигателя или же приводящие в движение особый винт. В последнее время между реактивными двигателями стали выделяться так называемые воздушные реактивные двигатели. Под этим названием об'единяются два вида двигателей, а именно: в одном виде кислород или другой окислитель для поддержания горения не берут с собою, а впускают в прибор или нагнетают в него наружный атмосферный воздух, который и служит в дальнейшем для сгорания; в другом — атмосферный воздух смешивается с готовыми продуктами сгорания разными методами с целью уменьшения потерь от выходящих газов, которые уносят с собою много тепла и кинетической энергии.

К первому виду двигателей относятся двигатели известного французского конструктора Ренэ Лоррена, Три вида этих двигателей показаны на черт. 1—3.

Примечание. При Центральном совете Осоавиахима образована группа по изучению реактивных двигателей, сокращенное название которой ГИРД. Всех, работающих в области реактивных двигателей или интересующихся ими, а также желающих работать в данной области, которая может считаться областью, способной подготовить звездоплавание, просят сообщить свои адреса по адресу: Москва, Никольская, дом 27. Центральный совет. Осоавиахима. Секретарю ГИДРа т. Фортикову И. П.

На черт. 1 показан простой воздушный реактивный двигатель постоянного горения. Воздух входит через переднюю часть А в прибор, сжимается в нем около месте В, затем смешивается у С с горючим, выходящим из жиклеров, и зажигается. Продукты сгорания при выходе из прибора расширяются до атмосферного давления и приобретают более значительную скорость, достигая в точке D критической скорости, равной скорости звука для горячего состояния газов, и толкают прибор вперед.

Черт. 1

,

Разновидность воздушного реактивного двигателя постоянного горения показана на черт. 2. В этом приборе Е представляет центробежный или поршневой нагнетатель. Если в первом приборе кинетическая энергия встречного воздуха, превращаясь струйным путей в потенциальную энергию, содержащуюся в сжатом воздухе, теряет только часть живой силы вследствие трения и уменьшает полезное осевое давление, получаемое от прибора, то у этого прибора вся или почти вся живая сила, которой обладает воздух, входящий в прибор, уничтожается; поэтому этот последний применим лишь при меньших скоростях полета, когда живая сила встречного воздуха еще не играет большой роли. Часть живой силы встречного воздуха может быть использована лишь в случае, если строить наполовину центробежный, наполовину аксиальный нагнетатель для сжатия воздуха.

Но все же реактивные двигатели по схеме черт. 2 будут иметь и при малых скоростях полета обыкновенных самолетов лишь малый коэфициент полезного действия вследствие большой скорости истечения, кинетическая энергия которого используется лишь в незначительной мере.

Черт. 2.

На черт. 3 показан реактивный двигатель, в котором нагнетатель Е подает сжатый воздух в камеру сгорания Н не беспрерывно, а периодически. Смесь зажигается свечей G и продукты сгорания периодически вырываются из дюзы J. Клапан F впускает новую порцию смеси в камеру сгорания лишь тогда, когда давление в пространство сгорания делается меньше давления, имеющегося в пространстве за нагнетателем.

В случае если нагнетатель не центробежный, а поршневой, клапан регулируется при помощи распределительного механизма.

Камера сгорания, в которой давление и температура колеблются, легче охлаждается, чем камера приборов с постоянным горением; но при колеблющемся давлении при одном и том же среднем давлении струи напряжения в стенках ракеты будут больше, чем при постоянном давлении. Легко доказать, что количество затрачиваемой энергии при этом меньше.

Кинетическая энергия струи пропорциональна квадрату относительной скорости, а импульс силы, пропорциональный полезной работе, пропорционален лишь первой степени этой скорости.

Пусть означает:

w — относительную скорость, которую приобретают частицы продуктов сгорания внутри раструба реактивного прибора;

dm — бесконечную малую массу, которая в данный момент приобрела скорость w;

Р — давление струи для данного момента времени;

dt — элемент времени;

С — скорость полета;

L — полезную работу, совершенную за промежуток времени t;

Е — работу, затраченную на ускорение продуктов сгорания;

М — всю расходованную массу продуктов сгорания.

При ряде последовательных взрывов (черт. 3) частицы газа, истекающие из раструба, при большем давлении на см² в пространстве сгорания будут иметь и большую скорость. По мере уменьшения давления скорость истечения уменьшится, дойдя к концу цикла почти до нуля. Общая работа, затраченная на ускорение, равна живой силе:

Полезная же работа на продвижение реактивного прибора вперед равна для одного цикла продолжительности t:

По закону импульса силы имеем:

Подстановкою из (2) в (3) получаем:

Обозначим все величины для случая, в котором скорость истечения w не меняется, индексом m.

Тогда получаем из (1):

Рассмотрим теперь два случая: с постоянным давлением (чер. 2) и с переменным давлением в камере сгорания (черт. 3). Пусть полезная работа, совершенная при данной скорости полота, в обоих случаях одинакова, т. е. имеем:

Докажем, что кинетическая энергия, которую необходимо развивать при постоянной скорости истечения E_m, меньше, нежели кинетическая энергия Е для случая переменного w. Среднюю скорость истечения, которая при том же расходе продуктов сгорания дала бы живую силу Е, обозначим буквою w. Тогда

Сравним формулы (6) и (8). Ввиду того, что малые значения w мало уменьшают интеграл , а большие w его сильно увеличивают, w₁ получается всегда большим, чем w_m.

Покажем это еще на примере. Пусть скорость истечения пропорциональна массе, уже выброшенной с начала цикла, т. е.

Здесь К — коэфициент пропорциональности.

Подстановкой в формулы (6) и (8) находим:

Черт 3

Взяв отношение формул (1) к (7) и подставив W_m W₁ из формул (10) и (11) получаем:

Видим, что количество энергии, которое необходимо сообщать продуктам сгорания при постоянной и переменной скоростях, относится, как 3 к 4.

В случае, если половина массы истекает со скоростью, в n раз большей, чем скорость истечения второй половины, то получаем:

Отсюда видим, что приборы с постоянной скоростью истечения будут в общем более выгодными, чем приборы с переменной скоростью.

Двигатели, предложенные Лорреном, могут быть в сильнейшей степени улучшены введением кругового рабочего цикла, как это будет показано в дальнейшем изложении.

При тщательной проработке проектов реактивных двигателей можно обойти большое количество недостатков, которыми обладают наши авиационные двигатели.