Silnik reakcji: Czy wiesz, jaki to rodzaj silnika?
Silnik reakcyjny to rodzaj silnika spalinowego, który wykorzystuje reaktywne działanie substancji opuszczającej silnik do poruszania go w przeciwnym kierunku (prawo akcji i reakcji).
W tym artykule pokrótce przeanalizujemy, jak działa silnik reakcji, jego historię i możliwe typy.
Treść
Historia silnika reakcyjnego w pigułce
Pierwsze podstawy do realizacji silników reakcyjnych przyniósł w 1903 roku Konstantin Eduardowicz Ciołkowski. Następnie, w 1915 roku, stworzył schemat rakietowy, którego zasada jest używana do dziś. Jednak silniki reakcyjne zwróciły na siebie uwagę dopiero w latach międzywojennych, kiedy najwięcej uwagi poświęcili im Niemcy, Amerykanie i Rosjanie.
W Niemczech, po pierwszych testach z proszkowymi silnikami rakietowymi, konstruktorzy postanowili rozpocząć testy z ciekłymi silnikami rakietowymi. Pierwszą udaną próbę przeprowadzono w 1925 roku na reakcyjnym silniku rakietowym zamontowanym w samochodzie Opel, który osiągnął niespotykaną wówczas prędkość 238 km/h. Wszystkie te próby i eksperymenty doprowadziły do powstania niemieckiego programu rakietowego.
Jednak silniki reakcyjne osiągnęły największy rozkwit w czasie drugiej wojny światowej. Największe postępy w rozwoju silników reakcyjnych osiągnięto w czasie wojny. Ponadto skonstruowano nowoczesne silniki rakietowe napędzające pociski balistyczne V1 i V2. Silniki te zostały zbudowane w Niemczech.
W oparciu o badania niemieckie z okresu II wojny światowej, w kolejnych latach powojennych realizowano inne projekty silników reakcyjnych. Po drugiej wojnie światowej rozpoczął się wyścig o zdobycie kosmosu i wyścig zbrojeń. Wielu niemieckich naukowców zostało zaproszonych do USA do pracy nad programem kosmicznym Apollo w zamian za ułaskawienie zbrodni wojennych.
Obecnie silnik reakcyjny jest podstawą napędu większości samolotów i technologii kosmicznych. Do najnowocześniejszych obecnie silników reakcyjnych można zaliczyć silniki ciągu z naddźwiękowym przepływem wewnętrznym, jonowe silniki rakietowe oraz laserowe silniki reakcyjne.
Silniki reakcji i ich rodzaje:
- Silnik rakietowy
- Silnik reakcyjny
- Silnik ciągu
- Silnik pulsacyjny
- Silnik hydroodrzutowy
- Silnik jonowy
Do najczęściej stosowanych silników reakcyjnych możemy zaliczyć silniki odrzutowe lub rakietowe.
Silnik rakietowy:
Silnik rakietowy to silnik reaktywny, na którego działanie nie ma wpływu środowisko zewnętrzne, dzięki temu, że w swoim zbiorniku przewozi paliwo i utleniacz. Silnik rakietowy działa na zasadzie akcji i reakcji. Podczas spalania substancji roboczej powstają gazy spalinowe, które z dużą prędkością opuszczają dyszę wylotową silnika.
Silnik rakietowy: jaki to rodzaj silnika spalinowego?
Efekt reakcji spalin działa zatem na silnik z siłą skierowaną w przeciwnym kierunku, a tym samym również na maszynę połączoną z silnikiem. Mówiąc najprościej, maszyna, do której przymocowany jest ten silnik, jest napędzana w kierunku przeciwnym do kierunku, w którym spaliny opuszczają króciec wylotowy silnika.
Ponieważ silnik ten przenosi swoje źródło energii, może również pracować w przestrzeni kosmicznej (próżnia). Obecnie najczęściej stosowane silniki rakietowe są zasilane paliwem stałym lub płynnym.
Silnik odrzutowy:
Silnik odrzutowy to rodzaj silnika reakcyjnego, który jest używany głównie w lotnictwie. Ten typ silnika działa na zasadzie akcji i reakcji, podobnie jak silnik rakietowy, co oznacza, że spaliny wychodzące z silnika wywierają na silnik siłę w przeciwnym kierunku, popychając go do przodu.
W przedniej części silnika odrzutowego znajduje się urządzenie wlotowe, przez które do silnika doprowadzane jest powietrze, które jest zasysane i sprężane przez sprężarkę. Powietrze po sprężeniu zostaje ogrzane i trafia do komory spalania, gdzie wtryskiwane jest paliwo.
Po zapaleniu mieszanki uwalniana jest energia cieplna i gorące gazy, które opuszczają komorę spalania i obracają turbinę z tyłu silnika. To wytwarza wysokie ciśnienie za turbiną, przekształcając energię cieplną w energię kinetyczną, która wytwarza ciąg silnika.
Silnik ciągu:
Silnik ciągu jest konstrukcyjnie najprostszym typem silnika reakcyjnego. Ten typ silnika składa się ze zwężonej i otwartej rury na obu końcach. Powietrze dostaje się do silnika przez ciąg podczas lotu. Wchodząc do silnika, powietrze zwalnia, zwiększając swoje ciśnienie.
Paliwo jest następnie wtryskiwane do sprężonego powietrza. Spalanie mieszanki wytwarza wysoką temperaturę i ciśnienie, a spaliny zaczynają opuszczać silnik przez zwężony wylot, który napędza silnik do przodu.
Silnik pulsacyjny:
Silnik pulsacyjny to silnik reaktywny, który do pracy wykorzystuje częstotliwości rezonansowe gazu w dyszy wylotowej. W przedniej części wlotu powietrza do silnika znajduje się dyfuzor. Za dyfuzorem znajduje się komora mieszania, która dodaje paliwo do strumienia powietrza.
Mieszanina ta trafia do komory spalania, która jest oddzielona od komory mieszania zaworami. Po zapaleniu mieszanki w komorze spalania gazy wpływają do dyszy silnika, co zapewnia jego napęd do przodu. Silnik pulsacyjny został po raz pierwszy zastosowany seryjnie w niemieckich rakietach V-1 podczas II wojny światowej.
Silnik jonowy:
Podobnie jak silnik rakietowy, silnik jonowy przenosi swoje źródło energii na pokład. Jednak w przeciwieństwie do silnika rakietowego silnik jonowy działa na zasadzie elektrycznej.
Mimo, że silnik reakcyjny nie jest używany do napędzania samochodów, jest, a raczej kilku szaleńców, którzy wyposażyli swoje samochody w ten silnik. Niektóre z nich zdobyły nawet ironiczną Nagrodę Darwina.
Silnik reakcji i Nagroda Darwina:
Nagroda Darwina to nagroda za najdziwniejszą śmierć spowodowaną ludzką głupotą. Jest to więc swego rodzaju ironiczna nagroda dla ludzi, którzy przyczynili się do poprawy puli genów człowieka usuwając się z niej dobrowolnie i swoją głupotą.
Jedna Nagroda Darwina trafiła do gościa o nazwisku Wile E. Coyote, który pewnego pięknego dnia postanowił zainstalować silnik rakietowy (rakietę JATO) w swoim Chevy Impala. Rakiety te służą przeciążonym samolotom transportowym do startu z bardzo krótkiego obszaru. Dla porównania, sześć takich rakiet pozwoli 70-tonowemu samolotowi wystartować na obszarze długości boiska piłkarskiego. Ale co taka rakieta może zrobić z samochodem ważącym około 2 ton i dlaczego by jej nie wypróbować?
Gdy rakieta została zamontowana na dachu Impala, facet postanowił znaleźć wystarczająco długi odcinek autostrady na pustyni w Arizonie. Po dłuższych poszukiwaniach natknął się na trzykilometrowy odcinek bez ani jednego zakrętu. Znajdował się na końcu tego rozdziału. Więc świnka morska wsiadła do samochodu i bez zastanowienia odpaliła rakietę.
Policja bardzo łatwo znalazła miejsce pożaru, ponieważ na drodze nie było asfaltu. W końcu ciepło z silnika je stopiło. Po pięciu sekundach, gdy rakieta rozwinęła swój maksymalny ciąg, facet już pędził swoją Impalą z prędkością 560 km/h i cały czas przyspieszał.
Pełny ciąg rakiety popchnął samochód dalej, a kiedy stało się jasne, że wybrany odcinek autostrady jest za krótki, kierowca samochodu zdecydował się rozpocząć hamowanie. Jednak to się nie powiodło, ponieważ zarówno opony, jak i hamulce spłonęły, a Impala wzbił się w powietrze, a rakieta napędzała go dalej i dalej.
Kierowca samochodu stał się pilotem, który uderzył w skałę na wysokości 38 metrów. Znajdował się na końcu trzykilometrowej prostej. Po przybyciu na miejsce policja znalazła głęboki na metr krater w skale, w który wbił się nieszczęsny mężczyzna, a tylko kilka kości, zębów i gwoździ zostało osadzonych w kierownicy znalezionej na miejscu katastrofy.