Прямоточні двигуни (ПД) – це повітряно-реактивні двигуни, які працюють без будь-яких великих рухомих частин. Це перше, що робить їх напрочуд простими. Вам не потрібні турбіни. Вам не потрібні компресори, що обертаються з тисячами обертів за хвилину. Натомість двигун повністю покладається на швидкість польоту літака для захоплення повітря. Спеціально сконструйований повітрозабірник бере на себе основну роботу: він стискає повітря ще до того, як потрапляє в камеру згоряння.
Такий дизайн змінює всю фізику потягу. Як тільки паливо впорскується в двигун і займається, процес стає самопідтримується. Гарячі вихлопні гази з швидкістю викидаються назад. Ця реакція створює тягу, що штовхає вперед. Це третій закон Ньютона у його чистій формі. Але є одне суттєве обмеження.
Відсутність статичної тяги
Прямоточні двигуни розвивають нульову тягу, перебуваючи у нерухомому стані. Вони не можуть стояти на злітно-посадковій смузі і кермувати. Вони не можуть злетіти самостійно. Повітрозабірник необхідний потік повітря з високою швидкістю, щоб достатньо стиснути повітря для виникнення процесу горіння. Без цієї швидкості двигун є просто металевою трубою з вогнем всередині.
Саме тому їх запуску потрібен специфічний метод. Потрібний розгін.
Швидкість має значення
Ці двигуни найкраще працюють на високих швидкостях. Йдеться про швидкість від Маху 2 та вище. Вдвічі швидше за швидкість звуку. Нижче цього порога стиск повітря зазвичай недостатньо підтримки стабільного горіння. Геометрія повітрозабірника розрахована на умови надзвукового чи гіперзвукового польоту. У разі зниження швидкості він працює погано.
Це обмеження визначає їх роль. Вони не призначені для цивільної авіації. Вони призначені для ракет. Вони призначені для експериментальних літаків високої швидкості. Вони призначені для проектів, де швидкість є єдиним важливим показником.
Перший політ
Апарат Leduc 0.10 носить звання першого літака, що здійснив політ виключно на тязі прямоточного двигуна. Він був побудований у Франції. Дата польоту – 21 квітня 1949 року. Однак він не злетів із злітно-посадкової смуги. Його запустили з іншого літака. Літак-носій скинув його або буксирував його у повітрі на достатній швидкості. Як тільки цієї швидкості було досягнуто, прямоточний двигун запускався. Апарат летів.
Цей метод запуску є стандартним для транспортних засобів із прямоточними двигунами. Ви розганяєте апарат до високої швидкості за допомогою звичайних засобів. Потім ви перемикаєте на прямоточний двигун. Двигун бере керування на себе. Апарат продовжує прискорюватись або підтримувати свою високу швидкість.
Порівняння з турбореактивними двигунами
Турбореактивні двигуни (ТРД) є очевидною альтернативою. Вони мають компресори. Вони мають турбіни. У них є частини, що рухаються. Ця складність дозволяє створювати статичну тягу. Вони можуть бути на землі і виробляти потужність. Вони можуть кермувати. Вони можуть злітати самостійно.
Але вони важчі. Вони складніші в обслуговуванні. У них більше крапок відмови. Прямоточні двигуни позбавляють всього цього. Вони легені. Вони прості. Вони надійні. Але вони залежить від швидкості. Вони залежить від розгону.
Компроміс очевидний. Ви жертвуєте універсальністю заради ефективності на високих швидкостях. Якщо ви можете розігнати апарат до достатньої швидкості, прямоточний двигун стає дивом інженерної думки. Він перетворює аеродинамічний опір високошвидкісного польоту на механізм, що приводить двигун у дію. Це елегантне вирішення конкретної проблеми.
Проблема залишається у запуску. Як розігнатися до Маху 2 без двигуна, який працює на швидкості Маху 2?
