Прямоточные двигатели (ПД) — это воздушно-реактивные двигатели, которые работают без каких-либо крупных движущихся частей. Это первое, что делает их удивительно простыми. Вам не нужны турбины. Вам не нужны компрессоры, вращающиеся с тысячами оборотов в минуту. Вместо этого двигатель полностью полагается на скорость полета самолета для захвата воздуха. Специально сконструированный воздухозаборник берет на себя основную работу: он сжимает воздух еще до того, как он попадает в камеру сгорания.
Такой дизайн меняет всю физику тяги. Как только топливо впрыскивается в двигатель и воспламеняется, процесс становится самоподдерживающимся. Горячие выхлопные газы с высокой скоростью выбрасываются назад. Эта реакция создает тягу, толкающую вперед. Это третий закон Ньютона в его чистейшей форме. Но есть одно существенное ограничение.
Отсутствие статической тяги
Прямоточные двигатели развивают нулевую тягу, находясь в неподвижном состоянии. Они не могут стоять на взлетно-посадочной полосе и рулить. Они не могут взлететь самостоятельно. Воздухозаборнику необходим поток воздуха с высокой скоростью, чтобы достаточно сжать воздух для возникновения процесса горения. Без этой скорости двигатель представляет собой просто металлическую трубу с огнем внутри.
Именно поэтому для их запуска требуется специфический метод. Нужен разгон.
Скорость имеет значение
Эти двигатели лучше всего работают на высоких скоростях. Речь идет о скорости от Маха 2 и выше. Вдвое быстрее скорости звука. Ниже этого порога сжатие воздуха обычно недостаточно для поддержания стабильного горения. Геометрия воздухозаборника рассчитана на условия сверхзвукового или гиперзвукового полета. При снижении скорости он работает плохо.
Это ограничение определяет их роль. Они не предназначены для гражданской авиации. Они предназначены для ракет. Они предназначены для экспериментальных самолетов высокой скорости. Они предназначены для проектов, где скорость является единственным важным показателем.
Первый полет
Аппарат Leduc 0.10 носит звание первого самолета, совершившего полет исключительно на тяге прямоточного двигателя. Он был построен во Франции. Дата полета — 21 апреля 1949 года. Однако он не взлетел с взлетно-посадочной полосы. Его запустили с другого самолета. Самолет-носитель сбросил его или буксировал его в воздухе на достаточной скорости. Как только эта скорость была достигнута, прямоточный двигатель запускался. Аппарат летел.
Этот метод запуска является стандартным для транспортных средств с прямоточными двигателями. Вы разгоняете аппарат до высокой скорости с помощью обычных средств. Затем вы переключаетесь на прямоточный двигатель. Двигатель берет управление на себя. Аппарат продолжает ускоряться или поддерживать свою высокую скорость.
Сравнение с турбореактивными двигателями
Турбореактивные двигатели (ТРД) являются очевидной альтернативой. У них есть компрессоры. У них есть турбины. У них есть движущиеся части. Эта сложность позволяет им создавать статическую тягу. Они могут находиться на земле и вырабатывать мощность. Они могут рулить. Они могут взлетать самостоятельно.
Но они тяжелее. Они сложнее в обслуживании. У них больше точек отказа. Прямоточные двигатели избавляют от всего этого. Они легкие. Они простые. Они надежные. Но они зависят от скорости. Они зависят от разгона.
Компромисс очевиден. Вы жертвуете универсальностью ради эффективности на высоких скоростях. Если вы можете разогнать аппарат до достаточной скорости, прямоточный двигатель становится чудом инженерной мысли. Он превращает аэродинамическое сопротивление высокоскоростного полета в механизм, приводящий двигатель в действие. Это элегантное решение конкретной проблемы.
Проблема остается в запуске. Как разогнаться до Маха 2 без двигателя, который работает на скорости Маха 2?
