Как летают реактивные самолеты

Реактивные самолеты впечатляют техническим совершенством и функциональными возможностями. Они быстро набирают высоту и развивают большие крейсерские скорости, совершают дальние полеты без дозаправки, отличаются плавным ходом и маневренностью. Летательные аппараты такого типа способны совершать вертикальный взлет и посадку, летать в разных погодных условиях и выполнять всевозможные задачи – от пассажирских перелетов до освоения космоса.
Возможно, вы слышали, как реактивные самолеты называют основой современной авиации. Они действительно составляют львиную долю в гражданской и военной авиации. На них совершают коммерческие полеты и воздушные грузоперевозки, боевые операции и научные исследования. И хотя на первый взгляд реактивные самолеты выглядят, как и остальные воздушные суда с крыльями, фюзеляжем и хвостовым оперением, в их конструкции и функционале есть существенные отличия.

Чем отличаются реактивные самолеты?

Главное отличие таких машин заключается в использовании в качестве силовых установок воздушно-реактивных двигателей. Это могут быть турбореактивные, прямоточные, пульсирующие и другие вариации, вплоть до ракетных двигателей. Визуально реактивные самолеты отличаются от аппаратов с турбовинтовыми двигателями отсутствием видимых пропеллеров и наличием характерных для них двигательных гондол или воздухозаборников, размещенных под крыльями или в хвостовой части.
Отличия в конструкции влияют и на летно-технические характеристики машин. Хотя параметры во многом зависят от производителя и модели, обычно реактивные самолеты выигрывают у аппаратов без реактивных двигателей. Причем это преимущество касается и скорости, и высоты полета, и даже эффективности использования топлива в условиях больших высот и длительных полетов.
Принцип реактивного движения в целом более эффективен, чем использование винтов – особенно на высоких скоростях, когда возрастает влияние аэродинамических ограничений. Хотя турбовинтовые самолеты более эффективны при взлете и посадке, реактивные модели оказываются более экономичными, когда находятся длительное время на крейсерской высоте.

Компоненты воздушно-реактивного двигателя

В состав силовых установок этого типа входят:

компрессор – для втягивания воздушного потока;
камера внутреннего сгорания (чаще всего – кольцевой формы) – в ней создается и сгорает топливно-воздушная смесь;
турбина – нужна для извлечения механической энергии из раскаленных газов, которые проходят через ее лопатки (за счет этой энергии приводятся в движение компрессор и дополнительные системы силовой установки);
сопло – отвечает за преобразование внутренней энергии в кинетическую, т.е. за создание «движущей силы».

Слаженная работа этих компонентов создает на выходе мощную реактивную струю, которая обеспечивает летательному аппарату огромную скорость. В частности, благодаря реактивным двигателям современные лайнеры летают со скоростью до 800 км/ч. Более того, мощность реактивных самолетов позволяет выводить с их помощью ракеты в околоземное пространство.
Для большей эффективности турбореактивные двигатели часто оснащают форсажными камерами, регулируемыми и поворотными соплами. Форсажная камера находится между турбиной и соплом. Когда воздушное судно идет на форсаж, в ней сжигается дополнительное горючее. В результате значительно увеличивается тяга и скорость полета (или скорость набора высоты).
Регулируемые сопла способны менять свою геометрию и позволяют достигать оптимальных условий для работы двигателя при различных рабочих режимах. Под управлением пилота или автоматической системы они настраиваются на дозвуковую или сверхзвуковую скорость выхода реактивной струи. Поворотные сопла применяют в военной авиации для повышения маневренности, осуществления вертикальных взлетов и посадок.

Принцип работы

Чтобы привести самолет в движение, воздушно-реактивный двигатель использует цикл Брайтона:

засасывает воздух в передней части, используя вентилятор и компрессор;
сжимает его в компрессоре вместе с авиакеросином и подает через статор в камеру сгорания;
обеспечивает управляемое воспламенение и высокоэнергетическое горение смеси;
после ее сгорания с огромной скоростью выбрасывает поток образующихся раскаленных газов назад, толкая колесо турбины.

Так создается реактивная тяга, с огромной силой толкающая летательный аппарат вперед. Если попробовать еще проще объяснить, как летают реактивные самолеты, можно сопоставить их с надутым и отпущенным воздушным шариком. Когда из шарика быстро выходит поток воздуха, сам шарик летит в противоположном направлении. Аналогично реактивная струя заставляет самолет двигаться вперед. С точки зрения физики эти явления объясняются законом сохранения импульса и 3 законом Ньютона.
Воздух, проходя над изогнутой поверхностью крыла, создает разницу давлений и обеспечивает подъемную силу, за счет которой воздушное судно удерживается в воздухе. Частично энергия раскаленных газов идет на вращение турбины. Она же обеспечивает движение компрессора для непрерывной работы двигателя. При этом большая часть реактивной тяги создается благодаря сгоранию топлива, а не за счет втягивания большого объема воздуха.
Хотя общий алгоритм того, как работает реактивный самолет, кажется простым и понятным, устройство двигателя и остальных частей таких летательных аппаратов довольно сложное и базируется на высокоточных расчетах. Современные реактивные самолеты чаще всего работают на 2-контурных турбореактивных двигателях. Их конструкция позволяет перемещать дополнительную массу воздуха на внешнем контуре. Засасываемый воздух вначале оказывается в компрессоре низкого давления – вентиляторе, а затем делится на 2 потока. Один из них идет в обход камеры сгорания во внешний контур и создает в сопле реактивную струю, а второй – следует по стандартному пути через внутренний контур.

Выводы

Реактивные самолеты летают быстро и высоко, маневренно и плавно. Они способны преодолевать большие расстояния и решать различные задачи. В частности, 2-местные модели отлично подходят для увлекательных туристических полетов. Чтобы оценить потенциал и преимущества таких машин на деле, предлагаем вам полетать на реактивном самолете Л-29 Дельфин или Л-39 Альбатрос, сверхзвуковом истребителе МиГ-21 или еще более мощном и маневренном МиГ-29.
В предыдущей статье мы сравнили характеристики российских истребителей.