Текст книги "Беседы о физике и технике"
Автор книги: Николай Глухов
Соавторы: Петр Самойленко,Николай Камышанченко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)
Глухов Н.Д., Камышанченко Н.В., Самойленко П.И.
«Беседы о физике и технике»
Вместо предисловия
Еще совсем недавно выражения «научно-технический прогресс», «научно-техническая революция» звучали настолько часто, что к ним стали привыкать и они уже мало кого волновали. Считалось само собой разумеющимся, что прогресс – это нечто естественное и обязательное, как течение времени: когда нужно, изобретут что нужно, а если этого окажется мало, то сделают парочку открытий и произойдет научно-техническая революция. А всем нам желательно иногда интересоваться, чего достиг на сегодня прогресс, и по возможности эти достижения применять. Если же не применил – особой беды нет: мерной поступи прогресса не остановить.
Действительность жестоко наказала нас за такую расслабленность.
Идеи не возникают из ничего. Они приходят в головы тех людей, которые жаждут открытий, которые накопили достаточно знаний, которые умеют ставить перед собой высокие цели, не боятся долго и терпеливо двигаться к их достижению.
Идея появится и умрет, если не найдет для себя благодатной почвы. Эта почва – все мы. Для того чтобы идея не угасла, как луч света в темном царстве, мы все должны быть готовы к ее восприятию.
Любознательность – верный посыл для начала пути, желание завтра оказаться на более высокой ступеньке, чем сегодня, – надежный компас в дороге.
Конечно, каждый должен пойти такой путь самостоятельно – дорогу осилит идущий. Но кто сказал, что двигаться нужно в одиночку?
Эта книга – ваш спутник на каком-то этапе пути.
Здесь рассказано об истории некоторых открытий в области физики, об интересных поисках современных ученых, о том, что суть многих современных технических разработок не столь уж сложна, чтобы мы не могли ее понять, о том, что научно-технический прогресс действительно ускорится, если каждый из нас внесет в него посильную лепту.
Что украшает любой путь? – Беседа. Так давайте побеседуем о физике и технике.
Авторы
1. От паровой машины до ракетного двигателя
Много веков прошло от начала сознательного использования человеком энергии рек, энергии ветра в водяных и ветряных мельницах до освоения и создания машин, использующих тепловую и электрическую энергию. Паровые котлы, паровые и водяные турбины, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания созданы главным образом в последние два столетия, а реактивные двигатели – в последнее столетие. Все эти двигатели нашли широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте.
Развитие всех отраслей хозяйства стало возможным лишь при появлении машин, увеличивающих во много раз выпуск продукции по сравнению с ручным трудом.
Преимущество простейшей машины перед физическим трудом человека очевидно. Действительно, представим себе, что необходимо поднять груз массой в 1 кг на высоту 1 м за 1 с. Эту работу легко может выполнить любой человек. Для этого необходима мощность всего в 1 Вт.
А сколько же человек необходимо собрать вместе возможно), чтобы они работали непрерывно по 8 ч вместо паровой или водяной турбины мощностью 100 МВт? Оказывается, около 3,6 млн. человек! Применение экскаваторов, бульдозеров, транспортеров, подъемных кранов и других механизмов на строительных работах заменило миллионы землекопов и других подсобных рабочих.
КОГДА ПОЯВИЛАСЬ ПЕРВАЯ ПАРОВАЯ МАШИНА?
Первая паровая турбина была сконструирована Героном Александрийским, жившим во II в. до н. э. Шар Герона («эолипил» Герона) представляет собой полый железный шар (рис. 1), способный вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по двум осевым трубкам поступает в шар. Из шара он вырывается через изогнутые трубки наружу. При этом шар вращается.
Изобретение Герона в то время, естественно, не нашло себе технического применения и осталось забавной игрушкой.
Рис. 1. Геронов шар – прообраз реактивной паровой турбины:
1 – подвод пара от котла, 2 – паровой котел, 3 – сопло, 4 – пароприемник
КАК И КОГДА ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ ПЕРЕСТАЛИ БЫТЬ ИГРУШКАМИ?
КАКИМ ПУТЕМ ШЛО РАЗВИТИЕ ПАРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ?
Первый в мире паровой двигатель для привода заводских механизмов был осуществлен в 1765 г. в России выдающимся ученым и инженером-самоучкой Иваном Ивановичем Ползуновым, и лишь двадцать лет спустя в 1784 г. Д. Уаттом был построен и запатентован в Англии первый в Западной Европе универсальный паровой двигатель.
В 1829 г. в Англии Дж. Стефенсоном был построен первый промышленный паровоз мощностью 8,8 кВт (12 л. с), его скорость составляла 22 км/ч.
В 1834 г. отец и сын Е. А. и М.Е.Черепановы построили паровоз своей конструкции (рис. 2). Паровоз перевозил по чугунным рельсам состав вагонеток с грузом до 3,5 т при скорости 15 км/ч.
Рис. 2. Модель первого русского паровоза Черепановых (1834)
Постепенное усовершенствование паровозов привело к существенному повышению их мощности и экономичности. Так, мощность последних советских паровозов (рис. 3) была порядка 3 МВт (4000 л. с), но, хотя скорость паровозов уже достигла порядка 130–150 км/ч, их КПД все же не удалось поднять выше 10 %.
Паровозы буквально выбрасывали в трубу 90–92 % энергии сжигаемого топлива, не только «пожирали» первосортный каменный уголь (210 кг условного топлива на 10 тыс. тонно-километров), но и сильно загрязняли земную атмосферу.
В середине XX В. В результате быстрого развития более экономичных локомотивов – тепловозов и электровозов – производство паровозов стало сокращаться и в нашей стране было полностью прекращено в 1957 г.
Рис. 3. Последний советский паровоз ФД (1957)
ПОЧЕМУ ТАК НЕВЕЛИК КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ МАШИН?
Для работы тепловых машин необходимо существование нагревателя и холодильника, при этом из законов термодинамики следует, что КПД = (Q1 – Q2)/Q1. Здесь Q1 – затраченная теплота, Q2 – теплота, использованная для совершения полезной работы. Для максимального коэффициента полезного действия идеальной тепловой машины КПД = (Т1 – Т2)/Т1 где Т1 и Т2 – температуры нагревателя и холодильника соответственно.
Из последнего соотношения следует, что увеличения КПД можно достичь увеличением разности температур нагревателя и холодильника.
Другой путь увеличения КПД тепловых двигателей связан с устранением конструктивных недостатков, свойственных каждому типу машин (применение теплоизоляции котлов и цилиндров, многократного расширения, использование перегретого пара, повышение давления пара при впуске и понижение при выпуске, уменьшение потерь на трение и т. д.).
КОНЕЧНО ЖЕ, УЧЕНЫЕ И ИНЖЕНЕРЫ ПОПЫТАЛИСЬ СОЗДАТЬ БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?
Первый путь увеличения КПД парового двигателя – увеличение разности температур котла и холодильника – привел конструкторскую мысль к идее применения двигателей другого типа – двигателей внутреннего сгорания.
Наиболее распространенными двигателями внутреннего сгорания являются поршневые двигатели: карбюраторные и дизели. О том, как работают двигатели внутреннего сгорания, мы поговорим чуть позже. Сейчас же, забегая вперед, скажем об их экономичности.
Карбюраторные двигатели работают обычно на высококачественном бензине, тогда как дизели – на относительно недорогом жидком топливе, являющемся грубой фракцией перегонки нефти. Более высокий КПД дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями, а также важнейший в настоящее время ресурсосберегающий фактор (наиболее полное использование всех продуктов переработки естественных запасов сырья) обусловили их более широкое применение на транспорте, электростанциях, в тракторах.
Если КПД бензиновых двигателей не превышает 30 %, то для дизеля он достигает 35–40 %. Эти обстоятельства привели к тому, что 25 советских автозаводов, выпускающих свыше 300 моделей автомобилей, к концу одиннадцатой пятилетки поставляли народному хозяйству каждый третий автомобиль, оснащенный дизельным двигателем (в 1,8 раза больше, чем в 1980 г.). А это миллионы тонн сбереженного топлива!
ТАК КАК ЖЕ РАБОТАЮТ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?
Все двигатели внутреннего сгорания с точки зрения осуществляемого в них рабочего цикла могут быть разделены на три типа:
1) двигатели, использующие четырехтактный цикл Отто,
2) двигатели Дизеля,
3) двигатели, использующие цикл Тринклера.
Если сгорание в двигателе происходит при постоянном объеме, то замкнутый цикл работы такого двигателя называют циклом с горением при постоянном объеме или циклом Отто (по имени немецкого изобретателя Отто, предложившего такой цикл в 1876 г.). По такому циклу работают все карбюраторные двигатели.
Если сгорание в двигателе происходит при постоянном давлении, то цикл работы такого двигателя называют циклом с горением при постоянном давлении. Такой цикл осуществляется в двигателях внутреннего сгорания системы дизеля (по имени немецкого инженера Дизеля, предложившего в 1897 г. цикл, в котором сгорание топлива осуществляется при постоянной температуре, а не при постоянном давлении, как в существующих двигателях).
Если сгорание рабочей смеси происходит сначала при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении, такой цикл называют циклом смешанного горения или циклом Тринклера (по имени русского инженера Тринклера, предложившего его в 1904 г. из стремления упростить машину Дизеля). По такому циклу работают быстроходные автомобильные двигатели с высоким сжатием.
КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ДИЗЕЛЯ?
В связи с наибольшим распространением в настоящем и будущем двигателей Дизеля ознакомимся кратко с рабочим циклом одноцилиндрового двигателя (рис. 4). В описании встретятся сокращения: ВМТ – верхняя мертвая точка (максимально высокое положение поршня при вертикальном расположении цилиндра), НМТ – нижняя мертвая точка.
В цилиндре дизельного двигателя происходит четыре процесса: впуск чистого воздуха, сжатие чистого воздуха, расширение газов после впрыскивания через специальные форсунки топлива и его сгорания (рабочий ход), выпуск отработавших газов.
Рис. 4. Схема устройства и рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя:
а – впуск чистого воздуха, б – сжатие, в – расширение (рабочий ход), г – выпуск отработавших газов; 1 – коленчатый вал, 2 – шатун, 3 – поршень, 4 – выпускной клапан, 5 – форсунка, 6 – впускной клапан, 7 – воздухоочиститель, 8 – цилиндр, 9 – маховик
1. Процесс впуска (на рабочей диаграмме, представленной на рис. 5, линия 0–1). Поршень движется от ВМТ к НМТ. При этом впускной клапан открывается. Вследствие разрежения, создающегося над поршнем, воздух заполняет цилиндр.
2. Процесс сжатия (адиабата 1–2 на рис. 5). Поршень движется от НМТ к ВМТ, сжимая воздух в цилиндре. Оба клапана при этом закрыты. В результате быстрого сильного сжатия температура воздуха внутри цилиндра возрастает до 600 °C, а давление повышается до (35–40)∙105 Па.
В конце сжатия при положении поршня, близком к ВМТ, через форсунку в цилиндр под давлением (120–200)∙105 Па впрыскивается мелко распыленное жидкое топливо. Смешиваясь с сильно нагретым воздухом, топливо сначала нагревается, а потом самовоспламеняется (изобара 2–3 на рис. 5).
3. Процесс расширения (рабочий ход). На рис. 5 этому процессу соответствует адиабата 3–4. Во время рабочего хода поршень движется от ВМТ к НМТ.
Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. В самом начале рабочего хода поршня впрыскивание топлива и его сгорание в цилиндре еще продолжаются. Температура газов, образовавшихся во время сгорания топлива, возрастает до 1800–2000 °C, а их давление – до (55–65)∙105 Па. Это давление передается поршнем через шатун коленчатому валу, заставляя его вращаться и производить работу. При движении поршня от ВМТ к НМТ газы в цилиндре расширяются, в результате чего к концу хода поршня давление их снижается до (4–5)∙105 Па, а температура – до 900—1100 °C.
Рис. 5. Рабочая диаграмма цикла дизеля
4. Процесс выпуска. Выпускной клапан открывается. Поршень движется от НМТ к ВМТ и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу. Выталкивание этих газов происходит сначала под действием их остаточного давления, а затем поднимающимся поршнем. К концу хода поршня выпускной клапан закрывается. Давление в цилиндре составляет (1,1–1,2)∙105 Па, а температура 600–700 °C. В дальнейшем процесс повторяется.
Если в паровой машине разность температур нагревателя и холодильника составляет 500 К, в карбюраторных – 1000 К, то в дизелях она значительно больше: 1800–2000 К.
Отсюда понятно, почему КПД дизеля значительно выше, чем у других тепловых двигателей, (во всех случаях за температуру холодильника принимается температура атмосферы).
ЧТО ТАКОЕ СОВРЕМЕННАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА?
Прошло более двух тысячелетий после Герона Александрийского (предложившего, как нам известно, идею использования энергии пара в турбине), прежде чем в конце XIX в. его идея получила признание и применение.
Турбины получили широкое распространение, например, на электростанциях, для работы которых необходим двигатель с большим числом оборотов и большой мощности. В настоящее время экономичные паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания вытеснили паровые машины отовсюду. Достаточно сказать, что в 60-е годы нашего столетия более 80 % всей электроэнергии, вырабатываемой в стране, давали паротурбинные станции. И хотя в целях экономии природных источников получения теплоты (угля, нефти, газа) удельный вес паротурбинных установок в общем балансе должен сокращаться за счет гидростанций, паровые турбины все же будут иметь большое значение в народном хозяйстве. Простейшая турбина (рис. 6) состоит из закрепленного на валу 1 рабочего колеса 4 с лопатками 5, расположенными по окружности колеса (барабана).
Рис. 6. Модель простейшей одноступенчатой турбины
Пар при температуре 600–650 °C с давлением до 3∙107 Па (в современных турбинах) поступает на лопатки через специальные каналы – сопла 2, назначение которых состоит в получении струи с надлежащей по модулю и направлению скоростью. В сопле пар расширяется и часть его внутренней энергии преобразуется в кинетическую. В результате изменения направления движения пара в лопатках турбины (при неизменном давлении пара) рабочее колесо начинает вращаться, приводя в действие электрический генератор, воздуходувку, компрессор или какое-либо другое устройство.
Необходимость производства турбин большой мощности привела к созданию многоступенчатых турбин. В этом случае на валу турбины насажено несколько дисков с закрепленными на их ободах рабочими лопатками. Каждая соседняя пара дисков разделена неподвижными дисками-диафрагмами, в которых закреплены направляющие лопатки, служащие соплами для рабочих лопаток. Диафрагма и следующий за ней диск с рабочими лопатками образуют ступень паровой турбины.
КАК РАБОТАЕТ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА?
Рассмотрим вкратце работу, например, трехступенчатой паровой турбины (рис. 7).
Рис. 7. Схема устройства многоступенчатой турбины (сверху показан график изменения скорости и давлений пара в турбине)
Пар высокого давления поступает в кольцевую камеру А и через сопла, расположенные по ее окружности, – в каналы между рабочими лопатками первого диска, а затем последовательно проходит через сопла и каналы рабочих лопаток последующих ступеней турбины.
Отработанный пар через камеру В направляется в конденсатор. Проходя через сопла первой ступени, пар расширяется, его скорость увеличивается. Внутренняя энергия пара преобразуется в кинетическую. При движении пара между рабочими лопатками расширения пара не происходит, так как лопатки имеют такую форму и так расположены, что сечения криволинейных каналов между ними одинаковы по всей длине. Следовательно, давление пара при входе в канал и при выходе из него не меняется. Так как кинетическая энергия струи пара уменьшается (за счет механической работы вращения дисков), скорость движения пара в межлопаточном канале падает. Такой же процесс повторяется в последующих ступенях турбины.
Чем больше разность давлений пара по обе стороны сопла, тем выше скорость выхода пара из этих сопл, а значит, тем больше сила давления пара на рабочие лопатки. Поэтому к соплам подводят перегретый пар, обладающий большим запасом внутренней энергии. Графический процесс расширения пара представлен в виде диаграммы в верхней части рис. 8.
Рис. 8. Современная паровая турбина
Поскольку по мере движения пара через турбину его объем постепенно увеличивается, размеры рабочих лопаток и сопл в каждой из последующих ступеней (а их в современных турбинах насчитывается до 30) делают большими, чем в предыдущей.
На рис. 8 представлен внешний вид современной паровой турбины (некоторые части турбины для наглядности представлены в разрезе). По трубе пар поступает в цилиндр 6, приводит во вращение ротор высокого давления 5. Отсюда пар по перепускной трубе 4 направляется в цилиндр низкого давления 3, где отдает еще часть своей энергии дискам турбины и после этого выходит из турбины по трубе 1. За турбиной установлен электрический генератор 2. Вал турбины соединен с ротором генератора.
КАКОВО ОСНОВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА В ОБЛАСТИ ТУРБОСТРОЕНИЯ?
Это прежде всего увеличение единичных мощностей агрегатов. Если в 70-х годах типовые блоки тепловых электростанций имели мощность 200 и 300 МВт, то в 80-х годах осуществляется переход на блоки в 500 и 800 МВт, т. е. мощность турбоагрегатов будет составлять 1200 МВт и более.
Применение энергоблока большой мощности экономически значительно выгоднее применения нескольких менее мощных агрегатов. При этом экономятся сырье, материалы, затраты на строительство зданий и т. д. Так, энергоблок мощностью 300 МВт при работе экономит до 20 % топлива по сравнению с тремя турбинами по 100 МВт и требует для своего изготовления на 30 % меньше металла.
В общем случае стоимость турбины, например, в 200 МВт всего лишь на 15–20 % выше стоимости турбины в 100 МВт, тогда как их мощности отличаются в два раза.
Экономия энергетических ресурсов в турбостроении также чрезвычайно важна, ибо турбина в 300 МВт (считающаяся в настоящее время турбиной небольшой мощности) потребляет в час до 900 т пара. А сколько же тогда должна потреблять пара турбина в 1200 МВт? И сколько каменного угля, нефти и газа надо сжечь для получения такого количества пара?
ЧЕМ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ПАРОВОЙ?
Почти одновременно с паровой турбиной появились первые газовые турбины, которые более просты по своей схеме, более компактны по сравнению с паротурбинной установкой.
Газовая турбина работает по тому же принципу, что и паровая, но рабочей средой в ней служит не пар, а продукты сгорания какого-либо топлива (жидкого или твердого).
В паротурбинной установке почти вся мощность турбины является полезной и передается какому-либо приемнику, тогда как в газотурбинной установке при температуре на входе 550–600 °C около 75 % мощности расходуется на сжатие воздуха в компрессоре и только 25 % может быть передано потребителю (электрогенератору или другому приемнику).
Пока не было жаропрочных сталей и не было конструкций компрессоров, обладающих высоким КПД, построить мощную и экономичную газовую турбину не было возможности, хотя еще в 1897 г. русский инженер П. Д. Кузьминский спроектировал и затем изготовил газовую турбину, работающую на керосине. Эта турбина работала по принципу, применяемому в газовых турбинах и в настоящее время, – при постоянном давлении в камере сгорания.
В конце второй мировой войны и после нее газовые турбины нашли широкое применение в авиации, где большая мощность, малый вес и малые габариты турбореактивных двигателей даже при их сравнительно малом КПД (20–25 %) обеспечивают скорости полета, недостижимые при других двигателях.
«РЕАКТИВНЫЙ» – ЭТО УЖЕ НОВЫЙ ТИП ДВИГАТЕЛЯ?
Можно удивляться той прозорливости, с которой великий ученый-самоучка К. Э. Циолковский еще в 30-х годах в статье «Реактивный аэроплан» предсказывал: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных, или аэропланов стратосферы». Первые авиационные реактивные двигатели были испытаны в дни Великой Отечественной войны. Тогда же появились и уже применялись в больших масштабах реактивные снаряды и мины. Прославленные гвардейские минометные части были вооружены специальными реактивными установками «Катюша», самолеты-штурмовики Ил-2 (конструкции С.В.Ильюшина), именуемые фашистами «черной смертью», несли под крыльями также реактивные снаряды.
Вспомним имена создателей нашей замечательной боевой техники. Это конструкторы самолетов А. С. Яковлев, С. А. Лавочкин, С. В. Ильюшин, В. М. Петляков, А. Н. Поликарпов, конструкторы авиационных двигателей А. А. Микулин, А. Д. Швецов, В. Я. Климов; конструкторы воздушного огнестрельного оружия Б. Г. Шпитальный, И. Д. Комарицкий, А. А. Волков, И. П. Шебанов и многие другие. Созданная в это время авиационная техника по своим технико-экономическим и тактическим показателям была лучшей в мире.
Для винтомоторных самолетов с поршневым двигателем получение скоростей, превышающих 1000 км/ч, невозможно, тогда как реактивные двигатели с увеличением скорости повышают свой КПД и при колоссальных скоростях становятся особенно выгодными. Кроме того, реактивный способ создания движения оказывается наиболее выгодным при полете на больших высотах и в космическом пространстве.
КАК РАБОТАЮТ ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ?
В работе турбореактивных двигателей (двигателей с газотурбинной установкой) использован следующий принцип. Струя газа, вытекая из сопла со скоростью большей, чем та, с которой она в него вступила, создает силу реакции, направленную в сторону, противоположную направлению движения струи. Эта сила реакции и используется для перемещения самолета, ракеты, снаряда.
Турбореактивный двигатель (рис. 9) состоит из пяти частей: входного устройства (диффузора) 1, компрессора 2, камеры сгорания 4, газовой турбины 5 и реактивного сопла 6. При полете самолета на двигатель набегает встречная струя воздуха. В диффузоре воздух затормаживается, его давление увеличивается. В компрессоре происходит 8—10-кратное дальнейшее сжатие воздуха. Часть воздуха направляется в камеру сгорания (примерно 1/5), куда при помощи форсунок 3 впрыскивается топливо (обычно керосин).
Рис. 9. Турбокомпрессорный реактивный двигатель
При запуске двигателя топливно-воздушная смесь воспламеняется от запальной электрической свечи, а в дальнейшем самовоспламеняется от соприкосновения с раскаленными газами и пламенем. При открытой с обоих концов камере сгорания процесс образования газов происходит при постоянном послекомпрессорном давлении. Так как температура горящего керосина более 2000 °C и такую температуру не могут выдержать лопатки турбины, то газы при выходе из камеры сгорания перемешиваются с основным потоком воздуха и температура газов снижается до 800–900 °C. Они со скоростью 600–900 м/с поступают на лопатки турбины, расширяются и приводят ее во вращение.
Другая часть энергии газов идет на повышение их скорости в реактивном сопле двигателя.
При выходе газов из сопла и образуется реактивная тяга, необходимая для полета самолета.
В сопле двигателя устанавливается подвижный конус 7, регулирующий выходное сечение, а следовательно, и скорость полета.
Сравнение работы турбореактивного двигателя с четырехтактным двигателем внутреннего сгорания показывает, что в двигателе внутреннего сгорания такты следуют друг за другом, тогда как в реактивном двигателе все процессы идут почти одновременно.
Сила тяги, развиваемая современными крупными воздушно-реактивными двигателями, огромна. Так, при расходе воздуха в 200 кг/с сила тяги составляет примерно 1,2∙105 Н. А это значит, что при полете со скоростью 1100 км/ч полезная мощность составляет 37 МВт (50 000 л. с). Получение такой мощности при использовании поршневых двигателей практически невозможно.
Сейчас газовые турбины стали применять на железнодорожном транспорте и в промышленности; не исключено их использование на грузовых и легковых автомобилях будущего.
ЧТО ТАКОЕ ВИНТОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?
Для умеренных скоростей полета более выгодна комбинированная винтореактивная установка (рис. 10).
Рис. 10. Схема винтореактивного двигателя:
1 – компрессор, 2 – камера сгорания, 3 – турбина, 4 – сопло, 5 – редуктор, 6 – воздушный винт
Мощность газовой турбины винтореактивной установки значительно превышает мощность, поглощаемую компрессором. Избыток мощности турбины в этом случае передается на воздушный винт, соединенный с валом турбины через редуктор. При такой схеме скорость самолета создается как реактивным соплом (толкающая сила), так и воздушным винтом (тянущая сила). Естественно, что при осуществлении полета космических кораблей и ракет за пределами земной атмосферы кроме горючего на борту устанавливается и резервуар с окислителем (жидкий кислород, перекись водорода).
Для иллюстрации научно-технического прогресса в авиации приведем небольшую таблицу параметров некоторых самолетов: лучших истребителей конца Великой Отечественной войны Як-7 и Ла-11, а также современных реактивных пассажирских самолетов. Разница в классе самолетов выбрана нами для контраста преднамеренно.
В наше время сбылась мечта Циолковского о начале покорения космоса. Успехи отечественной науки и техники открыли век космических полетов. 4 октября 1957 г. был запущен первый в мире советский искусственный спутник, а 12 апреля 1961 г. впервые в истории человечества отправился в космический рейс советский космонавт Ю. А. Гагарин. От одиночных полетов к групповым, от производства единичных наблюдений к выходу в открытый космос и проведению технических и научных экспериментов, к созданию крупных кораблей многоразового использования, к решению насущных народнохозяйственных проблем – таков короткий, но богатый крупными успехами путь космической эры в истории человечества.
КАКОВЫ ДАЛЬНЕЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ДВИГАТЕЛЕЙ?
Наиболее перспективными являются следующие направления.
1. Замена во всех видах наземного транспорта бензиновых карбюраторных двигателей на дизельные.
2. Замена существующего ныне топлива в этих двигателях на водородное, имеющееся в неограниченных количествах в водах морей и океанов.
3. Разработка и производство магнитогидродинамических (МГД) генераторов и термоядерных установок.
4. Дальнейшая разработка и более широкое внедрение солнечных установок для выработки энергии (питание электромобилей, солнечные электростанции и т. д.).
