Реактивный двигатель: как он устроен, как создаёт тягу и кто его изобрёл

17 октября 2026 · M2 Holo Lab · 10 минут чтения

Реактивный двигатель создаёт тягу, выбрасывая назад струю газа: чем больше воздуха и чем быстрее он вылетает, тем сильнее двигатель толкает самолёт вперёд. Ниже — как устроен современный турбовентиляторный двигатель, что происходит с воздухом на каждом шаге, откуда берётся тяга, чем он отличается от турбореактивного и кто изобрёл реактивный двигатель. Всё на 3D-модели из M2, которую можно разобрать руками.

Что такое реактивный двигатель

Реактивный двигатель разгоняет массу газа и выбрасывает её назад. По третьему закону Ньютона струя толкает двигатель с той же силой в обратную сторону — это и есть реактивная тяга. Так же отдача толкает назад ружьё, а сдувающийся шарик летит по комнате.

Для турбореактивного двигателя NASA записывает тягу так: F = ṁ · v_вых − ṁ · v₀. Здесь ṁ — сколько килограммов воздуха проходит через двигатель за секунду, v_вых — скорость струи на выходе, v₀ — скорость набегающего потока. Тягу можно поднять двумя путями: разогнать струю сильнее или пропустить больше воздуха. Второй путь экономичнее, и на нём построены современные лайнерные двигатели.

Реактивные двигатели — тоже двигатели внутреннего сгорания, только топливо в них горит не вспышками, как в поршневом ДВС, а непрерывно, ровным пламенем.

Виды реактивных двигателей

• Ракетный несёт с собой и топливо, и окислитель, поэтому работает в космосе, где нет воздуха.
• Воздушно-реактивные (ВРД) берут кислород из воздуха. Их несколько видов:
  • прямоточный — без компрессора и турбины: воздух сжимается за счёт скорости полёта, поэтому двигатель работает только на большой скорости;
  • пульсирующий — сжигает топливо порциями, а не непрерывно: простой, но шумный и неэкономичный;
  • турбореактивный (ТРД) — весь воздух проходит через компрессор, камеру сгорания и турбину;
  • турбовентиляторный, он же двухконтурный (ТРДД), — турбореактивный с большим вентилятором впереди, который гонит часть воздуха в обход ядра. Это главный тип двигателей для пассажирских самолётов;
  • турбовинтовой — газовая турбина крутит воздушный винт.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Воздух проходит двигатель насквозь, спереди назад. По дороге он встречает узлы, каждый из которых делает свою работу.

• Вентилятор — первая и самая большая ступень. В модели M2 у него 20 лопаток. Большая часть воздуха от него идёт в обход ядра и даёт основную тягу.
• Кок — обтекатель втулки вентилятора: плавно направляет поток к корням лопаток.
• Компрессор низкого давления (подпорные ступени) немного поджимает воздух перед главным компрессором. В модели — 3 ступени.
• Компрессор высокого давления — главное сжатие: ступень за ступенью давление растёт. В модели — 6 ступеней. Общая степень сжатия у современных двигателей — 30–60.
• Камера сгорания — форсунки впрыскивают топливо в сжатый воздух, и смесь горит непрерывно. В модели камера кольцевая, с 12 форсунками.
• Турбина высокого давления первой принимает самый горячий газ и крутит компрессор высокого давления. В модели — 2 ступени.
• Турбина низкого давления забирает оставшуюся энергию газа и крутит вентилятор и компрессор низкого давления. В модели — 4 ступени.
• Сопло с центральным конусом разгоняет выходящие газы и формирует струю.
• Два вала вставлены один в другой и вращаются с разной скоростью: внутренний соединяет турбину низкого давления с вентилятором, наружный — турбину высокого давления с компрессором высокого давления.

Принцип работы: пять шагов

В реактивном двигателе с воздухом происходит то же, что в поршневом: впуск, сжатие, горение и выпуск. Разница в том, что в поршневом двигателе такты идут по очереди в одном цилиндре, а в реактивном все шаги идут одновременно, каждый в своей части двигателя.

1. Впуск. Вентилятор затягивает воздух в двигатель.
2. Сжатие. Компрессоры низкого и высокого давления сжимают воздух в десятки раз. Он сильно нагревается.
3. Горение. В камере сгорания в сжатый воздух впрыскивают топливо. Смесь горит, и газ резко нагревается и расширяется.
4. Расширение. Горячий газ проходит турбины и крутит их. Через валы турбины крутят компрессор и вентилятор: двигатель сам себя питает воздухом. Газ здесь горячее, чем металл лопаток выдержал бы без охлаждения, поэтому их делают из жаропрочных никелевых сплавов и охлаждают воздухом через каналы внутри.
5. Выхлоп. Оставшаяся энергия газа разгоняет его в сопле, и струя вылетает назад.

Турбореактивный и турбовентиляторный двигатель: в чём разница

В турбореактивном двигателе весь воздух проходит через ядро: компрессор, камеру сгорания и турбину. В турбовентиляторном большой вентилятор делит поток на два контура. Через внутренний воздух идёт в ядро, а через внешний — холодным, в обход ядра.

Степень двухконтурности показывает, во сколько раз больше воздуха идёт во внешний контур, чем во внутренний. У современных лайнерных двигателей она около 9–12. Например, у GE90 — около 9, у Pratt & Whitney PW1000G — до 12,5.

Почему двухконтурный экономичнее: он разгоняет много воздуха понемногу, а не немного воздуха до огромной скорости. Тяга та же, а топлива уходит меньше. В двигателях с большой степенью двухконтурности основную тягу даёт именно вентилятор.

Тяга реактивного двигателя

Тягу измеряют в килоньютонах (кН) или в килограмм-силах: 1 кгс ≈ 9,8 Н. Один из самых мощных двигателей — GE90-115B для Boeing 777. Его номинальная тяга — 513 кН, около 52 тонн-силы, а на испытаниях в 2003 году он выдал рекордные 569 кН. Диаметр его вентилятора — 3,3 м.

Топливо для реактивных двигателей

Реактивные двигатели работают на авиационном керосине — смеси углеводородов, в молекулах которых примерно от 8 до 16 атомов углерода.

Низкая температура замерзания важна: на высоте полёта за бортом бывает −50 °C и холоднее.

Кто изобрёл реактивный двигатель

Реактивный двигатель для самолётов придумали независимо друг от друга в Англии и Германии.

Как мы собирали эту модель

Модель турбовентиляторного двигателя в M2 не скачана готовой: мы собрали её прямо в коде, деталь за деталью, из тел вращения и венцов лопаток. Каждый узел задан своими размерами, числом ступеней и лопаток.

• Число ступеней. Вентилятор с 20 лопатками, 3 ступени компрессора низкого давления, 6 — высокого, 2 ступени турбины высокого давления и 4 — низкого. Лопатки закручены: у конца повёрнуты сильнее, чем у корня, как в настоящих двигателях.
• Два вала. Детали знают, какой вал их крутит: вентилятор, компрессор и турбина низкого давления — на внутреннем, компрессор и турбина высокого давления — на наружном.
• Упрощения. Лопатки — плоские пластины, а не настоящие профили крыла, и нет внутренней обечайки, которая в настоящем двигателе отделяет внешний контур от ядра. Поэтому на рисунке с контурами потоки нарисованы поверх модели.
• Для статьи. В приложении корпус разбирается на верхнюю и нижнюю половины, а для иллюстраций мы разрезали его на переднюю и заднюю и подсветили пламя в камере сгорания.

Как изучать реактивный двигатель в 3D

В M2 двигатель висит перед вами. Разведите руки — и он разбирается по оси, каждая деталь подписана. Деталь можно вытащить, повернуть и вернуть на место.

В режиме сборки детали лежат на верстаке, а место каждой подсвечено контуром. Порядок как в настоящем цехе: вал, компрессоры, камера сгорания, турбины, сопло, потом вентилятор, кок и корпус. Деталь, поставленную слишком рано, M2 вернёт на верстак и объяснит, что идёт первым. Работает в браузере через обычную веб-камеру, без VR-шлема.

Вопросы и ответы

Источники