Существует три основных типа прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД), использующих химическую энергию: "дозвуковой" ПВРД для дозвуковых и малых сверхзвуковых скоростей полета (М < 1,5 – 2,0), ПВРД для работы на умеренных сверхзвуковых скоростях (СПВРД) (М < 5,0 – 7,0); двигатель для работы на больших сверхзвуковых (гиперзвуковых) скоростях (ГПВРД) (М > 5,0 – 7,0).

Все три типа двигателей состоят из трех обязательных элементов: диффузора, камеры сгорания и сопла (рис.1).

Диффузор служит для повышения статического давления движущегося относительно его поверхности воздуха при его торможении. Диффузор "дозвукового" ПВРД представляет собой расширяющийся канал, где при отсутствии отрыва потока от стенок уменьшается скорость потока и соответственно повышается статическое давление. Если такой диффузор работает на сверхзвуковой скорости (М > 1), то торможение воздуха на нормальных режимах работы диффузора происходит также и в прямом скачке, находящемся либо впереди входа, либо в его плоскости.

Камера сгорания является элементом двигателя, в котором выделяется тепло с соответствующим повышением температуры рабочего тела. Выделение тепла происходит за счет химических реакций, где окислителем является кислород воздуха, а горючим – химическое соединение. Любая камера сгорания ПВРД с дозвуковой скоростью потока выполнена из типичных элементов. К таким элементам относится форкамера – устройство, обеспечивающее мощный пламенный источник поджигания основного количества горючей смеси. Для обеспечения устойчивой работы, сокращения длины камеры применяются стабилизирующие устройства, представляющие собой плохо обтекаемые тела – отдельные конусы, кольца из углового профиля. Зона обратных потоков, образующаяся за стабилизаторами, обеспечивает необходимую устойчивость работы камеры сгорания.

Смесеобразование достигается с помощью топливного коллектора, представляющего собой обычно кольцо, выполненное из трубки круглого или эллиптического сечения, в которое подается горючее. Горючее попадает в камеру сгорания через форсунки, установленные на кольце коллектора. Подача горючего может осуществляться как против потока, так и по его направлению. Коллектор устанавливается на небольшом расстоянии перед каждым стабилизатором.

Назначение сопла ПВРД, так же как и в ракетном двигателе, является достижение максимально возможного статического давления в камере сгорания, преобразование избыточного давления в кинетическую энергию истекающих газов, если давление в камере больше давления в окружающей среде.

Как следует из описания, ПВРД неэффективен при низких скоростях встречного потока, тем более — при нулевой скорости. Признаки эффективности он начинает проявлять только со скорости полёта при М>0,5. Настоящий же рабочий диапазон скоростей для ПВРД — сверзвуковой, причём на скоростях 2,5 — 5М он превосходит по эффективности все другие ВРД.

Для достижения начальной скорости, при которой ПВРД становится эффективным, аппарат с этим двигателем нуждается во вспомогательном приводе, который может быть обеспечен, например, твёрдотопливным ракетным ускорителем, или самолётом-носителем, с которого запускается аппарат с ПВРД.

Неэффективность ПВРД на малых скоростях полёта делает его практически неприемлемым для использования на пилотируемых самолётах, но для беспилотных, скоростных, боевых, крылатых ракет одноразового применения, благодаря своей простоте, дешевизне и надёжности, он предпочтителен. Основным конкурентом ПВРД в этой нише является ракетный двигатель.

Во второй половине 50-х годов ХХв в США и СССР разрабатывались проекты ПВРД с ядерным реактором. Рабочее тело в таком ПВРД проходит через активную зону ядерного реактора, размещенного на месте камеры сгорания. Охлаждая его, оно нагревается само до температуры около 3000°К, и истекает затем из сопла со скоростью сравимой со скоростями истечения для самых совершенных жидкостных ракетных двигателей. Назначение летательного аппарата с таким двигателем – межконтинентальная крылатая ракета или суборбитальный носитель космических аппаратов многоразового использования. В обеих странах были созданы компактные ядерные реакторы, которые вписывались в габариты большой ракеты. В США были проведены стендовые огневые испытания ядерного прямоточного двигателя (рис.1). Однако на проведение лётных испытаний никто не решился из-за непредсказуемости последствий в случае аварии такого летательного аппарата.

Сверхзвуковая противокорабельная крылатая ракета (ПКР) П-270 «Москит» (3М80) создана в МКБ «Радуга».

Разработка начата в 1973 году. В корабельном варианте принята на вооружение в 1984 на эсминцах типа «Современный» (проект 956), в авиационном — между 1992 и 1994 годами.

Тактико-технические характеристики:

Обозначение: 3М80 П-270 «Москит».

Двигатель: маршевый твердотопливный ПВРД и стартовый пороховой ускоритель.

Стартовый вес: 4500 кг.

Длина: 9,745 м.

Размах крыла: 2,10 м.

Скорость: >2,5 М.

Дальность: 120 км.

Маршевая высота полета: 20 м.

Минимальная высота полета: 7 м.

Боевая часть: фугасная (320 кг) или специальная (120 кт).

Носители: корабли, самолеты.