Где применяется реактивный двигатель

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

МОУ «СОШ С. Зубовка»

Масаева Алисат (9класс),

Руководитель: Мельшина В.Г

На пороге космической эры

Уравнения Мещерского и Циолковского

Реактивный двигатель . Классы реактивных двигателей

Применение реактивных двигателей

Реактивные двигатели и окружающая среда

На пороге космической эры

Принцип реактивного движения известен давно. Родоначальником Р. д. можно считать шар Герона . Твёрдотопливные ракетные двигатели — пороховые ракеты появились в Китае в 10 в. н. э. На протяжении сотен лет такие ракеты применялись сначала на Востоке, а затем в Европе как фейерверочные, сигнальные, боевые.

Сегнерово колесо — двигатель, основанный на реактивном действии вытекающей воды. Было изобретено венгерским учёным Я. А. Сегнером в 1750. Первая в истории гидравлическая турбина . Расположенное в горизонтальной плоскости колесо без обода, у которого спицы заменены трубками с отогнутыми концами так, что вытекающая из них вода приводит сегнерово колесо во вращение.

Идея ракетного летания, многим представляющаяся в наши дни такой смелой и новой, на самом деле имеет за собою уже полувековую историю, добрых три четверти которой протекло целиком в нашем отечестве.

Первая мысль о ракетном самолете родилась в светлой голове молодого революционера-первомартовца Николая Ивановича Кибальчича.

В 1903 К. Э. Циолковский в работе "Исследование мировых пространств реактивными приборами" впервые в мире выдвинул основные положения теории жидкостных ракетных двигателей и предложил основные элементы устройства РД на жидком топливе.

Закон сохранения импульса во многих случаях позволяет находить скорости взаимодействующих тел даже тогда, когда значения действующих сил неизвестны. Примером может служить реактивное движение. При стрельбе из орудия возникает отдача – снаряд движется вперед, а орудие – откатывается назад. Снаряд и орудие – два взаимодействующих тела. Скорость, которую приобретает орудие при отдаче, зависит только от скорости снаряда и отношения масс

Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела,

например, при истечении продуктов сгорания из сопла реактивного летательного аппарата. При этом появляется так называемая реактивная сила, сообщающая телу ускорение.

Наблюдать реактивное движение очень просто. Надуйте детский резиновый шарик и отпустите его. Шарик стремительно взовьется вверх. Движение, правда, будет кратковременным. Реактивная сила действует лишь до тех пор, пока продолжается истечение воздуха.

Уравнения Мещерского и Циолковского

Если нет внешних сил , то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой . Импульс такой системы не может меняться во времени.

, где

— масса ракеты

— её ускорение

— скорость истечения газов

— расход массы топлива в единицу времени

Поскольку скорость истечения продуктов сгорания (рабочего тела) определяется физико-химическими свойствами компонентов топлива и конструктивными особенностями двигателя, являясь постоянной величиной при не очень больших изменениях режима работы реактивного двигателя, то величина реактивной силы определяется в основном массовым секундным расходом топлива .

Доказательство

До начала работы двигателей импульс ракеты и горючего был равен нулю, следовательно, и после включения сумма изменений векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю: , где

— изменение скорости ракеты

Разделим обе части равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты :

Произведение массы ракеты m на ускорение ее движения a по определению равно силе , вызывающей это ускорение :

Уравнение Мещерского

Если же на ракету , кроме реактивной силы , действует внешняя сила , то уравнение динамики движения примет вид:

Формула Мещерского представляет собой обобщение второго закона Ньютона для движения тел переменной массы . Ускорение тела переменной массы определяется не только внешними силами , действующими на тело, но и реактивной силой , обусловленной изменением массы движущегося тела:

Формула Циолковского

Применив уравнение Мещерского к движению ракеты , на которую не действуют внешние силы, и, проинтегрировав уравнение, получим формулу Циолковского

Релятивистское обобщение этой формулы имеет вид:

, где — скорость света .

Выводы из законов:

Проанализируем полученное выражение. Мы видим, что скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и чем больше отношение массы рабочего тела (т. е. массы топлива) к конечной ("сухой") массе ракеты.

Формула Мещерского является приближенной. В ней не учитывается, что по мере сгорания топлива масса летящей ракеты становится все меньше и меньше. Точная формула для скорости ракеты впервые была получена в 1897 г. К. Э. Циолковским и потому носит его имя.

Читайте также:  Народные средства против курения

Формула Циолковского позволяет рассчитать запасы топлива, необходимые для сообщения ракете заданной скорости.

Для сообщения ракете скорости, превышающей скорость истечения газов в 4 раза (V p =16 км/с), необходимо, чтобы начальная масса ракеты (вместе с топливом) превосходила конечную ("сухую") массу ракеты в 55 раз (m 0 /m = 55). Это означает, что львиную долю от всей массы ракеты на старте должна составлять именно масса топлива. Полезная же нагрузка по сравнению с ней должна иметь очень малую массу.

Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенчатых ракет, когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.

Реактивный двигатель . Классы реактивных двигателей

Реактивный двигатель — двигатель — движитель , создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи ра бочего тела .

Составные части реактивного двигателя:

Камера сгорания («химический реактор») — в нем происходит освобождение химической энергии топлива и её преобразование в тепловую энергию газов .

Реактивное сопло («газовый туннель») — в котором тепловая энергия газов переходит в их кинетическую энергию , когда из сопла газы вытекают наружу с большой скоростью, тем создавая реактивную тягу .

Реактивные двигатели делятся на два класса:

В ракетных двигателях топливо и необходимый для его горения окислитель находятся непосредственно внутри двигателя или в его топливных баках.

Ракетные двигатели, работающие на твердом топливе

На рисунке показана схема ракетного двигателя на твердом топливе. Порох или какое-либо другое твердое топливо, способное к горению в отсутствие воздуха, помещают внутрь камеры сгорания двигателя.

При горении топлива образуются газы, имеющие очень высокую температуру и оказывающие давление на стенки камеры. Сила давления на переднюю стенку камеры больше, чем на заднюю, где расположено сопло. Вытекающие через сопло газы не встречают на своем пути стенку, на которую могли бы оказывать давление. В результате появляется сила, толкающая ракету вперед.

Суженная часть камеры — сопло служит для увеличения скорости истечения продуктов сгорания, что в свою очередь повышает реактивную силу. Сужение струи газа вызывает увеличение его скорости, так как при этом через меньшее поперечное сечение в единицу времени должна пройти такая же масса газа, что и при большем поперечном сечении.

Схема воздушно — реактивного двигателя турбокомпрессорного типа.

Раскаленные газы (продукты сгорания), выходя через сопло, вращают газовую турбину, приводящую в движение компрессор. Турбокомпрессорные двигатели установлены в наших лайнерах Ту-134, Ил-62, Ил-86 и др. Реактивными двигателями оснащены не только ракеты, но и большая часть современных самолетов.

Первые советские жидкостные ракетные двигатели — ОРМ, ОРМ-1, ОРМ-2 были спроектированы В. П. Глушко и под его руководством созданы в 1930—31 в Газодинамической лаборатории . Впервые электротермический двигатель был создан и испытан Глушко в ГДЛ в 1929-1933. В 1939 в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными воздушно-реактивными двигателями конструкции И. А. Меркулова.

Ядерные ракетные двигатели

Ядерные ракетные двигатели позволяют достичь значительно более высокого (по сравнению с химическими ракетными двигателями) значения удельного импульса благодаря большой скорости истечения рабочего тела (от 8 000 м/с до 50 км/с и более). Вместе с тем, общая тяга ЯРД может быть сравнима с тягой химических ракетных двигателей, что создает предпосылки для замены в будущем химических ракетных двигателей ядерными. Основной проблемой при использовании ЯРД является радиоактивное загрязнение окружающей среды факелом выхлопа двигателя, что затрудняет использование ЯРД (кроме, возможно, газофазных), на ступенях ракет-носителей, работающих в пределах земной атмосферы. Впрочем, конструктивно совершенный ГФЯРД, исходя из его расчётных тяговых характеристик, может легко решить проблему создания полностью многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя.

Применение реактивных двигателей

Турбореактивными двигателями и двухконтурными турбореактивными двигателями оснащено большинство военных и гражданских самолётов во всём мире, их применяют на вертолётах. Эти Р. д. пригодны для полетов, как с дозвуковыми, так и со сверхзвуковыми скоростями; их устанавливают также на самолётах-снарядах, сверхзвуковые турбореактивные двигатели могут использоваться на первых ступенях воздушно-космических самолётов. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели устанавливают на зенитных управляемых ракетах, крылатых ракетах, сверхзвуковых истребителях-перехватчиках. Дозвуковые прямоточные двигатели применяются на вертолётах (устанавливаются на концах лопастей несущего винта). Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели имеют небольшую тягу и предназначаются лишь для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью. Во время 2-й мировой войны 1939-45 этими двигателями были оснащены самолёты-снаряды ФАУ-1.

Читайте также:  Насколько вредно пассивное курение

Жидкостные ракетные двигатели применяются на ракетах-носителях космических летательных аппаратов и космических аппаратах в

качестве маршевых, тормозных и управляющих двигателей, а также на управляемых баллистических ракетах. Твёрдотопливные ракетные двигатели используют в баллистических, зенитных, противотанковых и др. ракетах военного назначения, а также на ракетах-носителях и космических летательных аппаратах. Небольшие твёрдотопливные двигатели применяются в качестве ускорителей при взлёте самолётов. Электрические ракетные двигатели и ядерные ракетные двигатели могут использоваться на космических летательных аппаратах.

Реактивный двигатель кальмара

Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло. Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму

Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 – 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торпедой”. Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его называют водометом. В нем вода засасывается в камеру. А затем выбрасывается из нее через сопло; судно движется в сторону, противоположную направлению выброса струи. Вода засасывается при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя.

Сальпа — морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед.

Задняя кишка личинки стрекозы, помимо своей основной функции, выполняет еще и роль органа движения. Вода заполняет заднюю кишку, затем с силой выбрасывается, и личинка перемещается по принципу реактивного движения на 6-8 см. Для дыхания нимфам также служит задняя кишка, которая как насос постоянно закачивает через анальное отверстие богатую кислородом воду.

Билимович Б.Ф. "Физические викторины"

Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений.

В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием "бешеный огурец". Стоит только слегка прикоснуться к созревшему плоду, похожему на огурец, как он отскакивает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода фонтаном со скоростью до 10 м/с вылетает жидкость с семенами.

Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м.

Возьмите пустую консервную банку без верхней крышки. На равных расстояниях по верхнему ободу банки проделайте три маленьких отверстия и вставьте в них прочные нити, с помощью которых можно будет подвесить банку к водопроводному крану. У донышка на боковой стенке банки проделайте пару отверстий напротив друг друга диаметром около 5 см. Подвесьте банку на водопроводный кран и откройте кран с водой, чтобы банка наполнилась.

Тепловые двигатели (в том числе и реактивный) – необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается ≈ 80% электроэнергии. Без тепловых двигателей невозможно представить себе современный транспорт. В тоже время повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду.

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное (ИК) излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере, увеличивая поглощение ИК – излучения, приводит к повышению её температуры (парниковый эффект). Ежегодно температура атмосферы Земли повышается на 0,05 єС. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана.

Углеводороды, вступая в реакцию с озоном, находящимся в атмосфере, образуют химические соединения, неблагоприятно воздействующие на жизнедеятельность растений, животных и человека.

Потребление кислорода при горении топлива уменьшает его содержание в атмосфере.

Для охраны окружающей среды широко использует очистные сооружения, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ, резко ограничивают использование соединений тяжелых металлов, добавляемых в топливо.

В основе реактивного движения лежит закон сохранения импульса тела, который выполняется только для замкнутой системы тел.

Скорость движения реактивного устройства тем больше, чем больше масса вещества, отделяется от тела за 1 с.

Простейшие модели реактивных двигателей и устройств можно сделать самим.

Проявлением реактивного движения является отдача, которую надо учитывать на практике (при стрельбе, спрыгивании с лодки, скейта и т.д.).

Читайте также:  Бросил курить горечь во рту

Результат отдачи зависит от массы и скорости отделяющегося тела или вещества.

Реактивное движение нашло широкое применение в технике

http :// class — fizika . narod . ru /9_19. htm

Космодемьянский А.А. Циолковский К.Э. (М., “Наука”, 1976)

Арлазоров А. Циолковский К.Э. (М., “Молодая гвардия”, 1963)

Мякишев Г.Я. Физика: [Текст]: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений / Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н.Сотский . – 11-е изд. – М.: Просвещение, 2003. – 306 с.

Г.С.Лансберг Элементарный учебник физики [Текст]: Г.С.Лансберг, – М.: Наука, 1985 г. – 460 с.

Кирик Л.А.Физика-9: [Текст]: Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. – Харьков: Гимназия, 2001. – 160 с.

Полный курс физики ХХI века [Электронный ресурс]: Компьютерная программа для изучения физики. – Режим доступа:

Газодинамический тральщик "Прогрев-Т" впервые проявил себя на афганских дорогах. Машина представляла собой базу така Т-54 и прикрепленный к ней реактивный двигатель от МиГ-15. Также на тральщике имелся бак с керисином, позволяющий вести разминирование на участке дороги до 6 км без дозаправки.

При воздействии газодинамической струи на покров дороги с разрушенным асфальтовым покрытием происходил выброс грунта и щебня, отчетливо обнажались все неровности. Говоря проще, экипаж срывал маскировочный покров с мин, "забитых" в каменистое ложе. Они представали взору подобно орехам, очищенным от скорлупы.

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т. н. тепловые реактивные двигатели), так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле (см. ионный двигатель).

Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Содержание

Особенности реактивных двигателей [ править | править код ]

  • Сила тяги реактивного двигателя не зависит от наличия окружающей среды [1] .
  • Сила тяги реактивного двигателя не зависит от скорости движения ракеты [1] .
  • Полезная мощность реактивного двигателя пропорциональна скорости ракеты [1] .
  • При скорости ракеты, большей, чем половина скорости истечения газов двигателя, полезная мощность реактивного двигателя становится больше полной мощности (парадокс силы тяги реактивного двигателя) [1] .

Классы реактивных двигателей [ править | править код ]

Существует два основных класса реактивных двигателей:

  • Воздушно-реактивные двигатели — тепловые двигатели, которые используют энергию окисления горючегокислородомвоздуха, забираемого из атмосферы. Рабочее тело этих двигателей представляет собой смесь продуктов горения с остальными компонентами забранного воздуха.
  • Ракетные двигатели — содержат все компоненты рабочего тела на борту и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве.

Составные части реактивного двигателя [ править | править код ]

Любой реактивный двигатель должен иметь, по крайней мере, две составные части:

  • Камера сгорания («химический реактор») — в нем происходит освобождение химической энергии топлива и её преобразование в тепловую энергиюгазов.
  • Реактивное сопло («газовый туннель») — в котором тепловая энергия газов переходит в их кинетическую энергию, когда из сопла газы вытекают наружу с большой скоростью, тем самым создавая реактивную тягу.

Основные технические параметры реактивного двигателя [ править | править код ]

Основным техническим параметром, характеризующим реактивный двигатель, является тяга (иначе — сила тяги) — усилие, которое развивает двигатель в направлении движения аппарата.

Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

История [ править | править код ]

Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном (Dr. Hans von Ohain), выдающимся немецким инженером-конструктором и Фрэнком Уиттлом (Sir Frank Whittle).
Первый патент на работающий газотурбинный двигатель был получен в 1930 году Фрэнком Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн.

2 августа 1939 года в Германии в небо поднялся первый реактивный самолёт — Хейнкель He 178, оснащённый двигателем HeS 3, разработанный Охайном.

Читайте также:

Комментарии

  1. megan92 ()   2 недели назад
    Как отучить мужа курить? Курит лет 20, сейчас ему 43. Как меня это бесит. Может и махнула бы рукой, но ведь дымом дышат дети и я... И у него достаточно заболеваний, при которых курить противопоказано. Сам бросать категорически не хочет, все уговоры ни к чему не приводят. Только обижается…
  2. Дарья ()   2 недели назад
    Я столько всего уже перепробовала и только прочитав эту статью, у меня получилось отучить мужа курить
    P.S. Я тоже из города ))
  3. megan92 ()   13 дней назад
    Дарья, киньте ссылку на средство!
    P.S. Я тоже из города ))
  4. Дарья ()   12 дней назад
    megan92, так там же в первом комментарии написала) Продублирую на всякий случай - ссылка на статью.
  5. Соня ()   10 дней назад
    А это не развод? Почему в интернете продают?
  6. Юлёк26 (Тверь)   10 дней назад
    Соня, вы в какой стране живёте? В интернете продают, потому что магазины и аптеки ставят свою наценку зверскую! Да и какой тут может быть развод, если оплата после получения, то есть сначала посмотрели, проверили и только потом заплатили. Да и в Интернете сейчас все продают - от одежды и обуви до техники и мебели.
  7. Ответ Редакции 10 дней назад
    Соня, данный препарат для лечения никотиновой зависимости действительно не реализуется через аптечную сеть и розничные магазины во избежание завышенной цены. На сегодняшний день заказать можно только на официальном сайте. Будьте здоровы!
  8. Соня 10 дней назад
    Извиняюсь, не заметила сначала информацию про наложенный платеж. Тогда все в порядке точно, если оплата при получении.
  9. Margo (Ульяновск)   неделю назад
    А кто-нибудь пробовал народные методы, чтобы избавиться от курения? Отец курит, никак не можем повлиять на него((
  10. Андрей ()   неделю назад
    Каких только народных средств я не пробовал, ничего не помогает
  11. Екатерина неделю назад
    Пробовала пластыри, леденцы от курения, но всё безрезультатно. Сигареты вымачивать в молоке, это утопия(пробовали). Не думаю, что есть эффективные народные методы борьбы с этой привычкой. Посоветовали почитать книгу Аленна Карра " Лёгкий способ бросить курить". Но, увы.. Мне не помогло.
  12. Мария 5 дней назад
    Недавно смотрела передачу по первому каналу, там про этот Nicoprost говорили. Елена Малышева рекомендовала для лечения никотиновой зависимости. Заказала своему, капаю в еду по несколько капель, он даже не знает об этом. Вчера смотрю только затянул очередную сигарету и сразу затушил, говорит противно стало. Не понимает, что с ним происходит))
  13. Елена (врач нарколог) 5 дней назад
    Действительно Nicoprost показывает очень хорошие результаты. Основное преимущество в том, что желание пациента избавиться от зависимости вовсе не нужно. Просто добавили пару капель в еду, и его уже воротит от табачного дыма
  14. александра (Сыктывкар)   5 дней назад
    Хорошее средство, свою цену полностью оправдывает. Аналогов я не встречала.
  15. Максим 4 дней назад
    Что-то не верится, неужели правда помогает?
  16. Татьяна позавчера
    Конечно помогает, после лечения Nicoprost чувствую себя просто супер, а столько лет мучилась
  17. Михаил (Москва)   Сегодня
    тоже помог Nicoprost (заказывал по совету выше), должно сработать, попробуй
  18. Виктория Сегодня
    Вот здорово! Нужно заказывать, а то намучилась уже я со своим мужем, чего только не пробовала.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector
-->
-->