Как найти силу реактивного самолета

Как найти силу реактивного самолета

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

поделиться знаниями или
запомнить страничку

  • Все категории
  • экономические
    43,655
  • гуманитарные
    33,653
  • юридические
    17,917
  • школьный раздел
    611,939
  • разное
    16,901

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

Источник

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 августа 2021 года; проверки требуют 3 правки.

Направление реактивной тяги в реактивном двигателе показано красной стрелкой

Реактивная тяга — сила, возникающая в результате взаимодействия реактивной двигательной установки с истекающей из сопла струёй расширяющейся жидкости или газа, обладающих кинетической энергией[1].

В основу возникновения реактивной тяги положен закон сохранения импульса. Реактивная тяга обычно рассматривается как сила реакции отделяющихся частиц. Точкой приложения её считают центр истечения — центр среза сопла двигателя, а направление — противоположное вектору скорости истечения продуктов сгорания (или рабочего тела, в случае не химического двигателя). То есть, реактивная тяга:

  • приложена непосредственно к корпусу реактивного двигателя;
  • обеспечивает передвижение реактивного двигателя и связанного с ним объекта в сторону, противоположную направлению реактивной струи[2].

Реактивное движение в природе[править | править код]

Среди растений реактивное движение встречается у созревших плодов бешеного огурца. При созревании растения его плод отцепляется от плодоножки. Под большим давлением из плода выбрасывается жидкость с семенами, которая направлена противоположно движению плода[3].

Среди животного мира реактивное движение встречается у кальмаров, осьминогов, медуз, каракатиц, морских гребешков и других. Перечисленные животные передвигаются, выбрасывая вбираемую ими воду.

Величина реактивной тяги[править | править код]

Формула при отсутствии внешних сил[править | править код]

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

{displaystyle {vec {F}}_{p}=m_{p}cdot {vec {a}}=-{vec {u}}cdot {frac {Delta m_{t}}{Delta t}}}, где

m_{p} — масса ракеты
{vec {a}} — её ускорение
{vec {u}} — скорость истечения газов
{displaystyle {frac {Delta m_{t}}{Delta t}}} — 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[1].

Доказательство[править | править код]

До начала работы двигателей импульс ракеты и топлива был равен нулю, следовательно, и после включения сумма изменений векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:
{displaystyle m_{p}cdot Delta {vec {v}}+Delta m_{t}cdot {vec {u}}=0}, где

Delta {vec {v}} — изменение скорости ракеты

{displaystyle m_{p}cdot Delta {vec {v}}=-Delta m_{t}cdot {vec {u}}}

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

{displaystyle m_{p}cdot {frac {Delta {vec {v}}}{Delta t}}=-{frac {Delta m_{t}}{Delta t}}cdot {vec {u}}}

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

{displaystyle {vec {F}}_{p}=m_{p}cdot {vec {a}}=-{vec {u}}cdot {frac {Delta m_{t}}{Delta t}}}

Уравнение Мещерского[править | править код]

Если же на ракету, кроме реактивной силы {displaystyle {vec {F}}_{p}}, действует внешняя сила vec{F}, то уравнение динамики движения примет вид:

{displaystyle m_{p}cdot {frac {Delta {vec {v}}}{Delta t}}={vec {F}}+{vec {F}}_{p}Leftrightarrow }
{displaystyle m_{p}cdot {frac {Delta {vec {v}}}{Delta t}}={vec {F}}+(-{vec {u}}cdot {frac {Delta m_{t}}{Delta t}})}

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

{displaystyle {vec {a}}={frac {{vec {F}}_{p}+{vec {F}}}{m_{p}}}}

Формула Циолковского[править | править код]

Применив уравнение Мещерского к движению ракеты, на которую не действуют внешние силы, и проинтегрировав уравнение, получим формулу Циолковского[4]:

{displaystyle {frac {m_{t}}{m}}=e^{frac {v}{u}}}

Релятивистское обобщение этой формулы имеет вид:

{displaystyle {frac {m_{t}}{m}}=left({frac {c+v}{c-v}}right)^{frac {c}{2u}}}
, где {vec {c}} — скорость света.

См. также[править | править код]

  • Тяга (авиация)
  • Ракетный двигатель
  • Ракета
  • Парадокс силы тяги реактивного двигателя

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 Военный энциклопедический словарь ракетных войск стратегического назначения / Министерство обороны РФ.; Гл.ред.: И. Д. Сергеев, В. Н. Яковлев, Н. Е. Соловцов. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 456,476-477. — ISBN 5-85270-315-X.
  2. ↑ Реактивная тяга Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine Глоссарий.ru
  3. ↑ Реактивное движение. Класс!ная физика для любознательных. Дата обращения: 30 января 2011. Архивировано 20 июня 2010 года.
  4. ↑ Двигатели — Реактивное движение Архивная копия от 16 июня 2007 на Wayback Machine ASTROLAB.ru

Ссылки[править | править код]

  • Реактивное движение
  • Реактивное движение
Источник

From Wikipedia, the free encyclopedia

Jet force is the exhaust from some machine, esp. aircraft, propelling the object itself in the opposite direction as per Newton’s Third Law. An understanding of jet force is intrinsic to the launching of drones, satellites, rockets, airplanes and other airborne machines.

Jet force begins with some propulsion system; in the case of a rocket, this is usually some system that kicks out combustible gases from the bottom. This repulsion system pushes out these gas molecules in the direction opposite the intended motion so rapidly that the opposite force, acting 180° away from the direction the gas molecules are moving, (as such, in the intended direction of movement) pushes the rocket up. A common wrong assumption is that the rocket elevates by pushing off the ground. If this were the case, the rocket would be unable to continue moving upwards after the aircraft is no longer close to the ground. Rather, the opposite force by the expelled gases is the reason for movement.

Here we see jet force in action, the force that propels this rocket into take off.

Thrust, Lift, Weight, and Drag[edit]

The jet force can be divided into components. The “forward” component of this force is generally referred to as thrust.[1] The upward component of jet force is referred to as lift.[2] There are also two other forces that impact motion of aircraft. Drag, which is also referred to as air resistance, is the force that opposes motion. As such, it acts against both components of the jet force (both the thrust and the lift). The fourth and final force is the weight itself, which acts directly downward.

Thrust[edit]

To analyze thrust, we take a mathematical perspective.

  1. First, an aircraft takes off at some angle with respect to the ground. For a rocket traveling straight “up”, this angle would be 90°, or at least close to 90°. For airplanes and most other aircraft, this angle will be much less, generally ranging from 0° to 60°. We shall define this angle as θ.
  2. θ is constantly changing as the aircraft moves around. At any given moment, however, the cosine of this angle θ will give us the component of the force that is acting in the forward direction. Multiplying the total force by this cosine of θ would yield the thrust:

{displaystyle Thrust=JetForce*cos theta }

Because θ ranges from 0° to 90°, and the cosine of any angle in this range is 0 ≤ cos θ≤ 1, the thrust will always be either less than or equal to the jet force- as expected, as the thrust is a component of the jet force.

Lift[edit]

Similar to our analysis of thrust, we begin with a mathematical look:

  1. We define angle θ the same way we did in step 1 for thrust. Again, this angle θ is different at any given time.
  2. For lift, however, we are looking for the vertical component, rather than the forward component. The sine of angle θ will give us the component of the force acting in vertical component. Multiplying the jet force by the sine of θ will yield the lift:

{displaystyle Lift=JetForce*sin theta }

Similar to cosine, the sine of an angle ranging from 0° to 90° will always between at least zero and at most one. As such, the lift will also be less than the jet force. Of jet force, lift, and thrust, we can find any one of these if the other two are given using the distance formula. In this case, that would be:

{displaystyle surd (JetForce)^{2}=surd (Thrust^{2}+Lift^{2})}

As such, jet force, thrust, and lift are inherently linked.

Drag[edit]

Drag, or air resistance, is a force that opposes motion. Since the thrust is a force that provides “forward motion” and, lift one that produces “upward motion”, the drag opposes both of these forces. Air resistance is friction between the air itself and the moving object (in this case the aircraft). The calculation of air resistance is far more complicated than that of thrust and lift- it has to do with the material of the aircraft, the speed of the aircraft, and other variable factors. However, rockets and airplanes are built with materials and in shapes that minimize drag force, maximizing the force that moves the aircraft upward/forward.[3]

Weight[edit]

Weight is the downward force that the lift must overcome to produce upward movement. On earth, weight is fairly easy to calculate:

{displaystyle Weight=m*g}

In this equation, m represents the mass of the object and g is the acceleration that is produced by gravity. On earth, this value is approximately 9.8 m/s squared. When the force for lift is greater than the force of weight, the aircraft accelerates upwards.

Analysis with momentum[edit]

To calculate the speed of the vessel due to the jet force itself, analysis of momentum is necessary. Conservation of momentum[4] states the following:

{displaystyle m1v1+m2v2=m1v1f+m2v2f}

In this situation, m1 represents the mass of the gas in the propulsion system, v1 represents the initial speed of this gas, m2 represents the mass of the rocket, and v2 represents the initial velocity of the rocket. On the other end of the equation, v1f represents the final velocity of the gas and v2f represents the final velocity of the rocket. Initially, both the gas in the propulsion system and the rocket are stationary, leading to v1 and v2 equaling 0. As such, the equation can be simplified to the following:

{displaystyle 0=m1v1f+m2v2f}

After some more simple algebra, we can calculate that v2 (the velocity of the rocket) is the following:

{displaystyle v2f=-(m1v1)/m2}

This gives us the velocity of the aircraft right after it takes off. Because we know all forces acting on it from this point on, we can calculate net acceleration using Newton’s second law.[5] Given the velocity that the aircraft takes off with and the acceleration at any point, the velocity can also be calculated at any given point.[6]

References[edit]

  1. ^ “What is Thrust?”. www.grc.nasa.gov. Retrieved 2016-11-06.
  2. ^ anonymous. “The Four Forces | How Things Fly”. howthingsfly.si.edu. Retrieved 2016-11-06.
  3. ^ anonymous. “Aerodynamics | How Things Fly”. howthingsfly.si.edu. Retrieved 2016-11-06.
  4. ^ “Momentum Conservation Principle”. www.physicsclassroom.com. Retrieved 2016-11-06.
  5. ^ “Force, Mass & Acceleration: Newton’s Second Law of Motion”. Live Science. Retrieved 2016-11-06.
  6. ^ “Khan Academy”. Khan Academy. Retrieved 2016-11-06.
Источник

Тяга самолета. Тяга  двигателя самолета. Тяга реактивного двигателя.

Тяга – сила, выработанная двигателем. Она толкает самолет сквозь воздушный поток. Единственное, что противостоит тяге – лобовое сопротивление. В прямолинейном горизонтально установившемся полете они сравнительно равны. Если летчик увеличивает тягу путем добавления оборотов двигателя и сохраняет постоянную высоту, тяга начинает превосходить сопротивление воздуха. Летательный аппарат (ЛА) при этом ускоряется. Очень быстро сопротивление увеличивается и снова уравнивает тягу. ЛА стабилизируется на постоянной высокой скорости. Тяга – один из самых важных факторов для определения скороподъемности самолета, а именно насколько быстро ЛА может подняться на определенную высоту. Вертикальная скорость зависит не от подъемной силы, а от запаса тяги, которым обладает самолет.

Тяга реактивного двигателя самолета

Сила тяги двигателя, или его движущая сила, равноценна всем силам давления воздуха на внутреннюю поверхность силовой установки. Тяга некоторых видов реактивных двигателей зависит от скорости и высоты полета. Для вычисления силы тяги реактивного двигателя часто приходится определять тягу на конкретной высоте, у земли, на взлете и во время какой-либо скорости. Для ЖРД сила тяги равноценна произведению массы исходящих газов на скорость, с которой они вылетают из сопла двигателя.

Тяга самолета 3434

Для ВРД (воздушно-реактивный двигатель) сила тяги измеряется как результат массы газов на разность скоростей, а именно скорости воздушной струи, выходящей из сопла двигателя, и скорости поступающего воздуха в двигатель. Проще говоря, данная скорость уравнивается к скорости полета самолета с реактивным двигателем. Тяга ВРД обычно измеряется в тоннах или килограммах. Важным качественным показателем ВРД является его удельная тяга. Для турбореактивного двигателя – тяга, отнесенная к конкретной единице веса воздуха, который проходит через двигатель в секунду. Этот показатель позволяет понять, насколько высока эффективность эксплуатации воздуха в двигателе для образования тяги. Удельная тяга измеряется в килограммах тяги на 1 кг воздуха, расходуемого за секунду. В некоторых случаях применяется другой показатель, который также называется удельной тягой, показывающей отношение количества топлива, которое расходуется, к силе тяги за секунду. Естественно, что чем выше показатель удельной тяги ВРД, тем меньше поперечный вес и размеры самого двигателя.

Показатель полетной или тяговой мощности – это сила, которая задействует реактивный двигатель при конкретной скорости полета. Как правило, измеряется в лошадиных силах. Величина лобовой тяги говорит о степени конструктивного оптимума реактивного двигателя. Лобовая тяга – это отношение наибольшего показателя площади поперечного сечения к тяге. Лобовая тяга равна тяге, в кг поделенной на площадь в метрах квадратных.

Тяга самолета силы

В мировой авиации наиболее ценится тот двигатель, который обладает высокой лобовой тягой.

Чем совершеннее ВРД в конструктивном отношении, тем меньший показатель его удельного веса, а именно общий вес двигателя вместе с приборами и обслуживающими агрегатами, поделенный на величину собственной тяги.

Реактивные двигатели, как и тепловые вообще, отличаются друг от друга не только по мощности, весу, тяге и другим показателям. При оценивании ВРД огромную роль играют параметры, которые зависят от собственной экономичности, а именно от КПД (коэффициент полезного действия). Среди данных показателей главным считается удаленный расход топлива на конкретную единицу тяги. Он выражается в килограммах топлива, которое расходуется за час на образование одного килограмма тяги.
 

Источник

Вытекающая за единицу времени от куда-либо жидкость, будет иметь импульс

mv=Qv=ρv2S=2ρghSmv=Qv=rho {{v}^{2}}S=2rho ghS

По закону сохранения импульса должен измениться импульс сосуда с жидкостью. Это приведет к тому, что на сосуд со стороны жидкости будет действовать сила давления в направлении, противоположном направлению скорости истечения жидкости:

FR=2ρghS{{F}_{R}}=2rho ghS

Силу FRF_R называют силой реакции вытекающей жидкости, или реактивной силой.

Реактивная сила

Cила возникающая при истекании рабочего тела и действующая на сосуд в направлении, противоположном направлению скорости истечения.

Из формулы FRF_R следует, что сила реакции вытекающей жидкости вдвое больше силы давления на пробку, которая бы закрывала отверстие. Это объясняется тем, что при истечении жидкости через отверстие происходит перераспределение давления внутри жидкости в сосуде. При этом напротив отверстия давление на стенки сосуда оказывается большим, чем вблизи отверстия, где скорость движения жидкости близка к скорости истечения через отверстие.

Реактивная сила в винтовых движителях

На действии реактивной силы основано применение винтов на самолетах и кораблях для создания силы тяги. При быстром вращении винта самолета воздух отталкивается назад к хвосту лопастями самолета, меняя свой импульс. В свою очередь, воздух действует на винт и на связанный с ним корпус самолета с силой, которая придает ему импульс.

Действием реактивной силы на винт вертолета со стороны воздуха объясняется возникновение подъемной силы.

При вращении вокруг вертикальной оси винт вертолета предоставляет прилегающим к нему слоям воздуха импульс, направленный вниз. Эти массы воздуха, в свою очередь, действуют на винт и соединенный с ним корпус вертолета с силой реакции, направлена вверх Если эта сила равна весу вертолета или превышает ее, то вертолет летит в воздухе или поднимается вверх.

Реактивная сила в изогнутой трубе

Реактивная сила реакции возникает также и тогда, когда скорость течения постоянна по величине, но меняется по направлению. Так, при стационарном потоке жидкости по трубе постоянного сечения, которая согнута под некоторым углом (рис. 1), жидкость к изгибу трубы за единицу времени переносит импульс

K1→=ρv1Sv1→overrightarrow{{{K}_{1}}}=rho {{v}_{1}}Soverrightarrow{{{v}_{1}}}

После сгиба трубы за единицу времени подвижной жидкостью переносится импульс

K2→=ρv1Sv2→overrightarrow{{{K}_{2}}}=rho {{v}_{1}}Soverrightarrow{{{v}_{2}}}

Поскольку труба устойчивого сечения, то v1=v2v_1 = v_2. Изменение импульса движущейся жидкости за единицу времени будет равнятся действующей силе, которая обусловила это изменение, то есть

F→=ΔK→=K1→−K2→=ρvS(v2→−v1→)overrightarrow{F}=Delta overrightarrow{K}=overrightarrow{{{K}_{1}}}-overrightarrow{{{K}_{2}}}=rho vS(overrightarrow{{{v}_{2}}}-overrightarrow{{{v}_{1}}})

Реактивная сила.svg

Рис. 1

Сила FF обусловлена действием трубы на движущуюся жидкость. По третьему закону Ньютона, со стороны жидкости на трубу будет действовать сила реакции F1=−FF_1 = -F.

На реактивной силе такого типа основывается действие турбин.

В турбинах через изогнутые трубы (сопла), закрепленных на общей оси вращения в плоскости, перпендикулярной оси, пропускают жидкость или газ в направлении от их приосевых концов к внешним. При движении жидкости или газа по изогнутым форсунках возникает сила реакции, момент которой и приводит турбину во вращательное движение. Газовые турбины широко используются в авиации (турбовинтовые и турбореактивные двигатели).

Гидравлические турбины используются в основном в стационарных условиях для приведения в движение генераторов электрического тока. Благодаря высокой экономичности, компактности, надежности и возможности достижения больших мощностей турбины практически вытеснили поршневые паровые машины в современной энергетике.

Тест по теме «Реактивная сила»

Источник

Добавить комментарий