Κάτω από την κίνηση πίδακα εννοείται, στην οποία ένα από τα μέρη του διαχωρίζεται από το σώμα με μια ορισμένη ταχύτητα. Η δύναμη που προκύπτει δρα από μόνη της. Με άλλα λόγια, της λείπει έστω και η παραμικρή επαφή με εξωτερικά σώματα.
Jet πρόωση στη φύση
Κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών διακοπών στο νότο, σχεδόν όλοι μας, κολυμπώντας στη θάλασσα, συναντήσαμε μέδουσες. Αλλά λίγοι άνθρωποι σκέφτηκαν το γεγονός ότι αυτά τα ζώα κινούνται με τον ίδιο τρόπο όπως ένας κινητήρας τζετ. Η αρχή της λειτουργίας μιας τέτοιας μονάδας μπορεί να παρατηρηθεί κατά τη μετακίνηση ορισμένων τύπων θαλάσσιου πλαγκτού και προνύμφες λιβελλούλων. Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα αυτών των ασπόνδυλων είναι συχνά υψηλότερη από εκείνη των τεχνικών μέσων.
Ποιος άλλος μπορεί να δείξει πώς λειτουργεί ένας κινητήρας τζετ; Καλαμάρια, χταπόδι και σουπιές. Μια παρόμοια κίνηση κάνουν πολλά άλλα θαλάσσια μαλάκια. Πάρτε για παράδειγμα τις σουπιές. Παίρνει νερό στην κοιλότητα των βραγχίων της και το πετάει έξω μέσα από ένα χωνί, το οποίο κατευθύνει προς τα πίσω ή στο πλάι. Εντο μαλάκιο μπορεί να κινηθεί προς τη σωστή κατεύθυνση.
Η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα τζετ μπορεί επίσης να τηρηθεί κατά τη μετακίνηση του λαρδιού. Αυτό το θαλάσσιο ζώο παίρνει νερό σε μια ευρεία κοιλότητα. Μετά από αυτό, οι μύες του σώματός του συστέλλονται, σπρώχνοντας το υγρό προς τα έξω μέσα από την τρύπα στην πλάτη. Η αντίδραση του πίδακα που προκύπτει επιτρέπει στο λίπος να κινηθεί προς τα εμπρός.
Πύραυλοι θαλάσσης
Αλλά τα καλαμάρια έχουν επιτύχει τη μεγαλύτερη τελειότητα στην πλοήγηση με τζετ. Ακόμα και το σχήμα του ίδιου του πυραύλου φαίνεται να αντιγράφεται από τη συγκεκριμένη θαλάσσια ζωή. Όταν κινείται με χαμηλή ταχύτητα, το καλαμάρι λυγίζει περιοδικά το ρομβοειδές πτερύγιο του. Αλλά για μια γρήγορη ρίψη, πρέπει να χρησιμοποιήσει τη δική του «κινητήρα τζετ». Η αρχή της λειτουργίας όλων των μυών και του σώματός του αξίζει να εξεταστεί με περισσότερες λεπτομέρειες.
Τα καλαμάρια έχουν έναν περίεργο μανδύα. Αυτός είναι ο μυϊκός ιστός που περιβάλλει το σώμα του από όλες τις πλευρές. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, το ζώο απορροφά μεγάλο όγκο νερού σε αυτόν τον μανδύα, εκτοξεύοντας απότομα έναν πίδακα μέσω ενός ειδικού στενού ακροφυσίου. Τέτοιες ενέργειες επιτρέπουν στα καλαμάρια να κινούνται σπασμωδικά προς τα πίσω με ταχύτητες έως και εβδομήντα χιλιόμετρα την ώρα. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, το ζώο συγκεντρώνει και τα δέκα πλοκάμια του σε μια δέσμη, η οποία δίνει στο σώμα ένα βελτιωμένο σχήμα. Το ακροφύσιο διαθέτει ειδική βαλβίδα. Το ζώο το γυρίζει με τη βοήθεια της μυϊκής συστολής. Αυτό επιτρέπει στη θαλάσσια ζωή να αλλάξει κατεύθυνση. Το ρόλο του τιμονιού κατά τις κινήσεις του καλαμαριού παίζουν και τα πλοκάμια του. Τα κατευθύνει αριστερά ή δεξιά, κάτωή επάνω, αποφεύγοντας εύκολα συγκρούσεις με διάφορα εμπόδια.
Υπάρχει ένα είδος καλαμαριού (stenoteuthys), που κατέχει τον τίτλο του καλύτερου πιλότου ανάμεσα στα οστρακοειδή. Περιγράψτε την αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα τζετ - και θα καταλάβετε γιατί, κυνηγώντας ψάρια, αυτό το ζώο μερικές φορές πηδά από το νερό, ακόμη και στα καταστρώματα των πλοίων που πλέουν στον ωκεανό. Πώς συμβαίνει; Το καλαμάρι πιλότος, όντας στο στοιχείο του νερού, αναπτύσσει τη μέγιστη ώθηση του πίδακα. Αυτό του επιτρέπει να πετάξει πάνω από τα κύματα σε απόσταση έως και πενήντα μέτρων.
Αν λάβουμε υπόψη έναν κινητήρα τζετ, ποιο ζώο μπορεί να αναφερθεί περισσότερο στην αρχή λειτουργίας; Αυτά είναι, με την πρώτη ματιά, φαρδιά χταπόδια. Οι κολυμβητές τους δεν είναι τόσο γρήγοροι όσο τα καλαμάρια, αλλά σε περίπτωση κινδύνου ακόμη και οι καλύτεροι σπρίντερ μπορούν να ζηλέψουν την ταχύτητά τους. Οι βιολόγοι που μελέτησαν τις μεταναστεύσεις των χταποδιών ανακάλυψαν ότι κινούνται όπως λειτουργεί ένας κινητήρας τζετ.
Το ζώο με κάθε πίδακα νερού που πετάγεται έξω από το χωνί κάνει ένα τράνταγμα δυόμιση ή και δυόμισι μέτρων. Ταυτόχρονα, το χταπόδι κολυμπά με έναν περίεργο τρόπο - προς τα πίσω.
Άλλα παραδείγματα τζετ πρόωσης
Υπάρχουν πύραυλοι στον κόσμο των φυτών. Η αρχή ενός κινητήρα τζετ μπορεί να παρατηρηθεί όταν, ακόμη και με ένα πολύ ελαφρύ άγγιγμα, το «τρελό αγγούρι» αναπηδά από το κοτσάνι με μεγάλη ταχύτητα, ενώ ταυτόχρονα απορρίπτει το κολλώδες υγρό με τους σπόρους. Ταυτόχρονα, το ίδιο το έμβρυο πετάει μια σημαντική απόσταση (έως 12 μέτρα) προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Η αρχή του κινητήρα τζετ μπορεί επίσης να παρατηρηθεί,ενώ βρισκόταν στη βάρκα. Εάν πετάξουν βαριές πέτρες από αυτό στο νερό προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, τότε η κίνηση θα ξεκινήσει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα αεριωθουμένων πυραύλων είναι η ίδια. Μόνο που εκεί χρησιμοποιούνται αέρια αντί για πέτρες. Δημιουργούν μια αντιδραστική δύναμη που παρέχει κίνηση τόσο στον αέρα όσο και σε σπάνιο χώρο.
Φανταστικά ταξίδια
Η ανθρωπότητα ονειρευόταν από καιρό να πετάξει στο διάστημα. Αυτό αποδεικνύεται από τα έργα συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας, που πρόσφεραν ποικίλα μέσα για την επίτευξη αυτού του στόχου. Για παράδειγμα, ο ήρωας της ιστορίας του Γάλλου συγγραφέα Hercule Savignin, Cyrano de Bergerac, έφτασε στο φεγγάρι πάνω σε ένα σιδερένιο καρότσι, πάνω από το οποίο πετούσε συνεχώς ένας ισχυρός μαγνήτης. Στον ίδιο πλανήτη έφτασε και το περίφημο Μυνχάουζεν. Ένα κοτσάνι γιγάντιου φασολιού τον βοήθησε να κάνει το ταξίδι.
Η αεριωθούμενη πρόωση χρησιμοποιήθηκε στην Κίνα ήδη από την πρώτη χιλιετία π. Χ. Ταυτόχρονα, οι σωλήνες από μπαμπού, που ήταν γεμάτοι με πυρίτιδα, χρησίμευαν ως ένα είδος πυραύλων για διασκέδαση. Παρεμπιπτόντως, το έργο του πρώτου αυτοκινήτου στον πλανήτη μας, που δημιούργησε ο Newton, ήταν επίσης με κινητήρα τζετ.
Ιστορία της δημιουργίας του RD
Μόνο τον 19ο αι. Το όνειρο της ανθρωπότητας για το διάστημα άρχισε να αποκτά συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Άλλωστε, ήταν σε αυτόν τον αιώνα που ο Ρώσος επαναστάτης N. I. Kibalchich δημιούργησε το πρώτο έργο στον κόσμο ενός αεροσκάφους με κινητήρα τζετ. Όλα τα χαρτιά συντάχθηκαν από έναν Narodnaya Volya στη φυλακή, όπου κατέληξε μετά την απόπειρα δολοφονίας του Αλέξανδρου. Όμως δυστυχώς στις 1881-03-04Ο Kibalchich εκτελέστηκε και η ιδέα του δεν βρήκε πρακτική εφαρμογή.
Στις αρχές του 20ου αι. Η ιδέα της χρήσης πυραύλων για πτήσεις στο διάστημα προτάθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα K. E. Tsiolkovsky. Για πρώτη φορά, το έργο του, που περιείχε μια περιγραφή της κίνησης ενός σώματος μεταβλητής μάζας με τη μορφή μαθηματικής εξίσωσης, δημοσιεύτηκε το 1903. Αργότερα, ο επιστήμονας ανέπτυξε το ίδιο το σχέδιο ενός κινητήρα τζετ που κινείται από υγρό καύσιμο.
Επίσης, ο Tsiolkovsky εφηύρε έναν πύραυλο πολλαπλών σταδίων και πρότεινε την ιδέα της δημιουργίας πραγματικών διαστημικών πόλεων σε τροχιά κοντά στη Γη. Ο Τσιολκόφσκι απέδειξε πειστικά ότι το μόνο μέσο για διαστημική πτήση είναι ένας πύραυλος. Δηλαδή, μια συσκευή εξοπλισμένη με κινητήρα τζετ, που ανεφοδιάζεται με καύσιμο και ένα οξειδωτικό. Μόνο ένας τέτοιος πύραυλος είναι ικανός να ξεπεράσει τη βαρύτητα και να πετάξει πέρα από την ατμόσφαιρα της Γης.
Εξερεύνηση του Διαστήματος
Ένα άρθρο του Τσιολκόφσκι, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό "Scientific Review", καθιέρωσε τη φήμη του επιστήμονα ως ονειροπόλου. Κανείς δεν πήρε στα σοβαρά τα επιχειρήματά του.
Η ιδέα του Τσιολκόφσκι εφαρμόστηκε από Σοβιετικούς επιστήμονες. Με επικεφαλής τον Sergei Pavlovich Korolev, εκτόξευσαν τον πρώτο τεχνητό δορυφόρο της Γης. Στις 4 Οκτωβρίου 1957, αυτή η συσκευή τέθηκε σε τροχιά από έναν πύραυλο με κινητήρα τζετ. Το έργο του RD βασίστηκε στη μετατροπή της χημικής ενέργειας, η οποία μεταφέρεται από το καύσιμο στον πίδακα αερίου, μετατρέποντας σε κινητική ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, ο πύραυλος κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση.κατεύθυνση.
Ο κινητήρας τζετ, η αρχή του οποίου χρησιμοποιείται εδώ και πολλά χρόνια, βρίσκει την εφαρμογή του όχι μόνο στην αστροναυτική, αλλά και στην αεροπορία. Αλλά περισσότερο από όλα χρησιμοποιείται για την εκτόξευση πυραύλων. Εξάλλου, μόνο το RD μπορεί να μετακινήσει τη συσκευή σε χώρο όπου δεν υπάρχει μέσο.
Liquid Jet Engine
Όσοι έχουν πυροβολήσει ένα πυροβόλο όπλο ή απλά παρακολούθησαν αυτή τη διαδικασία από το πλάι ξέρουν ότι υπάρχει μια δύναμη που σίγουρα θα σπρώξει την κάννη προς τα πίσω. Επιπλέον, με μεγαλύτερο ποσό χρέωσης, η επιστροφή σίγουρα θα αυξηθεί. Ο κινητήρας τζετ λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Η αρχή της λειτουργίας του είναι παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο η κάννη ωθείται προς τα πίσω υπό τη δράση ενός πίδακα θερμών αερίων.
Όσον αφορά τον πύραυλο, η διαδικασία κατά την οποία αναφλέγεται το μείγμα είναι σταδιακή και συνεχής. Αυτός είναι ο απλούστερος κινητήρας στερεών καυσίμων. Είναι γνωστός σε όλους τους μοντελιστές πυραύλων.
Σε έναν κινητήρα αεριωθούμενου προωθητικού υγρού (LPRE), ένα μείγμα που αποτελείται από καύσιμο και οξειδωτικό χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός λειτουργικού ρευστού ή ενός πίδακα ώθησης. Το τελευταίο, κατά κανόνα, είναι νιτρικό οξύ ή υγρό οξυγόνο. Το καύσιμο στο LRE είναι κηροζίνη.
Η αρχή λειτουργίας του κινητήρα τζετ, που ήταν στα πρώτα δείγματα, έχει διατηρηθεί μέχρι σήμερα. Μόνο που τώρα χρησιμοποιεί υγρό υδρογόνο. Όταν αυτή η ουσία οξειδώνεται, η ειδική ώθηση αυξάνεται κατά 30% σε σύγκριση με τους πρώτους πυραυλοκινητήρες υγρού καυσίμου. Αξίζει να πούμε ότι η ιδέα της χρήσης υδρογόνου ήτανπου πρότεινε ο ίδιος ο Τσιολκόφσκι. Ωστόσο, οι δυσκολίες της εργασίας με αυτήν την εξαιρετικά εκρηκτική ουσία εκείνη την εποχή ήταν απλώς ανυπέρβλητες.
Ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα τζετ; Το καύσιμο και το οξειδωτικό εισέρχονται στον θάλαμο εργασίας από ξεχωριστές δεξαμενές. Στη συνέχεια, τα συστατικά μετατρέπονται σε μείγμα. Καίγεται, απελευθερώνοντας τεράστια ποσότητα θερμότητας υπό πίεση δεκάδων ατμοσφαιρών.
Τα εξαρτήματα εισέρχονται στο θάλαμο εργασίας ενός κινητήρα τζετ με διαφορετικούς τρόπους. Ο οξειδωτικός παράγοντας εισάγεται εδώ απευθείας. Αλλά το καύσιμο διανύει μια μακρύτερη διαδρομή μεταξύ των τοιχωμάτων του θαλάμου και του ακροφυσίου. Εδώ θερμαίνεται και, έχοντας ήδη υψηλή θερμοκρασία, ρίχνεται στη ζώνη καύσης μέσω πολλών ακροφυσίων. Περαιτέρω, ο πίδακας που σχηματίζεται από το ακροφύσιο ξεσπά και παρέχει στο αεροσκάφος μια ροπή ώθησης. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο μπορείτε να καταλάβετε ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα τζετ (συνοπτικά). Αυτή η περιγραφή δεν αναφέρει πολλά στοιχεία, χωρίς τα οποία η λειτουργία του LRE θα ήταν αδύνατη. Μεταξύ αυτών είναι οι συμπιεστές που απαιτούνται για τη δημιουργία της πίεσης που απαιτείται για την έγχυση, οι βαλβίδες, οι στρόβιλοι τροφοδοσίας κ.λπ.
Σύγχρονη χρήση
Παρά το γεγονός ότι η λειτουργία ενός κινητήρα τζετ απαιτεί μεγάλη ποσότητα καυσίμου, οι πυραυλοκινητήρες συνεχίζουν να εξυπηρετούν τους ανθρώπους σήμερα. Χρησιμοποιούνται ως κύριοι κινητήρες πρόωσης σε οχήματα εκτόξευσης, καθώς και κινητήρες ελιγμών για διάφορα διαστημόπλοια και τροχιακούς σταθμούς. Στην αεροπορία, χρησιμοποιούνται άλλοι τύποι τροχοδρόμων, οι οποίοι έχουν ελαφρώς διαφορετικά χαρακτηριστικά απόδοσης καισχεδίαση.
Ανάπτυξη της αεροπορίας
Από τις αρχές του 20ου αιώνα μέχρι το ξέσπασμα του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, οι άνθρωποι πετούσαν μόνο με αεροσκάφη με έλικα. Αυτές οι συσκευές ήταν εξοπλισμένες με κινητήρες εσωτερικής καύσης. Ωστόσο, η πρόοδος δεν σταμάτησε. Με την ανάπτυξή του προέκυψε η ανάγκη δημιουργίας ισχυρότερων και ταχύτερων αεροσκαφών. Ωστόσο, εδώ οι σχεδιαστές αεροσκαφών αντιμετωπίζουν ένα φαινομενικά άλυτο πρόβλημα. Το γεγονός είναι ότι ακόμη και με μια ελαφρά αύξηση της ισχύος του κινητήρα, η μάζα του αεροσκάφους αυξήθηκε σημαντικά. Την έξοδο όμως από τη δημιουργημένη κατάσταση βρήκε ο Άγγλος Φρανκ Γουίλ. Δημιούργησε έναν ριζικά νέο κινητήρα, που ονομάζεται τζετ. Αυτή η εφεύρεση έδωσε μια ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη της αεροπορίας.
Η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα αεριωθούμενου αεροσκάφους είναι παρόμοια με τις ενέργειες ενός πυροσβεστικού σωλήνα. Ο εύκαμπτος σωλήνας του έχει κωνικό άκρο. Το νερό ρέει έξω από ένα στενό άνοιγμα, αυξάνει σημαντικά την ταχύτητά του. Η δύναμη αντίθλιψης που δημιουργείται σε αυτή την περίπτωση είναι τόσο ισχυρή που ο πυροσβέστης δύσκολα μπορεί να κρατήσει τον εύκαμπτο σωλήνα στα χέρια του. Αυτή η συμπεριφορά του νερού μπορεί επίσης να εξηγήσει την αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα αεριωθούμενου αεροσκάφους.
Ταξίδρομοι κατευθύνσεων
Αυτός ο τύπος κινητήρα τζετ είναι ο απλούστερος. Μπορείτε να το φανταστείτε με τη μορφή ενός σωλήνα με ανοιχτά άκρα, ο οποίος είναι εγκατεστημένος σε ένα κινούμενο επίπεδο. Μπροστά η διατομή του διαστέλλεται. Λόγω αυτού του σχεδιασμού, ο εισερχόμενος αέρας μειώνει την ταχύτητά του και η πίεσή του αυξάνεται. Το ευρύτερο σημείο ενός τέτοιου σωλήναείναι ο θάλαμος καύσης. Εδώ γίνεται η έγχυση του καυσίμου και στη συνέχεια καίγεται. Μια τέτοια διαδικασία συμβάλλει στη θέρμανση των σχηματιζόμενων αερίων και στην ισχυρή διαστολή τους. Αυτό δημιουργεί την ώθηση ενός κινητήρα τζετ. Παράγεται από όλα τα ίδια αέρια όταν εκρήγνυνται με δύναμη από το στενό άκρο του σωλήνα. Αυτή η ώθηση είναι που κάνει το αεροπλάνο να πετάει.
Προβλήματα χρήσης
Οι κινητήρες Sramjet έχουν ορισμένα μειονεκτήματα. Είναι σε θέση να εργαστούν μόνο στο αεροσκάφος που βρίσκεται σε κίνηση. Ένα αεροσκάφος σε ηρεμία δεν μπορεί να ενεργοποιηθεί από τροχοδρόμους άμεσης ροής. Για να σηκωθεί ένα τέτοιο αεροσκάφος στον αέρα, χρειάζεται οποιοσδήποτε άλλος κινητήρας εκκίνησης.
Επίλυση Προβλήματος
Η αρχή της λειτουργίας ενός κινητήρα αεριωθούμενου αεροσκάφους τύπου στροβιλοτζετ, η οποία στερείται των αδυναμιών ενός τροχοδρόμου άμεσης ροής, επέτρεψε στους σχεδιαστές αεροσκαφών να δημιουργήσουν τα πιο προηγμένα αεροσκάφη. Πώς λειτουργεί αυτή η εφεύρεση;
Το κύριο στοιχείο σε έναν κινητήρα turbojet είναι ένας αεριοστρόβιλος. Με τη βοήθειά του, ενεργοποιείται ένας αεροσυμπιεστής, περνώντας από τον οποίο ο πεπιεσμένος αέρας κατευθύνεται σε έναν ειδικό θάλαμο. Τα προϊόντα που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της καύσης καυσίμου (συνήθως κηροζίνης) πέφτουν στα πτερύγια του στροβίλου, που τον κινεί. Επιπλέον, η ροή αέρα-αερίου περνά στο ακροφύσιο, όπου επιταχύνεται σε υψηλές ταχύτητες και δημιουργεί μια τεράστια δύναμη ώθησης πίδακα.
Αύξηση ισχύος
Η αντιδραστική δύναμη ώθησης μπορείαυξηθεί σημαντικά σε σύντομο χρονικό διάστημα. Για αυτό, χρησιμοποιείται η μετάκαυση. Είναι η έγχυση πρόσθετης ποσότητας καυσίμου στο ρεύμα αερίου που διαφεύγει από τον στρόβιλο. Το αχρησιμοποίητο οξυγόνο στον στρόβιλο συμβάλλει στην καύση κηροζίνης, η οποία αυξάνει την ώση του κινητήρα. Σε υψηλές ταχύτητες, η αύξηση της τιμής του φτάνει το 70%, και σε χαμηλές ταχύτητες - 25-30%.
