Реактивная тяга это: Для чего нужны реактивные тяги в автомобиле?

Реактивная тяга | это… Что такое Реактивная тяга?

Реактивная тяга — сила, возникающая в результате взаимодействия двигательной установки с истекающей из сопла струей расширяющихся 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

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 в противоположное направление 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

Формула при отсутствии внешних сил

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

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

Основная статья: 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

Основная статья: Формула Циолковского

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

Релятивистское обобщение этой формулы имеет вид:

, где  — скорость света.

См. также

• Реактивный двигатель
• Ракетный двигатель
• Ракета

Примечания

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 Глоссарий.ru
3. ↑ Реактивное движение :: Классная физика
4. ↑ Двигатели — Реактивное движение ASTROLAB. ru

Ссылки

• Реактивное движение
• Реактивное движение

Реактивная тяга | это… Что такое Реактивная тяга?

Реактивная тяга — сила, возникающая в результате взаимодействия двигательной установки с истекающей из сопла струей расширяющихся 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

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 в противоположное направление 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

Формула при отсутствии внешних сил

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.^[1]

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

Основная статья: 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

Основная статья: Формула Циолковского

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

Релятивистское обобщение этой формулы имеет вид:

, где  — скорость света.

См. также

• Реактивный двигатель
• Ракетный двигатель
• Ракета

Примечания

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 Глоссарий.ru
3. ↑ Реактивное движение :: Классная физика
4. ↑ Двигатели — Реактивное движение ASTROLAB. ru

Ссылки

• Реактивное движение
• Реактивное движение

Тяга ТРД

Большинство современных пассажирских и военных самолетов оснащены газотурбинные двигатели, которые также называют реактивные двигатели. Первый и самый простой вид газовая турбина — это турбореактивный. Как работает турбореактивный двигатель? На этом слайде мы показываем схему чертеж турбореактивного двигателя. Части двигателя описаны на других слайдах. Здесь мы обеспокоены с тем, что происходит с воздухом, который проходит через двигатель. Большой количество окружающего воздуха постоянно подается в двигатель вход. В Англии эту часть называют впуск , что, вероятно, является более точным описанием, так как компрессор нагнетает воздух в двигатель. Мы показали здесь трубчатое впускное отверстие, как на авиалайнере. Но заливы бывают разных форм и размеров в зависимости от миссии самолета. В сзади впускного отверстия воздух поступает в компрессор. Компрессор действует как множество рядов аэродинамических профилей, при этом каждый ряд производит небольшой скачок давления. Компрессор похож на электрический вентилятор, и у нас есть для подачи энергии для включения компрессора. На выходе из компрессор, воздух находится под гораздо более высоким давлением, чем свободный поток. В горелка небольшое количество топлива соединяется с воздухом и воспламеняется. В обычном реактивном двигателе 100 фунтов воздуха/сек сочетается всего с 2 фунтами топлива/сек. Большинство горячий выхлоп исходил из окружающего воздуха. Оставив горелки, горячий выхлоп проходит через турбину. Турбина работает как ветряк. Вместо того, чтобы нуждаться в энергии, чтобы повернуть лопасти, чтобы заставить воздушный поток, турбина извлекает энергию из поток газа, заставляя лопасти вращаться в потоке. В реактивном двигателе мы использовать энергию, извлекаемую турбиной, для вращения компрессора на соединение компрессора и турбины центральный вал . Турбина забирает часть энергии из горячий выхлоп, но поток, выходящий из турбины, находится под более высоким давлением и температуры, чем набегающий поток. Затем поток проходит через сопло который имеет форму, чтобы ускорить поток. Поскольку выходная скорость больше, чем скорость набегающего потока, тяга создается, как описано тягой уравнение. Для реактивного двигателя массовый расход на выходе почти равен массовый расход набегающего потока, так как очень мало топливо добавляется в поток. Величина массового расхода обычно устанавливается расходом задыхаясь в горловине сопла. Сопло турбореактивного двигателя обычно рассчитано на давление выхлопных газов. вернуться к давлению свободного потока. Уравнение тяги для турбореактивного двигателя тогда дается общим уравнение тяги с членом площади давления, установленным равным нулю. Если условия свободного потока обозначены нижним индексом «0», а условия выхода — нижним индексом «e», тяга F равна массовому расходу м точка умноженная на скорость V на выходе минус массовый расход набегающего потока раз больше скорости. F = [m точка * V]e — [m точка * V]0 Это уравнение содержит два термина. Аэродинамики часто ссылаются на первый член (точка * V)е как полная тяга так как этот срок во многом связан с условиями в сопле. второй член (точка * V)0 называется сопротивлением и обычно связано с условиями на входе. Тогда для ясности тяга двигателя называется чистая тяга . Наше уравнение тяги показывает, что чистая тяга равна полная тяга минус прямое сопротивление. Если разделить обе части уравнения на массовый расход, получаем параметр эффективности, называемый удельная тяга что значительно упрощает анализ производительности для газотурбинных двигателей. Вы можете изучить конструкцию и работу турбореактивного двигателя движок с помощью интерактивного EngineSim Java-апплет. Установить двигатель Введите «Турбореактивный двигатель», и вы можете изменить любой из параметров, которые влияют на тягу и расход топлива. Вы также можете изучить, как создается тяга в сопле, используя имитатор сопла программа, которая работает в вашем браузере. Деятельность: Экскурсии с гидом Турбореактивные двигатели: Навигация .. Домашняя страница руководства для начинающих

Тяга — AviationChief.Com

В аэродинамике мы беспокоимся о тяге, потому что она является ключевым фактором характеристик самолета. Хотя вы можете измерить тягу реактивного двигателя на испытательном стенде, как показано выше с двигателем J-58 от SR-71, измерения в кабине, такие как ЭПР , используются больше для относительных измерений. «Толкайся вперед, иди быстрее» и т. д.

Мы углубимся в тему тяги с прицелом на понимание характеристик самолета на различных скоростях и на то, как добиться максимальной дальности или выносливости вашего корабля.

Прежде чем мы начнем, позвольте мне признать, что производительность турбовентилятора отличается от работы прямого турбореактивного двигателя. При рассмотрении турбовентилятора я сделал несколько предположений, чтобы упростить задачу. Большая часть теории взята с самолета ВВС США Т-38А с двигателями J85-GE-5.

С учетом турбовентилятора

Принципы движения

Вы можете резюмировать принцип работы реактивного двигателя с помощью двух принципов, предложенных вам сэром Исааком Ньютоном.

Второй закон Ньютона можно записать так:

F=maF=ma

Сила F, действующая на массу a, заставит массу ускоряться в направлении действия силы. Масса – это воздух, проходящий через реактивный двигатель.

Третий закон движения Ньютона утверждает, что для каждой силы действия существует равная и противоположно направленная сила противодействия. Сила действия – это частицы воздуха, ускоряющиеся назад, сила реакции – на сам двигатель, ускоряющийся вперед.

Мы можем вывести уравнение для тяги в реактивном двигателе с помощью небольшой математической ловкости рук, манипулируя проверенными уравнениями, чтобы получить единицы измерения силы, которые можно измерить в фунтах.

Из наших рассуждений о массе мы знаем, что в английской системе единицами измерения массы являются фунт-сек2/фут, также известный как пуля .

 Принципы движения

Из уравнения непрерывности мы знаем, что: это на секунду дает в результате фунт-сек / фут. Умножение этого на скорость в футах в секунду отменяет футы и секунды, что приводит к фунтам. Другими словами, умножение массового расхода воздуха на изменение скорости этого воздушного потока дает тягу:

Тяга: F=T=Q(V2−V1)

Q = массовый расход воздуха = ρAV (слагов/с)

V1 = скорость на входе (полет) (фут/с)

V2 = скорость на выходе (фут/с)

масса воздушного потока, проходящего через двигатель, или разница скорости на выходе и на входе этого воздушного потока. Хотя увеличение выходной скорости кажется отличным решением, это будет означать превращение реактивного топлива в кинетическую энергию, которая будет потеряна в атмосфере, как только она выйдет из выхлопной трубы. Действительно, самый эффективный реактивный двигатель имел бы скорость на выходе, почти равную скорости на входе, но при этом перемещалось бы очень большое количество воздуха. Повышение m более эффективно, чем повышение (V2 – V1). Отсюда тенденция к увеличению размеров всасывающих вентиляторов реактивных двигателей.

Кривая требуемой тяги

Измерить тягу реактивного двигателя в полете чрезвычайно сложно. Обычно они устанавливаются на испытательном стенде, ограничиваются от перемещения и подключаются к датчику усилия. В результате получается 90 103 статических 90 106 тяговых. К счастью, гораздо проще измерить сопротивление в аэродинамической трубе.

Кривая сопротивления Т-38

Как видно из двух графиков, графики одинаковы для горизонтального полета без ускорения. Тяга = сопротивление, в конце концов.

Требуемая тяга Т-38

Кривые доступной тяги/требуемой тяги

Если добавить доступную тягу к диаграмме требуемой тяги, можно экстраполировать некоторые характеристики. Например, показанная диаграмма уровня моря показывает, где находится максимальная скорость Т-38 по сравнению с двумя настройками мощности.

Т-38 Тяга-Доступная/Требуемая тяга

Влияние высоты на тягу-Доступная/Требуемая тяга Кривая

Хотя очевидно, что доступная тяга будет уменьшаться с высотой, влияние на требуемую тягу менее очевидно. Мы знаем, что кривая сопротивления будет равна кривой тяги, необходимой для полета без ускорения. Уравнение сопротивления, которое мы уже видели, выглядит следующим образом:

D=CDqS D

Поскольку площадь крыла не меняется, единственными переменными являются коэффициент сопротивления CD и динамическое давление q. Без использования подъемной силы или других устройств для изменения крыла CD изменяется только с AOA. Динамическое давление изменяется в зависимости от скорости полета. Значит ли это, что сопротивление постоянно при изменении высоты? Да, если лететь с той же эквивалентной воздушной скоростью. Это трудно сделать во время подъема. Большинство самолетов не могут летать в том же диапазоне скоростей на больших высотах, что и на уровне моря.

Влияние высоты на доступную/требуемую тягу Т-38

Влияние веса на кривые требуемой тяги

аэродинамическая сила должна компенсироваться, и для этого необходимая тяга должна увеличиваться. Паразитное сопротивление практически не меняется. Как мы видели на кривой сопротивления, индуктивное сопротивление больше всего на низких скоростях, в то время как паразитное сопротивление больше на высоких скоростях.

Чистый эффект заключается в том, что увеличение веса имеет тенденцию сдвигать кривую требуемой тяги вверх и вправо. Это интуитивно понятно: увеличение веса сужает диапазон скоростей и увеличивает минимальную скорость, но в то же время требует большей тяги.

Влияние веса Т-38 на требуемую тягу

Влияние конфигурации на кривые требуемой тяги

Изменение конфигурации во многом противоположно изменению веса. Опускание шасси или выпуск закрылков значительно увеличивает паразитное сопротивление, оказывая относительно меньшее влияние на индуктивное сопротивление. В результате кривая требуемой тяги смещается вверх и влево.

Влияние конфигурации Т-38 на требуемую тягу

L/D MAX

Разделение CL самолета на CD дает показатель его эффективности, известный как отношение L/D. Пик этой кривой известен как L/DMAX и происходит при наиболее эффективном угле атаки самолета.
Из диаграммы можно сделать вывод, что эта точка возникает там, где полное сопротивление минимально, что означает, что избыточная тяга максимальна. Поскольку тяга создает аэродинамическую силу, которая преобразуется в подъемную силу, мы также можем предположить, что здесь подъемная сила будет максимальной.
Крайне важно отметить, что L/DMAX возникает при определенном угле атаки, который не меняется с весом.

Типовое отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению

Глядя на диаграмму требуемой тяги самолета, мы видим ту же точку, но на этот раз в надире кривой.

В L/DMAX AOA происходят четыре важных момента:

1. Минимальное сопротивление.
2. Максимальная дальность планирования на неработающем двигателе.
3. Максимальный угол подъема.
4. Максимальная выносливость.

​
Хотя первые три пункта должны быть очевидны, третий заслуживает дальнейшего обсуждения. L/DMAX требует наименьшего расхода топлива, чтобы дрон мог оставаться в воздухе большую часть времени, независимо от пройденного расстояния

T-38 L/D MAX

Максимальная дальность

Для нахождения воздушной скорости, обеспечивающей максимальную дальность полета, требуется небольшая тригонометрия:0008

Range=морские мили/lbsRange=морские милиlbs. Разделив обе части дроби на время:

Range=морские мили/час-lbs/hourRange=морские мили/час-lbs/час Удаление единиц измерения:

RangeMAX происходит при (Расход топлива / V)MIN

Отношения расхода топлива к скорости образуют треугольник на диаграмме требуемой тяги, как показано θ1 и θ2. Отношение Расход топлива/V минимизируется, когда минимизируется тангенс θ. Эту точку можно найти, начертив графически линию от начала координат до требуемой кривой тяги. Пересечение — это место, где достигается максимальная дальность. На примере диаграммы это точка B, около 300 узлов.

Максимальная дальность Т-38

Влияние веса на максимальную дальность

Как мы видели при рассмотрении влияния веса на требуемую тягу, увеличение веса сдвигает кривую требуемой тяги вверх и вправо. Однако большее значение при обсуждении диапазона имеет то, что происходит при уменьшении веса. Кривые переключаются вниз и влево, что означает, что воздушная скорость должна уменьшаться по мере выгорания топлива для достижения максимальной дальности.

Влияние веса Т-38 на максимальную дальность полета

Влияние высоты на дальность полета

более низкая температура вверх через тропопаузу и увеличение оборотов двигателя до более эффективных диапазонов. Вероятно, это справедливо для большинства самолетов.

Влияние высоты Т-38 на дальность

Влияние ветра на дальность
​
​Теория

Следующее  может  быть верным для Т-38: «Самолет, летящий против встречного ветра, находится в неблагоприятных условиях и, следовательно, должен лететь с более высокой истинной воздушной скоростью, чтобы уменьшить эффект встречного ветра. Точно так же самолету, летящему с попутным ветром, помогают на его пути, и поэтому он должен снизить скорость, чтобы воспользоваться ветром ».

Прилагаемая диаграмма для Т-38, кажется, подтверждает это, регулировка скорости по ветру, похоже, указывает другую касательную к требуемой линии тяги. Как мы видели выше, линия, проведенная от начала координат до кривой, указывает скорость, при которой диапазон максимален. Таким образом, теория заключается в том, что вы можете настроить начало координат, чтобы учесть ветер.

Проверка теории Используя диаграммы производительности 1T-38A-1, мы можем проверить это утверждение, используя самолет массой 10 000 фунтов, летящий на высоте 25 000 футов, и определить, что MMаксимальная дальность полета = 0,75. где TAS = 450 и расход топлива = 1700 фунтов/час. При отсутствии ветра дальность полета на 1000 фунтов топлива составляет 450 (нм/ч) x (1000 фунтов) / (1700 фунтов/ч) = 265 морских миль.

При столкновении со встречным ветром 40 узлов дальность уменьшается до (450 — 40) (морских миль/час) x (1000 фунтов) / (1700 фунтов/час) = 241 морских миль.

Если теория подтвердится, мы увеличим дальность полета на наших 1000 фунтов топлива, если ускоримся. Разгоняясь до М 0,80, мы видим TAS = 49.0 TAS и расход топлива = 2000 фунтов/час. При том же встречном ветре наш диапазон составляет (490 — 40) (морских миль/час) x (1000 фунтов) / 2000 фунтов/час) = 225 морских миль. Меньше!

Как насчет попутного ветра? При столкновении с попутным ветром в 40 узлов наша производительность M 0,75 становится равной 450 + 40) (морских миль/час) x (1000 фунтов) / (1700 фунтов/час) = 288 морских миль.