Pod pojęciem ruchu odrzutowca rozumie się ruch, w którym jedna z jego części jest oddzielana od ciała z określoną prędkością. Powstała siła działa samodzielnie. Innymi słowy, brakuje jej nawet najmniejszego kontaktu z zewnętrznymi ciałami.
Napęd odrzutowy w przyrodzie
Podczas letnich wakacji na południu prawie każdy z nas, pływając w morzu, spotkał się z meduzami. Ale niewiele osób myślało o tym, że te zwierzęta poruszają się w taki sam sposób, jak silnik odrzutowy. Zasadę działania w charakterze takiej jednostki można zaobserwować podczas przemieszczania niektórych rodzajów planktonu morskiego i larw ważek. Co więcej, wydajność tych bezkręgowców jest często wyższa niż środków technicznych.
Kto jeszcze może zademonstrować, jak działa silnik odrzutowy? Kalmary, ośmiornice i mątwy. Podobny ruch wykonuje wiele innych mięczaków morskich. Weźmy na przykład mątwę. Nabiera wodę do jamy skrzelowej i energicznie wyrzuca ją przez lejek, który kieruje do tyłu lub na boki. W którejmięczak jest w stanie poruszać się we właściwym kierunku.
Zasadę działania silnika odrzutowego można również zaobserwować podczas przesuwania smalcu. To zwierzę morskie pobiera wodę do szerokiej jamy. Następnie mięśnie jego ciała kurczą się, wypychając płyn przez otwór z tyłu. Reakcja powstałego strumienia pozwala łojowi poruszać się do przodu.
Rakiety morskie
Ale kałamarnice osiągnęły największą doskonałość w nawigacji odrzutowej. Nawet kształt samej rakiety wydaje się być skopiowany z tego szczególnego życia morskiego. Poruszając się z małą prędkością, kałamarnica okresowo wygina swoją płetwę w kształcie rombu. Ale żeby wykonać szybki rzut, musi użyć własnego „silnika odrzutowego”. Warto bardziej szczegółowo rozważyć zasadę działania wszystkich jego mięśni i ciała.
Squid ma osobliwy płaszcz. To tkanka mięśniowa, która otacza jego ciało ze wszystkich stron. Podczas ruchu zwierzę zasysa do tego płaszcza dużą ilość wody, ostro wyrzucając strumień przez specjalną wąską dyszę. Takie działania pozwalają kałamarnicom szarpać do tyłu z prędkością dochodzącą do siedemdziesięciu kilometrów na godzinę. Podczas ruchu zwierzę zbiera wszystkie swoje dziesięć macek w kłębek, który nadaje ciału opływowy kształt. Dysza posiada specjalny zawór. Zwierzę obraca go za pomocą skurczu mięśni. To pozwala życiu morskiemu zmienić kierunek. Rolę kierownicy podczas ruchów kałamarnicy pełnią również jej macki. Kieruje ich w lewo lub w prawo, w dółlub w górę, łatwo unikając kolizji z różnymi przeszkodami.
Istnieje gatunek kałamarnicy (stenoteuthys), który ma tytuł najlepszego pilota wśród skorupiaków. Opisz zasadę działania silnika odrzutowego - a zrozumiesz, dlaczego w pogoni za rybą zwierzę to czasami wyskakuje z wody, a nawet wsiada na pokłady statków płynących po oceanie. Jak to się stało? Kałamarnica pilot, będąc w żywiole wody, rozwija dla niego maksymalny ciąg odrzutowy. To pozwala mu latać nad falami na odległość do pięćdziesięciu metrów.
Jeśli weźmiemy pod uwagę silnik odrzutowy, o zasadzie działania którego zwierzęcia można wspomnieć więcej? Są to na pierwszy rzut oka workowate ośmiornice. Ich pływacy nie są tak szybcy jak kałamarnice, ale w razie niebezpieczeństwa nawet najlepsi sprinterzy mogą pozazdrościć ich szybkości. Biolodzy, którzy badali migracje ośmiornic, odkryli, że poruszają się one jak silnik odrzutowy.
Zwierzę przy każdym strumieniu wody wyrzucanym z lejka szarpie się na dwa, a nawet dwa i pół metra. W tym samym czasie ośmiornica pływa w dziwny sposób - do tyłu.
Inne przykłady napędu odrzutowego
W świecie roślin są rakiety. Zasadę działania silnika odrzutowego można zaobserwować, gdy nawet przy bardzo lekkim dotknięciu „szalony ogórek” z dużą prędkością odbija się od łodygi, jednocześnie odrzucając lepką ciecz z nasionami. Jednocześnie sam płód przelatuje na znaczną odległość (do 12 m) w przeciwnym kierunku.
Można również zaobserwować zasadę działania silnika odrzutowego,na łodzi. Jeśli ciężkie kamienie zostaną z niego wyrzucone do wody w określonym kierunku, ruch rozpocznie się w przeciwnym kierunku. Zasada działania silnika rakietowego jest taka sama. Tylko tam zamiast kamieni używa się gazów. Tworzą reaktywną siłę, która zapewnia ruch zarówno w powietrzu, jak i w rozrzedzonej przestrzeni.
Fantastyczne podróże
Ludzkość od dawna marzyła o lataniu w kosmos. Świadczą o tym prace pisarzy science fiction, którzy oferowali różne sposoby osiągnięcia tego celu. Na przykład bohater opowieści francuskiego pisarza Herkulesa Savignina, Cyrano de Bergerac, dotarł na księżyc żelaznym wozem, nad którym nieustannie podrzucano silny magnes. Słynny Munchausen również dotarł na tę samą planetę. Ogromna łodyga fasoli pomogła mu w podróży.
Napęd odrzutowy był używany w Chinach już w pierwszym tysiącleciu p.n.e. W tym samym czasie bambusowe tuby, które były wypełnione prochem, służyły jako rodzaj rakiet do zabawy. Nawiasem mówiąc, projekt pierwszego samochodu na naszej planecie, stworzony przez Newtona, był również z silnikiem odrzutowym.
Historia powstania RD
Tylko w XIX wieku. Marzenie ludzkości o kosmosie zaczęło nabierać konkretnych cech. W końcu to w tym stuleciu rosyjski rewolucjonista NI Kibalchich stworzył pierwszy na świecie projekt samolotu z silnikiem odrzutowym. Wszystkie dokumenty zostały sporządzone przez Narodnaja Wolę w więzieniu, gdzie trafił po zamachu na Aleksandra. Ale niestety 04.03.1881Kibalchich został zrealizowany, a jego pomysł nie znalazł praktycznej realizacji.
Na początku XX wieku. pomysł wykorzystania rakiet do lotów w kosmos przedstawił rosyjski naukowiec K. E. Cielkowski. Po raz pierwszy jego praca, zawierająca opis ruchu ciała o zmiennej masie w postaci równania matematycznego, została opublikowana w 1903 roku. Później naukowiec opracował sam schemat silnika odrzutowego napędzanego paliwem płynnym.
Ponadto Ciołkowski wynalazł wielostopniową rakietę i przedstawił pomysł stworzenia prawdziwych miast kosmicznych na orbicie okołoziemskiej. Ciołkowski przekonująco udowodnił, że jedynym środkiem do lotów kosmicznych jest rakieta. To znaczy aparat wyposażony w silnik odrzutowy, zatankowany paliwem i utleniaczem. Tylko taka rakieta jest w stanie pokonać grawitację i wylecieć poza ziemską atmosferę.
Eksploracja kosmosu
Artykuł Tsiołkowskiego, opublikowany w czasopiśmie „Scientific Review”, ugruntował reputację naukowca jako marzyciela. Nikt nie traktował jego argumentów poważnie.
Pomysł Cielkowskiego został wdrożony przez radzieckich naukowców. Kierowani przez Siergieja Pawłowicza Korolowa, wystrzelili pierwszego sztucznego satelitę Ziemi. 4 października 1957 roku aparat ten został wyniesiony na orbitę rakietą z silnikiem odrzutowym. Praca RD opierała się na konwersji energii chemicznej, która jest przekazywana przez paliwo do strumienia gazu, zamieniając się w energię kinetyczną. W tym przypadku rakieta porusza się w przeciwnym kierunku.kierunek.
Silnik odrzutowy, którego zasada jest stosowana od wielu lat, znajduje zastosowanie nie tylko w kosmonautyce, ale także w lotnictwie. Ale przede wszystkim służy do wystrzeliwania rakiet. W końcu tylko RD jest w stanie przesunąć urządzenie w przestrzeni, w której nie ma nośnika.
Silnik strumieniowy cieczy
Ci, którzy strzelali z broni palnej lub po prostu obserwowali ten proces z boku, wiedzą, że istnieje siła, która z pewnością odepchnie lufę. Co więcej, przy większej ilości opłaty zwrot z pewnością wzrośnie. Silnik odrzutowy działa w ten sam sposób. Jego zasada działania jest podobna do tego, jak lufa jest wypychana z powrotem pod działaniem strumienia gorących gazów.
Jeśli chodzi o rakietę, proces zapalania mieszanki jest stopniowy i ciągły. To najprostszy silnik na paliwo stałe. Jest dobrze znany wszystkim modelarzom rakiet.
W silniku odrzutowym na paliwo ciekłe (LPRE), mieszanka składająca się z paliwa i utleniacza jest używana do wytworzenia płynu roboczego lub strumienia pchającego. Ostatnim z reguły jest kwas azotowy lub ciekły tlen. Paliwem w LRE jest nafta.
Zasada działania silnika odrzutowego, która była w pierwszych próbkach, została zachowana do dziś. Dopiero teraz wykorzystuje ciekły wodór. Gdy substancja ta ulega utlenieniu, impuls właściwy wzrasta o 30% w porównaniu z pierwszymi silnikami rakietowymi na paliwo ciekłe. Warto powiedzieć, że pomysł na wykorzystanie wodoru byłzaproponowany przez samego Cielkowskiego. Jednak trudności w pracy z tą niezwykle wybuchową substancją w tamtym czasie były po prostu nie do pokonania.
Jaka jest zasada działania silnika odrzutowego? Paliwo i utleniacz wchodzą do komory roboczej z oddzielnych zbiorników. Następnie składniki są przekształcane w mieszaninę. Pali się, wydzielając ogromną ilość ciepła pod ciśnieniem dziesiątek atmosfer.
Komponenty wchodzą do komory roboczej silnika odrzutowego na różne sposoby. Tu bezpośrednio wprowadzany jest środek utleniający. Ale paliwo przemieszcza się dłuższą drogą między ściankami komory a dyszą. Tutaj jest podgrzewany i mając już wysoką temperaturę, jest wyrzucany do strefy spalania przez liczne dysze. Ponadto strumień utworzony przez dyszę wybucha i zapewnia samolotowi moment popychający. W ten sposób można (w skrócie) stwierdzić, jaki silnik odrzutowy ma zasadę działania. Opis ten nie wspomina o wielu podzespołach, bez których działanie LRE byłoby niemożliwe. Wśród nich są sprężarki potrzebne do wytworzenia ciśnienia wymaganego do wtrysku, zaworów, turbin zasilających itp.
Nowoczesne zastosowanie
Pomimo faktu, że działanie silnika odrzutowego wymaga dużej ilości paliwa, silniki rakietowe nadal służą ludziom. Wykorzystywane są jako główne silniki napędowe w pojazdach nośnych, a także jako silniki manewrowe dla różnych statków kosmicznych i stacji orbitalnych. W lotnictwie stosuje się inne rodzaje dróg kołowania, które mają nieco inne właściwości użytkowe iprojekt.
Rozwój lotnictwa
Od początku XX wieku do wybuchu II wojny światowej ludzie latali wyłącznie samolotami śmigłowymi. Urządzenia te były wyposażone w silniki spalinowe. Jednak postęp nie zatrzymał się. Wraz z jego rozwojem pojawiła się potrzeba stworzenia mocniejszego i szybszego samolotu. Jednak tutaj projektanci samolotów stają przed pozornie nierozwiązywalnym problemem. Faktem jest, że nawet przy niewielkim wzroście mocy silnika masa samolotu znacznie wzrosła. Jednak wyjście z zaistniałej sytuacji znalazł Anglik Frank Will. Stworzył całkowicie nowy silnik, zwany odrzutowcem. Ten wynalazek dał potężny impuls do rozwoju lotnictwa.
Zasada działania silnika odrzutowego samolotu jest podobna do działania węża strażackiego. Jego wąż ma zwężający się koniec. Wypływająca przez wąski otwór woda znacznie zwiększa swoją prędkość. Powstająca w tym przypadku siła przeciwciśnienia jest tak duża, że strażak z trudem trzyma wąż w dłoniach. Takie zachowanie wody może również wyjaśniać zasadę działania silnika odrzutowego samolotu.
Kierunkowe drogi kołowania
Ten typ silnika odrzutowego jest najprostszy. Możesz to sobie wyobrazić w postaci rury z otwartymi końcami, która jest instalowana na poruszającej się płaszczyźnie. Przed jego przekrojem rozszerza się. Dzięki tej konstrukcji napływające powietrze zmniejsza swoją prędkość, a jego ciśnienie wzrasta. Najszerszy punkt takiej ruryto komora spalania. To tam paliwo jest wtryskiwane, a następnie spalane. Taki proces przyczynia się do nagrzewania powstających gazów i ich silnego rozprężania. To tworzy ciąg silnika odrzutowego. Wytwarzają go wszystkie te same gazy, które wyrywają się siłą z wąskiego końca rury. To właśnie ten ciąg sprawia, że samolot leci.
Problemy z użytkowaniem
Silniki Sramjet mają pewne wady. Mogą pracować tylko na samolocie będącym w ruchu. Statku powietrznego w stanie spoczynku nie można aktywować drogami kołowania o przepływie bezpośrednim. Aby unieść taki samolot w powietrze, potrzebny jest jakikolwiek inny silnik rozruchowy.
Rozwiązywanie problemów
Zasada działania silnika odrzutowego samolotu typu turboodrzutowego, pozbawiona wad drogi kołowania o przepływie bezpośrednim, pozwoliła konstruktorom samolotów stworzyć najbardziej zaawansowany samolot. Jak działa ten wynalazek?
Głównym elementem silnika turboodrzutowego jest turbina gazowa. Za jego pomocą uruchamiana jest sprężarka powietrza, przechodząca przez którą sprężone powietrze kierowane jest do specjalnej komory. Produkty uzyskane w wyniku spalania paliwa (najczęściej nafty) opadają na łopatki napędzającej ją turbiny. Ponadto przepływ powietrza i gazu przechodzi do dyszy, gdzie przyspiesza do dużych prędkości i wytwarza ogromną siłę ciągu strumienia.
Wzrost mocy
Reaktywna siła ciągu możeznacznie wzrosnąć w krótkim czasie. W tym celu stosuje się dopalanie. Jest to wtrysk dodatkowej ilości paliwa do strumienia gazu uchodzącego z turbiny. Niewykorzystany tlen w turbinie przyczynia się do spalania nafty, co zwiększa ciąg silnika. Przy dużych prędkościach wzrost jego wartości sięga 70%, a przy niskich – 25-30%.
