6
МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ
Хорольський Агропромисловий Коледж
Полтавської Державної Аграрної Академії
РЕФЕРАТ
на тему:
РЕАКТИВНІ ДВИГУНИ
Виконав: студент групи Г-11
Кайда Юрій Володимирович
Хорол 2006
План
1. Визначення реактивного двигуна
2. Принципова схема будови і роботи реактивного двигуна
3. Область застосування реактивного двигуна
4. Переваги і недоліки реактивного двигуна
5. ККД реактивного двигуна і способи його підвищення
Джерела інформації
1. Визначення реактивного двигуна
Сам термін „реактивний” походить від слова „реакція”. Поясню, що ж таке
реакція взагалі з фізичної точки зору. Приміром, на столі чи на підлозі
лежить предмет (маю на увазі в полі тяжіння). З силою F = mg цей предмет
тисне на опору, і тільки тому предмет не рухається у полі тяжіння, що
існує реакція опори, рівна за абсолютною величиною вазі предмета, тобто
mg, але протилежно напрямлена (дві сили взаємно компенсуються). Це ж
саме нам говорить третій закон Ньютона – закон дії і протидії. Правда
даний закон – частковий випадок взаємодії тіл і справедливий лише у
випадках статичних взаємодій та симетричного зіштовхування цілком
однакових куль.
Розглянемо такий приклад. Установимо звичайний електровентилятор на таці
невеликої маси, на колесиках також невеликої маси і з невеликим
коефіцієнтом тертя в осях, на рівній поверхні. Якщо після ввімкнення
вентилятора струмінь повітря буде спрямований „на нас”, то реакція цього
струменя буде спрямована „від нас”. У цьому ж напрямку (за реакцією
повітряного потоку) вентилятор і покотиться.
Іншим прикладом реактивного двигуна може бути ракета як система двох тіл
– оболонки і пального, що знаходиться в ній. Під час запуску ракети
пальне згоряє і перетворюється в газ високої температури і високого
тиску. Завдяки високому тиску цей газ з великою швидкістю вихоплюється з
сопла ракети, внаслідок цього оболонка летить в протилежному напрямку.
Саме реакція струменю газу, спрямована протилежно його витіканню і є
рушійною силою ракети. Причому, на відміну від вищезгаданої реакції
опори, яка виникає в гравітаційних полях, реакція газового струменю має
місце також поза межами гравітаційних полів, де з високою ступінню
точності систему оболонка – пальне можна вважати замкненою. Як ми
побачимо далі, реактивний рух є цікавим і важливим випадком використання
закону збереження імпульсу.
2. Принципова схема будови і роботи реактивного двигуна
оболонка
пальне, що знаходиться в оболонці
реактивне сопло
напрямок витікання газів напрямок руху ракети
рис.1
Принципову схему будови і роботи реактивного двигуна показано на рис.1.
Перед стартом ракети її загальний імпульс (оболонки і пального) у
системі координат, зв’язаній із Землею, дорівнює нулю, бо вся ракета
перебуває в спокої відносно Землі. Внаслідок взаємодії газу й оболонки
газ, що викидається, набуває деякого імпульсу. Для спрощення знехтуємо
впливом сили тяжіння, тоді оболонку і пальне можна вважати замкненою
системою. Загальний імпульс вказаної замкненої системи після запуску
також має дорівнювати нулю, тому оболонка через взаємодію з газом
набуває імпульсу, рівного за абсолютною величиною, але протилежного йому
за напрямком. Ось чому починає рухатися не тільки газ, а й оболонка
ракети.
Закон збереження імпульсу дає можливість визначити швидкість ракети
(оболонки). Припускаємо, що газ, який утворюється під час згоряння
пального, вихоплюється з ракети відразу, а не витікає поступово.
Позначимо масу газу, в який перетворюється пальне в ракеті, через mг, а
швидкість витікання газу через vг. Масу і швидкість оболонки позначимо
через mоб і vоб. Тоді за законом збереження імпульсу
mгvг + mобvоб = 0, звідки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 (1)
З даної формули видно, що швидкість оболонки ракети тим більша, чим
більша швидкість газу, що викидається і чим більше відношення маси
пального до маси оболонки.
Більш точно реактивний рух характеризує рівняння Ціолковського, в якому
відкинуто припущення про миттєвий викид газу (розглядається рух тіла
змінної маси). Для виведення рівняння Ціолковського запишемо
диференціальне рівняння руху ракети: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 (2)
де
picscalex1280100090000034e0100000200770000000000050000000201010000000500
00000102ffffff00050000002e0119000000050000000b0200000000050000000c022002
20011300000026060f001c00ffffffff00004e0010000000bdffffffb4ffffffdd000000
d40100000b00000026060f000c004d617468547970650000300005000000090200000002
050000001402c00137001c000000fb0280fe000000000000900101000000000200105469
6d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01
000009000000320a0000000001000000767900030500000014026a0040001c000000fb02
80fe000000000000900100000001000200104d542045787472610000000012070a51b7c5
c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01010004000000f001000009000000320a
0000000001000000727900037700000026060f00e3004d617468547970655555d7000501
00050244534d543500011357696e416c6c4261736963436f646550616765730011055469
6d6573204e657720526f6d616e00110353796d626f6c001105436f7572696572204e6577
0011044d5420457874726100120008212f458f442f4150f4100f475f4150f21f1e4150f4
150f4100f445f425f48f425f4100f4100f435f4100f48f45f42a5f48f48f4100f4100f40
f48f417f48f4100f412a5f445f45f45f45f45f410f0c0100010001020202020002000101
0100030001000400000a010003001f02000100020083760000020096d720000000000b00
000026060f000c00ffffffff01000000000000001c000000fb021000070000000000bc02
000000cc0102022253797374656d000000000a0021008a01000000000000000020ea1200
b9c1c677040000002d01000004000000f0010100030000000000 і m – швидкість і
маса ракети у довільний момент часу, u2 – відносна швидкість продуктів
згоряння на виході з двигуна (вектор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, як відносну швидкість повітря, що поступає до двигуна, опущено,
так як вважають
picscalex124010009000003f30100000200850000000000050000000201010000000500
00000102ffffff00050000002e0119000000050000000b0200000000050000000c028002
e0031300000026060f001c00ffffffff00004e0010000000c0ffffffb4ffffffa0030000
340200000b00000026060f000c004d617468547970650000600005000000090200000002
0500000014022302db001c000000fb0222ff000000000000900100000000000200105469
6d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01
000009000000320a00000000010000003179bc01050000001402c001d8021c000000fb02
80fe0000000000009001000000000002001054696d6573204e657720526f6d616e00b7c5
c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01010004000000f001000009000000320a
000000000100000030790003050000001402c0012e001c000000fb0280fe000000000000
9001010000000002001054696d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0
c97700003000040000002d01000004000000f001010009000000320a0000000001000000
75790003050000001402c001b2011c000000fb0280fe0000000000009001000000010002
001053796d626f6c00774000000019070af9b7c5c677c0c5c67720c0c977000030000400
00002d01010004000000f001000009000000320a00000000010000003d79000305000000
14026a0040001c000000fb0280fe000000000000900100000001000200104d5420457874
7261000000001e070a54b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d0100000400
0000f00101000a000000320a00000000020000007572700000038500000026060f000001
4d617468547970655555f400050100050244534d543500011357696e416c6c4261736963
436f6465506167657300110554696d6573204e657720526f6d616e00110353796d626f6c
001105436f7572696572204e65770011044d5420457874726100120008212f458f442f41
50f4100f475f4150f21f1e4150f4150f4100f445f425f48f425f4100f4100f435f4100f4
8f45f42a5f48f48f4100f4100f40f48f417f48f4100f412a5f445f45f45f45f45f410f0c
01000100010202020200020001010100030001000400000a010003001f02000100020083
750003001b00000b0100020088310000010100000a020096d720000204863d003d020088
300000000b00000026060f000c00ffffffff01000000000000001c000000fb0210000700
00000000bc02000000cc0102022253797374656d000000000a0021008a01000000000100
000020ea1200b9c1c677040000002d01010004000000f0010000030000000000).
Вектори
picscalex124010009000003b10100000400840000000000050000000201010000000500
00000102ffffff00050000002e0119000000050000000b0200000000050000000c024004
60021300000026060f001c00ffffffff00004e0010000000c0ffffffa6ffffff20020000
e60300000b00000026060f000c004d617468547970650000c00008000000fa0200001300
000000000002040000002d01000005000000140260024000050000001302600202020500
0000090200000002050000001402ce0158001c000000fb0280fe00000000000090010100
00000002001054696d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0c9770000
3000040000002d0101000a000000320a00000000020000006476ea000003050000001402
ec0385001c000000fb0280fe0000000000009001010000000002001054696d6573204e65
7720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01020004000000
f00101000a000000320a00000000020000006474c000000305000000140278004b011c00
0000fb0280fe000000000000900100000001000200104d5420457874726100000000a206
0a3fb7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01010004000000f00102000900
0000320a0000000001000000727400038400000026060f00fe004d617468547970655555
f200050100050244534d543500011357696e416c6c4261736963436f6465506167657300
110554696d6573204e657720526f6d616e00110353796d626f6c001105436f7572696572
204e65770011044d5420457874726100120008212f458f442f4150f4100f475f4150f21f
1e4150f4150f4100f445f425f48f425f4100f4100f435f4100f48f45f42a5f48f48f4100
f4100f40f48f417f48f4100f412a5f445f45f45f45f45f410f0c01000100010202020200
020001010100030001000400000a010003000b00000100020083640003001f0200010002
0083760000020096d7200000010002008364000200837400000000000b00000026060f00
0c00ffffffff010000000000000008000000fa0200000000000000000000040000002d01
02001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d00000000
0a0021008a0100000000ffffffff20ea1200b9c1c677040000002d01030004000000f001
0100030000000000 та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 спрямовані в протилежні боки, тому рівність (2) набере
вигляду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 (3)
Інтегруючи (3) при u2 = const отримаємо рівняння Ціолковського: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 (4)
де v0 і m0 – початкові значення швидкості і маси ракети в момент часу t
= 0.
3. Область застосування реактивного двигуна
Нині реактивні двигуни застосовують у трьох областях: космонавтиці,
військовій галузі та авіації.
Ракети дають можливість виводити на навколоземні орбіти та у
міжпланетний простір космонавтів та вантажі. Таким чином реалізуються
програми дослідження Землі та навколоземного простору, міжпланетного
простору, Сонця, планет та їх супутників, передбачення погоди,
визначення місцеположення об’єктів на Землі (GPS) та інші.
Альтернативного типу двигуна для даних цілей поки що не існує.
Військова галузь застосовує ракети для доставки військових зарядів до
цілі. Міжконтинентальні балістичні ракети можуть доставляти ядерні та
термоядерні заряди на великі відстані. На жаль, дана галузь застосовує
реактивні двигуни в цілях знищення істот, собі подібних.
На багатьох літаках, в тім числі і на цивільних, встановлено реактивні
двигуни, що дало змогу збільшити швидкість їх приблизно в 10 разів у
порівнянні з гвинтовими літаками.
4. Переваги і недоліки реактивного двигуна
Одною з суттєвих переваг ракети є те, що на відміну від усіх інших
транспортних засобів вона може рухатися, не взаємодіючи з жодними іншими
тілами, крім продуктів згоряння пального, що містяться в ній самій. У
той час як звичайні літаки і навіть літаки з повітряно-реактивними
двигунами можуть літати лише в межах земної атмосфери, реактивний двигун
балістичної ракети може працювати і в без повітряному просторі. Саме
тому ракети використовуються для запуску штучних супутників Землі та
космічних кораблів і для їх переміщення у космічному просторі, де їм ні
на що спиратись і ні від чого відштовхуватись, як це роблять наземні
види транспорту. Інша перевага – можливість маневрування корабля в
космічному просторі та гальмування його, завдяки зміні напряму викидання
струменю газу.
Про недоліки. Якщо навіть припустити миттєве викидання газів з сопла
ракети і обчислювати її швидкість за рівністю (1), то для досягнення
швидкості ракети, наприклад, у 4 рази більшої від швидкості газу, який
вихоплюється, маса пального повинна бути в 4 рази більшою від маси
оболонки, тобто оболонка повинна становити п’яту частину всієї маси
ракети. Не слід при цьому забувати, що „корисною” частиною ракети є саме
її оболонка.
Розрахунок швидкості ракети за рівнянням (4) показує, що для того, щоб
швидкість оболонки була в 4 рази більшою від швидкості газу, маса
пального на старті повинна бути не в 4, а в кілька десятків разів більша
за масу оболонки. Якщо при цьому додатково врахувати, що під час запуску
із Землі на ракету діють і сила опору повітря, крізь яке вона повинна
летіти, і сила тяжіння, то можна зробити висновок, що відношення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має
бути ще більшим.
Іншим недоліком реактивних двигунів є відносно мала швидкість викидання
газів з сопла ракети, і, таким чином, відносно мала швидкість оболонки.
Ракети, що створені нині, не дають змоги досягти швидкості навіть 50
км/с. І якби могли, то з такою швидкістю подорожі до найближчих зірок
тривали б мільйони років. Все це робить навіть натяк на використання
ракет з реактивними двигунами для міжзоряних перельотів, а тим більше
пілотованих перельотів, безглуздим заняттям. Для таких перельотів
потрібен принципово інший тип двигуна, винайдення якого – справа
далекого майбутнього. Тобто, реактивні двигуни, такі, які вони є на
теперішній момент, можна використовувати для перельотів в межах однієї
планети і в межах однієї планетної системи. Коли буде винайдено двигун
для міжзоряних перельотів, на космічних кораблях майбутнього (а особливо
на розвідувальних човниках) будуть встановлені реактивні двигуни – для
перельотів на близькі відстані і маневрування.
5. ККД реактивного двигуна і способи його підвищення
Як відомо, коефіцієнт корисної дії механізму, пристосування чи двигуна
суть відношення корисної роботи до всієї затраченої роботи. Корисною
частиною ракети є, як вже було сказано, її оболонка, а маса оболонки,
обчислена з рівняння Ціолковського, (без урахування опору повітря)
повинна становити приблизно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 частину
маси ракети. У сучасних балістичних ракет кінцева маса у сотні разів
менша стартової маси. Значить, і прискорення також у сотні разів зростає
по мірі витрати палива. Звідси випливає, що приріст швидкості, що його
отримує ракета при витраті однієї і тієї ж кількості палива, сильно
залежить від того, у який момент часу це паливо витрачається: доки запас
палива на борту великий і маса ракети велика, приріст швидкості малий;
коли палива залишилось мало і маса ракети значно зменшилася, приріст
швидкості великий. По цій причині навіть велике збільшення запасу палива
не може значно підвищити кінцеву швидкість ракети: адже додаткова
кількість палива буде використана тоді, коли маса ракети велика, а
прискорення мале, а значить, малий і додатковий приріст швидкості. Крім
того, якщо ми збільшуватимемо масу палива, ми зменшимо ККД реактивного
двигуна, і без того найменший серед ККД всіх відомих двигунів і машин на
Землі. Зате збільшення швидкості реактивного струменя при незмінному
запасі палива (ККД хоча б не зменшується!) дозволяє значно збільшити
кінцеву швидкість ракети. Так, збільшуючи швидкість реактивного
струменя, не змінюючи секундної витрати палива, ми, тим самим,
збільшуємо прискорення у тому ж відношенні. Для збільшення швидкості
реактивного струменя соплу ракети надають спеціальної форми. Оскільки
швидкість реактивного струменя збільшується по мірі росту температури
газу, що утворює струмінь, вибирають паливо, що дає по можливості вищу
температуру згорання.
Як ми бачили, коефіцієнт корисної дії реактивного двигуна підвищити на
сьогоднішній день досить важко, майже неможливо.
Зрозуміло, що безглуздо говорити про підвищення коефіцієнта корисної дії
шляхом зменшення маси пального, яке знаходиться в оболонці, бо у цьому
разі ракета не досягне розрахункової швидкості. В досить незначній мірі
підвищити ККД реактивних двигунів можна, використовуючи багатоступінчаті
ракети.
Джерела інформації
1. Элементарный учебник физики, под ред. академика Г.С. Ландсберга, том
1, М:, Наука, 1964.
2. Б.М. Яворовский, А.А. Детлаф – Справочник по физике для инженеров и
студентов ВУЗов, М:, Наука, 1977.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
