Hogyan működik egy rakétát, és miért repül
Bonyolultsága ellenére a design modern űrhajó, rakéta - az egyik legkönnyebb repülőgép. A készülék alapja az az elv, hogy minden intézkedés a reakció. A rakéta repül, dobott egy bizonyos anyag a farok rész. Mindezek ellenére az egyszerűség, a rakétákat fejlesztett ki és finomított több mint hétszáz éve. A rakéták használt űrkutatás, a fegyverzetek, a mentési műveletek és a szórakozás.
sugárhajtómű
Közül a leginkább figyelemre méltó tulajdonságait rakéták - képes biztosítani hivatalból, akár teljes ürességét világűrben, valamint a magas miatt ezen visszaható erő meglepően nagy sebességgel. Valahogy rakéta kitolja magát segítség nélkül a külső erők, és úgy tűnik, mintha ez a lökés lehet mondani neki tetszőlegesen nagy gyorsulás.
Persze, sőt, a rakéta önmagában nem mozdult, csak itt nem lehet felemelni magát a földről saját cipőfűző cipő, és fel kell gyorsítani azt a határt. Tény, hogy a rakéta kap vezetői reakció erő, kezdve a saját üzemanyag és amikor az üzemanyag tartalékok kimerülnek, akkor megáll, gyorsulni. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan rakéta lekéri a reaktív erő, a készlet az üzemanyag, lássuk, hogyan Newton harmadik (az egyik, hogy leírja a hatás-ellenhatás) tekintetében rakéták.
Képzeld el, hogy ül a jégen a közepén egy befagyott tó és a sebesség és a lendület nulla. A nap felmelegíti, és nedves jégen nagyon csúszós. Úgy tűnik, nem számít, milyen keményen próbálkozol, nem tudsz mozogni. Hogy kerültél a partra?
És mi történik veled? Mozog a ciszjordániai! Mozog, mert ha tolta a cipők keleti irányba, akkor ugyanolyan erővel tolta, hogy a nyugati. Ugyanakkor átadja a lendület cipő - és ő is adott egy lökést, de irányította az ellenkező irányba. Impulse nem merül fel a semmiből, és eltűnnek a semmibe, csak akkor lehet újra elosztani. Még ha el is dobott cipő, a teljes lendületet nulla. Nagysága az impulzus megegyezik az értékét a cipők szemben impulzusokkal.
Persze, a súlya sokkal nagyobb, mint a futócipők, így mozogni sokkal lassabb, mint ez. Momentum a termék a tömege és sebessége, és annál nagyobb a tömege, annál kisebb a sebesség is kell szerezni az azonos impulzus. Akárhogy is elérték, amit akartak - lassan csúszik a nyugati partra.
A végső sebesség az a határ, mert tudta, cipő csak egy kis lendületet, és akkor is kapott tőle egy kis lendületet irányította az ellenkező irányba. Ha lehet dobni, amely nagyobb sebességgel fut, vagy a levegőben egy doboz cipő, a lendület lenne sokkal több, és akkor elkezd csúszni gyorsabb.
Azonban dobás cipő nem túl hatékony. Sokkal hatékonyabb lenne megjelent az irányt a keleti partján a gyors áramlását gáz. Még szobahőmérsékleten a levegőben molekulák a sebességet mintegy 1800 km / h. Ha a gáz-ra melegítjük és 2800 S -, hogy a gáz hőmérséklete a folyékony rakéta motor - a molekulák mozog háromszor gyorsabb. Eldobni valamit, olyan sebességgel, akkor kap egy izmos legnagyobb lendületet irányul, hogy a másik oldalon a tekercs.
Ezt a folyamatot végre a klasszikus rakéta motort (lásd. Ábra.). A kémiai reakció a tüzelőanyag válik rendkívül melegített gáz jet. Energia amely eredetileg létezett formájában kémiai potenciális energia az üzemanyag, és berobbanna fűtött gáz hővé (ez főleg mozgási energiája véletlenszerű mozgás apró molekulák). rakéta motor fúvóka irányítja rendezetlen molekulák mozog az egyik irányba, és a motor kommunikál reaktív erő irányította az ellenkező irányba.
A molekuláris kép egy rakéta működő motor kémiai üzemanyag. Üzemanyag elégetjük a motortérben, és a fúvókán kiáramló reaktív gáz jet. Fúvóka átalakítja a véletlenszerű termikus mozgás a gázmolekulák áramlás rendezetten irányított a rakéta motor.
Ha valaha is nézni a kezdete egy nagy rakéta, akkor valószínűleg észrevette, hogy egy harang alakú fúvóka, amelyen keresztül gázokat bocsát ki. Minden fúvóka irányítja a jet reaktív gáz vissza, és ennek eredményeként lehetővé teszi a rakéta, hogy kibontsa a lehető legnagyobb előre irányított lendület és a pontszám a lehető legnagyobb sebességet. Mint látni fogjuk a 6. fejezetben, a fúvóka lehetővé teszi a gázok konvertálni különböző belső energia mozgási energiává alakul; fúvóka ideális közvetlen áramlását és eloszlassa a molekulákat. Az optimális formája a rakéta motor fúvóka - egyfajta homokóra. Egy ilyen fúvóka nevezzük Laval fúvóka tiszteletére a feltaláló - svéd Carl Gustaf de Laval.
A jobb megértéséhez, hogy miért a rakéta fúvóka egy ilyen bonyolult alakja van szükség, meg kell vizsgálni a fizika gázáram, az arány megközelíti vagy meghaladja a hangsebességet is. Később majd beszélünk erről részletesebben, de most ez elég, hogy röviden érintse meg a témát.
Belül, a rakéta a bejáratnál, hogy a Laval-fúvókát, a forró gáz erősen tömörített, és tároljuk hatalmas nyomás alatt. Hasonlóképpen a gáz egyik aeroszolos, a gyorsulás-forró gáz a levegő a fúvóka felé területe kisebb nyomású. Szűkül a fúvóka elősegíti gyorsulás egy bizonyos határt. A legkeskenyebb része a fúvóka gáz átmegy a hangsebesség, és annak tulajdonságait kezdenek megváltozik. Ezután a fúvóka kitágul, hogy eloszlassa a szuperszonikus sugárhajtású gázáram még. Itt, a széttartó a harang, az eredeti kis mennyiségű erősen sűrített gáz növekszik, és a vörös-forró gáz állítjuk elő annak érdekében, hogy elhagyják a fúvókát a környezetben.
Az optimális (azaz, reaktív erő maximális) átmérője a külső fele a Laval-fúvókák függ a külső körülmények között. Alacsony tengerszint feletti magassága fúvókagázzal megy fel a levegőbe, ami normál légköri nyomás mellett, és ebben az esetben a legjobb viszonylag keskeny fúvóka. A sztratoszféra és gázok hagyjon helyet vákuum atmoszférában vagy vákuumban, igénylő szélesebb fúvóka. Jellemzően a tervezők találni valamilyen kompromisszumos megoldást fúvóka alkalmas azok számára, és más körülmények között.
Ahhoz, hogy a fúvóka kilépési pont forrása energiája a gáz csaknem teljesen átalakul kinetikus energia és a gáz áramlási sebessége elfelé a fúvóka. Azonban, mivel a gáz tovább ég után is kiesés a fúvóka, a mozgási energia és a sebesség nő fantasztikus értékeket. Mivel a tervezés a Laval-fúvóka jet kipufogógáz sebessége gázsugár - vagyis a sebesség a gázáram hátrafelé, így a rakéta - esetén eléri a 10 000 és 16 000 km / h.
Rocket kiadja a jet stream vissza, és azt mondja neki, hátrafelé pulzusát. Reaktív gázsugár küld rakéta előre, és ezzel lezárja a lendület átviteli folyamat. Minden, ami szükséges ahhoz, hogy a reaktív hajtóerő - a tényleges gázok kibocsátását; egy rakéta nem kell kezdeni bármely más szerv, és repül tökéletesen, sőt teljes üresség. „Pushing” elég nehéz a saját kibocsátását, a rakéta nem csak kompenzálja a saját súlyát, de emelkedik a gyorsulás. Abban az időben a kiindulási űrsikló együtt az üzemanyagtartály súlya körülbelül 20.000.000 H és a reaktív erő egyenlő körülbelül 30 millió N. Ez azt jelenti, hogy a transzfer mozoghat felfelé kétszer gyorsulás kisebb, mint a gravitációs gyorsulás! Ahogy a hajó ég az üzemanyag, a súlya és tömege csökken, akkor odarohan gyorsabb.
Általános tévhit: akció és a reakció a rakéták
Tévhit: megkezdéséhez a mozgás, a rakéta kell egy bizonyos ellenállást idegen testet.
Tény: Mivel a mozgását rakéta magában foglalja a hatását két egyenlő és ellentétes erő - akció és a reakció, a rakéta kitolja a reaktív gázáram (akció), és a jet-stream kitolja a rakéta (ellenzéki). Ha a gázáram és ütköznek semmit, miután elhagyta a fúvókát, hogy nincs kapcsolatban a Jet Propulsion rakéta.
stabilizálása rakéták
Míg rakéta boncoló a rétegek a légkörben, akkor a legjobb, hogy repül az orra előtt. Még egy madár, amely hirtelen repül farok első, majd nézel buta, de a rakéta elveszett, hogy stabilizálja a rendkívül veszélyes. Ahhoz, hogy a megfelelő orientációban a rakéta kell dinamikus forgási ellenállás. Sok rakétát elpusztult távolról röviddel indulás után, mert elvesztette a dinamikus stabilitás és vált véletlenszerűen bukdácsoló levegőben.
Rocket dinamikusan stabil, ha a teljes pillanatban a rá ható erők hatására körülbelül a tömegközéppontja nullával egyenlő, ha az orrát előre orientáció. Bármilyen eltérés ebben a helyzetben vissza kell neki. Bármilyen nyomatéka kell vagy újra és újra telepíteni a rakéta orra előre, vagy meg kell elhanyagolható.
Rocket tervező figyelembe kell vennie az oka a két nyomatékot. Először is, a hatalom a tolóerő. Hátoldalán található a rakéta kitolja a rakéta előre, és ez potenciálisan sül el. Végtére is, még egy közönséges teherautó könnyebb elküldeni a helyes irányba, ha húzza maga elé, és ne nyomja vissza. Ahhoz, hogy a rakéta azt folyamatosan fókuszált orr előre, a motor kell generálni tolóerő irányul pontosan a tömegközéppont -, akkor a rakéta nem vonatkozik nyomatékot. Ha az egyik motor nem pontosan fókuszált, akkor létrehozhat egy tolóerő pillanat, ami húzza a rakéta felszáll. Nyomatékok eredő elmozdulás a motor - az egyik leggyakoribb oka az összeomlás modern rakéták. A meghibásodás a motor vagy az ellenőrzési rendszer vezethet, hogy a rakéta megy ki az ellenőrzés.
Másodszor, a rakéta, amíg a légkörben, működhet pillanatok aerodinamikai erők. Aerodinamikai, tanulmányozni fogjuk a 6. fejezetben, de most elég annyit mondani, hogy a rakéta a környezeti légáramlás segít a rakéta repülni orr előre, feltéve, hogy a légellenállás a farokrész nagyobb, mint az első. Ebben az esetben az aerodinamikai erők hatnak a farok a rakéta mögött a súlypont, és irányítsa az orrát előre.
egyszerű rakéta stabilitást biztosítanak kizárólag aerodinamika. Irányfelület rakéták hozzájárul a kialakulásához aerodinamikai erők, hogy tartsa a farkát a hátsó. motor fúvóka túl gondosan beállítani, hogy a reaktív gázsugár nem hoz létre pillanatában hatályos a tömegközéppontja a rakéta. Az ilyen rakéta repül egyenes vonalban, de nehéz kezelni.
Modern high-tech rakéta farok van, stabilizálva vannak miatt reaktív erők. Az ilyen rakéták képesek irányítani irányultsága, és forgassa a fúvóka motort úgy, hogy állítsa be a pályára. Emellett, mivel a ház ilyen rakéták vannak további kis irányító motorok hoznak létre pillanatok erő és fenntartani a megfelelő tájékozódás a rakéta. A legtöbb modern hordozórakéták nincs stabilizátorok. Stabilitásukat és kormányozhatóságot biztosít teljesen folyamatos ellenőrzés mellett a motor.
Az a tény, hogy a röppálya korrekciót végezni kizárólag olyan reaktív gázáram, hogy alapvetően fontos, amikor az űrhajó elhagyja a Föld légkörébe. A vákuum, ahol nem merül fel pillanatok aerodinamikai erők irányította egy repülő jármű különleges kormánymű motorok, hogy a rövid kibocsátás reaktív gáz fúvókák hajó megfordult a kívánt irányba. A szárnyak és a farok egység az űrsikló kell csak, ha visszatér a Földre, elkezd tervezni a légkörben. A pályára nincs szárnya, se farka nem működik, mert nincs levegő, ahonnan lehetne taszította.
Azonban bármilyen önérzetes tér legénység parancsnoka azt akarja, hogy a hajó tűnt lehet elegánsabb - ez nem rosszabb, mint űrhajók, amit mutatni kasszasikerek. Űrhajó a film szinte mindig díszített teljesen haszontalan térben farka és szárnyai. És ha még egyszer látni a képernyőn egy intergalaktikus cruiser elegáns szárnyak és a farok, ne felejtsük el, hogy nem kevésbé hatékony a csillaghajó, mint, mondjuk, egy hatalmas és esetlen iskolabusz.
Fordítás angolról, sétál E. és J. Pliskin