Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
31 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чем измеряется мощность реактивного двигателя

Мощность ракетного двигателя

Мощность ракетного двигателя

Мощность, развиваемая двигателем, т. е. механическая работа, совершаемая им в единицу времени (секунду), является важнейшей характеристикой любого двигателя. Это и естественно, если иметь в виду, что именно совершение этой механической работы за счет израсходования определенного количества энергии другого вида — тепловой, электрической или еще какой-либо — и является назначением всякого двигателя. В соответствии с этим двигатели подразделяются на электрические, тепловые и т. д.

Обычно мощность, развиваемая каким-либо двигателем, может быть использована самыми разнообразными способами. Для этого вал двигателя связывают с тем или иным потребителем механической работы. Так, например, поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть установлен на электростанции и вращать ротор динамомашины, тогда мощность двигателя будет преобразовываться в электрическую энергию; он может вращать трансмиссию в цехе и приводить таким образом в движение станки; может быть установлен на автомобиле для привода его ведущих колес; наконец, может вращать пропеллер самолета и т. д. Во всех этих случаях мощность двигателя будет неизменной, она будет только по-разному расходоваться. В частности, для нас очень важно, что мощность такого двигателя, установленного, допустим, на самолете, будет также одинаковой, вне зависимости от того, неподвижен ли самолет, стоящий на аэродроме, или летит со скоростью в сотни километров в час.

Именно этим свойством обычного поршневого авиационного двигателя объясняется то, что он перестал удовлетворять требованию непрерывного роста скорости полета, характерному для современной авиации.

Действительно, мощность, потребная для полета данного самолета, очень быстро растет при увеличении скорости полета, пропорционально кубу этой скорости. Значит, при увеличении скорости полета в два раза потребная мощность вырастет соответственно в восемь раз. Еще значительнее становится рост потребной мощности при приближении скорости полета к скорости звука, т. е. скорости, с которой звук распространяется в воздухе (немногим более 1200 км/час вблизи земли), что объясняется дополнительным сопротивлением, связанным с явлением сжимаемости воздуха при этих скоростях.

Установка на самолетах все более мощных двигателей приводит лишь к незначительному увеличению скорости полета. Более мощные двигатели оказываются и более тяжелыми (вес двигателя увеличивается почти пропорционально его мощности), а также большими по размерам, вследствие чего для их установки требуются и большие по размерам самолеты. Но это в свою очередь увеличивает мощность, потребную для полета с данной скоростью.

Выход из этого заколдованного круга был найден применением двигателей принципиально иного типа — двигателей прямой реакции в частности, ракетных. Поэтому не без основания говорят что применение реактивных двигателей в авиации представляет собой настоящую техническую революцию.

Ракетный двигатель в смысле развиваемой им мощности ведет себя совсем иначе, чем, например, поршневые двигатели внутреннего сгорания.

B этом легко убедиться.

Как известно, мощность — это работа, произведенная за секунду, работа же есть действие силы на некотором пути. Поэтому величина работы определяется произведением силы на пройденный в направлении ее действия путь, а мощность соответственно равна произведению силы на скорость. Если мощность измерять в лошадиных силах, то, как известно, величину секундной работы в килограммометрах нужно еще разделить на 75, так как 1 л. с. = 75 кгм/сек; таким образом:

Чему же равна мощность ракетного двигателя? Так как реактивная сила, т. е. тяга, развиваемая двигателем, от скорости передвижения не зависит, то мощность ракетного двигателя оказывается прямо пропорциональной скорости полета.

Когда двигатель неподвижен — например, испытывается на станке, — его мощность равна нулю, несмотря на то, что тяга, развиваемая двигателем, может быть при этом очень велика. Мощность становится значительной лишь при больших скоростях передвижения.

Это свойство ракетного двигателя характеризует его как двигатель специфически транспортный; мало того, как двигатель для аппаратов, передвигающихся с очень большими скоростями, возможными лишь в воздухе и вне пределов атмосферы, т. е. двигатель для самолетов, снарядов, ракет.

На малых скоростях ракетный двигатель развивает весьма незначительную мощность, но зато при увеличении скорости мощность возрастает и может достигать значений, недосягаемых для других тепловых двигателей. Это обстоятельство позволяет получить с помощью ракетного двигателя скорость полета значительно большую, чем с помощью обычных (поршневых) авиационных двигателей.

Как велика может быть мощность ракетного двигателя, видно из следующего примера, относящегося к одной дальнобойной ракете.

На этой ракете установлен ракетный двигатель (он будет описан подробно в разделе о жидкостно-реактивных двигателях), развивающий тягу в 25 тонн. При запуске ракеты, когда скорость ее равна нулю, мощность двигателя также равна нулю. Но когда ракета, примерно через 1 мин. после старта, достигает высоты около 40 км, ее скорость становится очень большой, порядка 1500 м/сек (около 5500 км/час). Подсчитаем по нашей формуле мощность, которую развивает двигатель в этот момент:

Конечно, такую колоссальную мощность (полмиллиона лошадиных сил!) не в состоянии развить ни один тепловой двигатель при тех размерах и весе, которые имеет двигатель этой ракеты.

Ракетный двигатель совершает полезную работу за счет израсходования скоростной энергии газов, вытекающих из двигателя в атмосферу.

Доля тепловой энергии топлива, переходящей в скоростную энергию газов и, следовательно, величина этой скоростной энергии, от скорости полета не зависит.

В то же время мощность двигателя при изменении скорости полета меняется.

Это означает, что в зависимости от скорости полета скоростная энергия вытекающих из двигателя газов по-разному используется для совершения полезной работы[3].

Читать еще:  Хендай аванте технические характеристики двигателя

Преобразование скоростной энергии газов в полезную работу двигателя полностью определяется скоростью полета. Некоторые характерные в этом отношении (режимы полета ракеты или самолета с ракетным двигателем представлены на фиг. 8. Верхний рисунок на этой фигуре соответствует режиму взлета — двигатель работает, но ракета неподвижна, скорость полета равна нулю. При этом полезная работа, т. е. мощность двигателя, тоже равна нулю. Куда же расходуется скоростная энергия струи газов, с большой скоростью вытекающих из двигателя? Очевидно газы, которые в этом случае мчатся относительно земли со скоростью, равной скорости истечения, уносят с собой эту скоростную энергию, которая затем бесполезно рассеивается в атмосфере.

Но вот ракета взлетела и начинает полет со все увеличивающейся скоростью. При этом разность между скоростью истечения и скоростью полета становится все меньше. Поэтому молекулы газа движутся относительно земли в сторону, противоположную направлению полета, со все меньшей скоростью. Это значит, что скоростная энергия, уносимая с собой молекулами, становится все меньшей. Следовательно, все большая часть скоростной энергии струи преобразовывается в полезную работу, сообщается ракете.

Весьма характерным является момент, когда увеличивающаяся скорость полета становится равной скорости истечения газов из двигателя, что соответствует среднему рисунку на фиг. 8. Очевидно что при этом скорость газов относительно земли становится равной нулю, т. е. относительно неподвижного наблюдателя газы будут неподвижными. Но это означает, что скоростная энергия этих газов равна нулю и, следовательно, вся скоростная энергия струи переходит в полезную работу. Однако следует иметь в виду, что это отвечает очень большой скорости полета, так как скорость истечения газов из ракетного двигателя равна 1500–2500 м/сек, т. е. примерно 5000-10000 км/час. Следовательно, этот случай может иметь место только при полете в самых верхних слоях атмосферы и вне ее. При скоростях полета до 1000–1200 км/час в полезную работу переходит менее четверти скоростной энергии струи.

Фиг. 8. Характерные режимы полета ракеты (точками условно обозначены молекулы газа, стрелками — направление их скорости относительно неподвижного наблюдателя).

При дальнейшем увеличении скорости полета молекулы газа, как это показано на нижнем рисунке фиг. 8, движутся относительно неподвижного наблюдателя в том же направлении, что и ракета, со скоростью, равной разности скорости полета и скорости истечения. При этом энергия, отдаваемая струей ракете, т. е. совершаемая ракетой полезная работа, даже превышает скоростную энергию струи. Противоречие здесь, конечно, лишь кажущееся, что становится очевидным, если рассматривать не только тепловую, но и скоростную энергию сжигаемого топлива, приобретенную им в результате ускорения ракеты в течение предшествующего полета.

Для уменьшения потерь скоростной энергии отходящих газов на малых скоростях полета на выходе из ракетного двигателя могут быть установлены специальные насадки, расположенные с некоторым зазором вокруг выходного сечения реактивного сопла[4]. При полете в атмосфере через кольцевую щель между таким насадком и соплом подсасывается воздух, который примешивается к струе отходящих газов, уменьшая их скорость, но зато увеличивая массу. Это может привести к существенному повышению тяги и, следовательно, мощности; например, когда двигатель неподвижен, т. е. скорость полета равна нулю, то такой, как говорят, эжекционный подсос воздуха, увлекаемого струей выходящих газов, увеличивает тягу двигателя на 1/3. Но когда скорость полета увеличивается, этот выигрыш в тяге резко падает: так, при скорости полета, составляющей всего 5 % от скорости истечения, выигрыш в тяге уменьшается наполовину. При еще больших скоростях вместо выигрыша может получиться даже уменьшение тяги.

Формулы для реактивной мощности

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2 )

квар = √ (кВА 2 – кВт 2 )

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Тяга самолета. тяга двигателя самолета. тяга реактивного двигателя.

Тяга – сила, выработанная двигателем. Она толкает самолет через воздушный поток. Единственное, что противостоит тяге – лобовое сопротивление. В прямолинейном горизонтально установившемся полете они относительно равны. В случае если летчик увеличивает тягу методом добавления оборотов двигателя и сохраняет постоянную высоту, тяга начинает превосходить сопротивление воздуха. Летательный аппарат (ЛА) наряду с этим ускоряется. Весьма скоро сопротивление возрастает и опять уравнивает тягу.

ЛА стабилизируется на постоянной высокой скорости. Тяга – один из самых ответственных факторов для определения скороподъемности самолета, в частности как скоро ЛА может подняться на определенную высоту. Вертикальная скорость зависит не от подъемной силы, а от запаса тяги, которым владеет самолет.

Тяга реактивного двигателя самолета

Сила тяги двигателя, либо его движущая сила, равноценна всем силам давления воздуха на внутреннюю поверхность силовой установки. Тяга некоторых видов реактивных двигателей зависит от высоты и скорости полета. Для вычисления силы тяги реактивного двигателя довольно часто приходится определять тягу на конкретной высоте, у почвы, на взлете и на протяжении какой-либо скорости.

Читать еще:  Возможные неисправности системы питания дизельного двигателя

Для ЖРД сила тяги равноценна произведению массы исходящих газов на скорость, с которой они вылетают из сопла двигателя.

Для ВРД (воздушно-реактивный двигатель) сила тяги измеряется как следствие массы газов на разность скоростей, в частности скорости воздушной струи, выходящей из сопла двигателя, и скорости поступающего воздуха в двигатель. Несложнее говоря, эта скорость уравнивается к скорости полета самолета с реактивным двигателем. Тяга ВРД в большинстве случаев измеряется в тоннах либо килограммах. Серьёзным качественным показателем ВРД есть его удельная тяга.

Для турбореактивного двигателя – тяга, отнесенная к конкретной единице веса воздуха, что проходит через двигатель в секунду. Данный показатель разрешает осознать, как высока эффективность эксплуатации воздуха в двигателе для образования тяги. Удельная тяга измеряется в килограммах тяги на 1 кг воздуха, расходуемого за секунду.

В некоторых случаях используется второй показатель, что кроме этого именуется удельной тягой, показывающей отношение количества горючего, которое расходуется, к силе тяги за секунду. Конечно, что чем выше показатель удельной тяги ВРД, тем меньше размеры и поперечный вес самого двигателя.

Показатель полетной либо тяговой мощности – это сила, которая задействует реактивный двигатель при конкретной скорости полета. В большинстве случаев, измеряется в лошадиных силах. Величина лобовой тяги говорит о степени конструктивного оптимума реактивного двигателя.

Лобовая тяга – это отношение громаднейшего показателя площади поперечного сечения к тяге. Лобовая тяга равна тяге, в кг поделенной на площадь в метрах квадратных.

Во всемирной авиации самый ценится тот двигатель, что владеет высокой лобовой тягой.

Чем идеальнее ВРД в конструктивном отношении, тем меньший показатель его удельного веса, в частности неспециализированный вес двигателя вместе с обслуживающими агрегатами и приборами, поделенный на величину собственной тяги.

Реактивные двигатели, как и тепловые по большому счету, отличаются друг от друга не только по мощности, весу, другим показателям и тяге. При оценивании ВРД огромную роль играются параметры, каковые зависят от собственной экономичности, в частности от КПД (коэффициент нужного действия). Среди данных показателей главным считается удаленный расход горючего на конкретную единицу тяги.

Он выражается в килограммах горючего, которое расходуется за час на образование одного килограмма тяги.

Реверс тяги двигателя. Боинг 747-400. Авиакомпания Трансаэро. Аэропорт Анталии

Увлекательные записи:

  • Авиакатастрофа ил-78 в эритрее. 1998
  • Дальняя авиация. российская дальняя авиация.
  • Оао «кузнецов»

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны:

Турбовинтовые двигатели употребляются в тех случаях, в то время, когда скорости полета самолета довольно малы. На громадном количестве современных…

Реактивный двигатель самолета — двигатель, создающий нужную для перемещения силу тяги при помощи преобразования внутренней энергии горючего в…

Реверс – механизм для направления части реактивной либо воздушной струи по направлению перемещения создания и воздушного судна обратной тяги. Кроме…

Известны следующие главные типы реактивных двигателей: ракетные, пороховой, жидкостной ракетный; воздушно-реактивные двигатели, прямоточный…

Реактивный двигатель – силовой агрегат, что формирует требуемое для полета самолета тяговое упрочнение посредством изменения внутренней энергии горючего…

Реактивный двигатель – устройство, создающее требуемую для перемещения силу тяги, преобразовывая внутреннюю энергию горючего в кинетическую энергию…

Доверие к весовому рациону (TWR)

Удельный импульс действительно важен, но важен не только его мощность, но и мощность двигателя. Представьте себе, что вы управляете действительно экономичным автомобилем, но он имеет только половину лошадиных сил. Конечно, вы можете потратить крошечное количество топлива, чтобы поехать куда угодно, но на то, чтобы добраться куда угодно, потребуется целая вечность.

То же самое и с ракетными двигателями. Если TWR действительно низкий, вы просто потратите много времени, чтобы изменить свой Δv . Это может не иметь большого значения для космического корабля-робота, исследующего Солнечную систему, но это важно для людей.

Это сила тяги, F деленная на вес ракеты, который равен ее массе, m умноженной на ускорение свободного падения g на планете, с которой вы пытаетесь запустить.

Таким образом TWR , можно представить себе это как ускорение, измеряемое в Gs. Если TWR тогда ваша ракета не может оторваться от земли, потому что тяга недостаточно сильна, чтобы противостоять силе тяжести. В TWR > 1 , ваша ракета взлетит.

На Земле, когда они запускают ракеты, они стремятся к TWR от 1,25 до 1,3. В игре по программе Kerbal Space одна цель — от 1,5 до 3. В идеале TWR должен быть как можно выше, потому что тогда вы избегаете тратить много сил на Δv борьбу с гравитацией (гравитационное сопротивление). Если ракета какое-то время летит вертикально t , то на самом деле вы Δv получаете:

Но это грубое упрощение, поскольку настоящие ракеты очень мало времени проводят в полностью вертикальном положении. Вместо этого они совершают гравитационный поворот, медленно наклоняясь, пока не окажутся перпендикулярно земле. Невозможно подсчитать общую потерю Δv без учета всей траектории пуска.

Что мешает нам использовать максимально высокий TWR, так это то, что сопротивление воздуха (сопротивление воздуха) быстро увеличивается при увеличении скорости. Таким образом, если вы едете слишком быстро, вы начинаете тратить больше энергии на борьбу с сопротивлением воздуха. Следовательно, стараются поддерживать тягу в 1,3 раза больше веса ракеты. По мере того, как топливо израсходовано, вес ракеты падает, а это значит, что вам нужно постепенно снижать скорость при подъеме. Находясь на орбите, TWR имеет гораздо меньшее значение. На планетах или лунах без атмосферы вы можете запускать с гораздо более высоким TWR.

Читать еще:  Что такое поперечный тип двигателя

Конкурс знатоков модельных двигателей

МРД относится к тепловым реактивным двигателям химического типа. Другими словами МРД преобразует тепловую энергию, выделяющуюся при химической реакции горения твердого ракетного топлива (ТРТ), в кинетическую энерг ию потока истекающих из сопла продуктов сгорания, который и создает реактивную силу тяги (тут можно вспомнить формулировку 3-го закона Ньютона).

Двигатели для моделей ракет обычно характеризуются значениями некоторых параметров, что дает возможность проводить их сравнительную оценку. Важнейшие из них: сила тяги (или просто тяга), измеряемая в килограммах или ньютонах; время работы (или продолжительность сгорания топлива), измеряемое в секундах; масса топлива и полная масса двигателя, измеряемый в килограммах (кг); удельный импульс (кГ с/кг или Н с/кг. Важная характеристика двигателя — отношение тяги к его массе. Двигатель малой тяги не сдвинет с места собственной конструкции, не говоря уже о корпусе и оборудовании всей ракеты. Чем больше должна быть скорость ракеты, тем больше топлива должно приходиться на килограмм его массы. Поделив массу всей ракеты (так называемую стартовую массу) на массу конструкции ракеты, получим так называемое соотношение масс. Чем больше тяга данного двигателя и легче конструкция ракеты, тем большей высоты она, очевидно, достигнет. Это общий вывод очень важен и для моделей ракет.

В твердотопливном модельном ракетном двигателе (МРД) — химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую, а затем в механическую энергию газообразных продуктов сгорания, выбрасываемых из сопла, вследствие чего возникает сила тяги или просто тяга — один из важнейших параметров МРД. В камере сгорания двигателя создается тяга (P) — реактивная сила, которая является результирующей газодинамических сил, действующих на внутренние поверхности камеры во время работы, и сил окружающей среды, воздействующих на наружные поверхности камеры, за исключением сил внешнего аэродинамического сопротивления. Измеряется сила тяги в системе СИ в ньютонах (Н). Другими параметрами, характеризующими МРД, являются: масса топлива (кг); время работы или продолжительность сгорания топлива (с), секундный массовый расход (кг/с), удельный импульс тяги (Н • с/кг) и суммарный импульс (Н • с). Удельный импульс тяги — показатель эффективности топлива, на котором работает двигатель. По этому показателю судят о том, какой суммарный импульс можно получить сжигая 1 кг топлива. Суммарный импульс (I) — произведение тяги на время работы двигателя.

Разрез модельного ракетного двигателя:
1 – корпус (оболочка ), 2 – пыж 3 – вышибной заряд, 4 – замедлитель, 5 – топливо, 6 – сопло,
D – наружный диаметр, L – длина.

Двигатель работает следующим образом. Воспламенитель электрической систе­мы зажигания устанавливается внутрь камеры сгорания (через сопло) так, чтобы топливо находилось с ним в кон­такте. После включения системы зажигания происходит запуск двигателя. После сгорания последнего слоя основного заряда воспламеняется замедлитель (горит он как папироса — с торца). Его цель — задержать воспламенение так называемого вышибного заряда. Прежде чем он выполнит свои функции — выбьет переднюю стенку двигателя, — ракета после старта должна достигнуть определенной высоты.

Вышибной заряд представляет собой запрограммированное пиротехническое устройство, позволяющее простейшим образом выбросить, например, парашют для возвращения корпуса ракеты на землю. В зависимости от объема и формы вышибного заряда можно получать различные полные импульсы тяги.

Международная Авиационная Федерация (ФАИ) рекомендует классификацию модельных ракетных двигателей. Классификация дает возможность проводить соревнования и сравнивать достижения моделей ракет с одинако­выми техническими данными.

Важно то, что двигатель с топливом промышленного производства дает значительно большую гарантию безопасности, чем наилучшим образом приготовленное топливо собственного изготовления.

Технические характеристики модельных ракетных двигателей .

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования «Дом юных техников»

Твердотопливные ракеты: топливная смесь

Ракетные двигатели на твердом топливе — это первые двигатели, созданные человеком. Они были изобретены сотни лет назад в Китае и используются до сих пор. О красных бликах ракет поется в национальном гимне (написанном в начале 1800-х) — имеются в виду небольшие боевые ракеты на твердом топливе, используемые для доставки бомб или зажигательных устройств. Как видите, такие ракеты существуют уже давненько.

Идея, которая лежит в основе ракеты на твердом топливе, довольно проста. Вам нужно создать нечто, что будет быстро гореть, но не взрываться. Как вы знаете, порох не подходит. Оружейный порох на 75 % состоит из нитрата (селитры), 15 % угля и 10 % серы. В ракетном двигателе взрывы не нужны — нужно, чтобы топливо горело. Можно изменить смесь до 72 % нитрата, 24 % угля и 4 % серы. Вместо пороха вы получите ракетное топливо. Эта смесь будет быстро гореть, но не взорвется, если правильно ее загрузить. Вот типичная схема:

Заключение

Мощность асинхронного двигателя – основная техническая характеристика этого устройства, которая влияет на сферу применения и выполняемые задачи. Для регулирования соотношения физических величин используются регуляторы. Формулы, выражающие связь физических показателей асинхронных двигателей необязательно помнить все, их можно легко выводить самим из тех, что знакомы по школьной программе физики.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector