Avtosfera76.ru

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

В чем измеряется сила тяги двигателя

Тяга ракетного двигателя

Тяга ракетного двигателя

Создание реактивной тяги есть назначение всякого ракетного двигателя; поэтому величина тяги является важнейшей характеристикой двигателя.

Тяга современных ракетных двигателей колеблется от нескольких килограммов до десятков тонн, в зависимости от назначения и размеров двигателя.

Двигатели тяжелых дальнобойных ракет развивают тягу, превышающую тягу наиболее мощных паровозов, с могучей силой увлекающих за собой железнодорожные составы в тысячи тонн.

Фиг. 7. Принципиальная схема ракетного двигателя.

Как определить величину реактивной тяги? Обратимся для этой цели к фиг. 7, на которой представлена принципиальная схема ракетного двигателя.

Тяга образуется потому, что из двигателя вытекают газы. Чтобы вытолкнуть газы, двигатель должен действовать на них с какой-то силой; обратная сила — сила воздействия газов на двигатель — и есть реактивная тяга. Поэтому направление тяги обратно скорости вытекающих газов, а величина тяги равна силе, с которой выталкиваются газы. Очевидно, что величина этой силы зависит от количества вытекающих газов и их скорости. Механика учит, что эта сила, а следовательно, и сила тяги, равна произведению массы выталкиваемых в секунду газов на скорость их истечения.

Так как масса равна весу, деленному на ускорение земного притяжения (g=9,81 м/сек 2 ), то для определения силы тяги служит следующая простая формула:

Каждый килограмм вытекающих в секунду газов создает тягу, численно равную, очевидно, 1/10 от скорости истечения. Эта тяга, носящая название удельной тяги или удельного импульса (размерность удельной тяги кг сек/кг), является основной характеристикой любого ракетного двигателя. Чем больше удельная тяга, т. е. чем большую тягу создает каждый килограмм газа, вытекающего в секунду из двигателя, тем совершеннее двигатель.

В современных ракетных двигателях скорость истечения колеблется от 1500 до 2500 м/сек, вследствие чего удельная тяга равна 150–250 кг сек/кг.

Какими же способами можно увеличить скорость истечения и вместе с нею удельную тягу проектируемого ракетного двигателя?

Скорость истечения газов из двигателя зависит от топлива, давления газов в двигателе и его конструкции.

Влияние топлива на скорость истечения сказывается в основном в том, что скорость истечения тем больше, чем больше теплотворная способность топлива, т. е. тепло, которое выделяет при сгорании каждый килограмм топлива.

Чтобы отчетливее представить себе влияние на скорость истечения теплотворной способности топлива, попробуем повнимательнее присмотреться к явлениям, происходящим в любом ракетном двигателе, т. е. к рабочему процессу двигателя.

Пусть в двигателе произошла химическая реакция (будем считать для определенности — сгорание), в результате которой выделилось какое-то количество тепла.

Вследствие этого газообразные продукты реакции — пары углекислоты, пары воды, азот и др. — сильно нагреваются, так что температура их достигает 2500 °C и более. Мы знаем из физики, что температура газа есть мера скорости движения его молекул; когда газ очень нагрет, то молекулы его движутся с очень большими скоростями. Однако непосредственно эту скорость движения молекул газа использовать для создания реактивной тяги нельзя, потому что молекулы внутри двигателя движутся беспорядочно, неорганизованно, во всех направлениях; имеет место так называемое тепловое движение молекул. Каждая молекула, отражаясь от стенок двигателя, создает, конечно, микроскопическую реактивную силу, но суммарная равнодействующая — результат бесчисленного множества таких молекулярных ударов, равна нулю. Благодаря хаотичности движения молекул давление на все стенки двигателя одинаково и никакого реактивного эффекта не получается.

Чтобы создать реактивную силу, необходимо обеспечить упорядоченное, организованное истечение молекул газа из двигателя в одном направлении; тогда реактивный эффект всех вытекающих молекул суммируется, давая в результате нужную нам реактивную силу. Поэтому всякий ракетный двигатель по идее представляет собой машину для извержения молекул газа с максимально возможной скоростью в одном, общем для всех молекул, направлении, следовательно, машину для преобразования химической энергии топлива сначала в тепловую энергию беспорядочного движения молекул, а затем в скоростную (кинетическую) энергию их упорядоченного истечения из двигателя.

Таким образом первая часть рабочего процесса ракетного двигателя заключается в преобразовании химической энергии топлива в тепловую. Это преобразование осуществляется в ходе химической реакции внутри двигателя, в той его части, которую называют камерой сгорания, и происходит обычно при постоянном давлении.

Вторая часть рабочего процесса двигателя заключается в преобразовании тепловой энергии хаотического движения молекул в скоростную энергию их организованного истечения, т. е. в скоростную энергию реактивной струи газов, вытекающих из двигателя. Это преобразование осуществляется в процессе расширения газов от давления, имеющего место в камере сгорания двигателя, до атмосферного давления, т. е. до давления на выходе из двигателя, и обычно происходит в той его части, которая носит название сопла.

Читать еще:  Воздушно реактивный двигатель принцип работы

В современных ракетных двигателях указанный выше рабочий процесс происходит непрерывно, хотя возможны двигатели прерывного действия, в которых подача топлива в камеру сгорания и все последующие процессы происходят периодически.

Таким образом общим результатом рабочего процесса ракетного двигателя является преобразование химической энергии топлива в скоростную энергию струи газов, вытекающих из сопла в атмосферу. Однако при этом далеко не вся химическая энергия топлива (теплотворная способность) переходит в скоростную энергию струи, а только определенная часть ее. Чем совершеннее рабочий процесс, тем больше эта полезно используемая часть теплотворной способности топлива. В современных; ракетных двигателях в скоростную энергию струи газов переходит меньше половины тепла, заключенного в топливе[2]. Большая часть (до 2/3) этого тепла представляет собой потери рабочего процесса. Часть тепла теряется из-за неполного сгорания топлива, а другая, большая, теряется вместе с газами, выходящими из двигателя, так как их температура очень высока (1000–1500 °C). Уменьшение этих потерь рабочего процесса приводит к увеличению скорости истечения и, следовательно, увеличению тяги. Однако, как учит термодинамика — наука о преобразовании тепла в работу, — все тепло не может перейти в скоростную энергию газов. Некоторая часть этого тепла представляет собой неизбежные потери.

Теперь ясно, как теплотворная способность топлива влияет на скорость истечения. Чем больше теплотворная способность, тем больше тепловой энергии, при данной степени совершенства рабочего процесса двигателя, переходит в скоростную энергию газов, т. е. тем больше скорость истечения. И физически очевидно, что чем больше скорость теплового движения молекул после сгорания, тем больше и скорость истечения газов из двигателя.

С другой стороны, чем совершеннее рабочий процесс двигателя, тем также больше скорость истечения. Поэтому, например, более удачная конструкция двигателя, в частности, сопла, позволяющая лучше организовать истечение, т. е. добиться, чтобы скорости молекул газа на выходе из двигателя имели одинаковое направление и были большими по величине, также приводит к увеличению тяги.

Такое же влияние оказывает давление газов в камере сгорания двигателя. Чем больше это давление по сравнению с атмосферным, т. е. с давлением газов на выходе из двигателя, тем большая доля тепла переходит в скоростную энергию газов и поэтому больше скорость истечения и тяга двигателя, рассчитанного на это увеличенное давление.

Из всех внешних условий (скорость полета, состояние атмосферы и др.) только атмосферное давление оказывает некоторое, да и то небольшое, влияние на рабочий процесс ракетного двигателя. Эта независимость рабочего процесса от внешних условий является важным свойством ракетного двигателя. Благодаря этому свойству скорость истечения и секундный расход газов, а следовательно, и тяга ракетного двигателя, также остаются постоянными при изменении внешних условий.

Только при изменении атмосферного давления, например с изменением высоты полета, тяга несколько изменяется — с увеличением высоты тяга растет.

Особенно важным является то, что тяга остается постоянной при изменении скорости полета.

Определение и формула силы тяги

Исходя из формулы (1) силу тяги можно определить через полезную мощность, и скорость транспортного средства (v):

Для автомобиля, поднимающегося в горку, которая имеет уклон , масса автомобиля m сила тяги (FT) войдет в уравнение:

где a – ускорение, с которым движется автомобиль.

ч Б Зч «я|-/ 1 Г 1 7

Изобретение относится к измерительной технике и можетбыть использовано при испытаниях силовых установок в авиастроении и машиностроении. Изобретение является усовершенствованием технического решения по авт. св. № 1203383.

В основном изобретении по авт. св. № 1203383 описано устройство для измерения силы, содержащее динамоплатформу для крепления двигателя, шарнирно связанную со станиной, силопередающий узел, установленный на упругих шарнирах, подшипник и силоизмеритель, отличающееся тем, что силопередающий узел снабжен дополнительными упругими шарнирами, расположенными симметрично основным шарнирам относительно оси приложения силы, а динамоплатформа и силопередающий узел размещены соосно указанной оси и связаны между собой посредством дополнительных упругих шарниров. Такое использование позволяет повысить точность измерения силы путем уменьшения погрешности за счет исключения радиальной составляющей силы на силоизмеритель и уменьшения жесткости упругих шарниров.

Читать еще:  Двигатель avia 712 технические характеристики

Для быстро меняющихся процессов, что характерно для начального периода работы двигателя, измерение силы с помощью этого устройства дает большую погрешность из-за того, что импульс силы в момент запуска двигателя возбуждает затухающие колебания подвижных элементов конструкции, которые передаются на силоизмеритель и накладываются на силу, создаваемую двигателем. В результате этого силоизмеритель фиксирует искаженное переменное значение силы с начала работы двигателя в течение времени затухания колебаний подвижных элементов(-10-15 с) Осреднение показаний силоизмерителя за первую секунду работы двигателя может дать ошибку в измерении силы до 10% при допустимой погрешности измерения силы не более 0,5%, что исключает эту измерительную информацию из рассмотрения.

Целью изобретения является повышение точности измерения в начальный период работы двигателя за счет исключения динамической погрешности.

Цель достигается тем, что в устройство по авт. св. N° 1203383 введены двуплечий рычаг с регулируемым по массе противовесом (предварительной нагрузкой) и градуи- ровочным узлом на одном плече, дополнительный силоизмеритель, связанный с динамоплатформой, и сумматор, при этом другое плечо двуплечего рычага связано с дополнительным силоизмерителем, а

электрические выходы основного и дополнительного силоизмерителей подключены к сумматору.

При таком исполнении устройства дополнительный силоизмеритель измеряет изменение предварительной нагрузки, вызванное ударным воздействием силы при запуске двигателя, основной силоизмеритель фиксирует суммарное силовое воздействие от двигателя и противовеса, а истинное значение силы, развиваемой двигателем, получают на сумматоре путем вычитания из показаний основного силоизмерителя показания дополнительно5 го силоизмерителя. Данное устройство при сохранении достоинств технического реше- .ния по основному изобретению исключает его недостатки: при устранении зазоров в силопередающей цепи (как необходимого

0 условия для уменьшения статической составляющей погрешности) полностью компенсируется влияние груза предварительной нагрузки (как источника динамической погрешности) на точность измерения силы. В

5 результате этого погрешность измерения силы в динамическом процессе уменьшается.

На чертеже представлена принципиальная схема силоизмерительного устрой0 ства.

Устройство для измерения силы тяги двигателя содержит динамометрическую платформу 1 с силопередающим кронштейном 2, связанную со станиной 3 упругими

5 шарнирами 4. Двигатель 5 крепится к динамометрической платформе 1 через раму 6. Силопередающий кронштейн 2 регулируемым упором 7 через подшипник 8 взаимодействует с силопередающим узлом 9.

0 связанным с динамометрической платформой 1 упругими шарнирами 10, и далее с силоизмерителем 11. который закреплен на станине 3. Дополнительный силоизмеритель 12 установлен по оси динамометриче5 ской платформы 1 и взаимодействует с плечом рычага 13, имеющего независимую опору 14. Силоизмеритель 11 и дополнительный силоизмеритель 12 электрически подключены к сумматору 15. Другое плечо

0 рычага 13 взаимодействует со штангой 16, на которой установлены грузы противовеса 17, предназначенного для уравновешивания подвижных элементов конструкции с двигателем, исключения зазоров в силовой

5 цепи и предварительного нагружения сило- измерителей 11 и 12. Штанга 16 снабжена захватом 18 для взаимодействия с градуи- ровочным устройством 19. Устройство для измерения силы снабжено регулируемыми упорами 20 и 21 для предотвращения поломки упругих шарниров при монтаже и настройке.

Технологические связи 22 в виде трубопроводов и кабельных линий обеспечивают работу испытуемого двигателя 5.

Устройство работает следующим образом.

После монтажа двигателя 5 регулируемый упор 20 отпускается, создается зазор 5 мм. Нагружается штанга 16 грузами противовеса 17 до отрыва динамометрической платформы 1 от регулируемого упора 21, при этом регулируемый упор 7 и силопере- дающий узел 9 должны быть разомкнуты. Динамометрическая платформа 1 устанавливается с помощью грузов противовеса 17 в положение, при котором ее упругие шарниры будут находиться в горизонтальном положении. Устанавливается регулируемый упор 7 в соприкосновение с силопередаю- щим узлом 9 через упорный подшипник 8 и далее с силоизмерителем 11. Силоизмери- тель 11 нагружается предварительной нагрузкой, составляющей 10-15% от его верхнего предела измерения, посредством дополнительных грузов противовеса 17. В таком положении на дополнительный сило- измеритель 12 будет действовать усилие от веса подвижной части устройства с испытываемым двигателем и усилие предварительной нагрузки на силоизмеритель 11.

Перед испытанием двигателя 5 производится градуировка устройства граду- ировочным устройством 19 путем последовательного зацепления грузов со штангой 16 и снятия При градуировке усилие от веса грузов градуировочного устройства 19 передается через рычаг 13, дополнительный силоизмеритель 12, динамометрическую платформу 1.силопередэю- щий кронштейн 2, регулируемый упор 7, упорный подшипник 8, силопередающий узел 9 на силоизмеритель 11 и замыкается на станину 3. При градуировке с помощью дополнительного силоизмерителя 12 производится грубый контроль усилий о г веса каждого груза градуировочного устройства 19, а также правильность показаний и гистерезис градуировочной характеристики силоизмерителя 11 в системе Если показания и гистерезис градуировочной характеристики превышают допускаемые величины, определенные при аттестации, то определяются дестабилизирующие факторы и градуировка повторяется.

Читать еще:  Газ 3110 волга 402 двигатель характеристики

Перед включением двигателя 5 регистрируются выходные сигналы силоизмерите- лей 11 и 12, каждый из которых принимается за условный ноль.

При включении двигателя 5 усилие на силоизмеритель 11 передается через переходную раму 6, динамометрическую платформу 1, си/юпередающии онштейн 2, 5 регулируемый упор 7, упорный подшипник 8, силопередающий узел 9 и замыкается на станину 3. Таким образом, усилие, развиваемое двигателемБ, минует дополнительный силоизмеритель 12, и при работе двигателя 0 5 дополнительный силоизмеритель 12 отслеживает только воздействие усилия от рычага 13 с грузами противовеса 17. установленными на штанге 16. После включения двигателя 5 происходит резкое нара5 стание усилия от нуля до максимального значения, которое сжимает в пределах упругой деформации силоизмеритель 11 и все элементы силовой цепи, что приводит к перемещению динамометрической платфор0 мы 1 вдоль оси на величину упругой деформации названных элементов конструкции и в результате этого возникают затухающие колебания приведенной массы как силовой цепи, так и рычага 13 с грузами

5 противовеса 17, установленными на штанге 16. Воздействие усилия от затухающих колебаний названной приведенной массы регистрируются силоизмерителями 11 и 12 одновременно.

0В сумматоре 15 в каждый момент времени значение выходного сигнала силоизмерителя 12 вычитается из значения выходного сигнала силоизмерителя 11,в результате чего на выходе из сумматора 15

5 получают истинное значение силы тяги испытываемого двигателя.

Использование изобретения позволит повысить точность измерения силы во время переходных процессов в двигателе, иск0 лючить потерю измерительной информации за счет высокой точности измерения динамической силы. За счет исключения влияния динамической погрешности повышена точность измерения переменной силы в

5 начальный период работы двигателя до 0,5% против 5-10% при использовании технического решения по основному изобретению.

Устройство для измерения силы тяги двигателя по авт. св. №. 1203383, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в начальный период работы двигателя за счет уменьшения динамической погрешности, в него введены двуплечий рычаг с регулируемым по массе противовесом и градуировочным узлом на одном плече, дополнительный силочзмери717584548

тель, связанный с динамоплатформой, и мерителем, а электрические выходы основ- сумматор, при этом другое плечо двуплечего ного и дополнительного силоизмерителей рычага связано с дополнительным силоиз- подключены к сумматору,

Задание. На автомобиль имеющий массу 1 т при его движении по горизонтальной поверхности, действует сила трения, которая равна =0,1 от силы тяжести. Какой будет сила тяги, если автомобиль движется с ускорением 2 м/с?

Решение. Сделаем рисунок.

В качестве основы для решения задачи используем второй закон Ньютона:

Спроектируем уравнение (1.1) на оси X и Y:

По условию задачи:

Подставим правую часть выражения (1.4) вместо силы трения в (1.2), получим:

Переведем массу в систему СИ m=1т=10 3 кг, проведем вычисления:

Ответ. FT=2,98 кН

Задание. На гладкой горизонтальной поверхности лежит доска массой M. На доске находится тело массы m. Коэффициент трения тела о доску равен . К доске приложена сила горизонтальная сила тяги, которая зависит от времени как: F=At (где A=const). В какой момент времени доска начнет выскальзывать из-под тела?

Решение. Сделаем рисунок.

Для решения задачи нам потребуются проекции сил на осиX и Y, которые отличны от нуля. Для тела массы m:

Для тела массы M:

Обозначим момент времени, в который доска начнет выскальзывать из-под тела t , тогда

Ответ.

Транспортный налог в Москве — расчет 2018

Для того чтобы сделать расчет транспортного налога в Москве в 2018 году, необходимо знать формулы расчета. В связи с тем, что налог взимается с автомобилей и другие транспортные средства, которые оборудованы двигателем, стоит отметить, что расчет производится с каждой лошадиной силы.

Таким образом, чтобы рассчитать сумму уплаты налога, нужно знать следующие данные:

  • налоговая ставка (ее размер устанавливается в каждом субъекте РФ, в зависимости от объема двигателя, года выпуска экологического класса);
  • налоговая база (лошадиные силы);
  • количество месяцев владения (за один календарный год);
  • повышающие коэффициенты (для роскошных автомобилей стоимостью более 3 млн. рублей).
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector