Physik. Reaktive Bewegung in Natur und Technik. Wissenswertes zum Thema Jet-Antrieb Wo der Jet-Antrieb in der Natur vorkommt

Tonnenschwere Raumschiffe ragen in den Himmel und transparente, gallertartige Quallen, Tintenfische und Kraken manövrieren geschickt im Meer – was haben sie gemeinsam? Es stellt sich heraus, dass in beiden Fällen das Prinzip des Strahlantriebs zur Fortbewegung genutzt wird. Diesem Thema ist unser heutiger Artikel gewidmet.

Schauen wir uns die Geschichte an

Am meisten Die ersten zuverlässigen Informationen über Raketen stammen aus dem 13. Jahrhundert. Sie wurden von Hindus, Chinesen, Arabern und Europäern im Kampf als Kampf- und Signalwaffen eingesetzt. Es folgten Jahrhunderte fast vollständiger Vergessenheit dieser Geräte.

In Russland wurde die Idee des Einsatzes eines Düsentriebwerks dank der Werke des Revolutionärs Nikolai Kibalchich wiederbelebt. In den königlichen Kerkern sitzend, entwickelte er sich Russisches Projekt Düsentriebwerk und Flugzeuge für Menschen. Kibalchich wurde hingerichtet, und sein Projekt verstaubte viele Jahre in den Archiven der zaristischen Geheimpolizei.

Die wichtigsten Ideen, Zeichnungen und Berechnungen dieses talentierten und mutigen Mannes erhielten weitere Entwicklung in den Werken von K. E. Tsiolkovsky, der vorschlug, sie für die interplanetare Kommunikation zu verwenden. Von 1903 bis 1914 veröffentlichte er eine Reihe von Werken, in denen er die Möglichkeit des Einsatzes von Düsenantrieben für die Weltraumforschung überzeugend belegt und die Zweckmäßigkeit des Einsatzes von Mehrstufenraketen begründet.

Viele wissenschaftliche Entwicklungen von Tsiolkovsky werden noch immer in der Raketentechnik verwendet.

Biologische Raketen

Wie ist es im Allgemeinen entstanden die Idee des Umzugs, ausgehend vom eigenen Jetstream? Vielleicht haben die Bewohner der Küstenzonen durch die genaue Beobachtung des Meereslebens bemerkt, wie dies im Tierreich geschieht.

Zum Beispiel, Jakobsmuschel bewegt sich aufgrund der Reaktionskraft des aus der Hülle ausgestoßenen Wasserstrahls während des schnellen Zusammendrückens seiner Ventile. Aber er wird nie mit den schnellsten Schwimmern mithalten - Tintenfisch.

Ihre raketenartigen Körper eilen mit ihrem Schwanz nach vorne und stoßen gespeichertes Wasser aus einem speziellen Trichter aus. bewegen sich nach dem gleichen Prinzip und drücken Wasser aus, indem sie ihre transparente Kuppel zusammenziehen.

Die Natur hat ein "Düsentriebwerk" und eine Pflanze namens "spritzende Gurke". Wenn seine Früchte vollreif sind, schießt er bei der kleinsten Berührung das Gluten mit den Samen heraus. Der Fötus selbst wird aus einer Entfernung von bis zu 12 m in die entgegengesetzte Richtung geworfen!

Weder Meereslebewesen noch Pflanzen kennen die physikalischen Gesetze, die dieser Bewegungsart zugrunde liegen. Wir werden versuchen, es herauszufinden.

Physikalische Grundlagen des Prinzips des Strahlantriebs

Kommen wir zuerst zum einfachsten Experiment. Blasen Sie einen Gummiball auf und lasst uns, ohne zu binden, in den freien Flug gehen. Die schnelle Bewegung des Balls wird solange fortgesetzt, wie der von ihm ausgehende Luftstrom stark genug ist.

Um die Ergebnisse dieses Experiments zu erklären, müssen wir uns Gesetz III zuwenden, das besagt, dass zwei Körper interagieren mit Kräften gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung. Folglich ist die Kraft, mit der die Kugel auf die aus ihr entweichenden Luftstrahlen einwirkt, gleich der Kraft, mit der die Luft die Kugel von sich wegdrückt.

Übertragen wir diese Argumentation auf die Rakete. Diese Geräte werfen mit großer Geschwindigkeit einen Teil ihrer Masse ab, wodurch sie selbst eine Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung erhalten.

Aus physikalischer Sicht ist dies der Vorgang wird durch den Impulserhaltungssatz anschaulich erklärt. Impuls ist das Produkt der Körpermasse durch ihre Geschwindigkeit (mv). Während die Rakete ruht, sind ihre Geschwindigkeit und ihr Impuls gleich Null. Wird ein Jetstream daraus geschleudert, so muss der verbleibende Teil nach dem Impulserhaltungssatz eine solche Geschwindigkeit erreichen, dass der Gesamtimpuls noch gleich Null ist.

Kommen wir zu den Formeln:

mgvg + mpvp = 0;

mgvg = -mpvp,

wo m g v g Impuls erzeugt durch einen Gasstrahl, m p v p Impuls, der von der Rakete empfangen wird.

Das Minuszeichen zeigt an, dass die Bewegungsrichtung von Rakete und Jet entgegengesetzt ist.

Der Aufbau und das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks

In der Technologie setzen Düsentriebwerke Flugzeuge, Raketen in Bewegung und bringen Raumfahrzeuge in Umlaufbahnen. Je nach Verwendungszweck haben sie ein anderes Gerät. Aber jeder von ihnen hat einen Brennstoffvorrat, eine Verbrennungskammer und eine Düse, die den Strahl beschleunigt.

Die interplanetaren Automatikstationen sind außerdem mit einem Instrumentenfach und Kabinen mit einem Lebenserhaltungssystem für Astronauten ausgestattet.

Moderne Weltraumraketen sind komplexe, mehrstufige Flugzeuge, die die neuesten technischen Fortschritte nutzen. Nach dem Start verbrennt zunächst der Treibstoff in der unteren Stufe, danach wird er von der Rakete getrennt, wodurch ihre Gesamtmasse reduziert und ihre Geschwindigkeit erhöht wird.

Dann wird in der zweiten Stufe Treibstoff verbraucht usw. Schließlich wird das Flugzeug auf eine vorgegebene Flugbahn gebracht und beginnt seinen eigenständigen Flug.

Lass uns ein bisschen träumen

Der große Träumer und Wissenschaftler K. E. Tsiolkovsky gab zukünftigen Generationen die Zuversicht, dass Düsentriebwerke es der Menschheit ermöglichen würden, aus der Erdatmosphäre auszubrechen und in den Weltraum zu stürzen. Seine Vorhersage wurde wahr. Der Mond und sogar ferne Kometen werden erfolgreich von Raumfahrzeugen erforscht.

In der Raumfahrt werden Flüssigkeitsstrahltriebwerke verwendet. Verwendung von Erdölprodukten als Treibstoff, aber die Geschwindigkeiten, die mit ihrer Hilfe erreicht werden können, reichen für sehr lange Flüge nicht aus.

Vielleicht werden Sie, liebe Leserinnen und Leser, Zeuge der Flüge von Erdbewohnern zu anderen Galaxien auf Fahrzeugen mit nuklearen, thermonuklearen oder Ionenstrahltriebwerken.

Wenn diese Nachricht für Sie nützlich ist, freut es mich, Sie zu sehen.

Der Impulserhaltungssatz ist von großer Bedeutung bei der Betrachtung von Strahlantrieben.
Unter Strahlantrieb verstehen die Bewegung eines Körpers, die auftritt, wenn ein Teil davon mit einer bestimmten Geschwindigkeit relativ zu ihm getrennt wird, zum Beispiel wenn Verbrennungsprodukte aus einer Düse eines Düsenflugzeugs strömen. In diesem Fall ist die sogenannte Reaktionskraft den Körper drücken.
Die Besonderheit der Reaktionskraft besteht darin, dass sie durch die Wechselwirkung von Teilen des Systems selbst ohne Wechselwirkung mit äußeren Körpern entsteht.
Während die Kraft, die beispielsweise einem Fußgänger, Schiff oder Flugzeug eine Beschleunigung verleiht, nur durch die Wechselwirkung dieser Körper mit Erde, Wasser oder Luft entsteht.

So kann die Bewegung des Körpers durch das Ausströmen eines Flüssigkeits- oder Gasstrahls erreicht werden.

In der Natur Jetantrieb kommt hauptsächlich lebenden Organismen vor, die in der aquatischen Umwelt leben.

In der Technik werden Strahlantriebe im Flussverkehr (Düsentriebwerke), in der Automobilindustrie (Rennwagen), im Militär, in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Alle modernen Hochgeschwindigkeitsflugzeuge sind mit Strahltriebwerken ausgestattet. sie sind in der Lage, die erforderliche Fluggeschwindigkeit bereitzustellen.
Es ist unmöglich, andere Triebwerke als Düsentriebwerke im Weltraum zu verwenden, da es dort keine Unterstützung gibt, von der aus man eine Beschleunigung erhalten könnte.

Die Geschichte der Entwicklung der Strahltechnologie

Der Schöpfer der russischen Militärrakete war der Artilleriewissenschaftler K.I. Konstantinow. Mit einem Gewicht von 80 kg erreichte die Reichweite der Konstantinov-Rakete 4 km.

Die Idee, einen Düsenantrieb in einem Flugzeug zu verwenden, das Projekt eines Düsenflugzeugs, wurde 1881 von N.I. Kibalchich.

Im Jahr 1903 wurde der berühmte Physiker K.E. Tsiolkovsky bewies die Möglichkeit des Fliegens im interplanetaren Raum und entwickelte das Projekt des ersten Raketenflugzeugs mit einem Flüssigkeitsstrahltriebwerk.

K. E. Tsiolkovsky entwarf einen Weltraumraketenzug, der aus einer Reihe von Raketen besteht, die abwechselnd arbeiten und verschwinden, wenn der Treibstoff aufgebraucht ist.

Prinzipien der Verwendung von Düsentriebwerken

Das Herzstück eines jeden Strahltriebwerks ist eine Brennkammer, in der bei der Verbrennung von Treibstoff Gase entstehen, die eine sehr hohe Temperatur haben und Druck auf die Kammerwände ausüben. Gase werden mit hoher Geschwindigkeit aus einer schmalen Raketendüse ausgestoßen und erzeugen Strahlschub. Nach dem Impulserhaltungssatz wird die Rakete in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt.

Der Impuls des Systems (Raketenverbrennungsprodukte) bleibt Null. Da die Masse der Rakete selbst bei konstanter Gasaustrittsgeschwindigkeit abnimmt, nimmt ihre Geschwindigkeit zu und erreicht allmählich ihren Maximalwert.
Die Bewegung einer Rakete ist ein Beispiel für die Bewegung eines Körpers mit variabler Masse. Um seine Geschwindigkeit zu berechnen, wird der Impulserhaltungssatz verwendet.

Strahltriebwerke werden in Raketentriebwerke und Strahltriebwerke unterteilt.

Raketentriebwerke sind feste oder flüssige Brennstoffe.
In Feststoffraketentriebwerken wird Kraftstoff, der sowohl ein brennbares als auch ein Oxidationsmittel enthält, in das Innere der Brennkammer des Triebwerks geschleudert.
V Flüssigkeitsstrahltriebwerke Für den Start von Raumfahrzeugen werden Treibstoff und Oxidationsmittel getrennt in speziellen Tanks gelagert und mit Hilfe von Pumpen in die Brennkammer gepumpt. Sie können Kerosin, Benzin, Alkohol, flüssiger Wasserstoff usw. als Brennstoff verwenden, und flüssiger Sauerstoff kann als Oxidationsmittel verwendet werden, das für die Verbrennung benötigt wird. Salpetersäure, usw.

Moderne dreistufige Weltraumraketen werden vertikal gestartet und nach dem Durchqueren dichter Schichten der Atmosphäre in eine bestimmte Richtung zum Flug gebracht. Jede Raketenstufe verfügt über einen eigenen Treibstofftank und Oxidationstank sowie ein eigenes Strahltriebwerk. Wenn der Treibstoff verbrennt, werden die verbrauchten Raketenstufen weggeworfen.

Luftstrahltriebwerke derzeit hauptsächlich in Flugzeugen verwendet. Ihr Hauptunterschied zu Raketentriebwerken besteht darin, dass Sauerstoff aus der Luft, die aus der Atmosphäre in das Triebwerk eindringt, als Oxidationsmittel für die Kraftstoffverbrennung dient.
Luftstrahltriebwerke umfassen Turboladertriebwerke mit sowohl Axial- als auch Zentrifugalverdichtern.
Die Luft in diesen Motoren wird von einem Kompressor angesaugt und komprimiert, der von einer Gasturbine angetrieben wird. Die die Brennkammer verlassenden Gase erzeugen eine reaktive Schubkraft und drehen den Turbinenrotor.

Bei sehr hohen Fluggeschwindigkeiten kann die Verdichtung von Gasen in der Brennkammer aufgrund der ankommenden Luftströmung erfolgen. Ein Kompressor ist nicht erforderlich.

Vollendet:
Student
Gruppen 1-121
Okuneva Alena
Geprüft:
P. L. Vineaminovna

Stadt Perevoz
2011
Inhalt:

Einführung: was ist Strahlantrieb………………………………………………………… …..…………………………………..3
Impulserhaltungsgesetz ………………………………………………………………… .4
Anwendung des Strahlantriebs in der Natur ………………………… ..….… .... 5
Anwendung des Strahlantriebs in der Technik ……. ………………… …… ..….… .6
Strahlantrieb "Interkontinentalrakete" ………… .. ……… ...… 7
Die physikalischen Grundlagen eines Strahltriebwerks..................... .................... 8
Klassifizierung von Strahltriebwerken und Merkmale ihrer Verwendung ……………………………………………………………………. …………. …… .9
Merkmale des Designs und der Erstellung eines Flugzeugs ... .. ... 10
Fazit ………………………………………………………………………………………… .11
Liste der verwendeten Literatur ……………………………………………… ...

"Strahlantrieb"
Reaktive Bewegung ist die Bewegung eines Körpers aufgrund der Trennung einiger seiner Teile mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Blindbewegungen werden nach dem Impulserhaltungssatz beschrieben.
Der Strahlantrieb, der heute in Flugzeugen, Raketen und Weltraumgeschossen eingesetzt wird, ist charakteristisch für Kraken, Tintenfische, Tintenfische, Quallen - alle nutzen ausnahmslos die Reaktion (Rückstoß) des geschleuderten Wasserstrahls zum Schwimmen.
Beispiele für Strahlantriebe finden sich auch in der Pflanzenwelt.
In südlichen Ländern gibt es eine Pflanze namens "wahnsinnige Gurke". Man muss nur die reife Frucht, ähnlich einer Gurke, leicht berühren, sie prallt vom Stiel ab und durch das aus der Frucht geformte Loch entweicht eine Flüssigkeit mit Samen wie eine Fontäne mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 m/s.

Gleichzeitig fliegen die Gurken selbst in die entgegengesetzte Richtung davon. Eine verrückte Gurke (sonst wird sie "Damenpistole" genannt) schießt mehr als 12 m.

"Gesetz der Impulserhaltung"
In einem geschlossenen System bleibt die Vektorsumme der Impulse aller im System enthaltenen Körper für alle Wechselwirkungen zwischen den Körpern dieses Systems konstant.
Dieses grundlegende Naturgesetz wird Impulserhaltungssatz genannt. Es ist eine Folge des zweiten und dritten Newtonschen Gesetzes. Betrachten Sie zwei wechselwirkende Körper, die Teil eines geschlossenen Systems sind.
Die Wechselwirkungskräfte zwischen diesen Körpern werden bezeichnet mit und Nach dem dritten Newtonschen Gesetz. Wenn diese Körper während der Zeit t wechselwirken, dann sind die Impulse der Wechselwirkungskräfte gleich groß und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet: Auf diese Körper anwenden das zweite Newtonsche Gesetz:

„Der Einsatz von Strahlantrieben in der Natur“
Der Düsenantrieb wird von vielen Weichtieren verwendet - Kraken, Tintenfische, Tintenfische. Zum Beispiel bewegt sich eine Jakobsmuschel aufgrund der Reaktionskraft eines Wasserstrahls, der aus einer Schale ausgestoßen wird, wenn ihre Ventile stark zusammengedrückt werden, vorwärts.

Tintenfisch
Tintenfische bewegen sich wie die meisten Kopffüßer auf folgende Weise im Wasser. Durch den seitlichen Schlitz und einen speziellen Trichter vor dem Körper saugt er Wasser in die Kiemenhöhle und schleudert dann kräftig einen Wasserstrahl durch den Trichter. Der Tintenfisch lenkt das Trichterrohr zur Seite oder nach hinten und drückt schnell Wasser aus ihm heraus, kann sich in verschiedene Richtungen bewegen.
Salpa ist ein Meerestier mit einem durchsichtigen Körper. Wenn es sich bewegt, erhält es Wasser durch die vordere Öffnung, und Wasser tritt in einen weiten Hohlraum ein, in dem die Kiemen diagonal gestreckt sind. Sobald das Tier einen großen Schluck Wasser trinkt, wird das Loch geschlossen. Dann ziehen sich die Längs- und Quermuskeln der Salpa zusammen, der ganze Körper zieht sich zusammen und Wasser wird durch die hintere Öffnung herausgedrückt. Die Reaktion des fließenden Strahls drückt die Salpa nach vorne. Von größtem Interesse ist das Tintenfisch-Triebwerk. Der Tintenfisch ist der größte wirbellose Bewohner der Meerestiefen. Tintenfische haben die höchste Perfektion in der Jet-Navigation erreicht. Ihre Körper kopieren sogar die Rakete mit ihren äußeren Formen. Wenn Sie den Impulserhaltungssatz kennen, können Sie Ihre eigene Bewegungsgeschwindigkeit im freien Raum ändern. Wenn Sie in einem Boot sind und mehrere schwere Steine ​​​​haben, bewegen Sie sich durch das Werfen von Steinen in eine bestimmte Richtung in die entgegengesetzte Richtung. Dasselbe wird im Weltraum passieren, aber dort verwenden sie dafür Düsentriebwerke.

„Der Einsatz von Strahlantrieben in der Technik“
Am Ende des ersten Jahrtausends n. Chr. Erfand China den Düsenantrieb, der Raketen antrieb - mit Schießpulver gefüllte Bambusrohre, die auch zum Spaß verwendet wurden. Eines der ersten Projekte von Autos war auch mit einem Strahltriebwerk und dieses Projekt gehörte Newton.
Der Autor des weltweit ersten Projekts eines Düsenflugzeugs für den menschlichen Flug war der russische Revolutionär N.I. Kibalchich. Er wurde am 3. April 1881 wegen Teilnahme am Attentat auf Kaiser Alexander II. hingerichtet. Er entwickelte sein Projekt im Gefängnis nach dem Todesurteil. Kibalchich schrieb: „Während meiner Haftzeit schreibe ich einige Tage vor meinem Tod an diesem Projekt. Ich glaube an die Machbarkeit meiner Idee, und dieser Glaube unterstützt mich in meiner schrecklichen Lage ... Ich werde dem Tod gelassen entgegensehen, wissend, dass meine Idee nicht mit mir untergehen wird."
Die Idee, Raketen für Weltraumflüge zu verwenden, wurde Anfang dieses Jahrhunderts von dem russischen Wissenschaftler Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky vorgeschlagen. 1903 wurde ein Artikel des Lehrers des Kaluga-Gymnasiums K.E. Tsiolkovsky "Erkundung der Welträume durch Jet-Geräte". Diese Arbeit enthielt die wichtigste mathematische Gleichung für die Raumfahrt, heute als "Tsiolkovsky-Formel" bekannt, die die Bewegung eines Körpers variabler Masse beschrieb. In der Zukunft entwickelte er ein Schema für ein Raketentriebwerk mit flüssigem Treibstoff, schlug ein mehrstufiges Raketendesign vor und äußerte die Idee der Möglichkeit, ganze Weltraumstädte in erdnaher Umlaufbahn zu schaffen. Er zeigte, dass das einzige Gerät, das die Schwerkraft überwinden kann, eine Rakete ist, d.h. Gerät mit einem Strahltriebwerk, das Kraftstoff und ein Oxidationsmittel verwendet, das sich auf dem Gerät selbst befindet. Sowjetische Raketen erreichten als erste den Mond, umkreisten den Mond und fotografierten seine unsichtbare Seite von der Erde aus, die ersten, die den Planeten Venus erreichten und wissenschaftliche Instrumente auf seine Oberfläche brachten. 1986 untersuchten die beiden sowjetischen Raumsonden "Vega-1" und "Vega-2" den Halleyschen Kometen aus nächster Nähe und näherten sich der Sonne einmal alle 76 Jahre.

Strahlantrieb "Interkontinentalrakete"
Die Menschheit hat schon immer davon geträumt, ins All zu reisen. Science-Fiction-Autoren, Wissenschaftler und Träumer haben eine Vielzahl von Mitteln vorgeschlagen, um dieses Ziel zu erreichen. Aber das einzige Mittel, das dem Menschen zur Verfügung steht, mit dessen Hilfe man die Schwerkraft überwinden und viele Jahrhunderte lang ins All fliegen kann, wurde nicht von einem einzigen Wissenschaftler, keinem einzigen Science-Fiction-Autor erfunden. K.E. Tsiolkovsky - der Begründer der Theorie der Raumfahrt.
Der russische Wissenschaftler Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935) hat den Traum und die Sehnsüchte vieler Menschen erstmals der Realität näher gebracht wissenschaftliche Beweise für die Möglichkeit liefern, eine Rakete für Flüge in den Weltraum, jenseits der Erdatmosphäre und zu anderen Planeten des Sonnensystems zu nutzen. Tsoilkovsky nannte eine Rakete ein Gerät mit einem Düsentriebwerk, das Treibstoff und ein Oxidationsmittel verwendet.
Wie man aus dem Physikkurs kennt, geht ein Schuss aus einer Waffe mit einem Rückstoß einher. Nach den Newtonschen Gesetzen würden eine Kugel und eine Waffe mit gleicher Geschwindigkeit in unterschiedliche Richtungen fliegen, wenn sie die gleiche Masse hätten. Die zurückgewiesene Gasmasse erzeugt eine Reaktionskraft, dank derer die Bewegung sowohl in der Luft als auch in einem luftlosen Raum sichergestellt werden kann, so kommt es zum Rückstoß. Je größer die Rückstoßkraft unserer Schulter ist, desto größer ist die Masse und Geschwindigkeit der ausströmenden Gase, und je stärker die Reaktion des Geschützes, desto größer die Reaktionskraft. Diese Phänomene werden durch den Impulserhaltungssatz erklärt:
die vektorielle (geometrische) Summe der Impulse der Körper, die ein geschlossenes System bilden, bleibt für alle Bewegungen und Wechselwirkungen der Körper des Systems konstant.
Die vorgestellte Formel von Tsiolkovsky ist die Grundlage, auf der die gesamte Berechnung moderner Raketen basiert. Die Tsiolkovsky-Zahl ist das Verhältnis der Treibstoffmasse zur Raketenmasse am Ende des Triebwerkbetriebs - zum Raketenleergewicht.
So wurde festgestellt, dass die maximal erreichbare Geschwindigkeit der Rakete in erster Linie von der Geschwindigkeit des Ausströmens von Gasen aus der Düse abhängt. Und die Geschwindigkeit des Ausströmens der Düsengase wiederum hängt von der Art des Brennstoffs und der Temperatur des Gasstroms ab. Das bedeutet, je höher die Temperatur, desto höher die Geschwindigkeit. Dann müssen Sie für eine echte Rakete den kalorienreichsten Kraftstoff auswählen, der die größte Wärmemenge liefert. Die Formel zeigt, dass die Raketengeschwindigkeit unter anderem von der Anfangs- und Endmasse der Rakete abhängt, wie viel von ihrem Gewicht auf den Treibstoff fällt und welcher Teil auf (in Bezug auf die Fluggeschwindigkeit) nutzlosen Strukturen liegt: Körper , Mechanismen usw. usw.
Die wichtigste Schlussfolgerung aus dieser Formel von Tsiolkovsky zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Weltraumrakete ist, dass die Rakete in einem luftleeren Raum eine höhere Geschwindigkeit entwickelt, je größer die Ausströmrate von Gasen und je größer die Anzahl von Tsiolkovsky ist.

"Physikalische Grundlagen eines Strahltriebwerks"
Moderne leistungsstarke Strahltriebwerke unterschiedlicher Bauart basieren auf dem Prinzip der direkten Reaktion, d.h. das Prinzip, eine treibende Kraft (oder Schub) in Form einer Reaktion (Rückstoß) eines aus dem Triebwerk ausströmenden Strahls von "Arbeitssubstanz" zu erzeugen, normalerweise glühende Gase. Alle Motoren haben zwei Energieumwandlungsprozesse. Zunächst wird die chemische Energie des Brennstoffs in Wärmeenergie von Verbrennungsprodukten umgewandelt und anschließend wird die Wärmeenergie zur Verrichtung mechanischer Arbeit verwendet. Solche Motoren umfassen Kolbenmotoren von Automobilen, Diesellokomotiven, Dampf- und Gasturbinen von Kraftwerken usw. Nachdem sich in einer Wärmekraftmaschine heiße Gase gebildet haben, die eine große thermische Energie enthalten, muss diese Energie in mechanische Energie umgewandelt werden. Schließlich sind die Motoren gewohnt, Leistung zu erbringen mechanische Arbeit, etwas zu "bewegen", um es in die Tat umzusetzen, egal ob es sich um eine Dynamomaschine handelt, die auf Wunsch Zeichnungen zu einem Kraftwerk, einer Diesellokomotive, einem Auto oder einem Flugzeug hinzufügt. Damit die thermische Energie von Gasen in mechanische Energie umgewandelt werden kann, muss ihr Volumen zunehmen. Bei dieser Expansion verrichten die Gase die Arbeit, die ihre innere und thermische Energie verbrauchen.
Die Strahldüse kann je nach Triebwerkstyp unterschiedliche Formen und zudem unterschiedliche Bauformen aufweisen. Die Hauptsache ist die Geschwindigkeit, mit der die Gase aus dem Motor strömen. Übersteigt diese Ausströmgeschwindigkeit nicht die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen in den austretenden Gasen ausbreiten, handelt es sich bei der Düse um ein einfaches zylindrisches oder sich verengendes Rohrsegment. Wenn die Ausströmgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit überschreiten muss, erhält die Düse die Form eines sich ausdehnenden Rohres oder zuerst eine Verengung und dann eine Erweiterung (Schöne Düse). Nur in einem Rohr dieser Form kann, wie Theorie und Erfahrung zeigen, das Gas auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und die „Schallmauer“ überwunden werden.

"Klassifizierung von Strahltriebwerken und Merkmale ihrer Verwendung"
Aus diesem mächtigen Stamm, dem Prinzip der direkten Reaktion, entstand jedoch eine riesige Krone des "Stammbaums" der Triebwerksfamilie. Kennenlernen der Hauptäste seiner Krone, die den "Stamm" einer direkten Reaktion krönen. Bald, wie auf dem Bild (siehe unten) zu sehen ist, wird dieser Stamm in zwei Teile geteilt, wie durch einen Blitzeinschlag gespalten. Beide neuen Stämme sind gleichermaßen mit mächtigen Kronen verziert. Diese Einteilung war darauf zurückzuführen, dass alle „chemischen“ Strahltriebwerke in zwei Klassen eingeteilt werden, je nachdem, ob sie die Umgebungsluft für ihre Arbeit nutzen oder nicht.
Bei einem kompressorlosen Motor einer anderen Bauart, einem Staustrahltriebwerk, gibt es nicht einmal dieses Ventilgitter und der Druck in der Brennkammer steigt infolge des Hochgeschwindigkeitsdrucks, d.h. Bremsen des entgegenkommenden Luftstroms, der im Flug in das Triebwerk eintritt. Es ist klar, dass ein solches Triebwerk nur dann betriebsfähig ist, wenn das Flugzeug bereits mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit fliegt, es wird auf dem Parkplatz keinen Schub entwickeln. Andererseits entwickelt ein Staustrahltriebwerk bei sehr hoher Geschwindigkeit, 4-5 mal Schallgeschwindigkeit, einen sehr hohen Schub und verbraucht unter diesen Bedingungen weniger Treibstoff als jedes andere "chemische" Strahltriebwerk. Deshalb Staustrahltriebwerke.
usw.................

Für viele Menschen ist das Konzept des "Jet-Antriebs" stark mit modernen Errungenschaften der Wissenschaft und Technologie, insbesondere der Physik, verbunden, und Bilder von Düsenflugzeugen oder sogar Raumschiffen, die mit den berüchtigten Düsentriebwerken mit Überschallgeschwindigkeit fliegen, erscheinen in ihren Köpfen. Tatsächlich ist das Phänomen des Düsenantriebs viel älter als der Mensch selbst, denn es erschien lange vor uns Menschen. Ja, der Düsenantrieb ist in der Natur aktiv vertreten: Quallen und Tintenfische schwimmen seit Jahrmillionen in den Tiefen der Meere nach dem gleichen Prinzip, nach dem heute moderne Überschallstrahlflugzeuge fliegen.

Geschichte des Strahlantriebs

Seit der Antike haben verschiedene Wissenschaftler die Phänomene des Düsenantriebs in der Natur beobachtet, so schrieb der antike griechische Mathematiker und Mechaniker Heron früher als jeder andere über ihn, ging jedoch nie über die Theorie hinaus.

Wenn wir über die praktische Anwendung des Düsenantriebs sprechen, waren die ersten hier die erfinderischen Chinesen. Um das 13. Jahrhundert vermuteten sie, das Bewegungsprinzip von Kraken und Tintenfischen zu übernehmen, als sie die ersten Raketen erfanden, die sie sowohl für Feuerwerkskörper als auch für militärische Operationen (als Kampf- und Signalwaffe) einsetzten. Wenig später wurde diese nützliche Erfindung der Chinesen von den Arabern und von ihnen bereits von den Europäern übernommen.

Natürlich hatten die ersten bedingten Raketenraketen ein relativ primitives Design und entwickelten sich mehrere Jahrhunderte lang praktisch in keiner Weise, es schien, dass die Geschichte der Entwicklung des Düsenantriebs zum Stillstand gekommen war. Ein Durchbruch in dieser Angelegenheit gelang erst im 19. Jahrhundert.

Wer hat den Jetantrieb entdeckt?

Vielleicht können die Lorbeeren des Entdeckers des Düsenantriebs in der "neuen Zeit" Nikolai Kibalchich verliehen werden, nicht nur ein talentierter russischer Erfinder, sondern auch eine revolutionäre Narodnaya Volya. Sein Projekt eines Düsentriebwerks und eines Flugzeugs für Menschen entwarf er, während er in einem zaristischen Gefängnis saß. Später wurde Kibalchich wegen seiner revolutionären Aktivitäten hingerichtet, und sein Projekt verstaubte in den Regalen der Archive der zaristischen Geheimpolizei.

Später wurden Kibalchichs Werke in dieser Richtung entdeckt und durch die Werke eines anderen talentierten Wissenschaftlers, K. E. Tsiolkovsky, ergänzt. Von 1903 bis 1914 veröffentlichte er eine Reihe von Werken, in denen er die Möglichkeit des Einsatzes von Düsenantrieben bei der Konstruktion von Raumschiffen für die Erforschung des Weltraums überzeugend bewies. Er entwickelte auch das Prinzip der Verwendung mehrstufiger Raketen. Bis heute werden viele Ideen von Tsiolkovsky in der Raketentechnik verwendet.

Beispiele für Strahlantriebe in der Natur

Sicherlich haben Sie beim Schwimmen im Meer Quallen gesehen, aber Sie haben kaum gedacht, dass sich diese erstaunlichen (und zudem langsamen) Kreaturen präzise mit Hilfe des Düsenantriebs bewegen. Durch das Schrumpfen ihrer durchsichtigen Kuppel drücken sie nämlich Wasser aus, das den Quallen als eine Art "Düsentriebwerk" dient.

Auch der Tintenfisch hat einen ähnlichen Bewegungsmechanismus - durch einen speziellen Trichter vor dem Körper und durch den seitlichen Schlitz zieht er Wasser in seine Kiemenhöhle und wirft es dann durch den Trichter kräftig nach hinten oder zur Seite (je nach die Bewegungsrichtung des gewünschten Tintenfisches).

Aber das interessanteste von der Natur geschaffene Düsentriebwerk ist in Tintenfischen zu finden, die zu Recht als "lebende Torpedos" bezeichnet werden können. Tatsächlich ähnelt sogar der Körper dieser Tiere in seiner Form einer Rakete, obwohl in Wahrheit alles genau das Gegenteil ist - es ist eine Rakete, die mit ihrem Design den Körper eines Tintenfisches nachahmt.

Wenn der Tintenfisch einen schnellen Wurf machen muss, nutzt er sein Naturstrahltriebwerk. Sein Körper ist von einem Mantel, einem speziellen Muskelgewebe, umgeben, und die Hälfte des Volumens des gesamten Tintenfischs fällt auf die Mantelhöhle, in die er Wasser saugt. Dann wirft er den aufgefangenen Wasserstrahl abrupt durch eine schmale Düse aus, während er alle seine zehn Tentakel so über den Kopf faltet, dass sie eine stromlinienförmige Gestalt annehmen. Dank dieser fortschrittlichen Jet-Navigation können Tintenfische beeindruckende Geschwindigkeiten von 60-70 km pro Stunde erreichen.

Unter den Besitzern eines Düsentriebwerks in der Natur gibt es Pflanzen, nämlich die sogenannte "Wahnsinnsgurke". Wenn seine Früchte reifen, schießt er als Reaktion auf die leichteste Berührung Gluten mit Samen aus

Gesetz zum Jetantrieb

Tintenfische, "wahnsinnige Gurken", Quallen und andere Tintenfische verwenden seit der Antike den Düsenantrieb, ohne über das physikalische Wesen nachzudenken, aber wir werden versuchen herauszufinden, was das Wesen des Düsenantriebs ist, welche Art von Bewegung als reaktiv bezeichnet wird, und gib ihm eine Definition.

Zu Beginn können Sie auf ein einfaches Experiment zurückgreifen: Wenn Sie einen gewöhnlichen Ballon mit Luft aufblasen und ihn, ohne ihn zu binden, fliegen lassen, fliegt er schnell, bis ihm die Luft ausgeht. Dieses Phänomen wird durch das dritte Newtonsche Gesetz erklärt, das besagt, dass zwei Körper mit Kräften gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung interagieren.

Das heißt, die Kraft des Aufpralls des Balls auf die aus ihm entweichenden Luftströme ist gleich der Kraft, mit der die Luft den Ball von sich wegdrückt. Eine Rakete funktioniert ähnlich wie eine Kugel, die bei hoher Geschwindigkeit einen Teil ihrer Masse ausstößt, während sie eine starke Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung erhält.

Das Gesetz der Impulserhaltung und des Strahlantriebs

Physik erklärt den Vorgang des Strahlantriebs. Der Impuls ist das Produkt der Körpermasse mal seiner Geschwindigkeit (mv). Wenn eine Rakete ruht, sind ihr Impuls und ihre Geschwindigkeit null. Wenn ein Strahl davon ausgestoßen wird, dann sollte der Rest nach dem Impulserhaltungssatz eine solche Geschwindigkeit erreichen, bei der der Gesamtimpuls noch gleich Null ist.

Jet-Antriebsformel

Allgemein lässt sich der Strahlantrieb durch die folgende Formel beschreiben:
msvs + mpvp = 0
msvs = -mpvp

wobei m s v s der vom Gasstrahl erzeugte Impuls ist, m p v p der von der Rakete empfangene Impuls.

Das Minuszeichen zeigt an, dass die Bewegungsrichtung der Rakete und die Kraft der Strahlbewegung des Strahls entgegengesetzt sind.

Strahlantrieb in der Technik - das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks

V Moderne Technologie Strahlantriebe spielen eine sehr wichtige Rolle, da Strahltriebwerke Flugzeuge und Raumschiffe antreiben. Die tatsächliche Konstruktion eines Strahltriebwerks kann je nach Größe und Verwendungszweck unterschiedlich sein. Aber so oder so hat jeder von ihnen

• Kraftstoffversorgung,
• Kammer für Kraftstoffverbrennung,
• Düse, deren Aufgabe es ist, den Strahlstrom zu beschleunigen.

So sieht ein Düsentriebwerk aus.

Der Einsatz von Düsenantrieben in der Natur Viele von uns sind in unserem Leben beim Schwimmen im Meer mit Quallen begegnet. Aber nur wenige Leute dachten, dass Quallen einen Düsenantrieb zur Fortbewegung verwenden. Und oft ist die Effizienz von wirbellosen Meerestieren mit Düsenantrieb viel höher als die von technologischen Erfindungen.

Tintenfisch Der Tintenfisch bewegt sich wie die meisten Kopffüßer auf folgende Weise im Wasser. Durch den seitlichen Schlitz und einen speziellen Trichter vor dem Körper saugt er Wasser in die Kiemenhöhle und schleudert dann kräftig einen Wasserstrahl durch den Trichter. Der Tintenfisch lenkt das Trichterrohr zur Seite oder nach hinten und drückt schnell Wasser aus ihm heraus, kann sich in verschiedene Richtungen bewegen.

Tintenfisch Tintenfisch ist der größte wirbellose Bewohner der Meerestiefen. Es bewegt sich nach dem Prinzip des Strahlantriebs, absorbiert Wasser und drückt es dann mit enormer Kraft durch ein spezielles Loch - "Trichter", und bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit (ca. 70 km / h) ruckartig rückwärts. In diesem Fall versammeln sich alle zehn Tentakel des Tintenfisches zu einem Knoten über dem Kopf und er nimmt eine stromlinienförmige Form an.

Flying Squid Dies ist ein kleines Tier von der Größe eines Herings. Er verfolgt Fische mit solcher Ungestüm, dass er oft aus dem Wasser springt und wie ein Pfeil über seine Oberfläche fegt. Nachdem der Pilot-Tintenfisch den maximalen Strahlschub im Wasser entwickelt hat, hebt er in die Luft ab und fliegt mehr als fünfzig Meter über die Wellen. Der Höhepunkt des Fluges einer lebenden Rakete liegt so hoch über dem Wasser, dass fliegende Tintenfische oft auf den Decks von Hochseeschiffen landen. Vier bis fünf Meter sind keine Rekordhöhe, bis zu der Tintenfische in den Himmel steigen. Manchmal fliegen sie sogar noch höher.

Oktopus Oktopusse können auch fliegen. Der französische Naturforscher Jean Verany sah einen gewöhnlichen Oktopus in einem Aquarium schneller werden und sprang plötzlich rückwärts aus dem Wasser. Nachdem er einen fünf Meter langen Bogen in der Luft beschrieben hatte, plumpste er zurück ins Aquarium. Der Oktopus sammelte Geschwindigkeit, um zu springen, und bewegte sich nicht nur aufgrund des Strahlschubs, sondern ruderte auch mit Tentakeln.

Tollwütige Gurke In südlichen Ländern (und auch an unserer Schwarzmeerküste) wächst eine Pflanze namens "verrückte Gurke". Man muss die reife Frucht nur leicht berühren, ähnlich einer Gurke, da sie vom Stiel abprallt und durch das aus der Frucht geformte Loch mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 m/s eine Flüssigkeit mit Samen herausfliegt. Eine verrückte Gurke (sonst wird sie "Damenpistole" genannt) schießt mehr als 12 m.