Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

РЕАКТИВНЫХ является двигательной объекта в одном направлении, производимой эжекции струи из жидкости в направлении , противоположном. По третьему закону Ньютона движущееся тело движется в направлении, противоположном струе. Реактивные двигатели, работающие по принципу реактивного движения, включают реактивный двигатель, используемый для приведения в движение самолета , реактивный двигатель , используемый для морского движения , а также ракетный двигатель и плазменный двигатель, используемый для приведения в движение космического корабля . Биологические системы включают двигательные механизмы определенныхморские животные, такие как головоногие моллюски , морские зайцы , членистоногие и рыбы .

Физика [ править ]

РЕАКТИВНЫХ получают путем некоторых реактивных двигателей или животных , когда тяга порождается быстро движущейся струи из жидкости в соответствии с законами движения Ньютона . Это наиболее эффективно, когда число Рейнольдса велико, то есть движущийся объект относительно велик и проходит через среду с низкой вязкостью. [1]

У животных наиболее эффективные форсунки являются импульсными, а не непрерывными [2], по крайней мере, когда число Рейнольдса больше 6. [3]

Удельный импульс [ править ]

Основная статья: Удельный импульс

Удельный импульс (обычно сокращенно I sp ) - это мера того, насколько эффективно ракета использует топливо или реактивный двигатель использует топливо. По определению, это полный импульс (или изменение количества движения ), доставляемый на единицу потребляемого топлива [4], и он по размерам эквивалентен генерируемой тяге, деленной на массовый или массовый расход топлива . [5] Если масса ( килограмм , фунт-масса или пуля) используется как единица метательного взрывчатого вещества, тогда удельный импульс имеет единицы скорости . Если вместо этого используется вес ( ньютон или фунт-сила ), то удельный импульс имеет единицы времени (секунды). Умножение скорости потока на стандартную плотность ( g 0 ) преобразует удельный импульс из единицы массы в основу веса. [5]

Двигательная установка с более высоким удельным импульсом использует массу топлива более эффективно для создания прямой тяги, а в случае ракеты - меньше топлива, необходимого для данной дельта-v , согласно уравнению ракеты Циолковского . [4] [6] В ракетах это означает, что двигатель более эффективен при наборе высоты, расстояния и скорости. Эта эффективность менее важна для реактивных двигателей, которые используют крылья и используют внешний воздух для сгорания и несут полезную нагрузку, которая намного тяжелее топлива.

Удельный импульс включает вклад в импульс, создаваемый внешним воздухом, который использовался для сгорания и истощается с отработавшим топливом. Реактивные двигатели используют внешний воздух и поэтому имеют гораздо более высокий удельный импульс, чем ракетные двигатели. Удельный импульс в единицах израсходованной массы топлива выражается в единицах расстояния за время, что является искусственной скоростью, называемой «эффективной скоростью истечения». Это выше, чем фактическая скорость выхлопа, поскольку не учитывается масса воздуха для горения. Фактическая и эффективная скорость истечения в ракетных двигателях, не использующих воздух, одинаковы.

Удельный импульс обратно пропорционален удельному расходу топлива (SFC) соотношением I sp = 1 / ( g o · SFC) для SFC в кг / (Н · с) и I sp = 3600 / SFC для SFC в фунтах / (фунт-силах). · Час).

Тяга [ править ]

Из определения удельной импульсной тяги в единицах СИ это:

где V e - эффективная скорость истечения, а - расход топлива.

Типы двигателей реакции [ править ]

Основная статья: Двигатель реакции

Реакционные двигатели создают тягу за счет вытеснения твердой или жидкой реакционной массы ; Реактивный двигатель применяется только к двигателям, использующим реактивную массу жидкости.

Реактивный двигатель [ править ]

Основная статья: Реактивный двигатель

Реактивный двигатель - это реактивный двигатель, который использует окружающий воздух в качестве рабочего тела и преобразует его в горячий газ под высоким давлением, который расширяется через одно или несколько сопел . Два типа реактивных двигателей, турбореактивный и турбовентиляторный , используют осевые или центробежные компрессоры для повышения давления перед сгоранием и турбины для сжатия. Прямоточные воздушные двигатели работают только на высоких скоростях полета, потому что в них отсутствуют компрессоры и турбины, вместо этого в зависимости от динамического давления, создаваемого высокой скоростью (известного как сжатие поршня). Импульсные форсунки также не включают компрессоры и турбины, но могут создавать статическую тягу и иметь ограниченную максимальную скорость.

Ракетный двигатель [ править ]

Основная статья: Ракетный двигатель

Ракета способна работать в космическом вакууме , потому что она зависит от транспортного средства, несущего собственный окислитель, вместо использования кислорода в воздухе, или, в случае ядерной ракеты , нагревает инертное топливо (например, жидкий водород. ), проталкивая его через ядерный реактор .

Плазменный двигатель [ править ]

Основная статья: Плазменный двигатель

Плазменные двигатели ускоряют плазму с помощью электромагнитных средств.

Насос-жиклер [ править ]

Основная статья: Насос-жиклер

Гидравлический насос, используемый для морского движения , использует воду в качестве рабочего тела, нагнетаемого воздушным винтом , центробежным насосом или их комбинацией.

Реактивные животные [ править ]

Основная статья: Водное передвижение § Реактивное движение

Головоногие моллюски, такие как кальмары, используют реактивную тягу для быстрого спасения от хищников ; они используют другие механизмы для медленного плавания. Струя создается путем выброса воды через сифон , который обычно сужается до небольшого отверстия, чтобы обеспечить максимальную скорость выдоха. Перед выдохом вода проходит через жабры, выполняя двойную функцию дыхания и передвижения. [1] Морские зайцы (брюхоногие моллюски) используют аналогичный метод, но без сложного неврологического механизма головоногих моллюсков они перемещаются несколько более неуклюже. [1]

Некоторые костистые рыбы также развили реактивное движение, пропуская воду через жабры, чтобы дополнить движение плавников. [7] : 201

У некоторых личинок стрекоз реактивное движение достигается вытеснением воды из специальной полости через задний проход. Учитывая небольшие размеры организма, достигается большая скорость. [8]

Морские гребешки и кардииды , [9] сифонофоры , [10] оболочки (например, сальпы ), [11] [12] и некоторые медузы [13] [14] [15] также используют реактивную тягу. Наиболее эффективными реактивными организмами являются сальпы [11], которые потребляют на порядок меньше энергии (на килограмм на метр), чем кальмары. [16]

См. Также [ править ]

  • Реактивный самолет

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Паккард А. (1972). «Головоногие и рыбы: пределы конвергенции». Биологические обзоры . 47 (2): 241–307. DOI : 10.1111 / j.1469-185X.1972.tb00975.x .
  2. ^ Сазерленд, КР; Мадин, Л.П. (2010). «Сравнительная структура струйного следа и плавательные характеристики сальп» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 213 (Pt 17): 2967–75. DOI : 10,1242 / jeb.041962 . PMID 20709925 .  
  3. ^ Дабири, Джо; Гариб, М. (2005). «Роль оптимального вихря в транспорте биологической жидкости» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 272 (1572): 1557–1560. DOI : 10.1098 / rspb.2005.3109 . PMC 1559837 . PMID 16048770 .  
  4. ^ a b "Что такое удельный импульс?" . Группа качественного мышления . Проверено 22 декабря 2009 года .
  5. ^ a b Бенсон, Том (11 июля 2008 г.). «Удельный импульс» . НАСА . Архивировано из оригинала 24 января 2010 года . Проверено 22 декабря 2009 года .
  6. ^ Хатчинсон, Ли (14 апреля 2013 г.). «Новый ракетный двигатель F-1B модернизирует конструкцию эпохи Аполлона с тягой 1,8 млн фунтов» . Ars Technica . Проверено 15 апреля 2013 года . Показатель топливной эффективности ракеты называется удельным импульсом (сокращенно «ISP» - или, точнее, Isp) ... «Удельный массовый импульс ... описывает эффективность химической реакции, создающую тягу, и ее проще всего определить. понимается как величина силы тяги, создаваемой каждым фунтом (массой) топлива и пропеллента окислителя, сожженным за единицу времени. Это что-то вроде меры в милях на галлон для ракет ».
  7. Перейти ↑ Wake, MH (1993). «Череп в качестве движителя органа». В Ханкене, Джеймс (ред.). Череп . Издательство Чикагского университета . п. 460. ISBN 978-0-226-31573-7.
  8. ^ Милл, П.Дж.; Пикард, RS (1975). «Реактивный движитель личинок анизоптечных стрекоз». Журнал сравнительной физиологии . 97 (4): 329–338. DOI : 10.1007 / BF00631969 .
  9. ↑ Чемберлен-младший, Джон А. (1987). «32. Передвижение Наутилуса ». В Сондерсе, ВБ; Ландман, Нью-Хэмпшир (ред.). Наутилус: биология и палеобиология живых ископаемых . ISBN 9789048132980.
  10. ^ Bone, Q .; Труман, ER (2009). «Реактивное движение сифонофоров каликофоров Chelophyes и Abylopsis ». Журнал Морской биологической ассоциации Соединенного Королевства . 62 (2): 263–276. DOI : 10.1017 / S0025315400057271 .
  11. ^ a b Bone, Q .; Труман, ER (2009). «Реактивное движение в сальпах (Tunicata: Thaliacea)». Журнал зоологии . 201 (4): 481–506. DOI : 10.1111 / j.1469-7998.1983.tb05071.x .
  12. ^ Bone, Q .; Труман, Э. (1984). «Реактивное движение в Doliolum (Tunicata: Thaliacea)». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии . 76 (2): 105–118. DOI : 10.1016 / 0022-0981 (84) 90059-5 .
  13. ^ Демонт, М. Эдвин; Гослайн, Джон М. (1 января 1988 г.). «Механика реактивного движения в Hydromedusan Медузы, Polyorchis Pexicillatus : I. Механические свойства структуры опорно - двигательного» . J. Exp. Биол. (134): 313–332.
  14. ^ Демонт, М. Эдвин; Гослайн, Джон М. (1 января 1988 г.). «Механика реактивного движения у Hydromedusan Jellyfish, Polyorchis Pexicillatus : II. Энергетика реактивного цикла» . J. Exp. Биол. (134): 333–345.
  15. ^ Демонт, М. Эдвин; Гослайн, Джон М. (1 января 1988 г.). «Механика реактивного движения в Hydromedusan Медузе, Polyorchis Pexicillatus : III Естественный резонирующий колокол, наличие и значение резонансного явления в структуре опорно - двигательной.» . J. Exp. Биол. (134): 347–361.
  16. ^ Madin, LP (1990). «Аспекты реактивного движения в сальпах». Канадский зоологический журнал . 68 (4): 765–777. DOI : 10.1139 / z90-111 .