Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Pratt & Whitney F100 реактивный двигатель проходит испытания. Этот двигатель производит струю газа для создания тяги. Его цель - привести в движение реактивный самолет.

Тяга - это сила реакции, количественно описываемая третьим законом Ньютона . Когда система выталкивает или ускоряет массу в одном направлении, ускоренная масса вызывает приложение силы равной величины, но в противоположном направлении, к этой системе. [1] Усилие , прикладываемое на поверхности в направлении , перпендикулярном или нормали к поверхности также называют тяги. Сила и, следовательно, тяга измеряется с использованием Международной системы единиц (СИ) в ньютонах (символ: N) и представляет собой количество, необходимое для ускорения 1 килограмма массы со скоростью 1 метр в секунду в секунду. . В машиностроении сила, перпендикулярная основной нагрузке (например, в параллельных косозубых зубчатых колесах ), называется статическим усилием .

Примеры [ править ]

Силы на поперечном сечении крыла

С неподвижным крылом самолета создает тягу вперед , когда воздух выталкивается в направлении , противоположном направлению полета. Это можно сделать несколькими способами, включая вращающиеся лопасти пропеллера или вращающийся вентилятор, выталкивающий воздух из задней части реактивного двигателя , или выбрасывая горячие газы из ракетного двигателя . [2] Прямая тяга пропорциональна массе воздушного потока, умноженной на разницу в скорости воздушного потока. Обратная тяга может быть создана для облегчения торможения после приземления путем изменения шага лопастей винта с переменным шагом или использования реверсора тяги на реактивном двигателе.Винтокрылые летательные аппараты и летательные аппараты V / STOL с вектором тяги используют тягу двигателя, чтобы выдерживать вес самолета, и векторную сумму этой тяги вперед и назад для управления скоростью движения.

Катер создает тягу (или обратную тягу) , когда пропеллеры обращены к ускорению воды в обратном направлении (или вперед). Возникающая в результате тяга толкает лодку в направлении, противоположном сумме изменения количества движения воды, протекающей через гребной винт.

Ракета продвигается вперед с помощью силы тяги равны по величине, но противоположны по направлению, к времени скорости изменения импульса отходящего газа ускоряется из камеры сгорания через сопло ракетного двигателя. Это скорость истечения относительно ракеты, умноженная на скорость выброса массы, или в математических терминах:

Где T - создаваемая тяга (сила), - это скорость изменения массы во времени (массовый расход выхлопных газов), а v - скорость выхлопных газов, измеренная относительно ракеты.

Для вертикального пуска ракеты начальная тяга при взлете должна быть больше веса.

Каждый из трех главных двигателей космического корабля "Шаттл" мог производить тягу 1,8  меганьютона , а каждый из двух твердотопливных ракетных ускорителей космического корабля - 14,7  МН (3 300 000  фунтов силы ), вместе взятые - 29,4 МН. [3]

Напротив, упрощенная система помощи при EVA Rescue (SAFER) имеет 24 подруливающих устройства по 3,56 Н (0,80 фунт-силы) каждый. [ необходима цитата ]

В категории «дышащих воздухом» реактивный двигатель AMT-USA AT-180, разработанный для радиоуправляемых самолетов, обеспечивает тягу 90 Н (20 фунт-сила-сила ). [4] Двигатель GE90 -115B, установленный на Boeing 777 -300ER, признанный Книгой рекордов Гиннеса «Самым мощным в мире коммерческим реактивным двигателем», имеет тягу 569 кН (127 900 фунтов силы).

Концепции [ править ]

Тяга к власти [ править ]

Мощность, необходимая для создания тяги, и сила тяги могут быть связаны нелинейным образом. В целом . Константа пропорциональности варьируется и может быть решена для равномерного потока:

Обратите внимание, что эти расчеты действительны только для случая, когда входящий воздух ускоряется с места - например, при зависании.

Обратная величина константы пропорциональности, «эффективность» идеального двигателя малой тяги, пропорциональна площади поперечного сечения перемещаемого объема жидкости ( ) и плотности жидкости ( ). Это помогает объяснить, почему передвигаться по воде легче и почему у самолетов гораздо большие винты, чем у гидроциклов.

Тяга к движущей силе [ править ]

Очень часто возникает вопрос, как сравнить тягу реактивного двигателя с номинальной мощностью поршневого двигателя. Такое сравнение затруднительно, поскольку эти величины не эквивалентны. Поршневой двигатель не перемещает самолет сам по себе (винт делает это), поэтому поршневые двигатели обычно оцениваются по тому, какую мощность они передают на винт. За исключением изменений температуры и давления воздуха, эта величина в основном зависит от настройки дроссельной заслонки.

У реактивного двигателя нет воздушного винта, поэтому тяговая сила реактивного двигателя определяется по его тяге следующим образом. Сила - это сила (F), необходимая для перемещения чего-либо на некоторое расстояние (d), деленная на время (t), необходимое для перемещения на это расстояние: [5]

В случае ракеты или реактивного самолета сила в точности равна тяге (Т), создаваемой двигателем. Если ракета или самолет движется примерно с постоянной скоростью, тогда расстояние, разделенное на время, будет просто скоростью, поэтому мощность равна силе тяги, умноженной на скорость: [6]

Эта формула выглядит очень удивительно, но она верна: тяговая мощность (или доступная мощность [7] ) реактивного двигателя увеличивается с его скоростью. Если скорость равна нулю, то тяговая мощность равна нулю. Если реактивный самолет работает на полностью открытой дроссельной заслонке, но прикреплен к статическому испытательному стенду, то реактивный двигатель не производит тяги, однако тяга все равно создается. Комбинированный поршневой двигатель-гребной винт также имеет тяговую мощность с точно такой же формулой, и она также будет равна нулю при нулевой скорости - но это для набора двигатель-гребной винт. Один только двигатель будет продолжать вырабатывать свою номинальную мощность с постоянной скоростью, независимо от того, движется самолет или нет.

А теперь представьте, что прочная цепь разорвана, и реактивный самолет и поршневой самолет начинают двигаться. На малых скоростях:

Поршневой двигатель будет иметь постоянную 100% мощность, а тяга винта будет изменяться в зависимости от скорости
. Реактивный двигатель будет иметь постоянную 100% тягу, а мощность двигателя будет изменяться в зависимости от скорости.

Избыточная тяга [ править ]

Если летательный аппарат с двигателем создает тягу T и испытывает сопротивление D, разница между ними, T - D, называется избыточной тягой. Мгновенные характеристики самолета во многом зависят от избыточной тяги.

Избыточная тяга - это вектор, который определяется как разность векторов между вектором тяги и вектором сопротивления.

Ось тяги [ править ]

Ось тяги для самолета - это линия действия полной тяги в любой момент времени. Это зависит от расположения, количества и характеристик реактивных двигателей или гребных винтов. Обычно она отличается от оси сопротивления. Если это так, расстояние между осью тяги и осью сопротивления вызовет момент, которому необходимо противодействовать за счет изменения аэродинамической силы на горизонтальном стабилизаторе. [8] Примечательно, что Boeing 737 MAX с более крупными двигателями с более низкой посадкой, чем предыдущие модели 737, имел большее расстояние между осью тяги и осью лобового сопротивления, в результате чего носовая часть поднималась вверх в некоторых режимах полета, что требовало увеличения тангажа. система управления, MCAS. Ранние версии MCAS катастрофически работали со сбоями в полете, что привело к гибели более 300 человек в 2018 и 2019 годах. [9] [10]

См. Также [ править ]

  • Аэродинамическая сила
  • Кормовой движитель
  • Тяга газотурбинного двигателя
  • Тяга на шарнире , наиболее распространенная в современных ракетах
  • Фунт тяги (то же, что и фунт (сила) )
  • Усреднение тяги потока
  • Отношение тяги к массе
  • Управление вектором тяги
  • Реверс тяги
  • Тяговое усилие

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Что такое тяга?" . www.grc.nasa.gov . Архивировано 14 февраля 2020 года . Дата обращения 2 апреля 2020 .
  2. ^ "Третий закон движения Ньютона" . www.grc.nasa.gov . Архивировано 3 февраля 2020 года . Дата обращения 2 апреля 2020 .
  3. ^ «Космические ракеты-носители - космический шаттл» . www.braeunig.us . Архивировано 6 апреля 2018 года . Проверено 16 февраля 2018 .
  4. ^ "Информация о продукте реактивного двигателя AMT-USA" . Архивировано из оригинального 10 ноября 2006 года . Проверено 13 декабря 2006 года .
  5. Юн, Джо. «Преобразование тяги в лошадиные силы» . Архивировано 13 июня 2010 года . Проверено 1 мая 2009 года .
  6. ^ Yechout, Томас; Моррис, Стивен. Введение в механику полета самолетов . ISBN 1-56347-577-4.
  7. ^ Андерсон, Дэвид; Эберхард, Скотт (2001). Понимание полета . Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-138666-1.
  8. ^ Кермод, AC (1972) Механика полета , Глава 5, 8-е издание. Pitman Publishing. ISBN 0273316230 
  9. ^ "Система управления под пристальным вниманием после крушения эфиопских авиалиний" . Аль-Джазира . Архивировано 28 апреля 2019 года . Проверено 7 апреля 2019 .
  10. ^ "Что такое система увеличения маневренных характеристик Boeing 737 Max?" . Воздушное течение . 14 ноября 2018. Архивировано 7 апреля 2019 года . Проверено 7 апреля 2019 .