Классическая механика и реактивная тяга

Поиск и аренда частных самолетов

Элементарные физические основы реактивной тяги уже давно относятся к достижениям науки. В установленные Исааком Ньютоном аксиомы классической механики, включены также принципы механики реактивной тяги, которые позволяют получить однозначный ответ на все основополагающие вопросы.

jetengine - Классическая механика и реактивная тяга

Турбореактивный двигатель в разрезе

Но нельзя упускать из внимания тот факт, что, несмотря на эту формулировку, распространено множество ошибочных мнений, которые затрудняют понимание многими людьми процессов реактивной тяги. Имеется ввиду точка зрения, что у реактивного двигателя приведение в движение происходит благодаря „выталкиванию“ тела с помощью вытекающей газовой струи в окружающую среду (воздух, вода). Это обманчивое мнение о „выталкивании“, пожалуй, скрывается в слабом представлении о повседневном окружающем мире. Правда, при толковании понятия „выталкивание“, в пример ставят рыбака, который, используя длинную жердь, отталкивается от дна озера и тем самым плывет на своей лодке вдоль берега. В сущности, это передвижение возможно благодаря трению твердых тел. Но что произойдет, если рыбак попытается отталкивать жердью самого себя? Несомненно, при этом его собственная лодка также получит определенную движущую силу, правда она будет существенно меньшая, чем в первом случае. Вместе с тем следует заметить, что другая лодка также получит движущую силу, правда она будет действовать в противоположном направлении. Для того чтобы понять результат второго эксперимента, который находиться во внутренней взаимосвязи с механикой реактивной тяги, нужно воспользоваться аксиомами ньютоновской механики.

При этом для возможности осуществления дальнейших наблюдений, прежде всего, необходимо ввести понятие импульса. Импульсом, по Ньютону, называется продукт I из массы m тела и его скорости v:

I = mv (1)

В дальнейшем Ньютон установил, что импульс тела, на который внешними силами не оказывается воздействие, остается постоянным:

I = mv = const (2)

Следовательно, условием для изменения импульса является воздействие внешней силы на тело. Временное изменение импульса – пропорционально действующим силам, а направление изменения импульса совпадает с направлением приложенных сил:

Смотрите также:  Российскому пилоту в Польше зачитали приговор

K = d(mv)/dt (3)

При условии, что в уравнении (3) величина массы – постоянная, можно записать формулу:

K = m(dv/dt) (4) которая, еще известна как ньютоновский закон ускорения.

До сих пор особое значение придают внешним силам. Но именно изучение противоположных им, так называемых, внутренних сил тела или, как их еще называют, системой масс имеет большое значение для понимания дальнейших процессов. Это можно показать на простом примере.

Допустим, что в помещении, свободном от каких-либо веществ и внешних сил, находиться масса М. Затем, помещенная в массу, взрывчатка зажигается. Освобождение этой внутренней силы системы приводит к тому, что части массы m1 и m2 разлетаются в разные стороны с определенной скоростью. Следовательно, после того, как части, изначально неподвижной системы масс стали подвижными, внутренняя сила взрыва проявляется, как приложенные к отдельным частям, кажущиеся, внешние силы.

В этом процессе выделяют три основных определения. Во-первых, изначальный центр тяжести системы не меняет своего положения. Во-вторых, суммарный импульс остается неизменным. И, в-третьих, это произойдет только тогда, когда каждая часть массы получит импульс, такой же величины, как и тот, что и у другой части массы, но с противоположным направлением, следовательно: m1v1=m2v2 (5)

Немного спустя, Ньютоном, была сформулирована известная и имеющая огромное значение для реактивного двигателя аксиома „actio = reactio“. Она гласит о том, что всегда в рассматриваемой, как замкнутая, системе масс, где внутренние силы оказывают действие на отдельные части системы, действию (actio) на одну из затронутых масс системы противостоит равнозначное противодействие (reactio) на другие части масс. Значит, результат обоих попыток рыбака, в принципе, можно объяснить следующим образом: прежде всего, необходимо различать две возможности проявления силы для достижения поступательного движения или движущей силы. Однажды, трение твердых тел, которые благодаря их весу давят на прочное основание, можно задействовать, как например, при беге, прыжках и передвижении, используя колеса. Это приводит к обыденному представлению об „отталкивании“ и „подпирании“. Тем не менее, эта возможность исключается при передвижении в пространстве, заполненном только одной, свободнодвижущейся средой (вода, воздух), и остается только путь ньютоновской теоремы импульсов, поддающегося учету отбрасывания частей масс, в пределах рассматриваемой, как замкнутая, системе масс на основании внутренних сил этой системы.

Смотрите также:  Производство Boeing 737 в Рентоне - история и современность (часть 2.)

Иными словами, пропеллер самолета поднимается не благодаря воздуху, как деревянный винт благодаря доске. Более того, его движущая сила возникает благодаря тому, что его форма и вращающееся движения отдают части окружающей движущейся среды воздуха скорость противоположную к предполагаемому направлению движения самолета. Для этого случая действительно уравнение (5), а принцип actio = reactio, как противодействие, к импульсу отбрасываемого воздушного потока вынуждает к созданию импульса на самолет, который согласно уравнению (3) становиться действенным, как движущая сила. Переданную на самолет реакцию опоры можно назвать силой отдачи или реактивной силой, а форму привода реактивным двигателем. Поэтому, в общем, уже можно объяснить принцип работы реактивного двигателя. Характерным для него является возникновение силы реакции, вследствие отбрасывания потока частиц в одном направлении. Следовательно, становится понятной равнозначность понятий струйный двигатель и реактивный двигатель.

Следует заметить, что не всегда турбовинтовые двигатели причисляют к реактивным, во всяком случае, не в узком контексте. Более того, сюда относятся только те двигатели, у которых реактивная струя получает свою скорость движения без специальных механических приспособлений.

Смотрите также:  Туры в Италию из Алматы - приобрести билеты и заказать отель

До сих пор реактивный двигатель, в основном, рассматривался как возможность к передвижению в подвижной среде. Без особых усилий можно определить его уникальное значение, как средства привода для разреженного пространства. Еще на примере с взрывающейся массой было высказано предположение, что окружающее пространство должно быть разреженным и не подвергаться воздействию внешних сил. Поэтому и создана предпосылка, что больше нельзя сомневаться в действенности прилегающей теоремы импульсов для реактивного двигателя в разреженном пространстве. Отбрасывание потока частиц из замкнутой системы масс в любом случае, также и в разреженном пространстве создает импульс движущей силы.

Таким образом, для разреженного помещения достаточный запас массы для создания реактивной струи непременно должен дополняться специальным реактивным двигателем. Кроме того, одновременно с этим, в наличии должен быть запас энергии для высвобождения внутренних сил в суммарной системе. Полной единицей этого типа был бы идеальный и единственный привод для перемещения в разряженном пространстве и тем самым решающий ключ для продвижения в районы космоса за пределами земной атмосферы.

Двигатели этих специальных определений – вполне реальны и на практике называются автогенными реактивными двигателями – или чаще ракетными двигателями.