WikiDer > Двигатель реакции - Википедия

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: «Двигатель реакции» – Новости · газеты · книги · ученый · JSTOR (Июнь 2008 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

А двигатель реакции является двигатель или мотор что производит толкать путем изгнания реакционная масса, в соответствии с Третий закон движения Ньютона. Этот закон движения чаще всего перефразируют так: «Для каждой действующей силы существует равная, но противоположная сила противодействия».

Примеры включают реактивные двигатели, ракетные двигатели, насос-форсунка, и более необычные варианты, такие как Двигатели на эффекте Холла, ионные приводы, массовые водители, и ядерная импульсная тяга.

Использование энергии

Пропульсивная эффективность

Для всех реактивных двигателей, на борту которых имеется топливо (например, ракетные двигатели и электрическая силовая установка двигатели) некоторая энергия должна идти на ускорение реакционной массы. Каждый двигатель расходует некоторую энергию впустую, но даже при 100% КПД двигателю требуется энергия в размере

${ displaystyle { begin {matrix} { frac {1} {2}} end {matrix}} MV_ {e} ^ {2}}$

(где M - масса израсходованного топлива и ${ displaystyle V_ {e}}$ скорость выхлопа), которая представляет собой просто энергию для ускорения выхлопа.

Из-за энергии, уносимой в выхлопе, энергоэффективность реактивного двигателя изменяется в зависимости от скорости выхлопа относительно скорости транспортного средства, это называется тяговая эффективность, синий - кривая для реактивных двигателей типа ракет, красный - для реактивных двигателей с воздушным (канальным) воздухом.

Сравнение уравнения ракеты (которое показывает, сколько энергии заканчивается в конечном транспортном средстве) и приведенного выше уравнения (которое показывает общую требуемую энергию) показывает, что даже при 100% КПД двигателя, конечно, не вся поставляемая энергия попадает в транспортное средство - некоторые его, как правило, большая часть, в конечном итоге превращается в кинетическую энергию выхлопных газов.

Если удельный импульс (${ displaystyle I_ {sp}}$) фиксировано, для миссии delta-v есть особый ${ displaystyle I_ {sp}}$ что сводит к минимуму общую энергию, используемую ракетой. Это приводит к скорости истечения примерно ⅔ дельта-v миссии (см. энергия, вычисленная из уравнения ракеты). Приводы с удельным импульсом, который является как высоким, так и фиксированным, например ионные двигатели, имеют скорость выхлопа, которая может быть значительно выше, чем этот идеальный, и, таким образом, в конечном итоге ограничивают источник мощности и дают очень низкую тягу. Если характеристики автомобиля ограничены мощностью, например если солнечная энергия или ядерная энергия, то в случае большого ${ displaystyle v_ {e}}$ максимальное ускорение обратно пропорционально ему. Следовательно, время для достижения требуемой дельта-v пропорционально ${ displaystyle v_ {e}}$. При этом последний не должен быть слишком большим.

С другой стороны, если скорость выхлопа может быть изменена так, чтобы в каждый момент она была равна скорости транспортного средства и была противоположна ей, то достигается абсолютное минимальное потребление энергии. Когда это достигается, выхлоп останавливается в космосе. ^ и не имеет кинетической энергии; а тяговый КПД составляет 100%, вся энергия попадает в транспортное средство (в принципе такой привод будет иметь 100% -ный КПД, на практике будут тепловые потери внутри системы привода и остаточное тепло в выхлопе). Однако в большинстве случаев при этом используется непрактичное количество топлива, но это полезное теоретическое соображение.

Некоторые диски (например, ВАСИМР или же безэлектродный плазменный двигатель) действительно могут существенно изменить скорость их истечения. Это может помочь снизить расход топлива и улучшить ускорение на разных этапах полета. Однако наилучшие энергетические характеристики и ускорение по-прежнему достигаются, когда скорость выхлопа близка к скорости автомобиля. Предлагаемые ионные и плазменные двигатели обычно имеют скорость истечения, значительно превышающую идеальную (в случае VASIMR наименьшая заявленная скорость составляет около 15 км / с по сравнению с дельта-v миссии с высокой околоземной орбиты на Марс около 4 км / с).

Для миссии, например, при запуске с планеты или приземлении на нее, эффекты гравитационного притяжения и любое атмосферное сопротивление необходимо преодолевать с помощью топлива. Эффекты этих и других эффектов обычно объединяются в эффективную миссию. дельта-v. Например, для запуска миссии на низкую околоземную орбиту требуется дельта-v около 9,3–10 км / с. Эти дельта-против миссии обычно численно интегрируются в компьютер.

Эффективность цикла

Все реактивные двигатели теряют часть энергии, в основном в виде тепла.

Различные реактивные двигатели имеют разную эффективность и потери. Например, ракетные двигатели могут иметь до 60–70% энергоэффективности с точки зрения ускорения топлива. Остальное теряется в виде тепла и теплового излучения, прежде всего в выхлопных газах.

Эффект Оберта

Реакционные двигатели более энергоэффективны, когда они выделяют свою реактивную массу, когда транспортное средство движется с высокой скоростью.

Это связано с тем, что генерируемая полезная механическая энергия просто равна силе, умноженной на расстояние, и когда сила тяги создается во время движения автомобиля, тогда

${ Displaystyle E = F раз d ;}$

где F - сила, а d - пройденное расстояние.

Разделив на время движения, получим:

${ displaystyle { frac {E} {t}} = P = { frac {F times d} {t}} = F times v}$

Следовательно:

${ Displaystyle P = F раз v ;}$

где P - полезная мощность, v - скорость.

Следовательно, v должно быть как можно большим, а стационарный двигатель не выполняет никакой полезной работы.^{[NB 1]}

Типы реактивных двигателей

• Ракетный
  • Ракетный двигатель
  • Ионный двигатель
• Дыхание воздухом
  • Турбореактивный
  • Турбовентиляторный
  • Pulsejet
  • Ramjet
  • Scramjet
• Жидкость
  • Насос-струйный
• Роторный
  • Эолипил
• Твердый выхлоп
  • Массовый драйвер

Смотрите также

• Двигатель внутреннего сгорания
• Реактивная сила
• Реактивный двигатель
• Список статей по физике плазмы
• Двигатель (значения)

Примечания

Рекомендации

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы по теме Двигатели реакции.

• Популярная наука, май 1945 г.