Onder de straalbeweging wordt verstaan, waarbij een van zijn delen met een bepaalde snelheid van het lichaam wordt gescheiden. De resulterende kracht werkt op zichzelf. Met andere woorden, ze mist zelfs maar het minste contact met externe instanties.
Straalaandrijving in de natuur
Tijdens een zomervakantie in het zuiden ontmoetten we bijna allemaal, zwemmend in de zee, kwallen. Maar weinig mensen dachten aan het feit dat deze dieren op dezelfde manier bewegen als een straalmotor. Het werkingsprincipe van een dergelijke eenheid kan worden waargenomen bij het verplaatsen van sommige soorten zeeplankton en libellenlarven. Bovendien is de efficiëntie van deze ongewervelde dieren vaak hoger dan die van technische middelen.
Wie kan nog meer demonstreren hoe een straalmotor werkt? Inktvis, octopus en inktvis. Een soortgelijke beweging wordt gemaakt door veel andere mariene weekdieren. Neem bijvoorbeeld inktvissen. Ze neemt water in haar kieuwholte en gooit het er krachtig uit door een trechter, die ze naar achteren of opzij richt. Waarinhet weekdier kan in de goede richting bewegen.
Het werkingsprincipe van een straalmotor kan ook worden waargenomen bij het verplaatsen van het reuzel. Dit zeedier neemt water op in een brede holte. Daarna trekken de spieren van zijn lichaam samen en wordt de vloeistof door het gat in de rug naar buiten geduwd. Door de reactie van de resulterende straal kan de talg naar voren bewegen.
Zeeraketten
Maar inktvissen hebben de grootste perfectie bereikt in jetnavigatie. Zelfs de vorm van de raket zelf lijkt te zijn gekopieerd van dit specifieke onderwaterleven. Wanneer de inktvis met lage snelheid beweegt, buigt hij periodiek zijn ruitvormige vin. Maar voor een snelle worp moet hij zijn eigen "straalmotor" gebruiken. Het werkingsprincipe van al zijn spieren en lichaam is de moeite waard om in meer detail te bekijken.
Inktvissen hebben een eigenaardige mantel. Dit is het spierweefsel dat zijn lichaam van alle kanten omringt. Tijdens beweging zuigt het dier een grote hoeveelheid water in deze mantel, waarbij een straal scherp wordt uitgeworpen door een speciaal smal mondstuk. Door dergelijke acties kunnen inktvissen zich met ruk naar achteren bewegen met snelheden tot zeventig kilometer per uur. Tijdens beweging verzamelt het dier al zijn tien tentakels in een bundel, waardoor het lichaam een gestroomlijnde vorm krijgt. Het mondstuk heeft een speciaal ventiel. Het dier draait het met behulp van spiercontractie. Hierdoor kan het onderwaterleven van richting veranderen. De rol van het stuur tijdens de bewegingen van de inktvis wordt ook gespeeld door zijn tentakels. Hij stuurt ze naar links of rechts, naar benedenof hoger, gemakkelijk botsingen met verschillende obstakels ontwijken.
Er is een soort inktvis (stenoteuthys), die de titel van beste piloot onder de schelpdieren draagt. Beschrijf het werkingsprincipe van een straalmotor - en u zult begrijpen waarom dit dier, op jacht naar vissen, soms uit het water springt, zelfs op het dek van schepen die over de oceaan varen. Hoe gebeurt het? Pilootinktvis, die zich in het waterelement bevindt, ontwikkelt maximale jetstuwkracht voor hem. Hierdoor kan hij over de golven vliegen op een afstand van wel vijftig meter.
Als we een straalmotor beschouwen, van welk dier kan het werkingsprincipe dan meer worden genoemd? Dit zijn op het eerste gezicht baggy octopussen. Hun zwemmers zijn niet zo snel als inktvissen, maar in geval van gevaar kunnen zelfs de beste sprinters jaloers zijn op hun snelheid. Biologen die de migratie van octopussen hebben bestudeerd, hebben ontdekt dat ze bewegen zoals een straalmotor werkt.
Het dier maakt bij elke waterstraal die uit de trechter wordt gegooid een ruk van twee of zelfs twee en een halve meter. Tegelijkertijd zwemt de octopus op een eigenaardige manier - achteruit.
Andere voorbeelden van straalaandrijving
Er zijn raketten in de plantenwereld. Het principe van een straalmotor kan worden waargenomen wanneer, zelfs bij een zeer lichte aanraking, de "gekke komkommer" met hoge snelheid van de stengel stuitert, terwijl tegelijkertijd de kleverige vloeistof met zaden wordt afgestoten. Tegelijkertijd vliegt de foetus zelf een aanzienlijke afstand (tot 12 m) in de tegenovergestelde richting.
Het principe van de straalmotor kan ook worden waargenomen,terwijl op de boot. Als er zware stenen in een bepaalde richting uit het water worden gegooid, begint de beweging in de tegenovergestelde richting. Het werkingsprincipe van een raketstraalmotor is hetzelfde. Alleen daar worden gassen gebruikt in plaats van stenen. Ze creëren een reactieve kracht die zorgt voor beweging zowel in de lucht als in een ijle ruimte.
Fantastische reizen
De mensheid droomt er al lang van om de ruimte in te vliegen. Dit blijkt uit het werk van sciencefictionschrijvers, die verschillende middelen aanbood om dit doel te bereiken. Zo bereikte de held van het verhaal van de Franse schrijver Hercule Savignin, Cyrano de Bergerac, de maan op een ijzeren kar, waarover voortdurend een sterke magneet werd opgeworpen. De beroemde Munchhausen bereikte ook dezelfde planeet. Een gigantische bonenstengel hielp hem de reis te maken.
Straalaandrijving werd al in het eerste millennium voor Christus in China gebruikt. Tegelijkertijd dienden bamboebuizen, gevuld met buskruit, als een soort raketten voor de lol. Trouwens, het project van de eerste auto op onze planeet, gemaakt door Newton, was ook met een straalmotor.
Geschiedenis van de oprichting van RD
Alleen in de 19e eeuw. De droom van de mensheid over de ruimte begon concrete kenmerken te krijgen. Het was tenslotte in deze eeuw dat de Russische revolutionaire N. I. Kibalchich 's werelds eerste project van een vliegtuig met een straalmotor creëerde. Alle papieren zijn opgemaakt door een Narodnaya Volya in de gevangenis, waar hij belandde na de moordaanslag op Alexander. Maar helaas, op 1881-03-04Kibalchich werd geëxecuteerd en zijn idee vond geen praktische uitvoering.
Aan het begin van de 20e eeuw. het idee om raketten te gebruiken voor vluchten naar de ruimte werd naar voren gebracht door de Russische wetenschapper K. E. Tsiolkovsky. Voor het eerst werd zijn werk gepubliceerd in 1903, dat een beschrijving bevat van de beweging van een lichaam met variabele massa in de vorm van een wiskundige vergelijking. Later ontwikkelde de wetenschapper het eigenlijke schema van een straalmotor aangedreven door vloeibare brandstof.
Tsiolkovsky vond ook een meertrapsraket uit en bracht het idee naar voren om echte ruimtesteden te creëren in een baan nabij de aarde. Tsiolkovsky bewees overtuigend dat het enige middel voor ruimtevluchten een raket is. Dat wil zeggen, een apparaat uitgerust met een straalmotor, bijgetankt met brandstof en een oxidatiemiddel. Alleen zo'n raket is in staat de zwaartekracht te overwinnen en voorbij de atmosfeer van de aarde te vliegen.
Ruimteverkenning
Een artikel van Tsiolkovsky, gepubliceerd in het tijdschrift "Scientific Review", vestigde de reputatie van de wetenschapper als een dromer. Niemand nam zijn argumenten serieus.
Tsiolkovsky's idee werd uitgevoerd door Sovjetwetenschappers. Onder leiding van Sergei Pavlovich Korolev lanceerden ze de eerste kunstmatige aardsatelliet. Op 4 oktober 1957 werd dit apparaat in een baan om de aarde gebracht door een raket met een straalmotor. Het werk van de RD was gebaseerd op de omzetting van chemische energie, die door de brandstof wordt overgedragen aan de gasstraal, en verandert in kinetische energie. In dit geval beweegt de raket in de tegenovergestelde richting.richting.
De straalmotor, waarvan het principe al vele jaren wordt gebruikt, vindt zijn toepassing niet alleen in de ruimtevaart, maar ook in de luchtvaart. Maar het wordt vooral gebruikt om raketten te lanceren. Immers, alleen de RD kan het apparaat verplaatsen in een ruimte waar geen medium is.
Vloeibare straalmotor
Degenen die een vuurwapen hebben afgevuurd of dit proces gewoon van de zijkant hebben bekeken, weten dat er een kracht is die de loop zeker terug zal duwen. Bovendien zal bij een groter bedrag het rendement zeker toenemen. De straalmotor werkt op dezelfde manier. Het werkingsprincipe is vergelijkbaar met hoe de loop wordt teruggeduwd onder invloed van een straal hete gassen.
Wat de raket betreft, is het proces waarbij het mengsel wordt ontstoken geleidelijk en continu. Dit is de eenvoudigste, vaste brandstofmotor. Hij is goed bekend bij alle raketmodelbouwers.
In een straalmotor met vloeibare stuwstof (LPRE) wordt een mengsel van brandstof en oxidatiemiddel gebruikt om een werkvloeistof of een duwende straal te creëren. De laatste is in de regel salpeterzuur of vloeibare zuurstof. De brandstof in de LRE is kerosine.
Het werkingsprincipe van de straalmotor, die in de eerste monsters zat, is tot op de dag van vandaag bewaard gebleven. Alleen gebruikt het nu vloeibare waterstof. Wanneer deze stof wordt geoxideerd, neemt de specifieke impuls met 30% toe in vergelijking met de eerste raketmotoren met vloeibare stuwstof. Het is de moeite waard om te zeggen dat het idee om waterstof te gebruiken wasvoorgesteld door Tsiolkovsky zelf. De moeilijkheden om in die tijd met deze uiterst explosieve stof te werken waren echter gewoon onoverkomelijk.
Wat is het werkingsprincipe van een straalmotor? Brandstof en oxidatiemiddel komen de werkkamer binnen vanuit afzonderlijke tanks. Vervolgens worden de componenten omgezet in een mengsel. Het brandt en geeft een enorme hoeveelheid warmte vrij onder een druk van tientallen atmosfeer.
Componenten komen op verschillende manieren de werkkamer van een straalmotor binnen. Het oxidatiemiddel wordt hier direct ingebracht. Maar de brandstof legt een langere weg af tussen de wanden van de kamer en het mondstuk. Hier wordt het verwarmd en, al heeft het een hoge temperatuur, wordt het via talrijke sproeiers in de verbrandingszone gegooid. Verder breekt de door het mondstuk gevormde straal uit en geeft het vliegtuig een duwmoment. Zo kun je zien wat een straalmotor heeft het werkingsprincipe (in het kort). In deze beschrijving worden niet veel componenten genoemd, zonder welke de werking van de LRE onmogelijk zou zijn. Onder hen zijn de compressoren die nodig zijn om de druk te creëren die nodig is voor injectie, kleppen, toevoerturbines, enz.
Modern gebruik
Ondanks het feit dat de werking van een straalmotor een grote hoeveelheid brandstof vereist, blijven raketmotoren mensen vandaag van dienst. Ze worden gebruikt als de belangrijkste voortstuwingsmotoren in draagraketten, evenals als rangeermotoren voor verschillende ruimtevaartuigen en orbitale stations. In de luchtvaart worden andere soorten taxibanen gebruikt, die iets andere prestatiekenmerken hebben enontwerp.
Ontwikkeling van de luchtvaart
Vanaf het begin van de 20e eeuw tot het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog vlogen mensen alleen in propellervliegtuigen. Deze apparaten waren uitgerust met verbrandingsmotoren. De vooruitgang stond echter niet stil. Met zijn ontwikkeling was er behoefte aan krachtigere en snellere vliegtuigen. Vliegtuigontwerpers worden hier echter geconfronteerd met een schijnbaar onoplosbaar probleem. Het feit is dat zelfs met een lichte toename van het motorvermogen, de massa van het vliegtuig aanzienlijk toenam. De uitweg uit de gecreëerde situatie werd echter gevonden door de Engelsman Frank Will. Hij creëerde een fundamenteel nieuwe motor, jet genaamd. Deze uitvinding gaf een krachtige impuls aan de ontwikkeling van de luchtvaart.
Het werkingsprincipe van een straalmotor van een vliegtuig is vergelijkbaar met de werking van een brandslang. De slang heeft een taps toelopend uiteinde. Water stroomt door een nauwe opening en verhoogt zijn snelheid aanzienlijk. De tegendrukkracht die in dit geval ontstaat is zo sterk dat de brandweerman de slang nauwelijks in zijn handen kan houden. Dit gedrag van water kan ook het werkingsprincipe van een vliegtuigstraalmotor verklaren.
Directionele taxibanen
Dit type straalmotor is het eenvoudigst. Je kunt het je voorstellen in de vorm van een pijp met open uiteinden, die op een bewegend vlak is geïnstalleerd. Voor de dwarsdoorsnede breidt zich uit. Door dit ontwerp vermindert de binnenkomende lucht zijn snelheid en neemt de druk toe. Het breedste punt van zo'n pijpis de verbrandingskamer. Hier wordt de brandstof ingespoten en vervolgens verbrand. Een dergelijk proces draagt bij aan de verwarming van de gevormde gassen en hun sterke expansie. Dit creëert de stuwkracht van een straalmotor. Het wordt geproduceerd door dezelfde gassen wanneer ze met kracht uit het smalle uiteinde van de pijp barsten. Het is deze stuwkracht die het vliegtuig doet vliegen.
Gebruiksproblemen
Sramjet-motoren hebben enkele nadelen. Ze kunnen alleen werken aan het vliegtuig dat in beweging is. Een stilstaand vliegtuig kan niet worden geactiveerd door direct-flow taxibanen. Om zo'n vliegtuig de lucht in te krijgen, is een andere startende motor nodig.
Probleemoplossing
Het principe van de werking van een straalmotor van een vliegtuig van het turbojet-type, dat de tekortkomingen van een directe taxibaan mist, stelde vliegtuigontwerpers in staat om de meest geavanceerde vliegtuigen te creëren. Hoe werkt deze uitvinding?
Het belangrijkste element in een turbostraalmotor is een gasturbine. Met zijn hulp wordt een luchtcompressor geactiveerd, waardoor de perslucht naar een speciale kamer wordt geleid. De producten die worden verkregen als gevolg van de verbranding van brandstof (meestal kerosine) vallen op de bladen van de turbine, die deze aandrijft. Verder gaat de lucht-gasstroom in het mondstuk, waar het versnelt tot hoge snelheden en een enorme jetstuwkracht creëert.
Vermogen verhogen
Reactieve stuwkracht kanin korte tijd aanzienlijk toenemen. Hiervoor wordt naverbranding gebruikt. Het is de injectie van een extra hoeveelheid brandstof in de gasstroom die uit de turbine ontsnapt. Ongebruikte zuurstof in de turbine draagt bij aan de verbranding van kerosine, waardoor de stuwkracht van de motor toeneemt. Bij hoge snelheden bereikt de waardestijging 70% en bij lage snelheden - 25-30%.
