Repülőgép hajtómű

A sugárhajtómű egy motor szánt járműhajtórendszerek (főleg antenna, de nem kizárólag). Az alapelv a folyadék ( gáz vagy folyadék ) bizonyos irányú vetítésén alapul ; által reakció , ez a folyadék ezután elküld egy tolóerő , hogy a jármű az ellenkező irányba.

Az ilyen típusú motorok igen kedvező tömeg / teljesítmény aránya számos alkalmazást nyit meg számára a repülési (nagysebességű repülőgépek) és az űrszektorban , valamint a tengeri ( vízsugaras ) szektorban .

Sugárhajtás

A sugárhajtás az akció-reakció elvén alapszik, amelyet Isaac Newton fogalmazott meg . Ezt az elvet két olyan űrhajós gondolati tapasztalata szemlélteti, akik egymást taszítják az űrben (kép balra szemközti irányban). Ebben a gondolatkísérletben hasznosabb elképzelni, hogy csak az egyik kozmonauta biztosítja a másik vetületét (ami csak az általa képviselt tömegre érvényes). A globális rendszer lendületének megőrzése (1 űrhajós projektor + 2 vetített űrhajós) azt jelenti, hogy a tömeg egy irányba történő kilökése ellentétes irányú erőt hoz létre.
Ha a két űrhajós tömege azonos, akkor a vetítés után az ellenkező irányba egyenlő sebességűek lesznek.
Ha az egyik űrhajós könnyebb, a lendület megőrzésének ugyanaz a törvénye nagyobb sebességgel távolodik el a másiktól (akár dobással, akár dobással).

Ellentétben azzal, amit valaki gyakran gondol, ez az űrkísérlet elvégezhető a Földön: Az egyik korcsolyázó így visszaszoríthatja a másikat (a két korcsolyázót két görkorcsolya gyakorló helyettesítheti). Görgők használata nélkül is, ha két gyereket néz szembe, a lábuk végével összeér, és megkéri az egyiket, hogy erősen nyomja meg a másikat anélkül, hogy megváltoztatná a lábának helyzetét, akkor nem hajlandó ezt megtenni, mert integrálódott fiatal korától kezdve, hogy ezzel őt is visszalökik.

A lőfegyver visszarúgása a sugárhajtás példája.

A visszadobott anyag eredetétől függően két fő sugárhajtómű létezik:

• amelyek a projekt egy anyag a szervezetben a gép: rakéta motor , elektromos meghajtás ,  stb és minden anaerob sugárhajtómű ( vízi rakéta , lufi;
• olyanok, amelyek folyadékot használnak, amelyet a jármű korábban elnyelt és gyorsított, mielőtt hátulra vetítették volna; ezek a sugárhajtóművek (vagy egyszerűbben a reaktorok ) különböző típusai : turbó motor , ramjet , superstatorjet  ; a vízsugarak ebbe a típusú hajtóművekbe sorolhatók.

Példák a természetben

Sok állat reakcióval mozog. Megemlíthetjük a polipot, a medúza és számos kéthéjat, például a fésűkagylót (szemben a videó). A madarak és denevérek meghajtását a reakció is biztosítja (ezek a madarak előre vetítik a levegőt, hogy előremozduljanak). ráadásul megélhetésük a reakció elvétől függ (szárnyaik sebességük és előfordulásuk miatt lefelé vetítik a levegőt).

Példák a mindennapi életben

Ha félretesszük a sugárhajtású repülőgép (pl. Airbus vagy Boeing) vételének tényét, a mindennapi életben találunk példákat a sugárral működő tárgyakra, azzal az előnnyel, hogy ezek a tárgyak hideg reakciót mutatnak be . Például :

• A hajlított szalma: Amikor lefelé fordított és ajkakkal óvatosan tartott hajlított szalmába fúj, megfigyelheti, hogy reakcióval emelkedik (lenti animáció).
• Egy léggömb (latex ballon), amely felfújva melegen hajtja a reakciót, ha leesik. Egy kis trükkel akár ballonrakétákat is készíthet, amelyek képesek egyenesen repülni (kép egy ilyen rakétáról az indítópadon).
• A vízi rakéták a sugárhajtás példái is. Kibocsátják a kerékpárszivattyú vagy bármely más eszköz által szállított sűrített levegő nyomása által kiszorított vizet. A Flyboard feltalálta a francia Franky Zapata egy szórakoztató és kereskedelmi használatra elvének a víz reakció (video szemben).
• A cselekvés és a reakció törvénye bebizonyítható (sőt megtapasztalható) Csiolkovsky hajókísérlet gyakorlásával (animáció lent). Sőt, mindenki megfigyelhette, hogy amikor az ember egy könnyű vízi jármű eleje felé halad, ez a vízi jármű maga is hátul felé halad (az érintett tömegek arányában): úgy érezzük, hogy az egyes előre lépéseink hátrafelé húzzák a hajót ( cselekvés - reakció).

• Példák egyszerű sugárhajtóművekre

• Reakció hajlított szalma kísérlet

• A "Csiolkovszkij hajója" élmény animációja

• Ballonrakéták

Fizikai elemzés

A hajtási erő (ebben az esetben tolóerő ) az idő -származék a lendület ( Newton második törvénye ):

F→=d(MV→)dt=-d(mv→)dt{\ displaystyle {\ vec {F}} = {\ mathrm {d} (M {\ vec {V}}) \ over \ mathrm {d} t} = - {\ mathrm {d} (m {\ vec { v}}) \ over \ mathrm {d} t}}

vagy:

• F→{\ displaystyle {\ vec {F}} \!} a járművön létrejövő erővektor;
• M{\ displaystyle M \!}és a tömege a jármű és annak sebességét vektor  ;V→{\ displaystyle {\ vec {V}} \!}
• m{\ displaystyle m \!}és a kidobott tömeg és sebessége;v→{\ displaystyle {\ vec {vb}} \!}
• t{\ displaystyle t \!}az idő .

A gyakorlatban megtalálhatjuk ennek a képletnek leegyszerűsített formáit; például egy repülőgép-hajtómű esetében (figyelmen kívül hagyva az elfogyasztott üzemanyag tömegét, amely a kevert levegő tömegéhez képest nagyon alacsony), a következőképpen alakul:

Fnyom=m˙×(vkijárat-vBejárat){\ displaystyle F _ {\ text {push}} = {\ dot {m}} \ szor (v _ {\ text {exit}} - v _ {\ text {entry}})}

vagy:

• m˙{\ displaystyle {\ dot {m}}} a motoron áthaladó levegő tömegárama, az üzemanyag-áram elhanyagolható (kg / s);
• vkijárat{\ displaystyle v _ {\ text {output}}} a gázok kilépési sebessége a fúvókából (m / s);
• vBejárat{\ displaystyle v _ {\ text {entry}}} a gázok motorba jutásának sebessége (m / s).

Ami az energia , a munka , amelyet a tolóerő a termelékenyebb, mint a sebességet a jármű magas, és hogy a ejectate alacsony (szemben a kiindulási pont, ahonnan az egyik célja, hogy elmozdulás). Ideális az, hogy a kidobott állva maradjon (nulla sebessége nem ad mozgási energiát, és az összes energiát átviszi a járműbe); ami azt jelenti, hogy a kidobási sebességet folyamatosan hozzá kell igazítani a jármű sebességéhez. Ez a gyakorlatban lehetetlen, minden motornak meg lesz az optimális üzemi sebessége, amely a jármű utazási sebességéhez igazodik.

Típusok

A leggyakoribb esetben a kiütött gáz egy szabályozott kémiai reakció eredménye, amely magas hőmérsékleten gázt eredményez, amely a motorban tágulva nagy sebességet ér el (minél nagyobb a sebesség, annál erősebb a tolóerő).

Az alexandriai Heron Aeolipyle az ilyen típusú motorok őse (a kiengedett gáz itt vízgőz ). A XVIII .  Század közepén az osztrák matematikus, Segner a hidraulikus forgóvillát tanulmányozta a reakció ugyanazon elve alapján, de vízesést működtetve  : a gép bejelenti a XIX .  Század hidraulikus turbináit , amelyek viszont inspirálják a turbótengely koncepcióját motor .

Általában ezt a motortípust három kategóriába sorolhatjuk:

Aerob motor

Aerob motorok használja oxigént a levegőben , mint egy oxidálószer , vagy oxidáló egy kémiai reakcióban. Csak a Föld légkörében használhatók . Ebben a kategóriában a következőket találjuk:

• a turbó motor  ;
• a ramjet  ;
• a szupersztátorreaktor  ;
• a pulzoreaktort és az impulzusos detonációs hullámmotort .

Anaerob motor

Az anaerob motorok tartalmazzák a kémiai reakcióhoz szükséges oxidálószert és üzemanyagot , hogy bármilyen légkörből tolóerőt hozzanak létre. Ebben a kategóriában különösen a rakétamotorok, de a rakéták , az űrhajók , valamint a műholdak és bizonyos űrszondák is megjelennek . A hajtóműveket megkülönböztetik az üzemanyag típusa szerint:

• szilárd ( hajtógáz ): por hajtóanyagok , használt booster bizonyos rakéták vagy felszálló booster (repülőgép vagy rakéta);
• folyékony ( hajtóanyag );
• hibrid ( litergol ).

Nem vegyi motor

Más motorok nem kémiai reakciót alkalmaznak a tolóerő előállításához. Bár teljesítményük gyakran szerény marad, az I sp. Impulzusuk (minél nagyobb ez utóbbi, annál kevesebbet fogyaszt a hajtóanyag) sokkal nagyobb, mint a vegyi motoroké. Ezek állandó, nagyon hosszú időtartamú gyorsulást biztosítanak (paradox módon hosszú gyorsulás után nagy sebesség elérését teszik lehetővé ). Szondák vagy bolygóközi járművek meghajtására szolgálnak.

A fizika alapvető szempontjain alapulnak. A hajtás típusától függően háromféle motor létezik:

• elektrodinamika , például ionos motor, amely lehet rács vagy Hall-effektus  ;
• fotonika, mint a napvitorla  ;
• nukleáris segítségével hasadási és (legalábbis elméletileg) magfúzió az atomi motor .

A VASIMR típusú hajtóművek az elektromos meghajtás mindhárom aspektusát használják.

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

1. A fegyver visszahúzódásának kiszámításakor gyakran elkülönítenek belső ballisztikát (vagyis mi történik, amikor a golyó még mindig a csőben van) és a külső ballisztikát (amikor a golyó kijön). Cső). De a reakció hatása akkor kezdődik, amikor a golyó elkezd mozogni a hordóban.
2. Elektromos meghajtás (tér) az I sp .

Hivatkozások

1. G. Pichon, „  A sugárhajtás alapelvei  ” , a www.avionslegendaires.net oldalon ,2009(megtekintés : 2014. november 6. ) .
2. Meg kell jegyeznünk, hogy a köznép összeköti a sugárhajtómű elvét a belőle kijövő lángokkal (rakétamotorok vagy repülőgép-reaktorok esetében). A sugárhajtómű által kibocsátott folyadék hőmérséklete azonban nem más, mint egy nem kívánt melléktermék (ez energiaveszteség).

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

• Tekintse meg az első sugárhajtóművek fejlődésének történetét a tervezőiknek szentelt cikkekben:
  • Franciaország: René Lorin
  • Románia: Henri Coandă
  • Németország: Hans von Ohain , Wernher von Braun
  • Anglia: Frank Whittle
  • Olaszország: Campini Caproni CC1 és CC2
• Elektromos és ionos meghajtás
• Sugárhajtóművek • Statorjet • Superstatorjet

Külső linkek

• Jet Engines, 1952, Gaston LAVOISIER műszaki tanulmányi igazgató a Párizsban, École Militaire felsőoktatási központjában (Alapelvek, leírás, interjú)