Реактивное движение в природе и технике формула. Интересная информация о реактивном движении
В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.
Но ни один учёный, ни один писатель-фантаст за многие века не смог назвать единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.
Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении. На каких же принципах и физических законах основывается его действие?
Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Это легко объяснить из закона сохранения импульса, который гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.
К. Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета.
Максимально достижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя (т.е. по существу к весу пустой ракеты) называется числом Циолковского.
Основной вывод состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.
Движения тел переменной массы.
Знание закона сохранения импульса во многих
случаях дает возможность найти результат
взаимодействия тел, когда значения
действующих сил неизвестны.
Рассмотрим в качестве примера действие
реактивного двигателя.
При сгорании топлива
в камере сгорания ракеты образуются газы,
нагретые до высокой температуры. При действии
двигателя в течение короткого интервала времени
t из сопла ракеты выбрасываются со скоростью u
относительно ракеты горячие газы массой m .
Ракета и выбрасываемые ее двигателем газы
взаимодействуют между собой. На основании
закона сохранения импульса при отсутствии
внешних сил сумма векторов импульсов
взаимодействующих тел остается постоянной.
До начала работы двигателей импульс ракеты
и горючего был равен нулю, следовательно, и
после включения сумма изменений векторов импульса
ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:
где m - масса ракеты, V - изменение скорости ракеты, m - масса выброшенных газов, u - скорость истечения газов.
Отсюда для векторов импульса получаем:
Разделим обе части равенства на интервал
времени t , в течение которого работали двигатели
ракеты:
или
Произведение массы ракеты m на ускорение ее движения
a по определению равно силе, вызывающей это
ускорение:
Таким образом, мы показали, что реактивная
сила тяги Fp равна произведению скорости u движения
выбрасываемых газов относительно ракеты на секундный
расход топлива m/t .
Реактивная сила тяги Fp действует со стороны газов на ракету и направлена в сторону, противоположную направлению истечения газов.
Выражение
есть уравнение динамики
тела переменной массы для случая, когда внешние
силы равны нулю. Если же на ракету, кроме реактивной
силы Fp , действует внешняя сила F , то уравнение
динамики движения примет вид:
Это уравнение получено профессором Петербургского
университета
И. В. Мещерским и носит
его имя.
Формула Мещерского представляет собой обобщение
второго закона Ньютона для движения тел
переменной массы. Ускорение тела переменной массы
определяется не только внешними силами F , действующими
на тело, но и реактивной силой Fp , обусловленной
изменением массы движущегося тела:
Ракета. Система двух тел. Корпус топлива.
Корпус - труба с одним открытым концом для
выхода отработанных газов. На хвосте ставят сопла
(трубки) для направленного выброса газов с
большой скоростью.
Топливо - сложное горючее, которое
при сжигании превращается в газ большой температуры
и большого движения.
V ракеты зависит от m топлива и самой ракеты, а также от V выбросов газов.
В данной формуле не учитывается сопротивление воздуха и F пр к Земле.
На самом деле выброс газов происходит не мгновенно, а постепенно. Если учесть все условия, то топлива надо брать во много раз больше.
Чтобы сообщить кораблю первую космическую
скорость, то
Введение………………………………………………………………………….3
1. К.Э.Циолковский – основоположник теории космических полетов………..4
2. Реактивный двигатель…………………………………………………………..5
3. Устройство баллистической ракеты……………………………………………7
3.1. Двигатель баллистической ракеты…………………………………………..8
3.2. Насосы…………………………………………………………………………9
3.4. Альтернатива газовыми рулями……………………………………………..10
4. Стартовая площадка……………………………………………………………..11
5. Траектория полета……………………………………………………………..12
6 . Заключение……………………………………………………………………13
7. Список использованной литературы:…………………………………….14
8. Лист оценивания. ……………………………………………………………..15
Введение
Я, ученик 9 «В» класса, Егоров Дмитрий Вячеславович представляю вам свой реферат на тему: «Реактивное движение. Ракеты». Я считаю, что человечество всегда мечтало о путешествии в космос. Самые разные средства для достижения этой цели предлагали писатели – фантасты, учёные, мечтатели. Но единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос за многие века не смог изобрести ни один учёный, ни один писатель-фантаст. Например, герой рассказа французского писателя Сирано де Бержерака, написанного в XVII веке, добрался до Луны, подбрасывая сильный магнит над железной повозкой, в которой находился сам. Повозка всё выше поднималась над Землёй, притягиваясь к магниту, пока не достигла Луны, барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.
Цель моего реферата – это ознакомление с наукой, которая в свою очередь и посей день развивается и создается более новые образцы ракетостроения.
Тема в данное время очень распространена и интересная для изучения учащихся.
Я считаю, что реферат действительно заинтересует многих людей, так как ракетостроение стоит на вооружении нашей страны, а так же это распространенная безопасность от вражеской атаки.
1.К.Э.Циолковский – основоположник теории космических полетов
Впервые мечту и стремления многих людей впервые смог приблизить к реальности русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935), который показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести – это ракета, он впервые представил научное доказательство возможности использования ракеты для полётов в космическое пространство, за пределы земной атмосферы и к другим планетам Солнечной системы. Ракетой Циолковский назвал аппарат с реактивным двигателем, использующим находящиеся на нём горючее и окислитель.
2. Реактивный двигатель
Реактивным двигателем называют двигатель, способный преобразовать химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, и приобрести при этом скорость в обратном направлении.
На каких же принципах и физических законах основывается действие реактивного двигателя?
Как известно из курса физики, выстрел из ружья сопровождается отдачей. По законам Ньютона, пуля и ружьё разлетелись бы в разные стороны с одинаковой скоростью, если бы имели одинаковую массу. Отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение, как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве, так возникает отдача. Тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем больше масса и скорость истекающих газов, и, следовательно, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Эти явления объясняются законом сохранения импульса:
- векторная (геометрическая) сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.
Максимальную скорость, которую может развить ракета, рассчитывают по формуле Циолковского:
v max – максимальная скорость ракеты,
v 0 – начальная скорость,
v r – скорость истечения газов из сопла,
m – начальная масса топлива,
M – масса пустой ракеты.
Представленная формула Циолковского является фундаментом, на котором зиждется весь расчёт современных ракет. Числом Циолковского называют отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя – к весу пустой ракеты.
Таким образом, получили, что максимально достижимая скорость ракеты зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла. А скорость истечения газов сопла в свою очередь зависит от вида топлива и температуры газовой струи. Значит, чем выше температура, тем больше скорость. Тогда для настоящей ракеты нужно подобрать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. По формуле видно, что кроме всего прочего скорость ракеты зависит от начальной и конечной массы ракеты, от того, какая часть её веса приходится на горючее, и какая – на бесполезные (с точки зрения скорости полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.
Основной вывод из этой формулы Циолковского для определения скорости космической ракеты состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.
Представим в общих чертах современную ракету сверхдальнего действия.
Такая ракета необходимо должна быть многоуровневой. В её головной части размещается боевой заряд, позади – приборы управления, баки и двигатель. Стартовый вес ракеты превышает вес полезного груза в 100-200 раз в зависимости от топлива! Таким образом, настоящая ракета должна весить несколько сотен тонн, а в длину должна, как минимум, достигать высоты десятиэтажного дома. К конструкции ракеты предъявляется ряд требований. Так, необходимо, например, чтобы сила тяги проходила через центр тяжести ракеты. Ракета может отклониться от заданного курса или даже начать вращательное движение, если не выполнить обозначенные условия.
Восстановить правильный курс можно с помощью рулей. В разреженном воздухе работают газовые рули, отклоняющие направление газовой струи, предложенные Циолковским. Аэродинамические рули работают при полёте ракеты в плотном воздухе.
3.Устройство баллистической ракеты
3.1. Двигатель баллистической ракеты
Современные баллистические ракеты преимущественно работают на двигателях, использующих жидкое топливо. В качестве горючего обычно используют керосин, спирт, гидразин, анилин, а в качестве окислителей – азотную и хлорную кислоты, жидкий кислород и перекись водорода. Самыми активными окислителями являются фтор и жидкий озон, но они применяются редко из-за крайней взрывоопасности.
Двигатель -самая важный элемент ракеты. Самый важный элемент двигателя – камера сгорания и сопло. В камерах сгорания, из-за того, что температура сгорания топлива доходит до 2500-3500 О С, должны использоваться особо жаропрочные материалы и сложные методы охлаждения. Таких температур не выдерживают обычные материалы.
3.Устройство баллистической ракеты
3.2. Насосы
Очень сложны и остальные агрегаты. Например, насосы, которые должны подавать окислитель и горючее к форсункам камеры сгорания, уже в ракете ФАУ-2, одной из первых, были способны перекачивать 125 кг топлива в секунду.
В ряде случаев вместо обычных баллонов применяют баллоны со сжатым воздухом или каким-нибудь другим газом, способным вытеснить горючее из баков и загнать его в камеру сгорания.
3.Устройство баллистической ракеты
3.3. Альтернатива газовым рулям
Газовые приходиться делать из графита или керамики, поэтому они очень хрупкие и ломкие, поэтому современные конструкторы начинают отказываться от применения газовых рулей, заменяя их несколькими дополнительными соплами или поворачивая самое главное сопло. Действительно, в начале полёта, при высокой плотности воздуха, скорость ракеты мала, поэтому рули плохо управляют, а там, где ракета приобретает большую скорость, мала плотность воздуха.
На американской ракете, построенной по проекту “Авангард”, двигатель подвешен на шарнирах, и его можно отклонять на 5-7 О. Мощность каждой следующей ступени и время её действия меньше, потому что каждая ступень ракеты работает в совершенно различных условиях, которые и определяют её устройство, поэтому и конструкция самой ракеты может быть проще.
4. Стартовая площадка
Запуск баллистическая ракета происходит со специального стартового устройства. Обычно это ажурная металлическая мачта или даже башня, около которой ракету собирают по частям подъёмными кранами. Участки такой башни размещаются против необходимых для проверки и отладки оборудования смотровых люков. Башня отъезжает, когда ракету заправляют топливом.
5. Траектория полета
Ракета стартует вертикально, а затем начинает медленно наклоняться и вскоре описывает почти строго эллиптическую траекторию. Большая часть траектории полёта таких ракет лежит на высоте больше 1000 км над Землёй, где сопротивление воздуха практически отсутствует. Приближаясь к цели, атмосфера начинает резко тормозить движение ракеты, при этом её оболочка сильно нагревается, а, если не принять меры, ракета может разрушиться, а её заряд – преждевременно взорваться.
6. Заключение
Представленное описание межконтинентальной баллистической ракеты устарело и соответствует уровню развития науки и техники 60-х годов, но, ввиду ограниченности доступа к современным научным материалам, отсутствует возможность дать точное описание работы современной межконтинентальной баллистической ракеты сверхдальнего радиуса действия. Несмотря на это, в работе были освещены общие свойства, присущие всем ракетам. Работа также может быть интересна в целях ознакомления с историей развития и использования описанных ракет, ещё помогла мне больше узнать самому о ракетостроении.
7. Список использованной литературы
Дерябин В. М. Законы сохранения в физике. – М.: Просвещение, 1982.
Гельфер Я. М. Законы сохранения. – М.: Наука, 1967.
Кузов К. Мир без форм. – М.:Мир, 1976.
Детская энциклопедия. – М.: Издательство АН СССР, 1959.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%E0%EA%E5%F2%E0
http://yandex.ru/yandsearch?text=%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D1%8B&clid=2071982&lr=240
8. Лист оценивания
1. Легче всего давалась информация о применении ракет, чтобы узнать как и из чего они состоят нужно было поискать в книжных материалах. Работа далась легко и с интересом.
2. Так же поддерживаю такую науку, как физика. Многое явлений она объясняет, а также это наше будущее…Реферат получился отлично и всё в понятном виде, что даже очень понравится материал дальнейшим учащимся.
Эту вертушку можно назвать первой в мире паровой реактивной турбиной.
Китайская ракета
Еще раньше, за много лет до Герона Александрийского, в Китае тоже изобрели реактивный двигатель несколько иного устройства, называемый ныне фейерверочной ракетой . Фейерверочные ракеты не следует смешивать с их тезками - сигнальными ракетами, которые применяют в армии и флоте, а также пускают в дни всенародных праздников под грохот артиллерийского салюта. Сигнальные ракеты - это просто пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем. Ими выстреливают из крупнокалиберных пистолетов - ракетниц.
Сигнальные ракеты — пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем
Китайская ракета представляет собой картонную или металлическую трубку, закрытую с одного конца и наполненную пороховым составом. Когда эту смесь поджигают, струя газов, вырываясь с большой скоростью из открытого конца трубки, заставляет ракету лететь в сторону, противоположную направлению газовой струи. Взлетать такая ракета может без помощи пистолета-ракетницы. Палочка, привязанная к корпусу ракеты, делает ее полет более устойчивым и прямолинейным.
Фейерверк с использованием китайских ракет
Обитатели моря
В мире животных:
Здесь также встречается реактивное движение. Каракатицы, осьминоги и некоторые другие головоногие моллюски не имеют ни плавников, ни мощного хвоста, а плавают не хуже прочих обитателей моря . У этих мягкотелых существ в теле имеется довольно вместительный мешок или полость. В полость набирается вода, а затем животное с большой силой выталкивает эту воду наружу. Реакция выброшенной воды заставляет животное плыть в сторону, противоположную направлению струи.
Осьминог — обитатель моря, который использует реактивное движение
Падающая кошка
Но самый интересный способ движения продемонстрировала обыкновенная кошка .
Лет сто пятьдесят назад известный французский физик Марсель Депре заявил:
А знаете ли, законы Ньютона не совсем верны. Тело может двигаться с помощью внутренних сил, ни на что не опираясь и ни от чего не отталкиваясь.
Где доказательства, где примеры? - протестовали слушатели.
Хотите доказательств? Извольте. Кошка, нечаянно сорвавшаяся с крыши, - вот доказательство! Как бы кошка ни падала, хоть головой вниз, на землю она обязательно встанет всеми четырьмя лапками. Но ведь падающая кошка ни на что не опирается и ни от чего не отталкивается, а переворачивается быстро и ловко. (Сопротивлением воздуха можно пренебречь - оно слишком ничтожно.)
Действительно, это знают все: кошки, падая; ухитряются всегда становиться на ноги.
Кошки это делают инстинктивно, а человек может сделать то же самое сознательно. Пловцы, прыгающие с вышки в воду, умеют выполнять сложную фигуру - тройное сальто, то есть трижды перевернуться в воздухе, а потом вдруг выпрямиться, приостановить вращение своего тела и уже по прямой линии нырнуть в воду.
Такие же движения, - без взаимодействия с каким-либо посторонним предметом, случается наблюдать в цирке во время выступления акробатов - воздушных гимнастов.
Выступление акробатов - воздушных гимнастов
Падающую кошку сфотографировали киносъемочным аппаратом и потом на экране рассматривали кадр за кадром, что делает кошка, когда летит в воздухе. Оказалось, что кошка быстро вертит лапкой. Вращение лапки вызывает ответное движение- реакцию всего туловища, и оно поворачивается в сторону, противоположную движению лапки. Все происходит в строгом соответствии с законами Ньютона, и именно благодаря им кошка становится на ноги.
То же самое происходит во всех случаях, когда живое существо без всякой видимой причины изменяет свое движение в воздухе.
Водометный катер
У изобретателей появилась мысль, а почему бы не перенять у каракатиц их способ плавания. Они решили построить самоходное судно с водно-реактивным двигателем . Идея безусловно осуществимая. Правда, уверенности в удаче не было: изобретатели сомневались, получится ли такой водометный катер лучше обычного винтового. Надо было сделать опыт.
Водометный катер — самоходное судно с водно-реактивным двигателем
Выбрали старый буксирный пароход, починили его корпус, сняли гребные винты, а в машинном отделении поставили насос-водомет. Этот насос качал забортную воду и через трубу выталкивал ее за корму сильной струей. Пароход плыл, но двигался он все же медленнее винтового парохода. И это объясняется просто: обычный гребной винт вращается за кормой ничем не стесненный, вокруг него только вода; воду в водометном насосе приводил в движение почти точно такой же винт, но вращался он уже не на воде, а в тесной трубе. Возникало трение водяной струи о стенки. Трение ослабляло напор струи. Пароход с водометным движителем плыл медленнее винтового и топлива расходовал больше.
Однако от постройки таких пароходов не отказались: у них нашлись важные преимущества. Судно, снабженное гребным винтом, должно сидеть в воде глубоко, иначе винт будет без толку пенить воду или вертеться в воздухе. Поэтому винтовые пароходы боятся отмелей и перекатов, они не могут плавать по мелководью. А водометные пароходы можно строить мелкосидящими и плоскодонными: им глубина не нужна - где пройдет лодка, там пройдет и водометный пароход.
Первые водометные катера в Советском Союзе построены в 1953 году на Красноярской судостроительной верфи. Они предназначены для малых рек, где обычные пароходы не могут плавать.
Особенно прилежно инженеры, изобретатели и ученые занялись исследованием реактивного движения при появлении огнестрельного оружия . Первые ружья - всевозможные пистоли, мушкеты и самопалы - при каждом выстреле сильно ударяли человека в плечо. После нескольких десятков выстрелов плечо начинало так болеть, что солдат уже не мог целиться. Первые пушки - пищали, единороги, кулеврины и бомбарды - при выстреле отпрыгивали назад, так что, случалось, калечили пушкарей-артиллеристов, если они не успевали увернуться и отскочить в сторону.
Отдача орудия мешала меткой стрельбе, потому что пушка вздрагивала раньше, чем ядро или граната вылетали из ствола. Это сбивало наводку. Стрельба получалась неприцельной.
Стрельба с огнестрельного оружия
Инженеры-артиллеристы начали борьбу с отдачей более четырехсот пятидесяти лет назад. Сначала лафет снабдили сошником, который врезался в землю и служил прочным упором для пушки. Тогда думали, что если хорошенько подпереть пушку сзади, так чтобы ей некуда было откатываться, то отдача исчезнет. Но это была ошибка. Не был принят во внимание закон сохранения количества движения. Пушки ломали все подпорки, а лафеты так расшатывались, что орудие становилось непригодным для боевой работы. Тогда изобретатели поняли, что законы движения, как и всякие законы природы, нельзя переделать по-своему, их можно только «перехитрить» с помощью науки - механики.
У лафета они оставили сравнительно небольшой сошник для упора, а ствол пушки положили на «салазки» так, чтобы откатывался только один ствол, а не все орудие целиком. Ствол соединили с поршнем компрессора, который ходит в своем цилиндре точно так же, как поршень паровой машины. Но в цилиндре паровой машины - пар, а в орудийном компрессоре - масло и пружина (или сжатый воздух).
Когда ствол пушки откатывается назад, поршень сжимает пружину. Масло же в это время сквозь мелкие отверстия в поршне продавливается по другую сторону поршня. Возникает сильное трение, которое частично поглощает движение откатывающегося ствола, делает его более медленным и плавным. Потом сжатая пружина расправляется и возвращает поршень, а вместе с ним и ствол орудия на прежнее место. Масло нажимает на клапан, открывает его и свободно перетекает снова под поршень. Во время беглого огня ствол орудия почти непрерывно движется вперед и назад.
В орудийном компрессоре отдача поглощается трением.
Дульный тормоз
Когда мощность и дальнобойность пушек возросла, компрессора оказалось недостаточно, чтобы обезвредить отдачу. В помощь ему был изобретен дульный тормоз .
Дульный тормоз - это всего лишь короткая стальная труба, укрепленная на срезе ствола и служащая как бы его продолжением. Диаметр ее больше диаметра канала ствола, и поэтому она нисколько не мешает снаряду вылетать из дула. В стенках трубки по окружности прорезано несколько продолговатых отверстий.
Дульный тормоз — уменьшает отдачу огнестрельного оружия
Пороховые газы, вылетающие из ствола орудия вслед за снарядом, сразу же расходятся в стороны, и часть их попадает в отверстия дульного тормоза. Эти газы с большой силой ударяются о стенки отверстий, отталкиваются от них и вылетают наружу, но уже не вперед, а немного вкось и назад. При этом они давят на стенки вперед и толкают их, а вместе с ними и весь ствол орудия. Они помогают лафетной пружине потому, что стремятся вызвать откат ствола вперед. А в то время, пока они находились в стволе, они толкали орудие назад. Дульный тормоз значительно уменьшает и ослабляет отдачу.
Другие изобретатели пошли иным путем. Вместо того чтобы бороться с реактивным движением ствола и стараться его погасить, они решили применить откат орудия с пользой для дела. Эти изобретатели создали много образцов автоматического оружия: винтовок, пистолетов, пулеметов и пушек, в которых отдача служит для того, чтобы выбрасывать использованную гильзу и перезаряжать оружие.
Реактивная артиллерия
Можно совсем не бороться с отдачей, а использовать ее: ведь действие и реакция (отдача) равносильны, равноправны, равновелики, так пусть же реактивное действие пороховых газов , вместо того чтобы отталкивать назад ствол орудия, посылает снаряд вперед в цель. Так была создана реактивная артиллерия . В ней струя газов бьет не вперед, а назад, создавая в снаряде направленную вперед реакцию.
Для реактивного орудия оказывается ненужным дорогой и тяжелый ствол. Для направления полета снаряда прекрасно служит более дешевая, простая железная труба. Можно обойтись вовсе без трубы, а заставить снаряд скользить по двум металлическим рейкам.
По своему устройству реактивный снаряд подобен фейерверочной ракете, он только размерами побольше. В его головной части вместо состава для цветного бенгальского огня помещается разрывной заряд большой разрушительной силы. Середина снаряда наполняется порохом, который при горении создает мощную струю горячих газов, толкающих снаряд вперед. При этом сгорание пороха может длиться значительную часть времени полета, а не только тот короткий промежуток времени, пока обычный снаряд продвигается в стволе обычной пушки. Выстрел не сопровождается таким громким звуком.
Реактивная артиллерия не моложе обыкновенной артиллерии, а может быть, даже старше ее: о боевом применении ракет сообщают старинные китайские и арабские книги, написанные более тысячи лет назад.
В описаниях сражений более поздних времен нет-нет, да и промелькнет упоминание о боевых ракетах. Когда английские войска покоряли Индию, индийские воины-ракетчики своими огнехвостыми стрелами наводили ужас на захватчиков-англичан, порабощавших их родину. Для англичан в то время реактивное оружие было в диковинку.
Ракетными гранатами, изобретенными генералом К. И. Константиновым , мужественные защитники Севастополя в 1854-1855 годах отбивали атаки англо-французских войск.
Ракета
Огромное преимущество перед обыкновенной артиллерией - отпадала необходимость возить за собой тяжелые пушки - привлекло к реактивной артиллерии внимание военачальников. Но столь же крупный недостаток мешал ее усовершенствованию.
Дело в том, что метательный, или, как раньше говорили, форсовый, заряд умели делать только из черного пороха. А черный порох опасен в обращении. Случалось, что при изготовлении ракет метательный заряд взрывался, и гибли рабочие. Иногда ракета взрывалась при запуске, и гибли артиллеристы. Изготовлять и употреблять такое оружие было опасно. Поэтому оно и не получило широкого распространения.
Начатые успешно работы, однако, не привели к постройке межпланетного корабля. Немецкие фашисты подготовили и развязали кровопролитную мировую войну.
Реактивный снаряд
Недостаток при изготовлении ракет устранили советские конструкторы и изобретатели. В годы Великой Отечественной войны они дали нашей армии превосходное реактивное оружие. Были построены гвардейские минометы - «катюши» и изобретены РС («эрэс») - реактивные снаряды .
Реактивный снаряд
По своему качеству советская реактивная артиллерия превзошла все иностранные образцы и причиняла врагам громадный урон.
Защищая Родину, советский народ был вынужден поставить все достижения ракетной техники на службу обороны.
В фашистских государствах многие ученые и инженеры еще до войны усиленно разрабатывали проекты бесчеловечных орудий разрушения и массовых убийств. Это они считали целью науки.
Самоуправляющиеся самолеты
Во время войны гитлеровские инженеры построили несколько сот самоуправляющихся самолетов : снарядов «ФАУ-1» и реактивных снарядов «ФАУ-2». То были сигарообразные снаряды, имевшие в длину 14 метров и в диаметре 165 сантиметров. Весила смертоносная сигара 12 тонн; из них 9 тонн - топливо, 2 тонны - корпус и 1 тонна - взрывчатое вещество. «ФАУ-2» летели со скоростью до 5500 километров в час и могли подниматься в высоту на 170-180 километров.
Точностью попадания эти средства разрушения не отличались и были пригодны только для обстрела таких крупных мишеней, как большие и густонаселенные города. Немецкие фашисты выпускали «ФАУ-2» за 200-300 километров от Лондона в расчете, что город велик, - куда-нибудь да попадет!
Вряд ли Ньютон мог предполагать, что его остроумный опыт и открытые им законы движения лягут в основу оружия, созданного звериной злобой к людям, и целые кварталы Лондона обратятся в развалины и станут могилами людей, захваченных налетом слепых «ФАУ».
Космический корабль
Уже много веков люди лелеяли мечту о полетах в межпланетном пространстве, о посещении Луны, загадочного Марса и облачной Венеры. На эту тему было написано множество научно-фантастических романов, повестей и рассказов. Писатели отправляли своих героев в заоблачные дали на дрессированных лебедях, на воздушных шарах, в пушечных снарядах или еще каким-нибудь невероятным образом. Однако все эти способы полета основывались на выдумках, не имевших опоры в науке. Люди только верили, что они когда-нибудь сумеют покинуть нашу планету, но не знали, как это им удастся осуществить.
Замечательный ученый Константин Эдуардович Циолковский в 1903 году впервые дал научную основу идее космических путешествий . Он доказал, что люди могут покинуть земной шар и транспортным средством для этого послужит ракета, потому что ракета - единственный двигатель, который не нуждается для своего движения в какой-либо внешней опоре. Поэтому ракета способна летать в безвоздушном пространстве.
Ученый Константин Эдуардович Циолковский — доказал, что люди могут покинуть земной шар на ракете
По своему устройству космический корабль должен быть подобен реактивному снаряду, только в его головной части поместится кабина для пассажиров и приборов, а все остальное пространство будет занято запасом горючей смеси и двигателем.
Чтобы придать кораблю нужную скорость, требуется подходящее топливо. Порох и другие взрывчатые вещества ни в коем случае не пригодны: они и опасны и слишком быстро сгорают, не обеспечивая длительного движения. К. Э. Циолковский рекомендовал применять жидкое топливо: спирт, бензин или сжиженный водород, горящие в струе чистого кислорода или какого-либо другого окислителя. Правильность этого совета признали все, потому что лучшего топлива тогда не знали.
Первая ракета с жидким горючим, весившая шестнадцать килограммов, была испытана в Германии 10 апреля 1929 года. Опытная ракета взлетела в воздух и скрылась из вида раньше, чем изобретатель и все присутствующие сумели проследить, куда она полетела. Найти ракету после опыта не удалось. На следующий раз изобретатель решил «перехитрить» ракету и привязал к ней веревку длиной четыре километра. Ракета взвилась, волоча за собой веревочный хвост. Она вытянула два километра веревки, оборвала ее и последовала за своей предшественницей в неизвестном направлении. И эту беглянку также не удалось найти.
Министерство Образования и Науки РФ
ФГОУ СПО «Перевозский Строительный Колледж»
Реферат
дисциплина:
Физика
тема: Реактивное движение
Выполнил:
Студент
Группы 1-121
Окунева Алёна
Проверил:
П.Л.Винеаминовна
Город Перевоз
2011 год
Содержание:
- Введение: что
такое Реактивное движение………………………………………………………… …..…………………………………..3
Закон сохранения импульса………………………………………………………… ………….4
Применение реактивного движения в природе…………………………..….…....5
Применение реактивного движения в технике…….…………………...…..….….6
Реактивное движение «Межконтинентальная ракета»…………..………...…7
Физические основы работы реактивного двигателя ..................... .................... 8
Классификация реактивных двигателей и особенности их использования…………………………………………… ………………………….………….…….9
Особенности проектирования и создания летательного аппарата…..…10
Заключение…………………………………………………… ……………………………………….11
Список используемой литературы…………………………………………………… …..12
«Реактивное
движение»
Реактивное движение
- движение тела, обусловленное отделением
от него с некоторой скоростью
какой-то его части. Реактивное движение
описывается, исходя из закона сохранения
импульса.
Реактивное движение,
используемое ныне в самолетах,
ракетах и космических снарядах,
свойственно осьминогам, кальмарам,
каракатицам, медузам – все они,
без исключения, используют для плавания
реакцию (отдачу) выбрасываемой струи
воды.
Примеры реактивного движения можно обнаружить
и в мире растений.
В южных странах
произрастает растение под названием
"бешеный огурец". Стоит только
слегка прикоснуться к созревшему плоду,
похожему на огурец, как он отскакивает
от плодоножки, а через образовавшееся
отверстие из плода фонтаном со скоростью
до 10 м/с вылетает жидкость с семенами.
Сами огурцы при
этом отлетают в противоположном
направлении. Стреляет бешеный огурец
(иначе его называют «дамский пистолет»)
более чем на 12 м.
«Закон сохранения импульса»
В замкнутой системе
векторная сумма импульсов всех тел, входящих
в систему, остается постоянной при любых
взаимодействиях тел этой системы между
собой.
Этот фундаментальный
закон природы называется
законом сохранения импульса. Он является
следствием из второго и третьего законов
Ньютона. Рассмотрим два взаимодействующих
тела, входящих в состав замкнутой системы.
Силы взаимодействия
между этими телами обозначим
через
и
По третьему закону Ньютона
Если эти тела взаимодействуют в течение
времени t, то импульсы сил взаимодействия
одинаковы по модулю и направлены в противоположные
стороны:
Применим к этим телам второй закон Ньютона:
Это равенство означает, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился. Рассматривая теперь всевозможные парные взаимодействия тел, входящих в замкнутую систему, можно сделать вывод, что внутренние силы замкнутой системы не могут изменить ее суммарный импульс, т. е. векторную сумму импульсов всех тел, входящих в эту систему. Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенч атых ракет , когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.
«Применение
реактивного движения
в природе»
Реактивное движение
используется многими моллюсками –
осьминогами, кальмарами, каракатицами.
Например, морской моллюск-гребешок
движется вперед за счет реактивной силы
струи воды, выброшенной из раковины
при резком сжатии ее створок.
Осьминог
Каракатица, как и
большинство головоногих моллюсков,
движется в воде следующим способом.
Она забирает воду в жаберную полость
через боковую щель и особую воронку
впереди тела, а затем энергично
выбрасывает струю воды через
воронку. Каракатица направляет трубку
воронки в бок или назад и стремительно
выдавливая из неё воду, может двигаться
в разные стороны.
Сальпа - морское животное
с прозрачным телом, при движении принимает
воду через переднее отверстие, причем
вода попадает в широкую полость, внутри
которой по диагонали натянуты жабры.
Как только животное сделает большой глоток
воды, отверстие закрывается. Тогда продольные
и поперечные мускулы сальпы сокращаются,
все тело сжимается, и вода через заднее
отверстие выталкивается наружу. Реакция
вытекающей струи толкает сальпу вперед.
Наибольший интерес представляет реактивный
двигатель кальмара. Кальмар является
самым крупным беспозвоночным обитателем
океанских глубин. Кальмары достигли высшего
совершенства в реактивной навигации.
У них даже тело своими внешними формами
копирует ракету. Зная закон сохранения
импульса можно изменять собственную
скорость перемещения в открытом пространстве.
Если вы находитесь в лодке и у вас есть
несколько тяжёлых камней, то бросая камни
в определённую сторону вы будете двигаться
в противоположном направлении. То же
самое будет и в космическом пространстве,
но там для этого используют реактивные
двигатели.
«Применение
реактивного движения
в технике»
В конце первого
тысячелетия нашей эры в Китае
изобрели реактивное движение, которое
приводило в действие ракеты - бамбуковые
трубки, начиненные порохом, они также
использовались как забава. Один из
первых проектов автомобилей был
также с реактивным двигателем и
принадлежал этот проект Ньютону.
Автором первого
в мире проекта реактивного летательного
аппарата, предназначенного для полета
человека, был русский революционер
– народоволец Н.И. Кибальчич. Его
казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении
на императора Александра II. Свой проект
он разработал в тюрьме после вынесения
смертного приговора. Кибальчич писал:
“Находясь в заключении, за несколько
дней до своей смерти я пишу этот проект.
Я верю в осуществимость моей идеи, и эта
вера поддерживает меня в моем ужасном
положении…Я спокойно встречу смерть,
зная, что моя идея не погибнет вместе
со мною”.
Идея использования
ракет для космических полётов
была предложена ещё в начале нашего
столетия русским учёным Константином
Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась
в печати статья преподавателя калужской
гимназии К.Э. Циолковского “Исследование
мировых пространств реактивными
приборами”. В этой работе содержалось
важнейшее для космонавтики математическое
уравнение, теперь известное как
“формула Циолковского”, которое описывало
движение тела переменной массы. В дальнейшем
он разработал схему ракетного двигателя
на жидком топливе, предложил многоступенчатую
конструкцию ракеты, высказал идею
о возможности создания целых
космических городов на околоземной
орбите. Он показал, что единственный
аппарат, способный преодолеть силу
тяжести - это ракета, т.е. аппарат
с реактивным двигателем, использующим
горючее и окислитель, находящиеся
на самом аппарате. Советские ракеты
первыми достигли Луны, облетели Луну
и сфотографировали её невидимую с Земли
сторону, первыми достигли планету Венера
и доставили на её поверхность научные
приборы. В 1986 г. Два советских космических
корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого
расстояния исследовали комету Галлея,
приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.
Реактивное
движение «Межконтинентальная
ракета»
Человечество всегда
мечтало о путешествии в космос.
Самые разные средства для достижения
этой цели предлагали писатели - фантасты,
учёные, мечтатели. Но единственного
находящегося в распоряжении человека
средства, с помощью которого можно
преодолеть силу земного притяжения
и улететь в космос за многие века
не смог изобрести ни один учёный, ни
один писатель-фантаст. К. Э. Циолковский
– основоположник теории космических
полётов.
Впервые мечту и стремления многих людей
впервые смог приблизить к реальности
русский учёный Константин Эдуардович
Циолковский(1857-1935), который показал, что
единственный аппарат, способный преодолеть
силу тяжести - это ракета, он впервые представил
научное доказательство возможности использования
ракеты для полётов в космическое пространство,
за пределы земной атмосферы и к другим
планетам Солнечной системы. Ракетой Цоилковский
назвал аппарат с реактивным двигателем,
использующим находящиеся на нём горючее
и окислитель.
Как известно из курса физики, выстрел
из ружья сопровождается отдачей. По законам
Ньютона, пуля и ружьё разлетелись бы в
разные стороны с одинаковой скоростью,
если бы имели одинаковую массу. Отбрасываемая
масса газов создаёт реактивную силу,
благодаря которой может быть обеспечено
движение, как в воздухе, так и в безвоздушном
пространстве, так возникает отдача. Тем
большую силу отдачи ощущает наше плечо,
чем больше масса и скорость истекающих
газов, и, следовательно, чем сильнее реакция
ружья, тем больше реактивная сила. Эти
явления объясняются законом сохранения
импульса:
векторная (геометрическая) сумма импульсов
тел, составляющих замкнутую систему,
остаётся постоянной при любых движениях
и взаимодействиях тел системы.
Представленная формула Циолковского
является фундаментом, на котором зиждется
весь расчёт современных ракет. Числом
Циолковского называют отношение массы
топлива к массе ракеты в конце работы
двигателя - к весу пустой ракеты.
Таким образом, получили, что максимально
достижимая скорость ракеты зависит в
первую очередь от скорости истечения
газов из сопла. А скорость истечения газов
сопла в свою очередь зависит от вида топлива
и температуры газовой струи. Значит, чем
выше температура, тем больше скорость.
Тогда для настоящей ракеты нужно подобрать
самое калорийное топливо, дающее наибольшее
количество теплоты. По формуле видно,
что кроме всего прочего скорость ракеты
зависит от начальной и конечной массы
ракеты, от того, какая часть её веса приходится
на горючее, и какая - на бесполезные (с
точки зрения скорости полёта) конструкции:
корпус, механизмы, и т.д.
Основной вывод из этой формулы Циолковского
для определения скорости космической
ракеты состоит в том, что в безвоздушном
пространстве ракета разовьёт тем большую
скорость, чем больше скорость истечения
газов и чем больше число Циолковского.
«Физические
основы работы реактивного
двигателя»
В основе современных
мощных реактивных двигателях различных
типов лежит принцип прямой реакции,
т.е. принцип создания движущей силы
(или тяги) в виде реакции (отдачи)
струи вытекающего из двигателя
"рабочего вещества", обычно - раскалённых
газов. Во всех двигателях существует
два процесса преобразования энергии.
Сначала химическая энергия топлива
преобразуется в тепловую энергию
продуктов сгорания, а затем тепловая
энергия используется для совершения
механической работы. К таким двигателям
относятся поршневые двигатели
автомобилей, тепловозов, паровые и
газовые турбины электростанций
и т.д. После того, как в тепловом
двигателе образовались горячие
газы, заключающие в себя большую
тепловую энергию, эта энергия должна
быть преобразована в механическую.
Ведь двигатели для того и служат, чтобы
совершать механическую работу, что-то
"двигать", приводить в действие,
все равно, будь то динамо-машина на просьба
дополнить рисунками электростанции,
тепловоз, автомобиль или самолёт. Чтобы
тепловая энергия газов перешла в механическую,
их объём должен возрасти. При таком расширении
газы и совершают работу, на которую затрачивается
их внутренняя и тепловая энергия.
Реактивное сопло
может иметь различные формы,
и, тем более, разную конструкцию
в зависимости от типа двигателя.
Главное заключается в той
скорости, с которой газы вытекают
из двигателя. Если эта скорость истечения
не превосходит скорости, с которой
в вытекающих газах распространяются
звуковые волны, то сопло представляет
собой простой цилиндрический или
суживающий отрезок трубы. Если же скорость
истечения должна превосходить скорость
звука, то соплу придается форма
расширяющейся трубы или же сначала
суживающейся, а за тем расширяющейся
(сопло Лавля). Только в трубе такой
формы, как показывает теория и опыт, можно
разогнать газ до сверхзвуковых скоростей,
перешагнуть через "звуковой барьер".
«Классификация
реактивных двигателей
и особенности
их использования»
Однако этот могучий
ствол, принцип прямой реакции, дал
жизнь огромной кроне "генеалогического
дерева" семьи реактивных двигателей.
Чтобы познакомиться с основными
ветвями его кроны, венчающей "ствол"
прямой реакции. Вскоре, как можно
видеть по рисунку (см. ниже), этот ствол
делится на две части, как бы расщепленный
ударом молнии. Оба новых ствола одинаково
украшены могучими кронами. Это деление
произошло по тому, что все "химические"
реактивные двигатели делятся на два класса
в зависимости от того, используют они
для своей работы окружающий воздух или
нет.
В бескомпрессорном
двигателе другого типа, прямоточном,
нет даже и этой клапанной решётки и давление
в камере сгорания повышается в результате
скоростного напора, т.е. торможения встречного
потока воздуха, поступающего в двигатель
в полёте. Понятно, что такой двигатель
способен работать только тогда, когда
летательный аппарат уже летит с достаточно
большой скоростью, на стоянке он тяги
не разовьет. Но зато при весьма большой
скорости, в 4-5 раз большей скорости звука,
прямоточный двигатель развивает очень
большую тягу и расходует меньше топлива,
чем любой другой "химический" реактивный
двигатель при этих условиях. Вот почему
прямоточные двигатели.
и т.д.................
Для большинства людей термин «реактивное движение» представляется в виде современного прогресса в науке и технике, особенно в области физики. Реактивное движение в технике ассоциируется у многих с космическими кораблями, спутниками и реактивной авиатехникой. Оказывается, явление реактивного движения существовало намного раньше, чем сам человек, и независимо от него. Люди лишь сумели понять, воспользоваться и развить то, что подчинено законам природы и мироздания.
Что такое реактивное движение?
На английском языке слово «реактивный» звучит как «jet». Под ним подразумевается движение тела, которое образуется в процессе отделения от него части с определенной скоростью. Проявляется сила, которая двигает тело в обратную сторону от направления движения, отделяя от него часть. Каждый раз, когда материя вырывается из предмета, а предмет при этом движется в обратном направлении, наблюдается реактивное движение. Для того чтобы поднимать предметы в воздух, инженеры должны спроектировать мощную реактивную установку. Выпуская струи пламени, двигатели ракеты поднимают ее на орбиту Земли. Иногда ракеты запускают спутники и космические зонды.
Что касается авиалайнеров и военных самолетов, то принцип их работы чем-то напоминает взлет ракеты: физическое тело реагирует на выбрасываемую мощную струю газа, в результате чего оно движется в противоположную сторону. Это и есть основной принцип работы реактивных самолетов.
Законы Ньютона в реактивном движении
Инженеры основывают свои разработки на принципах устройства мироздания, впервые подробно описанных в работах выдающегося британского ученого Исаака Ньютона, жившего в конце 17 столетия. Законы Ньютона описывают механизмы гравитации и рассказывают нам о том, что происходит, когда предметы движутся. Они особенно четко объясняют движение тел в пространстве.
Второй закон Ньютона определяет, что сила движущегося предмета зависит от того, сколько материи он вмещает, иными словами, его массы и изменения скорости движения (ускорения). Значит, чтобы создать мощную ракету, необходимо, чтобы она постоянно выпускала большое количество высокоскоростной энергии. Третий закон Ньютона говорит о том, что на каждое действие будет равная по силе, но противоположная реакция - противодействие. Реактивные двигатели в природе и технике подчиняются этим законам. В случае с ракетой сила действия - материя, которая вылетает из выхлопной трубы. Противодействием является толчок ракеты вперед. Именно сила выбросов из нее толкает ракету. В космосе, где ракета практически не имеет веса, даже незначительный толчок от ракетных двигателей способен заставить большой корабль быстро лететь вперед.
Техника, использующая реактивное движение
Физика реактивного движения состоит в том, что ускорение или торможение тела происходит без влияния окружающих тел. Процесс происходит вследствие отделения части системы.
Примеры реактивного движения в технике - это:
- явление отдачи от выстрела;
- взрывы;
- удары во время аварий;
- отдача при использовании мощного брандспойта;
- катер с водометным двигателем;
- реактивный самолет и ракета.
Тела создают закрытую систему, если они взаимодействуют лишь друг с другом. Такое взаимодействие может привести к изменению механического состояния тел, образующих систему.
В чем заключается действие закона сохранения импульса?
Впервые этот закон был оглашен французским философом и физиком Р. Декартом. При взаимодействии двух или больше тел образовывается между ними замкнутая система. Любое тело при движении обладает своим импульсом. Это масса тела, умноженная на его скорость. Общий импульс системы равен векторной сумме импульсов тел, находящихся в ней. Импульс любого из тел внутри системы меняется вследствие их взаимного влияния. Общий импульс тел, находящихся в замкнутой системе, остается неизменным при различных перемещениях и взаимодействиях тел. В этом состоит закон сохранения импульса.
Примерами действия этого закона могут быть любые столкновения тел (бильярдных шаров, автомобилей, элементарных частиц), а также разрывы тел и стрельба. При выстреле из оружия происходит отдача: снаряд мчится вперед, а само оружие отталкивается назад. Из-за чего это происходит? Пуля и оружие формируют между собой замкнутую систему, где работает закон сохранения импульса. При стрельбе импульсы самого оружия и пули меняются. Но суммарный импульс оружия и находящейся в нем пули перед выстрелом будет равен суммарному импульсу откатывающегося оружия и выпущенной пули после стрельбы. Если бы пуля и ружье имели одинаковую массу, они бы разлетелись в противоположные стороны с одинаковой скоростью.
Закон сохранения импульса имеет широкое практическое применение. Он позволяет объяснить реактивное движение, благодаря которому достигаются наивысшие скорости.
Реактивное движение в физике
Самым ярким образцом закона сохранения импульса служит реактивное движение, осуществляемое ракетой. Важнейшей частью двигателя выступает камера сгорания. В одной из ее стенок находится реактивное сопло, приспособленное для выпуска газа, возникающего при сжигании топлива. Под действием высокой температуры и давления газ на огромной скорости выходит из сопла двигателя. Перед стартом ракеты ее импульс относительно Земли равняется нулю. В момент запуска ракета также получает импульс, который равняется импульсу газа, но противоположный по направлению.
Пример физики реактивного движения можно увидеть везде. Во время празднования дня рождения воздушный шарик вполне может стать ракетой. Каким образом? Надуйте воздушный шар, зажимая открытое отверстие, чтобы воздух не выходил из него. Теперь отпустите его. Воздушный шар с огромной скоростью будет гонять по комнате, подгоняемый воздухом, вылетающим из него.
История реактивного движения
История реактивных двигателей началась еще за 120 лет до н.э., когда Герон Александрийский сконструировал первый реактивный двигатель - эолипил. В металлический шар наливают воду, которая нагревается огнем. Пар, который вырывается из этого шара, вращает ее. Это устройство показывает реактивное движение. Двигатель Герона жрецы успешно применяли для открывания и закрывания дверей храма. Модификация эолипила - Сегнерово колесо, которое эффективно используется в наше время для полива сельскохозяйственных угодий. В 16-м столетии Джовани Бранка представил миру первую паровую турбину, которая работала на принципе реактивного движения. Исаак Ньютон предложил один из первых проектов парового автомобиля.
Первые попытки использования реактивного движения в технике для перемещения по земле относят к 15-17 столетиям. Еще 1000 лет назад китайцы имели ракеты, которые использовали как военное оружие. Например, в 1232 году, согласно хронике, в войне с монголами они использовали стрелы, оборудованные ракетами.
Первые попытки построения реактивного самолета начались еще в 1910 году. За основу были взяты ракетные исследования прошлых веков, где подробно повествовалось об использовании пороховых ускорителей, способных существенно сократить длину форсажа и разбега. Главным конструктором стал румынский инженер Анри Коанда, построивший летательный аппарат, работающий на основе поршневого двигателя. Первооткрывателем реактивного движения в технике по праву можно назвать инженера из Англии - Фрэнка Уитла, который предложил первые идеи по созданию реактивного двигателя и получил на них свой патент в конце XIX века.
Первые реактивные двигатели
Впервые разработкой реактивного двигателя в России занялись в начале 20 столетия. Теорию движения реактивных аппаратов и ракетной техники, способных развить сверхзвуковую скорость, выдвинул известный российский ученый К. Э. Циолковский. Воплотить эту задумку в жизнь удалось талантливому конструктору А. М. Люльке. Именно он создал проект первого в СССР реактивного самолета, работающего с помощью реактивной турбины. Первые реактивные самолеты были созданы немецкими инженерами. Создание проектов и производство проводились тайно на замаскированных заводах. Гитлер со своей идеей стать мировым правителем, подключал лучших конструкторов Германии для производства мощнейшего оружия, в том числе и высокоскоростных самолетов. Наиболее успешным из них стал первый немецкий реактивный самолет «Мессершмитт-262». Этот летательный аппарат стал первым в мире, который успешно вынес все испытания, свободно поднялся в воздух и стал после этого выпускаться серийно.
Самолет обладал такими особенностями:
- Аппарат имел два турбореактивных двигателя.
- В носовой части располагался радиолокатор.
- Максимальная скорость самолета достигала 900 км/час.
Благодаря всем этим показателям и конструктивным особенностям первый реактивный летательный аппарат «Мессершмитт-262» был грозным средством борьбы против других самолетов.
Прототипы современных авиалайнеров
В послевоенное время российскими конструкторами были созданы реактивные самолеты, ставшие в дальнейшем прототипами современных авиалайнеров.
И-250, более известный как легендарный МиГ-13, - истребитель, над которым трудился А. И. Микоян. Первый полет был произведен весной 1945 года, на то время реактивный истребитель показал рекордную скорость, достигшую 820 км/час. Запущены были в производство реактивные самолеты МиГ-9 и Як-15 .
В апреле 1945 года впервые в небо поднялся реактивный самолет П. О. Сухого - Су-5, поднимающийся и летающий за счет воздушно-реактивного мотокомпрессорного и поршневого двигателя, расположенного в хвостовой части конструкции.
После окончания войны и капитуляции фашистской Германии Советскому Союзу в качестве трофеев достались немецкие самолеты с реактивными двигателями JUMO-004 и BMW-003.
Первые мировые прототипы
Разработкой, тестированием новых авиалайнеров и их производством занимались не только немецкие и советские конструкторы. Инженерами США, Италии, Японии, Великобритании также было создано немало успешных проектов, применяемых реактивное движение в технике. К числу первых разработок с различными типами двигателей можно отнести:
- Не-178 - немецкий самолет с турбореактивной силовой установкой, поднявшийся в воздух в августе 1939 года.
- GlosterE. 28/39 - летательный аппарат родом из Великобритании, с мотором турбореактивного типа, впервые поднялся в небо в 1941 году.
- Не-176 - истребитель, созданный в Германии с применением ракетного двигателя, осуществил свой первый полет в июле 1939 года.
- БИ-2 - первый советский летательный аппарат, который приводился в движение посредством ракетной силовой установки.
- CampiniN.1 - реактивный самолет, созданный в Италии, ставший первой попыткой итальянских конструкторов отойти от поршневого аналога.
- Yokosuka MXY7 Ohka («Ока») с мотором Tsu-11 - японский истребитель-бомбардировщик, так называемый одноразовый летательный аппарат с пилотом-камикадзе на борту.
Использование реактивного движения в технике послужило резким толчком для быстрого создания следующих реактивных летательных аппаратов и дальнейшего развития военного и гражданского самолетостроения.
- GlosterMeteor - воздушно-реактивный истребитель, изготовленный в Великобритании в 1943 году, сыграл существенную роль во Второй Мировой войне, а после ее завершения выполнял задачу перехватчика немецких ракет «Фау-1».
- LockheedF-80 - реактивный летательный аппарат, произведенный в США с применением мотора типа AllisonJ. Эти самолеты не раз участвовали в японско-корейской войне.
- B-45 Tornado - прототип современных американских бомбардировщиков B-52, созданный в 1947 году.
- МиГ-15 - последователь признанного реактивного истребителя МиГ-9, который активно участвовал в военном конфликте в Корее, был произведен в декабре 1947 г.
- Ту-144 - первый советский сверхзвуковой воздушно-реактивный пассажирский самолет.
Современные реактивные аппараты
С каждым годом авиалайнеры совершенствуются, ведь конструкторы со всего мира работают над тем, чтобы создавать аппараты нового поколения, способные летать со скоростью звука и на сверхзвуковых скоростях. Сейчас существуют лайнеры, способные вмещать большое количество пассажиров и грузов, обладающие огромными размерами и невообразимой скоростью свыше 3000 км/час, военная авиатехника, оборудованная современной боевой экипировкой.
Но среди этого многообразия имеются несколько конструкций реактивных самолетов-рекордсменов:
- Airbus A380 - самый вместительный аппарат, способный принять на своем борту 853 пассажира, что обеспечено двухпалубной конструкцией. Он же по совместительству один из роскошных и дорогостоящих авиалайнеров современности. Самый крупный пассажирский лайнер в воздухе.
- Boeing 747 - более 35 лет считался самым вместительным двухэтажным лайнером и мог перевозить 524 пассажира.
- АН-225 «Мрия» - грузовой летательный аппарат, который может похвастаться грузоподъемностью в 250 тонн.
- LockheedSR-71 - реактивный самолет, достигающий во время полета скорости 3529 км/час.
Авиационные исследования не стоят на месте, потому как реактивные самолеты - это основа стремительно развивающейся современной авиации. Сейчас проектируется несколько западных и российских пилотируемых, пассажирских, беспилотных авиалайнеров с реактивными двигателями, выпуск которых запланирован на ближайшие несколько лет.
К российским инновационным разработкам будущего можно отнести истребитель 5-го поколения ПАК ФА - Т-50, первые экземпляры которого поступят в войска предположительно в конце 2017 или начале 2018 года после испытания нового реактивного двигателя.
Природа - пример реактивного движения
Реактивный принцип движения изначально был подсказан самой природой. Его действием пользуются личинки некоторых видов стрекоз, медузы, многие моллюски - морские гребешки, каракатицы, осьминоги, кальмары. Они применяют своеобразный «принцип отталкивания». Каракатицы втягивают воду и выбрасывают ее так стремительно, что сами при этом делают рывок вперед. Кальмары, используя этот способ, могут достигать скорости до 70 километров в час. Именно поэтому такой способ передвижения позволил назвать кальмаров "биоло-гическими ракетами". Инженеры уже изобрели двигатель, работающий по принципу движений кальмара. Одним из примеров применения реактивного движения в природе и технике является водомет.
Это устройство, которое обеспечивает движение с помощью силы воды, выбрасываемой под сильным напором. В устройство вода закачивается в камеру, а затем выпускается из нее через сопло, а судно движется в обратном выбросу струи направлении. Вода затягивается с помощью двигателя, работающего на дизеле или бензине.
Примеры реактивного движения предлагает нам и мир растений. Среди них попадаются виды, которые используют такое движение для распространения семян, например, бешеный огурец. Только внешне это растение подобно привычным для нас огурцам. А характеристику «бешеный» оно получило из-за странного способа размножения. Дозревая, плоды отскакивают от плодоножек. В итоге открывается отверстие, через которое огурец стреляет веществом, содержащим подходящие для прорастания семена, применяя реактивность. А сам огурец при этом отскакивает до двенадцати метров в сторону, обратную выстрелу.
Проявление в природе и технике реактивного движения подвластно одним и тем же законам мироздания. Человечество все больше использует эти законы для достижения своих целей не только в атмосфере Земли, но и на просторах космоса, и реактивное движение является этому ярким примером.