Пекти для приготування їжі

Тяга – сила, вироблена двигуном. Вона штовхає літак крізь повітряний потік. Єдине, що протистоїть тязі – лобовий опір. У прямолінійному польоті, що горизонтально встановився, вони порівняно рівні. Якщо льотчик збільшує тягу шляхом додавання обертів двигуна та зберігає постійну висоту, тяга починає перевершувати опір повітря. Літальний апарат при цьому прискорюється. Дуже швидко опір збільшується і знову зрівнює тягу. ЛА стабілізується на постійній високій швидкості. Тяга – один із найважливіших чинників визначення скоропідйомності літака, саме наскільки швидко ЛА може піднятися певну висоту. Вертикальна швидкість залежить не від підйомної сили, а від запасу тяги, яким володіє літак.

Тяга реактивного двигуна літака

Для ВРД (повітряно-реактивний двигун) сила тяги вимірюється як результат маси газів на різницю швидкостей, а саме швидкості повітряного струменя, що виходить із сопла двигуна, і швидкості повітря, що надходить у двигун. Простіше кажучи, ця швидкість урівнюється до швидкості польоту літака з реактивним двигуном. Тяга ВРД зазвичай вимірюється у тоннах чи кілограмах. Важливим якісним показником ВРД є його питомий потяг. Для турбореактивного двигуна – тяга, віднесена до конкретної одиниці ваги повітря, що проходить через двигун за секунду. Цей показник дозволяє зрозуміти, наскільки високою є ефективність експлуатації повітря в двигуні для утворення тяги. Питома тяга вимірюється у кілограмах тяги на 1 кг повітря, що витрачається за секунду. У деяких випадках застосовується інший показник, який також називається питомою тягою, що показує відношення кількості палива, що витрачається, до сили тяги за секунду. Природно, чим вище показник питомої тяги ВРД, тим менша поперечна вага і розміри самого двигуна.

Показник польотної чи тягової потужності – це сила, яка задіяє реактивний двигун за конкретної швидкості польоту. Як правило, вимірюється у кінських силах. Величина лобової тяги говорить про рівень конструктивного оптимуму реактивного двигуна. Лобова тяга – це відношення найбільшого показника площі поперечного перерізудо тяги. Лобова тяга дорівнює тязі, в кг поділеній на площу в квадратних метрах.

У світовій авіації найбільш цінується той двигун, який має високу лобову тягу.

Чим досконаліший ВРД у конструктивному відношенні, тим менший показник його питомої ваги, а саме загальна вага двигуна разом з приладами та обслуговуючими агрегатами, поділена на величину власної тяги.

Реактивні двигуни, як і теплові взагалі, відрізняються один від одного не тільки за потужністю, вагою, тягою та іншими показниками. При оцінюванні ВРД велику роль грають параметри, які залежить від своєї економічності, зокрема від ККД (коефіцієнт корисної дії). Серед даних показників головним вважається віддалена витрата палива на конкретну одиницю тяги. Він виявляється у кілограмах палива, яке витрачається за годину на утворення одного кілограма тяги.

Допис від адміністратора:

Хлопці! Хто давно хотів вивчити англійську?
Переходьте і отримайте два безкоштовні урокив школі англійської мови SkyEng!
Займаюся там сам – дуже круто. Прогрес очевидний.

У додатку можна вивчати слова, тренувати аудіювання та вимову.

Спробуйте. Два уроки безкоштовно за моїм посиланням!
Тисніть

Силу тягиможна визначити через корисну потужність, і швидкість транспортного засобу(v):

Для автомобіля, що піднімається в гірку, яка має ухил, маса автомобіля m сила тяги (FT) увійде до рівняння:

де a – прискорення, з яким рухається автомобіль.

Одиниці виміру сили тяги

Основною одиницею вимірювання сили у системі СІ є: =Н

У СГС: = Дін

Формула сили тяги

У тому випадку, якщо тіло при переміщенні має прискорення, то на нього, крім усіх інших, обов'язково діє деяка сила, яка є силою тяги в даний момент часу. Насправді, якщо тіло рухається прямолінійно та з постійною швидкістю, то сила тяги також діє, оскільки тіло має долати сили опору. Зазвичай силу тяги знаходять, розглядаючи сили, які діють тіло, знаходячи рівнодіючу і застосовуючи другий закон Ньютона. Жорстко певної формули для сили тяги немає.

Не слід вважати, що сила тяги, наприклад, транспортного засобу діє з боку двигуна, тому що внутрішні сили не можуть змінювати швидкість системи як єдиного цілого, що суперечило б закону збереження імпульсу. Однак слід зазначити, що для отримання сили тертя спокою необхідного напрямку, мотор обертає колеса, колеса «чіпляються за дорогу» і породжується сила тяги. Теоретично було б можливо не використовувати поняття «сила тяги», а говорити про силу тертя спокою або силу реакції повітря. Але зручніше зовнішні сили, які діють на транспорт ділити на дві частини, при цьому одні сили називати силами тяги, а інші силами опору. Це робиться для того, щоб рівняння руху не втратили свій універсальний вигляд і корисна механічна потужність (P) мала простий вираз:

Приклади розв'язання задач

приклад

Завдання.На автомобіль, що має масу 1 т при його русі по горизонтальній поверхні, діє сила тертя, яка дорівнює =0,1 від сили тяжіння. Якою буде сила тяги, якщо автомобіль рухається із прискоренням 2 м/с?

Рішення.Зробимо малюнок.

Як основу для вирішення задачі використовуємо другий закон Ньютона:

Спроектуємо рівняння (1.1) на осі X та Y:

За умовою завдання:

Підставимо праву частину виразу (1.4) замість сили тертя (1.2), отримаємо:

Переведемо масу в систему СІ m=1т=10 3 кг, проведемо обчислення:

Відповідь. F T =2,98 кН

Слід розрізняти поняття двигун і силова установка .

Двигуном прийнято називати пристрій, що бере участь у створенні тяги (або потужності), необхідної для руху літального апарату. Двигун є складовою силової установки, тією її частиною, яка виготовляється та поставляється руховим заводом.

Авіаційною силовою установкою називають конструктивно об'єднану сукупність двигуна з вхідним та вихідним пристроями (з тими їх елементами, які виготовляються на літакобудівному заводі), вбудовану в конструкцію планера (фюзеляжу або крила) або скомпоновану в окремих рухових гондолах.

Силова установка, крім двигуна, вхідного та вихідного пристроїв, включає в себе ще системи паливного живлення, мастила, запуску та автоматичного управління, що забезпечують її надійне функціонування, а також вузли кріплення, необхідні передачі зусиль від двигуна до планера. Теоретично авіадвигунів ці системи та вузли не розглядаються.

2.2. Тяга реактивного двигуна

Під тягою двигуна Р розуміють тягу без урахування зовнішніх опорів вхідних та вихідних пристроїв та інших елементів силової установки.

Тяга реактивного двигуна визначається за формулою:

Ця формула отримала назву формули Стєчкіна .

Вона була вперше отримана Борисом Сергійовичем Стєчкіним в його знаменитій роботі «Теорія повітряного реактивного двигуна», опублікованої в 1929 р. Вона виведена у припущенні, що двигун розташований у мотогондолі, вектори швидкості закінчення та швидкості польоту паралельні осі двигуна, а зовнішнє обтікання двигуна є ідеальним, тобто. відбувається без тертя, відриву потоку та без стрибків ущільнення.

У формулі Стечкина часом можна зробити спрощення. Так, якщо знехтувати тим, що витрати повітря на вході у двигун
та газу на виході з нього
відрізняються, отримаємо.

відрізняється від
тому, що в ВМД підводиться паливо і можуть бути відбори повітря на потреби літального апарату.

При повному розширенні газу в соплі до атмосферного тиску ( рс = р Н) формула тяги набуває ще більш простого вигляду

. (2.3)

2.3. Ефективна тяга силової установки

Під ефективною тягою силової установки Р ефрозуміють ту частину сили тяги двигуна, яка використовується для руху літака, тобто. йде на здійснення корисної роботи з подолання лобового опору та інерції літального апарату. Величина Реф дорівнює тязі двигуна Рза вирахуванням всіх зовнішніх опорів, створюваних самою силовою установкою.

За фізичним змістом Реф є рівнодією всіх сил тиску і тертя, що діють на елементи проточної частини з боку газового потоку, що протікає через силову установку зсередини, і зовнішнього потоку повітря, що обтікає силову установку зовні. Завдання визначення ефективної потягу зводиться до знаходження векторної суми всіх зазначених сил. Ці сили прийнято розділяти на внутрішні (вн) та зовнішні (нар).

Внутрішні сили являють собою суму сил тиску та тертя, що діють на робочі поверхні силової установки зсередини. Величина рівнодіючої внутрішніх сил залежить від термодинамічної досконалості робочого процесу двигуна і практично не залежить від способу встановлення двигуна на літальному апараті.

Зовнішні сили являють собою сукупність сил тиску і тертя, що діють на силову установку з боку зовнішнього потоку, що обтікає її. Ці сили суттєво залежать від способу розміщення силової установки на літальному апараті.

Розглянемо найпростіший з погляду обліку умов зовнішнього обтікання випадок - ізольована силова установка у окремої мотогондоле.

Зовнішня поверхня силової установки тут умовно поділена на три частини: лобову частину вх–М, центральну частину М–
та кормову частину
–c.

Потік повітря, що набігає, розділяється поверхнею струму Н-1-2-вхна внутрішній, що проходить через двигун, і зовнішній обтікає силову установку зовні. Перетину в непорушеному потоці перед силовою установкою, на вході в повітрозабірник і на виході із сопла двигуна позначимо Н-Н, вх-вхі с–с. Відповідно, площі нормальних перерізів будуть F Н , Fвх і Fс.

Головною причиною виникнення зовнішнього опору силової установки при надзвукових швидкостях польоту є підвищення тиску на головній ділянці гондоли вх-Мта наявність розрідження на її кормовій ділянці
-c. До цього додається опір сил тертя по всій поверхні гондоли від перерізу. вх-вхдо перерізу с–с.

Ефективна тяга силової установки, згідно з визначенням, дорівнює

, (2.4)

де Rвн – рівнодіюча сил тиску та тертя, що діють на внутрішні поверхні силової установки;

Rнар – рівнодіюча сил тиску та тертя, що діють на всю зовнішню поверхню гондоли вх–М–
–c.

Знаючи характер розподілу тисків зовнішньої поверхні гондоли, величину сили Rнар можна визначити безпосереднім інтегруванням сил тиску та тертя по цій поверхні. Тоді

, (2.5)

де і Xтр  – рівнодіючі сил тиску та тертя, прикладені до зовнішньої поверхні гондоли; dF=dS cos – проекція елемента поверхні гондоли на площину, перпендикулярну до напрямку польоту ( - Кут між нормаллю до елемента поверхні і цією площиною).

Величину Rвн визначимо, користуючись рівнянням збереження кількості руху деякого контрольного обсягу, що включає всі внутрішні поверхні силової установки. Як такий контрольний об'єм виберемо об'єм внутрішнього струменя, укладений між перерізами Н–Ні з–з.

, (2.6)

де p Н F Ні pз Fс – сили тиску, прикладені до торцевих поверхонь виділеної ділянки струменя; – рівнодіюча сил тиску, прикладених до бічної поверхні струменя струму Н-1-2-вх;Rвн – рівнодіюча сил тиску та тертя, що діють на внутрішні поверхні силової установки (рівна за модулем силі
, що діє з боку СУ на виділений контрольний обсяг газу)

Звідси знаходимо

. (2.7)

Підставляючи вирази Rнар з (2.6) та Rвн із (2.8) до рівняння (2.5), отримаємо

Для переходу від абсолютних тисків до надлишкових скористаємося такою очевидною тотожністю:

Воно дозволяє вираз (2.9) привести до вигляду

Ця формула є загальним виразомефективної тяги для силової установки розглянутої схеми При цьому необхідно на увазі, що тяга реактивного двигуна є векторною величиною. Якщо формулу (2.9) подати у векторній формі, то вектор тяги необов'язково буде направлений вздовж осі двигуна, як було прийнято при виведенні, а може відхилятися від неї, наприклад, при польотах зі значними кутами атаки або поворот сопла.

Велике значення

Який рух називається реактивним?

Під реактивним рухом розуміють рух тіла, що виникає при відокремленні деякої його частини з певною швидкістю щодо тіла, наприклад, при закінченні продуктів згоряння із сопла реактивного літального апарату. При цьому виникає так звана реактивна сила, що повідомляє тілу прискорення.

Спостерігати реактивний рух дуже просто. Надуйте дитячу гумову кульку і відпустіть її. Кулька стрімко підніметься вгору (рис. 5.4). Рух, щоправда, буде короткочасним. Реактивна сила діє лише доти, доки триває закінчення повітря.

Мал. 5.4

Головна особливість реактивної сили полягає в тому, що вона виникає без будь-якої взаємодії із зовнішніми тілами. Відбувається лише взаємодія між ракетою і струменем речовини, що з неї випливає.

Сила, що повідомляє прискорення автомобілю або пішоходу на землі, пароплаву на воді або гвинтовому літаку в повітрі, виникає тільки за рахунок взаємодії цих тіл із землею, водою або повітрям.

При закінченні продуктів згоряння палива вони за рахунок тиску в камері згоряння набувають деяку швидкість щодо ракети і, отже, деякий імпульс. Тому відповідно до закону збереження імпульсу сама ракета отримує такий самий за модулем імпульс, але спрямований у протилежний бік.

Маса ракети з часом зменшується. Ракета у польоті є тілом змінної маси. Для розрахунку її руху зручно застосувати закон збереження імпульсу.

Рівняння Мещерського

Виведемо рівняння руху ракети та знайдемо вираз для реактивної сили. Вважатимемо, що швидкість газів, що випливають з ракети, щодо ракети постійна і дорівнює . Зовнішні сили на ракету не діють: вона знаходиться в космічному просторі далеко від зірок та планет.

Нехай у певний момент часу швидкість ракети щодо інерційної системи, пов'язаної із зірками, дорівнює (рис. 5.5 а), а маса ракети дорівнює М. Через малий інтервал часу Δt маса ракети стане рівною

де μ - Витрата палива(1).

Мал. 5.5

За цей проміжок часу швидкість ракети зміниться на Δ і стане рівною 1 = + Δ. Швидкість закінчення газів щодо обраної інерційної системи відліку дорівнює + (рис. 5.5,б), оскільки до початку згоряння паливо мало ту ж швидкість, що й ракета.

Запишемо закон збереження імпульсу для системи ракета - газ:

Розкривши дужки, отримаємо:

Доданком μΔtΔ можна знехтувати порівняно з іншими, так як воно містить добуток двох малих величин (це величина, як кажуть, другого порядку малості). Після приведення подібних членів матимемо:

Це одне із рівнянь Мещерського(2) для руху тіла змінної маси, отримане ним 1897 р.

Якщо ввести позначення р = -μ, то рівняння (5.4.1) збігатиметься за формою запису з другим законом Ньютона. Однак маса тіла М тут не постійна, а зменшується з часом через втрату речовини.

Розмір р = -μ зветься реактивної сили. Вона з'являється внаслідок закінчення газів з ракети, прикладена до ракети і протилежно спрямована швидкості газів щодо ракети. Реактивна сила визначається лише швидкістю закінчення газів щодо ракети та витратою палива. Істотно, що вона залежить від деталей пристрою двигуна. Важливо лише, щоб двигун забезпечував витікання газів із ракети зі швидкістю при витраті палива μ. Реактивна сила космічних ракет сягає 1000 кН.

Якщо на ракету діють зовнішні сили, то її рух визначається реактивною силою та сумою зовнішніх сил. У цьому випадку рівняння (5.4.1) запишеться так:

Принцип реактивного руху заснований на тому, що гази, що витікають з реактивного двигуна, отримують імпульс. Такий же за модулем імпульс набуває ракета.

Запитання для самоперевірки

(1) Витратою палива називається відношення маси згорілого палива на час його згоряння.

(2) Мещерський І. В. (1859-1935) – професор Петербурзького політехнічного інституту. Його праці з механіки тіл змінної маси стали теоретичною основою ракетної техніки.

Визначення

Поняття «сила тяги»часто зустрічається у завданнях з фізики, коли йдеться ідеї про механічну потужність або рух транспорту. Власне кажучи, це гіпотетична сила, яка вводиться для зручності під час вирішення завдань.

Пояснимо цю думку. Розглянемо рух автобуса. Сила тяги (позначимо її як $(\overline(F))_t$) у цьому випадку є силою тертя спокою, яка діє на нижні точки коліс з боку поверхні шосе. Для реалізації руху автобуса дорогою колеса транспортного засобу обертає двигун так, щоб сила тертя була спрямована у бік переміщення (рис.1). У цьому випадку силу тяги визначимо як силу тертя, що виникає між провідними колесами та поверхнею, якою колеса котяться. Якщо сила тертя відсутня (колесо знаходиться на льоду), то автобус не рухається з місця, оскільки колеса прослизають. Тертя, що з'являється між колесами та поверхнею дороги, створює поступальне переміщення.

Оскільки сила тяги залежить від сили тертя, то збільшення величини $F_t\ $ слід збільшити тертя. Тертя збільшується при зростанні коефіцієнта тертя та (або) зі збільшенням сили нормального тиску, що залежить від маси тіла.

Виникає питання необхідності введення певної сили тяги замість того, щоб використовувати звичну силу тертя. При виділенні із зовнішніх сил, які діють на наш автобус, сили тяги та сили опору руху рівняння руху мають універсальний вигляд, і, використовуючи силу тяги, просто виражається корисна механічна потужність ($N$):

де $ \ overline (v) $ - швидкість руху тіла (у нас автобуса).

Зазначимо, що сила тяги не має чітко визначеної формули, як, наприклад, гравітаційна сила або сила Архімеда та інших сил. Її часто обчислюють, використовуючи другий закон Ньютона і розглядаючи всі сили, які діють тіло.

Реактивна сила тяги

Рівняння руху тіл змінної маси та формулу для обчислення реактивної сили отримав першим І.В. Мещерський в 1897 р. Формула реактивної сили є основою розрахунку сили тяги ракетних і турборакетних двигунів всіх систем.

Нехай ракета переміщається зі швидкістю $\overline(v)$ щодо Землі. Разом з нею з такою самою швидкістю рухається частина палива, яка згоряє найближчої секунди. При згорянні продукти горіння цієї частини палива одержують додаткову швидкість $overline(u)$ щодо ракети. Щодо Землі вони мають швидкість $ \ overline (v) - overline (u) $. При цьому ракета збільшує швидкість. Після викиду продукти горіння не взаємодіють із ракетою. Тому систему ракета плюс продукти горіння палива розглядають як систему двох тіл, які взаємодіють при горінні за законами непружного удару. Нехай реактивний двигун ракети кожну секунду викидає масу $\mu$ продуктів горіння палива. Використовуючи закон збереження імпульсу і другий закон Ньютона отримують, що модуль реактивної сили тяги двигуна ($R$) ракети дорівнює:

Формула (2) показує, що реактивна сила, яка діє на тіло змінної маси, пропорційна масі частинок, що відокремлюються, за одиницю часу і швидкості руху цих частинок щодо тіла.

Приклади завдань із розв'язанням

Приклад 1

Завдання.Сила тяги, що діє на тіло, що знаходиться на похилій площині(Мал.2) спрямована вздовж цієї площини вгору (Мал.2). Якою є її величина, якщо маса тіла дорівнює $m$, кут нахилу площини $\alpha ,\ $прискорення руху тіла $a$? Коефіцієнт тертя тіла про площину дорівнює $\mu$. Тіло рухається із постійною швидкістю в гору.

Рішення.Запишемо другий закон Ньютона для сил, які діють тіло, врахуємо, що тіло рухається рівномірно:

Запишемо проекції рівняння (1.1) на осі X та Y:

\[\left\( \begin(array)(c) X:\ -mg(\sin \alpha +\ )F-F_(tr)=0\left(1.2\right);;\ \\ Y:\ N-mg(\cos \alpha =0\left(1.3\right).\ ) \end(array) \right.\]

Сила тертя пов'язана із силою нормального тиску як:

Виразимо з (1.3) $N$, використовуємо вираз (1.4), отримаємо з (1.2) силу тяги:

\[-mg(\sin \alpha +\ )F-\mu mg(\cos \alpha \ )=0\to F=\mu mg(\cos \alpha \ )+mg(\sin \alpha .\ ) \]

Відповідь.$F=mg(\mu (\cos \alpha \ )+(\sin \alpha).\ )$

Приклад 2

Завдання.Ракету, масою (в початковий момент часу), що дорівнює $M,$ запустили вертикально вгору. Відносна швидкість викиду продуктів горіння дорівнює $u$, витрата пального становить $\mu$. Яким буде прискорення ракети через $t$ після старту, якщо опір повітря не враховувати, поле сили тяжкості вважати однорідним.

Рішення.Зробимо малюнок.