Богданов К.Ю. — учебник по физике для 10 класса

§ 15. РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ: УРАВНЕНИЕ МЕЩЕРСКОГО, РАБОТЫ ЦИОЛКОВСКОГО И ОСВОЕНИЕ КОСМОСА

Реактивным движением называют движение тела, возникающее при отделении какой-либо его части.                                             

Движение большинства современных самолётов является реактивным, т.к. происходит в результате истечения с огромной скоростью нагретых в двигателе газов. При этом самолёт движется в сторону, противоположную скорости истечения газов. Так же движутся и ракеты, выбрасывая из сопла продукты сгорания топлива. Примером реактивного движения может служить и отдача ствола пушки при выстреле (см. §14).

Силу, действующую на тело при реактивном движении, называют реактивной силой. Рассмотрим, от чего зависит её величина для ракеты, движущейся в космическом пространстве вдалеке от других тел. В таких условиях систему «ракета с истекающими из неё газами» можно считать замкнутой и для определения реактивной силы воспользоваться законом сохранения импульса.

 Пусть в момент времени t ракета имеет массу m и движется со скоростью v относительно выбранной нами инерциальной системы. Значит, импульс системы в момент t равен mv. Из сопла ракеты истекают продукты горения, и её масса уменьшается на m кг в единицу времени, поэтому в момент времени t-Dt она будет равна m-m^.Dt, а импульс ракеты станет равным (m-m^.Dt)(v+Dv). Если считать, что скорость истечения газов из ракеты относительно его сопла равна u

, то импульс выброшенных из ракеты газов за промежуток времени Dt составит m^.Dt(u+v). Приравнивая импульс системы в моменты t и t+Dt, получаем:

Раскрывая скобки в (15.1), приводя подобные члены и пренебрегая m^.Dt^.Dv , по сравнению с остальными членами, получим следующее уравнение:

Если разделить обе части уравнения (15.2) на Dt, то оно преобразуется в уравнение Мещерского:

Левая часть уравнения Мещерского представляет собой произведение массы ракеты на её ускорение, что, согласно второму закону Ньютона, равняется силе, действующей на ракету. Таким образом, из (15.3) следует, что реактивная сила равна произведению расхода топлива в единицу времени на скорость истечения газов и направлена в сторону противоположную вектору этой скорости.

Применение реактивной силы дало возможность человеку летать со скоростями, бóльшими скорости звука (330 м/с), и начать освоение космического пространства. Существуют два типа реактивных двигателей – ракетные и воздушно-реактивные. Ракетный двигатель (рис. 15

а) создаёт реактивную силу, выбрасывая из сопла (1) продукты горения топлива и окислителя, нагнетаемых с помощью насосов (2) в камеру сгорания (3). В воздушно-реактивном двигателе (рис. 15б) для горения используется кислород, содержащийся в атмосфере. Эти двигатели оснащены компрессорами (4), которые засасывают и сжимают атмосферный воздух, подавая его в камеру сгорания (3). Горение топлива в форсунках (5) разогревает воздух, увеличивает его давление, и он с огромной скоростью вырывается из сопла (1), создавая реактивную силу и вращая ось, на которой находится лопасти компрессора. Воздушно-реактивными двигателями оснащены практически все современные самолёты.

Большой вклад в развитие теории реактивного движения сделал К.Э. Циолковский, доказав что с помощью реактивной тяги человек способен достичь космических скоростей (см. §12), навсегда оторвавшись от Земли. Ему же принадлежит идея создания многоступенчатых ракет, позволяющих экономить топливо на пути в космос, и космических станций.

Теория реактивного движения в космосе была практически воплощена во второй половине XX-го века, когда СССР осуществил запуск первого искусственного спутника Земли. 12 апреля 1961 года Ю.А. Гагарин совершил первый полёт в космос, а 20 июля 1969 года американские космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин впервые высадились на поверхности Луны. В настоящее время на околоземной орбите находится международная космическая станция, на борту которой работают специалисты из России, США и других стран мира.  

Вопросы для повторения:

·        Что такое реактивное движение и реактивная сила?

·        От чего зависит реактивная сила?

·        Какие бывают реактивные двигатели?

Рис. 15.Схематическое изображение ракетного (а

) и воздушно-реактивного (б) двигателей.

Реактивное движение реферат по физике

МОУ СОШ № 21 Реферат на тему «Реактивное движение и баллистические ракеты» Ученика 10 «А» класса Нерсесяна Дениса. Озёрск, 2004 г. Содержание 1. Введение 2. Закон сохранения импульса 3. Реактивное движение 4. Реактивный двигатель 5. Реактивное оружие 6. Межконтинентальная баллистическая ракета 1 7. Исторические справки о баллистических ракетах 8. Заключение 2 F12 = – F21. (6) Сложим теперь два уравнения движения: (7) Это можно переписать в виде (8) В результате получаем закон сохранения импульса системы двух тел p1+p2 = const. (9) Подставляя сюда выражение для импульсов частиц, получаем после следующей цепочки преобразований m1v1+m2v2 = const, или (10) (11) (12) (13) Разделив обе части последнего равенства на суммарную массу, m = m1 + m2, получаем уравнение (14) Введем теперь вектор (15) Точка с координатами Rc называется центром инерции (или центром масс) системы из двух материальных точек. Из уравнения (14) следует, что, каким бы сложным ни казалось движение каждой из масс, пpоизводная dRc /dt = const. Таким обpазом, центр инерции движется с постоянной скоростью (независимо от наличия колебательного и вращательного движения системы). Обозначим эту скорость как Vc: (16) Подставляя сюда выражение для Rc и дифференцируя, получаем (17) 5 Эта формула определяет скорость центра инерции Vc через массы и скорости составляющих систему частиц. К движению именно этой точки относится первый закон Ньютона, и скорость этой точки надо считать скоростью движения системы как целого 1 . Если мы согласимся на такое определение скорости движения системы как целого, то тогда импульс системы как целого должен быть равен произведению суммарной массы системы m1 + m2 на ее скорость Vc, то есть (m1+m2)Vc. С другой стороны, (m1+m2)Vc = m1v1+m2v2 = p1 + p2 (18) и импульс системы оказывается равным сумме импульсов составляющих ее частиц. Таким образом, импульс, как говорят, — величина аддитивная, то же самое можно сказать и о массе тела. Мы показали, что в отсутствие внешних сил этот импульс не меняется со временем, то есть сохраняется. Очевидно, что все вышесказанное можно отнести и к системе с б\’ольшим числом материальных точек. Если на систему теперь действуют внешние силы, например на первое тело F1 внеш и на второе F2 внеш, то уравнения движения для каждой из материальных точек запишутся в виде = F12+ F1 внеш, (19) = F21+ F2 внеш. Складывая эти уравнения, получаем = F1 внеш+F2 внеш, или (20) = F1 внеш+ F2 внеш. Отсюда следует, что центр масс системы движется как материальная точка, масса которой равна суммарной массе всей системы, а действующая сила — геометрической сумме всех внешних сил, действующих на систему. Примером может служить движение снаряда по параболе в безвоздушном пространстве. Если в какой-либо момент времени снаряд разорвется на мелкие осколки, то эти осколки будут далее разлетаться в разные стороны. Однако центр масс осколков и газов, образовавшихся при взрыве, будет продолжать свое движение по параболической траектории, как если бы никакого взрыва не было. 6 Принцип относительности Галилея и закон сохранения импульса Сформулировав принцип относителньости Галилея и законы Ньютона, мы нашли, что они не противоречат друг другу, то есть второй закон Ньютона инвариантен относительно преобразований Галилея. Затем из второго и третьего законов Ньютона мы вывели закон сохранения импульса (этих двух законов, по существу, достаточно: первый закон — частный случай второго, когда сила равна нулю). Таким образом, возникает естественное желание проверить закон сохранения импульса с точки зрения принципа относительности Галилея. А именно: давайте покажем, что если этот закон сохранения верен в одной инерциальной системе, то он верен и во всех остальных системах, движущихся относительно нее с постоянной скоростью. Действительно, рассмотрим две системы координат S и S’ и пусть последняя движется со скоростью V относительно первой. Тогда, если v — это скорость частицы в системе S, а v’ — скорость в системе S’, то, как мы видели, эти скорости связаны соотношением v = v’ + V. (21) Пусть теперь в системе отсчета S происходит столкновение двух частиц m1 и m2 со скоростями v1 и v2, В результате столкновения они разлетаются, но уже с другими скоростями w1 и w2. Закон сохранения импульса в системе отсчета S выглядит тогда следующим образом: m1v1+ m2v2 = m1w1+ m2w2. (22) Подставляя сюда (23) мы получим m1(v1’+V)+ m2(v2’+V) = m1(w1’+V)+ m2(w2’+V), или (24) m1v1’+ m2v2’+ (m1+m2)V = m1w1’+m2 w2’+ (m1+m2)V. Сокращая на (m1+m2)V, мы приходим к выводу, что и в системе S’ выполняется закон сохранения импульса: m1v1’+m2v2′ = m1w1’+ m2w2′. (25) 7 тела разлетятся со скоростями υ в разные стороны. Через небольшой промежуток времени (Δ /υ) второе тело сталкивается с третьим и слипается с ним. Образовавшееся новое тело, как мы уже убедились, будет двигаться вправо со скоростью υ/2 (pис. 7). А что произойдет, если взрыв устроить между телом массы m и телом массы 2m? Ответ очевиден. Для этого надо повторить предыдущий эксперимент с Δ = 0 (см. pис. 8)! Рис. 7. Тpи одинаковых массы: а) ситуация до взpыва, б) чеpез очень коpоткое вpемя после взpыва, в) спустя некотоpое вpемя после взpыва. Рис. 8. Разлет тел массы m и массы 2m. Давайте теперь обратим движение вспять, то есть прокрутим «ленту» в обратную сторону. Что произойдет, если тело массы m летит со скоростью υ навстречу телу массы 2m, скорость которого равна υ/2? Интуитивно кажется, что, когда тела слипнутся, результирующая скорость будет равна нулю. Это действительно так, если уравнения механики инвариантны относительно инверсии времени: t→ –t. Впоследствии мы убедимся, что это действительно так и происходит. А сейчас примем это for granted. Итак, ситуация будет выглядеть так, как изобpажено на pис. 9а. Рис. 9. а) Hеупpугое столкновение двух тел с массами m и 2m. б) То же самое, но в системе отсчета, в котоpой тело массы 2m покоится. Теперь выясним, что произойдет в системе отсчета, которая движется вместе с телом 2m. Как следует из pис. 9б, скоpость тела, обpазовавшегося после столкновения, pавна υ/2. Иными словами (см. pис. 10), после столкновения скорость трех тел будет в три раза меньше скорости налетающего тела. Опять импульс сохраняется! Рис. 10. Окончательный итог. Очевидно, что этот процесс можно было бы продолжать до бесконечности и вывести закон сохранения импульса для любого соотношения масс сталкивающихся и затем слипающихся частиц. Но мы на этом остановимся! 10 1В системе отсчета, движущейся со скоростью Vc, импульс системы материальных точек равен нулю. 11 Реактивное движение. Реактивное движение. Закон сохранения импульса позволяет объяснить и получить основные уравнения, описывающие реактивное движение. Главной особенностью движения ракеты является то, что это движение тела с переменной массой. Выбрасывая ежесекундно определенную часть массы в виде газов сгоревшего топлива, ракета разгоняется. Чтобы учесть переменность массы ракеты, следует воспользоваться уравнением Ньютона в форме: Δp/Δt = 0. Здесь Δp = p2 — p1 — разность конечного и начального импульсов системы, состоящей из ракеты и испущенных за время Δt газов. Предполагается для простоты, что на ракету не действуют внешние силы (конечно, это не так, тяготение Земли очень важно, но в этом случае уравнения сильно усложняются). Введем обозначения :m — масса ракеты вместе с топливом ,vр — скорость ракеты относительно Земли, vг — скорость газов относительно Земли, vгр — скорость газов относительно ракеты, Δmг — масса газа, вытекшего из сопла ракеты за время Δt и равная уменьшению полной массы ракеты за это же время. Начальный импульс ракеты вместе с топливом относительно Земли в произвольный момент времени равен (17.4) Через время Δt масса ракеты становится равной m — Δmг, скорость ракеты относительно Земли получает приращение и становится равной vр + Δvр. Таким образом, суммарный импульс ракеты и выброшенных газов относительно Земли равен Принято выражать скорость газов относительно Земли через их скорость относительно ракеты (скорость истечения) vгр с помощью закона сложения скоростей: vг = vгр + vр. Это векторное равенство, и так как в большинстве случаев скорость истечения газов противоположна скорости ракеты, то |vг| < |vгр|. Подставляя это равенство в выражение для импульса системы, получаем (17.5) Преобразовывая уравнения (17.4) и (17.5) получаем дифференциальное уравнение (17.6) Оно носит имя нашего великого соотечественника К. Э. Циолковского. Интегрируя обе части уравнения в предположении постоянства скорости истечения газов vгр, находим закон возрастания скорости ракеты: 12 Принцип реактивного движения известен очень давно. Родоначальником Р. д. можно считать шар Герона. Твёрдотопливные ракетные двигатели — пороховые ракеты появились в Китае в 10 в. н. э. На протяжении сотен лет такие ракеты применялись сначала на Востоке, а затем в Европе как фейерверочные, сигнальные, боевые. В 1903 К. Э. Циолковский в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» впервые в мире выдвинул основные положения теории жидкостных ракетных двигателей и предложил основные элементы устройства РД на жидком топливе. Первые советские жидкостные ракетные двигатели — ОРМ, ОРМ-1, ОРМ-2 были спроектированы В. П. Глушко и под его руководством созданы в 1930-31 в Газодинамической лаборатории (ГДЛ). В 1926 Р. Годдард произвёл запуск ракеты на жидком топливе. Впервые электротермический РД был создан и испытан Глушко в ГДЛ в 1929-33. В 1939 в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными воздушно- реактивными двигателями конструкции И. А. Меркулова. Первая схема турбореактивного двигателя была предложена русским инженером Н. Герасимовым в 1909. В 1939 на Кировском заводе в Ленинграде началась постройка турбореактивных двигателей конструкции А. М. Люльки. Испытаниям созданного двигателя помешала Великая Отечественная война 1941-45. В 1941 впервые был установлен на самолёт и испытан турбореактивный двигатель конструкции Ф. Уиттла (Великобритания). Большое значение для создания Р. д. имели теоретические работы русских учёных С. С. Неждановского, И. В. Мещерского, Н. Е. Жуковского, труды французского учёного Р. Эно-Пельтри, немецкого учёного Г. Оберта. Важным вкладом в создание ВРД была работа советского учёного Б. С. Стечкина «Теория воздушно-реактивного двигателя», опубликованная в 1929. Р. д. имеют различное назначение и область их применения постоянно расширяется. Наиболее широко Р. д. используются на летательных аппаратах различных типов. Турбореактивными двигателями и двухконтурными турбореактивными двигателями оснащено большинство военных и гражданских самолётов во всём мире, их применяют на вертолётах. Эти Р. д. пригодны для полётов как с дозвуковыми, так и со сверхзвуковыми скоростями; их устанавливают также на самолётах-снарядах, сверхзвуковые турбореактивные двигатели могут использоваться на первых ступенях воздушно-космических самолётов. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели устанавливают на зенитных управляемых ракетах, крылатых ракетах, сверхзвуковых истребителях-перехватчиках. Дозвуковые прямоточные двигатели применяются на вертолётах (устанавливаются на концах лопастей несущего винта). Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели имеют небольшую тягу и предназначаются лишь для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью. Во время 2-й мировой войны 1939-45 этими двигателями были оснащены самолёты-снаряды ФАУ-1. 15 РД в большинстве случаев используются на высокоскоростных летательных аппаратах. Жидкостные ракетные двигатели применяются на ракетах-носителях космических летательных аппаратов и космических аппаратах в качестве маршевых, тормозных и управляющих двигателей, а также на управляемых баллистических ракетах. Твёрдотопливные ракетные двигатели используют в баллистических, зенитных, противотанковых и др. ракетах военного назначения, а также на ракетах- носителях и космических летательных аппаратах. Небольшие твёрдотопливные двигатели применяются в качестве ускорителей при взлёте самолётов. Электрические ракетные двигатели и ядерные ракетные двигатели могут использоваться на космических летательных аппаратах. Основные характеристики Р. д.: реактивная тяга, удельный импульс — отношение тяги двигателя к массе ракетного топлива (рабочего тела), расходуемого в 1 сек, или идентичная характеристика — удельный расход топлива (количество топлива, расходуемого за 1 сек на 1 н развиваемой Р. д. тяги), удельная масса двигателя (масса Р. д. в рабочем состоянии, приходящаяся на единицу развиваемой им тяги). Для многих типов Р. д. важными характеристиками являются габариты и ресурс. Тяга — сила, с которой Р. д. воздействует на аппарат, оснащенный этим Р. д., — определяется по формуле P = mWc+ Fc(pc — pn), где m — массовый расход (расход массы) рабочего тела за 1 сек; Wc — скорость рабочего тела в сечении сопла; Fc — площадь выходного сечения сопла; pc — давление газов в сечении сопла; pn — давление окружающей среды (обычно атмосферное давление). Как видно из формулы, тяга Р. д. зависит от давления окружающей среды. Она больше всего в пустоте и меньше всего в наиболее плотных слоях атмосферы, т. е. изменяется в зависимости от высоты полёта аппарата, оснащенного Р. д., над уровнем моря, если речь идёт о полёте в атмосфере Земли. Удельный импульс Р. д. прямо пропорционален скорости истечения рабочего тела из сопла. Скорость же истечения увеличивается с ростом температуры истекающего рабочего тела и уменьшением молекулярной массы топлива (чем меньше молекулярная масса топлива, тем больше объём газов, образующихся при его сгорании, и, следовательно, скорость их истечения). Тяга существующих Р. д. колеблется в очень широких пределах — от долей гс у электрических до сотен тс у жидкостных и твёрдотопливных ракетных двигателей. Р. д. малой тяги применяются главным образом в системах стабилизации и управления летательных аппаратов. В космосе, где силы тяготения ощущаются слабо и практически нет среды, сопротивление которой приходилось бы преодолевать, они могут использоваться и для разгона. РД с максимальной тягой необходимы для запуска ракет на большие дальность и высоту и особенно для вывода летательных аппаратов в 16 космос, т. е. для разгона их до первой космической скорости. Такие двигатели потребляют очень большое количество топлива; они работают обычно очень короткое время, разгоняя ракеты до заданной скорости. Максимальная тяга ВРД достигает 28 тс (1974). Эти Р. д., использующие в качестве основного компонента рабочего тела окружающий воздух, значительно экономичнее. ВРД могут работать непрерывно в течение многих часов, что делает их удобными для использования в авиации. 17 жидкий озон, но из-за крайней взрывоопасности они пока находят ограниченное применение. Наиболее ответственной частью ракеты является двигатель, а в нём — камера 0 0 1 Fсгорания и сопло. Здесь должны использоваться особо жаропроч ные материалы и сложные методы охлаждения, так как температура сгорания топлива доходит до 2500-3500ОС. Обычные материалы таких температур не выдерживают. Достаточно сложны и остальные агрегаты. Например, насосы, которые подавали горючее и окислитель к форсункам камеры сгорания, уже в ракете ФАУ-2 были способны перекачивать 125 кг топлива в секунду. В ряде случаев вместо баллонов применяют баллоны со сжатым воздухом или каким-нибудь другим газом, который вытесняет 0 0 1 Fго рючее из баков и гонит его в камеру сгорания. 0 0 1 F 0 0 1 F 0 0 1 FЗапускается баллистическая ракета со специального стартового ус т рой ства. Часто это ажурная металлическая мачта или даже башня, около которой ракету собирают по частям подъёмными кранами. Площадки на башне размещаются против смотровых люков, через которые проверяют и налаживают оборудование. Потом ракету заправляют топливом, и башня отъезжает. Стартуя вертикально, ракета затем наклоняется и описывает почти строго эллиптическую траекторию. Значительная часть траектории полёта таких ракет 0 0 1 F 0 0 1 F 0 0 1 Fпроходит на высоте больше 1000 км над Землёй, где сопро тив ле ние воздуха практически отсутствует, однако с приближением к цели атмосфера начинает резко тормозить движение ракеты, при этом оболочка сильно нагревается, и, если не принять меры, ракета может разрушиться, а её заряд — преждевременно взорваться. Исторические справки по баллистическим ракетам. Межконтинентальная баллистическая ракета Р-7 (8К71) / Р-7А (8К74)/SS-6 (Sapwood) Тактико-технические характеристики Стартовая масса, т 283,0 Масса полезной нагрузки, кг до 5400 Масса топлива, т 250 Максимальная дальность стрельбы, км 8000 Длина ракеты, м 31,4 Диаметр ракеты, м 11,2 Тип головной части Моноблочная, ядерная, отделяемая 20 мая 1954 года выходит совместное постановление ЦК КПСС и Правительства о создании баллистической ракеты межконтинентальной дальности. Работы были поручены ЦКБ-1. Возглавлявший это бюро С.П. Королев получил широкие полномочия на привлечение не только специалистов различных отраслей промышленности, но и на использование необходимых материальных ресурсов. Для отработки тактико-технических характеристик МБР, запуска искусственных спутников земли, выполнения научно-исследовательских и экспериментальных работ по тематике ракетно-космической техники, начиная с февраля 1955 года, создается полигон в районе поселка Тюра-Там (Байконур). В начале 1957 года ракета, получившая обозначение Р-7, была готова к 20 испытаниям. В апреле этого же года был подготовлен и стартовый комплекс. Первый старт, назначенный на 19.00 московского времени 15 мая, вызвал большой интерес. Прибыли все Главные конструктора систем ракеты и стартового комплекса, руководители программы и ряда других ответственных организаций. Все надеялись на успех. Однако, почти сразу после прохождения команды на запуск двигательной установки в хвостовом отсеке одного из боковых блоков возник пожар. Ракета взорвалась. Намеченный на 11 июня 1957 года следующий запуск “семерки” не состоялся по причине неисправности двигателей центрального блока. Специалистам под руководством ведущего конструктора Д. Козлова потребовался месяц упорной и кропотливой работы, чтобы устранить причины выявленных неполадок. И вот 12 июля ракета наконец взлетела. Казалось все идет хорошо, но прошло всего несколько десятков секунд полета и ракета стала отклоняться от заданной траектории. Чуть позже ее пришлось подорвать. Как потом удалось выяснить, причиной послужило нарушение с 32 секунды управления ракетой по каналам вращения и тангажа. Первая серия испытаний показала наличие серьезных недостатков в конструкции Р-7. При анализе данных телеметрии было установлено, что в определенный момент при опорожнении баков горючего возникали колебания давления в расходных магистралях, которые приводили к повышенным динамическим нагрузкам и, в конечном счете, к разрушению конструкции (американские конструкторы также столкнулись с этой проблемой). Долгожданный успех пришел 21 августа 1957 года, когда стартовавшая в тот день ракета полностью выполнила намеченный план полета. 27 августа в советских газетах появилось сообщение ТАСС об успешном испытании в СССР сверхдальней многоступенчатой ракеты. Это заявление, естественно, не осталось без внимания и произвело должный эффект. 4 октября и 3 ноября этого же года в Советском Союзе при помощи ракет Р-7 были запущены первые ИСЗ. Эти события произвели колоссальный фурор в мире. Позже американский президент Дж. Кеннеди признался: “Когда мы узнали о запуске русскими искусственного спутника земли, мы пришли в шоковое состояние и в течение недели не могли ни принимать решения, ни разговаривать друг с другом…”. Не эти ли впечатления остановили Дж. Кеннеди от разрешения Карибского кризиса силовым путем? Кто знает. А тем временем испытатели межконтинентальной ракеты столкнулись с новыми трудностями. Так как боевой блок поднимался на высоту нескольких сотен километров, то ко времени обратного входа в плотные слои атмосферы он разгонялся до огромных скоростей. Моноблок круглой формы, разработанный ранее для БРСД, быстро сгорал. В конце концов разработчики боевого оснащения справились с этой проблемой, но какой ценой. Как вспоминал генерал-лейтенант А.С. Калашников (в период испытаний занимал должность начальника управления на полигоне Байконур) летом 1960 года, когда Н.С. Хрущев увидел первую ГЧ ракет Р-7 и модернизированную (вторая была в 4-5 раз меньше и более совершенна по конструкции), то очень разозлился и все допытывался у Главкома РВСН главного маршала артиллерии М.И. Неделина, почему так получилось, кто не доработал и по какой причине такая огромная первая головная часть. Так как Неделин виновных не назвал, то Хрущев решил, что виноват Королев и когда Сергей Павлович докладывал о своих новых МБР Р-9 и РТ-1, выставленных на специальной площадке, Хрущев выслушал его молча. Окружающие даже не смогли понять, разрабатывать эти ракеты дальше или нет. Естественно, что большая масса ГЧ существенно уменьшила дальность полета. На повестку дня встал вопрос о создании модифицированной ракеты с улучшенными тактико-техническими характеристиками. 12 июля 1958 года было выдано задание на разработку более совершенной ракеты — Р-7А. Одновременно велась доводка “семерки”. 20 января 1960 года ее приняли на вооружение только что созданного вида Вооруженных Сил — Ракетных войск стратегическогоназначения. Двухступенчатая ракета Р-7 выполнена по “пакетной ” схеме. Ее первая ступень представляла собой четыре боковых блока, каждый длиной 19 м и наибольшим диаметром 3 м, расположенных симметрично вокруг центрального блока (вторая ступень ракеты) и соединенных с ним верхним и нижним поясами силовых связей. Конструкция всех блоков одинакова и включала опорный конус, топливные баки, 21 силовое кольцо, хвостовой отсек и двигательную установку. На каждом блоке первой ступени устанавливались ЖРД РД-107 конструкции ГДЛ-ОКБ, руководимого академиком В. Глушко, с насосной подачей компонентов топлива. Он был выполнен по открытой схеме и имел шесть камер сгорания. Две из них использовались как рулевые. ЖРД развивал тягу 78т у земли. Центральный блок ракеты состоял из приборного отсека, баков для окислителя и горючего, силового кольца, хвостового отсека, маршевого двигателя и четырех рулевых агрегатов. На второй ступени устанавливался ЖРД РД-108, аналогичный по конструкции с РД-107, но отличавшийся, в основном, большим числом рулевых камер. Он развивал тягу у земли до 71 т и работал дольше, чем ЖРД боковых блоков. Для всех двигателей использовалось двухкомпонентное топливо: окислитель — переохлажденный жидкий кислород, горючее — керосин Т-1. Для обеспечения работы автоматики ракетных двигателей, применялись перекись водорода и жидкий азот. Чтобы достичь заданной дальности полета конструкторы установили автоматическую системы регулирования режимов работы двигателей и систему одновременного опорожнения баков (СОБ), что позволило сократить гарантированный запас топлива. Конструктивно-компоновочная схема Р-7 обеспечивала запуск всех двигателей при старте на земле с помощью специальных пирозажигательных устройств, установленных в каждую из 32 камер сгорания. Маршевые ЖРД ракеты имели высокие энергетические и массовые характеристики, а также высокую надежность. Для своего времени они были выдающимся достижением в области ракетного двигателестроения. Р-7 оснащалась комбинированной системой управления. Ее автономная подсистема обеспечивала угловую стабилизацию и стабилизацию центра масс на активном участке траектории. Радиотехническая подсистема осуществляла коррекцию бокового движения центра масс в конце активного участка траектории и выдачу команды на выключение двигателей, что повышало точность стрельбы. Исполнительными органами системы управления являлись поворотные камеры рулевых двигателей и воздушные рули. Для реализации алгоритмов радиокоррекции были построены два пункта управления (основной и зеркальный), удаленных на 276 км от стартовой позиции и на 552 км друг от друга. Ракета несла моноблочную термоядерную головную часть мощностью 3 Мт. Она крепилась к приборному отсеку центрального блока с помощью трех пирозамков. Характеристики ГЧ позволяли поразить крупную площадную цель, посредством как воздушного, так и наземного ядерного взрыва. Для базирования этих ракет, в 1958 году, было принято решение о строительстве боевой стартовой станции (объект “Ангара”) в районе г. Плесецк. 1 января 1960 года она была готова, а 16 июля впервые в Вооруженных Силах самостоятельно провела два учебно-боевых пуска со стартовой позиции. Перед стартом ракету доставляли с технической позиции на железнодорожном транспортно-установочном лафете и устанавливали на массивное пусковое устройство. Весь процесс предстартовой подготовки длился более двух часов. Ракетный комплекс получился громоздким, уязвимым и очень дорогим и сложным в эксплуатации. К тому же в заправленном состоянии ракета могла находиться не более 30 суток. Для создания и пополнения необходимого запаса кислорода для развернутых ракет нужен был целый завод. Комплекс имел низкую боевую готовность. Недостаточной была и точность стрельбы. БРК данного типа не годился для массового развертывания. Всего было построено четыре стартовых сооружения. 12 сентября 1960 года на вооружение принимается МБР Р-7А. Она имела несколько большую по размерам вторую ступень, что позволило увеличить на 500 км дальность стрельбы, новую головную часть и упрощенную систему радиоуправления. Но добиться заметного улучшения боевых и эксплуатационных характеристик не удалось. Очень быстро стало ясно, что Р-7 и ее модификация не могут быть поставлены на боевое дежурство в массовом количестве. Так все и случилось. К моменту возникновения Карибского кризиса РВСН располагали несколькими десятками таких ракет. К концу 1968 года обе эти ракеты сняли с вооружения. Но еще раньше МБР Р-7А стала широко использоваться для запуска космических аппаратов. В истории развития 22 Несмотря на ряд достоинств, к моменту постановки первого ракетного полка на боевое дежурство, “девятка” уже не в полной мере удовлетворяла комплексу требований к боевым стратегическим ракетам. Это и не удивительно, так как она относилась к МБР первого поколения. Превосходя по боевым, техническим и эксплуатационным характеристикам американские “Титан-1” и “Атлас-F”, которые к этому времени уже снимались с вооружения, и советские Р-7А и Р-16У она уступала новейшим “Минитменам” по показателям живучести, точности стрельбы и времени подготовки к пуску. Последний критерий стал одним из определяющих для МБР. К тому же ракетные комплексы с Р-9А оказались достаточно дорогими в эксплуатации, что не могло сказаться на масштабах их развертывания (всего на боевое дежурство было поставлено 26 единиц). Р-9А стала последней боевой ракетой в группировке РВСН на кислородно-керосиновом топливе. Она состояла на вооружении до середины 70-х годов. Межконтинентальная баллистическая ракета Р-16 (8К64) / Р-16У (8К64У)/SS-7 (Saddler) Тактико-технические характеристики Максимальная дальность стрельбы, км 13000 Стартовая масса, т 140,6 Масса полезной нагрузки, кг до 2175 Масса топлива, т 130 Длина ракеты, м 34,3 Диаметр ракеты, м 3 Тип головной части Моноблочная, ядерная 13 мая 1959 года специальным совместным постановлением ЦК КПСС и Правительства конструкторскому бюро “Южное” академика М.К. Янгеля поручили разработать межконтинентальную ракету на высококипящих компонентах топлива. В последствии она получила обозначение Р-16. Для разработки двигателей и систем ракеты, а также наземной и шахтной стартовых позиций были привлечены конструкторские коллективы, возглавляемые В.П. Глушко, В.И. Кузнецовым, Б.М Коноплевым и др. Необходимость разработки этой ракеты определялась низкими тактико-техническими и эксплуатационными характеристиками первой советской МБР Р-7. Первоначально Р-16 предполагалось запускать только с наземных пусковых установок. На ее проектирование и проведение летно-конструкторских испытаний отводились крайне сжатые сроки. Чтобы уложиться в них, конструкторские коллективы пошли по пути широкого использования наработок по ракетам Р-12 и Р-14. При подготовке к первому пуску на полигоне Байконур 24 октября 1960 года из-за прохождения преждевременной команды от токораспределителя произошел запуск двигательной установки второй ступени, что привело к взрыву. В результате погибли находившиеся на стартовой позиции большая часть боевого расчета, председатель государственной комиссии главком РВСН М.И. Неделин и ряд конструкторов и руководящих работников от министерств. Второй пуск Р-16 состоялся 2 февраля 1961 года. Несмотря на то, что ракета упала на трассе полета из-за потери устойчивости, разработчики убедились в жизнеспособности принятой схемы. Напряженная работа позволила закончить летные испытания ракеты, запускаемой с наземной пусковой установки, к концу 1961 года. 1 ноября три первых ракетных полка в г. Нижний Тагил и п. Юрья Кировской области были подготовлены к заступлению на боевое дежурство. Начиная с мая 1960 года, проводились опытно-конструкторские работы, связанные с реализацией пуска модифицированной ракеты Р-16У из шахтной пусковой установки. 25 В январе 1962 года на полигоне Байконур был проведен первый пуск ракеты из ШПУ. 5 февраля 1963 года началась постановка на боевое дежурство первого ракетного полка (г. Нижний Тагил), вооруженного БРК с этими МБР, а 15 июля этого же года этот комплекс был принят на вооружение РВСН. Ракета Р-16 была выполнена по схеме “тандем” с последовательным разделением ступеней. Первая ступень состояла из переходника, к которому посредством четырех разрывных болтов крепилась вторая ступень, бака окислителя, приборного отсека, бака горючего и хвостового отсека с силовым кольцом. Топливные баки несущей конструкции. Для обеспечения устойчивого режима работы ЖРД все баки имели наддув. При этом бак окислителя наддувался в полете встречным потоком воздуха, а бак горючего — сжатым воздухом из шаровых баллонов, размещенных в приборном отсеке. Двигательная установка состояла из маршевого и рулевого двигателей, укрепленных на одной раме. Маршевый двигатель был собран из трех одинаковых двухкамерных блоков и имел суммарную тягу на земле 227 т. Рулевой двигатель имел четыре поворотные камеры сгорания и развивал тягу на земле 29 т. Система подачи топлива во всех двигателях — турбонасосная с питанием турбин продуктами сгорания основного топлива. Вторая ступень, служившая для разгона ракеты до скорости, соответствовавшей заданной дальности полета, имела аналогичную конструкцию, но была выполнена короче и в меньшем диаметре. Ее ДУ во многом была заимствована от первой ступени, что удешевляло производство, но в качестве маршевого двигателя устанавливался только один блок. Он развивал тягу в пустоте 90 т. Рулевой двигатель отличался от аналогичного двигателя первой ступени меньшими размерами и тягой (5 т). Все ракетные двигатели работали на самовоспламеняющихся при контакте компонентах топлива: окислителе АК-27И и горючем — НДМГ. Р-16 имела защищенную автономную инерциальную систему управления. Она включала автоматы угловой стабилизации, стабилизации центра масс, систему регулирования кажущейся скорости, систему одновременного опорожнения баков, автомат управления дальностью. В качестве чувствительного элемента СУ впервые на советских межконтинентальных ракетах была применена гиростабилизированная платформа на шарикоподшипниковом подвесе. Приборы системы управления располагались в приборных отсеках на первой и второй ступенях. КВО при стрельбе на максимальную дальность 12000 км составило около 2700 м. При подготовке к старту ракета устанавливалась на пусковое устройство так, чтобы плоскость стабилизации находилась в плоскости стрельбы. МБР Р-16У конструктивно почти не отличалась от Р-16. Для обеспечения старта из ШПУ была изменена автоматика работы двигательной установки первой ступени. На корпусе ракеты были сделаны площадки для установки бугелей, фиксирующих ее положение в направляющих шахтной пусковой установки. Баки горючего стали наддуваться азотом. МБР Р-16 оснащалась отделяемой моноблочной головной частью двух типов, отличавшихся мощностью термоядерного заряда (порядка 3 Мт и 6 Мт). ГЧ конической формы с полусферической вершиной крепилась к корпусу второй ступени с помощью трех разрывных болтов. Ее отделение осуществлялось за счет торможения второй ступени при срабатывании тормозных пороховых ракетных двигателей. От мощности головной части зависела максимальная дальность полета, колебавшаяся в пределах от 11000 до 13000 км. МБР Р-16 стала базовой ракетой для создания группировки межконтинентальных ракет РВСН. Наземный стартовый комплекс включал боевую позицию с двумя пусковыми устройствами, одним общим командным пунктом и хранилищем ракетного топлива. Пуск ракеты осуществлялся после ее установки на пусковой стол, заправки компонентами ракетного топлива и сжатыми газами, проведения операций по прицеливанию. Все эти операции занимали довольно много времени. Чтобы его сократить были введены четыре степени технической готовности, характеризовавшиеся определенным временем до возможного старта, которое было необходимо затратить для выполнения ряда операций по предстартовой подготовке и запуску ракеты. В высшей степени готовности МБР Р-16 могла стартовать через 30 26 минут. Р-16У была развернута в гораздо меньших количествах, так как на строительство шахтных комплексов требовалось больше времени, чем для ввода в строй РК с наземными ПУ. На каждой стартовой позиции располагались три ШПУ, размещенные в линию на расстоянии десятков метров друг от друга, подземный командный пункт, хранилища компонентов топлива, а также другие сооружения. В отличии от других БРК с шахтными пусковыми установками ШПУ Р-16У обеспечивала движение ракеты по направляющим. Ракета размещалась внутри на специальном поворотном устройстве с пристыкованными коммуникациями системы заправки. Для БРК с МБР Р-16У устанавливалось три степени боевой готовности. Как и все ракеты первого поколения эти МБР не могли долго находиться в заправленном состоянии. В постоянной готовности они хранились в укрытиях или шахтах с пустыми баками и требовалось значительное время для приведения их в готовность к пуску. По времени приведения в боевую готовность советские МБР уступали американским ракетам и на много. Низкая живучесть советских ракетных комплексов практически исключала возможность нанесения ответного удара. К тому же уже в 1964 году стало ясно, что эта ракета морально устарела. Для своего времени Р-16 была вполне надежной и достаточно совершенной ракетой. До 1965 года было развернуто 186 пусковых установок для Р-16 и Р-16У. На вооружении МБР этого типа состояли до середины 70-х годов. Последние ракеты наземных пусковых установок ликвидировали в 1977 году. Межконтинентальная баллистическая ракета РТ-2 (8К98) / РТ-2П (8К98П)/РС-12/SS-13 (Savage) Тактико-технические характеристики Максимальная дальность стрельбы, км 9400 Стартовая масса, т 51,0 Масса полезной нагрузки, кг 600 Длина ракеты, м 21,1 Диаметр ракеты, м 1,84 Тип головной части моноблочная, ядерная Последней из советских ракет второго поколения, поступившей на вооружение, стала первая боевая твердотопливная МБР РТ-2. Еще задолго до этого, в 1959 году, в конструкторском бюро С.П. Королева началась разработка экспериментальной ракеты РТ-1 с двигателями на твердом топливе. По поводу ее создания развернулась дискуссия между сторонниками и противниками этого проекта. В то время советская технология создания больших смесевых топливных зарядов только зарождалась и, естественно, были сомнения в конечном успехе. Слишком все было ново. К тому же было ясно, что эта ракета не сможет нести тяжелую головную часть. Решение на создание твердотопливной МБР все же было приняли. Не последнюю роль в этом сыграли известия из США о начале испытаний ракет “Минитмен”. 4 апреля 1961 года вышло в свет постановление Правительства, в котором КБ Королева назначалось головным по созданию принципиально нового БРК стационарного типа с межконтинентальной ракетой на твердом топливе, оснащенной моноблочной головной частью. Для испытаний ракет и реализации ряда других программ 2 января 1963 года, на базе объекта “Ангара”, создается новый испытательный полигон Плесецк. В процессе создания ракетного комплекса пришлось решать сложные научно- технические и производственные проблемы. Так были разработаны смесевые твердые топлива, крупногабаритные заряды для двигателей, освоена уникальная технология их промышленного изготовления. Создана принципиально новая система управления. Был разработан новый тип пусковой установки, обеспечивавший старт ракеты при 27 сгорания основных компонентов топлива. На каждой ступени, для уменьшения гарантийных запасов топлива, устанавливалась своя система одновременного опорожнения баков. Еще в ходе летных испытаний от комбинированной системы управления отказались. Инерциальная СУ вполне обеспечивала заданную точность стрельбы. Это позволило значительно снизить затраты на развертывание БРК. Элементы системы управления размещались в приборных отсеках на первой и второй ступенях. Р-36 могла оснащаться двумя типами головных частей: моноблочной термоядерной головной частью с одним из двух возможных зарядов мощностью 18 Мт или 25 Мт и разделяющейся типа “MRV” с простым разбросом боевых блоков. Сочетание мощного заряда с довольно высокой точностью попадания (КВО -1300 м) и надежным комплексом средств преодоления системы ПРО гарантировало выполнение боевой задачи. Пуск ракеты проводился автоматически из ШПУ типа “ОС” после получения пусковой команды с командного пункта. Ракета хранилась в заправленном состоянии в течение нескольких лет. В верхней части стартового сооружения размещались источники электроснабжения, аппаратура технологических и технических систем, обеспечивавшая дистанционные контроль технического состояния систем ракеты и проведение операций по подготовке к пуску и пуск ракеты. Время подготовки и проведение дистанционного пуска МБР Р-36 составляло 5 минут. БРК с шестью пусковыми установками МБР Р-36 обладал уникальными боевыми возможностями и значительно превосходил американский РК аналогичного назначения с ракетой “Титан-2”, прежде всего по мощности термоядерного заряда, точности стрельбы и защищенности. Его появление произвело большое впечатление на зарубежных специалистов. Кроме Р-36 в конце 60-х на боевое дежурство в ограниченном количестве была поставлена ее модификация Р-36орб, отличавшаяся способом наведения головной части на выбранную цель. Всего до 1972 года включительно было развернуто 288 ШПУ для ракет этого типа. Р-36 стояла на боевом дежурстве до конца семидесятых годов, после чего была заменена на более совершенную ракету. Межконтинентальная баллистическая ракета Р-36М (15А14) / Р-36МУ (15А18) / Р-36М2 (15А18У) РС-20А / РС-20Б / РС-20В/SS-18 (Satan) Основные характеристики ракет PC-16, PC-18 и PC-20 Характеристики РС-16Б (МР УР-100У) РС-18Б (УР100НУ) РС-20В (Р36М2) Максимальная дальность, км 10 000 10 000 11 000 Стартовая масса, т 71,1 105,6 211,1 Масса полезной нагрузки, т 2,55 4,35 8,8 Число боевых блоков 4 6 10 Длина ракеты, м 22,5 24,3 34,3 Максимальный диаметр ракеты, м 2,25 2,5 3,0 Относительная масса полезной нагрузки 0,036 0,041 0,042 Мощность заряда боевого блока, Мт 0,55…0,75 0,55…0,75 0,55…0,75 Точность стрельбы (предельное отклонение), км 0,92 0,92 0,5 30 Межконтинентальные баллистические жидкостные ракеты стационарного базирования PC-16, PC-18-и РС-20 разрабатывались с разделяющимися головными частями (РГЧ), обеспечивающими прицельное последовательное разведение неуправляемых ББ (РГЧ типа MIRV). Их создание в СССР в 70-х годах проводилось прежде всего как ответная мера на резкое увеличение числа ББ в группировках МБР и БРПЛ США. Ракеты PC-16 и PC-20 и соответствующие комплексы были созданы кооперацией исполнителей, возглавляемой КБ под руководством В.Ф. Уткина, заменившего М.К. Янгеля. Головной организацией, разрабатывавшей ракету PC-18 и комплекс с этой МБР, было КБ под руководством В.Н.Челомея: летные испытания первых модификаций всех трех типов ракет проводились в 1972-1975 на полигоне Байконур. В 1975-1981 ракетные комплексы принимались на вооружение и ставились на боевое дежурство. В 1977-1979 гг. была проведена модернизация ракет и комплексов, позволившая улучшить ряд их тактико-технических характеристик. МБР PC-16, PC-18 и PC-20 относятся к двухступенчатым ракетам с ЖРД с последовательным расположением ступеней. При разработке ракет соответствующие КБ и организации использовали опыт создания предшествующего поколения ампулизированных жидкостных ракет на компонентах топлива НДМГ + AT, размещенных в шахтных ПУ (в первую очередь, ракет PC-10 и Р-36). Наряду с принципиальным новшеством — применением РГЧ типа MIRV к новым техническим решениям комплексов этого поколения следует отнести применение в ракетах автономной системы управления с БЦВМ, размещение ракет и пункта управления боевым ракетным комплексом в сооружениях высокой защищенности, возможность дистанционного переприцеливания перед пуском, наличие на ракетах более совершенных средств преодоления ПРО, более высокую, боевую готовность, применение более совершенной системы боевого управления, повышенную живучесть комплексов. Были резко повышены характеристики боевой эффективности за счет увеличения точности ракет и общей мощности их боевого оснащения. Каждая из ракет PC-16 и PC-18 имеет две модификации (А и Б), которые отличаются главным образом конструктивно-технологическими решениями и соответствующими характеристиками автономной системы управления. Для ракеты PC-20 различают три модификации: РС-20А, РС-20Б и РС-20В. Эти модификации отличаются типом и конструкцией головных частей, характеристиками системы управления, а для ракеты РС-20В — и рядом конструктивно-схемных решений по ракете в целом и ее ТПК. Для всех трех ракет характерны высокие значения коэффициента энергомассового совершенства (порядка 0,04), что свидетельствует прежде всего о рациональных конструктивно-схемных решениях и высоких удельных параметрах двигательных установок ракет. На всех ракетах в качестве компонентов топлива использовались несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и четырехокись азота (AT), ставшие к этому моменту штатными компонентами для жидкостных МБР, размещаемых в ШПУ. Несколько меньшее значение коэффициента энергомассового совершенства для ракеты PC-16 по сравнению с двумя другими рассматриваемыми здесь МБР объясняется в основном особенностями принятых проектных решений. После принятия на вооружение МБР PC-16, PC-18 и PC-20 их число в группировке РВСН быстро росло. В 1991 оно составляло: 47 — для PC-16, 300 — для PC-18 и 308 — для PC-20. Эти ракеты на боевом дежурстве имели более 5000 боевых блоков, т.е. свыше 75% от общего числа боевых блоков в группировке МБР бывшего СССР. Возможности любой техники небеспредельны, вместе с тем, по расчетам наших конструкторов, эти ракеты могут надежно нести боевое дежурство еще несколько лет, не меньше, чем сроки, оговоренные обязательствами России по СНВ, т.е. 2003-2007 годы. 31 Межконтинентальная баллистическая ракета РТ-23У (15Ж60) [для ШПУ] / РТ-23У (15Ж61) [для БЖРК] РС-22А / РС-22В/SS-24 (Scalpel) Тактико-технические характеристики Максимальная дальность стрельбы, км 10000 Стартовая масса, т 104,5 Масса полезной нагрузки, кг 4050 Длина ракеты, м 23,4 Диаметр ракеты, м 2,4 Количество ступеней 3 Количество боевых блоков ГЧ 10 В начале 80-х годов КБ “Южное” было поручено создать новую ракету в противовес американской “МХ”. При этом ее основные массо- габаритные характеристики не должны были выходить за ограничения, накладываемые советско-американским Договором ОСВ-2. После оценки задания стало ясно, что это должна была быть твердотопливная ракета, пригодная для размещения как в шахтной пусковой установке (ШПУ), так и на самоходном шасси. При этом, подвижную пусковую установку целесообразно разместить на базе железнодорожного вагона. Этот способ базирования, несмотря на сложности и недостатки, позволял обеспечить высокую мобильность ракетному комплексу, что было крайне важно для оружия ответного удара. Выследить боевой железнодорожный ракетный комплекс (БЖРК), непрерывно курсирующий на маршрутах по разветвленным, масштабным по размерам и забитым обычными составами железнодорожным магистралям страны, весьма непросто, даже для системы спутниковой разведки. Еще сложнее нанести по нему прицельный удар. 27 февраля 1985 года на полигоне Плесецк начались летно-конструкторские испытания МБР для железнодорожного комплекса, получившей обозначение РС-22В. Несмотря на некоторые трудности на первом этапе, конструкторскому коллективу удалась довести свое детище до требуемых кондиций, что позволило завершить испытания 22 декабря 1987 года. Осенью этого же года на опытную эксплуатацию был поставлен первый ракетный полк в г. Костроме. Позднее на трех ракетных базах было развернуто еще 30 МБР этого типа. Твердотопливная ракета РС-22В выполнена трехступенчатой по схеме “тандем” с учетом новейших технологий (коконная конструкция корпусов) и по конструктивно- компоновочной схеме подобна американской “МХ”. Первая ступень включает хвостовой и соединительные отсеки цилиндрической формы и маршевый РДТТ, снабженный одним неподвижным соплом. Вторая ступень состоит из маршевого РДТТ и соединительного отсека. Сопло двигателя снабжено выдвижным насадком, что позволяет увеличить удельный импульс при работе двигателя на больших высотах при сохранении исходных габаритов ступени. Третья ступень включает в себя маршевый РДТТ, по своей конструкции аналогичному двигателю на второй ступени, и переходной отсек. Ракета несет разделяющуюся головную часть типа “MIRV” с 10 боеголовками мощностью по 500 кт. Ступень разведения выполнена по стандартной схеме и включает двигательную установку и 32 35 Заключение. В настоящее время благодаря многим учёным со всего света, изучение реактивного движения продвинуто, но насколько оно продвинуто и сколько осталось до конца пути никто не знает. Человек уже был в космосе, но он чувствует и знает, что он не увидел и одной миллиардной доли того чего бы хотел увидеть. Значит, нам есть к чему стремиться, а если в жизни есть цель, то значит то, что она небессмысленна 36

Проект о реактивном движении

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

основная общеобразовательная школа №6

Камышловского городского округа

Проект

по физике

на тему

«Реактивное движение»

Исполнитель:

Корьякин Александр,

ученик 9 «Б» класса.

Руководитель:

Гилязутдинова Н.В.,

учитель физики.

Камышлов, 2013

Содержание

Введение……………………………………………………………………………..

1. Теоретические основы реактивного движения………………………………….

1. 1. Сущность понятия «реактивное движение»…………………………………

1.2. Реактивное движение в природе и технике…………………………………..

1. 3. Принцы действия реактивных ракет…………………………………………

2. Реализация намеченного плана по изготовлению и тестированию макета реактивного движения……………………………………………………………….

2.1. Способы создания макетов реактивного движения………………………….

2.2. Конструирование и тестирование макета реактивного движения на примере создания ракеты……………………………………………………………

2.3. Описание видеоролика «Ракета своими руками»…………………………….

Заключение…………………………………………………………………………..

Список используемых источников…………………………………………………

Приложение………………………………………………………………………….

Введение

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. 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.

Эту проблему разрешили с открытием реактивного движения.

Реактивное движение используется людьми с 10 века. Оно давно прочно вошло в нашу жизнь и занимает большое место в современной технике: космической, военной, на транспорте. Проявления реактивного движения (отдачу) приходится учитывать при конструировании оружия, в спорте: при катании на скейте и коньках, метании ядра и т.д. Во время праздничного фейерверка мало кто задумывается, что такая красота невозможна без реактивного движения. Движение многих моллюсков (осьминогов, кальмаров, каракатиц, медуз) является реактивным.

Таким образом, изучение реактивного движения и создание устройств, для его демонстрации показалось нам интересной задачей. Я выбрал эту тему и потому что такого прибора нет в школе. Чтобы у учащихся было представления об этом виде движения, я решил создать устройство для демонстрации реактивного движения.

Цель проекта: научиться создавать макет реактивного движения в домашних условиях и изучить особенности реактивного движения и отдачи.

Для достижения поставленной цели и решения поставленной проблемы необходимо решить следующие задачи:

1) изучить литературу по заявленной теме и провести отбор необходимого теоретического материала из различных источников;

2) изучить способы создания макетов, демонстрирующих реактивное движение, выбрать самый приемлемый из них для демонстрации.

3) создать макет реактивного движения и протестировать его действие.

4) создать видеоролик «Ракета своими руками».

 Область исследования: механика.

Объект исследования: реактивное движение.

Предмет исследования: устройства для демонстрации реактивного движения.

Проектный продукт — учебное пособие — видеоролик «Ракета своими руками».

1.Теоретические основы реактивного движения

1.1.Сущность понятия «реактивное движение»

Прежде чем перейти к понятию реактивного движения, определим лексическое значения понятия «движение».

Если обратиться к толковым словарям, то можно найти следующие определения.

Движение —  результат совокупности наименьших действий.[6]

Движение — перемещение кого (чего) в определенном направлении. [7;153]

Таким образом, движение понимается как изменение с течением времени положения тела относительно других тел.

Реактивное движение — это движение, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела. При этом возникает реактивная сила, сообщающая телу ускорение. [4]

Реактивная тяга — сила, возникающая в результате взаимодействия двигательной установки с истекающей из сопла струей расширяющихся жидкости или газа, обладающих кинетической энергией. [9]

Реактивное движение — это движение, при котором на движущееся тело действует сила вытекающей из него струи газа ,пара ,направленная в сторону ,противоположную движению [7; 670]

Вывод: реактивное движение это, движение которое возникает благодаря другой силе, присоединённой к телу.

Такое движение происходит за счёт того, что от тела оделяется и движется какая-то его часть.

1.2. Применение реактивного движения в природе

Многие из нас в своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Во всяком случае, в Черном море их вполне хватает. Но мало кто задумывался, что и медузы для передвижения пользуются реактивным движением. Кроме того, именно так передвигаются и личинки стрекоз, и некоторые виды морского планктона. И, зачастую, КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивного движения гораздо выше, чем у техноизобретений.

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. [12]

Применение реактивного движения в растительном мире

Среди растений реактивное движение встречается у созревших плодов бешеного огурца. При созревании растения его плод отцепляется от плодоножки. Под большим давлением из плода выбрасывается жидкость с семенами, которая направлена в противоположное направление движению плода. [9]

Реактивное движение в технике

Личное реактивное оружие было разработано в США еще в 1970-х годах. Автоматический многозарядный пистолет получил название «Жироджет» и имеет калибр 13 мм. Его пуля представляет собой миниатюрную ракету, в донной, части которой вокруг капсюля-воспламенителя располагаются 4 реактивных сопла, а в корпусе пули запрессована шашка твердого ракетного топлива. При выстреле капсюль накалывается на боек и воспламеняет реактивный заряд твердого топлива, под действием реактивной силы пуля по направляющим вылетает из ствола, попутно вновь взводя курок. Сопла располагаются под некоторым углом к оси пули, поэтому пуля закручивается вокруг своей оси, и таким образом происходит стабилизация ее в полете. Выстрел из реактивного пистолета почти бесшумен. Отдача практически отсутствует, что могло бы повысить кучнобойность оружия, однако реактивная пуля, испытывая сильное сопротивление воздуха (из-за большого диаметра), быстро теряет скорость. Еще одной причиной, по которой не происходит улучшение целевых характеристик, является уменьшение массы пули за счет выгорания реактивного заряда. Кроме того, по мнению автора, реактивная пуля не может набрать полной скорости сразу после покидания направляющих (по вылету из ствола), а поэтому, как на самых малых, так и на больших дистанциях, реактивный пистолет малоэффективен.

Применение реактивного движения в технике

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. 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 НьютонуАвтором 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. [9]

в краткой научной энциклопедии можно найти и другое определение ракеты. Ракета — двигатель, подобный реактивному, который можно использовать в космосе, потому что у него есть собственный запас кислорода. [13]

Вывод: реактивное движение хорошо применяется в технике, а в животном мире, благодаря ему, передвигаются, растительном мире — перерождаются

1.3. Принцип действия ракет

Ракета с жидкостным двигателем несет в себе запас топлива и окислителя, которые подаются в камеру сгорания либо под давлением газа, либо, что бывает чаще всего, с помощью насосов. В камере они воспламеняются. Окислитель при этом необходим для выделения кислорода, без которого ничего не происходит.

Далее горящая жидкость создает мощную реактивную струю, которая устремляется наружу через сопло в задней части ракеты. Действие струи вызывает соответствующее противодействие в виде реакции струи, направленной в другую сторону, которая и толкает ракету вперед. [3]

Ракета является весьма «затратным» транспортным средством. Ракеты-носители космических аппаратов «транспортируют», главным образом, топливо, необходимое для работы их двигателей, и собственную конструкцию, состоящую в основном из топливных контейнеров и двигательной установки. На долю полезной нагрузки приходится лишь малая часть (1,5-2,0%) стартовой массы ракеты.

Составная ракета позволяет более рационально использовать ресурсы за счёт того, что в полёте ступень, выработавшая своё топливо, отделяется, и остальное топливо ракеты не тратится на ускорение конструкции отработавшей ступени, ставшей ненужной для продолжения полёта. Пример расчёта, подтверждающего эти соображения, приводится в статье Формула Циолковского.

Конструктивно многоступенчатые ракеты выполняются  поперечным  или  продольным разделением ступеней.

При поперечном разделении ступени размещаются одна над другой и работают последовательно друг за другом, включаясь только после отделения предыдущей ступени. Такая схема даёт возможность создавать системы, в принципе, с любым количеством ступеней. Недостаток её заключается в том, что ресурсы последующих ступеней не могут быть использованы при работе предыдущей, являясь для неё пассивным грузом.

При продольном разделении первая ступень состоит из нескольких одинаковых ракет (на практике, от 2-х до 8-и), работающих одновременно и располагающихся вокруг корпуса второй ступени симметрично, чтобы равнодействующая сил тяги двигателей первой ступени была направлена по оси симметрии второй. Такая схема позволяет работать двигателю второй ступени одновременно с двигателями первой, увеличивая, таким образом, суммарную тягу, что особенно нужно во время работы первой ступени, когда масса ракеты максимальна. Но ракета с продольным разделением ступеней может быть только двухступенчатой.

Существует и комбинированная схема разделения — продольно-поперечная, позволяющая совместить преимущества обеих схем, при которой первая ступень разделяется со второй продольно, а разделение всех последующих ступеней происходит поперечно. Пример такого подхода — отечественный носитель Союз.

Уникальную схему двухступенчатой ракеты с продольным разделением имеет космический корабль Спейс Шаттл, первая ступень которого состоит из двух боковых твёрдотопливных ускорителей, а на второй ступени часть топлива содержится в баках орбитера (собственно многоразового корабля), а большая часть — в отделяемом внешнем топливном баке. Сначала двигательная установка орбитера расходует топливо из внешнего бака, а когда оно будет исчерпано, внешний бак сбрасывается и двигатели продолжают работу на том топливе, которое содержится в баках орбитера. Такая схема позволяет максимально использовать двигательную установку орбитера, которая работает на всём протяжении вывода корабля на орбиту.

При поперечном разделении ступени соединяются между собой специальными секциями — переходниками — несущими конструкциями цилиндрической или конической формы (в зависимости от соотношения диаметров ступеней), каждый из которых должен выдерживать суммарный вес всех последующих ступеней, помноженный на максимальное значение перегрузки, испытываемой ракетой на всех участках полёта, на которых данный переходник входит в состав ракеты. При продольном разделении на корпусе второй ступени создаются силовые бандажи (передний и задний), к которым крепятся блоки первой ступени. Элементы, соединяющие части составной ракеты, сообщают ей жёсткость цельного корпуса, а при разделении ступеней должны практически мгновенно освобождать верхнюю ступень. Обычно соединение ступеней выполняется с помощью пироболтов.

Пироболт — это крепёжный болт, в стержне которого рядом с головкой создается полость, заполняя бризантным взрывчатым веществом с электродетонатором. При подаче импульса тока на электродетонатор происходит взрыв, разрушающий стержень болта, в результате чего его головка отрывается. Количество взрывчатки в пироболте тщательно дозируется, чтобы, с одной стороны, гарантировать отрыв головки, а, с другой — не повредить ракету. При разделении ступеней на электродетонаторы всех пироболтов, соединяющих разделяемые части, одновременно подаётся импульс тока, и соединение освобождается.
Далее ступени должны быть разведены на безопасное расстояние друг от друга. (Запуск двигателя высшей ступени вблизи низшей может вызвать прогар ее топливной емкости и взрыв остатков топлива, который повредит верхнюю ступень, или дестабилизирует её полет.) При разделении ступеней в атмосфере для их разведения может быть использована аэродинамическая сила встречного потока воздуха, а при разделении в пустоте иногда используются вспомогательные небольшие твёрдотопливные ракетные двигатели. На жидкостных ракетах эти же двигатели служат и для того, чтобы «осадить» топливо в баках верхней ступени: при выключении двигателя низшей ступени ракета летит по инерции, в состоянии свободного падения, при этом жидкое топливо в баках находится во взвешенном состоянии, что может привести к сбою при запуске двигателя. Вспомогательные двигатели сообщают ступени небольшое ускорение, под действием которого топливо «оседает» на днища баков. На приведённом выше снимке ракеты Сатурн-5, на корпусе третьей ступени (крайняя слева, в кадре представлена частично) виден чёрный корпус одного из вспомогательных твёрдотопливных двигателей разведения 3-й и 2-й ступеней.

Увеличение числа ступеней даёт положительный эффект только до определённого предела. Чем больше ступеней — тем больше суммарная масса переходников, а также двигателей, работающих лишь на одном участке полёта, и, в какой-то момент, дальнейшее увеличение числа ступеней становится контрпродуктивным. В современной практике ракетостроения более четырёх ступеней, как правило, не делается.

При выборе числа ступеней важное значение имеют также вопросы надёжности. Пироболты и вспомогательные РДТТ — элементы одноразового действия, проверить функционирование которых до старта ракеты невозможно. Между тем, отказ только одного пироболта может привести к аварийному завершению полёта ракеты. Увеличение числа одноразовых элементов, не подлежащих проверке функционирования, снижает надёжность всей ракеты в целом. Это также заставляет конструкторов воздерживаться от слишком большого количества ступеней.[8]

2. Реализация намеченного плана по изготовлению и тестированию макета реактивного движения

2.1.Спосбы создания макетов реактивного движения

1. Как сделать ракету из пластиковой бутылки

Эта модель дает возможность проводить множество различных опытов и, что самое главное, познакомиться с действием реактивного двигателя. Воздушно-гидравлическую ракету можно легко построить самому. Такую простейшую ракету (см. Приложение 1) сделать можно очень быстро из подручных материалов.

Для начала надо определиться, каких размеров будет ракета. Основа её корпуса будет простая пластмассовая бутылка из-под газировки. В зависимости от объема бутылки будут различаться полетные характеристики нашей будущей ракеты. Например, 0.5 литра хоть и будет маленькая по размерам, но и взлетать тоже будет невысоко метров на 10-15. Самый оптимальный размер это бутылка объемом от 1.5 до 2 литров, можно конечно еще взять и пяти литровый сосуд, но это будет для нас слишком мощно, не на Луну, же лететь.

Для старта потребуется также основной инструмент — насос, лучше, если он будет автомобильным и с прибором для измерения давления — манометром. Основной узел в ракете будет клапан, от него будет завесить эффективность всей нашей ракеты. С помощью него в бутылку нагнетается и удерживается воздух.

Возьмем проколотую или можно рабочую камеру от любого велосипеда и вырежем их неё “сосок”, часть, к которой мы подсоединяем насос. Еще потребуется обычная пробка от бутылок вина или шампанского, но так как их очень много разных форм и размеров, то главным критерием отбора для нас будет длина не менее 30 мм и диаметром, чтобы пробка входила в горлышко бутылки с натягом на 2/3 своей длины ( см. Приложение 2) .  

Теперь в найденной пробке следует сделать отверстие такого диаметра, чтобы “сосок” входил с усилием в неё. Отверстие сверлить лучше в два приема, сначала тонким сверлом, а потом уже сверлом нужного диаметра и главное это делать мягко с небольшим усилием. Далее “сосок” и пробку соединяем вместе, предварительно капнув в отверстие пробки немного “супер клея” для предотвращения просачивания воздуха из бутылки.

Последней деталью в клапане будет площадка (см. Приложение 3), которая служит для крепления клапана к стартовой площадке. Её нужно сделать из прочного материала, например металл или стеклотекстолит толщиной 2-3 мм и размерами 100х20 мм. После того как в ней сделали 3 отверстия под крепление и ниппеля, можно приклеивать к ней пробку, при этом лучше использовать эпоксидный клей для более прочного соединения. В итоге главное, чтобы часть ниппеля выступала над площадкой примерно на 8-11 мм, иначе не за что будет подсоединять насос.

Приступим к самой ракете. Она для её изготовления потребуется две бутылки объемом 1.5 литра, шарик от настольного тенниса, цветной скотч. Одну бутылку можно пока отложить в сторону, а со второй выполним операцию. Нужно отрезать аккуратно верхнюю часть бутылки, так чтобы общая длина составила примерно 100 мм. Далее отпиливаем от этой части головку с резьбой. В итоге получился у нас головной обтекатель, но это еще не всё. Так как осталась дырка в середине, то её нужно закрыть и в этом случае понадобится приготовленный шарик.

Возьмем целую бутылку, перевернем её горлышком вниз, сверху положим шарик и наденем головной обтекатель. В сумме получилось, что шарик немного выпирает за пределы окружности бутылки, он будет служить как элемент, смягчающий удар об землю при спуске с орбиты. Теперь ракеты нужно украсить немного, так как бутылки прозрачные, то в полете ракету будет плохо видно и для этого, где есть ровная цилиндрическая поверхность, обматываем цветным скотчем.

Вот и получилась в итоге заветная ракета, хотя она больше похожа на баллистическую межконтинентальную ракету. Можно конечно сделать стабилизаторы для сходства со стандартной ракетой, но они на полет никак не будут влиять на этом снаряде.

Стабилизаторы в количестве четырех штук легко сделать из картона из-под бытовой техники, вырезав их небольшой по площади. Приклеить их к корпусу ракеты можно с помощью клея жидких гвоздей или другого аналогичного.

Теперь начнем изготовление стартовой площадки ( см. Приложение 4). Для этого нам потребуется ровный фанерный лист толщиной 5-7 мм выпиленный квадратом со сторонами длиной 250 мм.

В центе сначала закрепим сделанную ранее площадку с клапаном, расстояние между отверстиями выбираем произвольно, расстояние между двумя площадками должно быть не менее 60 мм и для этого применяем в качестве крепления болты диаметром 4 или 5 мм и длиной соответственно не меньше 80 мм. Далее, чтобы ракету зафиксировать на стартовой площадке потребуется смастерить держатель с пусковым устройством, который состоит из двух уголков, двух гвоздей и 4 болтов с креплением. У уголка с одной стороны сверлим два отверстия под крепеж к стартовой площадке, расстояние между отверстиями, как и в уголке, так и в основной площадке должны быть одинаковы, например 30 мм.

С другой стороны обоих уголков также нужно сделать два отверстия диаметром 5 мм под два больших гвоздя таким же диаметром, но расстояние между отверстиями должно быть такое, чтобы расстояние между самими гвоздями было от 28 до 30 мм. Когда всё собрано, следует отрегулировать высоту положения фиксирующих гвоздей.

Для этого установим бутылку на клапан, как в боевом режиме, с большим усилием и после этого нужно так подобрать высоту уголков, чтобы гвозди легко скользили в самих отверстиях и между горлышком бутылки. Гвозди служат также спускающим механизмом, но еще потребуется сделать специальную пластинку соединяющих их и для веревочки, которую мы будет дергать для запуска ракеты. Завершающими элемента в стартовой площадке будут ножки, для которых нужно просверлить 4 отверстия во всех углах площадки и прикрутить 4 небольших болта длиной от 30 до 50 мм, они служат для фиксации стартового стола в земле.

Ракета должна быть наполнена водой в строго указанном количестве, это 1/3 от общей длины всей бутылки. Опытным путем легко убедиться, что заливать слишком много воды, как и слишком мало, не стоит, так как в первом случае для воздуха остается слишком мало места, а во втором — слишком много. Тяга двигателя в этих случаях будет очень слабой, а время работы — непродолжительным. При открытии клапана сжатый воздух начинает выбрасывать воду через сопло, в результате чего возникает тяга, и ракета развивает соответствующую скорость (около 12 м/с). Следует иметь в виду, что на величину тяги влияет также площадь поперечного сечения сопла. Тяга, уменьшающаяся по мере выбрасывания воды, позволит ракете достигнуть высоты 30 — 50 м.

Несколько пробных запусков при слабом или умеренном ветре позволяют сделать вывод, что при герметическом соединении клапана с бутылкой, правильном наполнении водой и при вертикальной установке модели на старте она может достигнуть высоты около 50 м. Установка ракеты под углом 60° приводит к уменьшению высоты подъема, однако дальность полета увеличивается. При более пологих траекториях либо старты модели будут неудачными, либо дальность полета будет небольшой. Модель, запущенная без воды, будет очень легкой и поднимется только на 2 — 5 м. [10] .

2. Ракета из гильзы

Модели ракет и их создание является одним из способов досуга, ведь создать ракету очень просто. Для этого нужно взять немного бумаги, гильзу от ружья, селитру, которую можно приобрести в любом садово-дачном магазине, клей и применить небольшой опыт создания ракет, изложенный ниже.

В любой ракете главное две вещи — это корпус и горючее. Корпус должен создавать как можно меньше сопротивления к воздуху при полете, придавать стабильное положение и быть легким. Поэтому головная часть ракеты снабжается обтекателем конической формы, а низ ракеты украшают стабилизаторами из трех — четырех крыльев для стабильного движения вверх, созданных в нашем случае из бумаги или картона.

А вот с топливом дело обстоит сложнее. Эффективность топлива зависит от его массы (чем легче, тем лучше), дешевизны, легкости хранения, стабильности горения и максимальности отдачи энергии. Именно запас энергии является основной проблемой, так как вещества хорошо подходящие на роль топлива чрезвычайно активны и постоянно пытаются высвободить свой запас. Следовательно, для моделей такие жидкие взрывоопасные топлива нужно исключить, ввиду их опасности. Остается только более безопасные твердые топлива. В нашем случае прекрасно подойдут следующие виды топлива в виду их дешевизны и доступности:

• Газетная бумага, пропитанная горячим раствором  селитры, затем высушенная и туго скрученная в рулон, засунутая в гильзу от охотничьего ружья с отсутствующим капсюлем;

• Карамельное топливо из сахара, глюкозы или сорбита 35% смешенного с калиевой селитрой 65%. Оно не прожигает корпус двигателя при горении, который выполняется из стрелянной металлической гильзы (с удаленным капсюлем), куда вливается расплавленная карамель. Отверстие из-под капсюля выполняет роль сопла, поэтому поджигается топливо в этом месте. С другого конца отверстие наглухо закрывается с помощью заглушки, закрепленной на корпусе с  маленькими болтами или пыжом на жидких гвоздях;

• Порох марки ДРП-3П, который насыпается в фольгу и заворачивается в виде трубки с фитилем для поджога. Такой порох можно приобрести в виде уже готового ракетного двигателя РД-1. В РД-1 кроме топлива присутствует также вышибной заряд для парашютной системы и электрическая спичка для запуска ракеты. Его легко купить и он довольно-таки дешевый и легко убирается из модели, после того как она приземлилась. Это дает возможность собрать многоразовую модель ракеты и оттюнинговать ее, начиная от раскраски и заканчивая кольцевыми стабилизаторами.

Для того чтобы сделать модель ракеты достаточно следующих действий:

• Подберите трубу с аналогичным диаметром, что и ваш двигатель и длиной в 22 раза больше диаметра;

• Туго оберните 5 – 6 раз трубу бумагой или пергаментом, проклеивая каждый слой клеем;

• Высушите корпус и вытащите трубу;

• С помощью ножа выточите конус из пенопласта и приклейте к отверстию бумажного цилиндра с помощью жидких гвоздей или клея момента;

• С другого края приклейте трех сантиметровые в высоту и в длину стабилизаторы из картона так, чтобы модель могла стоять и не падать, иметь зазор между землей и концом ракеты;

• Вставьте в конец цилиндра двигатель с фитилем или электро-спичкой;

• Поставьте на землю ракету и запустите ее.

Если лень делать модель ракеты, то можно приобрести ее. Как правило, такие модели снабжены ракетным двигателем, видеокамерой на борту, чтобы можно было запечатлеть полет и парашютом, который выпускается при срабатывании вышебного заряда двигателя после того, как топливо сгорело. [11]

3. Ракета из бумаги и воздушного шара

 Спору нет, ракетный моделизм — дело трудное и далеко не всем по плечу. Но можно начинать свой путь в космос с простейших моделей, например, такой, как эта. Материалом для нее послужит обыкновенная бумага, а двигателем… воздушный шарик. Энергии его воздушного потока вполне хватит, чтобы поднять ракету на 10-15-метровую высоту. Собрав же с друзьями несколько таких ракет, вы можете устроить увлекательные соревнования.

Для работы вам понадобится писчая и цветная бумага, ватман, тонкий картон, клей, алюминиевая фольга, лейкопластырь или клейкая лента, отрезок пластмассовой трубочки диаметром 10-15 мм, пробка для химической посуды, алюминиевая краска, скрепки, маленький гвоздик, винт и гайка с резьбой МЗ-М4 и два воздушных шарика.

Лист писчей бумаги размером 15×12 см скатайте в трубку (см. Приложение 5) и склейте — это будет корпус ракеты. Ширина полосы склейки — 1 см. Концы трубки оберните полосками липкой ленты или лейкопластыря шириной 0,5 см (см.Приложение 5 ). Верхнюю часть — двумя слоями, нижнюю — одним.

Затем оклейте оставшуюся поверхность алюминиевой фольгой (см.Приложение 5).

Делать это надо очень аккуратно, иначе корпус сомнется. Верхнюю полоску ленты или лейкопластыря заклейте такой же по ширине полоской цветной бумаги. Когда клей подсохнет, скруглите внутренние края трубки надфилем или, на худой конец, пилкой для ногтей. Это уменьшит трение шарика о стенки корпуса, а значит увеличит скоростью и дальность полета ракеты. Дно корпуса вырежьте из ватмана. Длина «лапок»- около 1 см. Отверстие в центре должно быть на 1-2 мм больше диаметра втулки (см.Приложение 5).

Саму втулку можно изготовить из пластмассовой трубки или пробки от шампанского. Порядок монтажа показан на рисунке 6. «Лапки» загните и прикрепите клеем к внешней стороне корпуса. Все стыки проклейте. Затем оберните нижнюю часть корпуса полоской липкой ленты или лейкопластыря шириной 1 см и заклейте полоской цветной бумаги такой же ширины (см. Приложение 5). Следующий этап — изготовление плоскостей стабилизаторов хвостового оперения (см. Приложение 5). Вы разберетесь, как их сделать, внимательно рассмотрев рисунки. Размеры подберите соответственно длине корпуса. Готовые детали приклейте к корпусу так, чтобы они были с ним в одной плоскости. К стабилизаторам хвостового оперения крепятся двигатели. Сделайте их из бумажных полосок, скатанных в трубочки Они должны быть чуть длиннее стабилизаторов. Теперь очередь за главным двигателем ракеты. Он располагается внутри корпуса.

Возьмите два воздушных шарика и аккуратно, чтобы не проткнуть невзначай резину, вставьте один в другой с помощью карандаша или ручки. Горловины натяните на изготовленную из пробки втулку Ее можно сделать и из бумаги. Внутренний диаметр втулки-ропла не должен превышать 1,5 см, иначе скорость истечения воздушного потока будет мала и ракета не сможет оторваться от земли.

Не следует делать сопло и слишком маленьким — резко упадет мощность воздушного потока. Еще один важный элемент двигателя — запорная пробка-клапан. Он позволяет ракете постоянно находиться в «боевой готовности».

Сделать клапан проще всего из подходящей по размеру резиновой пробки для химической посуды. Слегка заточите ее на конус, как показано на рисунке 15, и просверлите отверстие диаметром 4-5 мм.

Затем вырежьте из картона кружок точно по диаметру пробки и приклейте его лейкопластырем или липкой лентой .

Осторожно установите готовый клапан во втулку. Он должен достаточно свободно входить и выниматься, надежно перекрывая выход воздуха. Принцип действия клапана и способ надувания шарика показанным в изложении 5 Для запуска ракеты понадобится стартовая установка. Вырежьте из картона три одинаковых диска диаметром 15 см и один диск поменьше — диаметром 12 см.

Последний разрежьте на две части точно посередине и отогните края на 1 см (см. приложение 6). Это будут щеки стартовых направляющих. На один из больших дисков наклейте четыре пустых спичечных коробка и плотно скрученный бумажный ролик.

Направляющие складываются из листа ватмана размером 20×10 см. Сверху на них наклеивают стопкой 2—3 кусочка картона (см. Приложение 6 ), которые не позволят ракете соскальзывать вниз.

Порядок сборки стартовой позиции показан на рисунке 24: Прежде чем наклеивать щеки, не забудьте соединить все три диска гвоздиком, воткнув его в бумажный ролик, наклеенный на нижний диск.

Средний круг приклейте к коробкам. В результате у вас получится стол, вращающийся на 360°, с изменяемым углом наклона направляющих. Все сооружение окрасьте серебряной краской.

Общий вид ракеты на позиции показан на рисунке 25. Щеки соединяются с направляющими винтом или осью с загнутыми краями и приклеиваются к верхнему диску. Все готово к запуску. Остается только вынуть пробку-клапан. [1]

4. Ракета это просто

Сделать простую, но эффектно летающую, модель ракеты несложно даже в домашних условиях. Для этого не нужно никаких специальных знаний и навыков. Тем не менее, нужно соблюдать некоторые правила, на которые я буду обращать внимание по ходу статьи. Информации по данному вопросу в интернете достаточно, но для начинающего самодеятельного ракетостроителя в этих статьях, на мой взгляд, есть ряд недостатков. Либо это очень простые ракеты на уровне пиротехнических (движок с палочкой), либо сложные — с керамическими соплами, вареным топливом, электрическим запалом и т.д. и т.п. Кроме того те правила, которые надо соблюдать при изготовлении ракет никем четко не систематизированы, или на них не делается акцент, по-видимому подразумевая их само собой разумеющимися.

В моем понимании ракета, пусть даже простейшая – это система: двигатель, планер, стартовая установка, система зажигания. Это конечно минимально допустимый набор, поскольку в более широком смысле в нее надо добавить еще полезную нагрузку в виде системы спасения, измерительной аппаратуры и т.п., но, во-первых, этот пункт является самым сложным в ракете, во-вторых, осваивать его надо научившись запускать небольшие легкие ракеты без нагрузки. Я очень подробно расскажу, как сделать 15-ти миллиметровую ракету на карамельном порошковом топливе, которая может подняться на высоту более 200 м. Конструкция разработана и тщательно отработана мною во множестве экспериментальных запусков.

Двигатель. Необходим простейший набор измерительных и чертежных инструментов: линейка, штангенциркуль, карандаш.

Корпус двигателя делается из 10-ти слоев высококачественной офисной бумаги. Для этого из стандартного листа А4 отрезаются по длине две полоски шириной 69 мм. Далее берется оправка – ровный гладкий и прочный, лучше металлический, стержень (или трубка) длиной более 80 мм и диаметром 15 мм. Чтобы корпус не прилипал к оправке, можно отрезать кусок широкого скотча по длине оправки и накатать его на оправку в поперечном направлении. Затем на оправку наматываются последовательно полоски бумаги, которые в Ацесссе намотки обильно, без пропусков, промазываются силикатным клеем. Прилегающую к оправке сторону первого витка промазывать клеем, конечно, не надо. Наматывать, точнее, накатывать бумагу надо на твердой ровной поверхности, так, чтобы витки ложились друг на друга практически без сдвига и очень плотно, без пузырей. Подложите газетный лист, чтобы не только сохранить в чистоте поверхность, но и убрать излишки клея, выделяющиеся в процессе накатки. Чтобы не было сдвига витков, я рекомендую сначала накатать полоску «всухую», так чтобы она правильно пошла, затем сделать аккуратный «откат» до первого витка, не отрывая оправку от стола, затем опять начать накатку уже с промазкой клеем. Обязательно надо промазать начальный край полоски так, чтобы он четко приклеился на первом витке. Нужен, конечно, некоторый опыт, чтобы эта операция удалась. Однако некондиционные корпуса не выбрасывайте. Они пригодятся для подгонки диаметра сопла, заглушки, для изготовления разных кондукторов и стопорных колец. После того как полосы проклеены, можно прокатать корпус на оправке с помощью ровной досочки, чтобы уплотнить витки. Делать это надо только в направлении намотки.

После этого неплохо прогнать еще сырой корпус через внешнюю оправку – металлический цилиндр с внутренним диаметром 18 мм. Корпус движка должен достаточно плотно проходить через эту оправку, этого надо добиться обязательно, поскольку в дальнейшем придется проводить набивку корпуса топливом, что без плотно сидящей внешней оправки делать нельзя. Если такую трубку найти не удастся, надо будет изготовить внешнюю оправку намоткой не менее 15-ти слоев офисной бумаги на уже готовый корпус двигателя, так – же на силикатном клею. Слегка подсушив корпус, надо снять его с оправки предварительно провернув против намотки. Дальше, пока корпус полностью не высох надо вставить с одной стороны готовое сопло. Для этого конечно необходимо, чтобы сопло уже было подготовлено.

Итак, изготавливаем сопло. Рекомендую сделать сразу два сопла, далее будет понятно почему. Обычно несложно найти деревянный стержень диаметром 16-18 мм, лучше из твердого дерева вроде бука или граба. Аккуратно торцуем его, т.е. делаем ровный перпендикулярный оси спил на одном конце. Для этого надо отрезать ровную полосу ватмана, шириной ~100мм и плотно намотать на стержень, точно виток над витком. По краю этой намотки постепенно поворачивая стержень и удерживая ватман на месте делаем круговой пропил. Слегка зачистив шкуркой, место спила получаем четкий торец. Здесь мы подошли вплотную ко второму правилу, непосредственно вытекающему из первого:

Торцанув деревяшку, по той же схеме отпиливаем от нее цилиндр высотой 12 мм. В этой заготовке по центру вдоль оси сверлим отверстие диаметром 4,0мм. Делать это лучше на сверлильном станке, хотя бы сделанном из дрели со специальной сверлильной подставкой. Она не слишком дорогая, но позволяет делать вертикальное сверление. Если такого устройства нет, можно использовать любой простейший кондуктор, в конце концов, сделать сверление вручную. Особая точность в данном случае не нужна, поскольку фишка в следующей технологии. Просверлить заготовку по центру не удастся даже на сверлильном станке. Поэтому я просто надеваю заготовку на шпильку М4 и зажимаю с двух сторон гайками.

Затем зажав в патрон дрели, обтачиваю до нужного диаметра (15 мм) напильником и шкуркой. Если есть отклонения от перпендикулярного направления относительно оси торцевых поверхностей, это тоже можно поправить при обточке. Дрель для этого надо, конечно, как-то закрепить на столе, такие приспособления тоже есть в продаже. После такой операции отверстие сопла находится точно по центру. На боковой поверхности сопла, так же на дрели, по центру делаем проточку квадратным или круглым надфилем глубиной 1,0-1,5мм. Подгонку диаметра лучше всего делать, имея заготовку корпуса двигателя, можно некондиционную, которые у вас появятся в процессе производства. Наконец сопло готово. Оно не отличается жаропрочностью и в процессе работы движка прогорает до диаметра 6 — 6,5 мм. Некоторые называют такие движки даже бессопловыми. Я бы не совсем с этим согласился, поскольку это простейшее сопло все-таки обеспечивает четко направленный стартовый вектор тяги. Кроме того, такое сопло «автоматом» регулирует давление в движке, позволяя простить некоторые ошибки начинающих ракетомоделистов.

Теперь надо изготовить заглушку. Это-то же сопло, но без центрального отверстия. Тут можно придумать разные технологии изготовления. Проще всего использовать в качестве заглушки еще одно сопло, только под него при сборке придется подложить, например, советскую копейку, ее диаметр как раз 15 мм, или залить отверстие эпоксидной после установки в корпус. К тому же оно пригодится для центровки основного сопла.

Первый этап сборки двигателя — установка сопла. Делать это надо пока корпус еще не просох, т.е. практически сразу после намотки. Сопло устанавливается в корпус с одного торца на силикатном клею заподлицо с краем корпуса.

Гарантий, что канал сопла направлен строго по оси нет, поэтому делаем простейший кондуктор. Для этого с противоположной стороны корпуса двигателя вставляем еще одно сопло (которое мы приготовили для заглушки), без клея естественно, и соединяем оба сопла металлическим стержнем диаметром 4,0 мм. Сносность обеспечена.

Давление при работе в таком несложном движке может достигать 10 атмосфер, поэтому надеяться, что клей удержит сопло, мы не будем, а сделаем так называемую «перетяжку». Для этого делаем круговую линию на корпусе, отступив 6мм от края движка со стороны сопла, отметив, таким образом, положение боковой проточки сопла.

Далее берем прочную капроновую веревку толщиной 3-4 мм, привязываем ее к чему-то прочно-неподвижному, я, например, к гире 20 кг которую еще удерживаю ногой. Делаем один оборот веревки по отмеченной линии и, удерживая движок перпендикулярно веревке, сильно натягиваем. Чтобы не порезать руку можно привязать к концу веревки какую-нибудь палку. Операцию повторяем несколько раз, провернув движок относительно оси, пока не образуется четкая канавка-перетяжка. Промазываем ее клеем и наматываем 10 витков х/б нитки №10. Нитку сверху промазываем еще раз клеем. Для завязки нитки очень удобно использовать рыбацкий узел. Теперь можно считать сопло полностью установленным, надо только хорошенько просушить корпус двигателя не менее суток.

Непосредственно назрел вопрос о топливе. Конечно, его надо решить в первую очередь, перед тем как приступать к производству ракеты, но я веду рассказ, так сказать, в порядке логической очередности. Соблюдать этот порядок при изготовлении ракеты конечно не обязательно. Самым доступным, безопасным и одним из самых эффективных считается карамельное порошковое топливо, состоящее из смеси тонко измельченного сахара 35% и калиевой селитры 65%. Процентовка только по весу. Достать компоненты несложно. Про сахар я не говорю, а селитру ищите в садоводческих магазинах и рынках. Лучше всего, конечно, купить качественную селитру в специализированной фирме (Русхим, Вектон). Точное соблюдение весовых соотношений обязательно.

Мне могут возразить, что, например, весовые соотношения могут варьироваться в некотором диапазоне. Но, во-первых, данное соотношение оптимально, поскольку проверено и применяется многими «профи», во-вторых, наша задача кроме изготовления хорошо тянущего топлива, обеспечить еще и повторяемость результатов. Только при таком условии можно вести отработку конструкции ракеты, добиваясь максимальных результатов.

Однако вернемся к нашим баранам. Компоненты сначала надо тщательно измельчить. Мельчить сахар совсем не обязательно — можно просто купить Ахарную пудру. А вот селитру придется не только измельчить — где-то 30-40 сек в кофемолке, заходами по 15-20 сек — но и предварительно хорошенько просушить. Сушить можно на верхней полке духовки на самом маленьком огне при приоткрытой дверце в течение не менее получаса, рассыпав селитру нетолстым слоем на бумажном листе. Затем компоненты надо отвесить. Именно на этом моменте «молодежь» часто допускает вольности, отмеряя компоненты по объему на глаз. Это грубое нарушение правила №4. Отсутствие весов – не аргумент. Ведь компоненты топлива смешиваются «в пропорции», т.е. сам вес нам не нужен, нужно соотношение. Короче, у кого нет, срочно делаем весы. Нам надо всего около 11 г топлива на один движок. Так чтоб с запасом надо сделать около 15 г.

Когда компоненты отмерены, можно их смешать. Есть несколько способов перемешивания. К сожалению, они все имеют недостатки. Лучший результат дает перемешивание в кофемолке, секунд 30, но этот способ считается опасным, поскольку возможно возгорание смеси. Неплохой результат дает активная тряска компонентов в закрытой стеклянной банке в течение 3-5 мин. Такой способ полностью безопасен. Готовое топливо надо засыпать в герметично закрывающуюся банку, типа майонезной, во избежание отсыревания оного.

Для этого прессуем небольшую тонкую таблетку-лепешку из топлива и в безопасном месте на гладкой негорючей поверхности поджигаем ее с одного края. Таблетка должна гореть активно, пламя должно иметь четкую направленность, сама таблетка должна вести себя беспокойно, норовя сорваться с места. После сгорания не должно остаться практически никаких шлаков. Такое топливо можно считать подходящим.

Если корпус движка просох можно приступать к набивке. К этой операции я призываю отнестись с максимальной серьезностью. От качества ее проведения зависит не только качество работы движка, но и само его существование. Проще говоря, некачественная набивка может привести к взрыву.

Сначала разбираем систему центровки сопла и помещаем корпус движка во внешнюю оправку, о которой я уже упоминал. Это обязательно, поскольку при набивке возникают усилия, которые могут повредить корпус. Напомню, корпус должен входить во внешнюю оправку свободно, но плотно, без люфтов. Сначала при помощи подходящего стержня или хвостовика сверла плотно запрессовываем топливом канал сопла. Только аккуратно без фанатизма – сопло может расколоться. Затем помещаем движок в оправке на ровную прочную поверхность. Засыпав небольшую порцию топлива, при помощи подходящего по диаметру (~14,5мм) прочного стержня с плоским торцом и молотка прессуем эту порцию. Здесь важно, чтобы порции топлива были все время одинаковыми – приблизительно объем маленькой ложечки от мороженного Баскин-Роббинс «с горкой», чтобы удары молотком шли по нарастающей от слабого к довольно сильному, и количество их было одинаковым. Движок при этом надо удерживать на столе вертикально без перекосов, дабы не повредить его. Продолжаем эту нудную, но ответственную операцию до тех пор, пока до верхнего края движка останется незаполненным 12 мм по высоте. Высота топливного заряда будет составлять 45 мм. Аккуратно почистив стенки свободного объема, берем заглушку, смазываем силикатным клеем и вставляем ее в верхнюю часть. Не вынимая корпус из внешней оправки, подпрессовываем молотком заглушку пока она плотно не сядет на топливо. Теперь достаем движок из оправки и делаем перетяжку на корпусе, фиксирующую заглушку, по схеме, описанной для сопла. Единственное, что надо будет предварительно сделать, это, поскольку корпус уже приобрел приличную прочность, сначала продавить его по линии отметки перетяжки каким-нибудь металлическим предметом имеющим тонкую, но не острую кромку. Можно воспользоваться стальной проволокой 2мм (спица от велосипеда). Обязательна обмотка нитками на клею в месте перетяжки.

Если наша заглушка делается из второго сопла, т.е. имеет «технологическое» отверстие, то напоминаю, надо, либо переде установкой подложить под неё копейку, либо залить отверстие эпоксидной. В данный момент как раз пора воспользоваться смолой.

Теперь приступаем к организации канала, увеличивающего площадь горения топлива. Для этого через сопло, сверлом того же диаметра высверливаем в топливе канал длиной 35мм. Для соблюдения сносности канала используем кондуктор из некондиционного корпуса, внешней оправки и еще одного сопла. Я думаю, несложно сообразить, как его организовать. Все теперь движок практически готов. Надо только дождаться когда просохнет клей на заглушке. После просушки надо завернуть движок в целлофан, чтобы не отсырело топливо. Неплохо на движке записать его основные параметры. Эта привычка может пригодиться в дальнейшем.

Пора делать систему зажигания. Простейшая система состоит из стопина и замедлителя (фитиля).

Соблюдение шестого правила обязательно. Безопасное расстояние для ракеты данного класса – не менее 30 м. Стопин делается элементарно. Кусочек коктейльной трубки не толще 3-4 мм длинной 50мм плотно набивается топливом «карамелькой». Для увеличения поджигающей способности стопина, в конец трубки можно вставить спичечную головку. Я делаю немного сложнее – намазываю смесь спичечной серы с нитроклеем. Удачно подобранная толщина такой намазки позволяет зафиксировать стопин в канале движка без дополнительных ухищрений. Один пробный стопин надо испытать, т.е. просто поджечь его на негорящей поверхности и проконтролировать, чтобы горение было активным, ровным без перебоев и вспышек. Делайте такие проверки на открытом воздухе, иначе в помещении будет долго и противно пахнуть. Стопин надо вставить в топливный канал двигателя на глубину 10 мм. До самого конца задвигать стопин не следует, поскольку пластик трубки может забить сопло, что приведет к взрыву. Чтобы стопин зафиксировать, можно проложить параллельно х/б нитку или полоску тонкой бумаги. Важно чтобы фиксация происходила в верхней точке, чтобы стопин не вывалился по мере сгорания. Замедлитель изготавливается из куска тонкой х/б бельевой веревки, которая состоит из нитей и оплетки Веревку надо сутки вымочить в крепком растворе калиевой селитры. Раствор приготовляется из 25 г селитры залитой 2/3 стакана горячей воды. Вымоченная веревка просушивается и от нее по мере надобности отрезается кусочек 3-4 см, что собственно и является замедлителем. Время срабатывания замедлителя можно проконтролировать, спалив один кусочек определенной длины и замерив, длительность горения. Замедлитель должен давать задержку не менее 20 сек. Замедлитель крепится к свободному концу стопина простым наворачиванием торцевой части на глубину 5мм. Это правда лучше делать перед самым запуском ракеты и установкой ее на стартовый стол. Предварительно можно гвоздем диаметром 3мм провертеть посадочный канал в нитях замедлителя, что облегчит задачу крепления замедлителя на стопине. При запуске поджигаем замедлитель, спокойно отходим на нужное расстояние и спокойно наблюдаем за стартом. Но об этом позднее. Кстати тут нарисовалось следующее правило

Профессионалы от ракетомоделизма в этот список включают и сами движки, испытывая их на стендах и отрабатывая характеристики. Я не буду настаивать на этом, поскольку понимаю, что изготовление первого двигателя для начинающего ракетчика все-таки целое событие и просто спалить его — непозволительная роскошь. К тому же, если четко следовать всем приведенным инструкциям, то вероятность успешного запуска очень велика. Но, если разнесет – я предупреждал.

Теперь будем делать собственно ракету. Можно конечно примотать движок к рейке и запустить из бутылки, но, по-моему, это низведение достаточно изящного процесса ракетостроительства до изготовления простой шутихи. Я применяю реечный вариант только для отработки движков, когда надо испытать несколько вариантов, результат запуска которых заранее неизвестен. Поэтому я расскажу, как сделать очень простую, но все-таки ракету, со всеми ее атрибутами. Поскольку на этом этапе всегда возникает соблазн проявить инициативу и творчество, сразу предупреждаю, усложнять здесь для начала не стоит, поскольку вероятность потерять ракету после запуска очень велика, на стадии отработки я потерял подряд три ракеты. Улетают они – будь здоров!

Конструкция, которую я предлагаю, очень проста. Корпус фюзеляжа делается так же как и у движка, только для этого берется один кусок офисной бумаги шириной 110мм и наматывается на оправку диаметром 18мм. Надо проконтролировать, чтобы движок с трением, но свободно вставлялся в корпус ракеты. Можно сделать корпус ракеты немного больше диаметром, а движок подогнать намоткой колец бумаги по краям движка.

Стабилизаторы делаются склейкой двух заготовок, см. Рис.3, из тонкого картона, типа визиточного. Всего надо сделать три штуки. В месте крепления к корпусу на заготовках делается отгиб 4мм в разные стороны, что после склейки половинок создает удобную поверхность для приклеивания к фюзеляжу. Размер и форма стабилизаторов дело весьма произвольное, естественно в определенных рамках. Так что лучше для начала не экспериментировать, а сделать по приведенной схеме. Клеятся стабилизаторы на корпус быстросохнущим клеем типа «Супермомент», по предварительно сделанной четкой разметке. Определить положение стабилизаторов совсем несложно, для этого не нужно даже вспоминать школьные формулы. Первая отметка, т.е. положение первого стабилизатора – клеевой шов на фюзеляже. Далее берем тонкую металлическую линейку, упираем ее нулевой отметкой в клеевой шов и прокатываем на столе на один оборот. Положение клеевого шва после оборота покажет нам периметр фюзеляжа. Поделив его на 3, получаем положение двух других стабилизаторов относительно первого. Путем такой же накатки линейкой делаем отметки на фюзеляже.

Опыт показал, что клеевого соединения недостаточно, поэтому в стабилизаторах, впритык к корпусу делаются шилом два отверстия, сквозь которые, с помощью иголки наматывается не менее пяти витков х/б нитки №10. Под нижнюю намотку предварительно вставляется один направляющий кольцевой зацеп. Нитки промазываются силикатным клеем. Такой же направляющий зацеп крепится с помощью ниток и клея в носовой части ракеты строго над нижним. Направляющие зацепы делаются из маленьких канцелярских скрепок, с таким расчетом, чтобы в них легко проходил стержень диаметром 5 мм.

Носовой обтекатель ракеты можно сделать из винной деревянной пробки, обточив ее как сопло, на дрели. Пробковый материал довольно сложен в обработке, поэтому действовать надо аккуратно, используя не очень грубую шкурку. Тут надо поэкспериментировать.

Теперь надо вклеить стопорное кольцо, для фиксации двигателя. От некондиционного корпуса движка отрезаем кольцо шириной 12 мм, или делаем его специально по двигательной технологии. Вставляем с хвостовой части ракеты двигатель до совмещения нижних торцов корпуса ракеты и двигателя, а с носовой части вставляем стопорное кольцо, промазав его клеем. Проталкиваем кольцо внутрь, пока оно не упрется в движок. Выталкиваем движок, а кольцо оставляем клеиться. Собственно ракета готова. Пусть постоит, посохнет, а мы займемся стартовой установкой.

«Пусковая установка» — это звучит гордо! На самом деле это направляющий стержень-металлический пруток диаметром 5-6мм и длинной 70-100см, который втыкается просто в землю или в толстую доску размером 40х40см. На стержень плотно наматываются несколько витков толстой медной проволоки с таким расчетом, чтобы не дать ракете опуститься на землю, зафиксировав ее на небольшой высоте, позволяющей свободно крепить стопин и замедлитель. Важно проверить, чтобы намотка не мешала сходу ракеты с направляющей.

Поскольку центр тяжести у такой ракеты находится спереди от центра давления и точки приложения тягового усилия, недостаточно разогнавшись, ракета может перейти в горизонтальный полет и догнать незадачливого моделиста. Кстати, к такому развитию событий надо быть готовым даже при наличии качественной направляющей и не зевать в случае чего.

Я не буду сейчас вдаваться в теорию, просто расскажу, как это сделать на практике. Для этого устанавливаем двигатель на ракету и находим ее центр тяжести. В центре тяжести привязываем нитку длинной около метра. Теперь начинаем вращать ракету на нитке вокруг себя, стараясь чтобы вначале ракета пошла хвостом вперед. Если ракета, в конце концов, начинает ориентироваться носом вперед и не меняет эту ориентацию при вращении, то она аэродинамическим устойчива. Лучше если полная стабилизация происходит в течение 1-2-х полных оборотов. Если процесс стабилизации затягивается дольше, или стабилизация совсем не наступает надо увеличить устойчивость ракеты. Для этого надо либо поменять размер и форму стабилизаторов в сторону увеличения и смещения назад, либо загрузить носовую часть ракеты балластным грузиком.

Запуск ракеты самый интересный момент. Ваше увлечение не должно быть источником опасности для других. Поэтому надо найти площадку, на которой в радиусе 200м нет посторонних людей, строений, легко воспламеняющихся объектов. Итак, ракета на старт! Втыкаем направляющую в землю с небольшим наклоном от себя поперек направления ветра. Это важно! (помните о горизонтальном полете?). Устанавливаем на ракету двигатель, стопин, замедлитель. Надеваем ракету на направляющую. Еще раз убеждаемся, что ракета легко сдвигается с места установки. Спокойно поджигаем замедлитель, спокойно отходим на 30м в поперечном к ветру направлении, спокойно наблюдаем за стартом. Стопин горит с большим выделением дыма, поэтому переход от замедлителя к стопину всегда заметен издали. Если после отработки стопина ракета осталась на месте, не спешите бежать к ней. Надо выждать не менее 5мин, иначе можно нарваться на неприятности. Работу системы зажигания лучше контролировать с помощью бинокля. Ракета обычно стартует очень активно, поэтому, чтобы отследить ее полет надо проявить достаточную сноровку. [2]

2.2. Конструирование и тестирование макета реактивного движения на примере создания ракеты

Я выбрал построение ракеты из пластиковой бутылки и не много её упростил.

ИНСТРУКЦИЯ:

Шаг 1.

Приготовим предметы :ниппель от велосипедной камеры ;деревянная пробка из под вина ;бутылка наполненная водой на 1/3 водой

Шаг 2.

Разрезаем пробку на пополам

Шаг 3.

Делаем в половине пробки дырку с помощью сверла и вставляем туда ниппель. После чего заталкиваем пробку с ниппелем в горлышко бутылки

Запуск.

Закрепляем бутылку в нужное направление и подаём воздух с помощью насоса до тех пор пока бутылка не взлетит .

2.3. Описание видеоролика «Ракета своими руками»

Преподавание физики в школе подразумевает постоянное сопровождение курса демонстрационным экспериментом. Однако в современной школе проведение экспериментальных работ по физике часто затруднено из-за недостатка учебного времени, отсутствия современного материально-технического оснащения. С появлением компьютерной техники и новых информационных технологий появилась возможность дополнить «экспериментальную» часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков. Использование компьютеров на уроках физики превращает их в настоящий творческий процесс, позволяет осуществлять принципы развивающего обучения. Есть возможность отобрать необходимый материал, подать его ярко, наглядно и доступно.

Именно поэтому практическую часть своей работы я решил представить в виде учебного видеоролика по изготовлению макета реактивного движения.

Данный ролик содержит подробную инструкцию по сборке макета ракеты и демонстрацию по ее запуску.

После просмотра ролика можно понять суть особенностей реактивного движения, а также легко повторить сборку и запуск представленного макета.

Созданный мной видеоролик предназначены для всех, кто хочет научиться запускать ракеты, не тратя на это много времени и усилий, а также всем, кому не безразлична проблема дефицита демонстрационных материалов в учебных заведениях.

Моим продуктом могут воспользоваться не только учащиеся школ, а также учителя и родители.

Заключение

Закончив свой проект, я испытала удовлетворение от проделанной работы, поскольку все, что было задумано, получилось. Мне удалось выбрать тему проекта, которая действительно актуальна, сформулировать цель и задачи, для ее разрешения.

В настоящее время благодаря многим учёным со всего света, изучение реактивного движения продвинуто, но насколько оно продвинуто и сколько осталось до конца пути никто не знает. Человек уже был в космосе, но он чувствует и знает, что он не увидел и одной миллиардной доли того чего бы хотел увидеть. Значит, нам есть к чему стремиться, а если в жизни есть цель, что значит то, что она небессмысленна

ДОБАВИТЬ

Кроме того, проект имеет важную практическую значимость: оказывает помощь и учащимся, и учителям физики при изучении темы «Реактивное движение».

Список используемых источников

1. http://www.mirpodelki.ru/index.php?id=33

2. http://kia-soft.narod.ru/interests/rockets/rk1/rk1.htm

3. http://kosmosl.ru/index.php/2010-06-18-06-54-45/72-2010-06-18-08-40-02

4. http://otvet.mail.ru/question/30484788.ISBN 5-902872-08-1

5. http://referatwork.ru/refs/source/ref-114718.html

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C4%E2%E8%E6%E5%ED%E8%E

7. толковый словарь русского языка:80 000слов и фразеологических выражений/Российская академия наук. Институт русского языка им.В.В. Виноградова.-4-е изд.,дополнительное.-М.:ООО “Издательство ЭЛПИС”,2003-944стр

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%ED%EE%E3%EE%F1%F2%F3%EF%E5%ED%F7%E0%F2%E0%FF_%F0%E0%EA%E5%F2%E0#.D0.9F.D1.80.D0.B8.D0.BD.D1.86.D0.B8.D0.BF_.D0.B4.D0.B5.D0.B9.D1.81.D1.82.D0.B2.D0.B8.D1.8F_.D0.BC.D0.BD.D0.BE.D0.B3.D0.BE.D1.81.D1.82.D1.83.D0.BF.D0.B5.D0.BD.D1.87.D0.B0.D1.82.D0.BE.D0.B9_.D1.80.D0.B0.D0.BA.D0.B5.D1.82.D1.8B

9. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%E5%E0%EA%F2%E8%E2%ED%E0%FF_%F2%FF%E3%E0

10. http://www.mirpodelki.ru/index.php?id=348.

11. http://www.sky-blog.net/nauka/Modeli-raket.htm

12. http://www.vevivi.ru/best/Reaktivnoe-dvizhenie-v-prirode-i-tekhnike-ref131696.html

13. краткая научная энциклопедия. Под редакцией Е. Б. Аузан. Слово 1994 год.-159с. С .88-принцип действия ракеты с. 109

14. Цветков В.И. Ц27 Космос. Полная энцыклопедия/Ил. Н. Красновой.-М.:Экскимо,2008-248 с.:ил. -история ракет с. 86

Приложение 1.

Ракета из пластиковой бутылки

Приложение 2.

Необходимые элементы ракеты из пластиковой бутылки

Приложение 3.

Инструкция по креплению клапана к стартовой площадке

Приложение 4

Инструкция по изготовлению стартовой площадке

Приложение 5

Инструкция по изготовлению ракеты из бумаги и воздушного шара

\

Приложение 6 ( продолжение приложения 5)

Реферат на тему: Реактивное движение по физике

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

1. Реферат на тему: Культура
2. Реферат на тему: Джаз
3. Реферат на тему: Воздух
4. Реферат на тему: Вселенная

Введение

Веками человечество мечтало о космических полетах. Писатели-фантасты предлагали различные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полете на Луну. Герой этой истории добрался до Луны в железной повозке, над которой он всегда бросал сильный магнит. Привлеченная ею, колесница поднималась над землей, пока не достигла луны. А барон Мюнхгаузен сказал, что он взобрался на луну на стебле фасоли. Но ни один ученый, ни один писатель на протяжении многих веков не мог назвать единственное средство, доступное человеку для того, чтобы преодолеть силу земной гравитации и полететь в космос. Это мог сделать русский ученый Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). Он показал, что единственной машиной, способной преодолевать гравитацию, является ракета, т.е. машина с реактивным двигателем, использующая топливо и окислитель на самой машине. Ракета «Циолковский» — баллистический самолет.

Законы Ньютона

Законы Ньютона объясняют очень важное механическое явление — движение струи. Это имя дается движению тела, которое происходит, когда часть тела отделяется от него с определенной скоростью. Например, возьмите резиновый мяч ребенка, надуйте его и отпустите. Увидим, что сам мяч летит в противоположном направлении, когда воздух выходит из него в одном направлении. Это и есть движение струи.

Согласно принципу реактивного движения, некоторые представители животного мира движутся, например, кальмары и осьминоги. Периодически выбрасывая воду, они достигают скорости 60-70 км/ч. Медузы, кальмары и некоторые другие животные двигаются подобным образом.

Примеры реактивного движения также можно найти в растительном мире. Например, спелый плод «сумасшедшего» огурца при малейшем прикосновении отскакивает от стебля, а горькая жидкость, содержащая семена, насильно выбрасывается из ямы, образовавшейся на месте отрубленного стебля; сами огурцы улетают в обратном направлении.

Реактивное движение, происходящее при выбросе воды, можно увидеть на следующих примерах. Налейте воду в стеклянную воронку, подключенную к резиновому шлангу, который D — образный наконечник (см. рисунок). Мы увидим, что когда вода начинает выходить из трубы, сама труба движется и отклоняется в противоположном направлении.

Ракетные полеты основаны на принципе движения реактивных самолетов. Современная космическая ракета — очень сложный самолет, состоящий из сотен тысяч и миллионов деталей. Масса ракеты огромна. Она состоит из массы рабочего тела (т.е. светящихся газов, образующихся при сгорании топлива и высвобождающихся в виде струи) и конечной или, как говорят, «сухой» массы ракеты, которая остается после того, как из ракеты высвобождается рабочее тело.

Сухая» масса ракеты, в свою очередь, состоит из массы конструкции (т.е. оболочки ракеты, двигателей и системы управления) и массы полезной нагрузки (т.е. научного оборудования, оболочки пульта дистанционного управления) и массы полезной нагрузки (т.е. научного оборудования, оболочки пульта дистанционного управления) на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения корабля).

Когда рабочий орган заканчивается, пустые резервуары, дополнительные части корпуса и т.д. начинают загружать ракету лишним весом, что затрудняет ее рассеивание. Поэтому для достижения космической скорости используются составные (или многоступенчатые) ракеты (см. рисунок). Первоначально в таких ракетах работает только первая ступень 1. Когда у них заканчивается топливо, они отделяются и активируется вторая ступень 2; когда топливо в них расходуется, они также отделяются и активируется третья ступень 3. Спутник или другой космический аппарат в головной части ракеты прикрывается головным обтекателем 4, обтекаемая форма которого уменьшает сопротивление во время полета ракеты в земной атмосфере.

Когда струя газа выбрасывается из ракеты на большой скорости, сама ракета гонит в обратном направлении. Почему это происходит?

Согласно третьему закону Ньютона, сила F’, с которой ракета действует на рабочий орган, равна и противоположна силе F’, с которой рабочий орган действует на корпус ракеты.

Сила F’ (которая называется лучистая сила) и рассеивает ракету.

Из этого равенства следует, что сообщаемый организму импульс соответствует произведению силы в течение всего времени ее действия. Поэтому одни и те же силы, действующие в один и тот же период времени, дают одни и те же импульсы. В этом случае регистрируемый ракетой импульс mrvr должен быть равен импульсу отработавших газов.

Давайте проанализируем полученное выражение. Мы видим, что чем больше газов выбрасывается и чем больше соотношение между массой рабочего тела (т.е. массой топлива) и конечной («сухой») массой ракеты, тем выше скорость ракеты. Эта формула — аппроксимация. При этом не учитывается тот факт, что масса летящей ракеты уменьшается по мере сгорания топлива. Точная формула скорости ракеты была впервые определена в 1897 году К.Е. Циолковским и поэтому носит его имя. Формула Циолковского позволяет рассчитать запасы топлива, необходимые ракете для передачи заданной скорости. В таблице показано отношение начальной массы ракеты к ее конечной массе t, соответствующее различным скоростям ракеты при скорости газовой струи (относительно ракеты) V = 4 км/с.

Например, чтобы сообщить о ракете со скоростью в 4 раза превышающей скорость потока газа (V p=16 км/с), начальная масса ракеты (вместе с топливом) должна превышать конечную («сухую») массу ракеты в 55 раз (до/т = 55). Это означает, что львиная доля от общей массы ракеты при запуске должна составлять массу топлива. Грузоподъемность, с другой стороны, должна иметь очень малую массу по сравнению с другими. Важный вклад в развитие теории струйного движения внес современник русского ученого К. Е. И. Циолковский. В. Мещерский (1859-1935).

Его имя относится к уравнению движения тела с переменной массой. Реактивный двигатель — это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель получает скорость в обратном направлении. На каких принципах и физических законах основаны ваши действия? Все знают, что дробовик сопровождается отдачей. Если бы вес пули был равен весу дробовика, он бы летал с той же скоростью. Отдача происходит потому, что выделяющаяся масса газа создает реактивную силу, которая может вызвать движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость выхлопных газов, тем больше сила отдачи, которую чувствует плечо, тем сильнее реакция оружия, тем больше сила реакции. Это можно легко объяснить сохранением теоремы об импульсе, которая гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма импульса тела, образующая замкнутую систему, остается постоянной для всех движений и взаимодействий тел системы.

К. Е. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, с которой может развиваться ракета.

Здесь vmax — максимальная скорость ракеты, v0 — скорость старта, vr — скорость потока газа в сопле, m — пусковая масса топлива и M — масса пустой ракеты. Как видно из формулы, эта максимально достижимая скорость зависит, прежде всего, от скорости потока газов из сопла, которая, в свою очередь, зависит, прежде всего, от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем выше скорость. Это означает, что для ракеты должно быть выбрано топливо с самыми высокими калориями, выделяющее наибольшее количество тепла. Из формулы также следует, что эта скорость зависит от начальной и конечной массы ракеты, т.е. от того, какая доля ее массы — топливо, а какая — бесполезные (с точки зрения скорости полета) конструкции: фюзеляж, механизмы и др.

Эта формула Циолковского является основой, на которой строится весь расчет современных ракет. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя (т.е. по существу к массе пустой ракеты) называется номером Циолковского.

Основной вывод из этой формулы состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета развивает более высокую скорость, чем больше поток газа, тем больше число Циолковского.

Вторая баллистическая ракета

Как вообще выглядит современная ракета сверхвысокой дальности? Во-первых, это многоступенчатая ракета. У него есть боеголовка,  управление, танк и, наконец, двигатель за ним.  В зависимости от топлива взлетная масса ракеты в 100-200 раз превышает полезную нагрузку! Поэтому он весит много десятков тонн и достигает высоты десятиэтажного здания.

Конструкция ракеты должна отвечать ряду требований. Например, очень важно, чтобы сила тяги проходила через центр тяжести ракеты. При несоблюдении этих и ряда других условий ракета может отклониться от заданного курса или даже начать вращение. «Вы можете задать курс, используя рулевые колеса. Пока ракета летит в плотном воздухе, могут работать аэродинамические рули, а в разреженном воздухе — предложенный Циолковским газовый руль, который отклоняет направление газовой струи. Однако теперь конструкторы начинают отказываться от использования газовых рулей и заменять их несколькими дополнительными соплами или поворачивать саму главную насадку. Например, в американской ракете, построенной по проекту «Авангард», двигатель подвешен на петлях, и его можно отклонить на 5-7O. Фактически в начале полета, когда плотность воздуха еще высока, скорость ракеты низкая, поэтому руль плохо управляется. А там, где скорость ракеты высокая, плотность воздуха низкая. Газовый руль хрупкий и хрупкий, потому что он должен быть сделан из графита или керамики.

Каждая ступень ракеты работает в совершенно разных условиях, которые определяют ее устройство. Мощность каждого следующего этапа и время его развертывания короче, что облегчает его проектирование.

В настоящее время двигатели баллистических ракет работают в основном на жидком топливе. В качестве топлива обычно используется керосин, спирт, гидразин, анилин, а в качестве окислителей — азотная и хлорная кислоты, жидкий кислород и перекись водорода. Фтор и жидкий озон являются очень активными оксидантами, но из-за своей исключительной взрывоопасности они все еще имеют ограниченное применение.

Наиболее ответственной частью ракеты является двигатель, а в ней — камера сгорания и сопло. Здесь должны использоваться особо термостойкие материалы и сложные методы охлаждения, так как температура сгорания топлива достигает 2500-3500ОС. Обычные материалы не выдерживают таких температур. Другие подразделения также довольно сложны. Например, насосы, подающие топливо и окислитель в сопла камеры сгорания, уже могли перекачивать 125 кг топлива в секунду в ракете ФАУ-2. В некоторых случаях вместо баллонов со сжатым воздухом или другим газом используются баллоны, которые вытесняют топливо из баллонов и подают его в камеру сгорания.

С специального пускового устройства запускается баллистическая ракета. Часто это пробитая металлическая мачта или даже башня, рядом с которой ракета собирается по частям кранами. Площадки на башне установлены напротив смотровых люков, через которые осуществляется проверка и регулировка оборудования. Затем ракета заполняется топливом и башня отходит.

Ракета стартует вертикально, затем наклоняется и описывает почти строго эллиптическую траекторию. Большая часть траектории таких ракет проходит на высоте более 1000 км над Землей, где практически нет воздушного сопротивления, но по мере приближения атмосферы к цели движение ракеты начинает резко замедляться стремительно нагреваемым оболочкой, и если ее не устранить, то ракета может обрушиться, а ее заряд может преждевременно взорваться.

Заключение

От себя добавлю, что мое описание работы межконтинентальной ракеты устарело и соответствует состоянию развития науки и техники в 1960-х годах, но из-за ограниченного доступа к современным научным материалам я не могу дать точного описания работы современной межконтинентальной ракеты со сверхдальним радиусом действия. Однако я охватил общие характеристики, присущие всем ракетам, поэтому считаю свою задачу выполненной.

Список литературы

1. Дерхабин В. М. законы сохранения в физике. — M. Просвещение, 1985.
2. Гелфер Я. М. Законы сохранения. — M. : Наука, 1964.
3. Тело К. Мир без форм. — М: Мир, 1974.
4. Детская энциклопедия. — М.: Издательство АН СССР, 1955 год.
5. С. В. Громов, Родина НА. Физика — М.: Просвещение, 2004.

Что такое реактивное движение и как работает реактивный двигатель — доклад про ракеты

В небо взмывают многотонные космические корабли, а в морских водах ловко лавируют прозрачные, студенистые медузы, каракатицы и осьминоги — что между ними общего? Оказывается, в обоих случаях для перемещения используется принцип реактивного движения. Именно этой теме и посвящена наша сегодняшняя статья.

Заглянем в историю

Самые первые достоверные сведения о ракетах относятся к XIII веку. Они применялись индусами, китайцами, арабами и европейцами в боевых действиях как боевое и сигнальное оружие. Затем последовали целые столетия почти полного забвения этих устройств.

В России идея использования реактивного двигателя возродилась благодаря работам революционера-народовольца Николая Кибальчича. Сидя в царских застенках, он разработал российский проект реактивного двигателя и летательный аппарат для людей. Кибальчич был казнен, а его проект долгие годы пылился в архивах царской охранки.

Основные идеи, чертежи и расчеты этого талантливого и мужественного человека получили дальнейшее развитие в трудах К. Э. Циолковского, который предложил использовать их для межпланетных сообщений. С 1903 по1914 год он публикует ряд работ, где убедительно доказывает возможность использования реактивного движения для исследования космического пространства и обосновывает целесообразность использования многоступенчатых ракет.

Многие научные разработки Циолковского и по сей день применяются в ракетостроении.

Биологические ракеты

Как, вообще возникла идея перемещаться, отталкиваясь от собственной реактивной струи? Возможно, пристально наблюдая за морскими обитателями, жители прибрежных зон заметили, как это происходит в животном мире.

Например, морской гребешок перемещается за счет реактивной силы водной струи, выбрасываемой из раковины при быстром сжатии её створок. Но ему никогда не угнаться за самыми быстрыми пловцами — кальмарами.

Их ракетообразные тела мчатся хвостом вперед, выбрасывая из специальной воронки, запасенную воду. Медлительные медузы перемещаются по тому же принципу, выдавливая воду сокращением своего прозрачного купола.

Природа одарила «реактивным двигателем» и растение под названием «бешеный огурец». Когда его плоды полностью созревают, в ответ на самое слабое прикосновение, он выстреливает клейковину с семенами. Сам плод при этом отбрасывается в противоположную сторону на расстояние до 12 м!

Ни морским обитателям, ни растениям неведомы физические законы, лежащие в основе этого способа передвижения. Мы же попробуем в этом разобраться.

Физические основы принципа реактивного движения

Вначале обратимся к простейшему опыту. Надуем резиновый шарик и, не завязывая, отпустим в свободный полёт. Стремительное движение шарика будет продолжаться до тех пор, пока истекающая из него струя воздуха будет достаточно сильной.

Для объяснения результатов этого опыта нам следует обратиться к III закону Ньютона, который утверждает, что два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению. Следовательно, сила, с которой шарик воздействует на вырывающиеся из него струи воздуха, равна силе, с которой воздух отталкивает от себя шарик.

Перенесем эти рассуждения на ракету. Эти устройства на огромной скорости выбрасывают некоторую часть своей массы, вследствие чего сами получают ускорение в противоположном направлении.

С точки зрения физики этот процесс чётко объясняется законом сохранения импульса. Импульс — это произведение массы тела на его скорость (mv) Пока ракета в покое, её скорость и импульс равны нулю. Если из неё выбрасывается реактивная струя, то оставшаяся часть по закону сохранения импульса должна приобрести такую скорость, чтобы суммарный импульс по-прежнему был равным нулю.

Обратимся к формулам:

m _гv_г+ m _рv_р=0;

отсюда

m _гv_г=- m _рv_р,

где m _гv_г импульс создаваемой струей газов_, m _рv_р импульс, полученный ракетой.

Знак минус показывает, что направление движения ракеты и реактивной струи противоположны.

Устройство и принцип работы реактивного двигателя

В технике реактивные двигатели приводят в движение самолёты, ракеты, выводят на орбиты космические аппараты. В зависимости от назначения они имеют разное устройство. Но каждый из них имеет запас топлива, камеру для его сгорания и сопло, ускоряющее реактивную струю.

На межпланетных автоматических станциях оборудован также приборный отсек и кабины с системой жизнеобеспечения для космонавтов.

Современные космические ракеты это сложные, многоступенчатые летательные аппараты, использующие новейшие достижения инженерной мысли. После старта вначале сгорает топливо в нижней ступени, после чего она отделяется от ракеты, уменьшая её общую массу и увеличивая скорость.

Затем расходуется топливо во второй ступени и т. д. Наконец, летательный аппарат выводится на заданную траекторию и начинает свой самостоятельный полёт.

Немного помечтаем

Великий мечтатель и учёный К. Э. Циолковский подарил будущим поколениям уверенность в том, что реактивные двигатели позволят человечеству вырваться за пределы земной атмосферы и устремиться в космос. Его предвидение сбылось. Луна, Марс и даже далёкие кометы успешно исследуются космическими аппаратами.

В космонавтике используют жидкостные реактивные двигатели. Используя в качестве топлива нефтепродукты, но скорости, которые удается получить с их помощью, недостаточны для очень дальних перелётов.

Возможно, вы, наши дорогие читатели, станете свидетелями полётов землян в другие галактики на аппаратах с ядерными, термоядерными или ионными реактивными двигателями.

Автор: Драчёва Светлана Семёновна

---

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

---

Вы можете оставить комментарий к докладу.

Реактивное движение | Частная школа. 8 класс

Конспект по физике для 8 класса «Реактивное движение». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое реактивное движение. Принцип действия ракеты.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

---

Реактивное движение

Мы все надували воздушные шарики и, не завязывая, отпускали. Шарик превращался в маленькую ракету и некоторое время двигался по весьма замысловатой траектории. Описанный опыт — это пример реактивного движения.

РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Реактивным движением называют движение тела, возникающее при отделении от него с какой-либо скоростью некоторой его части. В природе встречаются растения (например, бешеный огурец, который после созревания отлетает от плодоножки и рассеивает семена), а также живые организмы, использующие реактивное движение, например медузы.

ПЕРВЫЕ РАКЕТЫ

Человек также стал использовать реактивное движение в своих целях. Кто же придумал ракету? Есть мнение, что ракеты появились в Китае и вначале использовались как развлечение при фейерверках для зажигания в небе огненных дождей, фонтанов, колёс. Ракеты применяли также в военном деле. При Петре I была создана и применялась однофунтовая сигнальная ракета «образца 1717 года», остававшаяся на вооружении до конца XIX века. Она поднималась на высоту до одного километра.

Многие изобретатели предлагали проекты использования реактивной тяги как для движения наземного транспорта, так и для управления летательными аппаратами.

Первым, кто предложил использовать ракету как средство передвижения, был российский изобретатель Н. И. Кибальчич. Работу над проектом он завершил, находясь в тюрьме за революционные убеждения. Зная о том, что ему вынесен смертный приговор, он передал адвокату не просьбу о помиловании, а «Проект воздухоплавательного прибора» (чертежи ракеты и математические расчёты). Про свой аппарат он писал: «Если цилиндр поставлен закрытым дном кверху, то при известном давлении газов… цилиндр должен подняться вверх».

Кибальчич был казнён в 1881 г., и лишь в 1918 г. конверт с его проектом стал доступен учёным. Его аппарат должен был работать на прессованном порохе, а мысль о двигателе на жидком топливе пришла в голову другому…

РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Как вы уже знаете, конструкцию космической ракеты с жидкостным реактивным двигателем впервые предложил в 1903 г. русский учёный К. Э. Циолковский. Помимо конструкции самого летательного аппарата, он продумал расположение в нём людей и системы жизнеобеспечения, т. е. вплотную подошёл к решению задачи космических путешествий.

«Константин Эдуардович Циолковский был человеком, жившим намного впереди своего века», — говорил С. П. Королев — конструктор ракеты, которая впервые в мире вывела на орбиту Земли искусственный спутник.

УСТРОЙСТВО СОВРЕМЕННЫХ РАКЕТ

Любая современная ракета с жидкостным двигателем представляет собой оболочку, в которую заключён полезный груз, приборный отсек, баки с топливом и окислителем и двигатель (камера сгорания и т. д.).

Окислитель смешивается с топливом в камере сгорания, здесь смесь воспламеняется и образуется газ (рабочее тело) с высокой температурой и давлением. Этот газ выходит через специальное отверстие — сопло, назначение которого заключается в том, чтобы придать газу ещё большую скорость.

Когда реактивная газовая струя с большой скоростью выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону. Согласно третьему закону Ньютона, сила F, с которой ракета действует на рабочее тело, равна по значению и противоположна по направлению силе F₁ с которой рабочее тело действует на корпус ракеты:

Сила F₁ (которую называют реактивной силой) и разгоняет ракету. В данном случае импульс, приобретаемый ракетой, должен быть равен импульсу выброшенных газов:
Отсюда следует, что скорость ракеты

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ РАКЕТЫ

Есть два способа увеличить скорость ракеты, исходя из формулы
Во-первых, можно увеличить скорость истекания газов из камеры сгорания. Для этого подбирают оптимальный состав топлива и окислителя, а также подбирают конструкцию камеры сгорания и сопла.

Во-вторых, можно увеличить отношение массы топлива к массе ракеты. Для этого используют многоступенчатые ракеты.

Каждая ступень имеет свои баки и свой двигатель. Когда топливо заканчивается, ступень отстреливается, а в работу включается следующая ступень.

---

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Реактивное движение».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров: 2 752

Государственный квалификационный экзамен по физике для выпускников бакалавриата МФТИ

1. Законы Ньютона. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета.

2. Принцип относительности Галилея и принцип относительности Эйнштейна. Инвариантность интервала между событиями. Четырехмерное пространство-время. Сущность специальной теории относительности.

3. Преобразование Лоренца. Относительность электрического и магнитного полей.

4. Законы сохранения энергии и импульса как следствие однородности пространства-времени. Реактивное движение. Упругие и неупругие столкновения.

5. Уравнение движения материальной точки в релятивистской механике. Импульс и энергия материальной точки.

6. Закон всемирного тяготения и законы Кеплера. Движение искусственных спутников и космических кораблей.

7. Закон сохранения момента импульса. Уравнение моментов. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси.

8. Течение идеальной жидкости. Уравнение непрерывности. Уравнение Бернулли. Методы измерения скорости в потоке жидкости.

9. Вязкое движение жидкости. Формула Пуазейля. Число Рейнольдса. Его физический смысл.

10. Упругие деформации. Модуль Юнгa и коэффициент Пуассона. Сдвиг и кручение.

11. Уравнение состояния идеального газа. Его вывод на основе молекулярно-кинетической теории. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

12. Квазистатические процессы. Первое начало термодинамики, количество теплоты и работа. Внутренняя энергия. Энтальпия.

13. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Энтропия. Закон возрастания энтропии.

14. Статистический смысл энтропии. Энтропия идеального газа. Флуктуации.

15. Термодинамические потенциалы. Условие равновесия систем.

16. Распределения Гиббса, Максвелла, Больцмана. Барометрическая формула.

17. Закон равномерного распределения по степеням свободы. Зависимость теплоемкости газов от температуры.

18. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса. Фазовая диаграмма воды.

19. Явления переноса: диффузия, теплопроводность, вязкость. Броуновское движение. Соотношение Эйнштейна.

20. Эффект Джоуля–Томсона. Сжижение газов.

21. Закон Кулона. Теорема Гаусса в интегральной и дифференциальной формах. Теорема о циркуляции электростатического поля. Потенциал. Уравнение Пуассона.

22. Электростатическое поле в веществе. Вектор поляризации, электрическая индукция. Граничные условия. Сегнето- и пьезоэлектрики.

23. Магнитное поле постоянных токов в вакууме и веществе. Вектор магнитной индукции. Вектор напряженности магнитного поля. Теорема о циркуляции магнитного поля. Соленоидальный характер магнитного поля. Граничные условия.

24. Закон Био–Савара и Ампера. Сила Лоренца. Магнитное давление.

25. Электромагнитная индукция в движущихся и неподвижных проводниках. Э. Д. С. индукции. Само- и взаимоиндукция. Теорема взаимности.

26. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Ток смещения. Материальные уравнения. Граничные условия.

27. Квазистационарные токи. Свободные и вынужденные колебания в электрических цепях. Явление резонанса. Добротность колебательного контура. Ее энергетический смысл.

28. Цепь переменного тока. Резонанс токов и напряжений. Векторные диаграммы. Метод комплексных амплитуд. Правила Кирхгофа.

29. Электрические флуктуации. Предел чувствительности электроизмерительных приборов.

30. Электромагнитные волны в вакууме и прозрачных средах. Волновое уравнение. Уравнение Гельмгольца.

31. Распространение электромагнитных волн в волноводах. Граничная длина волны. Объемные резонаторы.

32. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Импульс электромагнитного поля.

33. Понятие о плазме. Дебаевское экранирование. Плазменная частота.

34. Интерференция линейных волн. Временная и пространственная когерентность.

35. Принцип Гюйгенса-–Френеля. Число Френеля. Его физический смысл. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Границы применимости геометрической оптики.

36. Пространственное Фурье-преобразование в оптике. Дифракция на синусоидальных решетках. Теория Аббе формирования изображения в микроскопе. Метод темного поля и метод фазового контраста.

37. Принципы голографии. Голограмма Габора. Голограмма с опорным наклонным пучком. Действительное и мнимое изображения.

38. Волновой пакет. Фазовая и групповая скорость. Формула Релея. Классическая теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия.

39. Поляризация света. Угол Брюстера. Обыкновенная и необыкновенная волна. Оптические явления в одноосных кристаллах.

40. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа–Брэгга. Высокочастотный предел показателя преломления.

41. Квантовая природа света. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна.

42. Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля. Опыты Джермера–Девиссона и Томсона по дифракции электронов. Эффект Комптона.

43. Принцип дополнительности Бора. Соотношение неопределенностей для компонент импульса и координат.

44. Энергетический спектр водородоподобных атомов. Радиус Бора. Ридберг.

45. Туннелирование частицы сквозь прямоугольный потенциальный барьер. Проницаемость кулоновского барьера. Качественная теория альфа-распада.

46. Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона, орбитальный и спиновый магнитный момент электрона.

47. Симметричные и антисимметричные волновые функции. Принцип Паули. Бозоны и фермионы. Периодическая система элементов Менделеева.

48. Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана. Ядерный магнитный резонанс.

49. Радиоактивный распад атомного ядра. Особенности энергетических спектров альфа-, бета- и гамма-излучения. Нарушение закона сохранения пространственной четности в ядерном бета-распаде (опыты By).

50. Соотношение неопределенностей для энергии и времени. Оценка времени жизни виртуальных частиц, радиусов сильного и слабого взаимодействий.

51. Резонансный характер ядерных реакций. Эффект Мессбауэра.

52. Спонтанное и вынужденное деление атомных ядер. Принцип работы ядерного реактора на тепловых нейтронах. Роль запаздывающих нейтронов в работе реактора.

53. Распределение Бозе–Эйнштейна. Фотонный газ. Равновесное тепловое излучение. Основные законы равновесного теплового излучения.

54. Спонтанное и вынужденное излучение. Методы создания инверсной заселенности. Принцип работы лазера.

55. Концепция фононов. Теплоемкость и теплопроводность кристаллической решетки в модели Дебая. Температура Дебая.

56. Элементы зонной теории твердого тела. Эффективная масса электронов.

57. Распределение Ферми–Дирака. Вклад электронов в теплоемкость и теплопроводность кристаллов.

58. Электропроводность полупроводников. Электроны и дырки. Акцепторы и доноры. Электронно-дырочный переход.

59. Сверхпроводимость. Магнитные свойства сверхпроводников. Эффект Мейсснера. Критическое поле и критический ток. Куперовское спаривание. Сверхпроводники I и II рода. Квантование магнитного потока.

60. Классический и квантовый эффект Холла. Эталон сопротивления.

Введение в ракетное движение — Колледж физики

Цели обучения

• Государство третий закон движения Ньютона.
• Объясните принцип приведения в движение ракет и реактивных двигателей.
• Выведите выражение для ускорения ракеты и обсудите факторы, влияющие на ускорение.
• Опишите функцию космического челнока.

Ракеты

различаются по размеру от фейерверков, настолько маленьких, что обычные люди используют их до огромных ракет «Сатурн V», которые когда-то отправляли огромные полезные грузы к Луне.Движение всех ракет, реактивных двигателей, спускаемых воздушных шаров и даже кальмаров и осьминогов объясняется одним и тем же физическим принципом — третьим законом движения Ньютона. Материя принудительно выбрасывается из системы, вызывая равную и противоположную реакцию на то, что остается. Другой распространенный пример — отдача ружья. Пистолет оказывает на пулю силу, ускоряющую ее, и, следовательно, испытывает равную и противоположную силу, вызывая отдачу или толчок пистолета.

Установление соединений: домашний эксперимент — движение воздушного шара

Возьмите воздушный шар и наполните его воздухом.Затем отпустите воздушный шар. В каком направлении выходит воздух из воздушного шара и в каком направлении он движется? Если вы наполните воздушный шар водой, а затем отпустите его, изменится ли направление воздушного шара? Поясните свой ответ.

(рисунок) показывает ракету, которая ускоряется вертикально вверх. В части (а) ракета имеет массу и скорость относительно Земли, а значит, и импульс. В части (b) истекло время, в течение которого ракета выбросила массу горячего газа со скоростью относительно ракеты.Остальная часть массы теперь имеет большую скорость. Импульс всей системы (ракета плюс выброшенный газ) фактически уменьшился, потому что сила тяжести действовала какое-то время, создавая отрицательный импульс. (Помните, что импульс — это чистая внешняя сила, действующая на систему, умноженная на время ее действия, и она равна изменению количества движения системы.) Итак, центр масс системы находится в свободном падении, но из-за быстрого вытеснения массы , часть системы может ускоряться вверх. Это широко распространенное заблуждение, что выхлоп ракеты толкает землю.Если рассматривать тягу; то есть сила, действующая на ракету со стороны выхлопных газов, тогда тяга ракеты в космическом пространстве больше, чем в атмосфере или на стартовой площадке. На самом деле газы легче удалить в вакуум.

Рассчитав изменение импульса для всей системы и приравняв это изменение к импульсу, можно показать, что следующее выражение является хорошим приближением для ускорения ракеты.

«Ракета» — это та часть системы, которая остается после выброса газа, и представляет собой ускорение свободного падения.

Ускорение ракеты зависит от трех основных факторов, согласующихся с уравнением ускорения ракеты . Во-первых, чем больше скорость истечения газов относительно ракеты, тем больше ускорение. Практический предел для примерно соответствует обычным (неядерным) двигательным установкам на горячем газе. Второй фактор — это скорость выброса массы из ракеты. Это фактор в уравнении. Величина, выраженная в ньютонах, называется «тягой».«Чем быстрее ракета сжигает топливо, тем больше у нее тяга и больше ускорение. Третий фактор — это масса ракеты. Чем меньше масса (при прочих равных), тем больше ускорение. Масса ракеты , резко уменьшается во время полета, потому что большая часть ракеты изначально является топливом, так что ускорение непрерывно увеличивается, достигая максимума непосредственно перед тем, как топливо будет исчерпано.

Факторы, влияющие на ускорение ракеты

• Чем больше скорость истечения газов относительно ракеты, тем больше ускорение.
• Чем быстрее ракета сжигает топливо, тем больше ее ускорение.
• Чем меньше масса ракеты (при прочих равных), тем больше ускорение.

Чтобы достичь высоких скоростей, необходимых для перемещения по континентам, выхода на орбиту или полного выхода из гравитации Земли, масса ракеты, за исключением топлива, должна быть как можно меньше. Можно показать, что в отсутствие сопротивления воздуха и без учета силы тяжести конечная скорость одноступенчатой ​​ракеты, первоначально находящейся в состоянии покоя, составляет

, где — натуральный логарифм отношения начальной массы ракеты к тому, что остается после того, как все топливо израсходовано.(Обратите внимание, что на самом деле это изменение скорости, поэтому уравнение можно использовать для любого участка полета. Если мы начнем из состояния покоя, изменение скорости будет равно конечной скорости.) Например, давайте вычислим отношение масс, необходимое для избежать гравитации Земли, начиная с состояния покоя, учитывая, что скорость убегания с Земли составляет около, и предполагая скорость истощения.

Решение для дает

Таким образом, масса ракеты составляет

г.

Этот результат означает, что при сгорании топлива осталась только масса, а от первоначальной массы было топливо.В процентах 98,9% ракеты составляет топливо, а полезная нагрузка, двигатели, топливные баки и другие компоненты составляют лишь 1,10%. С учетом сопротивления воздуха и силы тяжести оставшаяся масса может составлять около. Трудно построить ракету, в которой топливо имеет массу в 180 раз больше, чем все остальное. Решение — многоступенчатые ракеты. Каждая ступень должна достичь только части конечной скорости и выбрасывается после сжигания топлива. В результате каждая последующая ступень может иметь двигатели меньшего размера и большую полезную нагрузку относительно топлива.После выхода из атмосферы соотношение полезной нагрузки и топлива также становится более благоприятным.

Космический шаттл был попыткой создания экономичного транспортного средства с некоторыми частями многоразового использования, такими как твердотопливные ускорители и сам корабль. (См. (Рисунок)). Потребность в управлении шаттлом, однако, делала его запуск спутников не менее дорогостоящим, чем одноразовые беспилотные ракеты. В идеале шаттл должен был использоваться только тогда, когда для успеха миссии требовалась человеческая деятельность, например, ремонт космического телескопа Хаббл.Ракеты со спутниками также могут запускаться с самолетов. Использование самолетов имеет двойное преимущество: начальная скорость значительно выше нуля, и ракета может избежать большей части сопротивления атмосферы.

Космический шаттл имел несколько частей многоразового использования. Твердотопливные ускорители с обеих сторон восстанавливались и заправлялись топливом после каждого полета, а весь орбитальный аппарат возвращался на Землю для использования в последующих полетах. Израсходовался большой бак жидкого топлива. Космический шаттл представлял собой сложную совокупность технологий, в которых использовалось как твердое, так и жидкое топливо, а также новаторская керамическая плитка в качестве теплозащитных экранов при входе в атмосферу.В результате он позволял запускать несколько раз вместо одноразовых ракет. (Источник: НАСА)

Исследования PhET: Лунный посадочный модуль

Сможете ли вы избежать поля валунов и безопасно приземлиться непосредственно перед тем, как у вас закончится топливо, как это сделал Нил Армстронг в 1969 году? Наша версия этой классической видеоигры точно имитирует реальное движение лунного посадочного модуля с правильной массой, тягой, уровнем расхода топлива и лунной гравитацией. Настоящий лунный аппарат очень сложно контролировать.

Сводка раздела

• Третий закон движения Ньютона гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.
• Разгон ракеты есть.
• Ускорение ракеты зависит от трех основных факторов. Они есть
  1. Чем больше скорость выхлопа газов, тем больше ускорение.
  2. Чем быстрее ракета сжигает топливо, тем больше ее ускорение.
  3. Чем меньше масса ракеты, тем больше ускорение.

Концептуальные вопросы

Профессиональное приложение

Предположим, что снаряд фейерверка взрывается, разбиваясь на три большие части, сопротивление воздуха которых незначительно.Как взрыв влияет на движение центра масс? Как это повлияет, если части будут испытывать значительно большее сопротивление воздуха, чем неповрежденная оболочка?

Профессиональное приложение

Во время посещения Международной космической станции космонавт неподвижно стоял в центре станции, вне досягаемости любого твердого объекта, на который он мог бы воздействовать. Предложите метод, с помощью которого он мог бы отойти от этой позиции, и объясните, что это за физика.

Профессиональное приложение

Скорость ракеты может быть больше, чем скорость истечения газов, которые она выбрасывает. В этом случае скорость и импульс газа совпадают с направлением движения ракеты. Как ракета все еще может получить тягу, выбрасывая газ?

Задачи и упражнения

Профессиональное приложение

Антибаллистические ракеты (ПРО) разработаны с очень большим ускорением, чтобы они могли перехватывать быстро движущиеся приближающиеся ракеты в кратчайшие сроки.Каково взлетное ускорение 10000-кг ПРО, выбрасывающего 196 кг газа в секунду при скорости истечения

?

Профессиональное приложение

Каково ускорение ракеты массой 5000 кг, взлетающей с Луны, где ускорение только под действием силы тяжести, если ракета выбрасывает 8,00 кг газа в секунду при скорости истечения

Профессиональное приложение

Рассчитайте увеличение скорости космического зонда массой 4000 кг, который выбрасывает 3500 кг своей массы со скоростью истечения.Вы можете предположить, что гравитационная сила незначительна в месте нахождения зонда.

Профессиональное приложение

Ионно-двигательные ракеты предложены для использования в космосе. Они используют методы атомной ионизации и ядерные источники энергии для получения чрезвычайно высоких скоростей выхлопа, возможно, таких же больших, как. Эти методы позволяют получить гораздо более благоприятное соотношение полезной нагрузки к топливу. Чтобы проиллюстрировать этот факт: (а) Рассчитайте увеличение скорости космического зонда массой 20 000 кг, который выбрасывает только 40 единиц.0 кг его массы при заданной скорости истечения. (б) Эти двигатели обычно предназначены для создания очень небольшой тяги в течение очень долгого времени — например, такого типа двигателя, который может быть полезен при путешествии к внешним планетам. Вычислите ускорение такого двигателя, если он вылетает с заданной скоростью, предполагая, что ускорение свободного падения незначительно.

Выведите уравнение вертикального ускорения ракеты.

Профессиональное приложение

(a) Вычислите максимальную скорость, с которой ракета может выбрасывать газы, если ее ускорение не может превышать в семь раз ускорение силы тяжести.Масса ракеты в момент, когда у нее заканчивается топливо, составляет 75 000 кг, а скорость истечения равна. Предположим, что ускорение свободного падения такое же, как и на поверхности Земли. б) Почему может быть необходимо ограничивать ускорение ракеты?

Рассчитайте среднюю скорость выхлопа газов, выходящих из огнетушителя, с учетом следующих данных для эксперимента с ракетой-огнетушителем и игрушечной вагонеткой. Исходя из состояния покоя конечная скорость составляет 10,0 м / с. Общая масса изначально 75.0 кг и 70,0 кг после срабатывания огнетушителя.

Сколько в одноступенчатой ​​ракете весом 100000 кг может быть что угодно, кроме топлива, если ракета должна иметь конечную скорость, учитывая, что она выбрасывает газы со скоростью истечения

Профессиональное приложение

(a) Кальмар массой 5,00 кг первоначально в состоянии покоя выбрасывает 0,250 кг жидкости со скоростью 10,0 м / с. Какова скорость отдачи кальмара, если выброс производится за 0,100 с, а есть 5.00-Н сила трения, противодействующая движению кальмара. б) Сколько энергии тратится на работу против трения?

(а) 0,421 м / с от выбрасываемой жидкости.

(б).

Необоснованные результаты

Сообщается, что кальмары прыгают из океана и путешествуют (измеряется по горизонтали), прежде чем снова войти в воду. (а) Рассчитайте начальную скорость кальмара, если он покидает воду под углом, предполагая незначительную подъемную силу воздуха и незначительное сопротивление воздуха.(б) Кальмар движется вперед, брызгая водой. Какую часть своей массы ему пришлось бы выбросить, чтобы достичь скорости, найденной в предыдущей части? Вода выбрасывается на; гравитационная сила и трение не учитываются. (c) Что неразумного в результатах? (d) Какая посылка необоснованна или какие посылки несовместимы?

Создайте свою проблему

Представьте себе космонавта в глубоком космосе, освобожденного от своего космического корабля и нуждающегося в возвращении на него. У космонавта есть несколько пакетов, которые она может выбросить, чтобы подойти к кораблю.Постройте задачу, в которой вы рассчитываете время, необходимое ей, чтобы вернуться, бросая все пакеты за один раз, а не бросая их по одному. Среди факторов, которые следует учитывать, — задействованные массы, сила, которую она может воздействовать на пакеты на некотором расстоянии, и расстояние до корабля.

Создайте свою проблему

Рассмотрим артиллерийский снаряд, поражающий броню. Постройте задачу, в которой вы найдете силу, прилагаемую снарядом к пластине.Следует учитывать массу и скорость снаряда, а также расстояние, на котором его скорость уменьшается. Ваш инструктор может также пожелать, чтобы вы рассмотрели относительные преимущества обедненного урана по сравнению со свинцовыми снарядами, исходя из большей плотности урана.

Так как же работает реактивный двигатель?

Реактивные двигатели перемещают самолет вперед с огромной силой, создаваемой огромной тягой, которая заставляет самолет лететь очень быстро. Технология, лежащая в основе того, как это работает, не что иное, как экстраординарная.

Все реактивные двигатели, которые еще называют газовыми турбинами, работают по одному принципу. Двигатель всасывает воздух через переднюю часть с помощью вентилятора. Оказавшись внутри, компрессор повышает давление воздуха. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей, прикрепленных к валу. Как только лопасти сжимают воздух, в сжатый воздух распыляется топливо, и электрическая искра зажигает смесь. Горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя. Когда вылетают струи газа, двигатель и самолет выталкиваются вперед.

На рисунке выше показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через сердечник двигателя, а также вокруг сердечника. Это приводит к тому, что часть воздуха становится очень горячей, а часть — более прохладной. Затем более холодный воздух смешивается с горячим воздухом на выходе из двигателя.

Реактивный двигатель работает по третьему закону физики сэра Исаака Ньютона. В нем говорится, что на каждое действие есть равная и противоположная реакция. В авиации это называется тягой. Этот закон можно проиллюстрировать простыми словами, выпуская надутый воздушный шар и наблюдая, как выходящий воздух двигает воздушный шар в противоположном направлении.В базовом турбореактивном двигателе воздух поступает в передний воздухозаборник, сжимается и затем нагнетается в камеры сгорания, где в него впрыскивается топливо и смесь воспламеняется. Образующиеся газы быстро расширяются и выходят через заднюю часть камер сгорания.

Эти газы оказывают одинаковую силу во всех направлениях, создавая тягу вперед, когда они уходят назад. Когда газы покидают двигатель, они проходят через набор лопаток (турбина), напоминающий вентилятор, который вращает вал турбины.Этот вал, в свою очередь, вращает компрессор, обеспечивая приток свежего воздуха через впускное отверстие. Тяга двигателя может быть увеличена путем добавления секции форсажной камеры, в которой дополнительное топливо впрыскивается в выхлопные газы, которые сгорают для создания дополнительной тяги. Приблизительно на 400 миль в час один фунт тяги равен одной лошадиной силе, но на более высоких скоростях это соотношение увеличивается, и фунт тяги превышает одну лошадиную силу. На скорости менее 400 миль в час это соотношение уменьшается.

В одном типе двигателя, известном как турбовинтовой двигатель, выхлопные газы также используются для вращения пропеллера, прикрепленного к валу турбины, для увеличения экономии топлива на малых высотах.Турбореактивный двигатель используется для создания дополнительной тяги и дополнения тяги, создаваемой базовым турбореактивным двигателем, для большей эффективности на больших высотах. Преимущества реактивных двигателей над поршневыми двигателями включают меньший вес при большей мощности, более простую конструкцию и обслуживание, меньшее количество движущихся частей, эффективную работу и более дешевое топливо.

Да пребудет с вами сила: Thrust — Урок

. (0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 8 (7-9)

Требуемое время: 45 минут

Зависимость урока:

Тематические области: Физические науки

Поделиться:

Резюме

Студенты изучают, как воздушные винты и реактивные турбины создают тягу.В этом уроке основное внимание уделяется третьему закону движения Исаака Ньютона, поскольку каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

При проектировании самолетов инженеры применяют третий закон движения Ньютона, чтобы определить, как обеспечить лучшую мощность самолета. Физический закон гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.Инженеры проектируют системы, которые создают действие, которое, в свою очередь, заставляет самолет двигаться вперед; это действие называется толчком. Для создания тяги они могут использовать воздушные винты, реактивные двигатели или ракеты, и чем тяжелее самолет, тем больше тяги требуется для его движения.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

• Укажите, что тяга — одна из четырех основных сил, действующих на самолет.
• Укажите, что тяга является примером третьего закона движения Ньютона.
• Укажите третий закон движения Ньютона и приведите реальные примеры этого закона.
• Объясните разницу в том, как реактивные двигатели создают тягу по сравнению с пропеллерными двигателями.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

• Студенты разовьют понимание и смогут выбирать и использовать транспортные технологии.(Оценки К — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Ньютон заставляет меня двигаться

Учащиеся изучают движение, ракеты и движение ракет, помогая космонавту Тесс, космонавту Рохану и Майе в их исследованиях.Сначала они узнают некоторые основные факты о транспортных средствах, ракетах и ​​о том, почему мы их используем. Затем они обнаруживают, что движение всех объектов, включая полет ракеты и мо …

Использование тяги, веса и контроля: запускайте меня в космос

Продолжая сюжетную линию подразделения «Ракеты», этот урок более подробно рассматривает космонавта Рохана, космонавту Тесс, их дочь Майю и их проблемы с выходом в космос, установкой спутников и исследованием неизведанных вод с помощью каноэ.Студенты знакомятся с идеями тяги, …

Забери меня с этой планеты

Цель этого урока — научить студентов, как космический корабль попадает с поверхности Земли на Марс. Студенты сначала исследуют ракеты и то, как они могут доставить нас в космос.Наконец, обсуждается природа орбиты, а также то, как орбиты позволяют нам перемещаться с планеты на планету — спец …

Назначение космического пространства

Студенты получают базовые знания в области науки и техники космических путешествий, а также краткую историю освоения космоса.Они узнают об ученых и инженерах, которые сделали возможным космическое путешествие, и вкратце исследуют некоторые известные космические миссии.

Введение / Мотивация

Как машина движется вперед? Он перемещает вперед , толкая назад на дороге.Зная это, как самолет движется по воздуху, когда нет дороги, по которой можно было бы двигаться? Как вы думаете, почему самолет может двигаться вперед? (Ответ: Ожидайте, что ученики, вероятно, скажут, что самолет отталкивается от воздуха, чтобы двигаться, но это неправда. Ответ заключается в третьем законе движения Ньютона, который гласит, что для каждого действия существует равное и противоположное противодействие. Например, Если бы вы стояли на скейтборде и бросали шар для боулинга в одном направлении, вы и скейтборд двигались бы в противоположном направлении шара для боулинга.Бросок шара для боулинга — это действие, а движение скейтборда — противоположная реакция. Вот как движется самолет, но вместо того, чтобы бросать шары для боулинга, он «выбрасывает» множество молекул воздуха в направлении, противоположном его движению.) Подумайте о ракете в космосе. Хотя ракета создает тягу — во многом как реактивный двигатель — в космосе нет ничего (например, воздуха), на которое ракета могла бы натолкнуться, но она все еще движется, когда запускаются ракеты, точно так же, как самолет может двигаться вперед, когда его двигатели включены и движутся винты.

Эта идея демонстрирует третий закон движения Ньютона. Автомобильные шины отталкиваются от дороги, в результате чего автомобиль движется в противоположном направлении — вперед. Хотя самолеты не толкают в воздух, их движение все же описывается третьим законом движения Ньютона. Реактивный двигатель и пропеллер работают вместе, очень быстро захватывая воздух и «отбрасывая» его назад. Этот бросок в воздух и есть действие . Реакция заключается в том, что самолет движется в противоположном направлении — вперед.Ракета работает точно так же, но вместо воздуха она использует газы, которые она несет внутри (что означает, что ракета работает как в атмосфере, так и в космосе).

Итак, если вы бросаете шар для боулинга, стоя на скейтборде, почему бы вам не отойти так же далеко, как шар для боулинга? Третий закон Ньютона гласит, что реакция должна быть равной и противоположной. Если вы не двигаетесь так далеко и не так быстро, как шар для боулинга, это не похоже на реакцию равных. Одна из причин, по которой вы не двигаетесь до шара для боулинга, заключается в том, что колеса сталкиваются с трением, которое замедляет скейтборд.Однако более важная причина того, что вы не приближаетесь к шару для боулинга, — это ваш вес: вы весите намного больше, чем шар для боулинга. Когда в третьем законе Ньютона говорится, что реакция равна и противоположна действию , это означает, что сила реакции равна силе воздействия и противоположна ей. Несмотря на то, что силы, действующие на шар для боулинга и скейтборд, одинаковы, шар для боулинга перемещается дальше, потому что он намного легче. Представьте, что вы толкаете огромный валун.Толчок — это сила, и вам придется приложить очень большую силу к валуну, чтобы заставить его двигаться. Что, если приложить ту же силу к гальке? Он будет летать по воздуху. Чем меньше масса чего-либо, тем дальше / быстрее оно будет перемещаться при приложении к нему постоянной силы. Вот почему вы и скейтборд не двигаетесь до шара для боулинга.

Сегодня мы узнаем про тягу . Тяга — это сила, которая заставляет самолет двигаться вперед из-за движения воздуха или газа.Тяга не только толкает самолет вперед, но и позволяет крыльям создавать подъемную силу. (Подъем обсуждается в разделе «Самолеты», Урок 2.)

Двигатели отвечают за тягу самолетов. Несколько различных типов авиационных двигателей: винтовые, реактивные и ракетные. Почему инженеры не могут просто построить огромный двигатель, чтобы самолет мог лететь вдвое быстрее? (Ответ: напомните учащимся о четырех силах, действующих на самолеты: вес, подъемная сила, тяга и сопротивление, показанные на рисунке 1).Огромный двигатель будет весить слишком много и нарушит хрупкое равновесие между четырьмя силами. Правда, более крупный двигатель создал бы большую тягу, но также (слишком большой) больший вес. Однако больший вес потребовал бы большей подъемной силы, что потребовало бы больших крыльев.) Найти мощность, чтобы толкать самолет, было сложной задачей с тех пор, как были построены первые самолеты. Инженеры постоянно работают над созданием более надежных двигателей, обеспечивающих большую тягу для своего веса. Турбореактивные и турбовентиляторные двигатели сегодня являются наиболее часто используемыми авиационными двигателями, но можно только представить, каким будет следующее великое новшество в двигательной установке — только время покажет! Возможно, вы создадите следующий двигатель, который будет использоваться в самолетах по всему миру.

Предпосылки и концепции урока для учителей

Что такое тяга?

Представьте, что вы плывете в космосе с огромным шаром для боулинга. Если бы вы бросили шар для боулинга в одном направлении, вы бы двинулись в противоположном направлении. То же самое и с реактивными двигателями, ракетами и пропеллерами, за исключением того, что вместо шара для боулинга они выбрасывают воздух или другой газ. Это движение газа (воздуха) называется тягой: сила, заставляющая самолет двигаться вперед.Тяга не только толкает самолет вперед, но и позволяет крыльям создавать подъемную силу. Помните, из урока 2 «Самолеты» мы узнали, что подъемная сила создается, когда воздух быстрее движется над крылом. На рисунке 1 показаны четыре силы полета.

Рис. 1. Четыре силы полета: подъемная сила, вес, тяга и сопротивление. Авторское право

Copyright © 2003 Том Рутковски, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Как создается тяга?

Тяга самолета создается тремя основными механизмами: воздушными винтами, реактивными двигателями и ракетными двигателями.Все три типа двигателей используют преимущества физического поведения, описываемого третьим законом движения Ньютона, который гласит, что для каждого действия существует равное и противоположное противодействие. Все двигатели самолетов выталкивают воздух назад. Третий закон Ньютона предсказывает, что самолет будет двигаться вперед с равной и противоположной силой. Эта сила реакции известна как тяга. Обратитесь к соответствующему упражнению «Равная и противоположная тяга в самолете: ты слабак!» чтобы помочь проиллюстрировать взаимосвязь между тягой и конструкцией самолета, как это объясняется третьим законом Ньютона.

Как гребные винты создают тягу?

Гребные винты состоят из нескольких отдельных лопастей (разных размеров, в зависимости от общего размера гребного винта), каждая из которых имеет форму небольших крыльев. Подъем создается с одной стороны лопасти воздушного винта, когда она вращается в воздухе. Этот подъем затем тянет пропеллер вперед, потому что он ориентирован вертикально, а не горизонтально, как крылья (которые позволяют перемещаться вверх или поднимать). Затем пропеллер тянет за собой двигатель и остальную часть самолета.

Как реактивные двигатели создают тягу?

Реактивные двигатели намного сложнее. Сначала воздух втягивается в двигатель через впускное отверстие и компрессор. Компрессор под высоким давлением нагнетает воздух в камеру сгорания. Затем жидкое топливо непрерывно распыляется в камеру сгорания и сжигается. Это создает выхлопные газы с очень высокой температурой и давлением. (Выхлопной) газ в камере сгорания пытается расшириться в результате повышения температуры, создавая экстремальное давление.Этот газ под высоким давлением выходит из двигателя через турбину и сопло. Именно этот газ под высоким давлением, покидающий двигатель с такой высокой скоростью, толкает двигатель вперед. Это похоже на выпуск воздуха из воздушного шара. Молекулы воздуха толкаются назад, а воздушный шар толкается вперед — опять же, пример третьего закона движения Ньютона. Действие заключается в том, что воздух выталкивается назад от двигателя; реакция заключается в том, что двигатель толкает вперед.

Рисунок 2. Детали реактивного двигателя.авторское право

Авторские права © Исследовательский центр Глена, НАСА http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/turbparts.html

Как ракеты создают тягу?

Ракета создает тягу аналогично реактивному двигателю. Ракета состоит либо из твердого топлива в корпусе, либо из комбинации жидкого топлива и окислителя, которое закачивается в камеру сгорания. Топливо горит в кожухе и выбрасывается через сопло с высокой скоростью, потому что оно расширилось, как это происходит с газом в реактивном двигателе.Ракетный двигатель отличается от реактивного двигателя тем, что не требует внешнего воздуха и сжигает больше топлива. Несмотря на то, что ракеты создают большую тягу, они редко используются в самолетах, потому что они обычно не могут гореть в течение длительного периода времени.

Чем занимаются инженеры?

Инженеры отвечают за проектирование самолетов для полетов. Однако простых рецептов для постройки самолетов не существует; это требует огромного творчества и изобретательности. Знаете ли вы, что у нас нет хорошего метода для расчета формы лопасти гребного винта? Инженеры разрабатывают форму пропеллеров путем экспериментов и компьютерного моделирования.Они должны регулировать расход топлива двигателя самолета так, чтобы двигатель создавал достаточную тягу, но также имел достаточно топлива для путешествий на большие расстояния. Инженеры также должны рассчитать, насколько сильно нагреются двигатели, чтобы убедиться, что детали двигателя не плавятся и не сгорают.

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Рассмотрите четыре силы, влияющие на полет, и обсудите со студентами, как тяга обеспечивает поступательную силу на самолет.Попросите студентов объяснить своими словами концепцию действия и противодействия. Также спросите учащихся, как масса объекта влияет на силу, необходимую для его перемещения. (Ответ: Ожидайте, что ученики также поймут, что если бы один объект был вдвое больше другого, ему потребовалось бы вдвое больше силы, чтобы переместить его на такое же количество. Также ожидайте, что ученики также поймут, что два объекта, отталкивающиеся друг от друга, испытывают та же сила.)

Словарь / Определения

Горение: химический процесс, при котором топливо и окислитель вступают в реакцию с образованием тепла, света и горячих газов.

компрессор: механический компонент, который увеличивает давление газа, проходящего через него.

Радиальный двигатель: бензиновый двигатель внутреннего сгорания, в котором неподвижные поршни расположены по кругу вокруг движущегося коленчатого вала.

роторный двигатель: бензиновый двигатель внутреннего сгорания, в котором движущиеся поршни расположены по кругу вокруг неподвижного коленчатого вала.

вращательная энергия: количество энергии, которым обладает тело в результате его вращательного движения, пропорциональное его массе и радиусу.

тяга: направленная вперед сила, развиваемая в реактивном или ракетном двигателе как реакция на высокоскоростной выброс выхлопных газов назад или пропеллера.

турбина: механический компонент, который забирает энергию от движущейся жидкости и преобразует ее в энергию вращения.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопрос / ответ для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.

• Какие четыре силы влияют на полет самолета? (Ответ: подъемная сила, вес, тяга и сопротивление.)
• Что такое лифт? (Ответ: Когда давление воздуха под крылом больше, чем давление над крылом, чистая направленная вверх сила называется подъемной силой.)
• Какой вес? (Ответ: сила, с которой тело притягивается к Земле или другому небесному телу, равная произведению массы объекта и ускорения свободного падения.)
• Как вес влияет на полет самолета? (Ответ: Вес — это сила, которая тянет самолет обратно к Земле.Чтобы достичь полета, вес необходимо преодолевать с помощью подъемной силы, как обсуждалось в Уроке 2 раздела «Самолеты». Чтобы самолет мог подняться, подъемная сила должна быть больше веса самолета.)
• Что влияет на вес самолета? (Ответ: Материалы, из которых изготовлен самолет.)
• Как вы думаете, в воздухе летают самолеты? (Попросите учащихся повторить то, что они узнали о четырех силах, влияющих на полет.)

Оценка после введения

Голосование: Задайте вопрос «правда / ложь» и попросите учащихся проголосовать, подняв палец вверх за истину и вниз за ложь.Подсчитайте голоса и напишите число на доске. Дайте правильный ответ.

• Верно или неверно: самые ранние самолеты были оснащены реактивными двигателями . (Неверно: пропеллеры использовались на самых первых самолетах.)
• Верно или неверно: ракетные двигатели могут создавать большую тягу, но быстро исчерпывают топливо. (Верно)
• Верно или неверно: тяга не только толкает самолет вперед, но это движение также позволяет крыльям создавать подъемную силу. (Верно)
• Верно или неверно: на каждое действие существует одинаковая реакция в одном и том же направлении.(Неверно: реакция находится в направлении , противоположном направлению .)

Итоги урока Оценка

Вопросы, созданные учащимися: Попросите каждого учащегося придумать один собственный вопрос / ответ, чтобы задать его остальному классу. Предложите учащимся подумать над вопросами по темам, которые они изучали на курсе «Самолеты», например, принцип Бернулли, законы движения, подъемной силы, веса и тяги Ньютона). Будьте готовы помочь некоторым студентам сформулировать вопросы.Попросите учащихся по очереди задавать вопросы классу. Альтернативный процесс: соберите письменные вопросы и ответы и задайте их классу в случайном порядке.

Мероприятия по продлению урока

Поручите студентам исследовать и узнать больше о том, как тяга создается различными формами движения. Поиск по ключевым словам «4 силы полета» и «самолеты» дает множество хороших веб-сайтов для исследования.Хороший веб-сайт для начала поиска: http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/forces.html.

использованная литература

Гайфорд, Стив Х. и Хаггерти, Джеймс Дж. Рейс . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Time, Inc., 1969.

Четыре силы на самолете . Исследовательский центр Гленна, НАСА. По состоянию на 2004 г. http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/forces.html

Что заставляет самолет летать — уровень 1 .Обновлено 12 марта 2004 г. Сеть ALLSTAR, Учебная лаборатория аэронавтики для науки, технологий и исследований, Международный университет Флориды, НАСА. По состоянию на 2004 г. http://www.allstar.fiu.edu/aero/fltmidfly.htm.

авторское право

© 2004 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Том Рутковски; Алекс Коннер; Джеффри Хилл; Малинда Шефер Зарске; Джанет Йоуэлл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Департамент образования и Национальный научный фонд (грант ГК-12 № 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 10 сентября 2021 г.

Плазменных реактивных двигателей, которые могут доставить вас с земли в космос

Автор Сандрин Сёрстемон

Выезд на плазмотрон

Мастерская будущего электрожидкостных систем ТУ Берлин

ЗАБУДЬТЕ топливные реактивные двигатели.Мы на пороге создания самолета, который сможет летать от земли до края космоса, используя только воздух и электричество.

Традиционные реактивные двигатели создают тягу путем смешивания сжатого воздуха с топливом и его воспламенения. Горящая смесь быстро расширяется и вылетает из задней части двигателя, толкая его вперед.

В плазменных реактивных двигателях вместо топлива используется электричество для генерации электромагнитных полей. Они сжимают и возбуждают газ, такой как воздух или аргон, в плазму — горячее, плотное ионизированное состояние, подобное тому, которое находится внутри термоядерного реактора или звезды.

Плазменные двигатели

застряли в лаборатории в течение последнего десятилетия или около того. И исследования по ним в основном ограничивались идеей запуска спутников в космос.

Беркант Гёксель из Технического университета Берлина и его команда теперь хотят установить плазменные двигатели на самолеты. «Мы хотим разработать систему, которая может работать на высоте более 30 километров, где стандартные реактивные двигатели не могут работать», — говорит он. Они могут даже доставить пассажиров на край атмосферы и за ее пределы.

Задача заключалась в разработке дышащего воздухом плазменного силового двигателя, который можно было бы использовать как для взлета, так и для полетов на больших высотах.

Плазменные реактивные двигатели, как правило, проектируются для работы в вакууме или при низком давлении, которое наблюдается высоко в атмосфере, где им потребуется подавать газ. Но теперь команда Гёкселя испытала один, который может работать на воздухе при давлении в одну атмосферу ( Journal of Physics Conference Series , doi.org/b66g). «Мы первые, кто производит быстрые и мощные плазменные струи на уровне земли», — говорит Гёксель.«Эти плазменные струи могут развивать скорость до 20 километров в секунду».

Команда использовала быстрый поток наносекундных электрических разрядов, чтобы поджечь двигательную смесь. Подобный метод используется в двигателях внутреннего сгорания с импульсной детонацией, что делает их более эффективными, чем стандартные двигатели, работающие на топливе.

Впервые применили импульсную детонацию к плазменным двигателям. Джейсон Кассибри из Университета Алабамы в Хантсвилле впечатлен. «Это может значительно увеличить дальность полета любого самолета и снизить эксплуатационные расходы», — говорит он.

Но есть несколько препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем технология сможет привести в движение настоящий самолет. Для начала команда протестировала мини-двигатели длиной 80 миллиметров, и коммерческому авиалайнеру потребуется около 10 000 из них для полета, что делает нынешнюю конструкцию слишком сложной для самолетов такого размера. Команда Гёкселя пока планирует нацеливаться на меньшие самолеты и дирижабли. Для небольшого самолета хватило бы от 100 до 1000 двигателей, что, по мнению команды, возможно.

Но самым большим ограничением является отсутствие легких аккумуляторов.Для генерации и поддержания плазмы требуется огромное количество электричества. «Для установки множества двигателей потребуется небольшая электрическая силовая установка, которую невозможно установить на самолет с использованием современных технологий», — говорит Дэн Лев из Техниона-Израильского технологического института. Источник питания также является препятствием для увеличения размеров отдельных двигателей. Это уменьшит количество, необходимое для приведения в движение самолета, но для каждого из них потребуется больше мощности.

Göksel надеется на прорыв в создании компактных термоядерных реакторов для питания своей системы.По его словам, другими возможными вариантами могут быть солнечные батареи или беспроводная передача энергии двигателям.

Тем временем он изучает гибридные самолеты, в которых его плазменный двигатель будет сочетаться с двигателями внутреннего сгорания с импульсной детонацией или ракетами для экономии топлива.

Эта статья появилась в печати под заголовком «Плазменные реактивные двигатели могут доставить вас в космос»

Еще по этим темам:

В чем разница между реактивными самолетами и ракетами?

Спросил: Самир Сингла

Ответ

И реактивный двигатель, и ракетный двигатель работают, выбрасывая горячие газы в направлении, противоположном направлению желаемого ускорения.Третий закон движения Ньютона гласит, что действие горячих газов вызывает обратную реакцию на реактивном или ракетном двигателе; импульс, сообщаемый газам, в точности противоположен импульсу, передаваемому транспортному средству.

Основное различие между двумя типами двигателей заключается в том, что ракета имеет собственный запас кислорода для сгорания. Реактивному двигателю для сгорания требуется кислород из атмосферы, поэтому он не может работать в космическом вакууме.
Ответил: Пол Валорски, Б.А., неполный инструктор по физике / астрономии
BR>

Ответ

Ну, один — самолет, а другой — ракета! На мой взгляд, это большая разница!

Если шутить, между принципами работы реактивного самолета и ракеты есть серьезные различия. (Различия в деталях, я полагаю, намного больше, но я всего лишь физик.)

Во-первых, позвольте мне указать на сходство между ними: оба сжигают топливо, и оба выбрасывают эту массу топлива, чтобы получить импульс.Ну и, конечно, оба «летают».

Реактивный двигатель работает следующим образом: он всасывает воздух из передней части двигателя. Этот воздух сжигается вместе с топливом в двигателе. В результате большая масса газа выбрасывается назад с высокой скоростью, которая толкает самолет вперед и заставляет больше воздуха всасываться в двигатель. В нормальном полете двигатели используются для движения самолета вперед. Фактический «подъем» достигается за счет крыльев, использующих сильный поток ветра. (Как на самом деле крылья поднимают самолет, это немного спорно, есть сторона «Бернулли» и сторона «Ньютона»… Но это уже другая история.)

Ракета, напротив, несет как топливо (которое может быть твердым или жидким), так и кислород. Поэтому он не всасывает воздух спереди. Все, что он делает, это сжигает топливо с кислородом и выбрасывает его с очень высокой скоростью назад. Этот импульс используется как для подъема, так и для приведения в движение ракеты. Нет крыльев для поднятия. Любые крылья служат для рулевого управления.

Ракета обычно намного мощнее и расточительнее реактивного двигателя. Большинство самолетов (не знает никаких исключений) не могут подниматься вертикально, а ракеты созданы только для этого.Реактивный самолет практически бесполезен за пределами атмосферы, но ракета будет работать нормально, поскольку она несет собственное топливо и кислород.
Ответил: Ясар Сафкан, доктор философии, инженер-программист, Noktalar A.S., Стамбул, Турция

Ответ

Самая большая разница между реактивным двигателем и ракетой заключается в их силовых установках. Реактивный двигатель сочетает кислород из воздуха с топливом при высокой температуре. Обычно для воспламенения паров топлива возникает искра, но как только двигатель начинает вращаться, он продолжает работать, пока в нем не кончится топливо или воздух.Горячий газ, выходящий сзади, толкает струю вперед, точно так же, как садовый шланг давит на вас, когда вы его распыляете. Для сравнения, ракетный двигатель — это не то, что называют «дышащим воздухом».

Ракеты могут работать где угодно, в вакууме или в атмосфере. Хорошим примером этого может быть космический челнок, в котором используются оба основных типа ракетных двигателей. Большие сопла, которые вы видите внизу самого Шаттла, и жидкостные ракетные двигатели. Они распыляют жидкий водород и жидкий кислород вместе прямо в нижней части конуса, который затем горит, пока в него продолжают поступать топливо и кислород.Однако ракета не использует воздух. Он будет работать на любой высоте и в космосе. Проблема, однако, в том, что теперь корабль должен не только нести топливо … но и кислород. Огромный коричневый бак на брюхе космического челнока является основным топливным баком, в котором хранятся водород и кислород. Чтобы поднять весь этот вес, требуется ОЧЕНЬ много энергии, для чего требуется больше топлива, а для этого требуется больше места и веса; и в какой-то момент, используя ракеты на жидком топливе, вы начинаете работать против себя.Вы можете увидеть, насколько велики ракеты «Сатурн-5» по сравнению с космическим шаттлом, и сравнить полезную нагрузку. Вот тут-то и пригодятся твердотопливные ракетные ускорители.

Длинные и относительно тонкие ракеты, примыкающие к космическому шаттлу, представляют собой твердотопливные ускорители. Твердотопливные ракетные ускорители заполнены порошком оксида алюминия. Внизу есть небольшой раздел со стартовым материалом, и как только они начнут работать, все. В этом и заключается самая грандиозная проблема твердотопливных ракет… они не могут быть отключены. Твердотельные ускорители имеют большую мощность, чем жидкостные, они меньше весят, они намного надежнее, но их нельзя отключить. Если бы они могли, «Челленджер» не упал бы.

Итак, в двух словах. Реактивные двигатели смешивают воздух и топливо и сжигают его, чтобы двигаться, жидкие ракеты смешивают топливо и кислород, и им приходится нести то и другое самостоятельно. Твердые ракеты несут все свое топливо внутри и легкие, но их невозможно остановить после запуска.Я надеюсь, что это все для вас ответит.
Ответил: Фрэнк ДиБонавентуро, бакалавр наук, выпускник физики, Цитадель, офицер ВВС

Лаборатория реактивного движения «Новости Университета Джонса Хопкинса

Этот раздел содержит регулярно обновляемые основные новости со всего мира Джонса Хопкинса. Университет. Ссылки на полные сводки новостей из девяти школ, Лаборатория прикладной физики и другие центры и институты должны слева, а также ссылки, которые помогут средствам массовой информации связаться с Джоном Хопкинсом. офисы связи.

С помощью объединенных мощностей космических телескопов НАСА «Спитцер» и «Хаббл», а также эффекта космического увеличения группа астрономов во главе с Вэй Чжэном из Университета Джонса Хопкинса обнаружила самую далекую галактику, которую когда-либо видели. Свет молодой галактики, запечатленный орбитальными обсерваториями, засиял, когда вселенной возрастом 13,7 миллиарда лет было всего 500 миллионов лет. Эта далекая галактика существовала в важную эпоху, когда Вселенная начала переходить из так называемых «темных веков».В течение этого периода Вселенная превратилась из темного беззвездного пространства в узнаваемый космос, полный галактик. Таким образом, открытие слабой маленькой галактики открывает окно в самые глубокие и далекие эпохи космической истории.

«Эта галактика — самый далекий объект, который мы когда-либо наблюдали с большой уверенностью», — сказал Чжэн, главный научный сотрудник Отдела физики и астрономии Генри А. Роуленда Школы искусств и наук Кригера Джонса Хопкинса и ведущий автор книги. завтра в журнале Nature появится новая газета.«Будущая работа с этой галактикой — а также с другими подобными ей, которые мы надеемся найти — позволит нам изучить самые ранние объекты Вселенной и то, как закончились Темные века».

19 сентября 2012 г. Теги: Калифорнийский технологический институт, CLASH, кластерное линзирование и исследование сверхновых, гравитационное линзирование, Департамент физики и астрономии Генри А. Роуленда, Холланд Форд, Космический телескоп Хаббла, инфракрасная матричная камера, IRAC, Jet Лаборатория движения, Школа искусств и наук Кригера, самая далекая галактика, космический телескоп Спитцер, Вие Чжэн
| Категория: Академические дисциплины, Новости Homewood Campus, Физика и астрономия, Связанные с университетом

Предложение, выдвинутое астрофизиком из Университета Джона Хопкинса, было выбрано НАСА в рамках модернизации научных инструментов Стратосферной обсерватории для инфракрасной астрономии (SOFIA).Этот прибор, широкополосная воздушная камера высокого разрешения (HAWC), обеспечит чувствительную, универсальную и мощную возможность получения изображений сообществу пользователей SOFIA. Исследование под руководством Джона Хопкинса — одно из двух, которые позволят SOFIA с улучшенным HAWC измерять структуру и силу магнитных полей в различных объектах по всей Вселенной, таких как звездообразующие облака и галактики. Это поможет астрономам лучше понять, как звезды, планеты и галактики образуются и развиваются. Группу возглавит Йоханнес Стагун из Центра астрофизических наук Университета Джона Хопкинса.

20 апреля 2012 г. Теги: авиакосмическая промышленность, Boeing 747SP, формирование планет и галактик, Центр космических полетов Годдарда, HAWC, Департамент физики и астрономии Генри А. Роуленда, Широкополосная воздушная камера высокого разрешения, Лаборатория реактивного движения, Йоханнес Стагун, Джон Грунсфельд, Центр астрофизических наук Университета Джона Хопкинса, НАСА, СОФИЯ, Стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии
| Категория: Академические дисциплины, Новости Homewood Campus, Физика и астрономия, Технологии, Связанные с университетом

ученых создают реактивный двигатель, работающий только на электроэнергии

В прототипе устройства не используется ископаемое топливо для создания тяги.

Чистый воздух

Прототип реактивного двигателя может двигаться самостоятельно без использования ископаемого топлива, потенциально открывая путь для путешествий по воздуху с нейтральным выбросом углерода.

Устройство сжимает воздух и ионизирует его микроволнами, генерируя плазму, которая толкает его вперед, согласно исследованию, опубликованному во вторник в журнале AIP Advances . Это означает, что когда-нибудь самолеты могут летать, используя только электричество и воздух вокруг себя в качестве топлива.

Масштабирование

Между испытательным прототипом и установкой двигателя на реальном самолете пройти долгий путь.Но прототип смог запустить в воздух стальной шар весом 1 кг и диаметром 24 миллиметра. Это та же тяга, пропорциональная масштабу, что и у обычного реактивного двигателя.

«Наши результаты показали, что такой реактивный двигатель, основанный на микроволновой воздушной плазме, может быть потенциально жизнеспособной альтернативой традиционному реактивному двигателю на ископаемом топливе», — сказал в пресс-релизе ведущий исследователь и инженер Уханьского университета Джау Тан.

Air Jet

Путешествие по воздуху представляет собой небольшой, но немаловажный фактор изменения климата. The New York Times сообщила в сентябре, что на коммерческий воздух приходится 2,5 процента всех выбросов парниковых газов, за исключением военных самолетов.

«Мотивация нашей работы состоит в том, чтобы помочь решить проблемы глобального потепления из-за того, что люди используют двигатели внутреннего сгорания на ископаемом топливе для питания машин, таких как автомобили и самолеты», — говорится в сообщении Танг. «Благодаря нашей конструкции ископаемое топливо не требуется, и, следовательно, нет выбросов углерода, вызывающих парниковый эффект и глобальное потепление.»

ПОДРОБНЕЕ: Реактивный двигатель без ископаемого топлива с воздушной плазмой [Американский институт физики]

Подробнее о реактивном двигателе: Приготовьтесь к недорогим реактивным двигателям, которые достигают космоса без сжигания ископаемого топлива

Читатели футуризма: узнайте, сколько вы можете сэкономить, переключившись на солнечную энергию, на UnderstandSolar.

No related posts.