Тяга - Википедия - Thrust

А Пратт и Уитни F100 реактивный двигатель проходит испытания. Этот двигатель производит струю газа для создания тяги. Его цель - привести в движение реактивный самолет.

Толкать это реакция сила описывается количественно Третий закон Ньютона. Когда система изгоняет или ускоряет масса в одном направлении ускоренная масса вызовет силу, равную величина но противоположное направление в этой системе.^[1]Сила, приложенная к поверхности в направлении, перпендикулярном или нормальный к поверхности также называется тяга. Сила и, следовательно, тяга измеряются с помощью Международная система единиц (SI) в ньютоны (символ: N) и представляет количество, необходимое для ускорения 1 килограмма массы со скоростью 1 метр в секунду в секунду. В машиностроение, сила ортогональный к основной нагрузке (например, параллельно косозубые шестерни ) упоминается как толкать.

Примеры

Силы на крыло поперечное сечение

А самолет создает прямую тягу, когда воздух выталкивается в направлении, противоположном полету. Это можно сделать несколькими способами, в том числе вращая лопасти пропеллер, или вращающийся поклонник выталкивая воздух из задней части реактивный двигатель, или выбросом горячих газов из ракетный двигатель.^[2] Передняя тяга пропорциональна масса воздушного потока, умноженного на разницу в скорость воздушного потока. Обратную тягу можно создать для облегчения торможения после приземления путем изменения шага лопастей винта с изменяемым шагом или с помощью реверсор тяги на реактивном двигателе. Винтокрылый самолет и вектор тяги V / STOL самолет использует тягу двигателя, чтобы выдержать вес самолета, и векторную сумму этой тяги вперед и назад для управления скоростью движения.

А моторная лодка создает тягу (или обратную тягу), когда гребные винты поворачиваются для ускорения воды назад (или вперед). Возникающая в результате тяга толкает лодку в противоположном направлении на сумму импульс изменение воды, протекающей через гребной винт.

А ракета продвигается вперед за счет силы тяги, равной по величине, но противоположной по направлению скорости изменения количества движения выхлопной газ разгоняется из камеры сгорания через сопло ракетного двигателя. Это скорость истечения по отношению к ракете, умноженное на скорость выброса массы, или в математических терминах:

{ Displaystyle mathbf {T} = mathbf {v} { frac { mathrm {d} m} { mathrm {d} t}}}

Где Т - создаваемая тяга (сила), ${ displaystyle { frac { mathrm {d} m} { mathrm {d} t}}}$ - скорость изменения массы во времени (массовый расход выхлопных газов), и v - скорость выхлопных газов, измеренная относительно ракеты.

Для вертикального пуска ракеты начальная тяга при взлет должен быть больше веса.

Каждый из трех Космический шатл Главные двигатели мог производить тягу 1,8меганьютон, и каждый из двух космических челноков Твердотопливные ракетные ускорители 14.7 MN (3,300,000 фунт-сила ), вместе 29,4 Мн.^[3]

Напротив, Упрощенная помощь для спасения EVA (SAFER) имеет 24 двигателя по 3,56 Н (0,80 фунт-силы) каждый.^{[нужна цитата ]}

В категории воздуходышащих реактивный двигатель AMT-USA AT-180, разработанный для радиоуправляемый самолет производят 90 Н (20 фунт-сила ) тяги.^[4] В GE90 -115B установлен на Боинг 777 -300ER, признанный Книга рекордов Гиннеса как «Самый мощный в мире коммерческий реактивный двигатель», имеет тягу 569 кН (127 900 фунтов силы).

Концепции

Тяга к власти

Мощность, необходимая для создания тяги, и сила тяги могут быть связаны между собой нелинейный путь. В целом, ${ Displaystyle mathbf {P} ^ {2} propto mathbf {T} ^ {3}}$ . Константа пропорциональности варьируется и может быть решена для равномерного потока:

{ displaystyle { frac { mathrm {d} m} { mathrm {d} t}} = rho A {v}}

{ displaystyle mathbf {T} = { frac { mathrm {d} m} { mathrm {d} t}} {v}, mathbf {P} = { frac {1} {2}} { frac { mathrm {d} m} { mathrm {d} t}} {v} ^ {2}}

{ Displaystyle mathbf {T} = rho A {v} ^ {2}, mathbf {P} = { frac {1} {2}} rho A {v} ^ {3}}

{ displaystyle mathbf {P} ^ {2} = { frac { mathbf {T} ^ {3}} {4 rho A}}}

Обратите внимание, что эти расчеты действительны только для случая, когда входящий воздух ускоряется с места - например, при зависании.

Обратная величина константы пропорциональности, «эффективность» идеального двигателя малой тяги, пропорциональна площади поперечного сечения перемещаемого объема жидкости ( ${ displaystyle A}$ ) и плотности жидкости ( ${ displaystyle rho}$ ). Это помогает объяснить, почему передвигаться по воде легче и почему у самолетов гораздо большие пропеллеры, чем у судов.

Тяга к движущей силе

Очень часто возникает вопрос, как сравнить тягу реактивного двигателя с номинальной мощностью поршневого двигателя. Такое сравнение затруднительно, поскольку эти величины не эквивалентны. Поршневой двигатель не перемещает самолет сам по себе (винт делает это), поэтому поршневые двигатели обычно оцениваются по мощности, которую они передают на винт. За исключением изменений температуры и давления воздуха, эта величина в основном зависит от настройки дроссельной заслонки.

У реактивного двигателя нет воздушного винта, поэтому тяговая сила реактивного двигателя определяется по его тяге следующим образом. Сила - это сила (F), необходимая для перемещения чего-либо на некоторое расстояние (d), деленная на время (t), необходимое для перемещения на это расстояние:^[5]

{ displaystyle mathbf {P} = mathbf {F} { frac {d} {t}}}

В случае ракеты или реактивного самолета сила в точности равна тяге (Т), создаваемой двигателем. Если ракета или самолет движется примерно с постоянной скоростью, то расстояние, разделенное на время, будет просто скоростью, поэтому мощность равна тяге, умноженной на скорость:^[6]

{ Displaystyle mathbf {P} = mathbf {T} {v}}

Эта формула выглядит очень удивительно, но она верна: движущая сила (или же доступная мощность ^[7]) реактивного двигателя увеличивается с его скоростью. Если скорость равна нулю, то тяговая мощность равна нулю. Если реактивный самолет работает на полностью открытой дроссельной заслонке, но прикреплен к статическому испытательному стенду, то реактивный двигатель не производит тяги, однако тяга все равно создается. Комбинация поршневой двигатель - гребной винт также имеет движущую силу с точно такой же формулой, и она также будет равна нулю при нулевой скорости - но это для набора двигатель-гребной винт. Сам по себе двигатель будет продолжать вырабатывать свою номинальную мощность с постоянной скоростью, независимо от того, движется самолет или нет.

Теперь представьте, что прочная цепь разорвана, и реактивный самолет и поршневой самолет начинают двигаться. На малых скоростях:

Поршневой двигатель будет иметь постоянную 100% мощность, а тяга винта будет меняться в зависимости от скорости.
Реактивный двигатель будет иметь постоянную 100% тягу, а мощность двигателя будет меняться в зависимости от скорости.

Избыточная тяга

Если летательный аппарат с двигателем создает тягу T и испытывает тащить D, разница между ними, T - D, называется избыточной тягой. Мгновенные характеристики самолета во многом зависят от избыточной тяги.

Избыточная тяга - это вектор и определяется как разность векторов между вектором тяги и вектором сопротивления.

Ось тяги

Ось тяги для самолета - это линия действий от общей тяги в любой момент. Это зависит от расположения, количества и характеристик реактивных двигателей или гребных винтов. Обычно она отличается от оси сопротивления. Если это так, расстояние между осью тяги и осью сопротивления вызовет момент этому должно противостоять изменение аэродинамической силы на горизонтальном стабилизаторе.^[8] Примечательно, что Боинг 737 МАКС, с более крупными двигателями с более низкой подвеской, чем предыдущие модели 737, имел большее расстояние между осью тяги и осью сопротивления, в результате чего носовая часть поднималась вверх в некоторых режимах полета, что требовало системы управления по тангажу, MCAS.^[9]^[10]

Смотрите также

Аэродинамическая сила
Кормовой движитель
Тяга газотурбинного двигателя
Тяга на шарнире, наиболее часто встречается в современных ракетах
Фунт тяги (такой же как фунт (сила) )
Усреднение тяги потока
Отношение тяги к массе
Вектор тяги
Реверс тяги
Тяговое усилие