Tryskový pohon - Jet propulsion

Proudový motor Boeingu 787 Dreamliner .
Čerpadlo-tryska na trajektu.

Jet pohon je pohon objektu v jednom směru, který je vyráběn vysunutím proud z tekutiny v opačném směru. Podle třetího Newtonova zákona je pohybující se těleso poháněno v opačném směru než paprsek. Mezi reakční motory fungující na principu tryskového pohonu patří tryskový motor používaný k pohonu letadel , pumpa-tryska používaná k pohonu lodí a raketový motor a plazmový propeler používaný k pohonu kosmických lodí . Biologické systémy zahrnují pohonné mechanismy určitých mořských živočichů, jako jsou hlavonožci , mořští zajíci , členovci a ryby .

Fyzika

Jet pohon je produkován některými reaktivních motorů nebo zvířat, když je tlak pro rychle se pohybující proudem z kapaliny v souladu s Newtonovy pohybové zákony . Je to nejúčinnější, když je Reynoldsovo číslo vysoké - to znamená, že poháněný objekt je relativně velký a prochází médiem s nízkou viskozitou.

U zvířat jsou nejúčinnější trysky spíše pulzní než kontinuální, přinejmenším když je Reynoldsovo číslo větší než 6.

Specifický impuls

Specifický impuls (obvykle zkráceně I sp ) je měřítkem toho, jak efektivně raketa využívá pohonnou látku nebo proudový motor palivo. Podle definice je to celkový impuls (nebo změna hybnosti ) vydaný na jednotku spotřebované pohonné látky a je rozměrově ekvivalentní generovanému tahu dělenému hmotnostním průtokem nebo hmotnostním průtokem pohonné látky . Pokud se jako jednotka pohonné látky použije hmotnost ( kilogram , hmotnost libry nebo slimák ), pak konkrétní impuls má jednotky rychlosti . Pokud se místo toho použije hmotnost ( newton nebo libra síla ), pak konkrétní impuls má jednotky času (sekundy). Vynásobením průtoku standardní gravitací ( g 0 ) se převede specifický impuls z hmotnostního základu na hmotnostní základ.

Pohonný systém s vyšším specifickým impulzem využívá hmotnost hnacího plynu účinněji při vytváření dopředného tahu a v případě rakety je pro danou delta-v zapotřebí méně hnacího plynu podle rovnice Tsiolkovského rakety . V raketách to znamená, že motor je efektivnější při získávání výšky, vzdálenosti a rychlosti. Tato účinnost je méně důležitá u proudových motorů, které využívají křídla a využívají ke spalování venkovní vzduch a nesou užitečné zatížení, které je mnohem těžší než pohonná látka.

Specifický impuls zahrnuje příspěvek k impulzu poskytovaný vnějším vzduchem, který byl použit ke spalování a je vyčerpán použitým pohonným látkou. Proudové motory používají venkovní vzduch, a proto mají mnohem vyšší specifický impuls než raketové motory. Specifický impuls, pokud jde o vynaloženou hmotnost pohonné látky, má jednotky vzdálenosti za čas, což je umělá rychlost nazývaná „efektivní rychlost výfuku“. To je vyšší než skutečná rychlost výfukových plynů, protože se nezohledňuje hmotnost spalovacího vzduchu. Skutečná a efektivní rychlost výfukových plynů je stejná u raketových motorů, které nepoužívají vzduch.

Specifický impuls je nepřímo úměrný specifické spotřebě paliva (SFC) vztahem I sp = 1 / ( g o · SFC) pro SFC v kg / (N · s) a I sp = 3600 / SFC pro SFC v lb / (lbf · Hod).

Tah

Z definice specifického impulzního tahu v jednotkách SI je:

kde V e je efektivní rychlost výfukového plynu a je průtoková rychlost hnacího plynu.

Druhy reakčního motoru

Reakční motory vytvářejí tah vytlačováním pevné nebo tekuté reakční hmoty ; tryskový pohon se vztahuje pouze na motory, které používají tekutou reakční hmotu.

Tryskový motor

Proudový motor je reakční motor, který jako pracovní tekutinu používá okolní vzduch a přeměňuje jej na horký vysokotlaký plyn, který je expandován jednou nebo více tryskami . Dva typy proudového motoru, proudový a turbofan , využívají axiální nebo odstředivé kompresory ke zvýšení tlaku před spalováním a turbíny k pohánění komprese. Ramjety pracují pouze při vysokých letových rychlostech, protože vynechávají kompresory a turbíny, místo toho v závislosti na dynamickém tlaku generovaném vysokou rychlostí (známém jako komprese beranu). Pulzní trysky také vynechávají kompresory a turbíny, ale mohou generovat statický tah a mít omezenou maximální rychlost.

Raketový motor

Raketa je schopná pracovat ve vesmírném vakuu , protože je závislá na vozidle nesoucím vlastní oxidační činidlo, místo aby používal kyslík ve vzduchu, nebo v případě jaderné rakety ohřívá inertní pohonnou látku (například kapalný vodík). ) tím, že se protlačuje jaderným reaktorem .

Plazmový motor

Plasmové trysky urychlení plazmy pomocí elektromagnetických prostředků.

Pump-jet

Pump-jet, který se používá pro lodní pohon , používá vodu jako pracovní kapalinu, pod tlakem pomocí potrubní vrtule , odstředivého čerpadla nebo jejich kombinací.

Zvířata s tryskovým pohonem

Hlavonožci, jako je chobotnice, používají tryskový pohon pro rychlý únik před predátory ; používají jiné mechanismy pro pomalé plavání. Proud se vyrábí vypuzováním vody přes sifon , který se obvykle zužuje na malý otvor, aby se dosáhlo maximální vydechované rychlosti. Voda prochází žábry před výdechem a plní dvojí účel - dýchání a pohyb. Zajíci (plži měkkýši) používají podobnou metodu, ale bez sofistikovaného neurologického aparátu hlavonožců se pohybují poněkud neohrabaně.

Některé teleostní ryby také vyvinuly tryskový pohon, který prochází vodou žábry, aby doplnil pohyb řízený ploutvemi.

U některých larv vážek se tryskového pohonu dosahuje vytlačováním vody ze specializované dutiny konečníkem. Vzhledem k malé velikosti organismu je dosaženo velké rychlosti.

Hřebenatky a kardiidy , sifonofory , pláštěnky (například salpy ) a některé medúzy také používají tryskový pohon. Nejúčinnějšími organismy s tryskovým pohonem jsou salpy, které spotřebují řádově méně energie (na kilogram na metr) než chobotnice.

Viz také

Reference