Реферат на тему реактивний рух

Обновлено: 05.07.2024

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

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.

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.

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.

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.

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

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

Образовательный сайт для студентов и школьников

Константин Эдуардович Циолковский как русский учёный доказавший, что ракета единственный аппарат, способный преодолеть силу земного притяжения. Понятие реактивного движения как сложного механического явления. Межконтинентальная баллистическая ракета.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	23.03.2014
Размер файла	227,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Специальная средняя сменная школа №10

Реферат по физике на тему:

К. Э. Циолковский

ученик 11-го класса

Задворошный Владислав Михайлович

Содержание

1. Реактивное движение

2. Межконтинентальная баллистическая ракета

Заключение

Список использованной литературы

1. Реактивно движение

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба. Но ни один учёный, ни один писатель-фантаст за многие века не смог назвать единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате. циолковский ракета реактивный баллистический

Законы Ньютона позволяют объяснить очень важное механическое явление -- реактивное движение. Так называют движение тела, возникающее при отделении от него с какой-либо скоростью некоторой его части. Возьмем, например, детский резиновый шарик, надуем его и отпустим. Мы увидим, что, когда воздух начнет выходить из него в одну сторону, сам шарик полетит в другую. Это и есть реактивное движение.

По принципу реактивного движения передвигаются некоторые представители животного мира, например кальмары и осьминоги. Периодически выбрасывая вбираемую в себя воду, они способны развивать скорость до 60--70 км/ч. Аналогичным образом перемещаются медузы, каракатицы и некоторые другие животные.

Реактивное движение, возникающее при выбросе воды, можно наблюдать на следующем опыте. Нальем воду в стеклянную воронку, соединенную с резиновой трубкой, имеющей

Г - образный наконечник (см. рисунок). Мы увидим, что, когда вода начнет выливаться из трубки, сама трубка придет в движение и отклонится в сторону, противоположную направлению вытекания воды.

на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения корабля).

По мере истечения рабочего тела освободившиеся баки, лишние части оболочки и т. д. начинают обременять ракету ненужным грузом, затрудняя ее разгон. Поэтому для достижения космических скоростей применяют составные (или многоступенчатые) ракеты (см. рисунок). Сначала в таких ракетах работают лишь блоки первой ступени 1. Когда запасы топлива в них кончаются, они отделяются и включается вторая ступень 2; после исчерпания в ней топлива она также отделяется и включается третья ступень 3. Находящийся в головной части ракеты спутник или какой-либо другой космический аппарат укрыт головным обтекателем 4, обтекаемая форма которого способствует уменьшению сопротивления воздуха при полете ракеты в атмосфере Земли.

Когда реактивная газовая струя с большой скоростью выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону. Почему это происходит?

Согласно третьему закону Ньютона, сила F, с которой ракета действует на рабочее тело, равна по величине и противоположна по направлению силе F', с которой рабочее тело действует на корпус ракеты:

F' = F.

Сила F' (которую называют реактивной силой) и разгоняет ракету.

Из этого равенства следует, что сообщаемый телу импульс равен произведению силы на время ее действия. Поэтому одинаковые силы, действующие в течение одного и того же времени, сообщают телам равные импульсы. В данном случае импульс m_рv_р, приобретаемый ракетой, должен быть равен импульсу выброшенных газов:

Отсюда следует, что скорость ракеты

m₀/m

К. Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета. Вот эта формула:

Здесь v_max - максимальная скорость ракеты, v₀ - начальная скорость, v_r - скорость истечения газов из сопла, m - начальная масса топлива, а M - масса пустой ракеты. Как видно из формулы, эта максимально достижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. Из формулы следует также, что эта скорость зависит и от начальной и конечной массой ракеты, т.е. от того, какая часть её веса приходится на горючее, и какая - на бесполезные (с точки зрения скорости полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.

Эта формула Циолковского является фундаментом, на котором зиждется весь расчёт современных ракет. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя(т.е. по существу к весу пустой ракеты) называется числом Циолковского.

Основной вывод из этой формулы состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.

Как выглядит в общих чертах современная ракета сверхдальнего действия? Прежде всего, это многоступенчатая ракета. В головной части её размещается боевой заряд, позади него _ приборы управления, баки и, наконец, двигатель. В зависимости от топлива стартовый вес ракеты превышает вес полезного груза в 100-200 раз! Поэтому весит она много десятков тонн, а в длину достигает высоты десятиэтажного дома.

Рис.1 Схема внутреннего устройства ракеты.

Каждая ступень ракеты работает в совершенно различных условиях, которые и определяют её устройство. Мощность каждой следующей ступени и время её действия меньше, поэтому и конструкция может быть проще.

В настоящее время двигатели баллистических ракет преимущественно работают на жидком топливе. В качестве горючего обычно используют керосин, спирт, гидразин, анилин, а в качестве окислителей - азотную и хлорную кислоты, жидкий кислород и перекись водорода. Очень активными окислителями являются фтор и жидкий озон, но из-за крайней взрывоопасности они пока находят ограниченное применение.

Наиболее ответственной частью ракеты является двигатель, а в нём - камера сгорания и сопло. Здесь должны использоваться особо жаропрочные материалы и сложные методы охлаждения, так как температура сгорания топлива доходит до 2500-3500 О С. 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 горючее из баков и гонит его в камеру сгорания.

Запускается баллистическая ракета со специального стартового устройства. 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 проходит на высоте больше 1000 км над Землёй, где сопротивление 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.

От себя добавлю, что данное мной описание работы межконтинентальной баллистической ракеты устарело и соответствует уровню развития науки и техники 60-х годов, но, ввиду ограниченности доступа к современным научным материалам, я не имею возможности дать точное описание работы современной межконтинентальной баллистической ракеты сверхдальнего радиуса действия. Однако мною были освещены общие свойства, присущие всем ракетам, поэтому я считаю свою задачу выполненной.

Список использованной литературы

1. Дерябин В. М. Законы сохранения в физике. - М. : Просвещение, 1982.

2. Гельфер Я. М. Законы сохранения. - М. : Наука, 1967.

3. Кузов К. Мир без форм. - М. :Мир, 1976.

4. Детская энциклопедия. - М. : Издательство АН СССР, 1959.

5. С. В. Громов, Н. А. Родина. Физика - М. : Просвещение, 2001.

Подобные документы

Понятие и характеристики реактивного двигателя. Космическая ракета — летательный аппарат, двигающийся за счёт реактивной силы. Рассмотрение принципа движения кальмара. Исследование К.Э. Циолковского. Действие продуктов сгорания углеводородного топлива.

презентация [3,8 M], добавлен 07.11.2014

Реактивное движение - движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части. История создания реактивного двигателя, его основные элементы и принцип работы. Физические законы Циолковского, устройство ракеты-носителя.

презентация [1,0 M], добавлен 20.02.2012

Движение, возникающее при отделении от тела со скоростью какой-либо его части. Использование реактивного движения моллюсками. Применение реактивного движения в технике. Основа движения ракеты. Закон сохранения импульса. Устройство многоступенчатой ракеты.

реферат [1,4 M], добавлен 02.12.2010

Понятие реактивного движения, его проявление в ракете. Строение ракеты и ракетное топливо. Применение ракет в научной деятельности, космонавтике, военном деле. Создание модели с использованием явления перехода потенциальной энергии воды в кинетическую.

реферат [61,2 K], добавлен 03.11.2014

Принципы реактивного движения, которые находят широкое практическое применение в авиации и космонавтике. Первый проект пилотируемой ракеты с пороховым двигателем известного революционера Кибальчича. Устройство ракеты-носителя. Запуск первого спутника.

Реактивное движение - движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части. Реактивное движение описывается, исходя из закона сохранения импульса.Реактивное движение, используемое ныне в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам – все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды. Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений.

Содержание работы

Содержимое работы - 1 файл

Реферат по физике.docx

Министерство Образования и Науки РФ

тема : Реактивное движение

Реактивное движение, используемое ныне в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам – все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды.
Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений.

В южных странах произрастает растение под названием "бешеный огурец". Стоит только слегка прикоснуться к созревшему плоду, похожему на огурец, как он отскакивает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода фонтаном со скоростью до 10 м/с вылетает жидкость с семенами.

В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса. Он является следствием из второго и третьего законов Ньютона. Рассмотрим два взаимодействующих тела, входящих в состав замкнутой системы.

Силы взаимодействия между этими телами обозначим через и По третьему закону Ньютона Если эти тела взаимодействуют в течение времени t, то импульсы сил взаимодействия одинаковы по модулю и направлены в противоположные стороны: Применим к этим телам второй закон Ньютона:

где и – импульсы тел в начальный момент времени, и – импульсы тел в конце взаимодействия. Из этих соотношений следует:

Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенч атых ракет , когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.

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.

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.

Сальпа - морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед. Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету. Зная закон сохранения импульса можно изменять собственную скорость перемещения в открытом пространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней, то бросая камни в определённую сторону вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этого используют реактивные двигатели.

В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае изобрели реактивное движение, которое приводило в действие ракеты - бамбуковые трубки, начиненные порохом, они также использовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону.

Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер – народоволец Н.И. Кибальчич. Его казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении на императора Александра II. Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении…Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною”.

Человечество всегда мечтало о путешествии в космос. Самые разные средства для достижения этой цели предлагали писатели - фантасты, учёные, мечтатели. Но единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос за многие века не смог изобрести ни один учёный, ни один писатель-фантаст. К. Э. Циолковский – основоположник теории космических полётов.
Впервые мечту и стремления многих людей впервые смог приблизить к реальности русский учёный Константин Эдуардович Циолковский(1857-1935), который показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, он впервые представил научное доказательство возможности использования ракеты для полётов в космическое пространство, за пределы земной атмосферы и к другим планетам Солнечной системы. Ракетой Цоилковский назвал аппарат с реактивным двигателем, использующим находящиеся на нём горючее и окислитель.
Как известно из курса физики, выстрел из ружья сопровождается отдачей. По законам Ньютона, пуля и ружьё разлетелись бы в разные стороны с одинаковой скоростью, если бы имели одинаковую массу. Отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение, как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве, так возникает отдача. Тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем больше масса и скорость истекающих газов, и, следовательно, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Эти явления объясняются законом сохранения импульса:
векторная (геометрическая) сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.
Представленная формула Циолковского является фундаментом, на котором зиждется весь расчёт современных ракет. Числом Циолковского называют отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя - к весу пустой ракеты.
Таким образом, получили, что максимально достижимая скорость ракеты зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла. А скорость истечения газов сопла в свою очередь зависит от вида топлива и температуры газовой струи. Значит, чем выше температура, тем больше скорость. Тогда для настоящей ракеты нужно подобрать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. По формуле видно, что кроме всего прочего скорость ракеты зависит от начальной и конечной массы ракеты, от того, какая часть её веса приходится на горючее, и какая - на бесполезные (с точки зрения скорости полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.
Основной вывод из этой формулы Циолковского для определения скорости космической ракеты состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.

В основе современных мощных реактивных двигателях различных типов лежит принцип прямой реакции, т.е. принцип создания движущей силы (или тяги) в виде реакции (отдачи) струи вытекающего из двигателя "рабочего вещества", обычно - раскалённых газов. Во всех двигателях существует два процесса преобразования энергии. Сначала химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, а затем тепловая энергия используется для совершения механической работы. К таким двигателям относятся поршневые двигатели автомобилей, тепловозов, паровые и газовые турбины электростанций и т.д. После того, как в тепловом двигателе образовались горячие газы, заключающие в себя большую тепловую энергию, эта энергия должна быть преобразована в механическую. Ведь двигатели для того и служат, чтобы совершать механическую работу, что-то "двигать", приводить в действие, все равно, будь то динамо-машина на просьба дополнить рисунками электростанции, тепловоз, автомобиль или самолёт. Чтобы тепловая энергия газов перешла в механическую, их объём должен возрасти. При таком расширении газы и совершают работу, на которую затрачивается их внутренняя и тепловая энергия.

Реактивное сопло может иметь различные формы, и, тем более, разную конструкцию в зависимости от типа двигателя. Главное заключается в той скорости, с которой газы вытекают из двигателя. Если эта скорость истечения не превосходит скорости, с которой в вытекающих газах распространяются звуковые волны, то сопло представляет собой простой цилиндрический или суживающий отрезок трубы. Если же скорость истечения должна превосходить скорость звука, то соплу придается форма расширяющейся трубы или же сначала суживающейся, а за тем расширяющейся (сопло Лавля). Только в трубе такой формы, как показывает теория и опыт, можно разогнать газ до сверхзвуковых скоростей, перешагнуть через "звуковой барьер".

Однако этот могучий ствол, принцип прямой реакции, дал жизнь огромной кроне "генеалогического дерева" семьи реактивных двигателей. Чтобы познакомиться с основными ветвями его кроны, венчающей "ствол" прямой реакции. Вскоре, как можно видеть по рисунку (см. ниже), этот ствол делится на две части, как бы расщепленный ударом молнии. Оба новых ствола одинаково украшены могучими кронами. Это деление произошло по тому, что все "химические" реактивные двигатели делятся на два класса в зависимости от того, используют они для своей работы окружающий воздух или нет.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

. Содержание.

Реактивное движение------------------------------------------------------------- стр.3

Межконтинентальная баллистическая ракета------------------------------- стр.4

Список использованной литературы------------------------------------------- стр.6

1

Реактивное движение
.

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.

Но ни один учёный, ни один писатель-фантаст за многие века не смог назвать единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учёный Константин Эдуардович Циолковский(1857-1935). Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

Реактивный двигатель -это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении. На каких же принципах и физических законах основывается его действие?

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила . Это легко объяснить из закона сохранения импульса, который гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы, т.е.

К. Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета. Вот эта формула:

Здесь v_max – максимальная скорость ракеты, v ₀ – начальная скорость, v _r – скорость истечения газов из сопла, m – начальная масса топлива, а M – масса пустой ракеты. Как видно из формулы, эта максимально достижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. Из формулы следует также, что эта скорость зависит и от начальной и конечной массой ракеты, т.е. от того, какая часть её веса приходится на горючее, и какая - на бесполезные (с точки зрения скорости полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.

Эта формула Циолковского является фундаментом, на котором зиждется весь расчёт современных ракет. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя(т.е. по существу к весу пустой ракеты) называется числом Циолковского.

Основной вывод из этой формулы состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского. Более двух тысяч лет назад китайцы изобрели и применили для военных целей ракеты простейшего устройства. По-видимому, китайская ракета была сходна с теми ракетами, которые применяются сейчас для фейерверка и сигнализации. Китайцы использовали свою ракету как зажигательное средство главным образом при осаде вражеских городов. Ракетная трубка с небольшим запасом пороха привязывалась к стреле. Выбрасывая такую стрелу из лука, китайские воины сообщали ракете большую начальную скорость и увеличивали дальность ее полета.

Неоднократно использовались ракеты для военных целей и в более позднее время, в самых различных частях земного шара. Так, в XV веке знаменитый чешский полководец и государственный деятель Ян Г ус применял при осаде городов зажигательные ракеты, которым придавал внешний вид птиц. Надо полагать, что вид огненных птиц, стремительно летящих и выбрасывающих на лету пламя и дым, должен был производить на осаждаемых устрашающее действие. А кроме того, ракеты вызывали пожары, которые в скученных средневековых городах были особенно опасными.

Максимальная дальность полета русских ракет доходила до четырех километров, при общем весе до 80 килограммов . По условиям техники того времени эти данные можно считать рекордными.

Несмотря на такие успехи, дальнейшего развития ракетное оружие ни в Европе, ни в России не получило. Его быстро обогнала орудийная артиллерия, более соответствовавшая новым тактическим условиям боя. Мощные технические достижения орудийной артиллерии во второй половине XIX века привели к тому, что ракета с ее сравнительно малой дальностью полета, слабой меткостью и огневой силой была в 80-х годах снята с вооружения.

И только накануне второй мировой войны ракетное оружие, возродившееся на новой технической основе, стало снова завоевывать себе место в военной технике, отнюдь не вытесняя орудийную артиллерию, но помогая ей решать многие задачи.

Развитие реактивной военной техники в предвоенные годы

Первые капитальные теоретические труды в этой области, положившие начало новой отрасли науки, бесспорно принадлежат замечательным русским ученым: генерал-лейтенанту Константинову, профессору Мещерскому и Циолковскому.

В 1927 году впервые в мире был создан 82 мм реактивный снаряд, в камере которого размещался реактивный заряд из семи пороховых шашек. Несколько позже были разработаны опытные образцы более мощного 132 мм реактивного снаряда. В 1928 году начались испытания этих снарядов. Снаряды стреляли на дальности 5- 6 км ., имели большие отклонения от цели. Проблема обеспечения удовлетворительной кучности стрельбы оказалась очень сложной и трудной. Было испробовано множество различных вариантов. Однако снаряды с оперением не выходящим за калибр, не давали хороших результатов.

82 мм осколочный и 132 мм осколочно-фугасный реактивный снаряды устанавливались на боевых самолетах. На истребителях И-16 и И-153 размещалось по восемь РС-82, на штурмовике ИЛ-2 восемь РС-132, на бомбардировщике СБ- десять РС-132.

В июне 1940 года состоялся показ РУ артиллерийскому управлению генерального штаба. Многозарядная боевая установка, получившая в последствии наименование БМ-13, успешно выдержала заводские и полигонные испытания. К началу 1941 по заказу ГАУ на заводах была изготовлена опытная партия боевых установок. Во время испытаний они показали высокие боевые качества: обладая хорошей подвижностью, могли совершать маневр, создавать в течение нескольких секунд массированный залповый огонь.

Вторая мировая война, привела к невиданной ранее концентрации боевых средств и к необходимости быстрого маневрирования этой мощной боевой техникой. В частности, возникла задача создавать мощный огневой вал артиллерийского и минометного огня, сопровождающий наступление пехоты и танков, а иногда и конницы. Оказалось, что помимо орудийной артиллерии и боевые ракеты являются для этой цели весьма действенным оружием. Советская военно-техническая мысль, вооруженная передовой теорией, в короткий срок справилась с задачей конструирования наиболее эффективного вида ракетного оружия. А мощная промышленность Советского Союза смогла обеспечить фронт таким количеством РС, что доблестные минометные части Красной Армии получили возможность достичь невиданных никогда ранее мощностей огневой атаки.

Конечно, вермахт также применял на полях сражений свои РС. Надо отметить, что в техническом отношении это интересные и достаточно совершенные образцы. Укажем, в частности, на дальнобойные артиллерийские снаряды, снабженные дополнительно ракетой, существенно увеличивающей дальность стрельбы. Ракета предотвращает в течение некоторого времени дальнейшее снижение скорости и вследствие этого увеличивает дальность полета снаряда. В этом случае снаряд представляет собою ракету, начинающую работать тогда, когда скорость этого снаряда уменьшается до заданного предела.

Однако первые испытания были проведены задолго до этого.
15 - 17 июня 1941 года пусковые реактивные установки на Софринском артиллерийском полигоне были показаны руководителям партии и правительства. Руководителем опытов на данных испытаниях была Антонина Михайловна Чувашова. Сотрудники, принимавшие участие в испытаниях: Георгий Демьянович Захарченко, Дмитрий Петрович Кульков, Андрей Савельевич Аринушкин, Александр Иванович Талалаев, Семен Игнатьевич Филатов, Иван Филиппович Елисеев. Новое оружие получило высокую оценку. После показа, 21 июня 1941 года, то есть за день до нападения фашистской Германии на Советский Союз было принято решение о немедленном развертывании серийного производства, как реактивных снарядов, так и боевых машин для их запуска.
29 июня 1941 года на Софринском артиллерийской полигоне была сформирована первая в мире батарея реактивной артиллерии, имевшая 7 боевых машин и 3 тысячи реактивных снарядов.

Боевое крещение реактивной артиллерии, сыгравшей важную роль в огневом балансе Советской артиллерии, произошло 14 июля 1941 г . 14 июля 1941 года генерал-майор артиллерии Г. Кариофилли приказал батарее нанести удар по железнодорожному узлу Орши, и в этот день расчеты боевых машин впервые увидели вверенное им оружие в деле. Ровно в 15 часов 15 минут 112 реактивных снарядов в течение нескольких секунд в клубах дыма и пламени сошли с направляющих и с ревом устремились к Орше. На забитых вражескими эшелонами железнодорожных путях забушевал огненный смерч. Фашистская артиллерия, а потом и авиация направили огонь на район позиции батареи, над которой еще не осела пыль и не рассеялся дым от залпа. Но позиция была уже пуста. Используя высокую подвижность и маневренность боевых машин, ракетчики были уже далеко от разрывов фашистских снарядов и бомб.

На следующий день флеровская батарея произвела налет на вражескую переправу через реку Оршица, после чего совершила стремительный бросок к Рудне, где после прорыва вражеской танковой дивизии на Ярцево сложилась угрожающая обстановка. Зная, что под Руд ней обороняются обескровленные части Красной Армии, фашистское командование решило сломить их сопротивление небольшим авангардом, а главные силы построило в походные колонны, нацелившиеся на автомагистраль между Смоленском и Ярцевом. По этим-то колоннам и произвела три залпа батарея Флерова, выпустив 336 тяжелых снарядов. После этого удара фашисты два дня вывозили убитых и раненых, а восхищенный генерал Еременко дал блестящий отзыв о боевой эффективности нового оружия и предложил быстрее наладить его массовое производство.

В конце июля на Западный фронт прибыли вторая и третья батареи реактивной артиллерии. Вторая состояла из девяти боевых машин, третья - из трех, затем в течение августа и сентября в войска поступило еще пять батарей, по четыре машины в каждой. И тогда оказалось, что генерал Еременко не одинок в оценке эффективности нового оружия.

Надо иметь в виду, что и немцы, готовясь к войне, предполагали использовать свои метательные аппараты для обстрела войск противника газовыми ракетами. Немцы готовились к газовой войне. Мина или ракета, начиненная отравляющими газами, может и не попасть точно в цель. Газы сами найдут людей. Поэтому малая прицельность ракетного оружия не должна была помешать немцам вести химическую войну.

Вариантом реактивного оружия, примененного немцами против Лондона, были ракеты дальнего действия, не имевшие крыльев и двигавшиеся на высоте около 100 километров над поверхностью земли со скоростью до 5 000 километров в час.

Разборными ракетными орудиями были вооружены, в частности, армии союзников. Небольшой вес и отсутствие отдачи при выстреле сделало возможным применение ракетных орудий на легких боевых машинах. Ракетными установками были снабжены американские танки-амфибии, действовавшие против японцев на Тихоокеанском театре войны. Экипаж защищен специальным стальным щитом, ракеты выпускаются из нескольких труб, стреляющих через головы экипажа.

Ракетные установки и на английских истребителях подвешивались под крыльями самолета и выпускались попарно или залпом.

Принцип действия реактивного снаряда

В чем же состоит особенность реактивных снарядов, с таким успехом применяющихся на полях сражений современной войны?

Надо сказать, что вообще реактивные снаряды обладают малой прицельностью. Это обусловлено тем, что выходящие из ракеты газы движутся не всегда вполне точно. Кроме того, малейшие неточности при старте ракеты могут значительно исказить траекторию ее полета. Наконец, даже ветер и неоднородность атмосферы в нижних слоях могут также исказить траекторию ракеты, в большей мере, чем у артиллерийского снаряда.

Однако при массовом применении таких снарядов на сравнительно малых расстояниях, когда производится поражение целых площадей, незначительная меткость практически никак не влияет на результаты стрельбы.

Установка для старта РС состоит из легкой стальной трубы, снабженной прицельным приспособлением и механизмами для производства выстрела. Часто вместо трубы, которая заменяет ствол пушки, устраиваются простые направляющие приспособления в виде стальных прутьев, скрепленных кольцами. Несколько таких приспособлений скрепляются вместе, что позволяет давать старт одновременно пяти, шести и более РС.

В некоторых случаях, подобно артиллерийскому снаряду, РС в полете вращается. Для этого часть газов от горящего реактивного снаряда через особые отверстия отводится в сторону -- по принципу турбины; это и заставляет РС вращаться. Применяются также наклонные сопла, расположенные по окружности и дающие винтообразный поток пороховых реактивных газов.

Современные реактивные системы залпового огня

Баллистическая ракета [1] .

Как выглядит в общих чертах современная ракета сверхдальнего действия? Прежде всего, это многоступенчатая ракета. В головной части её размещается боевой заряд, позади него ‑ приборы управления, баки и, наконец, двигатель. В зависимости от топлива стартовый вес ракеты превышает вес полезного груза в 100-200 раз! Поэтому весит она много десятков тонн, а в длину достигает высоты десятиэтажного дома.

Рис.1 Схема внутреннего устройства ракеты.

Каждая ступень ракеты работает в совершенно различных условиях, которые и определяют её устройство. Мощность каждой следующей ступени и время её действия меньше, поэтому и конструкция может быть проще.

В настоящее время двигатели баллистических ракет преимущественно работают на жидком топливе. В качестве горючего обычно используют керосин, спирт, гидразин, анилин, а в качестве окислителей - азотную и хлорную кислоты, жидкий кислород и перекись водорода. Очень активными окислителями являются фтор и жидкий озон, но из-за крайней взрывоопасности они пока находят ограниченное применение.

Наиболее ответственной частью ракеты является двигатель, а в нём - камера сгорания и сопло. Здесь должны использоваться особо жаропрочные материалы и сложные методы охлаждения, так как температура сгорания топлива доходит до 2500-3500 О С. 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 горючее из баков и гонит его в камеру сгорания.

Запускается баллистическая ракета со специального стартового устройства. 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.

Читайте также: