Розділ 4. Використання людиною реактивного руху в техніці.

Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні польоти. Письменники-фантасти пропонували самі різні засоби для досягнення цієї мети. У XVII столітті з'явилось оповідання французького письменника Сірано де Бержерака про політ на Місяць. Герой цього оповідання дістався до Місяця в залізній візку, над яким він весь час підкидав сильний магніт. Притягуючись до нього, візок все вище підіймався над Землею, доки не досягнув Місяця. А барон Мюнхгаузен розповідав, що виліз на Місяць по стеблині боба. Наприкінці першого тисячоліття нашої ери в Китаї винайшли реактивний рух, яке приводило в дію ракети - бамбукові трубки, начинені порохом, вони також використовувалися як забава. Один з перших проектів автомобілів був також з реактивним двигуном і належав цей проект Ньютону

Автором першого в світі проекту реактивного літального апарату, призначеного для польоту людини, був російський революціонер - народоволець Н.І. Кибальчич. Його стратили 3 квітня 1881 за участь у замаху на імператора Олександра II. Свій проект він розробив у в'язниці після винесення смертного вироку. Кибальчич писав: "Перебуваючи в ув'язненні, за кілька днів до своєї смерті я пишу цей проект. Я вірю в здійсненність моєї ідеї, і ця віра підтримує мене в моєму жахливому становищі... Я спокійно зустріну смерть, знаючи, що моя ідея не загине разом зі мною ".

Ідея використання ракет для космічних польотів була запропонована ще на початку нашого століття російським ученим Костянтином Едуардовичем Ціолковським. У 1903 році з'явилася у пресі стаття викладача калузької гімназії К.Е. Ціолковського "Дослідження світових просторів реактивними приладами ". У цій роботі містилося найважливіше для космонавтики математичне рівняння, тепер відоме як "формула Ціолковського ", яке описувало рух тіла змінної маси. К. Е. Ціолковський вивів формулу,яка дозволяє розрахувати максимальну швидкість, яку може розвинути ракета. Ось ця формула:

Тут v_max – максимальна швидкість ракети, v₀ – початкова швидкість, vr – швидкість вильоту газів із сопла, m – початкова маса палива, а M – маса порожньої ракети. Як видно із формули, ця максимально досяжна швидкість залежить в першу чергу від швидкості вильоту газів із сопла, яка в свою чергу залежить перед усім від виду палива і температури газової струї. Чим вища температура, тим більша швидкість. Значить, для ракети потрібно підбирати саме калорійне паливо, яке надає найбільшу кількість теплоти. Із формули витікає також, що ця швидкість залежить і від початкової і кінечної маси ракети, тобто від того, яка частина її ваги при­ходиться на пальне, і яка - на безкорисні (з точки зору швидкості польоту) конструкції: корпус, механізми, і т.п.

Ця формула Ціолковського являється фундаментом, на якому будується весь розрахунок сучасних ракет. Відношення маси палива до маси ракети в кінці роботи двигуна (тобто по правді до ваги пустої ракети) називається числом Ціолковського.

Основний висновок із цієї формули полягає в тому, що в безповітряному просторі ракета розвине тим більшу швидкість, чим більша швидкість витоку газів і чим більше число Ціолковського. Надалі він розробив схему ракетного двигуна на рідкому паливі, запропонував багатоступеневу конструкцію ракети, висловив ідею про можливість створення цілих космічних міст на навколоземній орбіті. Він показав, що єдиний апарат, спроможний подолати силу тяжіння - це ракета, тобто апарат з реактивним двигуном, що використовує пальне і окислювач, розташовані на самому апараті.

Схема реактивного авіадвигуна:
1) Впуск повітря
2) Знижений тиск компресії
3) Підвищений тиск компресії
4) Горіння
5) Вихлоп
6) Гарячий тракт
7) Турбіна
8) Камера згорання
9) Холодний тракт
10) Повітрязабірник

Реакти́вний двигу́н — двигун-рушій, що створює реактивний рух внаслідок швидкого витікання робочого тіла ізсопла, найчастіше робочим тілом є гарячі гази, що утворюються внаслідок спалювання палива у камерах згоряння. Бувають турбореактивні, пульсуючі (безкомпресорні), прямоточні (ефективно працюють тільки принадзвукових швидкостях) та ракетні двигуни.

 

Реактивний двигун - це двигун, перетворюючий хімічну енергію палива в кінетичну енергію газової струї, при цьому двигун набирає швидкість у зворотньому напрямку.

.

Принцип дії ракети.

В основі руху ракети лежить закон збереження імпульсу. Із закону збереження імпульсу, в якому йдеться, що геометрична (тобто векторна) сума імпульсів тіл, складаючих зам­кнуту систему, залишається постійною при любих рухах і взаємодіях тіл системи, тобто:

Якщо в деякий момент часу від ракети буде відкинуто яке-небудь тіло, то вона набуде такої ж імпульс, але спрямований у протилежний бік

У будь ракеті, незалежно від її конструкції, завжди є оболонка і паливо з окислювачем. Оболонка ракети включає в себе корисний вантаж (у даному випадку це космічний корабель), приладовий відсік і двигун (камера згоряння, насоси та пр.).