Zem strūklas tiek saprasta kustība, kurā viena no tās daļām tiek atdalīta no ķermeņa ar noteiktu ātrumu. Iegūtais spēks darbojas pats par sevi. Citiem vārdiem sakot, viņai trūkst pat mazākā kontakta ar ārējiem ķermeņiem.
Reaktīvā piedziņa dabā
Vasaras brīvdienās dienvidos gandrīz katrs no mums, peldoties jūrā, satikās ar medūzām. Bet daži cilvēki domāja par to, ka šie dzīvnieki pārvietojas tāpat kā reaktīvais dzinējs. Šādas vienības darbības principu dabā var ievērot, pārvietojot dažu veidu jūras planktonu un spāru kāpurus. Turklāt šo bezmugurkaulnieku efektivitāte bieži ir augstāka nekā tehnisko līdzekļu efektivitāte.
Kurš vēl var demonstrēt reaktīvo dzinēju darbību? Kalmāri, astoņkāji un sēpijas. Līdzīgu kustību veic arī daudzi citi jūras mīkstmieši. Ņemiet, piemēram, sēpiju. Viņa ņem ūdeni savā žaunu dobumā un enerģiski izmet to caur piltuvi, kuru viņa virza atpakaļ vai uz sāniem. Kurāmolusks spēj kustēties pareizajā virzienā.
Reaktīvā dzinēja darbības principu var ievērot arī, pārvietojot speķi. Šis jūras dzīvnieks uzņem ūdeni plašā dobumā. Pēc tam viņa ķermeņa muskuļi saraujas, izspiežot šķidrumu caur caurumu aizmugurē. Iegūtās strūklas reakcija ļauj taukiem virzīties uz priekšu.
Jūras raķetes
Bet kalmāri ir sasnieguši vislielāko pilnību reaktīvo lidmašīnu navigācijā. Pat pašas raķetes forma, šķiet, ir nokopēta no šīs konkrētās jūras dzīves. Pārvietojoties nelielā ātrumā, kalmārs periodiski saliec savu rombveida spuru. Taču ātram metienam viņam jāizmanto pašam savs "reaktīvais dzinējs". Visu viņa muskuļu un ķermeņa darbības principu ir vērts apsvērt sīkāk.
Kalmāriem ir savdabīga mantija. Tie ir muskuļu audi, kas ieskauj viņa ķermeni no visām pusēm. Kustības laikā dzīvnieks šajā apvalkā iesūc lielu daudzumu ūdens, strauji izgrūstot strūklu caur īpašu šauru sprauslu. Šādas darbības ļauj kalmāriem kustēties rāvienos atpakaļ ar ātrumu līdz septiņdesmit kilometriem stundā. Kustības laikā dzīvnieks visus savus desmit taustekļus savāc saišķī, kas piešķir ķermenim racionālu formu. Sprauslai ir īpašs vārsts. Dzīvnieks to pārvērš ar muskuļu kontrakcijas palīdzību. Tas ļauj jūras dzīvībai mainīt virzienu. Stūres lomu kalmāra kustību laikā spēlē arī tā taustekļi. Viņš virza tos pa kreisi vai pa labi, uz lejuvai uz augšu, viegli izvairoties no sadursmēm ar dažādiem šķēršļiem.
Ir kalmāru suga (stenoteuthys), kurai ir labākā pilota tituls starp vēžveidīgajiem. Aprakstiet reaktīvā dzinēja darbības principu – un sapratīsiet, kāpēc, dzenoties dzenā zivis, šis dzīvnieks reizēm izlec no ūdens, pat uzkāpjot uz kuģu klājiem, kas kuģo pāri okeānam. Kā tas notiek? Pilotkalmārs, atrodoties ūdens stihijā, attīsta viņam maksimālo strūklas vilci. Tas viņam ļauj lidot pāri viļņiem līdz piecdesmit metru attālumā.
Ja ņemam vērā reaktīvo dzinēju, kura dzīvnieka darbības principu var minēt vairāk? No pirmā acu uzmetiena tie ir maisaini astoņkāji. Viņu peldētāji nav tik ātri kā kalmāri, taču briesmu gadījumā viņu ātrumu var apskaust pat labākie sprinteri. Biologi, kas pētījuši astoņkāju migrāciju, ir atklājuši, ka tie pārvietojas kā reaktīvais dzinējs.
Dzīvnieks ar katru ūdens strūklu, kas tiek izmests no piltuves, rada divus vai pat divarpus metrus. Tajā pašā laikā astoņkājis peld savdabīgi - atmuguriski.
Citi reaktīvās piedziņas piemēri
Augu pasaulē ir raķetes. Reaktīvo dzinēja principu var ievērot, kad pat ar ļoti vieglu pieskārienu “trakais gurķis” lielā ātrumā atlec no kāta, vienlaikus atgrūžot lipīgo šķidrumu ar sēklām. Tajā pašā laikā pats auglis lido ievērojamu attālumu (līdz 12 m) pretējā virzienā.
Var ievērot arī reaktīvo dzinēja principu,atrodoties laivā. Ja no tā ūdenī kādā virzienā tiek mesti smagi akmeņi, tad kustība sāksies pretējā virzienā. Raķešu reaktīvo dzinēju darbības princips ir vienāds. Tikai tur akmeņu vietā izmanto gāzes. Tie rada reaktīvo spēku, kas nodrošina kustību gan gaisā, gan retā telpā.
Fantastiski ceļojumi
Cilvēce jau sen ir sapņojusi par lidošanu kosmosā. Par to liecina zinātniskās fantastikas rakstnieku darbi, kuri piedāvāja dažādus līdzekļus šī mērķa sasniegšanai. Piemēram, franču rakstnieka Herkula Savinīna stāsta varonis Kirāno de Beržeraks sasniedza Mēnesi ar dzelzs ratiņiem, pār kuriem nemitīgi tika uzmests spēcīgs magnēts. To pašu planētu sasniedza arī slavenais Minhauzens. Milzīgs pupas kāts palīdzēja viņam veikt ceļojumu.
Reaktīvā piedziņa tika izmantota Ķīnā jau pirmajā tūkstošgadē pirms mūsu ēras. Tajā pašā laikā bambusa caurules, kas bija pildītas ar šaujampulveri, kalpoja kā sava veida raķetes jautrībai. Starp citu, Ņūtona radītais pirmās automašīnas uz mūsu planētas projekts arī bija ar reaktīvo dzinēju.
RD izveides vēsture
Tikai 19. gs. Cilvēces sapnis par kosmosu sāka iegūt konkrētas iezīmes. Galu galā tieši šajā gadsimtā krievu revolucionārs N. I. Kibalčihs izveidoja pasaulē pirmo lidmašīnas ar reaktīvo dzinēju projektu. Visus dokumentus sastādīja Narodnaja Volja cietumā, kur viņš nokļuva pēc Aleksandra slepkavības mēģinājuma. Bet diemžēl 03.04.1881Kibalčihs tika izpildīts, un viņa ideja netika praktiski īstenota.
20. gs. sākumā. ideju par raķešu izmantošanu lidojumiem kosmosā izvirzīja krievu zinātnieks K. E. Ciolkovskis. Pirmo reizi viņa darbs, kas satur mainīgas masas ķermeņa kustības aprakstu matemātiska vienādojuma veidā, tika publicēts 1903. gadā. Vēlāk zinātnieks izstrādāja pašu ar šķidro degvielu darbināma reaktīvā dzinēja shēmu.
Arī Ciolkovskis izgudroja daudzpakāpju raķeti un izvirzīja ideju par reālu kosmosa pilsētu izveidi tuvu Zemei. Ciolkovskis pārliecinoši pierādīja, ka vienīgais līdzeklis lidojumam kosmosā ir raķete. Tas ir, aparāts, kas aprīkots ar reaktīvo dzinēju, uzpildīts ar degvielu un oksidētāju. Tikai šāda raķete spēj pārvarēt gravitāciju un lidot ārpus Zemes atmosfēras.
Kosmosa izpēte
Periodiskajā izdevumā "Zinātniskais apskats" publicētais Ciolkovska raksts iedibināja zinātnieka kā sapņotāja reputāciju. Neviens viņa argumentus neuztvēra nopietni.
Ciolkovska ideju īstenoja padomju zinātnieki. Sergeja Pavloviča Koroļeva vadībā viņi palaida pirmo mākslīgo Zemes pavadoni. 1957. gada 4. oktobrī šo aparātu orbītā nogādāja raķete ar reaktīvo dzinēju. RD darba pamatā bija ķīmiskās enerģijas pārvēršana, ko degviela pārnes uz gāzes strūklu, pārvēršoties kinētiskā enerģijā. Šajā gadījumā raķete pārvietojas pretējā virzienā.virziens.
Reaktīvais dzinējs, kura princips tiek izmantots jau daudzus gadus, atrod savu pielietojumu ne tikai astronautikā, bet arī aviācijā. Bet galvenokārt to izmanto raķešu palaišanai. Galu galā tikai RD spēj pārvietot ierīci telpā, kurā nav datu nesēja.
Šķidruma reaktīvo dzinēju
Tie, kas ir šāvuši ar šaujamieroci vai vienkārši vērojuši šo procesu no malas, zina, ka ir spēks, kas noteikti atgrūdīs stobru atpakaļ. Turklāt ar lielāku maksas summu atdeve noteikti palielināsies. Reaktīvais dzinējs darbojas tāpat. Tās darbības princips ir līdzīgs tam, kā muca tiek stumta atpakaļ karstu gāzu strūklas ietekmē.
Attiecībā uz raķeti maisījuma aizdedzināšanas process notiek pakāpeniski un nepārtraukti. Šis ir vienkāršākais cietā kurināmā dzinējs. Viņš ir labi zināms visiem raķešu modelētājiem.
Šķidrās degvielas reaktīvo dzinēju (LPRE) maisījums, kas sastāv no degvielas un oksidētāja, tiek izmantots, lai izveidotu darba šķidrumu vai stumšanas strūklu. Pēdējais, kā likums, ir slāpekļskābe vai šķidrais skābeklis. LRE degviela ir petroleja.
Reaktīvā dzinēja darbības princips, kāds bija pirmajos paraugos, ir saglabājies līdz mūsdienām. Tikai tagad tas izmanto šķidro ūdeņradi. Kad šī viela tiek oksidēta, īpatnējais impulss palielinās par 30%, salīdzinot ar pirmajiem šķidrās degvielas raķešu dzinējiem. Ir vērts teikt, ka ideja par ūdeņraža izmantošanu bijaierosināja pats Ciolkovskis. Tomēr grūtības strādāt ar šo ārkārtīgi sprādzienbīstamo vielu tolaik bija vienkārši nepārvaramas.
Kāds ir reaktīvā dzinēja darbības princips? Degviela un oksidētājs nonāk darba kamerā no atsevišķām tvertnēm. Pēc tam sastāvdaļas pārvērš maisījumā. Tas deg, izdalot milzīgu daudzumu siltuma zem desmitiem atmosfēru spiediena.
Sastāvdaļas reaktīvā dzinēja darba kamerā nonāk dažādos veidos. Oksidētājs šeit tiek ievadīts tieši. Bet degviela iet garāku ceļu starp kameras sienām un sprauslu. Šeit tas tiek uzkarsēts un jau ar augstu temperatūru caur daudzām sprauslām tiek iemests degšanas zonā. Tālāk sprauslas veidotā strūkla izlaužas un nodrošina lidmašīnai stumšanas momentu. Tā jūs varat pateikt, kāds ir reaktīvo dzinēju darbības princips (īsi). Šajā aprakstā nav minētas daudzas sastāvdaļas, bez kurām LRE darbība nebūtu iespējama. Starp tiem ir kompresori, kas nepieciešami, lai radītu spiedienu, kas nepieciešams iesmidzināšanai, vārsti, padeves turbīnas utt.
Moderns lietojums
Neskatoties uz to, ka reaktīvā dzinēja darbībai ir nepieciešams liels degvielas daudzums, raķešu dzinēji joprojām kalpo cilvēkiem. Tos izmanto kā galvenos piedziņas dzinējus nesējraķetēs, kā arī dažādu kosmosa kuģu un orbitālo staciju manevru dzinējus. Aviācijā tiek izmantoti cita veida manevrēšanas ceļi, kuriem ir nedaudz atšķirīgi veiktspējas raksturlielumi undizains.
Aviācijas attīstība
No 20. gadsimta sākuma līdz Otrā pasaules kara sākumam cilvēki lidoja tikai ar propelleru darbināmām lidmašīnām. Šīs ierīces bija aprīkotas ar iekšdedzes dzinējiem. Tomēr progress nestāvēja uz vietas. Līdz ar tās attīstību radās nepieciešamība radīt jaudīgākus un ātrākus lidaparātus. Tomēr šeit lidmašīnu dizaineri saskaras ar šķietami neatrisināmu problēmu. Fakts ir tāds, ka pat nedaudz palielinoties dzinēja jaudai, lidmašīnas masa ievērojami palielinājās. Tomēr izeju no izveidotās situācijas atrada anglis Frenks Vils. Viņš radīja principiāli jaunu dzinēju, ko sauca par reaktīvo dzinēju. Šis izgudrojums deva spēcīgu impulsu aviācijas attīstībai.
Lidaparāta reaktīvo dzinēju darbības princips ir līdzīgs ugunsdzēsības šļūtenes darbībai. Tā šļūtenei ir konusveida gals. Izplūstot pa šauru atveri, ūdens ievērojami palielina tā ātrumu. Šajā gadījumā radītais pretspiediena spēks ir tik spēcīgs, ka ugunsdzēsējs gandrīz nevar noturēt šļūteni rokās. Šāda ūdens uzvedība var izskaidrot arī lidmašīnas reaktīvo dzinēju darbības principu.
Virziena manevrēšanas ceļi
Šis reaktīvo dzinēju veids ir vienkāršākais. Jūs varat iedomāties to caurules formā ar atvērtiem galiem, kas ir uzstādīta uz kustīgas plaknes. Tās šķērsgriezuma priekšā izplešas. Pateicoties šai konstrukcijai, ienākošais gaiss samazina ātrumu un palielinās spiediens. Šādas caurules platākais punktsir sadegšanas kamera. Šeit degviela tiek iesmidzināta un pēc tam sadedzināta. Šāds process veicina izveidoto gāzu sildīšanu un to spēcīgo izplešanos. Tas rada reaktīvā dzinēja vilci. To ražo visas tās pašas gāzes, kad tās ar spēku izplūst no caurules šaurā gala. Tieši šī vilce liek lidmašīnai lidot.
Lietošanas problēmas
Sramjet dzinējiem ir daži trūkumi. Viņi spēj strādāt tikai tajā lidmašīnā, kas atrodas kustībā. Gaisa kuģi miera stāvoklī nevar aktivizēt ar tiešās plūsmas manevrēšanas ceļiem. Lai paceltu šādu lidaparātu gaisā, ir nepieciešams jebkurš cits iedarbināšanas dzinējs.
Problēmu risināšana
Turboreaktīvo lidmašīnu reaktīvo dzinēju darbības princips, kam nav tiešās plūsmas manevrēšanas ceļa trūkumu, ļāva lidmašīnu dizaineriem izveidot vismodernāko lidmašīnu. Kā darbojas šis izgudrojums?
Turboreaktīvo dzinēju galvenais elements ir gāzes turbīna. Ar tā palīdzību tiek aktivizēts gaisa kompresors, caur kuru saspiestais gaiss tiek novirzīts uz īpašu kameru. Degvielas (parasti petrolejas) sadegšanas rezultātā iegūtie produkti nokrīt uz turbīnas lāpstiņām, kas to darbina. Tālāk gaisa-gāzes plūsma nonāk sprauslā, kur tā paātrina līdz lieliem ātrumiem un rada milzīgu strūklas vilces spēku.
Jaudas palielināšana
Reaktīvais vilces spēks varievērojami palielināties īsā laika periodā. Šim nolūkam tiek izmantota pēcdedzināšana. Tā ir papildu degvielas daudzuma ievadīšana gāzes plūsmā, kas izplūst no turbīnas. Neizmantotais skābeklis turbīnā veicina petrolejas sadegšanu, kas palielina dzinēja vilci. Lielos ātrumos tā vērtības pieaugums sasniedz 70%, bet zemā ātrumā - 25-30%.
