يُفهم رد الفعل على أنه الحركة التي من خلالهايتم فصل أحد أجزائه بسرعة معينة. القوة الناشئة نتيجة لمثل هذه العملية تعمل من تلقاء نفسها. بعبارة أخرى ، تفتقر حتى إلى أدنى اتصال مع الهيئات الخارجية.
رد الفعل في الطبيعة
خلال العطلة الصيفية في الجنوب ، الجميع تقريبًامنا ، السباحة في البحر ، التقى بقنديل البحر. لكن قلة من الناس فكروا في حقيقة أن هذه الحيوانات تتحرك بنفس طريقة تحرك المحرك النفاث. يمكن ملاحظة مبدأ تشغيل هذه الوحدة في الطبيعة عند نقل بعض أنواع العوالق البحرية ويرقات اليعسوب. علاوة على ذلك ، غالبًا ما تكون كفاءة هذه اللافقاريات أعلى من كفاءة الوسائل التقنية.
من يستطيع أن يوضح ماذا بوضوحهل مبدأ عمل المحرك النفاث؟ الحبار والأخطبوط والحبار. تقوم العديد من الرخويات البحرية الأخرى بحركة مماثلة. خذ الحبار على سبيل المثال. تسحب الماء في تجويف الخياشيم وتلقيه بقوة من خلال قمع توجهه للخلف أو إلى الجانب. في هذه الحالة ، يستطيع الرخويات القيام بحركات في الاتجاه الصحيح.
يمكن لمبدأ تشغيل المحرك النفاثلاحظ وعند تحريك الأملاح. يأخذ هذا الحيوان البحري الماء في تجويف واسع. بعد ذلك ، تنقبض عضلات جسده ، وتدفع السائل عبر الفتحة الموجودة في الظهر. يسمح رد فعل التيار الناتج للحيوانات المنوية بالتحرك للأمام.
صواريخ بحرية
لكن أعظم كمال في رد الفعلكل نفس وصل الحبار إلى الملاحة. حتى شكل الصاروخ يبدو أنه منسوخ من هذه الحياة البحرية بالذات. عند السفر بسرعة منخفضة ، يقوم الحبار بثني زعنفته الماسية بشكل دوري. ولكن لرمية سريعة ، عليه أن يستخدم "محرك نفاث" خاص به. مبدأ تشغيل جميع عضلاته وجسمه يستحق النظر بمزيد من التفصيل.
الحبار لها نوع من عباءة. هذا هو النسيج العضلي الذي يحيط بجسمه من جميع الجهات. أثناء الحركة ، يمتص الحيوان كمية كبيرة من الماء في هذا الوشاح ، ويخرج بحدة تيارًا عبر فوهة ضيقة خاصة. تسمح مثل هذه الإجراءات للحبار بالتحرك للخلف في هزات بسرعات تصل إلى سبعين كيلومترًا في الساعة. أثناء الحركة ، يجمع الحيوان جميع المجسات العشرة في حزمة ، مما يمنح الجسم شكلاً انسيابيًا. الفوهة لها صمام خاص. يحولها الحيوان باستخدام تقلص العضلات. هذا يسمح للحياة البحرية بتغيير اتجاهها. يتم لعب دور الدفة أثناء تحركات الحبار أيضًا من خلال مخالبه. يوجههم إلى اليسار أو اليمين ، لأسفل أو لأعلى ، ويتجنب بسهولة الاصطدامات بالعقبات المختلفة.
هناك نوع من الحبار (stenoteutis) الذيينتمي إلى لقب أفضل طيار بين المحار. صف مبدأ تشغيل المحرك النفاث - وستفهم لماذا يقفز هذا الحيوان أحيانًا من الماء بحثًا عن الأسماك ، حتى أنه يسقط على سطح السفن التي تبحر في المحيط. كيف يحدث هذا؟ يطور الحبار الطيار ، الموجود في عنصر الماء ، أقصى قوة دفع له. هذا يسمح له بالتحليق فوق الأمواج على مسافة تصل إلى خمسين مترا.
إذا اعتبرنا المحرك النفاث ، فإن المبدأما الأعمال الحيوانية الأخرى التي يمكنني ذكرها؟ هذه ، للوهلة الأولى ، أخطبوطات فضفاضة. سباحهم ليسوا بسرعة الحبار ، ولكن في حالة الخطر ، حتى أفضل العدائين يمكنهم أن يحسدوا على سرعتهم. وجد علماء الأحياء الذين درسوا هجرة الأخطبوطات أنها تتحرك مثل المحرك النفاث لها مبدأ التشغيل.
مع كل نفاثة من الماء يتم رميها من القمع ، يقوم الحيوان بقفز مترين أو حتى مترين ونصف. في الوقت نفسه ، يسبح الأخطبوط بطريقة غريبة - للخلف.
أمثلة أخرى للدفع النفاث
هناك صواريخ في عالم النباتات.يمكن ملاحظة مبدأ المحرك النفاث عندما ، حتى مع لمسة خفيفة جدًا ، يرتد "الخيار المجنون" عن الساق بسرعة عالية ، بينما يرفض في نفس الوقت السائل اللزج بالبذور. في هذه الحالة ، يطير الجنين نفسه بعيدًا عن مسافة كبيرة (تصل إلى 12 مترًا) في الاتجاه المعاكس.
مبدأ تشغيل المحرك النفاثمشاهدة أيضا أثناء وجودك في القارب. إذا ألقيت منه حجارة ثقيلة في الماء في اتجاه معين ، فستبدأ الحركة في الاتجاه المعاكس. مبدأ تشغيل المحرك النفاث الصاروخي هو نفسه. فقط هناك غازات تستخدم بدلا من الحجارة. إنها تخلق قوة رد فعل توفر الحركة في الهواء وفي الفضاء المخلخل.
رحلات رائعة
لطالما حلم الجنس البشري بالطيران في الفضاء.يتضح هذا من خلال أعمال كتاب الخيال العلمي ، الذين قدموا مجموعة متنوعة من الوسائل لتحقيق هذا الهدف. على سبيل المثال ، وصل بطل قصة الكاتب الفرنسي هرقل سافينين ، Cyrano de Bergerac ، إلى القمر على عربة حديدية ، كان يُلقى فوقها مغناطيس قوي باستمرار. وصل مونشاوزن الشهير أيضًا إلى نفس الكوكب. ساعدته ساق الفاصوليا العملاقة في القيام بالرحلة.
تم استخدام الدفع النفاث في الصين منذ ذلك الحينالألفية الأولى قبل الميلاد. في الوقت نفسه ، كانت أنابيب الخيزران ، المليئة بالبارود ، بمثابة نوع من الصواريخ للتسلية. بالمناسبة ، مشروع أول سيارة على كوكبنا ، ابتكره نيوتن ، كان أيضًا بمحرك نفاث.
تاريخ إنشاء RD
فقط في القرن التاسع عشر.بدأ حلم البشرية في الفضاء الخارجي يكتسب ملامح ملموسة. بعد كل شيء ، في هذا القرن ، أنشأ الثوري الروسي NI Kibalchich أول مشروع في العالم لطائرة بمحرك نفاث. تم وضع جميع الأوراق من قبل نارودنايا فوليا في السجن ، حيث انتهى به الأمر بعد محاولة اغتيال الإسكندر. لكن لسوء الحظ ، في 3 أبريل 1881 ، تم إعدام كيبالتشيش ، وفكرته لم تجد التنفيذ العملي.
في بداية القرن العشرين.تسيولكوفسكي طرح فكرة استخدام الصواريخ للرحلات إلى الفضاء. لأول مرة ، نُشر عمله ، الذي يحتوي على وصف لحركة جسم ذي كتلة متغيرة في شكل معادلة رياضية ، في عام 1903. في وقت لاحق ، طور العالم مخطط محرك نفاث مدفوع بالوقود السائل.
اخترع تسيولكوفسكي أيضًاصاروخ متعدد المراحل وطرح فكرة إنشاء مدن فضائية حقيقية في مدار قريب من الأرض. أثبت Tsiolkovsky بشكل مقنع أن الوسيلة الوحيدة لرحلة الفضاء هي الصاروخ. أي ، جهاز مزود بمحرك نفاث ، مزود بالوقود ومؤكسد. فقط مثل هذا الصاروخ قادر على التغلب على الجاذبية والطيران خارج الغلاف الجوي للأرض.
استكشاف الفضاء
مقالة تسيولكوفسكي ، التي نُشرت في دورية "المجلة العلمية" ، أثبتت سمعة العالم كأنه حالم. لم يأخذ أحد حججه على محمل الجد.
تم تنفيذ فكرة Tsiolkovsky من قبل العلماء السوفييت.أطلقوا ، برئاسة سيرجي بافلوفيتش كوروليف ، أول قمر صناعي أرضي. في 4 أكتوبر 1957 ، تم تسليم هذا الجهاز إلى المدار بواسطة صاروخ بمحرك نفاث. اعتمد عمل RD على تحويل الطاقة الكيميائية ، التي يتم نقلها بواسطة الوقود إلى الغاز النفاث ، وتحويلها إلى طاقة حركية. في هذه الحالة ، يتحرك الصاروخ في الاتجاه المعاكس.
محرك نفاث ، مبدأ تشغيلهتم استخدامه لسنوات عديدة ، وجد تطبيقه ليس فقط في الملاحة الفضائية ، ولكن أيضًا في مجال الطيران. لكن الأهم من ذلك كله أنها تستخدم لإطلاق الصواريخ. بعد كل شيء ، RD فقط هو القادر على تحريك الجهاز في مساحة لا يوجد فيها أي وسيط.
محرك نفاث سائل
الشخص الذي أطلق سلاح ناري أولقد شاهدت للتو هذه العملية من الجانب ، وأنا أعلم أن هناك قوة ستدفع البرميل للخلف بالتأكيد. علاوة على ذلك ، مع وجود قدر أكبر من الرسوم ، سيزداد العائد بالتأكيد. يعمل المحرك النفاث بنفس الطريقة. يشبه مبدأ عملها كيفية دفع البرميل للخلف تحت تأثير نفاثة من الغازات الساخنة.
أما بالنسبة للصاروخ ، فهناك عملية فيه ، أثناءالذي يشعله الخليط بشكل تدريجي ومستمر. هذا هو أبسط محرك يعمل بالوقود الصلب. إنه معروف جيدًا لجميع صانعي نماذج الصواريخ.
في محرك نفاث يعمل بالوقود السائل (LRE) لـلإنشاء سائل عامل أو نفاث دفع ، يتم استخدام خليط يتكون من وقود ومؤكسد. الأخير ، كقاعدة عامة ، هو حمض النيتريك أو الأكسجين السائل. الوقود في LRE هو الكيروسين.
مبدأ تشغيل المحرك النفاث الذي كانفي العينات الأولى ، المحفوظة حتى يومنا هذا. الآن فقط يستخدم الهيدروجين السائل. عندما تتأكسد هذه المادة ، يزداد الدافع النوعي بنسبة 30٪ مقارنة بمحركات الصواريخ الأولى التي تعمل بالوقود السائل. تجدر الإشارة إلى أن فكرة استخدام الهيدروجين اقترحها تسيولكوفسكي نفسه. ومع ذلك ، فإن صعوبات العمل مع هذه المادة شديدة الانفجار في ذلك الوقت كانت ببساطة لا يمكن التغلب عليها.
ما هو مبدأ عمل المحرك النفاث؟يدخل الوقود والمؤكسد إلى غرفة العمل من خزانات منفصلة. بعد ذلك ، يتم تحويل المكونات إلى خليط. إنه يحترق ، ويطلق كمية هائلة من الحرارة تحت ضغط عشرات من الغلاف الجوي.
المكونات في غرفة عمل المحرك النفاثضرب بشكل مختلف. يتم تقديم العامل المؤكسد هنا مباشرة. لكن الوقود يقطع مسارًا أطول بين جدران الغرفة والفوهة. يتم تسخينه هنا ، وبعد ارتفاع درجة الحرارة بالفعل ، يتم إلقاؤه في منطقة الاحتراق من خلال العديد من الفتحات. علاوة على ذلك ، تنفجر الطائرة التي شكلتها الفوهة وتوفر للطائرة لحظة دفع. هذه هي الطريقة التي يمكنك من خلالها تحديد مبدأ تشغيل المحرك النفاث (باختصار). لا يذكر هذا الوصف العديد من المكونات التي بدونها سيكون تشغيل LRE مستحيلاً. من بينها الضواغط اللازمة لخلق الضغط المطلوب للحقن ، والصمامات ، وتوربينات الإمداد ، إلخ.
الاستخدام الحديث
على الرغم من حقيقة أن تشغيل المحرك النفاثتتطلب كمية كبيرة من الوقود ، وتستمر محركات الصواريخ في خدمة الناس اليوم. يتم استخدامها كمحركات الدفع الرئيسية في مركبات الإطلاق ، وكذلك محركات التحويل لمختلف المركبات الفضائية والمحطات المدارية. في مجال الطيران ، يتم استخدام أنواع أخرى من الممرات التي لها خصائص أداء وتصميم مختلف قليلاً.
تطوير الطيران
منذ بداية القرن العشرين وحتى تلك الفترة ،عندما اندلعت الحرب العالمية الثانية ، كان الناس يطيرون فقط في طائرات مدفوعة. تم تجهيز هذه الأجهزة بمحركات الاحتراق الداخلي. ومع ذلك ، لم يتوقف التقدم. مع تطورها ، كانت هناك حاجة لإنشاء طائرات أكثر قوة وأسرع. ومع ذلك ، يواجه مصممو الطائرات هنا مشكلة غير قابلة للحل على ما يبدو. الحقيقة هي أنه حتى مع زيادة طفيفة في قوة المحرك ، زادت كتلة الطائرة بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن المخرج من الوضع الذي تم إنشاؤه وجده الإنجليزي فرانك ويل. ابتكر محركًا جديدًا بشكل أساسي ، يسمى طائرة. أعطى هذا الاختراع دفعة قوية لتطوير الطيران.
مبدأ تشغيل محرك الطائرة النفاثعلى غرار تصرفات خرطوم الحريق. خرطومها ذو طرف مدبب. يتدفق الماء من خلال فتحة ضيقة ، ويزيد من سرعته بشكل كبير. قوة الضغط الخلفي الناتجة في هذه الحالة قوية جدًا لدرجة أن رجل الإطفاء لا يستطيع حمل الخرطوم في يديه بصعوبة. يمكن أن يفسر هذا السلوك المائي أيضًا مبدأ تشغيل المحرك النفاث للطائرة.
ممرات التدفق المباشر
هذا النوع من المحركات النفاثة هو الأكثربسيط. يمكنك تخيله على شكل أنبوب ذو نهايات مفتوحة ، مثبت على مستوى متحرك. أمام المقطع العرضي يتسع. بفضل هذا التصميم ، يقلل الهواء الوارد سرعته ويزيد ضغطه. أكبر نقطة في هذا الأنبوب هي غرفة الاحتراق. هذا هو المكان الذي يتم فيه حقن الوقود ثم حرقه. تساهم هذه العملية في تسخين الغازات المتكونة وتوسعها القوي. هذا يخلق قوة الدفع لمحرك نفاث. يتم إنتاجه بواسطة نفس الغازات عندما تنفجر بقوة من الطرف الضيق للأنبوب. هذا هو الدافع الذي يجعل الطائرة تطير.
قضايا الاستخدام
محركات سكرامجت لديها بعضمحددات. إنهم قادرون على العمل فقط على متن الطائرة المتحركة. لا يمكن تنشيط الطائرة في حالة الراحة عن طريق ممرات التدفق المباشر. من أجل رفع مثل هذه الطائرة في الهواء ، هناك حاجة إلى أي محرك بدء آخر.
معالجة
مبدأ تشغيل محرك الطائرة النفاثسمح النوع التوربيني النفاث ، الخالي من عيوب التدفق المباشر RD ، لمصممي الطائرات بإنشاء الطائرات الأكثر تقدمًا. كيف يعمل هذا الاختراع؟
العنصر الرئيسي الموجود في المحرك التوربينيالمحرك ، التوربينات الغازية. بمساعدتها ، يتم تشغيل ضاغط الهواء ، والذي يتم من خلاله توجيه الهواء المضغوط إلى غرفة خاصة. تسقط المنتجات التي يتم الحصول عليها نتيجة احتراق الوقود (الكيروسين عادةً) على شفرات التوربين الذي يحركه. علاوة على ذلك ، يمر تدفق الهواء والغاز إلى الفوهة ، حيث يتسارع إلى سرعات عالية ويخلق قوة دفع نفاثة ضخمة.
زيادة القوة
يمكن أن تزيد قوة الدفع التفاعلي بشكل كبيرلفترة قصيرة من الزمن. لهذا ، يتم استخدام ما بعد الحرق. إنه حقن كمية إضافية من الوقود في تيار الغاز المتسرب من التوربين. يساهم الأكسجين غير المستخدم في التوربين في احتراق الكيروسين ، مما يزيد من قوة دفع المحرك. عند السرعات العالية ، تصل الزيادة في قيمتها إلى 70 ٪ ، وبسرعة منخفضة - 25-30 ٪.
