Ағынның астында оның бір бөлігі белгілі бір жылдамдықпен денеден бөлінген қозғалыс түсініледі. Пайда болған күш өздігінен әрекет етеді. Басқаша айтқанда, оның сыртқы денелермен ең аз ғана байланысы жоқ.
Табиғаттағы реактивті қозғалыс
Оңтүстікте жазғы демалыста теңізде жүзіп жүрген әрқайсымыз дерлік медузаны кездестірдік. Бірақ бұл жануарлардың реактивті қозғалтқыш сияқты қозғалатыны туралы аз адамдар ойлады. Мұндай қондырғының табиғатта жұмыс істеу принципін теңіз планктондары мен инеліктердің личинкаларының кейбір түрлерін жылжыту кезінде байқауға болады. Оның үстіне, бұл омыртқасыздардың тиімділігі көбінесе техникалық құралдарға қарағанда жоғары.
Рактивті қозғалтқыштың қалай жұмыс істейтінін тағы кім көрсете алады? Кальмар, сегізаяқ және кеспе балық. Осындай қозғалысты көптеген басқа теңіз моллюскалары жасайды. Мысалы, балықты алайық. Ол желбезек қуысына суды алып, оны артқа немесе бүйірге бағыттайтын шұңқыр арқылы қатты лақтырады. Сонымен біргемоллюска дұрыс бағытта қозғала алады.
Реактивті қозғалтқыштың жұмыс істеу принципін шошқа майын жылжытқанда да байқауға болады. Бұл теңіз жануары суды кең қуысқа қабылдайды. Осыдан кейін оның денесінің бұлшықеттері жиырылып, сұйықтықты артқы жағындағы тесік арқылы сыртқа шығарады. Алынған ағынның реакциясы майдың алға жылжуына мүмкіндік береді.
Теңіз зымырандары
Бірақ кальмарлар реактивті навигацияда ең үлкен жетілдікке қол жеткізді. Тіпті зымыранның пішіні де осы теңіз өмірінен көшірілген сияқты. Төмен жылдамдықпен қозғалған кезде кальмар гауһар тәрізді қанатын мезгіл-мезгіл бүгіп отырады. Бірақ жылдам лақтыру үшін ол өзінің «реактивті қозғалтқышын» пайдалануы керек. Оның барлық бұлшықеттері мен денесінің жұмыс істеу принципін толығырақ қарастырған жөн.
Кальмардың өзіндік мантиясы бар. Бұл оның денесін барлық жағынан қоршап тұрған бұлшықет тіні. Қозғалыс кезінде жануар осы мантияға судың үлкен көлемін сорып, арнайы тар саптама арқылы ағынды күрт шығарады. Мұндай әрекеттер кальмарларға сағатына жетпіс шақырым жылдамдықпен артқа қарай қозғалуға мүмкіндік береді. Қозғалыс кезінде жануар өзінің барлық он шандырын байламға жинайды, бұл денеге ыңғайлы пішін береді. Саптамада арнайы клапан бар. Жануар оны бұлшықеттің жиырылуының көмегімен айналдырады. Бұл теңіздегі тіршілік бағытын өзгертуге мүмкіндік береді. Кальмардың қимылдары кезінде рульдің рөлін оның шатырлары да атқарады. Ол оларды солға немесе оңға, төмен қарай бағыттайдынемесе жоғары, әртүрлі кедергілермен соқтығысудан оңай құтылыңыз.
Маллюстердің арасында үздік ұшқыш атағын иеленетін кальмардың (стенотеутис) бір түрі бар. Реактивті қозғалтқыштың жұмыс істеу принципін сипаттаңыз - және сіз неге балықты қуып бара жатқанда, бұл жануардың кейде судан секіретінін, тіпті мұхит арқылы жүзіп бара жатқан кемелердің палубасына түсетінін түсінесіз. Бұл қалай болады? Ұшқыш кальмар су элементінде бола отырып, оған максималды реактивті соққыны дамытады. Бұл оған толқындардың үстінен елу метрге дейінгі қашықтықта ұшуға мүмкіндік береді.
Егер реактивті қозғалтқышты қарастырсақ, қай жануардың жұмыс істеу принципін көбірек атап өтуге болады? Бұл, бір қарағанда, қапшық сегіздіктер. Олардың жүзушілері кальмарлар сияқты жылдам емес, бірақ қауіп төнген жағдайда олардың жылдамдығына ең жақсы спринтерлер де қызғана алады. Сегізаяқтардың миграциясын зерттеген биологтар олардың реактивті қозғалтқыш жұмыс істейтіндей қозғалатынын анықтады.
Шұңқырдан лақтырылған әрбір су ағынымен жануар екі, тіпті екі жарым метрге серпілу жасайды. Бұл кезде сегізаяқ ерекше түрде - артқа қарай жүзеді.
Реактивті қозғалтқыштың басқа мысалдары
Өсімдіктер әлемінде зымырандар бар. Реактивті қозғалтқыштың принципін, тіпті өте жеңіл тиіп кетсе де, «жынды қияр» сабақтан жоғары жылдамдықпен секірген кезде байқалады, сонымен бірге жабысқақ сұйықтықты тұқымдармен бірге қабылдамайды. Бұл кезде ұрықтың өзі айтарлықтай қашықтыққа (12 м-ге дейін) қарама-қарсы бағытта ұшады.
Реактивті қозғалтқыштың принципін де байқауға болады,қайықта жүргенде. Егер одан ауыр тастар белгілі бір бағытта суға лақтырылса, онда қозғалыс қарама-қарсы бағытта басталады. Зымыран реактивті қозғалтқышының жұмыс принципі бірдей. Тек онда тастардың орнына газдар қолданылады. Олар ауада да, сирек кеңістікте де қозғалысты қамтамасыз ететін реактивті күш жасайды.
Фантастикалық саяхаттар
Адамзат бұрыннан ғарышқа ұшуды армандаған. Бұған осы мақсатқа жету үшін сан алуан құралдар ұсынған фантаст-жазушылар шығармалары дәлел. Мысалы, француз жазушысы Геркуле Савиньин хикаясының кейіпкері Сирано де Бержерак айға темір арбамен жетіп, оның үстінен үнемі күшті магнит лақтырылады. Әйгілі Мюнхаузен де сол планетаға жетті. Оған үлкен бұршақ сабағы көмектесті.
Реактивті қозғалтқыш Қытайда біздің эрамызға дейінгі бірінші мыңжылдықта қолданылған. Сонымен қатар, оқпанға толтырылған бамбук түтіктері көңіл көтеру үшін зымыран ретінде қызмет етті. Айтпақшы, Ньютон жасаған планетамыздағы алғашқы көліктің жобасы да реактивті қозғалтқышпен болған.
РД-ның жасалу тарихы
Тек 19 ғ. Адамзаттың ғарыш кеңістігі туралы арманы нақты белгілерге ие бола бастады. Өйткені, дәл осы ғасырда ресейлік революционер Н. И. Кибальчич әлемдегі тұңғыш реактивті қозғалтқышы бар ұшақ жобасын жасады. Барлық құжаттарды түрмеде «Народная воля» жасаған, ол Александрға жасалған қастандықтан кейін аяқталды. Бірақ, өкінішке орай, 04.03.1881 жКибальчич өлім жазасына кесілді, бірақ оның идеясы іс жүзінде жүзеге аспады.
20 ғ-дың басында. Зымырандарды ғарышқа ұшу үшін пайдалану идеясын орыс ғалымы К. Е. Циолковский ұсынған. Алғаш рет оның математикалық теңдеу түріндегі массасы айнымалы дене қозғалысының сипаттамасын қамтитын жұмысы 1903 жылы жарияланды. Кейінірек ғалым сұйық отынмен қозғалатын реактивті қозғалтқыштың схемасын жасады.
Сонымен қатар Циолковский көп сатылы зымыран ойлап тауып, Жерге жақын орбитада нақты ғарыш қалаларын құру идеясын алға тартты. Циолковский ғарышқа ұшудың бірден-бір құралы зымыран екенін нанымды дәлелдеді. Яғни, реактивті қозғалтқышпен жабдықталған, отынмен және тотықтырғышпен толтырылған аппарат. Тек осындай зымыран ғана тартылыс күшін жеңіп, Жер атмосферасынан тыс ұшуға қабілетті.
Ғарышты зерттеу
Циолковскийдің «Ғылыми шолу» мерзімді басылымында жарияланған мақаласы ғалымның арманшыл деген беделін бекітті. Оның аргументтерін ешкім байқамады.
Циолковскийдің идеясын кеңес ғалымдары жүзеге асырды. Сергей Павлович Королев басқаратын олар Жердің алғашқы жасанды серігін ұшырды. 1957 жылы 4 қазанда бұл аппарат реактивті қозғалтқышы бар ракетамен орбитаға шығарылды. РД жұмысы отынмен газ ағынына ауысатын, кинетикалық энергияға айналатын химиялық энергияны түрлендіруге негізделген. Бұл жағдайда зымыран қарама-қарсы бағытта қозғалады.бағыт.
Принципі көп жылдар бойы қолданылып келе жатқан реактивті қозғалтқыш тек астронавтикада ғана емес, авиацияда да өз қолдануын тапты. Бірақ бәрінен де ол зымырандарды ұшыру үшін қолданылады. Өйткені, тек RD құрылғыны ортасы жоқ кеңістікте жылжыта алады.
Сұйық реактивті қозғалтқыш
Атыс қаруын атқандар немесе бұл процесті бүйірден бақылағандар оқпанды кері итеретін бір күш бар екенін біледі. Оның үстіне, төлемнің көп мөлшерімен қайтарым сөзсіз артады. Реактивті қозғалтқыш дәл осылай жұмыс істейді. Оның жұмыс принципі ыстық газдар ағынының әсерінен бөшкенің кері итерілуіне ұқсас.
Зымыранға келетін болсақ, қоспаның жану процесі біртіндеп және үздіксіз жүреді. Бұл ең қарапайым, қатты отын қозғалтқышы. Оны барлық зымыран модельерлер жақсы біледі.
Сұйық отынды реактивті қозғалтқышта (LPRE) жұмыс сұйықтығы немесе итергіш ағын жасау үшін отын мен тотықтырғыштан тұратын қоспа қолданылады. Соңғысы, әдетте, азот қышқылы немесе сұйық оттегі. LRE-дегі жанармай - керосин.
Алғашқы үлгілерде болған реактивті қозғалтқыштың жұмыс принципі күні бүгінге дейін сақталған. Тек қазір ғана сұйық сутекті пайдаланады. Бұл зат қышқылданған кезде меншікті импульс бірінші сұйық отынмен жұмыс істейтін зымыран қозғалтқыштарымен салыстырғанда 30%-ға артады. Айта кету керек, сутекті пайдалану идеясы болдыЦиолковскийдің өзі ұсынған. Дегенмен, бұл өте жарылғыш затпен жұмыс істеудің сол кездегі қиындықтары жай ғана еңсерілмейтін еді.
Реактивті қозғалтқыштың жұмыс принципі қандай? Отын мен тотықтырғыш жұмыс камерасына бөлек резервуарлардан түседі. Содан кейін компоненттер қоспаға айналады. Ол жанып, ондаған атмосфера қысымында үлкен жылу бөледі.
Компоненттер реактивті қозғалтқыштың жұмыс камерасына әртүрлі жолдармен кіреді. Мұнда тотықтырғыш тікелей енгізіледі. Бірақ отын камераның қабырғалары мен саптаманың арасында ұзағырақ жолмен жүреді. Мұнда ол қызады және қазірдің өзінде жоғары температурада көптеген саптамалар арқылы жану аймағына лақтырылады. Әрі қарай, саптамадан пайда болған ағын үзіліп, ұшақты итеру сәтімен қамтамасыз етеді. Реактивті қозғалтқыштың жұмыс принципі қандай екенін осылай анықтауға болады (қысқаша). Бұл сипаттамада көптеген компоненттер туралы айтылмайды, оларсыз LRE жұмысы мүмкін емес. Олардың ішінде инъекцияға қажетті қысымды жасауға қажетті компрессорлар, клапандар, жеткізу турбиналары және т.б.
Заманауи қолдану
Реактивті қозғалтқыштың жұмысы көп мөлшерде жанармайды қажет ететініне қарамастан, зымыран қозғалтқыштары бүгінде адамдарға қызмет етуді жалғастыруда. Олар зымыран-тасығыштарда негізгі қозғаушы қозғалтқыштар, сондай-ақ әртүрлі ғарыш аппараттары мен орбиталық станциялар үшін маневрлік қозғалтқыштар ретінде қолданылады. Авиацияда өнімділік сипаттамалары мен сәл өзгешелігі бар басқа да жүру жолдарының түрлері қолданыладыдизайн.
Авиацияны дамыту
20 ғасырдың басынан бастап Екінші дүниежүзілік соғыс басталғанға дейін адамдар тек қана бұрандамен басқарылатын ұшақтарда ұшқан. Бұл құрылғылар іштен жанатын қозғалтқыштармен жабдықталған. Алайда ілгерілеу бір орында тұрған жоқ. Оның дамуымен күшті және жылдамырақ ұшақтарды жасау қажеттілігі туындады. Дегенмен, бұл жерде ұшақ конструкторлары шешілмейтін мәселеге тап болады. Қозғалтқыш қуатының шамалы ұлғаюымен де ұшақтың массасы айтарлықтай өсті. Дегенмен, қалыптасқан жағдайдан шығудың жолын ағылшын Фрэнк Уилл тапты. Ол реактивті деп аталатын жаңа қозғалтқышты жасады. Бұл өнертабыс авиацияның дамуына күшті серпін берді.
Ұшақ реактивті қозғалтқышының жұмыс принципі өрт сөндіру түтігінің әрекетіне ұқсас. Оның шлангінің ұшы сүйірленген. Тар саңылау арқылы ағып жатқан су оның жылдамдығын айтарлықтай арттырады. Бұл жағдайда жасалған кері қысым күші соншалықты күшті, өрт сөндіруші шлангты қолында әрең ұстайды. Судың бұл әрекеті ұшақ реактивті қозғалтқышының жұмыс принципін де түсіндіре алады.
Бағытталған такси жолдары
Реактивті қозғалтқыштың бұл түрі ең қарапайым. Сіз оны қозғалатын жазықтықта орнатылған ашық ұштары бар құбыр түрінде елестете аласыз. Оның көлденең қимасының алдында кеңейеді. Бұл конструкцияның арқасында кіретін ауа жылдамдығын төмендетеді, ал қысымы артады. Мұндай құбырдың ең кең нүктесіжану камерасы болып табылады. Бұл жерде жанармай айдалады, содан кейін жағылады. Мұндай процесс түзілген газдарды қыздыруға және олардың күшті кеңеюіне ықпал етеді. Бұл реактивті қозғалтқыштың күшін жасайды. Оны құбырдың тар ұшынан күшпен жарылған кезде бірдей газдар шығарады. Ұшақты ұшатын да осы күш.
Пайдалану мәселелері
Sramjet қозғалтқыштарының кейбір кемшіліктері бар. Олар қозғалыстағы ұшақта ғана жұмыс істей алады. Демалыстағы ұшақты тікелей ағынды таксомоторлар арқылы іске қосу мүмкін емес. Мұндай ұшақты ауаға көтеру үшін кез келген басқа іске қосу қозғалтқышы қажет.
Мәселені шешу
Турбореактивті типтегі ұшақтың реактивті қозғалтқышының жұмыс істеу принципі, ол тікелей ағынды таксомотор жолының кемшіліктері жоқ, ұшақ конструкторларына ең озық ұшақты жасауға мүмкіндік берді. Бұл өнертабыс қалай жұмыс істейді?
Турбореактивті қозғалтқыштың негізгі элементі - газ турбинасы. Оның көмегімен ауа компрессоры іске қосылады, ол арқылы сығылған ауа арнайы камераға жіберіледі. Жанармайдың жануы нәтижесінде алынған өнімдер (әдетте керосин) турбинаның қалақтарына түседі, ол оны басқарады. Әрі қарай, ауа-газ ағыны саптамаға өтеді, онда ол жоғары жылдамдыққа дейін үдеп, үлкен реактивті итеру күшін жасайды.
Қуатты арттыру
Реактивті итеру күші мүмкінқысқа мерзімде айтарлықтай өседі. Ол үшін кейін жағу қолданылады. Бұл турбинадан шығатын газ ағынына отынның қосымша мөлшерін айдау. Турбинадағы пайдаланылмаған оттегі керосиннің жануына ықпал етеді, бұл қозғалтқыштың күшін арттырады. Жоғары жылдамдықта оның мәнінің өсуі 70%, ал төмен жылдамдықта 25-30% жетеді.
