Многие из нас в своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Во всяком случае, в Черном море их вполне хватает. Но мало кто задумывался, что и медузы для ᴨȇредвижения пользуются реактивным движением. Кроме того, именно так ᴨȇредвигаются и личинки стрекоз, и некоторые виды морского планктона. И зачастую КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивного движения гораздо выше, чем у техноизобретений.

Реактивное движение используется многими моллюсками - осьминогами, кальмарами, каракатицами. Например, морской моллюск-гребешок движется вᴨȇред за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок.

Осьминог

Каракатица

Медуза

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку вᴨȇреди 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 ᴨȇреднее 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 поᴨȇречные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вᴨȇред.

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 (или лучше сказать - ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет). При медленном ᴨȇремещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, ᴨȇриодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань - мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено сᴨȇциальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 - 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торᴨȇдой”. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет очень большие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар, даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием. Резкий поворот руля - и пловец мчится уже в обратную сторону. Вот изогнул он конец воронки назад и скользит теᴨȇрь головой вᴨȇред. Выгнул ее вправо - и реактивный толчок отбросил его влево. Но когда нужно плыть быстро, воронка всегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вᴨȇред, как бежал бы рак - скороход, наделенный резвостью скакуна.

Если сᴨȇшить не нужно, кальмары и каракатицы плавают, ундулируя плавниками, - миниатюрные волны пробегают по ним сᴨȇреди назад, и животное грациозно скользит, изредка подталкивая себя также и струей воды, выброшенной из-под мантии. Тогда хорошо заметны отдельные толчки, которые получает моллюск в момент извержения водяных струй. Некоторые головоногие могут развивать скорость до пятидесяти пяти километров в час. Прямых измерений, кажется, никто не производил, но об этом можно судить по скорости и дальности полета летающих кальмаров. И такие, оказывается, есть таланты в родне у спрутов! Лучший пилот среди моллюсков - кальмар стенотевтис. Английские моряки называют его - флайинг-сквид («летающий кальмар»). Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников - тунцов и макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров - не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Английский исследователь моллюсков доктор Рис описал в научной статье кальмара (длиной всего в 16 сантиметров), который, пролетев по воздуху изрядное расстояние, упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на семь метров.

Случается, что на корабль сверкающим каскадом обрушивается множество летающих кальмаров. Античный писатель Требиус Нигер поведал однажды ᴨȇчальную историю о корабле, который будто бы даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на его палубу. Кальмары могут взлетать и без разгона.

Осьминоги тоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вᴨȇред неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.Мешковатые осьминоги плавают, конечно, хуже кальмаров, но в критические минуты и они могут показать рекордный для лучших спринтеров класс. Сотрудники Калифорнийского аквариума пытались сфотографировать осьминога, атакующего краба. Спрут бросался на добычу с такой быстротой, что на пленке, даже при съемке на самых больших скоростях, всегда оказывались смазки. Значит, бросок длился сотые доли секунды! Обычно же осьминоги плавают сравнительно медленно. Джозеф Сайнл, изучавший миграции спрутов, подсчитал: осьминог размером в полметра плывет по морю со средней скоростью около пятнадцати километров в час. Каждая струя воды, выброшенная из воронки, толкает его вᴨȇред (вернее, назад, так как осьминог плывет задом наᴨȇред) на два - два с половиной метра.

Реактивное движение можно встретить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеного огурца” при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки, а из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении до 12 м.

Зная закон сохранения импульса можно изменять собственную скорость ᴨȇремещения 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.

Применение реактивного движения в технике

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.

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

Автором ᴨȇрвого 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 имᴨȇратора 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”.

Идея использования ракет для космических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась в ᴨȇчати статья преподавателя калужской гимназии К.Э. Циолковского “Исследование мировых пространств реактивными приборами”. В этой работе содержалось важнейшее для космонавтики математическое уравнение, теᴨȇрь известное как “формула Циолковского”, которое описывало движение тела ᴨȇременной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многостуᴨȇнчатую конструкцию ракеты, высказал идею о возможности создания целых космических городов на околоземной орбите. 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.

Идея К.Э.Циолковского была осуществлена советскими учёными под руководством академика Сергея Павловича Королёва. Первый в истории искусственный спутник Земли с помощью ракеты был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г.

Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости, в связи с этим для космических полетов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т. е. ракеты.

Устройство ракеты

В основе движения ракеты лежит закон сохранения импульса. Если в некоторый момент времени от ракеты будет отброшено какое-либо тело, то она приобретет такой же импульс, но направленный в противоположную сторону

В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.).

Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).

Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой темᴨȇратуры и высокого давления. Благодаря большой разности давлений в камере сгорания и в космическом пространстве, газы из камеры сгорания мощнойструей устремляются наружу через раструб сᴨȇциальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.

Перед стартом ракеты её импульс равен нулю. В результате взаимодействия газа в камере сгорания и всех остальных частей ракеты вырывающиёся через сопло газ получает некоторый импульс. Тогда ракета представляет собой замкнутую систему, и её общий импульс должен и после запуска равен нулю. В связи с этим и оболочка ракеты совсем, что в ней находится, получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположный по направлению.

Наиболее массивную часть ракеты, предназначенную для старта и разгона всей ракеты, называют ᴨȇрвой стуᴨȇнью. Когда ᴨȇрвая массивная стуᴨȇнь многостуᴨȇнчатой ракеты исчерпает при разгоне все запасы топлива, она отделяется. Дальнейший разгон продолжает вторая, менее массивная стуᴨȇнь, и к ранее достигнутой при помощи ᴨȇрвой стуᴨȇни скорости она добавляет ещё некоторую скорость, а затем отделяется. Третья стуᴨȇнь продолжает наращивание скорости до необходимого значения и доставляет полезный груз на орбиту.

Первым человеком, который совершил полёт в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 г. Он облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток»

Советские ракеты ᴨȇрвыми достигли Луны, облетели Луну и сфотографировали её невидимую с Земли сторону, ᴨȇрвыми достигли планету Венера и доставили на её поверхность научные приборы. В 1986 г. Два советских космических корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого расстояния исследовали комету Галлея, приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.

Перейти в список рефератов, курсовых, контрольных и дипломов по дисциплине Физика и энергетика

referatwork.ru

Реферат: "Реактивное движение"

Выдержка из работы

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя школа № 4 г. Стрежевой с углубленным изучением отдельных предметов

Реферат на тему:

«Реактивное движение»

Выполнили: Гончаров Кирилл и Жуков Игорь,

ученики 9а класса

Руководитель: Серебренникова О. В. ,

учитель физики

2014 г.

Стрежевой

Введение

Кто не знает, что такое ракета? Но законы, по которым возможно движение ракеты, известны немногим. В данном реферате мы решили раскрыть суть реактивного движения — движения, происходящего при отсоединении от тела его части.

Цель: узнать, что такое реактивное движение, как оно проявляется в ракете и как его используют люди.

Задачи: найти информацию о реактивном движении, про ракеты, а также построить собственную модель ракеты на топливе.

1. Что такое реактивное движение

Реактивное движение — это движение, происходящее при отделении от тела его части. В случае с ракетой сила, приводящая ракету в движение, образуется при преобразовании химической энергии топлива в кинетическую энергию струи газов, выходящих в обратную направлению движения ракеты сторону.

В течение многих веков человечество мечтало о космических полетах. Писатели-фантасты придумывали множество путей выхода в космос. Но ни один из них не смог придумать научно обоснованный способ попасть за пределы Земли, который еще бы и работал в тех условиях. Это смог сделать русский ученый К. Э. Циолковский. Именно он показал, что единственный способ дойти до космоса — это создать ракету — летательный аппарат с двигателем на реактивной тяге- силе, образующейся при отделении от тела его части.

Уравнение реактивной тяги:

При сгорании топлива в камере сгорания ракеты образуются газы, нагретые до высокой температуры. При действии двигателя в течение короткого интервала времени t из сопла ракеты выбрасываются со скоростью u относительно ракеты горячие газы массой m. Ракета и выбрасываемые ее двигателем газы взаимодействуют между собой. На основании закона сохранения импульса при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной:

из чего выходит

где m- массы ракеты и газов, v — изменение скорости ракеты, u — скорость газов.

Разделим обе части равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты:

Произведение массы ракеты m на ускорение ее движения a по определению равно силе, вызывающей это ускорение:

Но эта формула справедлива только тогда, когда на ракету не действуют другие силы, кроме реактивной тяги. Если же есть некоторая внешняя сила F, то формула принимает вид

Это уравнение выведено профессором Петербургского университета И. В. Мещерским и носит его имя.

Рис. 2. Иван Всеволодович Мещерский

Также реактивное движение встречается в природе у некоторых животных, в основном водных, например, у кальмаров. Отдача при выстреле — это также проявление реактивной силы.

2. Ракета

Ракемта-- летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счёт действия реактивной тяги, возникающей только вследствие отброса части собственного тела аппарата и без использования вещества из окружающей среды. Поскольку полёт ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, то он возможен не только в атмосфере, но и в вакууме, то есть в космосе. Словом ракета обозначают широкий спектр летающих устройств от праздничной петарды до космической ракеты-носителя.

Ракеты использовались людьми с ранних времен. Истоки возникновения ракет большинство историков относят ко временам китайской династии Хань (206 год до н. э. --220 н. э.), к открытию пороха и началу его использования для фейерверков и развлечений. Описание летающих «огненных стрел», применявшихся китайцами, показывает, что эти стрелы были ракетами. К ним прикреплялась трубка из уплотненной бумаги, открытая только с заднего конца и заполненная горючим составом. Этот заряд поджигался, и затем стрела выпускалась с помощью лука. Тот же принцип использовали многие другие государства, начиная с монголов в XIIIвеке и заканчивая нынешними высокоточными ракетными снарядами.

Основные силы, действующие на ракету в полёте:

Тяга двигателя — реактивная тяга (см. Что такое реактивное движение)

При движении в атмосфере -- лобовое сопротивление.

Подъёмная сила (в основном несущественна).

Несмотря на то, что ракета — это идеальный транспорт (из ныне существующих) для космических путешествий, использовать ракеты для непосредственно полетов в космос человек научился совсем недавно. В 1957 году в СССР была создана межконтинентальная баллистическая ракета (боевая) Р-7, которую позже приспособили под перевозку первого искусственного спутника. С тех пор ракеты стали использовать для полетов. Самый известный — это «кругосветное путешествие» Алексея Гагарина 12 апреля 1961 года. Этот день вошел в историю как День Космонавтики.

3. Строение ракеты

Простейшая схема ракеты включает всего два элемента:

корпус в форме трубы с отверстием на одной стороне для истечения газов;

топливо, сжигаемое для создания реактивной тяги.

Рис. Строение современной космической ракеты

Настоящая схема ракеты намного сложнее. Обычно, когда создают ракету, самое главное, что продумывают, это ее ступенчатость. Ступени в ракете содержат топливо. Когда топливо заканчивается, ступень отделяется от ракеты. Ракеты с одной ступенью — это обычно боевые ракеты и модели ракет. Для них не нужно много топлива, поэтому можно обойтись одним топливным баком. В космических ракетах используется многоступенчатая схема. Это связано с тем, что нужно огромное количество топлива, чтобы поднять ракету в космос, а увеличение массы ракеты влечет дальнейшее увеличение необходимости в топливе.

Более конкретное строение ракеты обуславливается нуждами конструкторов. Например, для боевых ракет важна скорость и компактность, в то время как для исследователей важнее надежность и грузоподъемость. Для моделей ракет во главе угла встает простота в изготовлении и безопасность.

В настоящее время в космонавтике используются ракеты Атлас V, Ариан 5, Протон, Дельта-4, Союз-2 и многие другие.

Чтобы преодолеть притяжение небесного тела, ракете нужно развить определенную скорость. Эта скорость называется космической. В основном используют две космические скорости:

первая — при которой ракета становится спутником небесного тела. Для Земли она равна примерно 8 км/с;

вторая — при которой ракета преодолевает притяжение небесного тела. Для Земли она равна 11,2 км/с.

4. Ракетное топливо

Ракетное топливо — это вещество, используемое в двигателе ракеты для создания реактивной тяги и ускорения ракеты.

Топливо бывает разное. В основном в космических ракетах используется химическое топливо. При использовании этого вида топлива происходят реакции с выделением энергии, благодаря которым ракета движется.

Жидкое химическое ракетное топливо делится на окислитель и восстановитель. Оба компонента находятся в разных баках в конструкции ракеты. Смешивание происходит в момент запуска и полета. Происходит окислительно-восстановительная реакция с выделением энергии, и ракета летит. Также существует такое понятие, как монотопливо. Это топливо, в котором окислителем и восстановителем является одно вещество. Наиболее распространенным химическим топливом является водород и его смеси с различными веществами (кислородом, фтором и т. д.)

В качестве источника энергии в ядерном ракетном топливе используется энергия распада изотопов. Данный вид топлива слабо распространен и используется в основном в экспериментах.

Два других типа топлива — электрореактивное и механическое — используются в моделях ракет. Электрореактивное топливо использует электроэнергию, а механическое — энергию сжатых газов.

5. Применение ракет

Естественно, что если бы от ракет не было бы никакого толку, их бы и не изобретали. На сегодняшний день ракеты используются в таких отраслях, как:

военном деле — ракеты-носители боевых зарядов. Ракеты «земля-земля», «земля-воздух», межконтинентальные и т. д. История этого дела началась еще до нашей эры;

космонавтике — самая развивающаяся область ракетостроения. Множество ракет разных конструкций, начиная с 60-х годов прошлого века, а также использование ракетных двигателей в конструкции различных космических объектов, таких, как станции, спутники и т. д. ;

научной деятельности — использование ракет в метеорологической деятельности, исследовании атмосферы и прочее;

хобби — модели ракет для своего удовольствия, а также в спортивных целях. (Один из подобных примеров находится в практической части.)

Практическая часть

ракета реактивный модель

Тема: Реактивное движение. Создание ракеты.

Цель: создать модель ракеты.

Оборудование: Бутылка 1.5 л, колпачок-клапан, ниппель (заплатка для шины с клапаном для накачивания), пластилин, вода (топливо).

Ход работы:

Ракета основана на переходе потенциальной энергии воды в кинетическую энергию воды. Газ мощно выдавливает воду из бутылки, и ракета летит.

1. К бутылке 1.5 л приделываем колпачок-клапан.

2. На днище бутылки делаем отверстие.

3. Используя пластилин, вставляем ниппель в отверстие.

4. Заливаем полбутылки воды.

5. Чтобы запустить ракету, накачиваем ее насосом через ниппель, а затем открываем колпачок.

Рис. 6(в). Приблизительное расстояние полета — до 10 м

(Камера не сфокусировалась, ракета — это черное пятно в небе)

Вывод: на модели ракеты мы убедились в существовании реактивной тяги и реактивного движения.

Заключение

Ракетостроение — это очень интересная область науки. История ракетостроения началась с давних времен. В наше время ракеты — это основной космический транспорт, а также один из видов вооружения, для ученых — удобное средство исследования, а для обычных людей — интересное хобби, занятие для себя.

Вывод: Используя источники информации, мы сумели найти информацию о реактивном движении, его причинах, а также о том, какую пользу оно несет людям. Кроме того, мы построили действующую модель ракеты на реактивном топливе.

Литература

1. http: //wikipedia. org — Википедия.

2. http: //sch219comp2. narod. ru/0103. htm — Реактивное движение. Уравнение Мещерского.

3. http: //lifehacker. ru/2012/06/25/water-rocket/ - Модель водяной ракеты

4. С. В. Громов, Н. А. Родина — Физика. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений. — 2001 год, Москва, «Просвещение»

Показать Свернуть

westud.ru

Реферат - 4. реактивное движение

4. РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ

«Практические дела делаются только исходя из общих начал, только при знакомстве с абстрактами, до них относящимися».

(Д. И. Менделеев)

Среди великих технических и научных достижений XX столетия одно из первых мест, несомненно, принадлежит ракетам и теории реактивного движения. Годы второй мировой войны (1941 —1945) привели к необычайно быстрому совершенствованию конструкций реактивных аппаратов. На полях сражений вновь появились пороховые ракеты, но уже на более калорийном бездымном тротил - пироксилиновом порохе («катюши»). Были созданы самолеты с воздушно-реактивными двигателями, беспилотные самолеты с пульсирующими воздушно-реактивными двигателями (Фау-1) и баллистические ракеты с дальностью полета до 300 км (Фау-2).

Ракетная техника становится сейчас очень важной и быстро растущей отраслью промышленности. Развитие теории полета реактивных аппаратов — одна из насущных проблем современного научно-технического развития.

К. Э. Циолковский много сделал для познания основ теории движения ракет. Он был первым в истории науки, кто сформулировал и исследовал проблему изучения прямолинейных движений ракет, исходя из законов теоретической механики.

Простейший реактивный двигатель на жидком топливе (рис. 3) представляет собой камеру, похожую по форме на горшок, в котором жители сельских местностей хранят молоко. Через форсунки, расположенные на днище этого горшка, происходит подача жидкого горючего и окислителя в камеру горения. Подача компонентов топлива рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить полное сгорание. В камере сгорания (рис. 3) происходит воспламенение топлива, и продукты горения — горячие газы — с большой скоростью выбрасываются через специально профилированное сопло. Окислитель и горючее помещаются в специальных баках, располагающихся на ракете или самолете. Для подачи окислителя и горючего в камеру сгорания применяют турбонасосы или выдавливают их сжатым нейтральным газом (например, азотом). На рис. 4 приведена фотография реактивного двигателя немецкой ракеты Фау-2.

Струя горячих газов, выбрасываемая из сопла реактивного двигателя, создает реактивную силу, действующую на ракету в сторону, противоположную скорости частиц струи. Величина реактивной силы равняется произведению массы отбрасываемых в одну секунду газов на относительную скорость. Если скорость измерять в метрах в секунду, а массу секундного расхода через вес частиц в килограммах, разделенных на ускорение силы тяжести , то реактивная сила будет получаться в килограммах. Возьмем, например, реактивный двигатель, в котором каждую секунду сгорает 4,9 кг топлива. Пусть относительная скорость отбрасываемых частиц (продуктов сгорания) будет , тогда реактивная сила, которую обозначим через , будет равна

У немецкой ракеты Фау-2 весовой секундный расход составляет в среднем 127,4 кг. Скорость истечения продуктов сгорания из сопла двигателя равна 2000 м/сек. Реактивная сила в этом случае равна

Приведенные примеры показывают, что реактивная сила тем больше, чем больше секундный расход топлива и чем больше относительная скорость отбрасывания частиц.

В некоторых случаях для сжигания горючего в камере реактивного двигателя приходится забирать воздух из атмосферы. Тогда в процессе движения реактивного аппарата происходит присоединение частиц воздуха и выбрасывание нагретых газов. Мы получаем так называемый воздушно ─ реактивный двигатель. Простейшим примером воздушно ─ реактивного двигателя будет обыкновенная трубка, открытая с обоих концов, внутри которой помещен вентилятор. Если заставить вентилятор работать, то он будет засасывать воздух с одного конца трубки и выбрасывать его через другой конец. Если в трубку, в пространство за вентилятором, впрыснуть бензин и поджечь его, то скорость выходящих из трубки горячих газов будет значительно больше, чем входящих, и трубка получит тягу в сторону, противоположную струе выбрасываемых из нее газов. Делая поперечное сечение трубки (радиус трубки) переменным, можно соответствующим подбором этих сечений по длине трубки достигнуть весьма больших скоростей истечения выбрасываемых газов. Чтобы не возить с собой двигатель для вращения вентилятора, можно заставить струю текущих по трубке газов вращать его с нужным числом оборотов. Некоторые трудности будут возникать только при запуске такого двигателя. Простейшая схема воздушно-реактивного двигателя была предложена еще в 1887 году русским инженером Гешвендом. Идея использования воздушно-реактивного двигателя для современных типов самолетов была с большой тщательностью самостоятельно разработана К. Э. Циолковским. Он дал первые в мире расчеты самолета с воздушно-реактивным двигателем и турбокомпрессорным винтовым двигателем. На рис. 5 дана схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя, у которого движение частиц воздуха по оси трубы создается за счет начальной скорости, полученной ракетой от какого-либо другого двигателя, а дальнейшее движение поддерживается за счет реактивной силы, обусловленной увеличенной скоростью отброса частиц по сравнению со скоростью входящих частиц.

Энергия движения воздушного реактивного двигателя получается за счет сжигания горючего, так же как и в простой ракете. Таким образом, источником движения любого реактивного аппарата является запасенная в этом аппарате энергия, которую можно преобразовать в механическое движение выбрасываемых из аппарата с большой скоростью частиц вещества. Как только будет создано выбрасывание таких частиц из аппарата, он получает движение в сторону, противоположную струе извергающихся частиц.

Направленная соответствующим образом струя выбрасываемых частиц — основное в конструкциях всех реактивных аппаратов. Методы получения мощных потоков извергающихся частиц очень разнообразны. Проблема получения потоков отбрасываемых частиц простейшим и наиболее экономичным способом, разработка методов регулирования таких потоков — важная задача изобретателей и конструкторов.

Если рассмотреть движение простейшей ракеты, то легко понять, что ее вес изменяется, так как часть массы ракеты сгорает и отбрасывается с течением времени. Ракета представляет собой тело переменной массы. Теория движения тел переменной массы создана в конце XIX века у нас в России И. В. Мещерским и К. Э. Циолковским.

Замечательные работы Мещерского и Циолковского прекрасно дополняют друг друга. Изучение прямолинейных движений ракет, проведенное Циолковским, существенно обогатило теорию движения тел переменной массы благодаря постановке совершенно новых проблем. К сожалению, работы Мещерского не были известны Циолковскому, и он в ряде случаев повторял в своих работах более ранние результаты Мещерского.

Изучение движения реактивных аппаратов представляет большие трудности, так как во время движения вес любого реактивного аппарата значительно изменяется. Уже сейчас существуют ракеты, у которых во время работы двигателя вес уменьшается в 8—10 раз. Изменение веса ракеты в процессе движения не позволяет использовать непосредственно те формулы и выводы, которые получены в классической механике, являющейся теоретической базой расчетов движения тел, вес которых постоянен во время движения.

Известно также, что в тех задачах техники, где проходилось иметь дело с движением тел переменного веса (например, у самолетов с большими запасами горючего), всегда предполагалось, что траекторию движения можно разделить на участки и считать на каждом отдельном участке вес движущегося тела постоянным. Таким приемом трудную задачу изучения движения тела переменной массы заменяли более простой и уже изученной задачей о движении тела постоянной массы. Изучение движения ракет как тел переменной массы было поставлено на твердую научную почву К. Э. Циолковским. Мы называем теперь теорию полета ракет ракетодинамикой. Циолковский является основоположником современной ракетодинамики. Опубликованные труды К. Э. Циолковского по ракетодинамике позволяют установить последовательное развитие его идей в этой новой области человеческого знания. Каковы же основные законы, управляющие движением тел переменной массы? Как рассчитывать скорость полета реактивного аппарата? Как найти высоту полета ракеты, выпущенной вертикально? Как выбраться на реактивном приборе за пределы атмосферы — пробить «панцирь» атмосферы? Как преодолеть притяжение земли — пробить «панцирь» тяготения? Вот некоторые из вопросов, рассмотренных и решенных Циолковским.

С нашей точки зрения, самой драгоценной идеей Циолковского в теории ракет является добавление к классической механике Ньютона нового раздела — механики тел переменной массы. Сделать подвластной человеческому разуму новую большую группу явлений, объяснить то, что видели многие, но не понимали, дать человечеству новое мощное орудие технических преобразований — вот те задачи, которые ставил перед собой гениальный Циолковский. Весь талант исследователя, вся оригинальность, творческая самобытность и необычайный взлет фантазии с особой силой и продуктивностью выявились в его работах по реактивному движению. Он на десятилетия вперед предсказал пути развития реактивных аппаратов. Он рассмотрел те изменения, которым должна была подвергнуться обыкновенная фейерверочная ракета, чтобы стать мощным орудием технического прогресса в новой области человеческого знания.

В одной из своих работ (1911 г.) Циолковский высказал глубокую мысль о простейших применениях ракет, которые были известны людям очень давно. «Такие жалкие реактивные явления мы обыкновенно и наблюдаем на земле. Вот почему они никого не могли поощрить к мечтам и исследованиям. Только разум и наука могли указать на преобразование этих явлений в грандиозные, почти непостижимые чувству»9.

При полете ракеты на сравнительно небольших высотах на нее будут действовать три основные силы: сила тяжести (сила ньютоновского тяготения), сила аэродинамическая, обусловленная наличием атмосферы (обычно эту силу разлагают на две: подъемную и лобового сопротивления), и реактивная сила, обусловленная процессом отбрасывания частиц из сопла реактивного двигателя. Если учитывать все указанные силы, то задача изучения движения ракеты получается достаточно сложной. Естественно поэтому начать теорию полета ракеты с простейших случаев, когда некоторыми из сил можно пренебречь. Циолковский в своей работе 1903 года прежде всего исследовал, какие возможности заключает в себе реактивный принцип создания механического движения, не учитывая действия аэродинамической силы и силы тяжести. Такой случай движения ракеты может быть при межзвездных перелетах, когда силами притяжения планет солнечной системы и звезд можно пренебречь (ракета находится достаточно далеко и от солнечной системы и от звезд — в «свободном пространстве» — по терминологии Циолковского). Эту задачу называют сейчас первой задачей Циолковского. Движение ракеты в этом случае обусловлено только реактивной силой. При математической формулировке задачи Циолковский вводит предположение о постоянстве относительной скорости отброса частиц. При полете в пустоте это предположение означает, что реактивный двигатель работает при установившемся режиме и скорости истекающих частиц в выходном сечении сопла не зависят от закона движения ракеты.

Вот как обосновывает эту гипотезу Константин Эдуардович в своей работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами». «Чтобы снаряд получил наибольшую скорость, надо, чтобы каждая частица продуктов горения или иного отброса получила наибольшую относительную скорость. Она же постоянна для определенных веществ отброса. ...Экономия энергии тут не должна иметь места: она невозможна и невыгодна. Другими словами: в основу теории ракеты надо принять постоянную относительную скорость частиц отброса».

Циолковский составляет и подробно исследует уравнение движения ракеты при постоянной скорости частиц отброса и получает весьма важный математический результат, известный сейчас как формула Циолковского.

Если обозначить буквой скорость ракеты в момент, когда ее масса равна а через обозначить постоянную скорость отбрасываемых из сопла двигателя частиц, то формула Циолковского будет иметь следующий вид:

где — масса ракеты в момент старта, когда ее скорость равна нулю; — знак десятичного логарифма.

Участок полета ракеты при работающем двигателе называют активным участком полета. Скорость ракеты в конце активного участка будет наибольшей. Если масса ракеты при полностью израсходованном топливе будет равна , а наибольшая скорость, то из формулы Циолковского следует, что

Пусть отношение начальной массы (веса) ракеты к массе (весу) в конце горения равно 10 и пусть относительная скорость отбрасываемых частиц равна , тогда максимальная скорость ракеты будет равна

Из формулы Циолковского для максимальной скорости следует, что:

а). Скорость движения ракеты в конце работы двигателя (в конце активного участка полета) будет тем больше, чем больше относительная скорость отбрасываемых частиц. Если относительная скорость истечения удваивается, то и скорость ракеты возрастает в два раза.

б). Скорость ракеты в конце активного участка возрастает, если увеличивается отношение начальной массы (веса) ракеты к массе (весу) ракеты в конце горения. Однако здесь зависимость более сложная, она дается следующей теоремой Циолковского:

«Когда масса ракеты плюс масса взрывчатых веществ, имеющихся в реактивном приборе, возрастает в геометрической прогрессии, то скорость ракеты увеличивается в прогрессии арифметической». Этот закон можно выразить двумя рядами чисел:

22=4

23=8

24=16

25=32

26=64

27=128

«Положим, например, — пишет Циолковский, — что масса ракеты и взрывчатых веществ составляет 8 единиц. Я отбрасываю четыре единицы и получаю скорость, которую мы примем за единицу. Затем я отбрасываю две единицы взрывчатого материала и получаю еще единицу скорости; наконец отбрасываю последнюю единицу массы взрывчатых веществ и получаю еще единицу скорости; всего 3 единицы скорости». Из теоремы и пояснений Циолковского видно, что «скорость ракеты далеко не пропорциональна массе, взрывчатого материала: она растет весьма медленно, но беспредельно».

Из формулы Циолковского следует весьма важный практический результат: для получения возможно больших скоростей ракеты в конце работы двигателя нужно увеличивать относительные скорости отбрасываемых частиц и увеличивать относительный запас топлива.

Так, например, если бы захотели в 2 раза увеличить скорость в конце активного участка для современной ракеты, имеющей отношение начального веса к весу пустой (без горючего) ракеты, приблизительно равное 3, и относительную скорость истечения газов, равную , то можно идти двумя путями: или увеличить относительную скорость истечения частиц из сопла реактивного двигателя в 2 раза, т. е. до , или увеличить относительный запас топлива настолько, чтобы отношение начального веса к весу пустой ракеты стало равным 32=9.

Следует заметить, что увеличение относительных скоростей истечения частиц требует совершенствования реактивного двигателя и разумного выбора составных частей (компонентов) применяющихся топлив. Второй путь, связанный с увеличением относительного запаса топлива, требует значительного улучшения (облегчения) конструкции корпуса ракеты, вспомогательных механизмов и приборов управления полетом.

Строгий математический анализ, проведенный Циолковским, выявил основные закономерности движения ракет и дал возможность количественной оценки совершенства реальных конструкций ракет.

Простая формула Циолковского позволяет путем элементарных вычислений устанавливать исполнимость того или другого задания. В самом деле, пусть, например, вы хотите создать одноступенчатую ракету для полета на Марс. Вы располагаете двигателем, имеющим относительную скорость отброса частиц, равную . Тогда, зная, что для преодоления поля тяготения Земли нужна скорость , можно найти необходимый относительный запас топлива в ракете. Из формулы Циолковского имеем

или

По таблицам десятичных логарифмов находим, что

т. е. суммарный вес конструкции ракеты, двигателя, вспомогательных механизмов и приборов управления должен составлять немногим больше 1% стартового веса. Такую ракету сделать невозможно. Если бы удалось увеличить относительную скорость истечения до то из формулы Циолковского легко найти, что в этом случае

а следовательно,

т.е. вес ракеты без топлива должен составлять 10% ее стартового веса. Такую ракету можно создать.

Формулой Циолковского можно пользоваться для приближенных оценок скорости ракеты в тех случаях, когда сила аэродинамическая и сила тяжести сравнительно невелеки по отношению к реактивной силе. Подобного рода задачи возникают для пороховых ракет с небольшими временами горения и большими секундными расходами. Реактивная сила у таких пороховых ракет превосходит силу тяжести в 40 – 120 раз и силу лобового сопротивления в 20 – 60 раз. Максимальная скорость такой пороховой ракеты, подсчитанная по формуле Циолковского, будет отличаться от истинной на 1 – 4%; такая точность определения летных характеристик на первоначальных стадиях проектирования вполне достаточна.

Формула Циолковского позволила количественно оценить максимальные возможности реактивного способа сообщения движения. После работы Циолковского 1903 года началась новая эпоха развития ракетной техники. Эта эпоха знаменуется тем, что летные характеристики ракет можно заранее определить путем вычислений, следовательно, с работы Циолковского начинается создание научного проектирования ракет. Предвидение К. И. Константинова – конструктора пороховых ракет XIX века – о возможности создания новой науки – баллистики ракет (или ракетодинамики) – получило реальное осуществление в работах Циолковского.

^ 5. РАКЕТЫ ЦИОЛКОВСКОГО

В конце XIX века Циолковский возродил научно-технические изыскания по ракетной технике в России и в дальнейшем предложил большое число оригинальных схем конструкций ракет. Существенно новым шагом в развитии ракетной техники были разработанные Циолковским схемы ракет дальнего действия и ракет для межпланетных путешествий с реактивными двигателями на жидком топливе. До работ Циолковского исследовались и предлагались для решения различных задач ракеты с пороховыми реактивными двигателями.

Применение жидкого топлива (горючего и окислителя) позволяет дать весьма рациональную конструкцию жидкостного реактивного двигателя с тонкими стенками, охлаждаемыми горючим (или окислителем), легкого и надежного в работе. Для ракет больших размеров такое решение было единственно приемлемым.

^ Ракета 1903 года. Первый тип ракеты дальнего действия был описан Циолковским в его работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в 1903 году. Ракета представляет собой продолговатую металлическую камеру, очень похожую по форме на дирижабль или большое веретено. «Представим себе, — пишет Циолковский, — такой снаряд: продолговатая металлическая камера (формы наименьшего, сопротивления), снабженная светом, кислородом, поглотителями углекислоты, миазмов и других животных выделений, предназначенная не только для хранения разных физических приборов, но и для человека, управляющего камерой... Камера имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и... равномерно взрываясь в определенном для того месте, текут в виде горячих газов по расширяющимся к концу трубам вроде рупора или духового музыкального инструмента... В одном узком конце трубы совершается смешение взрывчатых веществ: тут получаются сгущенные и пламенные газы. В другом расширенном ее конце они, сильно разредившись и охладившись от этого, вырываются наружу через раструбы с громадной относительной скоростью»10.

На рис. 6 показаны объемы, занимаемые жидким водородом (горючее) и жидким кислородом (окислитель). Место их смешения (камера сгорания) обозначено на рис. 6 буквой А. Стенки сопла окружены кожухом с охлаждающей, быстро циркулирующей в нем жидкостью (одним из компонентов топлива).

Для управления полетом ракеты в верхних разреженных слоях атмосферы Циолковский рекомендовал два способа: графитовые рули, помещаемые в струе газов вблизи среза сопла реактивного двигателя, или поворачивание конца раструба (поворачивание сопла двигателя). Оба приема позволяют отклонять направление струи горячих газов от оси ракеты и создавать силу, перпендикулярную направлению полета (управляющую силу). Следует отметить, что указанные предложения Циолковского нашли широкое применение и развитие в современной ракетной технике. Все известные лам из иностранной печати жидкостные реактивные двигатели сконструированы с принудительным охлаждением стенок камеры и сопла одним из компонентов топлива. Такое охлаждение позволяет делать стенки достаточно тонкими и выдерживающими высокие температуры (до 3500—4000°) в течение нескольких минут. Без охлаждения такие камеры прогорают за 2—3 секунды.

Газовые рули, предложенные Циолковским, применяются для управления полетом ракет различных классов за рубежом. Если реактивная сила, развиваемая двигателем, превосходит силу тяжести ракеты в 1,5—3 раза, то в первые секунды полета, когда скорость ракеты невелика, воздушные рули будут неэффективны даже в плотных слоях атмосферы и правильный полет ракеты обеспечивают при помощи газовых рулей. Обычно в струю реактивного. двигателя помещают четыре графитовых руля, располагаемых в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Отклонение одной пары позволяет изменять направление полета в вертикальной плоскости, а отклонение второй пары изменяет направление полета в горизонтальной плоскости. Следовательно, действие газовых рулей аналогично действию рулей высоты и направления у самолета или планера, меняющих угол тангажа и курса при полете. Чтобы ракета не вращалась вокруг собственной оси, одна пара газовых рулей может отклоняться в разные стороны; в этом случае их действие аналогично действию элеронов у самолета.

Газовые рули, помещаемые в струе горячих газов, уменьшают реактивную силу, поэтому при сравнительно большом времени работы реактивного двигателя (более 2—3 минут) иногда оказывается более выгодным или поворачивать соответствующим автоматом весь двигатель, или ставить на ракету дополнительные (меньшего размера) поворачивающиеся двигатели, которые и служат для управления полетом ракеты. На рис. 7 показаны три случая полета шара с поворачивающимся реактивным двигателем. Рис. 7, а соответствует прямолинейному горизонтальному полету шара; струя выбрасываемых частиц параллельна горизонту, и реактивная сила Ф направлена также горизонтально. Рис. 7, б соответствует отклонению струи (оси двигателя) вверх; реактивная сила Ф отклонится вниз, и траектория центра тяжести шара начнет также отклоняться вниз. Рис. 7, в соответствует отклонению струи (оси двигателя) вниз; реактивная сила будет отклонена вверх, и траектория центра тяжести шара будет также отклоняться вверх.

^ Ракета 1914 года11. Внешние очертания ракеты 1914 года близки к очертаниям ракеты 1903 года, но устройство взрывной трубы (т. е. сопла) реактивного двигателя усложнено. В качестве горючего Циолковский рекомендует использовать углеводороды (например, керосин, бензин). Вот как описывается устройство этой ракеты (рис. 8)12: «Левая задняя кормовая часть ракеты состоит из двух камер, разделенных не обозначенной на чертеже перегородкой. Первая камера содержит жидкий, свободно

испаряющийся кислород. Он имеет очень низкую температуру и окружает часть взрывной трубы и другие детали, подверженные высокой температуре. Другое отделение содержит углеводороды в жидком виде. Две черные точки внизу (почти посредине) означают поперечное сечение труб, доставляющих взрывной трубе взрывчатые материалы. От устья взрывной трубы (см. кругом двух точек) отходят две ветки с быстро мчащимися газами, которые увлекают и вталкивают жидкие элементы взрывания в устье, подобно инжектору Жиффара или пароструйному насосу». «...Взрывная труба делает несколько оборотов вдоль ракеты параллельно ее продольной оси и затем несколько оборотов перпендикулярно к этой оси. Цель — уменьшить вертлявость ракеты или облегчить ее управляемость»13.

В этой схеме ракеты внешняя оболочка корпуса может охлаждаться жидким кислородом. Циолковский хорошо понимал трудность возвращения ракеты из космического пространства на землю, имея в виду, что при больших скоростях полета в плотных слоях атмосферы ракета может сгореть или разрушиться подобно метеориту.

В носовой части ракеты Циолковский располагает: запас газов, необходимых для дыхания и поддержания нормальной жизнедеятельности пассажиров; приспособления для сохранения живых существ от больших перегрузок, возникающих при ускоренном (или замедленном) движении ракеты; приспособления для управления полетом; запасы пищи и воды; вещества, поглощающие углекислый газ, миазмы и вообще все вредные продукты дыхания.

Очень интересна идея Циолковского о предохранении живых существ и человека от больших перегрузок («усиленной тяжести» — по терминологии Циолковского) при помощи погружения их в жидкость равной плотности. Впервые эта идея встречается в работе Циолковского 1891 года. Вот краткое описание простого опыта, убеждающего нас в правильности предложения Циолковского для однородных тел (тел одинаковой плотности). Возьмем 'нежную восковую фигуру, которая едва выдерживает собственный вес. Нальем в крепкий сосуд жидкость такой же плотности, как и воск, и погрузим в эту жидкость фигуру. Теперь посредством центробежной машины вызовем перегрузки, превышающие силу тяжести во много раз. Сосуд, если недостаточна крепок, может разрушиться, но восковая фигура в жидкости будет сохраняться целой. «Природа давно пользуется этим приемом,—пишет Циолковский, — погружая зародыш животных, их мозги и другие слабые части в жидкость. Так она предохраняет их от всяких повреждений. Человек же пока мало использовал эту мысль».

Следует отметить, что для тел, плотность которых различна (тела неоднородные), влияние перегрузки все равно будет проявляться и при погружении тела в жидкость. Так, если в восковую фигуру заделать свинцовые дробинки, то при больших перегрузках все они вылезут из восковой фигуры в жидкость. Но, по-видимому, несомненно, что в жидкости человек сможет выдержать большие перегрузки, чем, например, в специальном кресле.

^ Ракета 1915 года. В книжке Перельмана «Межпланетные путешествия», изданной в 1915 году в Петрограде, помещены чертеж и описание ракеты, выполненные Циолковским.

«Труба А и камера В из прочного тугоплавкого металла покрыты внутри еще более тугоплавким материалом, например вольфрамом. С и Д — насосы, накачивающие жидкий кислород и водород в камеру взрывания. Ракета имеет еще вторую тугоплавкую наружную оболочку. Между обеими оболочками есть промежуток, в который устремляется испаряющийся жидкий кислород в виде очень холодного газа, он препятствует чрезмерному нагреванию обеих оболочек от трения при быстром движении ракеты в атмосфере. Жидкий кислород и такой же водород разделены друг от друга непроницаемой оболочкой (не изображенной на рис. 9). Е — труба, отводящая испаренный холодный кислород в промежуток между двумя оболочками, он вытекает наружу через отверстие К. У отверстия трубы имеется (не изображенный на рис. 9) руль из двух взаимно-перпендикулярных плоскостей для управления ракетой. Вырывающиеся разреженные и охлажденные газы благодаря этим рулям изменяют направление своего движения и, таким образом, поворачивают ракету»14.

^ Составные ракеты. В работах Циолковского, посвященных составным ракетам, или ракетным поездам, не дано чертежей с общими видами конструкций, но по приведенным в работах описаниям можно утверждать, что Циолковский предлагал к осуществлению два типа ракетных поездов. Первый тип поезда подобен железнодорожному, когда паровоз толкает состав сзади. Представим себе четыре ракеты, сцепленные последовательно одна с другой (рис. 10). Такой поезд толкается сначала нижней—хвостовой ракетой (работает двигатель первой ступени). После использования запасов ее топлива ракета отцепляется и падает на землю. Далее начинает работать двигатель второй ракеты, которая для поезда из оставшихся трех ракет является хвостовой толкающей. После полного использования топлива второй ракеты она также отцепляется и т. д. Последняя, четвертая, ракета начинает использовать имеющийся в ней запас топлива, уже имея достаточно высокую скорость, полученную от работы двигателей первых трех ступеней.

Циолковский доказал расчетами наиболее выгодное распределение весов отдельных ракет, входящих в поезд.

Второй тип составной ракеты, предложенной Циолковским в 1935 году, назван им эскадрильей ракет. Представьте себе, что в полет отправилось 8 ракет, скрепленных параллельно, как скрепляются бревна плота на реке. При старте все восемь реактивных двигателей начинают работать одновременно. Когда каждая из восьми ракет израсходует половину запаса топлива, тогда 4 ракеты (например, две справа и две слева) перельют свой неизрасходованный запас топлива в полупустые емкости остающихся 4 ракет (рис. 11) и отделятся от эскадрильи. Дальнейший полет продолжают 4 ракеты с полностью заправленными баками. Когда оставшиеся 4 ракеты израсходуют каждая половину имеющегося запаса топлива, тогда 2 ракеты (одна справа и одна слева) перельют свое топливо в остающиеся две ракеты и отделятся от эскадрильи. Полет продолжат 2 ракеты. Израсходовав половину своего топлива, одна из ракет эскадрильи перельет оставшуюся половину в ракету, предназначенную для достижения цели путешествия. Преимущество эскадрильи состоит в том, что все ракеты одинаковы. Переливание компонентов топлива в полете является хотя и трудной, но вполне технически разрешимой задачей.

Создание разумной конструкции ракетного поезда является одной из наиболее актуальных проблем в настоящее время.

В последние годы своей жизни К. Э. Циолковский много работал над созданием теории полета реактивных самолетов его статье «Реактивный аэроплан» (1930 г.) подробно выясняются преимущества и недостатки реактивного самолета по сравнению с самолетом, снабженным воздушным винтом. Указывая на большие секундные расходы горючего в реактивных двигателях как на один из самых существенных недостатков, Циолковский пишет: «...Наш реактивный аэроплан убыточнее обыкновенного в пять раз. Но вот он летит вдвое скорее там, где плотность атмосферы в 4 раза меньше. Тут он будет убыточнее только в 2,5 раза. Еще выше, где воздух в 25 раз реже, он летит в пять раз скорее и уже использует энергию так же успешно, как винтовой самолет. На высоте, где среда в 100 раз реже, его скорость в 10 раз больше и он будет выгоднее обыкновенного аэроплана в 2 раза».

Эту статью Циолковский заканчивает замечательными словами, показывающими глубокое понимание законов техники. «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных, или аэропланов стратосферы». Следует отметить, что эти строки написаны за 10 лет до того, как первый реактивный самолет, построенный в Советском Союзе, поднялся в воздух.

В статьях «Ракетоплан» и «Стратоплан полуреактивный» Циолковский дает теорию движения самолета с жидкостным реактивным двигателем и подробно развивает идею турбокомпрессорного винтового реактивного самолета.

9 К. Э. Циолковский. Труды по ракетной технике. Оборонгиз, 1947, стр. 60.

10 К. Э. Циолковский. Собрание сочинений. Изд. АН СССР, 1954, том II, стр. 73—74.

11 К. Э. Циолковский. Собрание сочинений, том II, стр. 149—150.

12 См. стр. 15 реферата.

13 Позднее К. Э. Циолковский отказался от такой конструкции сопла ракеты.

14 Н. А. Рынин. К. Э. Циолковский, его жизнь, работы и ракеты. .1931, стр. 41.

www.ronl.ru

Доклад - Реактивное движение - Физика

Реферат

по

Физике

На тему:

«Реактивное движение»

Выполнила ученица МОУ СОШ №5

Г.Лобня, 10 «В» класса,

Степаненко Инна Юрьевна

2006г.

Реактивноедвижение.

В течение многих вековчеловечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагалисамые разные средства для достижения этой цели. В XVIIвеке появился рассказфранцузского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказадобрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильныймагнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока недостигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблюбоба.

Но ни один учёный, ни одинписатель-фантаст за многие века не смог назвать единственного находящегося враспоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силуземного притяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учёный Константин ЭдуардовичЦиолковский(1857-1935). Он показал, что единственный аппарат, способныйпреодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующимгорючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

Реактивный двигатель-это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическуюэнергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость вобратном направлении. На каких же принципах и физических законах основываетсяего действие?

Каждый знает, что выстрел изружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они быразлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемаямасса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспеченодвижение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И <img src="/cache/referats/25262/image009.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1074">чем больше масса и скоростьистекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнеереакция ружья, тем больше реактивная сила.Это легко объяснить из закона сохранения импульса, который гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма импульсов тел, составляющих замкнутуюсистему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы,т.е.

К. Э. Циолковский вывелформулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развитьракета. Вот эта формула:

Здесь vmax– максимальная скоростьракеты, v0– начальная скорость, vr– скорость истечения газов из сопла, m– начальная масса топлива,а M– масса пустой ракеты. Как видно из формулы, эта максимальнодостижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов изсопла, которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива итемпературы газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит,для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшееколичество теплоты. Из формулы следует также, что эта скорость зависит и отначальной и конечной массой ракеты, т.е. от того, какая часть её веса приходитсяна горючее, и какая — на бесполезные (с точки зрения скорости полёта)конструкции: корпус, механизмы, и т.д.

Эта формула Циолковскогоявляется фундаментом, на котором зиждется весь расчёт современных ракет.Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя(т.е. посуществу к весу пустой ракеты) называется числомЦиолковского.

Основной вывод из этойформулы состоит в том, что в безвоздушномпространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скоростьистечения газов и чем больше число Циолковского.

Заключение.

От себя добавлю, что данное мной описание работы межконтинентальнойбаллистической ракеты устарело и соответствует уровню развития науки и техники60-х годов, но, ввиду ограниченности доступа к современным научным материалам,я не имею возможности дать точное описание работы современной межконтинентальной баллистической ракетысверхдальнего радиуса действия. Однако мною были освещены общие свойства,присущие всем ракетам, поэтому я считаю свою задачу выполненной.

Список использованной литературы:

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

Гельфер Я. М. Законы сохранения. – М.: Наука, 1967.

Кузов К. Мир без форм. – М.: Мир, 1976.

Детская энциклопедия. –М.: Издательство АН СССР, 1959.

www.ronl.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..