Jet fremdrift - Jet propulsion
Jet Propulsion er det fremdrift av et objekt i en retning, fremstilles ved å ta ut en stråle av fluid i den motsatte retning. I følge Newtons tredje lov kjøres den bevegelige kroppen i motsatt retning av strålen. Reaksjonsmotorer som opererer etter prinsippet om jetfremdrift inkluderer jetmotoren som brukes til fremdrift av flyet , pumpestrålen som brukes til marin fremdrift , og rakettmotoren og plasmaproposen som brukes til fremdrift av romfartøyer . Biologiske systemer inkluderer fremdriftsmekanismer for vissemarine dyr som blæksprutter , sjøharer , leddyr og fisk .
Fysikk
Jet Propulsion blir produsert av noen reaksjonsmotorer eller dyr når skyvekraften frembringes av en rask bevegelse stråle av fluidum i samsvar med Newtons bevegelseslover . Det er mest effektivt når Reynolds-tallet er høyt - det vil si at gjenstanden som drives frem er relativt stor og passerer gjennom et medium med lav viskositet.
Hos dyr pulses de mest effektive strålene i stedet for kontinuerlige, i det minste når Reynolds-tallet er større enn 6.
Spesifikk impuls
Spesifikk impuls (vanligvis forkortet I sp ) er et mål på hvor effektivt en rakett bruker drivstoff eller jetmotor bruker drivstoff. Per definisjon er det den totale impulsen (eller endringen i momentum ) som leveres per enhet drivstoff som forbrukes, og er dimensjonalt ekvivalent med den genererte skyvekraften delt på drivmassens strømningshastighet eller vektstrømningshastighet. Hvis masse ( kilo , pund-masse eller snegle ) brukes som drivmiddelenhet, har spesifikk impuls enheter av hastighet . Hvis vekt ( newton eller pundkraft ) brukes i stedet, har spesifikk impuls tidsenheter (sekunder). Multiplikasjon av strømningshastighet med standardvekt ( g 0 ) konverterer spesifikk impuls fra massegrunnlaget til vektgrunnlaget.
Et fremdriftssystem med en høyere spesifikk impuls bruker massen av drivmidlet mer effektivt for å skape fremdrift, og i tilfelle en rakett, mindre drivmiddel som trengs for en gitt delta-v , i henhold til Tsiolkovsky-rakettligningen . I raketter betyr dette at motoren er mer effektiv når det gjelder å oppnå høyde, avstand og hastighet. Denne effektiviteten er mindre viktig i jetmotorer som bruker vinger og bruker uteluft til forbrenning og bærer nyttelast som er mye tyngre enn drivstoffet.
Spesifikk impuls inkluderer bidraget til impulsen fra ekstern luft som har blitt brukt til forbrenning og er utmattet med brukt drivmiddel. Jetmotorer bruker uteluft, og har derfor en mye høyere spesifikk impuls enn rakettmotorer. Den spesifikke impulsen når det gjelder brukt drivmasse har avstandsenheter per tid, som er en kunstig hastighet som kalles "effektiv eksoshastighet". Dette er høyere enn den faktiske eksoshastigheten fordi forbrenningsluftens masse ikke blir regnskapsført. Faktisk og effektiv eksoshastighet er den samme i rakettmotorer som ikke bruker luft.
Spesifikk impuls er omvendt proporsjonal med spesifikt drivstofforbruk (SFC) av forholdet I sp = 1 / ( g o · SFC) for SFC i kg / (N · s) og I sp = 3600 / SFC for SFC i lb / (lbf · Hr).
Fremstøt
Fra definisjonen av spesifikk impulskraft i SI-enheter er:
der V e er den effektive eksoshastigheten og er drivstoffens strømningshastighet.
Typer reaksjonsmotor
Reaksjonsmotorer produserer skyvekraft ved å utvise fast eller flytende reaksjonsmasse ; jetfremdrift gjelder bare motorer som bruker flytende reaksjonsmasse.
Jetmotor
En jetmotor er en reaksjonsmotor som bruker omgivende luft som arbeidsfluid, og omdanner den til en varm høytrykksgass som utvides gjennom en eller flere dyser . To typer jetmotorer, turbojet og turbofan , benytter aksialflyt eller sentrifugalkompressorer for å øke trykket før forbrenning , og turbiner for å drive kompresjonen. Ramjets fungerer bare ved høye flyhastigheter fordi de utelater kompressorene og turbinene, avhengig i stedet for det dynamiske trykket som genereres av den høye hastigheten (kjent som ramkompresjon). Pulsstråler utelater også kompressorer og turbiner, men kan generere statisk trykk og har begrenset maksimal hastighet.
Rakettmotor
Raketten er i stand til å operere i vakuum i rommet , fordi den er avhengig av at kjøretøyet bærer sin egen oksidasjonsmiddel i stedet for å bruke oksygen i luften, eller i tilfelle en kjernefysisk rakett , varmer opp et inert drivmiddel (for eksempel flytende hydrogen ) ved å tvinge den gjennom en atomreaktor .
Plasmamotor
Plasmapropellere akselererer et plasma ved hjelp av elektromagnetiske midler.
Pump-jet
Pumpestrålen, brukt til marin fremdrift , bruker vann som arbeidsfluid, under trykk av en kanalert propell , sentrifugalpumpe eller en kombinasjon av de to.
Jetdrevne dyr
Cephalopods som blekksprut bruker jet fremdrift for rask flukt fra rovdyr ; de bruker andre mekanismer for sakte svømming. Strålen produseres ved å kaste ut vann gjennom en sifon , som vanligvis smalner til en liten åpning for å produsere maksimal utåndingshastighet. Vannet passerer gjennom gjellene før utånding, og oppfyller det dobbelte formål med åndedrett og bevegelse. Sjø hare (gastropod bløtdyr) benytter en lignende metode, men uten sofistikerte nevrologiske maskiner av blækspruter navigerer de noe mer klønete.
Noen teleostfisker har også utviklet jetdrift, og ført vann gjennom gjellene for å supplere findrevet bevegelse.
I noen øyenstikklarver oppnås jetfremdrift ved utdriving av vann fra et spesialisert hulrom gjennom anus. Gitt den lille størrelsen på organismen, oppnås en stor hastighet.
Kamskjell og cardiids , sifonophores , kappe (som salper ), og noen maneter bruker også jetdrivning . De mest effektive jetdrevne organismer er salper, som bruker en størrelsesorden mindre energi (per kilo per meter) enn blekksprut.