Kuidas Ramjets Töötab?

{h1}

Ramjets võimaldavad õhusõidukitel riputada läbi õhu uskumatu kiirusega. Lisateavet ramjettide kohta leiate WordsSideKick.comist.

Nagu igaüks, kes on kunagi kõht, lendas välja suure sukeldumisega, võib teile öelda, et kui jõuate vedelikule, andmata selleks aega, et sellest välja tulla, kipub see taganema. Mootorratturid võtaksid füüsika vastu sujuvamalt sukelduma, ning kiiremad autod ja lennukid teevad seda aerodünaamilisema kujuga sportlaste poolt. Kuid heli tõkke läheduses on punkt, kus sujuvamaks muutmine ei ole piisav - kiirus, mille juures õhk, mis hoiab teie lennukit üles kõrgemal, hakkab teid ummima näiliselt ebatõenäolise lohuga, hammaste rattlingi turbulentsuse ja jõhkrate šokkidega. Tõepoolest, paljud uskusid, et see helibarjäär ei purune enne, kui 14. oktoobril 1947 Chuck Yeageri raketipõhine Bell X-1 osutub valeks.

Aga mis siis, kui sa saaksid kogu selle kogutud õhu oma eeliseks muuta? Mida teha, kui selle asemel, et seda sõelata läbi sõukruvid või põleda selle läbi raketiga, võite selle pakendada spetsiaalselt kujundatud torusse, pumbata plahvatuse juurde ja suruda selle läbi düüsi ülehelikiirusel, kõik suured liikuvad osad puuduvad? Teil oleks väga spetsiifiline reaktiivmootor - "lendav stovepipe", mis sobib taevasse viilutamiseks tuhandete miili tunnis. Sul on a ramjet.

Kuid ramjet näiline lihtsus on petlik; see võtab kaasaegse lennunduse inseneri, tänapäevaseid materjale ja täppistehnoloogiat, et tõmmata üksteisest välja - mis omakorda selgitab, miks peaaegu sama vana kui mootoriga lend oli korduvalt asetatud ja kõrvale jäetud aastakümneid, enne kui külm sõda saavutati piiratud edu.

Erinevalt peamist kiiruskonkursist, raketid, mis põlevad kütust, kasutades pardal oksüdeerijaid nagu ammooniumnitraat, kaaliumkloraat või ammooniumkloraat, ramjets hingata õhku. Seega, kui raketid suudavad töötada ruumi lähedal vaakumis, peavad ramjetid läbima atmosfääri. Nad peavad seda tegema ka väga suure kiirusega - umbes Mach 2.5-3.0 või kolmekordse heli kiirusega - kuna ramjetid töötavad rakendades ram surve õhusõiduki suure kiirusega tekitatav looduslik suruõhk. Teisisõnu, ramjetsid teevad liitlasteks väga šokk lainete ja survejõude, mis vastasid kiirelt lendu; nad sõna otseses mõttes lähevad vooluga [allikad: Encyclopaedia Britannica; NASA].

Ramjets on pikemate vahemaade puhul tõhusam kui raketid, kuid neil on märkimisväärne puudus: need on kasutud väikeste kiiruste korral. Sellest tulenevalt tuginevad nad kiirendusrautodele või muudele sõidukitele, et need kiiruseni jõuda. Iseseisvad ramjetõhusõidukid kasutavad tavaliselt hübriidmootoreid [allikas: NASA].

Kui see seletus lendas sinust ülehelikiirusega, on see ilmselt seetõttu, et jätsime liiga palju lahedaid ja huvitavaid asju. Vaatame, kuidas reaktiivmootorid on välja arendanud selle kaasaegse ime.

Detonatsioonid ja saabumised

Kiirete kaamerate filmide operaatoril on Clevelandi Lewis'i lendkäivituse laboris ramjet I-40 mootori tõukejõu leegion. (Laborat sai hiljem John Glenni uurimiskeskuseks.)

Kiirete kaamerate filmide operaatoril on Clevelandi Lewis'i lendkäivituse laboris ramjet I-40 mootori tõukejõu leegion. (Laborat sai hiljem John Glenni uurimiskeskuseks.)

Kontrollitud plahvatuste ajal jooksevad purjed. See kõlab kummaline, kuni sa mõistad, et ka enamus autotööstusi teevad: tõmba õhku, suru, segatakse kütusena, süttib ja pahtu! Sa oled kolvist surunud. Kuid arvestades, et bensiini- ja diiselmootorid hõlmavad tsüklilisi või vahelduv põletamine, jooturid kaasnevad pidev põlemine kus kütus ja õhk segunevad ja põlevad pidevalt. Mõlemal juhul põleb rohkem kummi, tähendab, et rohkem gaseeritakse, ja see tähendab imemist hapnikusse, et segu õigesti saada. Täispuhutavad autod teevad seda ülelaaduritega; reaktiivmootorites on see keerulisem [allikas: Encyclopaedia Britannica].

Esimene operatsiooniline reaktiivmootoriga lennuk, mis on suuna saanud võitlusse Teise maailmasõja lõpus, kasutades turboreaktor mootorid, lihtne, kuid geniaalne disain põhineb Brayton (või Joule) Tsükkel: Kui lennuk lendab, lendub õhk läbi sisselaskeava a hajuti, kamber, mis aeglustab õhuvoolu ja pärsib lööklaineid. Seejärel läbib tera kettad: ketrus rootorid, mis sundivad õhku tagasi ja seisavad staatorid, mis juhib õhuvoolu. Üheskoos tegutsevad nad kompressorina, mis pumpavad jõuajamootorite põlemiskambris survet. Seal kütus segatakse suruõhuga ja süttib, lõhkamistemperatuurid ulatuvad vahemikku 1800-2800 F (980-1540 C) või kõrgemad [allikad: Encyclopaedia Britannica; Krueger; Spakovszky].

Rõhk tõuseb temperatuuri juures, nii et see plahvatus loob palju jõudu, ilma et oleks vaja midagi teha, vaid otsida kiiret väljumist. Kuna väljalasketõsud asuvad tagumise düüsi kaudu, tekitab see õhusõiduki liikumise tõukejõu. Sellele otsikule mööda jõuab väljalasketoru kaudu torni, mis on pöördemomendi võlliga ühendatud rootoritega. Kui turbiin keerutab, suunab see energia üle kompressori teradele ees, lõpetades tsükli.

Lennukitel, millel on turbopropellerid või helikopterid koos turbossatt mootorid, edastavad turbiinid ka jõuülekande propellerile või helikopteri rootorile rööbaste abil.

Turboreaktiivmootorid pakuvad suurt võimsust, kuid võitlevad madalatel kiirustel. Sellest tulenevalt hakkasid 60-ndatel ja 1970-ndatel madalsageduslikud õhusõidukid suunas liikuma turbofanid et enamus eralennukeid ja kommertslennukeid ikka veel kasutavad. Turbofan on mootorite turujõu - peamiselt turboreaktiivmootor, mis on ümbritsetud suurema kaanega, mille ees on suur fänn. Ventilaator tõmbab rohkem õhku, mille mootor jaguneb kaheks vooluks: mõni õhk liigub pandud turboreaktori kaudu, samas kui ülejäänud voolab selle ümber tühja ruumi.Kaks voolu taasühendatakse, kui ümberjaotatud jahedam õhk seguneb turboreaktori heitgaasiga ja aeglustab seda, luues suurema ja aeglasema tõukejõu, mis on madalamate kiiruste korral tõhusam. [Allikas: Encyclopaedia Britannica; Krueger].

Samal ajal, kui turbopropellerid ise jõudsid, viis ramjeetõhusõidukite uurimine lõpuks oma sammu. See oli pikk tee.

Järelpõletid

Mõned turboreaktorid ja turbofanid on ühendatud järelpõletid, mis suurendab kütuse heitgaaside sisselaskmist pärast turbiini läbimist ja selle ümberpööramist. See protsess, mida tuntakse ka kui kuumutama, on ebaefektiivne, kuid võib suurendada turbofaani tõukejõudu isegi 50 protsendi võrra [allikad: Encyclopaedia Britannica; Pratt & Whitney]. Põletusaparaadid on sobivad käivitamise ajal või ebasoodsates, madala kiiruse või madala rõhu tingimustes. Neid leidub enamasti ülehelikiirusega hävituslennukites, kuigi Concorde SST kasutas neid ka pealevõtmisel [allikas: Encyclopaedia Britannica; NASA; Pratt & Whitney].

Ramjets, enne nende aega?

Igaüks, kes ütles, et peate kõndima, enne kui saate käia, ei kohtu kunagi prantslast René Loriniga. Ta nägi ram survejõu võimalusi juba 1913. aastal, kui pilootid olid ikka veel lendavad ülistatud puidust aeduid. Olles teadlik disaini kasutamisest alloonse kiirustel, tegi ta rammeetrilise lennukipommi ette. Prantsuse sõjavägi vallutas ta. Ungari insener Albert Fono, teine ​​ramjet pioneer, järgis sarnast mõtet 1915. aastal ja sai Austria-Ungari armee võrreldava vastuvõtuse [allikad: Gyorgy; Heiser ja Pratt; Wolko].

Ramjetsi disainilahenduste hulgas oli lühike moond maailmakarjuste vahel. Nõukogude insenerid tegi raketipõhiste ramjettide varajasi edusamme (vt järgmist sektsiooni), kuid huvi põles ära enne 1940. aastat. Saksa okupatsioon katkestas prantsuse inseneri René Leduci varakult, kuid tema püsivus ja saladus kukkus 21. aprillil 1949, kui tema Lorin -mõistetav mudel 010 tegi oma esimese mootoriga lennukiga mootorlaevad. Lendas Languedoc 161 lennukis, lendas ta 12 minutit ja jõudis kiirusele 450 mph (724 km / h) poole võrra (allikad: Siddiqi; Ward; Wolko; Yust et al.].

Ja mõnda aega oli see nii. Vaatamata Leduci edule oli rahaliste vahendite puudumine ametliku toetuse tema teadustööle 1957. aastal [allikad: Siddiqi; Ward; Wolko; Yust et al.]. Raamjet hakkas välja nägema ilma rakenduseta. Vahepeal käis II maailmasõda esimese põlvkonna turboreaktiivmootoritega: Briti Gloster Meteor, Saksa Messerschmitt Me 262 ja Ameerika Lockheed F-80 Shooting Star [allikad: Encyclopaedia Britannica; Entsüklopeedia Britannica; Entsüklopeedia Britannica; USA Rahvusmuuseum; van Pelt].

Kui sõda lõppes ja külm sõda soojendati, sai selgeks, et turboreaktiivmootorid ja turbopropellerid pakkusid praktilisemaid suboonilisi ja väheseid ülehelikiirusega lahendusi kui ramjets. Seejärel keskendusid kõige Ameerika Ühendriikide ja nõukogude tööle ramjetsis kontinentidevaheliste raketite ehitamisel. 1950. aastal toodi Ameerika insener William H. Avery ja Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika laboratoorium Talos, USA mereväe esimene ramjet rakettmürsk. Tulevased põlvkonnad parandaksid ja lihtsustaksid hübriidi kasutuselevõttu ratastraktorid võimeline saavutama suuri ülehelikiirusega kiirusi (Mach 3-5) (vt järgmist sektsiooni) [allikas: Hoffman; Kossiakoff; Ward].

Vaatamata muljetavaldavatele disainilahendustele nagu Hiller XHOE-1 Hornet helikopter, kavandatud Vabariigi XF-103 pommitajate retseptor ja lühikese elueaga Lockheed D-21B mehitamata lõhkamispurk, ramjet-õhusõiduk lagunes kuni 1964. a. Lockheed SR-71 Blackbird. Kiireim mehitatud lennuk enne 1989. aasta pensionile saamist kasutas Mach 3+ Blackbird ka hübriidmootorit, mida mõnikord kutsuti turbaramjet [Allikad: USA Rahvusmuuseum; Smithsonian; Ward].

Me sukeldume järgmises sektsioonis SR-71 ja teiste ramjet hübriidide ja alamtüüpide hulka.

Rudi Ramjet?

Teise maailmasõja lõpuks oli Saksamaa alustanud uurimistööd mitmete reaktiivmootorite, sealhulgas raketiga ramjet, Fw 252 "Super Lorin" ja ramjet-powered Sänger-Bredt antipodal pommitaja. Kõige kuulsamalt on nad edukalt ehitanud V-1 Buzz-pommi, auruga-katapulti käivitatud impulssjet-juhitud juhitav pomm. Impulsjet ei ole ramjet, kuid neil on ühised omadused, sealhulgas lihtsus ja minimaalsed liikuvad osad [sources: Encyclopaedia Britannica; Entsüklopeedia Britannica; Entsüklopeedia Britannica; USA Rahvusmuuseum; van Pelt].

Ramjets: Machi mocki tegemine

Lockheed SR-71A Blackbirdi luurelennuk valmistab ette lennu. Steven F. Udvar-Hazy Center'is pargitud Blackbird lendas Los Angelesist Washingtoni, D.C., ühe tunni, neli minutit ja 20 sekundit.

Lockheed SR-71A Blackbirdi luurelennuk valmistab ette lennu. Steven F. Udvar-Hazy Center'is pargitud Blackbird lendas Los Angelesist Washingtoni, D.C., ühe tunni, neli minutit ja 20 sekundit.

Kui ramjets on nii vaimselt, siis miks viitsinud? Noh, Mach 2.5+ tekitatud rõhu ja temperatuuri korral on enamik reaktiivmootoreid äärmiselt ebapraktiline ja täiesti mõttetu. Isegi kui saaksite teha ühte tööd, siis oleks see kombineeritud orkaani tuulegeneraatori tööga kaasnevate ohtude tõttu, kui laevmasinat poleks Oahu Põhjarannale veetnud.

Ramjets võtke teiste düüside aluspõhimõtteid ja sukelduge neid kuni 11-ni, ilma suuremate liikuvate osadeta. Õhk siseneb ramjeti difuusorisse ülehelikiirusega kiirustel, rünnates seda lööklainetega, mis aitavad ehitada käsivarre survet. Sisseehitatud teemantkangas keskosa jäljendab õhku ja aeglustab seda liigse kiirusega, et seda tõhusamalt segada kütuse ja põlemisega. Põlemine toimub lahtises kambris, mis on sarnane hiiglasliku järelpõletiga, kus süstitakse vedelkütust või kambri külgedelt tühjendatakse tahket kütust [sources: Ashgriz; Entsüklopeedia Britannica; SPG; Ward].

Ramjetsi kiirusepiirangud järk-järgult inspireerisid hübriidmootoreid, mis võiksid lennata madalamate kiirustega ja kiirendada ülehelikiirusega kiirusteni. Kõige kuulsam näide, SR-71 Blackbird, kasutas turboreaktiivmootoriga hübriidi, mida nimetati sobivaks turbaramjet. Sellised mootorid töötavad nagu järelpõlemis turboreaktor kuni Mach 1 varem, mille järel kanalid turboreaktori mööda minna ja suunavad ram-suruõhuvoolu järelpõleti, muutes mootori käitumiseks ramjet [source: Ward].

Vahepeal hakkasid raketirakendused järk-järgult ära ajendama, viies need ramjet ise sisse, luues selle ratastraktoridaka integreeritud raketi ramjets. Raketi kiirenduse ajal sulguvad pistikud ajutiselt ramjeti sissevõtu ja kütusepihustid. Kui raketid on kulutatud ja ramjet kiiruseni jõudnud, kostuvad need välja ja tühjad raketid toimivad põlemiskambrites [source: Ward].

Vaatamata sellele on tõenäoline, et Mach 5 liini ületamine hüpnoormuslikeks kiirusteks scramjets (ülehelikiirusega põletavad ramjets). Erinevalt teistest ramjetest ei pea scramjets oma põlemiskambrites aeglustama õhku. Et vältida süüte ja paisumist 0,001 sekundi jooksul, enne kui survestatud õhk heitgaasi välja viskab, kasutavad scramjets tavaliselt vesinikkütust, millel on kõrge konkreetne impulss (jõuülekande muutumine mootorikütuse massiühiku kohta), süttib suurel hulgal kütuse / õhu suhet ning vabastab põlemisel tohutu energiakõrguse [allikad: Bauer; Entsüklopeedia Britannica; NASA].

Scramjets jäi viimaste aastakümnete teoreetiliseks ja töö on enamasti eksperimentaalne. 2004. aasta novembris tegi NASA kaheksa-aastane 230 miljardi USA dollari Hyper-X programm välja skramjet, mis jõudis viimase lennule 9,6-le. Mõned analüütikud usuvad, et tehnoloogia võib ulatuda Mach 15-24-ni, kuid lennureisid hüpersonaalsete kiirustega tähendavad jõudude ületamist, erinevalt sellest, mis seisab silmitsi isegi kiireima ülehelikiirusega veesõidukiga. Lühidalt, meil on pikk tee minna enne, kui saaksime 12-minutilise sõidu suunas New Yorgist Los Angelesse [allikad: Bauer; DARPA; Fletcher; NASA].

Interstellar Ramjet

Üheks peamiseks takistuseks, mis seisneb raketiga kosmosesõidule, on kiirenduse ja kütuse vaheline eksponentsiaalne suhe. Mida kiiremini te lähete, seda rohkem kütust vajate; mida rohkem kütust kannate, seda rohkem massi lisate, seda rohkem lisakütust, mida peate selle kõrvaldamiseks [allikad: pikk; NASA].

Seda silmas pidades on füüsikud välja pakkunud teistsuguseid lahendusi, sealhulgas kõik, mis on pärit päikesepaistetest ja väljavoolatud tuumapommide plahvatusest. 1960. aastal tegi füüsik Robert Bussard välja interstellulaarse ramjeti, mis kogub elektromagnetilise väli kaudu laetud osakesi ruumis, ühendab need, loob fusioonireaktsiooni ja kasutab jõuallikaks olevat energiat [allikad: pikk; NASA].

Autori märkus: kuidas Ramjets töötab

Olen sageli enchanted lugusid suurepäraseid uuendusi, mis ei suutnud leida rakendust, kui nad olid esimest korda leiutatud. Näiteks kirjutasin seda artiklit mulle korduvalt laserile, mida kunagi nimetati probleemi lahendamiseks.

Oh, milline on mõni aastakümne vahe.

Teiselt poolt tekitavad mõnikord imelikke leiutisi miljoneid. Muudel juhtudel me leiame asju ühel eesmärgil, mis osutub ettenägematuteks taotlusteks. Paljude panuste hulgas leiutas Ameerika kosmoseprogramm räsitud ujumistrikoo ja muutis mähkmed igavesti. Materjalide teadlased avastavad tänapäeval omadused, mille kasutamisele me veel ei lepi. Õnneks on nad paremad kui Lorin.


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com