Введение

Движение, создаваемое выбросом струи жидкости.

Реактивное движение — это движение объекта в одном направлении, создаваемое выбросом струи жидкости в противоположном направлении. В соответствии с третьим законом Ньютона, движущееся тело получает импульс в направлении, противоположном направлению струи. К реактивным двигателям, работающим по принципу реактивного движения, относятся реактивные двигатели, используемые для привода самолетов, водометные движители, используемые для привода морских судов, а также ракетные двигатели и плазменные двигатели, используемые для привода космических аппаратов. Реактивное движение под водой также используют некоторые морские животные, включая головоногих моллюсков и сальпов, при этом летающий кальмар демонстрирует единственный известный случай реактивного полета в воздухе в животном мире.

Физика

Реактивное движение возникает в некоторых реактивных двигателях или у животных, когда тяга создается быстродвижущейся струей жидкости в соответствии с законами движения Ньютона. Оно наиболее эффективно при высоком числе Рейнольдса, то есть когда объект, приводимый в движение, относительно велик и движется в среде с низкой вязкостью. У животных наиболее эффективными являются импульсные, а не непрерывные струи, по крайней мере, при числе Рейнольдса больше 6.

Специфический импульс

Специфический импульс (обычно обозначается как Isp) – это мера эффективности использования ракетного топлива ракетой или топлива реактивным двигателем. По определению, это общий импульс (или изменение количества движения), создаваемый на единицу потребленного топлива, и он размерно эквивалентен создаваемой тяге, деленной на массовый расход топлива или вес расхода топлива. Двигательная установка с более высоким специфическим импульсом более эффективно использует массу топлива для создания тяги, и, в случае ракеты, требует меньше топлива для достижения заданной дельты-v, согласно уравнению Циолковского. Для ракет это означает, что двигатель более эффективно обеспечивает набор высоты, дальности и скорости. Эта эффективность менее важна для реактивных двигателей, использующих крылья и внешний воздух для сгорания, а также несущих полезную нагрузку, значительно превышающую массу топлива. Специфический импульс учитывает вклад в импульс, обеспечиваемый внешним воздухом, использованным для сгорания и удаленным вместе с отработавшим топливом. Реактивные двигатели используют внешний воздух, поэтому их специфический импульс значительно выше, чем у ракетных двигателей. Специфический импульс, выраженный через массу израсходованного топлива, имеет единицы измерения расстояния, деленного на время, что является искусственной скоростью, называемой «эффективной скоростью истечения». Она выше фактической скорости истечения, поскольку масса воздуха, участвующего в сгорании, не учитывается. Фактическая и эффективная скорости истечения одинаковы для ракетных двигателей, не использующих воздух. Специфический импульс обратно пропорционален удельному расходу топлива (SFC) по формуле Isp = 1/(g₀·SFC) при SFC в кг/(Н·с) и Isp = 3600/SFC при SFC в фунтах/(фунт-силе·час).

Типы реакционных двигателей

Реактивные двигатели создают тягу, выбрасывая твердое или жидкое реактивное вещество; струйная тяга относится только к двигателям, использующим жидкое реактивное вещество.

Реактивный двигатель

Реактивный двигатель – это реакционный двигатель, использующий окружающий воздух в качестве рабочего тела и преобразующий его в горячий газ высокого давления, который расширяется через одно или несколько сопел. Два типа реактивных двигателей – турбореактивный и турбовентиляторный – применяют осевые или центробежные компрессоры для повышения давления перед камерой сгорания и турбины для привода компрессоров. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (рамджеты) работают только на высоких скоростях полета, поскольку не имеют компрессоров и турбин, полагаясь вместо этого на динамическое давление, создаваемое высокой скоростью (известное как аеродинамическое сжатие). Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (пульсдеты) также не используют компрессоры и турбины, но способны создавать статическую тягу и имеют ограниченную максимальную скорость.

Ракетный двигатель

Ракета способна функционировать в вакууме космоса, поскольку она использует собственный окислитель, переносимый ракетой-носителем, вместо использования кислорода из атмосферы. В случае ядерной ракеты, инертное рабочее тело (например, жидкий водород) нагревается путем пропускания его через ядерный реактор.

Плазменный двигатель

Плазменные двигатели ускоряют плазму посредством электромагнитных сил.

Насосная струя

Насосно-струйной двигательной установка, применяемая для морского движения, использует воду в качестве рабочего тела, которое наддувается с помощью кольцевого винта, центробежного насоса или их комбинации.

Животные, приводимые в движение реактивными двигателями

Цефалоподы, такие как кальмары, используют реактивное движение для быстрого ухода от хищников; для медленного плавания они используют другие механизмы. Реактивная сила создается путем извержения воды через сифон, который обычно сужается к небольшому отверстию для достижения максимальной скорости истечения. Вода проходит через жабры перед извержением, одновременно обеспечивая дыхание и передвижение. У некоторых личинок стрекозы реактивное движение достигается за счет изгнания воды из специализированной полости через анальное отверстие. Благодаря небольшому размеру организма достигается значительная скорость. Гребешки и кардииды, сифонофоры, туникаты (например, сальпы) и некоторые медузы также используют реактивное движение. Самыми эффективными организмами, использующими реактивное движение, являются сальпы.