Введение
Сила реакции
Тяга — это сила реакции, количественно описываемая третьим законом Ньютона. Когда система выбрасывает или ускоряет массу в одном направлении, ускоренная масса создает силу равной величины, но противоположного направления, действующую на эту систему. Сила, приложенная к поверхности в направлении, перпендикулярном или нормальном к этой поверхности, также называется тягой. Сила, и, следовательно, тяга, измеряется в ньютонах (символ: N) в Международной системе единиц (СИ) и представляет собой величину, необходимую для ускорения 1 килограмма массы со скоростью 1 метр в секунду в секунду. В машиностроении сила, ортогональная основной нагрузке (например, в параллельных спиральных зубчатых передачах), называется статической тягой.
Примеры
Система движения самолета с фиксированным крылом создает тягу вперед, когда воздух выталкивается в направлении, противоположном направлению полета. Это может достигаться различными способами, такими как вращающиеся лопасти пропеллера, реактивная струя от реактивного двигателя или выброс горячих газов из ракетного двигателя. Обратная тяга может быть создана для помощи при торможении после посадки путем изменения угла установки лопастей винта переменного шага или использования реверса тяги на реактивном двигателе. Самолеты с несущими винтами используют роторы, а самолеты V/STOL с вектором тяги – пропеллеры или тягу двигателя для поддержания веса самолета и обеспечения движения вперед. Пропеллер моторной лодки создает тягу при вращении, заставляя воду двигаться назад. Ракета движется вперед благодаря тяге, равной по величине, но противоположной по направлению, скорости изменения импульса выхлопных газов во времени, ускоренных из камеры сгорания через сопло ракетного двигателя. Это скорость выхлопных газов относительно ракеты, умноженная на скорость истечения массы, или, математически выражаясь:
Где T – создаваемая тяга (сила), – скорость изменения массы во времени (массовый расход выхлопных газов), а v – скорость выхлопных газов, измеренная относительно ракеты. Для вертикального запуска ракеты начальная тяга при взлете должна превышать вес ракеты. Каждый из трех основных двигателей космического шаттла мог создавать тягу в 1,8 меганьютона, а каждый из двух твердотопливных ускорителей космического шаттла – вместе 29,4 МН. В отличие от этого, упрощенная система аварийного спасения EVA (SAFER) оснащена 24 двигателями тягой в каждый. В категории двигателей с воздушно-реактивным принципом работы, реактивный двигатель AMT USA AT 180, разработанный для радиоуправляемых самолетов, создает тягу 90 Н (20 фунтов силы). Двигатель GE90 115B, установленный на Boeing 777-300ER, признанный Книгой рекордов Гиннеса как "Самый мощный коммерческий реактивный двигатель в мире", имеет тягу 569 кН (127 900 фунтов силы), пока не был превзойден GE9X, установленным на перспективном Boeing 777X, с тягой 609 кН (134 300 фунтов силы).
Избыточная тяга
Если самолет с двигателем генерирует тягу T и испытывает сопротивление D, то разность между ними, T – D, называется избыточной тягой. Мгновенная летная характеристика самолета в основном зависит от избыточной тяги. Избыточная тяга является вектором и определяется как векторная разность между вектором тяги и вектором сопротивления.
Осе тяги
Ось тяги самолета – это линия действия суммарной тяги в любой момент времени. Она зависит от расположения, количества и характеристик реактивных двигателей или воздушных винтов. Обычно она отличается от оси сопротивления. Если это так, то расстояние между осью тяги и осью сопротивления создает момент, который необходимо компенсировать изменением аэродинамической силы на горизонтальном оперении. Важно отметить, что Boeing 737 MAX, оснащенный более крупными и расположенными ниже двигателями по сравнению с предыдущими моделями 737, имел большее расстояние между осью тяги и осью сопротивления, что приводило к подъему носа в некоторых режимах полета и потребовало внедрения системы управления тангажом MCAS. Ранние версии MCAS давали сбои в полете с катастрофическими последствиями, что привело к гибели более 300 человек в 2018 и 2019 годах.