Введение
Сила реактивной тяги – это выхлоп, создаваемый каким-либо устройством, особенно летательным аппаратом, который приводит в движение сам объект в противоположном направлении в соответствии с третьим законом Ньютона. Понимание силы реактивной тяги необходимо для запуска дронов, спутников, ракет, самолетов и других воздушных машин. Реактивная тяга начинается с какой-либо двигательной установки; в случае ракеты это обычно система, выбрасывающая сгорающие газы из сопла. Эта система отталкивания выбрасывает молекулы газа в направлении, противоположном желаемому движению, с такой скоростью, что противоположная сила, действующая под углом 180° к направлению движения молекул газа (и, следовательно, в желаемом направлении движения), толкает ракету вверх. Распространенное заблуждение заключается в том, что ракета поднимается, отталкиваясь от земли. Если бы это было так, ракета не смогла бы продолжать движение вверх после отрыва от земли. На самом деле, причиной движения является противоположная сила, создаваемая выброшенными газами.
Движение, подъем, вес и сопротивление
Сила реактивной тяги может быть разделена на составляющие. Составляющая этой силы, направленная вперед, обычно называется тягой. Составляющая реактивной тяги, направленная вверх, называется подъемной силой. Существуют также две другие силы, влияющие на движение летательного аппарата. Сопротивление, также известное как аэродинамическое сопротивление, – это сила, противодействующая движению. Следовательно, она действует против обеих составляющих реактивной тяги (как тяги, так и подъемной силы). Четвертая и последняя сила – это вес, который действует непосредственно вниз.
Двигатель
Чтобы проанализировать тягу, мы рассмотрим математический подход. Во-первых, самолет взлетает под некоторым углом к горизонту. Для ракеты, движущейся строго "вверх", этот угол составит 90°, или, по крайней мере, близко к 90°. Для самолетов и большинства других летательных аппаратов этот угол будет значительно меньше, обычно в диапазоне от 0° до 60°. Обозначим этот угол как θ.
θ is constantly changing as the aircraft moves around. At any given moment, however, the cosine of this angle θ will give us the component of the force that is acting in the forward direction. Multiplying the total force by this cosine of θ would yield the thrust:
Because θ ranges from 0° to 90° and the cosine of any angle in this range is 0 ≤ cos θ≤ 1, the thrust will always be either less than or equal to the jet force as expected, as the thrust is a component of the jet force.
Угол θ постоянно изменяется по мере движения летательного аппарата. Однако в любой момент времени косинус этого угла θ даст нам составляющую силы, направленную в сторону движения. Умножение полной силы на косинус θ даст величину тяги:
θ is constantly changing as the aircraft moves around. At any given moment, however, the cosine of this angle θ will give us the component of the force that is acting in the forward direction. Multiplying the total force by this cosine of θ would yield the thrust:
Because θ ranges from 0° to 90° and the cosine of any angle in this range is 0 ≤ cos θ≤ 1, the thrust will always be either less than or equal to the jet force as expected, as the thrust is a component of the jet force.
Поскольку θ изменяется от 0° до 90°, а косинус любого угла в этом диапазоне удовлетворяет условию 0 ≤ cos θ ≤ 1, тяга всегда будет меньше или равна реактивной силе, что и ожидается, поскольку тяга является составляющей реактивной силы.
θ is constantly changing as the aircraft moves around. At any given moment, however, the cosine of this angle θ will give us the component of the force that is acting in the forward direction. Multiplying the total force by this cosine of θ would yield the thrust:
Because θ ranges from 0° to 90° and the cosine of any angle in this range is 0 ≤ cos θ≤ 1, the thrust will always be either less than or equal to the jet force as expected, as the thrust is a component of the jet force.
Перетащить
Сопротивление, или аэродинамическое сопротивление, — это сила, противодействующая движению. Поскольку тяга — это сила, обеспечивающая "движение вперед", а подъемная сила — "движение вверх", сопротивление противодействует обеим этим силам. Аэродинамическое сопротивление — это трение между самим воздухом и движущимся объектом (в данном случае летательным аппаратом). Расчет аэродинамического сопротивления гораздо сложнее, чем расчет тяги и подъемной силы, поскольку он зависит от материала, из которого изготовлен летательный аппарат, его скорости и других переменных факторов. Однако ракеты и самолеты строят из материалов и придают им формы, которые минимизируют силу сопротивления, максимизируя силу, двигающую летательный аппарат вверх и вперед.
Вес
Вес – это сила, направленная вниз, которую подъемная сила должна преодолеть для создания движения вверх. На Земле вес достаточно легко вычислить:
В этой формуле m обозначает массу объекта, а g – ускорение, вызванное гравитацией. На Земле это значение приблизительно равно 9,8 м/с². Когда подъемная сила превышает силу веса, самолет начинает ускоряться вверх.