Technologies (23. rész) Miért repülnek Románia katonai rakétái?

Végül is miért repülnek a rakéták? Valahogy, mint a helikopterek esetében, mert csúnyák, és a Föld elutasítja őket? Lássuk hát.

technologies

elveket

Nem tudom, lőttek-e az olvasók fegyvert, vagy sem (most néhány arrogáns mosolyt látok az olvasók arcán); Feltételezem, hogy nem (más arrogáns mosoly), és arra kérlek, hogy nézd meg az alábbi képeket - animált gif fájlok. Ha egy képen nincs animáció, kattintson rá, hogy animáltan lássa.

visszarúgás - kattintson az animációk megtekintéséhez (forrás: tenor, giphy)

Bármely lőfegyver (a muskétától vagy arquebustól az ágyúig, a pisztolyon és a puskán át) az egyik végén nyitott csövön alapszik. Amikor egy fegyver lő, nagyon nagy sebességű és hőmérsékletű gázok jönnek ki a hordóból egy irányba, ami impulzus. Ami ezeken a képeken látható, az a visszarúgás, és a fizika egyik alapelvén alapszik - impulzus megőrzése. És ahogy a lendület megmarad, kiderül, hogy a lőfegyvernek ellentétes irányú impulzusa is lesz. Ez az az elv, amelyen a rakéták működése alapul - azáltal, hogy nagy sebességgel távolítják el a gázt egy irányba, az ellenkező irányú erő keletkezik. Ugyanezek a képek azt mutatják, hogy az erő mind egyszerre jött létre, de egy rakétának hosszú ideig folyamatos erőre van szüksége.

De ha megnézünk egy léggömböt, amelyből felszabadítjuk a levegőt, pontosan ezt vesszük észre - a levegő sebességgel jön ki egy irányba, és ellenkező irányba tolóerőt generál. A következő kép ezt szemlélteti; animált gif is, tehát ha nincs animáció, kattintson rá, hogy animáltan lássa.

Egy lufi - kattintson az animáció megtekintéséhez (forrás: tenor, giphy)

Elemezve az objektumot annak stabilitása szempontjából, anélkül, hogy részletekbe menne, azt mondhatjuk, hogy egy objektum a következő állapotok egyikében lehet:

  • instabil állapotban (például amikor ceruzát próbál ujjbegyén tartani);
  • stabil állapotban (például amikor az inga visszatér a Föld felszínétől minimális távolságra lévő pontba).

A rakéták motorja hátul van, és ez nyomja őket, ezért úgy gondolhatjuk, hogy hasonló helyzetről van szó, mint az előző példában szereplő ceruzában. Bármilyen váratlan erő mozgathatja a testet egy másik irányba, a motor által generált nyomóerő a rakétát a kívántnál eltérő irányba tolja. Ezen túlmenően, hogy tovább bonyolítsa a helyzetet, amikor a rakéták légkörében más erők hatnak.

A rakétára ható erők megegyeznek a repülőgépen és a légköri repülésben fellépő erőkkel:

Ezen erők leírását követve két érdekes pontot is találtunk:

  • súly Központ: az a pont, ahol figyelembe vehetjük, hogy a test teljes tömege koncentrálódik. A korábbi ceruza esetében ez az a pont, ahol egyensúlyban van;
  • nyomásközpont: úgy tekinthetjük, hogy itt van az a pont, ahol az összes aerodinamikai erő hatása összpontosul. Vizuálisan tekinthető annak a pontnak, amely a rakéta felületét két egyenlő részre osztja, az első és a hátsó rész pedig azonos felületű.

Két megfigyelésre vagy kiegészítésre van szükség:

  • nyilvánvalóan a légkörön kívüli repülés során - a Föld körüli pályán - a továbblépés és az emelés ellenállása már nem áll fenn, a rakétán csak a tolóerő és a súly hat;
  • egy rakéta bármilyen mozgása a súlypont körül történik.

Stabil és instabil

Most nézzük meg részletesen a két állapotot.

1. Instabil állapot. A következő kép egy rakétát mutat instabil állapotban. Amit a képen látunk:

  • tapadás - narancssárga
  • ellenállás a haladással - cseresznye
  • súly - kék
  • lift - zöld
  • Cg - súlypont
  • Cp - nyomásközpont
  • Szél - a rakétára egyszerre ható erő

Instabil állapot (forrás: szerző)

Figyelje meg, hogy a nyomás középpontja a súlypont előtt van. Kezdetben a rakéta stabil, ideális helyzet, anélkül, hogy erők lennének zavarni. Ha feltételezzük, hogy zavaró erő lép fel - széllökés -, akkor a nyomás középpontján keresztül hat. Enyhe elfordulást és ezért az α támadási szög növekedését eredményezi. A támadási szög megváltoztatása egy olyan erőt eredményez - az emelést -, amelynek iránya megegyezik a széllel, ennek következtében a súlypont körüli forgó mozgás lesz. Ezt az elmozdulást az elõzõ ellenállás hangsúlyozza, minél nagyobb az oldalirányú erõ, annál nagyobb a szög a hossztengely és a repülési irány között. A rakéta ezért megpróbál megfordulni és visszarepülni, de a tolóerő nem teszi lehetővé ezt a kaotikus repülést.

2. Stabil állapot. A következő kép egy rakétát mutat stabil állapotban. Amit a képen látunk:

  • tapadás - narancssárga
  • ellenállás a haladással - cseresznye
  • súly - kék
  • lift - zöld
  • Cg - súlypont
  • Cp - nyomásközpont
  • Szél - a rakétára egyszerre ható erő

Stabil állapot (forrás: szerző)

Figyelje meg, hogy a nyomásközpont a súlypont mögött van. Kezdetben - az előző esethez hasonlóan - a rakéta stabil, ideális helyzetet képvisel, anélkül, hogy erõk lennének megzavarni. A rakéta folyamatosan gyorsul, a mozgás lineáris a tolóerő irányában. Ismételten feltételezve, hogy zavaró erő lép fel - széllökés -, ez a nyomás középpontján keresztül hat, aminek hatására a rakéta a súlypont körül forog, és ezáltal megváltoztatja az α támadási szöget. A támadási szögnek ez a változása erőt - az emelést - okoz, amely ezúttal ellentétes irányú a zavaróéval. A rakéta folyamatosan repül, a pálya csak kissé megváltozik.

Az interneten talált fegyver - több helyen - azt mondja, hogy ideális, ha a súlypont és a nyomásközép között 1,5-2 átmérőjű távolság van a rakétától. Nos, érdemes emlékezni rá.

Gyakorlatban

Tehát itt van az a pillanat, amikor eljutunk a működéséhez és az olvasás során felmerült egyes elemek céljához és a mindennapi élethez. A fenti két állapotból kiindulva figyeljük az alábbi helyzeteket.
1. A tömegközéppont mögötti nyomásközpont elrendezésének szükségessége meghatározza a rakéták szárnyainak megjelenését, amelyeknek az a szerepük, hogy a légköri repülés során a nyomásközép helyzetének megváltoztatásával biztosítsák a stabilitást. Ezt számos rakétán észleljük - például Saturn V, Saturn I, AIM-9 Sidewinder, AIM-120 AMRAAM.

Saturn IB (forrás: pinterest)

Szaturnusz V. (forrás: NASA)

AIM-9 Sidewinder (forrás: blogspot)

CÉL-120 AMRAAM (forrás: Nemzetközi üzleti idő, ismeretlen)

2. A vontatási igény - a gázsugár irányának a középtengelyre történő megváltoztatása - amelyet leggyakrabban a rakétamotor irányának megváltoztatásával vagy a fúvóka tájolásának megváltoztatásával érnek el. Ezt a módszert alkalmazza a legtöbb rakéta - példák a Saturn V, Falcon 9, Electron példákra.

Rocketdyne F-1 (forrás: Smithsonian)

SpaceX Merlin (forrás: imgur)

Rocketlab Rutherford (forrás: Rocketlab)

3. Az üzemanyag-fogyasztás megváltoztatja a súlypont helyzetét. Az első a Saturn V rakéta súlypontjának alakulását mutatja be, amely elindította az Apollo 11 küldetést. A második kép a súlypont és a nyomásközpont helyzetének alakulását mutatja 140 másodperc alatt.

Szaturnusz V - a súlypont (forrás: NASA)

Szaturnusz V - súlypont és nyomásközép (forrás: NASA)

4. A Merkúrban, az Ikrekben, az Apollóban és a Szojuzban használt mentőrendszer nyomásközpontja a súlypont alatt van a stabilitás fenntartása érdekében, ha aktiválására van szükség.

LES Merkúr (forrás: americanspacecraft.com)

LES Apollo (forrás: NASA)

LES Szojuz TMA (forrás: Wikipedia)

5. A légkörbe való visszatéréshez használt kapszulák (Merkúr, Ikrek, Apollo, Szojuz, Sárkány, Orion) súlypontja a nyomás középpontja alatt áll, hogy biztosítsa stabilitását. A kapszulák azonban trükkel szabályozzák a repülés irányát - a súlypont nem éppen a hossztengelyen van, hanem kissé excentrikus. A kapszula elforgatása megváltoztatja a helyzetét, ezért az emelését, és ezáltal a repülés irányát is.

Higany kapszula (forrás: collectspace.com)

Gemini kapszula (forrás: Smithsonian)

Apollo kapszula (forrás: NASA)

Szojuz kapszula (Forrás: Imgur)

6. A tűzijáték kaotikusan mozogna, ha nem lenne a súlypont mögött a nyomásközpont, ezért van hátul a bot.

tűzijáték (forrás: bestwallpaper, Popular Mechanics, Wikipedia)

A vége előtt, ha tovább akarja olvasni, ajánlok egy régebbi cikket a rakéták által használt motorokról. Ne felejtsük el: van egy szakasz is, ahol egyes térbeli témájú cikkeket összesítenek - https://www.rumaniamilitary.ro/orizont .

És most, hogy elszomorítsalak. Ez csak egy a rakéta építése során figyelembe vett stabilitási kérdések közül. Csak néhány vitatéma összefoglalása:

  • motorok számítása, felépítése és tesztelése;
  • a rakétákra ható különféle erők kiszámítása és becslése;
  • kölcsönhatás a rakétaindító toronnyal;
  • aerodinamika és repülés különböző magasságokban és sebességeken;
  • az optimális pályák kiszámítása;
  • ellenőrzési és irányítási rendszer;
  • rezgéscsökkentés.

Szerkesztés:
- 2020-01-26 14:45:00 - meghatározott „légköri extra repülés a Föld pályáján”