tryk

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Stød er en kraft , der kvantitativt er beskrevet af Newtons anden og tredje lov . Når et system skubber eller accelererer masse i en retning, udøver den accelererede masse en kraft af samme størrelse, men i den modsatte retning på systemet. Med missiler overvinder stød luftmodstand og tyngdekraft , genererer fremdrift og forårsager acceleration . Især bruges tryk som en parameter for ydelsen af jetmotorer og raketmotorer .

Støtteenheden er ligesom kraften generelt newtonen (N). Nogle gange bruges den forældede kilopond (kp) stadig. Især i den engelsktalende verden er ofte enheden lbs eller lbf som en forkortelse for pund eller pund kraft (tysk pund eller pund-kraft handling).

Grundlæggende

Ved jetfremdrivning er tryk den foretrukne parameter, da der med rene jetmotorer ikke er nogen direkte effektmåling på en drivaksel mulig. For stempelmotormotorer og propelturbiner er effektspecifikationen i kilowatt derimod almindelig. Den relevante drivkraft, der kommer fra en propel, der drives af en stempelmotor eller turbine, er imidlertid det genererede tryk.

En PW4062- motor i en Boeing 747-400 genererer et maksimalt tryk på ca. 62.100 lbf eller 276 kN under start. For at opnå dette tryk brændes tre liter petroleum i sekundet. Bevis for, at en motor rent faktisk genererer dette tryk, er demonstreret og certificeret på en teststand efter produktion eller reparation.

En VTOL kan kun starte vertikalt, hvis fremdriften er større end flyets vægt, se også forholdet mellem tryk og vægt . I en 17 ton Hawker Siddeley Harrier z. B. de 200 kN fra hans motor er nok til at accelerere den lodret. Med fastvingede fly skal stødkraften kun være en brøkdel af sin egen vægt, da vingen "bærer" den anden del af sin egen vægt. Denne fraktion er kendetegnet ved glideforholdet .

Den i øjeblikket (2006) stærkeste civile flymotor er General Electric GE90-115B med 519 kN. Under testkørsler opnåede den et maksimalt tryk på 569 kN. Det bruges til Boeing 777-300ER .

Værdier for raketter er omkring 40.000 kN for det tidligere sovjetiske N1 og Energija og den amerikanske Saturn V , 30.000 kN for rumfærgen eller 8.800 kN for Delta IV Heavy .

Fysisk grundlæggende

Tryk på jetmotoren

Stødkraften skyldes, at den luftmasse, der er passeret, accelereres. Til dette skal kinetisk energi tilføres luften. Hvis tryktabet forårsaget af trykdysen kan negligeres, siges dysen at være justeret.

I henhold til loven om bevarelse af momentum gælder følgende for en motors nettostød:

med

: Stød (Kraft)
: Massestrøm af den udstødte luft
: Massestrømning af den sugede luft
: Hastigheden af ​​den udstødte luft ( hastighed )
: Suget lufts hastighed

Da forbrændingen af ​​brændstoffet og den dertil hørende temperaturstigning får gassen til at ekspandere og det øgede volumen til at forlade dysens indsnævrede tværsnit, øges luftstrømmen c (for flere detaljer se: jetmotor ) . I ventilatorpistoler accelereres luftstrømmen af ​​en propel.

Da motorens nacelle skaber en luftmodstand D (luftmodstanden i flyet kan negligeres), skal dette trækkes fra nettodriften. Det betyder, at to fly kan have forskellig kraft, selvom de er udstyret med de samme motorer (f.eks. A350 og Boeing 787 ). Så det er sandt

Men da luften bliver tyndere, jo højere du flyver, falder massestrømmen også med stigende højde. Så du definerer et motorkraft under ISA -forhold og siger derefter

hvor lufttætheden (ρ - rho) f.eks. kan estimeres ved hjælp af den barometriske højdeformel .

Tryk på raketmotoren

Lancering af en Soyuz -raket

Når man driver en raket , er hastigheden særlig vigtig, når brændstoffet er opbrugt.

Følgende gælder for stødimpulsen (ifølge impulsprincippet ):

Q : fremdriftskraft
Δ t : motorbrændetid
Δ m : Tab af masse af raketten på grund af tabet af det forbrændte brændstof
v s : udstrømningshastighed

Bemærk: Dette er et af de sjældne tilfælde i elementær mekanik, hvor massen ikke er en konstant. I dette tilfælde kan raketmotorens effekt også simpelthen bruges specificer! Den effektive udstrømningshastighed kaldes også raketmotorens (masse) specifikke impuls .

Hvis fremdriften (ikke altid givet, se f.eks. stødkurve i faste raketter ), følger den for den endelige hastighed med og hensyn til raketens tomme masse og brændstofmassen :

( Grundlæggende raketligning )

Sluthastigheden stiger med udslyngningshastigheden (typisk værdi er 4500 m / s) og forholdet mellem initial- og slutmasse (typisk 30: 1 til 100: 1). Korrektioner for luftmodstanden skal tages i betragtning analogt med jetmotorens tilfælde.

En vigtig anvendelse til raketfremdrivelse er at overvinde accelerationen af ​​tyngdekraften . For at gøre dette skal missilet være flugthastigheden (e for flugt ) rækkevidde.

I tilfælde af et affyringsvogn, for eksempel, er den endelige masse næsten identisk med nyttelasten, kun denne når målhøjden (med nyttelasten ):

Ariane 5G : startmasse ≈750 t, nyttelast ≈20 t LEO , 7 t GTO, startkraft ≈12.000 kN, maks. Tryk ≈14.400 kN

Kraft og ydeevne

Stød er en kraft. Nettoeffekten opnås ved at gange den med bevægelseshastigheden:

P: effekt (strøm)
F : Kraft
v : hastighed (hastighed)

En kørende jetmotor på et stationært fly (f.eks. Mens man venter på startklarering) bevæger sig ikke, dens nyttige kraft og dermed dens effektivitet er nul. Ikke desto mindre er en ydelse altid påkrævet for ethvert tryk. Dette skyldes energierne, der tilføres luftmasserne pr. Tidsenhed, hvis der antages statiske indledende luftmasser.

Da hastigheden kun har en lineær effekt på stødkraften, kan der genereres mere tryk med et større motortværsnit og dermed større luftmasser med mindre effekt. Dette forklarer også tendensen mod motorer med stadig større bypass -forhold og større rotorer.

Effekten P er produktet af kraften F og bevægelseshastigheden v ; det er således defineret som multiplikationen af ​​kraft med hastighed:

Faktoren v , dvs. bevægelseshastigheden for et aggregat, der udfører, er på ingen måde konstant. Kun hvis en hastighed v større end 0 er givet, kan tryk, dvs. kraft, ganget med hastigheden, resultere i en effekt (større end 0).

eksempel 1

Ved en krydshastighed på 900 km / t (= 250 m / s) kører et erhvervsflys motorer med omkring 80% af det maksimale tryk, som i en Boeing 737 er i størrelsesordenen 122 kN pr. Motor. Så leverer en motor en effekt på ca.

Det svarer til omkring 33.000 hk.

Eksempel 2

Eurofighter Typhoon bringer omkring 180 kN fremdrift ved fuld brug af efterbrændere af begge motorer. Der kræves fuld tryk for at nå topfarten på omkring Mach 2 (ca. 2.300 km / t ≈ 639 m / s). Derefter leverer motorerne en effekt på ca.

Det svarer nogenlunde til ydelsen på 156.000 hk.