İdeal bir ısı motoru gibi çalışır. Isı makineleri ve uygulamaları

Buhar motoru. Pratik olarak çalışan ilk evrensel buhar motorları, Rus mucit Ivan Ivanovich Polzunov ve İngiliz James Watt tarafından yaratıldı.

Polzunov makinesinde, kazandan atmosfer basıncını biraz aşan bir basınca sahip buhar, dönüşümlü olarak pistonlu iki silindire beslendi. Sızdırmazlığı iyileştirmek için pistonlar suyla dolduruldu. Zincirli çubuklar vasıtasıyla pistonların hareketi üç bakır eritme fırını için körüklere iletildi.

Polzunov makinesinin yapımı Ağustos 1766'da tamamlandı. 11 m yüksekliğe, 7 m3 kazan kapasitesine, 2,8 m silindir yüksekliğine ve 29 kW güce sahipti.

Polzunov'un makinesi sürekli güç yarattı ve ilk oldu evrensel makine, herhangi bir fabrika mekanizmasını çalıştırmak için kullanılabilir.

D. Watt'ın buhar motorunda, iki silindir bir kapalı olanla değiştirildi. Buhar, pistonun her iki tarafından dönüşümlü olarak aktı ve bir yöne veya diğerine itti. Böyle çift etkili bir makinede, egzoz buharı silindirde değil, ayrı bir kapta - kondansatörde yoğunlaştırıldı. Volanın sabit hızı, bir santrifüj düzenleyici tarafından sağlandı. Buhar motorunun geliştirilmesi 1784 yılında D. Watt tarafından tamamlandı.

İlk buhar motorlarının temel dezavantajı düşük verimlilikleriydi. Buharlı lokomotiflerin verimliliği% 9'u geçmedi.

Isı makineleri ve ulaşım. Farklı çeşit ısı motorları modern taşımacılığın bel kemiğidir. Termal motorlar hareketli arabalarda ve dizel lokomotiflerde, nehir ve deniz gemilerinde, uçaklarda ve uzay roketlerinde bulunur. Çeşitli alanlarda kullanılan en yaygın ısı motorlarından biri araçlarmotor mu içten yanma.
Isı motorları ve güvenlik çevreEnerji, otomobil ve diğer ulaşım türlerinin sürekli gelişimi, sanayide ve ev ihtiyaçları için kömür, petrol ve gaz tüketiminin artması, insan ihtiyaçlarını karşılama olasılıklarını artırmaktadır. Bununla birlikte, şu anda, çeşitli ısı motorlarında yıllık olarak yakılan kimyasal yakıt miktarı o kadar fazladır ki, çevreyi yanma ürünlerinin zararlı etkilerinden korumak giderek daha zor bir sorun haline gelmektedir.

Isı motorlarının çevre üzerindeki olumsuz etkisi, çeşitli faktörlerin etkisiyle ilişkilidir.

Birincisi, yakıt yakıldığında atmosferik havadan oksijen kullanılır, böylece havadaki oksijen içeriği giderek azalır. SSCB'de ormanlar tarafından üretilen oksijen miktarı sanayide tüketilen oksijen miktarını hala aşıyorsa, o zaman örneğin ABD'de ormanlar sanayi tarafından kullanılan oksijenin yalnızca% 60'ını geri kazanır.

İkinci olarak, yakıtın yanmasına karbondioksitin atmosfere salınması eşlik eder. Son yirmi yılda, Dünya atmosferindeki karbondioksit içeriği yaklaşık% 5 arttı.

Karbon monoksit molekülleri, kızılötesi radyasyonu absorbe edebilir. Bu nedenle atmosferdeki karbondioksit içeriğinin artması, şeffaflığını değiştirir. Dünya yüzeyinden yayılan kızılötesi radyasyon, atmosfer tarafından giderek daha fazla emilmektedir. Atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonundaki bir başka önemli artış, sıcaklığının artmasına neden olabilir.

Üçüncüsü, kömür ve petrol yakıldığında atmosfer insan sağlığına zararlı nitrojen ve kükürt bileşikleriyle kirlenir. Bu kirlilik özellikle büyük şehirlerde ve sanayi merkezlerinde önemlidir.

Tüm hava kirliliğinin yarısından fazlası ulaşımdan kaynaklanmaktadır. Karbon monoksit ve nitrojen bileşiklerine ek olarak, otomobil motorları atmosfere yılda 2-3 milyon ton kurşun yayar. Motordaki yakıt patlamasını, yani yakıtın çok hızlı yanmasını önlemek için motor benzine kurşun bileşikler eklenir, bu da motor gücünde bir azalmaya ve hızlı aşınmasına neden olur. Araba motorları kentsel hava kirliliğinde kritik bir rol oynadığından, önemli gelişme sorunu araba Motoru en acil bilimsel ve teknik sorunlardan birini temsil etmektedir.

Çevre kirliliğini azaltmanın yollarından biri, arabalarda karbüratörlü benzinli motorlardan kurşun bileşikleri içermeyen dizel motorların kullanımına geçmektir.

Benzinli motorlar yerine akülü bir elektrik motorunun kullanıldığı veya yakıt olarak hidrojen kullanan bir motorun kullanıldığı otomobillerin geliştirilmesi ve test edilmesi umut vericidir. İkinci tip motorda, hidrojenin yanması sırasında su oluşur.

Isı motorlarının atanması. Döngüsel eylem ısı motorlarının ana unsurları.

Dairesel termodinamik süreç (döngü). Carnot döngüsü.

Carnot çevrimine göre çalışan ideal ısı motoru. Maksimum verimlilik ısıtma motoru.

Termodinamik sıcaklık ölçeği. Mutlak ve termodinamik sıcaklıkların eşitliği.

Soğutma makineleri (ısı pompaları).

Dinamik ısıtma.

Manyetohidrodinamik jeneratörler.

Güneş radyasyonu.

Isı makineleri, bir maddenin veya bir elektromanyetik alanın termal hareketinin enerjisini kullanan makinelerdir. Isı motorları ayrılmıştır ısı motorlarıMadde parçacıklarının veya bir elektromanyetik alanın kaotik termal hareket enerjisinin makroskopik sistemlerin düzenli mekanik hareket enerjisine dönüştürülmesi, ve soğutma makineleridaha düşük sıcaklığa sahip sistemlerden daha yüksek sıcaklığa sahip sistemlere ısı transferi sağlayan. Bildiğiniz gibi, doğada, kendiliğinden ısı transferi yalnızca daha yüksek sıcaklığa sahip sistemlerden daha düşük sıcaklığa sahip sistemlere gözlemlenir ve bu da bu sistemlerin sıcaklıklarının eşitlenmesine yol açar.

Döngüsel (periyodik) eylemin ısı motorlarını yaratmanın temel sorunları ilk olarak Fransız mühendis ve bilim adamı S. Carnot (1796 - 1832) tarafından 1824'te yayınlanan "Ateşin itici gücü ve bu kuvveti geliştirebilen makineler üzerine düşünceler" adlı çalışmasında ortaya atılmış ve çözülmüştür. ve toplam 45 sayfa. Bir ısı motorundaki süreçleri mekanik ve termal hareketler arasındaki ilişki temelinde en genel konumlardan ele alan Carnot'un kavramsal düşünme tarzı, Laplace, Fourier, Ampere, Arago, Gay-Lussac vb. Gibi önde gelen bilim adamları tarafından bile hemen anlaşılmadı. 1834'te E. Clapeyron tarafından Carnot'un fikirlerinin termodinamik süreçleri gösteren görsel grafikler kullanılarak erişilebilir bir matematiksel formda sunulduğu bir makalenin yayınlanmasından sadece 10 yıl sonra tanınma.

Carnot, kullanılan ısı motorlarının yapıları ve parçalarından yola çıkarak, herhangi bir döngüsel ısı motorunun temelde önemli üç unsurunu belirledi: ısıtıcı T 1 sıcaklığına sahip, kullanılan termal enerji için rezervuar görevi gören, 2) buzdolabısıcaklık T 2 ile< Т 1 , который также является резервуаром тепловой энергии и используется для сброса теплоты при работе двигателя, 3) çalışan vücutDöngü sırasında mekanik işler yapan.

DöngüSistemin son durumunun başlangıç \u200b\u200bdurumuyla çakıştığı termodinamik dairesel bir süreçtir. Herhangi bir termodinamik büyüklük çiftinin değişken olarak kullanılabildiği ve düzlemin her noktasının bazı denge durumunu gösterdiği termodinamik süreçlerin diyagramlarında, döngü kapalı bir eğri ile tanımlanır. Aşağıda, enerji kaybının olmadığı, tüm döngü süreçlerinin tersine çevrilebilir olduğu ve ısıtıcı, buzdolabı ve çalışma sıvısının sadece denge durumlarında olduğu varsayılmaktadır. Bu koşullar altında, ısı motorlarının verimliliği en yüksektir.

Döngü sırasında, ısı motorunun çalışma sıvısı ısıtıcıdan Q 1 miktarda ısı alır, A işini gerçekleştirir ve belirli bir miktarda ısı verir Q 2< Q 1 холодильнику. Все процессы совершаются yarı-statik olarak, bu onların geri dönüşümlü olmasını sağlar. Dış ortama (ideal ısı motoru) sürtünme ve ısı transferi ile ilişkili enerji kayıpları yoksa, termodinamiğin birinci yasası

Q 1 \u003d A + Q 2. (3.1)

Çalışma sıvısı başlangıç \u200b\u200bdurumuna döndüğünden, döngü başına iç enerjisindeki toplam değişim

Tanım olarak, bir ısı motorunun verimliliği

Verimlilik değeri η çalışma sıvısı döngüsüne bağlıdır. Carnot, daha sonra onun adını taşıyan bir döngü önerdi - carnot döngüsüMaksimum ısıtıcı sıcaklığı ve minimum buzdolabı sıcaklığı ayarlandığında maksimum verimlilik değerini sağlar. Ancak Carnot döngüsünü pratikte gerçekleştirmek mümkün olmadığından sadece teorik çalışmalarda kullanılmaktadır. Otto çevrimi (karbüratörlü içten yanmalı motorlar), Dizel çevrimi (dizel motorlar), Clausius-Rankin çevrimi (sıvı yakıtlı roket motorları) vb. Dahil olmak üzere diğer çevrimler gerçek ısı motorlarında uygulama bulmuştur.

Termodinamik yasaları, çalışma akışkanının fiziksel yapısına bağlı değildir, bu nedenle verimliliği bulmak için Carnot çevrimine göre çalışan bir ısı motorunun kullanımı en kolay olanıdır. ideal gaz.İdeal bir gaz için Carnot çevrimi VP diyagramında gösterilmiştir (Şekil 3.1). Bu döngü 12341, izotermler 12 bir ısıtıcı sıcaklığında T 1, adyabatlar 23yalıtımlı gazın genleştiği yerde, izotermler 34t 2 buzdolabı sıcaklığında ve adyabatlar 41ısı yalıtımlı gazın sıkıştırıldığı ve ilk denge durumuna döndüğü yer. İzoterm 12'nin bölümünde, gaz ısıtıcıdan ısı miktarını alır.ve izoterm 34 bölümünde, gaz buzdolabına ısı miktarını verir.

Buzdolabı

Şekil: 2.31. Isıtma motoru

Isıtıcı

Motor çalışma gövdesi

2.12 Isı makineleri

Kısacası, ısı makineleri sıcaklığı işe dönüştürmek veya tersine çalışmak sıcaklığa dönüştürmek.

Isı motorları, içlerinde meydana gelen işlemlerin yönüne bağlı olarak iki tiptedir.

1. Isı motorları, ısıyı harici bir kaynaktan mekanik işe dönüştürür.

Bir otomobil içten yanmalı motoru, bir ısı motoruna bir örnektir. Yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısıyı aracın mekanik enerjisine dönüştürür.

2. Soğutma makineleri, ısıyı daha az ısıtılmış bir gövdeden daha ısıtılmış bir gövdeye aktarır. mekanik iş dış kaynak.

Dairenizde bulunan ev tipi buzdolabı, bir soğutma makinesi örneğidir. İçinde, soğutma odasından ısı çıkarılır ve çevredeki alana aktarılır.

Bu tür ısı motorlarını daha ayrıntılı olarak ele alalım.

2.12.1 Isı makineleri

Bir vücut üzerinde çalışmanın, iç enerjisini değiştirmenin yollarından biri olduğunu biliyoruz: tamamlanmış iş, olduğu gibi, vücutta çözünür, kaotik hareketin enerjisine ve parçacıklarının etkileşimine dönüşür.

Isı motoru, tersine, bedenin "kaotik" iç enerjisinden faydalı iş çıkaran bir cihazdır. Isı motorunun icadı insan uygarlığının çehresini kökten değiştirdi.

Bir ısı motorunun şematik diyagramı aşağıdaki gibi gösterilebilir (Şekil 2.31). Bu diyagramın unsurlarının ne anlama geldiğini anlayalım.

Motorun çalışma sıvısı gazdır. Genişler, pistonu hareket ettirir ve böylece kullanışlı bir mekanik hale getirir.

iş.

Ancak gazı dış kuvvetlerin üstesinden gelerek genleşmeye zorlamak için, onu ortam sıcaklığından önemli ölçüde daha yüksek bir sıcaklığa ısıtmak gerekir. Bunun için gaz, bir yanma yakıt ısıtıcısı ile temas ettirilir.

Yakıt yanma sürecinde, bir kısmı gazı ısıtmaya giden önemli miktarda enerji açığa çıkar. Gaz, ısıtıcıdan Q1 ısı miktarını alır. Bu ısı nedeniyle, motorun yararlı bir iş A yapmasıdır.

Bu tamamen açık. Buzdolabı nedir ve neden gereklidir?

Tek bir gaz genleşmesi ile gelen ısıyı olabildiğince verimli kullanabilir ve tamamen işe dönüştürebiliriz. İçin

bu, gazı izotermal olarak genişletmek için gereklidir: bildiğimiz gibi, termodinamiğin birinci yasası bize bu durumda A \u003d Q1 verir.

Ancak hiç kimsenin tek seferlik bir genişlemeye ihtiyacı yok. Motor periyodik olarak tekrarlanabilir piston hareketleri sağlamak için döngüsel olarak çalışmalıdır. Bu nedenle, genleşmenin sonunda, gazın sıkıştırılması ve orijinal haline döndürülmesi gerekir.

Genleşme sürecinde, gaz bazı olumlu işler A1 yapar. Sıkıştırma sürecinde, gaz üzerinde pozitif çalışma A2 gerçekleştirilir (ve gazın kendisi de negatif çalışma A2 yapar). Sonuçta faydalı iş döngü başına gaz: A \u003d A1 A2.

Tabii ki, A\u003e 0 veya A2 olmalıdır< A1 (иначе никакого смысла в двигателе нет). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении.

Bu nasıl başarılabilir? Cevap, gazı genleşme sırasında olduğundan daha düşük basınçlarda sıkıştırmaktır. Diğer bir deyişle, pV diyagramında sıkıştırma işlemi genişletme işleminin altına inmelidir, yani döngü saat yönünde ilerlemelidir (Şekil 2.32).

Şekil: 2.32. Isı motoru döngüsü

Örneğin, şekildeki döngüde, genleşme sırasındaki gazın çalışması, eğri yamuk V1 1a2V2'nin alanına eşittir. Benzer şekilde, sıkıştırmadaki gazın işi, eksi işareti ile eğimli yamuk V1 1b2V2'nin alanına eşittir. Sonuç olarak, döngü başına gazın işi A pozitiftir ve 1a2b1 döngüsünün alanına eşittir.

Tamam, ama gazın daha düşük bir eğri boyunca, yani daha düşük basınçlara sahip durumlar aracılığıyla orijinal durumuna nasıl dönmesi sağlanır? Belirli bir hacim için sıcaklık ne kadar düşükse gaz basıncının o kadar düşük olduğunu hatırlayın. Sonuç olarak, sıkıştırıldığında, gaz daha düşük sıcaklıklara sahip durumlardan geçmelidir.

Buzdolabının amacı tam olarak budur: sıkıştırma sırasında gazı soğutmak. Buzdolabı, atmosfer (içten yanmalı motorlar için) veya akan su soğutma ( buhar türbinleri).

Soğutulduğunda, gaz buzdolabına belirli miktarda Q2 ısı verir. Gaz tarafından döngü başına alınan toplam ısı miktarı Q1 Q2'ye eşittir. Termodinamiğin birinci yasasına göre:

S1 Q2 \u003d A + U;

u, döngü başına gazın iç enerjisindeki değişimdir. Sıfıra eşittir: U \u003d 0, çünkü gaz orijinal durumuna geri döndü (ve hatırladığımız gibi iç enerji, durumun bir fonksiyonudur). Sonuç olarak, döngü başına gaz işi şuna eşittir:

A \u003d Q1 Q2:

Gördüğünüz gibi, A< Q1 : не удаётся полностью превратить в работу поступающее от нагревателя тепло. Часть теплоты приходится отдавать холодильнику для обеспечения цикличности процесса.

arabalar

Buzdolabı

Şekil: 2.33. Soğutma makinesi

Isıtıcı

Soğutucu gövde

Yanan yakıtın enerjisini mekanik işe dönüştürme verimliliğinin bir göstergesi, ısı motorunun verimliliğidir.

Bir ısı motorunun verimliliği, mekanik iş A'nın ısı miktarına oranıdır.

ısıtıcıdan aldığınız Q1:

A: S1

İlişkiyi hesaba katarsak (2.12), biz de var

	Q 1Q 2

Bir ısı motorunun verimi, gördüğümüz gibi, her zaman birlikten daha azdır. Örneğin, buhar türbinlerinin verimliliği yaklaşık% 25 ve içten yanmalı motorların verimliliği yaklaşık% 40'tır.

2.12.2 Soğutma makineleri

Günlük deneyimler ve fiziksel deneyler bize, ısı değişimi sürecinde, ısının daha ısıtılmış bir vücuttan daha az ısıtılmış bir gövdeye aktarıldığını, ancak bunun tersi olmadığını söylüyor. Isı değişimi nedeniyle enerjinin kendiliğinden soğuk bir gövdeden sıcak bir gövdeye geçtiği, bunun sonucunda soğuk gövdenin daha da soğumasına ve sıcak vücudun daha da ısınmasına neden olan süreçler hiç gözlemlenmemiştir.

Buradaki anahtar kelime "spontane" dir. Harici bir enerji kaynağı kullanıyorsanız, ısıyı soğuk bir gövdeden sıcak olana aktarma işlemini gerçekleştirmek oldukça mümkündür. Soğutma makinelerinin yaptığı budur.

Bir ısı motoruna kıyasla, soğutma makinesindeki işlemler ters yöndedir (Şekil 2.33).

Soğutma makinesinin çalışma gövdesi de denir

genleşme sırasında ısıyı emen ve sıkıştırma sırasında açığa çıkan 21.

Bir buzdolabındaki buzdolabı, ısının uzaklaştırıldığı bir gövdedir. Buzdolabı çalışmayı aktarır

vücuda (gaz), Q2 ısı miktarı, bunun sonucunda gazın genleşmesi.

Sıkıştırma sırasında, gaz Q1 ısısını daha ısıtılmış bir gövdeye, ısıtıcıya verir. Böyle bir ısı transferinin gerçekleşmesi için, gazın genleşme sırasındakinden daha yüksek sıcaklıklarda sıkıştırılması gerekir. Bu, yalnızca harici bir kaynak (örneğin, bir elektrik motoru) 22 tarafından gerçekleştirilen iş A0 nedeniyle mümkündür. Bu nedenle ısı miktarı

isıtıcıya aktardığınız soğuktan alınan ısı miktarından fazla çıkıyor

a0 değeri için:

S1 \u003d Q2 + A0:

21 Gerçekte soğutma üniteleri Soğutucu akışkan, buharlaşma sırasında ısıyı alan ve yoğunlaşma sırasında geri veren, düşük kaynama noktasına sahip uçucu bir çözeltidir.

22 Gerçek soğutma ünitelerinde, elektrik motoru evaporatörde düşük bir basınç oluşturur ve bunun sonucunda soğutucu akışkan kaynar ve ısınır; tersine, elektrik motorunun oluşturduğu kapasitörde yüksek basınçaltında soğutucu yoğunlaşır ve ısı verir.

Böylece, pV diyagramında, soğutma makinesinin çalışma döngüsü saat yönünün tersine gider. Döngünün alanı, harici bir kaynak tarafından gerçekleştirilen A0 işidir (Şekil 2.34).

Şekil: 2.34. Chiller döngüsü

Bir soğutma makinesinin temel amacı, bir tankı soğutmaktır (örneğin, bir dondurucu). Bu durumda, bu rezervuar bir buzdolabı rolünü oynar ve ortam bir ısıtıcı görevi görür ve rezervuardan alınan ısı içine dağıtılır.

Bir soğutma makinesinin verimliliğinin bir göstergesi, buzdolabından çıkan ısının harici bir kaynağın çalışmasına oranına eşit bir soğutma katsayısıdır:

S A 2 0:

Performans katsayısı birden fazla olabilir. Gerçek buzdolaplarında yaklaşık 1'den 3'e kadar değerler alır.

Bir başka ilginç uygulama daha var: Bir chiller, bir ısı pompası görevi görebilir. Daha sonra amacı, ortamdan uzaklaştırılan ısı nedeniyle belirli bir rezervuarı ısıtmak (örneğin, bir odayı ısıtmak). Bu durumda bu tank ısıtıcı, ortam ise buzdolabı olacaktır.

Isı pompasının veriminin göstergesi, ısıtılmış tanka aktarılan ısı miktarının işe oranına eşit ısıtma katsayısıdır.

dış kaynak:

Q A 1 0:

Gerçek ısı pompalarının ısıtma katsayısı değerleri genellikle 3 ila 5 aralığındadır.

2.12.3 Isı makinesi Karnot

Isı motorunun en önemli özelliği, çevrim sırasında çalışma akışkanının sıcaklığının en yüksek ve en düşük değerleridir. Bu değerler sırasıyla ısıtıcı sıcaklığı ve buzdolabı sıcaklığı olarak adlandırılır.

Bir ısı motorunun veriminin kesinlikle birlikten daha az olduğunu gördük. Doğal bir soru ortaya çıkıyor: T1 ısıtıcı sıcaklığı ve T2 buzdolabının sıcaklığı sabit değerlerine sahip bir ısı motorunun mümkün olan en yüksek verimliliği nedir?

Örneğin, motor çalışma sıvısının maksimum sıcaklığı 1000 K ve minimum sıcaklık 300 K olsun. Böyle bir motorun verimliliğinin teorik sınırı nedir?

Bu sorunun cevabı 1824'te Fransız fizikçi ve mühendis Sadi Carnot tarafından verildi. Harika bir ısı motoru icat etti ve araştırdı. ideal gaz gibi

çalışma sıvısı. Bu makine, iki izoterm ve iki adyabattan oluşan Carnot çevrimine göre çalışır.

Bir Carnot makinesinin saat yönünde direkt çevrimini düşünün (Şekil 2.35). Bu durumda, makine bir ısı motoru olarak işlev görür.

Ç 23

Şekil: 2.35. Carnot döngüsü

Isotherm 1! 2. Sitede 1! Şekil 2'de, gaz bir T1 sıcaklık ısıtıcısı ile termal temasa getirilir ve izotermal olarak genişler. Q1 ısı miktarı ısıtıcıdan sağlanır ve bu bölümde tamamen işe dönüştürülür: A12 \u003d Q1.

Adiabat 2! 3. Daha sonra sıkıştırma amacıyla, gazı daha düşük sıcaklıklara sahip bir bölgeye aktarmak gerekir. Bunu yapmak için, gaz termal olarak yalıtılır ve ardından 2. bölümde adyabatik olarak genleşir! 3. Genleşme sırasında, gaz pozitif A23 işini gerçekleştirir ve bundan dolayı iç enerjisi azalır: U23 \u003d A23.

Isotherm 3! 4. Isı yalıtımı kaldırılır, gaz T2 sıcaklığında buzdolabı ile termal temasa geçirilir. İzotermal sıkıştırma oluşur. Gaz, buzdolabına Q2 ısı miktarını verir ve negatif çalışma A34 \u003d Q2 yapar.

Adiabat 4! 1. Bu bölüm, gazı orijinal durumuna döndürmek için gereklidir. Adyabatik sıkıştırma sırasında, gaz negatif iş yapar A41 ve iç enerjideki değişim pozitiftir: U41 \u003d A41. Gaz, T1 başlangıç \u200b\u200bsıcaklığına kadar ısıtılır.

Karnot bu döngünün verimliliğini buldu (maalesef hesaplamalar okul müfredatının kapsamı dışındadır):

	T 1T 2

Ek olarak, Carnot döngüsünün verimliliğinin, T1 ısıtıcı sıcaklığı ve T2 buzdolabı sıcaklığı olan tüm ısı motorları için mümkün olan en yüksek olduğunu kanıtladı.

Dolayısıyla, yukarıdaki örnekte (T1 \u003d 1000 K, T2 \u003d 300 K) elimizde:

maks \u003d 1000300 \u003d 0; 7 (\u003d% 70): 1000

Diğer bazı işlemleri değil de izotermleri ve adyabatları kullanmanın amacı nedir? İzotermal ve adyabatik süreçlerin Carnot makinesini geri dönüşümlü hale getirdiği ortaya çıktı. Diğer cihazları dahil etmeden aynı ısıtıcı ve buzdolabı arasında ters çevrimde (saat yönünün tersine) başlatılabilir. Bu durumda, Carnot makinesi bir soğutucu olarak çalışacaktır.

Bir Carnot makinesini her iki yönde çalıştırma yeteneği, termodinamikte çok önemli bir rol oynar. Örneğin, bu gerçek, Carnot döngüsünün maksimum verimliliğinin ispatında bir bağlantı görevi görür. Termodinamiğin ikinci yasasına ayrılan bir sonraki makalede buna döneceğiz.

1. Isıtma makineleri.

- ısıyı mekanik işe (ısı motoru) veya mekanik işi ısıya (buzdolabı) dönüştüren bir cihaz. Dönüşüm, çalışma akışkanının iç enerjisini değiştirerek gerçekleştirilir - pratikte, genellikle sıvı veya gaz.

Kısacası ısı motorları sıcaklığı işe dönüştürmek veya tersine çalışmak sıcaklığa dönüştürmek.

Isı makineleri örnekleri: İçten yanmalı motor (ICE) a) karbüratör motoru b) dizel motor içinde) jet motoru Buhar ve gaz türbinleri.

1.1. Isı motorlarının yaratılış tarihi.

Birçoğu, buharlı motorların tarihinin yalnızca İngiltere'de 17. yüzyılın sonlarında başladığına inanıyor. Ancak bu tamamen doğru değil.

M.Ö. birinci yüzyılda, antik Yunan'ın en büyük bilim adamlarından İskenderiyeli Heron, "Pnömatik" incelemesini yazdı. Isı enerjisi kullanan makineleri tanımladı. Bizim için en ilginç olanı iki ısı motoruydu.

Eolipil - içinden çıkan buharın etkisi altında kendi ekseni etrafında dönen bir top "Eola". Aslında öyleydigelecekteki buhar türbinlerinin prototipi.

İskenderiyeli Heron'un bir diğer dikkat çekici aracı, mihrabın üzerinde yanan ateşin hareketiyle açılan tapınağın kapılarının sürmesiydi. Ne zaman detaylı analiz bu karmaşık mekanizma sisteminde görebilirizilk buhar pompası.

Hero of Alexandria tarafından yaratılan tüm ısı motorları sadece oyuncak olarak kullanıldı. O sırada talep edilmiyorlardı.

Buhar makinelerinin gerçek tarihi ancak 17. yüzyılda başlıyor. İlk yaratanlardan biribuhar motorunun mevcut prototipi, Denis Papin'di. Papen'in buhar makinesi aslında sadece bir taslak, bir modeldi. Üretimde kullanılabilecek gerçek bir buhar makinesi yaratmayı asla başaramadı. 1680 - 1681'de buhar kazanını icat etti. - 1690 emniyet valfi ile donatılmıştır. - Pistonu kaldırmak ve bir buhar motorunun kapalı termodinamik döngüsünü tanımlamak için buharı ilk kullanan oydu. 1707 - Motorunun bir tanımını yaptı. Ancak eserleri Heron'un eserleri gibi binlerce yıldır unutulmadı. Tüm fikirleri yeni nesil buhar makinelerinde uygulandı.

Teknoloji tarihinde bir buhar makinesi yaratan ilk kişinin kim olduğunu tam olarak tespit etmek çok zorsa, o zaman ilk kimin buharlı motorunu patentleyip uygulamada uyguladığı kesin olarak biliniyor. 1698'de İngiliz Thomas Severi ilk"Suyu yükseltmek ve ateşin itici gücünü kullanarak her türlü üretimin hareketini sağlamak için" bir cihaz patenti ...... Gördüğünüz gibi patentin tarifi çok belirsiz. Aslında ilk buhar pompasını yarattı. Yapabileceği tek şey suyu yükseltmekti. Aynı zamanda, pompa verimliliği son derece düşüktü ve kömür tüketimi çok fazlaydı. Bu nedenle, pompa ağırlıklı olarak kömür madenlerinde kullanıldı. Yeraltı sularından dışarı pompalandılar.

1712'de dünya gördübuhar makinesi Thomas Newcomen. Newcomen'in buhar motoru emildi en iyi fikirler Papen buhar makinesi ve Severi buhar pompasından. İçinde, Papen buhar motorunda olduğu gibi hareket yapmak için pistonlu bir buhar silindiri kullanıldı. Bu durumda, Severi buhar pompasında olduğu gibi buhar kazanında ayrı ayrı buhar elde edildi.

Buhar motorlarının yaratılmasında büyük bir atılım olmasına rağmen, Newcomen makinesi ana dağıtımını yalnızca su pompaları için bir sürücü olarak aldı. Newcomen buhar motorunun ana dezavantajları, muazzam boyutu ve yüksek kömür tüketimiydi. Vapurları sürmek için kullanma girişimleri başarısız oldu.

50 yıldan fazla buhar motoru Newcomen değişmeden kaldı. 1763'te Glasgow Üniversitesi'nde bir tamirci olan James Watt, Newcomen'in buhar motorunu tamir etmesi teklif edildi. Newcomen'in makinesiyle çalışma sürecinde Watt, onu geliştirmenin güzel olacağını düşünür.

İlk olarak Watt, buhar silindirini her zaman sıcak tutmaya karar verir. Bu, kömür tüketimini azaltacaktır. Bunu yapmak için, buharı soğutmak için bir yoğunlaştırıcı oluşturur. Yaptığı bir sonraki şey, buhar silindirinin çalışma şeklini değiştirmektir. Newcomen buhar motorunda, makine çalışma vuruşunu atmosferik basıncın etkisi altında gerçekleştirdiyse, Watt buhar motorunda, piston çalışma vuruşunu buhar basıncının etkisi altında gerçekleştirdi. Bu, silindir basıncını artırmayı ve buhar motorunun boyutunu azaltmayı mümkün kıldı.

1773'te Watt ilkini yapıyorçalışan buhar motoru... Ve 1774'te, sanayici Matthew Bolton ile birlikte Watt, buhar makinesi üretimi için bir şirket açtı. 1775'ten 1785'e kadar - 56 buhar motoru Watt firması tarafından yapıldı. 1785'ten 1795'e - Bu makinelerin 144 adedi aynı şirket tarafından teslim edildi.İşler iyi gidiyordu ve Bolton, Watt'tan yeni sac haddeleme tesisi için bir buhar makinesi yaratmasını istedi.

1884'te Watt ilkevrensel buhar makinesi. Ana amacı endüstriyel takım tezgahlarını çalıştırmaktır. Bu noktadan sonra, buhar motoru artık kömür madenlerine bağlı değil. Fabrikalarda kullanmaya, vapurlara kurmaya ve trenler oluşturmaya başlarlar.

Teknolojide teknolojik bir atılım yapan Watt'ın buhar motoruydu. Teknoloji tarihinde yeni bir çağ açtı - buhar makineleri çağı.

İlk buharlı araba 1770 g... Jean Cugno - Fransız mühendis, topçu silahlarını hareket ettirmek için tasarlanmış ilk kendinden tahrikli arabayı yaptı

"Küçük kardeş" - buharlı lokomotif 1803 - İngiliz mucit Richard Trevithick ilk buharlı lokomotifi inşa etti. 5 yıl sonra Trevithick yeni bir buharlı lokomotif inşa etti. 30 km / saate kadar bir hız geliştirdi. 1816'da destek olmadan Trevithick iflas etti ve Güney Amerika'ya gitti.

1781-1848'in belirleyici rolü. - İngiliz tasarımcı ve mucit George Stephenson 1814 - Buharlı lokomotifler yapmaya başladı. 1823 1829'da dünyanın ilk buharlı lokomotif tesisini kurdu. En iyi lokomotifler yarışmasında Stephen'ın Raketa buharlı lokomotifi birinci oldu. Gücü 13 hp ve hızı 47 km / s idi.

İçten yanmalı motor 1860 - Fransız teknisyen Lenoir, 1878'de içten yanmalı motoru icat etti. - Alman mucit Otto, dört zamanlı bir içten yanmalı motor üretti. 1825 - Alman mucit Daimler aynı zamanda benzinli bir içten yanmalı motor yarattı Gaz motoru Rusya'da Kostovich tarafından geliştirilmiştir.

Özel cihaz. Karbüratör. Alman mühendis Rudolf Diesel, yanıcı bir karışımın değil, havanın sıkıştırıldığı bir içten yanmalı motor tasarladı. Bunlar en ekonomik ısı motorlarıdır 1) ucuz yakıt türleriyle çalışır 2) 29 Eylül 1913'te% 31-44 verime sahiptir. Londra'ya bir vapur bindim. Ertesi sabah onu kabinde bulamadılar. Geceleri kendisini Manş Denizi'nin sularına atarak intihar ettiğine inanılıyor.

1.2. Isı motorunun çalışma prensibi.

Isı motorları çeşitli şekillerde düzenlenebilir, ancak herhangi bir ısı motorunda, makinenin çalışan kısmında mekanik çalışma yapan bir çalışan madde veya gövde, çalışan maddenin enerji aldığı bir ısıtıcı ve çalışma gövdesinden ısıyı uzaklaştıran bir buzdolabı olmalıdır.

Çalışma ortamı buhar veya gaz olabilir.

1.3. Isı motoru çeşitleri.

İçlerinde gerçekleşen işlemlerin yönüne bağlı olarak iki tür ısı motoru vardır:
1. Isı makineleri ısıyı harici bir kaynaktan mekanik işe dönüştürmek.

Soğutma makineleriharici bir kaynağın mekanik çalışması nedeniyle ısıyı daha az ısıtılmış bir gövdeden daha ısıtılmış bir gövdeye aktarın.

Bu tür ısı motorlarını daha ayrıntılı olarak ele alalım.

1.3.1. Isı motorları.

Bir beden üzerinde çalışmanın, iç enerjisini değiştirmenin yollarından biri olduğunu biliyoruz: tamamlanmış iş, olduğu gibi, vücutta çözünür, kaotik hareketin enerjisine ve parçacıklarının etkileşimine dönüşür.

Isı motoru, tersine, bedenin "kaotik" iç enerjisinden faydalı iş çıkaran bir cihazdır. Isı motorunun icadı insan uygarlığının çehresini gerçekten değiştirdi.

Bir ısı motorunun şematik diyagramı aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Bu diyagramın unsurlarının ne anlama geldiğini görelim.

Çalışma gövdesi motor gazdır. Genişler, pistonu hareket ettirir ve böylece yararlı mekanik işler gerçekleştirir.

Ancak gazı genleşmeye zorlamak, dış kuvvetlerin üstesinden gelmek için, onu ortam sıcaklığından önemli ölçüde daha yüksek bir sıcaklığa ısıtmak gerekir. Bunun için gaz, ısıtıcı yakan bir yakıtla temas ettirilir.

Yakıtın yanması sürecinde, bir kısmı gazı ısıtmaya giden önemli miktarda enerji açığa çıkar. Gaz, ısıtıcıdan Qн miktarda ısı alır ... Bu ısı nedeniyle motor işe yarar.VE .

Hepsi açık, ama buzdolabı nedir ve neden gereklidir?

Tek bir gaz genleşmesi ile gelen ısıyı olabildiğince verimli kullanabilir ve tamamen işe dönüştürebiliriz. Bunun için gazı izotermal olarak genişletmek gerekir: bildiğimiz gibi termodinamiğin birinci yasası bize bu durumda A \u003d Qn verir.

Ancak hiç kimsenin tek seferlik bir genişlemeye ihtiyacı yok. Motor döngüsel olarak çalışmalı, piston hareketlerinin periyodik tekrarlanabilirliğini sağlar. Bu nedenle, genleşmenin sonunda, gazın sıkıştırılması ve orijinal haline döndürülmesi gerekir.

Genleşme sürecinde, gaz bazı yararlı işler A1 yapar. Sıkıştırma sürecinde, gaz üzerinde pozitif çalışma A2 gerçekleştirilir (ve gazın kendisi de negatif çalışma A2 yapar). Sonuç olarak, gazın döngü için faydalı işi A \u003d A1-A2'dir.

Tabii ki, A\u003e 0 veya A2 olmalıdır<А1 (иначе никакого смысла в двигателе нет). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении.

Bu nasıl başarılabilir? Cevap: Gazı, genleşme sırasında olduğundan daha düşük basınçlarda sıkıştırın. Diğer bir deyişle, pV diyagramında, sıkıştırma işlemi genişleme sürecinin, yani döngünün altına inmelidir. saat yönünde döndürülmelidir.

Örneğin, şekildeki döngüde, genleşme sırasındaki gazın çalışması eğri yamuk V11a2V2'nin alanına eşittir. Benzer şekilde, gaz sıkıştırma işi, bir eksi işareti ile eğimli yamuk V11b2V2'nin alanına eşittir. Sonuç olarak, döngü başına gazın işi A pozitif ve 1a2b1 döngüsünün alanına eşittir.

Tamam, ama gazın daha düşük bir eğri boyunca orijinal durumuna nasıl dönmesini sağlarsınız? e. Daha küçük bölümlere sahip eyaletler aracılığıyla? Belirli bir hacim için sıcaklık ne kadar düşükse gaz basıncının o kadar düşük olduğunu hatırlayın. Bu nedenle, sıkıştırıldığında, gazın daha düşük sıcaklıklara sahip durumlardan geçmesi gerekir.

Buzdolabı tam olarak bunun için:güzel sıkıştırma sürecinde gaz. Buzdolabı, atmosfer (içten yanmalı motorlar için) veya soğutma suyu (buhar türbinleri için) olabilir.

Soğutulduğunda, gaz buzdolabına belirli miktarda Q2 ısı verir. Çevrim başına gaz tarafından alınan toplam ısı miktarı Q1-Q2'ye eşit olur. Termodinamiğin birinci yasasına göre:
Q 1- Q 2 \u003d A + deltaU,

deltaU, döngü başına gazın iç enerjisindeki değişimdir. Gaz orijinal durumuna döndüğü için sıfır deltaU \u003d 0'a eşittir (ve hatırladığımız gibi iç enerji durum işlevi). Sonuç olarak, döngü başına gaz işi şuna eşittir:
A \u003d Q 1- Q 2.

Gördüğünüz gibi, A

Yanan yakıtın enerjisini mekanik işe dönüştürme verimliliğinin bir göstergesi, ısı motorunun verimliliğidir.

Isı motoru verimliliği Mekanik iş A'nın ısıtıcıdan sağlanan Q1 ısı miktarına oranıdır.

Gördüğümüz gibi, bir ısı motorunun verimliliği her zaman birlikten daha azdır. Örneğin, buhar türbinlerinin verimliliği yaklaşık% 25 ve içten yanmalı motorun verimliliği yaklaşık% 40'tır.

1.3.2. Soğutma makineleri.

Buradaki anahtar kelime "spontane" dir. Harici bir enerji kaynağı kullanıyorsanız, o zaman ısıyı soğuk bir gövdeden sıcak olana aktarma işlemini gerçekleştirmek oldukça mümkündür. Soğutma makinelerinin yaptığı budur.

Bir ısı motoruna kıyasla, bir soğutma makinesindeki işlemler ters yöndedir. (Şekil 86).

Çalışma gövdesi soğutma makinesi de denirsoğutucu (gerçek soğutma tesislerinde, soğutucu akışkan, buharlaşma sırasında ısıyı alan ve yoğunlaşma sırasında geri veren düşük kaynama noktasına sahip uçucu bir çözümdür). Basit olması için, genleşme sırasında ısıyı emen ve büzüldüğünde yayılan bir gaz olarak kabul edeceğiz.

Buzdolabı Bir soğutma makinesindeki (T2), ısının uzaklaştırıldığı bir gövdedir. Buzdolabı, Q2 ısı miktarını çalışma akışkanına (gaza) aktarır ve bunun sonucunda gaz genleşir.

Sıkıştırma sırasında, gaz Q1 ısısını daha ısıtılmış bir gövdeye - bir ısıtıcıya verir. (T1). Bu ısı transferinin gerçekleşmesi için, gazın genleşme sırasında olduğundan daha yüksek sıcaklıklarda sıkıştırılması gerekir. Bu, yalnızca harici bir kaynak (örneğin bir elektrik motoru) tarafından gerçekleştirilen A işi nedeniyle mümkündür (gerçek soğutma tesislerinde, elektrik motoru evaporatörde düşük bir basınç oluşturur, bunun sonucunda soğutucu akışkan kaynar ve ısınır; tersine, elektrik motoru, kondenserde soğutucunun yoğunlaştığı yüksek bir basınç oluşturur. ve sıcaklık yayar). Bu nedenle, ısıtıcıya aktarılan ısı miktarı, buzdolabından alınan ısı miktarından sadece A değeri kadar fazla çıkmaktadır.

Q 1 \u003d Q 2 + A.

Böylece, pV diyagramında, soğutma makinesinin çalışma döngüsü saat yönünün tersine... Döngünün alanı, harici bir kaynak tarafından gerçekleştirilen iş A'dır,

Bir soğutma makinesinin temel amacı, bir tankı soğutmaktır (örneğin, bir dondurucu). Bu durumda, bu rezervuar bir buzdolabının rolünü oynar ve ortam bir ısıtıcı görevi görür - rezervuardan çıkarılan ısı içine dağıtılır.

Soğutma makinesinin verimliliğinin göstergesi soğutma katsayısı, buzdolabından çıkarılan ısının harici bir kaynağın çalışmasına oranına eşit:

A \u003d Q 2 / A

Soğutma katsayısı birden fazla olabilir. Gerçek buzdolaplarında yaklaşık 1'den 3'e kadar değerler alır.

Bir başka ilginç uygulama daha var: Bir chiller, bir ısı pompası görevi görebilir. Daha sonra amacı, ortamdan uzaklaştırılan ısı nedeniyle bir rezervuarı ısıtmaktır (örneğin, bir odayı ısıtmak). Bu durumda bu hazne ısıtıcı, ortam ise buzdolabı olacaktır.

Isı pompasının verimliliğinin göstergesi: ısıtma katsayısıısıtılmış rezervuara aktarılan ısı miktarının harici bir kaynağın çalışmasına oranına eşittir.

Gerçek ısı pompalarının ısıtma katsayısı değerleri genellikle 3 ila 5 aralığındadır.

1.4. Isı motoru Karnot.

Bir ısı motorunun önemli özellikleri, döngü sırasında çalışma sıvısının sıcaklığının en yüksek ve en düşük değerleridir. Bu değerler buna göre adlandırılırısıtıcı sıcaklığı ve buzdolabının sıcaklığı.

Örneğin, çalışan bir motorun maksimum vücut sıcaklığı 1000 K ve minimum 300 K olsun. Böyle bir motorun verimliliğinin teorik sınırı nedir?

Bu sorunun cevabı 1824'te Fransız fizikçi ve mühendis Sadi Carnot tarafından verildi. Çalışma sıvısı olarak ideal bir gaza sahip harika bir ısı motoru icat etti ve araştırdı. Bu makine Carnot döngüsüne göre çalışır iki izoterm ve iki adyabattan oluşur.

İleri döngü düşünün Carnot makinesi saat yönünde gidiyor. Bu durumda makine bir ısı motoru görevi görür.

İzoterm 1-2. Bölüm 1-2'de gaz, T1 sıcaklık ısıtıcısı ile termal temasa getirilir ve izotermal olarak genişler. Q1 ısı miktarı ısıtıcıdan sağlanır ve bu bölümde tamamen işe dönüştürülür: A12 \u003d Q1.

Adiabat 2-3. Bir sonraki sıkıştırma için, gazı daha düşük sıcaklıklara sahip bir bölgeye aktarmak gerekir. Bunun için gaz termal olarak yalıtılır ve ardından bölüm 2-3'te adyabatik olarak genleşir. Gaz genişlerken pozitif iş yapar A23 ve bundan dolayı iç enerjisi azalır: deltaU23 \u003d - A23.

İzoterm 3-4. Isı yalıtımı kaldırılır, gaz T2 sıcaklığında buzdolabı ile termal temasa geçirilir. İzotermal sıkıştırma oluşur. Gaz buzdolabına Q2 ısı miktarını verir ve negatif iş yapar A34 \u003d - Q2.

Adiabat 4-1. Bu bölüm, gazı orijinal durumuna döndürmek için gereklidir. Adyabatik sıkıştırma sırasında, gaz negatif A41 çalışması gerçekleştirir. Gaz, T1 başlangıç \u200b\u200bsıcaklığına ısıtılır.

Carnot bu döngünün verimliliğini buldu (hesaplamalar maalesef okul müfredatının kapsamı dışındadır).

Üstelik bunu kanıtladıCarnot döngüsünün verimliliği, T1 ısıtıcı sıcaklığı ve T2 soğutucu sıcaklığı olan tüm ısı motorları için mümkün olan en yüksek seviyededir.... Dolayısıyla, yukarıdaki örnekte (T1 \u003d 1000 K, T2 \u003d 300 K) elimizde:

Verimlilikmax \u003d (1000-300): 1000 \u003d 0.7 (\u003d% 70)

Diğer bazı işlemleri değil de izotermleri ve adyabatları kullanmanın amacı nedir?

İzotermal ve adyabatik süreçlerin Carnot makinesini geri dönüşümlü hale getirdiği ortaya çıktı. ... Tarafından çalıştırılabilirters döngü (saat yönünün tersine) aynı ısıtıcı ve buzdolabı arasında, diğer cihazları dahil etmeden. Bu durumda, Carnot makinesi bir soğutucu olarak çalışacaktır.

2. Roket.

- (İtalyan rocchetta'dan - içinden geçen küçük bir mil. Rakete veya Hollandalı. raket) - yalnızca cihazın kendi kütlesinin (çalışma gövdesinin) bir kısmının reddedilmesinin bir sonucu olarak ve çevreden madde kullanılmadan ortaya çıkan jet itme eylemi nedeniyle uzayda hareket eden bir uçak ... Bir roketin uçuşu, mutlaka bir ortam havası veya gaz ortamının varlığını gerektirmediğinden, sadece atmosferde değil, aynı zamanda bir vakumda da mümkündür. "Roket" kelimesi şenlikli bir havai fişekten bir uzay fırlatma aracına kadar çok çeşitli uçan cihazları belirtir.

Askeri terminolojide, roket kelimesi, kural olarak, uzak hedeflere saldırmak için kullanılan ve uçuş için jet tahrik prensibini kullanan insansız hava araçları sınıfını ifade eder. Silahlı kuvvetlerde füzelerin çeşitli kullanımları ile bağlantılı olarak, ordunun çeşitli kolları tarafından, geniş bir farklı tipte füze silahı oluşturuldu.

1.1. Roket biliminin tarihi.

Bir roketin bir kısmının yeniden tasarlandığı varsayımı var. Alix Sin tarafından Antik Yunanistan. Archit of Tarentum'un uçan bir tahta güvercinden bahsediyoruz.Buluşu eserde bahsediliyor antik Romalı yazar Aulus Gellius "Tavan arası geceleri". Kitap, kuşun ağırlıklarla kaldırıldığını ve gizli ve gizli bir hava soluğuyla harekete geçtiğini söylüyor. Henüz belirlenmedi: Güvercin içindeki hava mı yoksa dışarıdan üfleyen hava mı harekete geçti? Archyt'in, güvercinin içindeki basınçlı havayı nasıl alacağı belirsizliğini koruyor. Antik gelenekte pnömatikler, bu tür basınçlı hava kullanımının analogları yoktur.

Çoğu tarihçi roketlerin kökenini zamana bağlıyor Çin Han Hanedanlığı (MÖ 206 - MS 220), barutun keşfi ve havai fişek ve eğlence için kullanımının başlangıcı. Toz yükünün patlamasıyla üretilen kuvvet, çeşitli nesneleri hareket ettirmek için yeterliydi.Daha sonra, bu ilke ilkini oluştururken uygulandı silahlar ve tüfekler. Toz silah mermileriuzun mesafelerde uçabilirdi, ancak kendi malzemeleri olmadığı için füze değildi yakıt. Bununla birlikte, gerçek füzelerin ortaya çıkması için temel ön koşul haline gelen barut icadı oldu.

İlk roket en az 700 yıl önce insan tarafından yaratıldı. 13. yüzyılda Çinliler, Moğol istilacılarına karşı ilk olarak roket kullandılar veya daha sonra "ateş okları" kullandılar ve düşmanı kafa karışıklığına ve paniğe sürüklediler.

1232'deki Kaiken Muharebesi'nde Çinliler "ateşli oklar" saldılar, bunlara sıkıştırılmış kağıttan yapılmış bir tüp takıldı, sadece arka ucu açıktı ve yanıcı bir bileşikle dolduruldu. Bu yük ateşlendi ve ardından ok bir yay kullanılarak ateşlendi. Bu tür oklar, tahkimat kuşatması sırasında, gemilere ve süvarilere karşı birçok durumda kullanıldı. Kaiken Savaşı'ndan sonra Moğollar kendi füzelerini üretmeye ve Avrupa'da ilk füze teknolojisini yaymaya başladı.

13. yüzyıldan 15. yüzyıla kadar çeşitli roketler deneylerinin raporları vardı. İngiltere'de Roger Bacon adlı bir keşiş, roket mermilerinin menzilini artıracak yeni bir barut formülü üzerinde çalışıyordu. Fransa'da Jean Froissart, roketin bir tüpten atılması durumunda merminin uçuşunun daha doğru olabileceğini keşfetti. Birkaç yüzyıl sonra, Froissard'ın fikri bazuka gibi tanksavar füze mermilerinin oluşturulmasına ivme kazandırdı. İtalya'da Gian de Fontana, düşman gemilerini ateşe vermek için su yüzeyinde hareket eden torpido benzeri bir füze geliştirdi.

Bununla birlikte, Hindistan'ın güneyindeki Mysore (veya Karnataka) krallığında hüküm süren Hintli prens Haydar Ali, günümüzde roket teknolojisinin bir mucidi olarak adlandırılabilir. Mysore ile İngiliz Doğu Hindistan Ticaret Şirketi Haydar arasındaki savaşlarda Ali, düzenli birlikler şeklinde füzeler ve roket alayları kullandı. Ana teknolojik yenilik, içine bir barut yükünün yerleştirildiği yüksek kaliteli bir metal kabuğun kullanılmasıydı (ilk yanma odası bu şekilde ortaya çıktı). Haydar Ali ayrıca füzeleri kabul edilebilir doğrulukla uzak hedeflere yönlendirebilecek özel eğitimli füze ekipleri kurdu. Anglo-Mysore savaşlarında füzelerin kullanılması İngilizleri bu tür bir silah kullanma fikrine yönlendirdi. Birkaç Hint roketini kupa olarak ele geçiren İngiliz kuvvetlerinde bir subay olan William Congreve, bu mermileri daha fazla çalışma ve geliştirme için İngiltere'ye gönderdi. 1804'te, Londra yakınlarındaki Woolwich'teki kraliyet cephaneliğinin şefinin oğlu Congreve, bir roket programı geliştirmeye ve seri üretim roket üretmeye başladı. Congreve yeni bir yakıt karışımı yaptı ve bir roket motoru ve konik uçlu bir metal boru geliştirdi. 15 kg ağırlığındaki bu roketlere Congreve Rockets adı verildi.

Roket topçuları, 19. yüzyılın sonuna kadar yaygın olarak kullanıldı. Roketler, topçu parçalarından daha hafif ve daha hareketlidir. Füzeleri ateşlemenin doğruluğu ve doğruluğu küçüktü, ancak o zamanın topçularıyla karşılaştırılabilirdi. Bununla birlikte, 19. yüzyılın ikinci yarısında, daha fazla doğruluk ve ateş doğruluğu sağlayan yivli topçu silahları ortaya çıktı ve roket topçuları her yerde hizmetten kaldırıldı. Sadece havai fişekler ve sinyal fişekleri.

19. yüzyılın sonunda, jet tahrikini matematiksel olarak açıklamak ve daha etkili füze silahları oluşturmak için girişimlerde bulunuldu. Rusya'da Nikolai Tikhomirov, 1894'te bu konuyla ilk ilgilenenlerden biriydi.

Konstantin Tsiolkovsky, jet itme teorisini inceledi. Uzay uçuşu için roket kullanma fikrini ortaya attı ve onlar için en verimli yakıtın sıvı oksijen ve hidrojenin bir kombinasyonu olacağını savundu. 1903'te gezegenler arası iletişim için bir roket tasarladı.

1920'lerde Alman bilim adamı Hermann Obert, gezegenler arası uçuşun ilkelerini de ortaya koydu. Ayrıca roket motorlarının tezgah testlerini yaptı.

Amerikalı bilim adamı Robert Goddart, 1923'te sıvı yakıtlı bir roket motoru geliştirmeye başladı ve 1925'in sonunda çalışan bir prototip yapıldı. 16 Mart 1926 Yakıt olarak benzin ve sıvı oksijen kullanan ilk sıvı yakıtlı roketi fırlattı.

17 Ağustos 1933'te, ilk Sovyet uçaksavar füzesi olarak kabul edilebilecek GIRD 9 roketi fırlatıldı. 1.5 km yüksekliğe ulaştı. Ve 25 Kasım 1933'te fırlatılan bir sonraki roket "GIRD 10" şimdiden 5 km yüksekliğe ulaştı.

14 Mart 1931'de, VfR üyesi Johannes Winkler Avrupa'da sıvı yakıtlı bir roketin ilk başarılı fırlatmasını gerçekleştirdi.

1957'de. SSCB'de, Sergei Korolev önderliğinde, dünyanın ilk kıtalararası balistik füzesi R-7, aynı yıl dünyanın ilk yapay Dünya uydusunu fırlatmak için kullanılan nükleer silahların bir aracı olarak yaratıldı. Uzay uçuşları için roket kullanımı böyle başladı.

2.2. Uçuşta bir rokete etki eden kuvvetler.

Roketlere veya diğer uzay araçlarına etki eden kuvvetleri inceleme bilimine astrodinamik denir.

Uçuş halindeki bir rokete etki eden ana kuvvetler:

Motor itişi.

Atmosferde hareket ederken - herhangi bir direnç.

Kaldırma kuvveti. Genellikle küçüktür, ancak roket kanatları için önemlidir.

2.3. Füzelerin kullanımı.

2.3.1. Askeri.

Füzeler, silahları hedefe ulaştırmanın bir yöntemi olarak kullanılır.. Füzelerin küçük boyutu ve yüksek hareket hızı, onlara düşük kırılganlık sağlar. Bir savaş füzesini kontrol etmek için bir pilota gerek olmadığından, nükleer olanlar da dahil olmak üzere büyük yıkıcı güç yükleri taşıyabilir. Modern hedef arama ve navigasyon sistemleri, roketlere daha fazla doğruluk ve manevra kabiliyeti sağlar.

Uçuş menzilinin yanı sıra fırlatma yeri ve hedefi vurma yeri ("yer" - "hava") bakımından farklılık gösteren birçok savaş füzesi türü vardır. Füzelerle savaşmak için füze önleyici savunma sistemleri kullanılır.

Ayrıca işaret fişekleri ve işaret fişekleri de var.

2.3.2. Bilimsel araştırma.

30-40 kilometreden fazla irtifada uçak ve balon yerine jeofizik ve meteorolojik roketler kullanılıyor. Roketlerin sınırlayıcı bir tavanı yoktur ve özellikle mezosfer ve iyonosfer olmak üzere üst atmosferi seslendirmek için kullanılır.

Hafif meteorolojik roketlere bölünmüş roketler, bir enstrüman setini yaklaşık 100 kilometre yüksekliğe çıkarabilir ve birkaç set enstrüman taşıyabilen ve uçuş yüksekliği pratikte sınırsız olan ağır jeofizik roketlere ayrılmıştır.

Tipik olarak, bilimsel roketler, atmosferik basıncı, manyetik alanı, kozmik radyasyonu ve hava bileşimini ölçmek için cihazların yanı sıra ölçüm sonuçlarını radyo ile dünyaya iletmek için ekipmanla donatılmıştır. Yükseliş sırasında elde edilen verilere sahip aletlerin paraşütlerle yere indirildiği roket modelleri var.

Roket meteorolojik araştırması uydu araştırmalarından önce geldi, bu nedenle ilk meteorolojik uydular meteorolojik roketlerle aynı araçlara sahipti. Roket ilk olarak 11 Nisan 1937'de hava parametrelerini incelemek için fırlatıldı, ancak düzenli roket fırlatmaları 1950'lerde bir dizi özel bilimsel roket oluşturulduğunda başladı.

2.3.3. Kozmonotik.

Roket hala bir uzay aracını uzaya fırlatabilen tek araç. Uzay aracını yörüngeye kaldırmanın alternatif yolları, örneğin "uzay asansörü", elektromanyetik ve geleneksel silahlar, hala tasarım aşamasındadır.

2.3.4. Spor.

Hobisi roket modelleri inşa etmek ve fırlatmak olan roket sporlarıyla ilgilenenler var. Ayrıca amatör ve profesyonel havai fişeklerde roketler kullanılmaktadır.

3. Jet motoru.

Yakıtın iç enerjisini, çalışma akışkanının jet akımının kinetik enerjisine dönüştürerek hareket için gerekli itme kuvvetini oluşturan motor. Motorlara uygulanan bir çalışma sıvısı, yakıtın yanması sırasında açığa çıkan termal enerjinin faydalı mekanik işe dönüştürüldüğü bir madde (gaz, sıvı, katı) olarak anlaşılır. Bir roket motorundaki çeşitli enerji türleri (kimyasal, nükleer, elektrik, güneş) bir jet akımının kinetik (yüksek hızlı) enerjisine dönüştürülebilir. Bir jet motorunun temeli, yakıtın yakıldığı (bir birincil enerji kaynağı) ve bir çalışma sıvısının üretildiği bir yanma odasıdır - sıcak gazlar (yakıt yanma ürünleri). Reaktif kuvvetin temel özelliği, sistemin parçalarının dış cisimlerle herhangi bir etkileşim olmaksızın etkileşimi sonucu ortaya çıkmasıdır.

3.1. Jet motorlarının tarihçesi.

Jet motorlarının tarihi, havacılık tarihi ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Tüm varlığı boyunca havacılıktaki ilerleme, esas olarak uçak motorlarının ilerlemesi ile sağlandı ve havacılığın motorlara yüklenen tüm artan talepleri, uçak motoru yapımının geliştirilmesinde güçlü bir uyarıcıydı. İlk uçak olarak kabul edilen Flyer-1, pistonlu içten yanmalı motorla donatılmıştı ve bu teknik çözüm kırk yıldır havacılıkta vazgeçilmez kaldı. Uçak pistonlu motorları iyileştirildi, güçleri ve uçağın ağırlık-ağırlık oranı artırıldı.

30'ların başında, SSCB'de uçaklar için bir jet motoru oluşturma çalışmaları başlatıldı. 1920'de, Sovyet mühendisi F.A. Tsander, yüksek irtifa roket uçağı fikrini ortaya attı. Benzin ve sıvı oksijenle çalışan OR-2 motoru, prototip bir uçağa monte edilmek üzere tasarlanmıştı.

1939'da SSCB'de NN Polikarpov tarafından tasarlanan I-15 uçağında ramjet motorlarının (ramjet) uçuş testleri yapıldı. I.A. Merkulov tarafından tasarlanan ramjet motoru, ek motorlar olarak uçağın alt uçaklarına kuruldu. İlk uçuşlar deneyimli bir test pilotu P.E. Loginov tarafından gerçekleştirildi. Belirli bir yükseklikte arabayı maksimum hıza çıkardı ve jet motorlarını açtı. Ek ramjet motorlarının itme gücü maksimum uçuş hızını artırdı. 1939'da, uçuş sırasında motorun güvenilir şekilde çalıştırılması ve yanma sürecinin kararlılığı sağlandı. Uçuş sırasında pilot, motoru tekrar tekrar açıp kapatabilir ve itişini ayarlayabilir. 25 Ocak 1940'ta, fabrikanın motorları çalıştırıp güvenliklerini kontrol ettikten sonra, birçok uçuşta - ramjet motorlu bir uçağın uçuşu - resmi bir test yapıldı. Moskova'daki Frunze Merkez Havaalanından başlayarak pilot Loginov, jet motorlarını alçak irtifada çalıştırdı ve hava sahası alanında birkaç daire çizdi.

1940 yazında bu motorlar, NN Polikarpov tarafından tasarlanan I-153 "Chaika" avcı uçağına monte edildi ve test edildi. Uçağın hızını 40-50 km / s artırdılar.

Bununla birlikte, pervaneli uçakların geliştirebileceği uçuş hızlarında, ek kompresörsüz hava jetli motorlar çok fazla yakıt tüketiyordu. Rampanın bir başka önemli dezavantajı daha vardır: böyle bir motor yerinde itme sağlamaz ve bu nedenle uçağın bağımsız bir şekilde kalkışını sağlayamaz. Bu, benzer bir motora sahip bir uçağın mutlaka bir tür yardımcı fırlatma santrali, örneğin bir pervane motoru ile donatılması gerektiği anlamına gelir, aksi takdirde havalanmaz.

Savaş jeti uçağı yaratma çalışmaları yurtdışında yaygın olarak gerçekleştirildi.

Haziran 1942'de, Messerschmitt tarafından tasarlanan Alman jet avcı uçağı "Me-163" ün ilk uçuşu gerçekleşti. Bu uçağın yalnızca dokuzuncu versiyonu 1944'te seri üretime girdi.

İlk kez, sıvı yakıtlı motora sahip bu uçak, 1944 ortalarında Fransa'daki Müttefik kuvvetlerin işgali sırasında bir savaş durumunda kullanıldı. Alman topraklarında düşman bombardıman uçakları ve avcı uçaklarıyla savaşmak için tasarlanmıştı. Uçak, yatay kuyruğu olmayan tek kanatlı bir uçaktı ve bu, kanadın geniş taraması nedeniyle mümkün hale geldi.

İtalya'da Ağustos 1940'ta Campini-Caproni SS-2 monoplane jetinin ilk 10 dakikalık uçuşu yapıldı. Bu uçakta, sözde motor kompresör VRM kuruldu (bu tür VRM, kârsız olduğu ve dağıtım almadığı için jet motorlarının incelemesinde dikkate alınmadı).

Mayıs 1941'de, Gloucester E-28/39 deneysel uçağın Whittle tasarımlı santrifüj kompresörlü turbojet motorlu ilk test uçuşu İngiltere'de gerçekleşti.

Dakikada 17 bin devirde, bu motor yaklaşık 3800 Newton'luk bir itme geliştirdi. Deneysel uçak, kokpitin arkasındaki gövdede bulunan bir turbojet motorlu tek kişilik bir avcı uçağıydı. Uçağın uçuş sırasında geri çekilebilir bir üç tekerlekli iniş takımı vardı.

Bir buçuk yıl sonra, Ekim 1942'de, Whittle tarafından tasarlanan iki turbojet motorlu Amerikan jet avcı uçağı "Ercomet" R-59A'nın ilk uçuş testi gerçekleştirildi. Yüksek kuyruk ünitesine sahip orta kanatlı bir tek kanatlı uçaktı. Uçuş testleri sırasında saatte 800 kilometre hıza ulaşıldı.

Bu dönemin turbojet motorlu diğer uçakları arasında, ilk uçuşu 1943'te gerçekleşen Gloucester Meteor savaş uçağı not edilmelidir. Bu tek koltuklu, tamamı metal tek kanatlı uçak, dönemin en başarılı jet avcı uçaklarından biri olduğunu kanıtladı. Alçakta yatan bir konsol kanadına iki turbojet motor yerleştirildi. Seri savaş uçağı saatte 810 kilometre hız geliştirdi. Uçuş süresi yaklaşık 1,5 saat, tavan 12 kilometre idi. Uçağın 20 mm kalibreli 4 otomatik topu vardı. Araba, tüm hızlarda iyi manevra kabiliyetine ve kontrol edilebilirliğe sahipti. Kasım 1941'de, bu makinenin özel bir rekor versiyonunda saatte 975 kilometre dünya hız rekoru kırıldı.

Zaten jet motorlarının geliştirilmesinin ilk döneminde, eski tanıdık uçak biçimleri az çok önemli değişikliklere uğradı. Örneğin, iki bomlu bir tasarıma sahip İngiliz jet avcı uçağı "Vampire" çok sıradışı görünüyordu.

Ülkemizde 2. Dünya Savaşı yıllarında turbojet motorlu muharebe uçaklarının yaratılması konusunda kapsamlı araştırma çalışmaları başlamıştır. Savaş, görevi belirledi - sadece yüksek hıza sahip değil, aynı zamanda önemli bir uçuş süresine sahip bir savaş uçağı yaratmak: sonuçta, LPRE'li gelişmiş jet avcı uçakları çok kısa bir uçuş süresine sahipti - sadece 8-15 dakika. Savaş uçakları, pervane tahrikli ve jet olmak üzere kombine bir tahrik sistemi ile geliştirildi. Örneğin, La-7 ve La-9 avcı uçakları jet hızlandırıcılarla donatılmıştı.

İlk Sovyet jet uçaklarından biri üzerindeki çalışmalar 1943-1944'te başladı. Bu savaş aracı, Havacılık Mühendisliği Servisi General Artem Ivanovich Mikoyan başkanlığındaki bir tasarım ekibi tarafından yaratıldı. Kompresörü bir pistonlu motor tarafından döndürülen bir pervane ve bir WFD ile VK-107 A tipi sıvı soğutmalı bir pistonlu uçak motorundan oluşan kombine bir elektrik santraline sahip I-250 avcı uçağıydı. I-250 ilk uçuşunu Mart 1945'te yaptı. Uçuş testleri sırasında saatte 800 kilometrenin çok üzerinde bir hıza ulaşıldı.

Kısa süre sonra aynı tasarımcı ekibi MIG-9 jet avcı uçağını yarattı. Üzerine "RD-20" tipi iki turbojet motor takıldı. 24 Nisan 1946'da test pilotu A.N. Grinchik, MIG-9 uçağında ilk uçuşu yaptı. BI uçağı gibi, bu uçak tasarımında pistonlu uçaklardan çok az farklıydı. MIG-9'un maksimum hızı saatte 900 kilometreyi aştı. 1946'nın sonunda bu makine seri üretime girdi.

Nisan 1946'da ilk uçuş, A.S. Yakovlev tarafından tasarlanan bir jet avcı uçağıyla yapıldı.

Araştırma, tasarım ve üretim ekiplerinin ısrarlı yaratıcı çalışmaları başarı ile taçlandırıldı: yeni yerli jet uçakları, o dönemin dünya havacılık teknolojisinden hiçbir şekilde aşağı değildi. SSCB'de 1946-1947'de yaratılan yüksek hızlı jet uçaklar arasında, AI Mikoyan ve MI Gurevich tarafından tasarlanan “MIG-15”, kanatlı ve kuyruklu, yüksek taktiksel uçuş ve operasyonel özellikleriyle öne çıkıyor. Süpürülmüş bir kanat ve imparatorluğun kullanılması, stabilite ve kontrol edilebilirliğinde önemli değişiklikler olmaksızın yatay uçuş hızını arttırdı. Uçağın hızındaki artış, güç-ağırlık oranındaki artışla da büyük ölçüde kolaylaştırıldı: Üzerine dakikada 12 bin devirde yaklaşık 19,5 kilonewton itme gücüne sahip RD-45 santrifüj kompresörlü yeni bir turbojet motoru takıldı. Bu makinenin yatay ve dikey hızları, jet uçaklarında daha önce elde edilen her şeyi aştı.

S.A. Lavochkin önderliğinde çalışan tasarım bürosu, "MIG-15" in piyasaya sürülmesiyle eşzamanlı olarak yeni bir jet avcı uçağı "La-15" yarattı. Gövdenin üzerinde süpürülmüş bir kanadı vardı. Gemide güçlü silahları vardı. O sırada var olan tüm kanatlı avcı uçakları arasında, La-15 en az uçuş ağırlığına sahipti. Bu sayede, MIG-15 üzerine kurulu RD-45 motorundan daha az itme gücüne sahip olan RD-500 motorlu La-15 uçağı, MIG- ile yaklaşık olarak aynı uçuş ve taktik verilere sahipti. on beş ".

Jet uçağının kanatlarının ve kuyruğunun kıvrımı ve özel profili, ses yayılma hızında uçarken hava direncini önemli ölçüde azalttı. Şimdi, dalga krizi sırasında direnç 8-12 kat değil, sadece 2-3 kat arttı. Bu, Sovyet jet uçağının ilk süpersonik uçuşlarıyla doğrulandı.

3.2. Jet teknolojisinin sivil havacılıkta uygulanması.

Yakında jet motorları sivil uçaklara kurulmaya başlandı.

1955 yılında çok koltuklu yolcu jeti “Kometa-1” yurtdışında faaliyete geçti. Dört turbojet motora sahip bu binek otomobili, 12 kilometre yükseklikte saatte yaklaşık 800 kilometre hıza sahipti. Uçak 48 yolcu taşıyabilir. Uçuş aralığı yaklaşık 4 bin kilometre idi. Ancak, bu uçağın Akdeniz'de meydana gelen büyük bir kazasından sonra, operasyonu durduruldu. Yakında, bu uçağın yapıcı bir versiyonu - "Comet-3" kullanıldı.

1959'da Fransız yolcu uçağı "Caravel" in operasyonu başladı. Uçağın, 25.4 metre uzunluğunda basınçlı bir bölme ile donatılmış 3.2 metre çapında dairesel bir gövdesi vardı. Santral, her biri 40 kilonewton itme gücüne sahip iki turbojet motordan oluşuyordu. Uçağın hızı saatte yaklaşık 800 kilometre idi.

SSCB'de, 1954'te, hava yollarından birinde, acil kargo ve postanın teslimi, yüksek hızlı jet uçağı "Il-20" tarafından gerçekleştirildi.Her biri 80 kilonewton'luk iki turbojet motora sahip bu uçak, mükemmel aerodinamik şekillere sahipti.

"TU-104" hem ülkemizde hem de yurt dışında büyük beğeni topladı. Yazılı olarak konuşan yabancı uzmanlar, "TU-104" jet uçağıyla düzenli yolcu taşımacılığına başlayan Sovyetler Birliği'nin, yolcu turbojet uçağı olan Amerikan jet uçağı Boeing-707'nin toplu operasyonunda ABD, İngiltere ve diğer Batı ülkelerinden iki yıl ileride olduğunu söylediler. "Ve İngiliz" Comet-IV "sadece 1958'in sonunda ve Fransız" Caravel "1959'da hava yollarına çıktı.

TVD, orta tip bir uçak enerji santralidir. Türbinden çıkan gazlar nozül yoluyla boşaltılır ve reaksiyonları bir miktar itme kuvveti oluştursa da, ana itme, geleneksel pervaneli bir uçakta olduğu gibi çalışan bir pervane tarafından oluşturulur.

Harekat tiyatrosu muharebe havacılığında yaygınlaşmadı, çünkü tamamen jet motorları gibi bir hareket hızı sağlayamadı. Ayrıca, hızın belirleyici bir faktör olduğu ve ekonomi ve uçuş maliyeti konularının arka planda kaybolduğu ekspres sivil havacılık hatları için de uygun değildir. Bununla birlikte, turboprop uçaklarının, saatte yaklaşık 600-800 kilometre hızlarda yapılan çeşitli uzunluklardaki rotalarda kullanılması tavsiye edilir. Deneyimlerin de gösterdiği gibi, yolcuların 1000 kilometrelik bir mesafeden taşınmasının, pistonlu uçak motorlu pervaneli uçaklara göre% 30 daha ucuz olduğu unutulmamalıdır.

3.3. Jet motorlarının çalışma prensibi.

Jet motoru, sıradan bir roket cihazına dayanıyor. Aşağıdaki gibi çalışır. Konik tüp nozullu bir çıkışı olan özel bir odada yakıt yakılır. Yanmanın gaz halindeki ürünleri memeden muazzam bir hızda dışarı çıkar. Yakıt yandığında, haznede 80-100 atmosfere kadar artan bir basınç oluşur. Bu basınç her yöne eşit kuvvetle etki eder. Odanın yan duvarlarındaki basınçlar karşılıklı olarak dengelenir. Ön duvara etki eden kuvvet hiçbir şey tarafından dengelenmez, çünkü karşı tarafta gazlar delikten serbestçe kaçar. Bu nedenle, odanın duvarları üzerindeki tüm basınç kuvvetlerinin sonucu, roket motorunun ileriye doğru hareket etmesini sağlar.

Çalışma sıvısının motor nozülünden dışarı akışının bir sonucu olarak, motoru ve ona yapısal olarak bağlı aparatı, jet çıkışının tersi yönde hareket ettiren jetin bir reaksiyonu (geri tepmesi) şeklinde bir reaktif kuvvet üretilir. Bir roket motorunda çeşitli enerji türleri (kimyasal, nükleer, elektrik, güneş) bir jet akımının kinetik (yüksek hızlı) enerjisine dönüştürülebilir. R. d. (Doğrudan reaksiyon motoru) kendi içinde motorun kendisini pervane ile birleştirir, yani ara mekanizmaların katılımı olmadan kendi hareketini sağlar.

Roket motoru tarafından kullanılan jet itme kuvvetini oluşturmak için aşağıdakiler gereklidir: jet akımının kinetik enerjisine dönüştürülen bir başlangıç \u200b\u200b(birincil) enerji kaynağı;

bir jet akımı şeklinde reaktörden çıkan bir çalışma sıvısı; R. d'nin kendisi bir enerji dönüştürücüsüdür. İlk enerji bir uçakta veya radyoaktif yakıtla (kimyasal yakıt, nükleer yakıt) donatılmış başka bir cihazda depolanır veya (prensip olarak) dışarıdan gelebilir (güneş enerjisi). R. d.'de çalışan bir sıvı elde etmek için. Belkiçevreden alınan bir madde (örneğin hava veya su) kullanılır; aparatın tanklarında veya doğrudan R. d.'nin odasında bulunan madde; ortamdan gelen ve araçta depolanan maddelerin karışımı. Modern endüstriyel enerjide, kimyasal enerji çoğunlukla birincil enerji olarak kullanılır. Bu durumda, çalışma sıvısı sıcak gazlardır - kimyasal yakıtın yanma ürünleridir. Bir roket motorunun çalışması sırasında, yanıcı maddelerin kimyasal enerjisi, yanma ürünlerinin termal enerjisine dönüştürülür ve sıcak gazların termal enerjisi, jet akımının öteleme hareketinin ve dolayısıyla motorun kurulu olduğu aparatın mekanik enerjisine dönüştürülür. Herhangi bir yanma odasının ana kısmı, içinde bir çalışma sıvısının üretildiği bir yanma odasıdır. Çalışma akışkanını hızlandırmaya ve bir jet akımı elde etmeye yarayan haznenin uç kısmına jet nozülü denir.

Herkes bir atıştan sonra bir silah veya tüfek geri verildiğini bilir. Bunun nedeni, yüksek hıza sahip bir mermi veya merminin, bir silahın veya tüfek namlusunun ağzından uçmasıdır. Ve aletin kendisi, reaksiyon kuvveti nedeniyle ters yönde bir hareket alır. Mermiler, tozun yanmasıyla ortaya çıkan gazlar tarafından dışarı itilir. Tüfek arabasındaki silah namlusunu güçlendirmezsek, serbestçe hareket etmesine izin verirsek, atıştan sonra namlu bir roket gibi geri uçardı.

Havasız bir alanda geleneksel uçakların uçuşu imkansızdır. Bir uçağın kaldırma kuvveti, yalnızca hava jetinin kanatları üzerindeki etkisiyle oluşturulur. Bir hava gemisi veya balon ancak aynı hacimdeki havadan daha hafifse uçabilir.

Bu anlamda roket motorlarının geleneksel uçaklara göre çok büyük bir avantajı var. Roket motoru ortamdan bağımsız çalışır, hava desteğine ihtiyaç duymaz. Roket motorlarıyla donatılmış uzay aracı, yalnızca çok seyrek havada değil, havasız uzayda bile uçabilir.

Son yıllarda, jet motorlarının çeşitli araç türlerine uygulanmasıyla ilgili az çok başarılı deneyler yapılmıştır.
Tüm motorlarda iki enerji dönüşüm süreci vardır. Önce yakıtın kimyasal enerjisi yanma ürünlerinin termal enerjisine dönüştürülür ve ardından termal enerji mekanik işlerin yapılmasında kullanılır. Bu tür motorlar arasında arabaların pistonlu motorları, dizel lokomotifler, elektrik santrallerinin buhar ve gaz türbinleri vb.

Bu süreci jet motorlarıyla bağlantılı olarak ele alalım. Motorun türüne ve yakıt türüne bağlı olarak bir şekilde yanıcı bir karışımın zaten oluşturulmuş olduğu motorun yanma odasıyla başlayalım. Bu, örneğin, modern bir jet uçağının turbojet motorunda olduğu gibi gazyağı ile hava karışımı veya bazı sıvı yakıtlı roket motorlarında olduğu gibi alkol ile sıvı oksijen karışımı veya son olarak, toz roketler için bir miktar katı yakıt olabilir. Yanıcı karışım yanabilir, yani ısı şeklinde şiddetli bir enerji salınımı ile kimyasal bir reaksiyona girer. Kimyasal bir reaksiyon sırasında enerji salma yeteneği, karışım moleküllerinin potansiyel kimyasal enerjisidir. Moleküllerin kimyasal enerjisi, yapılarının özellikleriyle, daha doğrusu elektronik kabuklarının yapısı ile ilişkilidir, yani. molekülü oluşturan atomların çekirdeklerini çevreleyen elektron bulutu. Bazı moleküllerin yok edildiği, diğerlerinin ortaya çıktığı kimyasal bir reaksiyon sonucunda doğal olarak elektron kabuklarının yeniden düzenlenmesi meydana gelir. Bu yeniden yapılanma, açığa çıkan kimyasal enerji kaynağıdır. Sadece motorda bir kimyasal reaksiyon (yanma) sırasında çok fazla ısı yayan ve aynı zamanda çok miktarda gaz oluşturan maddelerin jet motorları için yakıt görevi görebileceği görülebilir. Tüm bu işlemler yanma odasında gerçekleşir, ancak hadi moleküler düzeyde değil (bu yukarıda tartışılmıştır), ama işin "aşamalarında" reaksiyon üzerinde duralım. Yanma başlayana kadar, karışımın büyük bir potansiyel kimyasal enerji deposu vardır. Ama sonra alev karışımı bir an daha yuttu - ve kimyasal reaksiyon sona erdi. Şimdi, yanıcı karışımın molekülleri yerine, oda daha yoğun bir şekilde "paketlenmiş" yanma ürünleri molekülleri ile doldurulur. Geçmiş yanma reaksiyonunun kimyasal enerjisi olan fazla bağlanma enerjisi açığa çıkar. Bu fazla enerjiye sahip moleküller, kendileriyle sık sık çarpışmalar sonucunda onu neredeyse anında diğer molekül ve atomlara aktarmıştır. Yanma odasındaki tüm moleküller ve atomlar rastgele hareket etmeye başladı, çok daha yüksek bir hızda kaotik bir şekilde gazların sıcaklığı arttı. Yakıtın potansiyel kimyasal enerjisi, yanma ürünlerinin termal enerjisine bu şekilde dönüştürülmüştür.

Diğer tüm ısı motorlarında da benzer bir geçiş gerçekleştirildi, ancak jet motorları, akkor yanma ürünlerinin daha sonraki kaderi açısından temelde onlardan farklıdır.

Büyük bir termal enerji içeren bir ısı motorunda sıcak gazlar oluştuktan sonra, bu enerji mekanik enerjiye dönüştürülmelidir. Sonuçta, motorlar mekanik işler yapmak, bir şeyi "hareket ettirmek", harekete geçirmek için kullanılıyor, bir elektrik santraline, dizel lokomotife, arabaya veya uçağa çizim eklemesi istendiğinde dinamo makinesi olup olmadığı önemli değil.

Gazların termal enerjisinin mekanik enerjiye geçebilmesi için hacimlerinin artması gerekir. Bu genleşme ile gazlar, iç ve termal enerjilerini tüketen işi yapar.

Bir pistonlu motor durumunda, genişleyen gazlar silindirin içinde hareket eden pistona bastırır, piston, motor krank milini zaten döndüren bağlantı çubuğunu iter. Şaft, bir dinamonun rotoruna, bir dizel lokomotifin veya bir arabanın tahrik akslarına veya bir uçak pervanesine bağlıdır - motor yararlı bir iş çıkarır. Bir buhar motorunda veya bir gaz türbininde genleşen gazlar, türbin şaftına bağlı çarkı dönmeye zorlar - türbinin en büyük avantajlarından biri olan bir krank dişlisine gerek yoktur.

Tabii ki, bir jet motorunda gazlar genişler, çünkü bu olmadan iş yapmazlar. Ancak bu durumda genişletme işi şaftın dönüşüne harcanmaz. Diğer ısı motorlarında olduğu gibi tahrik mekanizması ile ilişkilidir. Bir jet motorunun amacı farklıdır - jet itme oluşturmak için ve bunun için bir gaz jeti - yanma ürünlerinin motordan yüksek bir hızda akması gerekir: Bu jetin tepki kuvveti motorun itme kuvvetidir. Sonuç olarak, motordaki yakıt yanmasının gaz halindeki ürünlerini genişletme işi, gazların kendilerini hızlandırmaya harcanmalıdır. Bu, bir jet motorundaki gazların termal enerjisinin kinetik enerjilerine dönüştürülmesi gerektiği anlamına gelir - moleküllerin rastgele kaotik termal hareketi, herkes için ortak olan tek bir yöndeki organize akışıyla değiştirilmelidir.

Bu amaçla motorun en önemli parçalarından biri olan jet nozul hizmet vermektedir. Belirli bir jet motorunun ait olduğu jet türü ne olursa olsun, motordan yüksek hızda sıcak gazların aktığı bir nozül ile donatılmıştır - motorda yakıt yanma ürünleri. Bazı motorlarda gazlar, örneğin roket veya ramjet motorlarında yanma odasından hemen sonra nozüle girer. Diğerlerinde, turbojetler, gazlar önce termal enerjilerinin bir kısmını verdikleri bir türbinden geçer. Bu durumda yanma odası önündeki havayı sıkıştırmaya yarayan kompresörü çalıştırmak için tüketir. Ancak, şu ya da bu şekilde, nozul motorun son parçasıdır - gazlar motordan çıkmadan önce içinden akar.

Jet nozul çeşitli şekillere ve ayrıca motor tipine bağlı olarak farklı tasarımlara sahip olabilir. Önemli olan, gazların motordan dışarı aktığı hızdır. Bu dışarı akış hızı, ses dalgalarının giden gazlarda yayılma hızını aşmazsa, o zaman meme basit bir silindirik veya daralan boru segmentidir. Çıkış hızının ses hızını aşması gerekiyorsa, o zaman memeye genişleyen bir boru şekli verilir veya önce daralır ve sonra genişler (Lovely nozzle). Sadece teori ve deneyimin gösterdiği gibi böyle bir şekle sahip bir boru içinde gaz, "ses bariyerini" aşmak için süpersonik hızlara hızlandırılabilir.

) veya tam tersi - sıcaklıkta çalışın (buzdolabı). Bir ısı motorunun çalışması, bir çalışma sıvısı (gaz, su buharı, vb.) Tarafından gerçekleştirilen bir termodinamik döngüye dayanır. İdeal bir ısı motoru için, çalışma sıvısı, sağlanan ve çıkarılan ısı miktarındaki farka eşit iş yapar. Bir ısı motorunun verimliliği, verimlilik ile karakterize edilir.

Modern ansiklopedi. 2000 .

Diğer sözlüklerde "HEAT MACHINE" ın ne olduğuna bakın:

ISI MAKİNESİ - yakıtın iç enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürüldüğü, daha sonra elektrik ve diğer enerji türlerine dönüştürülebilen bir makine (ısı motoru, ısı pompası vb.) ve işi ... Büyük Politeknik Ansiklopedisi

Büyük Ansiklopedik Sözlük

Isı motoru, ısı enerjisini mekanik işe (ısı motoru) veya mekanik işi ısıya (buzdolabı) dönüştüren bir cihazdır. Dönüşüm, çalışma sıvısının iç enerjisini değiştirerek gerçekleştirilir ... ... Wikipedia

Isıyı işe veya işi ısıya dönüştüren bir makine (ısı motoru, ısı pompası vb.). Bir ısı motorunun çalışması, bir çalışma sıvısı (gaz) tarafından gerçekleştirilen dairesel bir işleme (termodinamik döngü) dayanır ... ansiklopedik sözlük

ısıtma motoru - šiluminė mašina statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ısı motoru vok. Wärmekraftmaschine, f rus. ısı motoru, f pranc. makine termik, f… Fizikos terminali žodynas

Bir arazi aracı şasisine monte edilmiş bir dizi özel ekipman. Özel ekipmanı aşağıdaki ana sistemlerden ve düzeneklerden oluşur: turbojet motor, döner cihaz, operatör kabini, ... Acil Durum Sözlüğü

ısı motoru özel muamelesi - šiluminė specialiojo švarinimo mašina statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Specialiojo švarinimo įrenginys, kuriame naudojamas aviacinis reaktyvinis variklis; švarinama dujų ir lašų arba tiktai dujų srautu. Gali būti ... ... Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

- ... Wikipedia

Isı motoru, ısı enerjisini mekanik işe (ısı motoru) veya mekanik işi ısıya (buzdolabı) dönüştüren bir cihazdır. Dönüşüm, pratikte çalışma sıvısının iç enerjisini değiştirerek gerçekleştirilir ... ... Wikipedia

Kitabın

Termoelektrik, Bernstein A.S .. Bu kitap, Talep Üzerine Baskı teknolojisi kullanılarak siparişinize uygun olarak üretilecektir. Geleneksel bir termik santralin nasıl çalıştığını biliyor musunuz? Kömür fırınlarda yanar, kazanları ısıtır ...
Termoelektrik, Bernstein AS .. Geleneksel bir termik santralin nasıl çalıştığını biliyor musunuz? Fırınlarda yanan kömür, buhar makinelerinin kazanlarını ısıtır. Makineler, elektrik üreten elektrik jeneratörlerini çalıştırıyor ...