Động cơ nhiệt là một động cơ nhiệt lý tưởng. Động cơ nhiệt và ứng dụng của chúng

Mục đích của động cơ nhiệt. Các yếu tố chính của máy nhiệt hoạt động theo chu kỳ.

Quá trình (chu trình) nhiệt động tròn. Chu trình carnot.

Một động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động theo chu trình Carnot. Hiệu quả tối đa động cơ nhiệt.

Thang nhiệt độ nhiệt động lực học. Bằng nhau của nhiệt độ tuyệt đối và nhiệt động lực học.

Máy lạnh (máy bơm nhiệt).

Hệ thống sưởi động.

Máy phát điện Magnetohydrodynamic.

bức xạ năng lượng mặt trời.

Động cơ nhiệt là máy sử dụng năng lượng của chuyển động nhiệt của một chất hoặc điện từ trường. Động cơ nhiệt được chia thành động cơ nhiệt, chuyển đổi năng lượng của chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt của một chất hoặc trường điện từ thành năng lượng của chuyển động cơ học đều đặn của các hệ vĩ mô, và máy điện lạnh, cung cấp sự truyền nhiệt từ hệ thống có nhiệt độ thấp hơn sang hệ thống có nhiệt độ cao hơn. Như đã biết, trong tự nhiên chỉ quan sát được sự truyền nhiệt tự phát từ hệ thống có nhiệt độ cao hơn sang hệ thống có nhiệt độ thấp hơn, dẫn đến sự cân bằng nhiệt độ của các hệ thống này.

Các vấn đề cơ bản của việc tạo ra động cơ nhiệt hoạt động theo chu kỳ (tuần hoàn) lần đầu tiên được đặt ra và giải quyết bởi kỹ sư và nhà khoa học người Pháp S. Carnot (1796 - 1832) trong công trình “Những phản ánh về động lực của lửa và về những máy móc có khả năng phát triển lực lượng ”, xuất bản năm 1824. và tổng cộng 45 trang. Phong cách khái niệm trong tư duy của Carnot, coi các quá trình trong động cơ nhiệt từ những vị trí chung nhất trên cơ sở mối quan hệ giữa chuyển động cơ học và chuyển động nhiệt, đã không được hiểu ngay lập tức ngay cả những nhà khoa học lỗi lạc như Laplace, Fourier, Ampère, Arago, Gay -Lussac, v.v ... Công việc của Carnot nhận được sự công nhận chung chỉ 10 năm sau khi xuất bản bài báo của E. Clapeyron vào năm 1834, nơi các ý tưởng của Carnot được trình bày dưới dạng toán học dễ tiếp cận bằng cách sử dụng đồ họa trực quan minh họa các quá trình nhiệt động lực học.

Tóm tắt từ các thiết kế và chi tiết của động cơ nhiệt được sử dụng, Carnot đã chỉ ra ba yếu tố cơ bản quan trọng của bất kỳ động cơ nhiệt tuần hoàn nào: 1) lò sưởi với nhiệt độ T 1 đóng vai trò là bể chứa nhiệt năng đã sử dụng, 2) tủ lạnh với nhiệt độ T 2< Т 1 , который также является резервуаром тепловой энергии и используется для сброса теплоты при работе двигателя, 3) cơ quan làm việc, mà trong quá trình thực hiện một chu trình thực hiện công cơ học.

Xe đạp là một quá trình nhiệt động lực học tròn, trong đó trạng thái cuối cùng của hệ thống trùng với trạng thái ban đầu của nó. Trên sơ đồ các quá trình nhiệt động, trong đó bất kỳ cặp đại lượng nhiệt động nào cũng có thể dùng làm biến số và mỗi điểm của mặt phẳng biểu thị một trạng thái cân bằng nào đó, chu trình được mô tả bằng một đường cong kín. Theo đó, giả thiết rằng không có tổn thất năng lượng, tất cả các quá trình chu trình là thuận nghịch, và bộ gia nhiệt, bộ làm mát và chất lỏng làm việc chỉ ở trạng thái cân bằng. Trong điều kiện đó, hiệu suất của động cơ nhiệt là lớn nhất.

Trong chu trình, chất lỏng công tác của động cơ nhiệt nhận nhiệt lượng Q 1 từ lò sưởi, thực hiện công A và toả nhiệt lượng Q 2 nhất định.< Q 1 холодильнику. Все процессы совершаются bán tĩnh, đảm bảo khả năng đảo ngược của chúng. Nếu không có tổn thất năng lượng liên quan đến ma sát và truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài (một động cơ nhiệt lý tưởng), theo định luật đầu tiên của nhiệt động lực học

Q 1 \ u003d A + Q 2. (3,1)

Kể từ khi chất lỏng làm việc trở lại trạng thái ban đầu, tổng thay đổi nội năng của nó trong mỗi chu kỳ

Theo định nghĩa, hiệu suất của động cơ nhiệt

Giá trị hiệu quả η phụ thuộc vào chu trình chất lỏng làm việc. Carnot đề xuất một chu kỳ, sau này được đặt theo tên của ông - chu kỳ carnot, cung cấp giá trị hiệu suất tối đa, nếu nhiệt độ tối đa của lò sưởi và nhiệt độ tối thiểu của tủ lạnh được cung cấp. Tuy nhiên, không thể thực hiện chu trình Carnot trong thực tế, do đó, nó chỉ được sử dụng trong các nghiên cứu lý thuyết. Các chu trình khác đã được sử dụng trong động cơ nhiệt thực, bao gồm cả chu trình Otto (động cơ chế hòa khí đốt trong), chu trình Diesel (động cơ diesel), chu trình Clausius-Rankine (động cơ tên lửa đẩy chất lỏng), v.v.

Do đó, các định luật nhiệt động lực học không phụ thuộc vào bản chất vật lý của chất lỏng làm việc, do đó, để tìm hiệu suất. của động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot, nó dễ sử dụng nhất làm chất lỏng làm việc khí lý tưởng. Chu kỳ Carnot cho khí lý tưởngđược thể hiện trong sơ đồ VP (Hình 3.1). Chu kỳ 12341 này bao gồm đẳng nhiệt 12 ở nhiệt độ lò sưởi T 1, adiabats 23, nơi khí cách nhiệt nở ra, đường đẳng nhiệt 34ở nhiệt độ tủ lạnh T 2 và adiabats 41, tại đây khí cách nhiệt bị nén và trở về trạng thái cân bằng ban đầu 1. Ở phần đẳng nhiệt 12, chất khí nhận một nhiệt lượng từ lò sưởi.và trong phần đẳng nhiệt 34, khí cung cấp cho tủ lạnh một lượng nhiệt.

Máy hơi nước. Động cơ hơi nước vạn năng thực tế đầu tiên được tạo ra bởi nhà phát minh người Nga Ivan Ivanovich Polzunov và người Anh James Watt.

Trong ô tô của Polzunov, từ lò hơi, thông qua các đường ống, hơi nước có áp suất hơi cao hơn khí quyển được cung cấp luân phiên đến hai xi lanh có piston. Để cải thiện độ kín, các piston đã được đổ đầy nước. Bằng các thanh có dây xích, chuyển động của các pít-tông được truyền tới ống thổi của ba lò luyện đồng.

Việc chế tạo chiếc máy của Polzunov được hoàn thành vào tháng 8 năm 1766. Nó có chiều cao 11 m, dung tích lò hơi 7 m3, chiều cao xi lanh 2,8 m và công suất 29 kW.

Máy của Polzunov tạo ra lực liên tục và là chiếc máy đầu tiên máy vạn năng, có thể được sử dụng để thiết lập chuyển động bất kỳ cơ chế nào của nhà máy.

Trong động cơ hơi nước của D. Watt, người ta thay hai xi lanh bằng một xi lanh đóng. Hơi nước tác động luân phiên lên cả hai mặt của piston, đẩy nó theo hướng này hoặc hướng khác. Trong một máy tác động kép như vậy, hơi nước thải không được ngưng tụ trong xi lanh, mà được ngưng tụ trong một bình tách biệt với nó - một bình ngưng. Tốc độ bánh đà không đổi được duy trì bằng bộ điều chỉnh ly tâm. Việc phát triển động cơ hơi nước được hoàn thành bởi D. Watt vào năm 1784.

Nhược điểm chính của động cơ hơi nước đầu tiên là hiệu suất thấp. Đối với đầu máy hơi nước, hiệu suất không vượt quá 9%.

Máy nhiệt và phương tiện giao thông. Các loại khác nhauđộng cơ nhiệt là cơ sở của phương tiện giao thông hiện đại. Động cơ nhiệt đặt trong ô tô chuyển động và đầu máy, tàu sông và biển, máy bay và tên lửa vũ trụ. Một trong những động cơ nhiệt phổ biến nhất được sử dụng trong các xe cộ, là động cơ đốt trong.
Máy nhiệt và an ninh môi trường Sự phát triển không ngừng của năng lượng, động cơ và các loại hình vận tải khác, sự gia tăng tiêu thụ than, dầu và khí đốt trong công nghiệp và cho nhu cầu sinh hoạt làm tăng khả năng đáp ứng các nhu cầu sống còn của con người. Tuy nhiên, hiện nay, lượng nhiên liệu hóa học được đốt cháy hàng năm trong các động cơ nhiệt là quá lớn nên việc bảo vệ môi trường khỏi tác hại của các sản phẩm cháy đang ngày càng trở thành một bài toán khó.

Tác động tiêu cực của máy nhiệt đến môi trường gắn liền với tác động của nhiều yếu tố khác nhau.

Đầu tiên, khi đốt cháy nhiên liệu, oxy từ không khí trong khí quyển được sử dụng nên hàm lượng oxy trong không khí giảm dần. Trong khi ở Liên Xô, lượng oxy do rừng tạo ra cho đến nay vượt quá lượng oxy được tiêu thụ bởi ngành công nghiệp, ví dụ như ở Hoa Kỳ, rừng chỉ phục hồi 60% lượng oxy được sử dụng cho ngành công nghiệp.

Thứ hai, quá trình đốt cháy nhiên liệu đi kèm với việc thải khí cacbonic vào khí quyển. Trong hai mươi năm qua, hàm lượng carbon dioxide trong bầu khí quyển của Trái đất đã tăng khoảng 5%.

Các phân tử của cacbon monoxit có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Do đó, sự gia tăng hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển làm thay đổi độ trong suốt của nó. Bức xạ hồng ngoại do bề mặt trái đất phát ra ngày càng được hấp thụ trong khí quyển. Sự gia tăng đáng kể hơn nữa nồng độ carbon dioxide trong khí quyển có thể dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của nó.

Thứ ba, khi đốt than và dầu, bầu không khí bị ô nhiễm bởi các hợp chất nitơ và lưu huỳnh có hại cho sức khỏe con người. Sự ô nhiễm này đặc biệt nghiêm trọng ở các thành phố lớn và các trung tâm công nghiệp.

Hơn một nửa ô nhiễm không khí được tạo ra bởi phương tiện giao thông. Ngoài carbon monoxide và các hợp chất nitơ, hàng năm động cơ ô tô còn thải ra khí quyển 2-3 triệu tấn chì. Các hợp chất chì được thêm vào xăng động cơ để ngăn nhiên liệu kích nổ trong động cơ, tức là nhiên liệu đốt cháy quá nhanh, dẫn đến giảm công suất động cơ và mài mòn nhanh chóng. Vì động cơ ô tô đóng một vai trò quan trọng trong ô nhiễm không khí đô thị, vấn đề cải thiện đáng kể động cơ xeđại diện cho một trong những vấn đề khoa học kỹ thuật cấp bách nhất.

Một cách để giảm ô nhiễm môi trường là chuyển từ động cơ xăng bộ chế hòa khí sang động cơ diesel, loại động cơ không chứa chì trong nhiên liệu của chúng.

Hứa hẹn là sự phát triển và thử nghiệm các loại xe sử dụng động cơ điện chạy bằng pin hoặc động cơ sử dụng nhiên liệu hydro thay vì động cơ xăng. Trong loại động cơ thứ hai, khi hydro bị đốt cháy, nước sẽ được tạo thành.

) hoặc ngược lại - hoạt động thành nhiệt (tủ lạnh). Hoạt động của động cơ nhiệt dựa trên chu trình nhiệt động được thực hiện bởi chất lỏng làm việc (khí, hơi nước, v.v.). Đối với một động cơ nhiệt lý tưởng, chất lỏng làm việc làm việc bằng sự chênh lệch giữa lượng nhiệt được cung cấp và loại bỏ. Hiệu suất của động cơ nhiệt được đặc trưng bởi hệ số hiệu suất.

Bách khoa toàn thư hiện đại. 2000 .

Xem "MÁY NHIỆT" là gì trong các từ điển khác:

MÁY NHIỆT- máy móc (động cơ nhiệt, máy bơm nhiệt, v.v.), trong đó nội năng của nhiên liệu được biến đổi thành cơ năng, sau đó có thể chuyển đổi thành năng lượng điện và bất kỳ dạng năng lượng nào khác, cũng như một máy biến đổi công vào trong ... ... Đại từ điển bách khoa bách khoa

Từ điển Bách khoa toàn thư lớn

Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt năng thành cơ năng (động cơ nhiệt) hoặc cơ năng thành nhiệt năng (tủ lạnh). Sự biến đổi được thực hiện bằng cách thay đổi nội năng của chất lỏng làm việc bằng ... ... Wikipedia

Một máy (động cơ nhiệt, máy bơm nhiệt, v.v.) trong đó nhiệt được chuyển thành công hoặc công thành nhiệt. Hoạt động của động cơ nhiệt dựa trên quá trình tuần hoàn (chu trình nhiệt động) do chất lỏng làm việc (khí ... từ điển bách khoa

động cơ nhiệt- šiluminė mašina statusas T s viêm fizika atitikmenys: engl. động cơ nhiệt vok. Wärmekraftmaschine, f rus. động cơ nhiệt, f pranc. máy nhiệt, f… ga cuối Fizikosų žodynas

Một bộ thiết bị đặc biệt gắn trên khung xe việt dã. Thiết bị đặc biệt của nó bao gồm các hệ thống và đơn vị chính sau: động cơ tuốc bin phản lực, thiết bị quay, cabin điều hành, ... ... Từ điển các trường hợp khẩn cấp

động cơ nhiệt xử lý đặc biệt- šiluminė specialiojo švarinimo mašina statusas T s Viêm 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

Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt năng thành cơ năng (động cơ nhiệt) hoặc cơ năng thành nhiệt năng (tủ lạnh). Sự biến đổi được thực hiện bằng cách thay đổi nội năng của chất lưu hoạt động trong thực tế ... ... Wikipedia

Sách

Nhiệt điện, A. S. Bernstein. Cuốn sách này sẽ được sản xuất theo đơn đặt hàng của bạn bằng công nghệ In theo Yêu cầu. Bạn có biết nhà máy nhiệt điện thông thường hoạt động như thế nào không? Than, đốt trong lò, làm nóng nồi hơi ...
Nhiệt điện, A. S. Bernstein. Bạn có biết một nhà máy nhiệt điện thông thường hoạt động như thế nào không? Than, đốt trong lò, làm nóng nồi hơi của động cơ hơi nước. Máy móc truyền động máy phát điện sản xuất điện ...

1. Máy nhiệt.

Là thiết bị biến nhiệt thành cơ năng (động cơ nhiệt) hoặc cơ năng thành nhiệt (tủ lạnh). Sự biến đổi được thực hiện bằng cách thay đổi nội năng của chất lỏng làm việc - trong thực tế, thường là chất lỏng hoặc chất khí.

Nói ngắn gọn, máy nhiệt chuyển nhiệt thành công hoặc ngược lại, công thành nhiệt.

Ví dụ về động cơ nhiệt: Động cơ đốt trong (ICE) a) động cơ chế hòa khí b) động cơ diesel trong) động cơ phản lực Tua bin hơi và khí.

1.1. Lịch sử ra đời của máy nhiệt.

Nhiều người tin rằng lịch sử của động cơ hơi nước chỉ bắt đầu vào cuối thế kỷ 17 ở Anh. Nhưng điều này không hoàn toàn đúng.

Quay trở lại thế kỷ thứ nhất trước Công nguyên, một trong những nhà khoa học vĩ đại của Hy Lạp cổ đại, Heron of Alexandria, đã viết chuyên luận "Pneumatics". Nó mô tả máy móc sử dụng năng lượng nhiệt. Điều thú vị nhất đối với chúng tôi là hai động cơ nhiệt.

Eolipil - quả cầu "Eol", quay quanh trục của nó dưới tác động của hơi nước bốc ra từ nó. Trong thực tế, nó lànguyên mẫu của tuabin hơi nước trong tương lai.

Một thiết bị đáng chú ý khác của Anh hùng thành Alexandria là cánh cửa của ngôi đền mở ra dưới tác động của ngọn lửa thắp sáng trên bàn thờ. Tại phân tích chi tiết trong hệ thống cơ chế phức tạp này, chúng ta có thể thấymáy bơm hơi đầu tiên.

Tất cả các động cơ nhiệt do Heron of Alexandria tạo ra chỉ được dùng làm đồ chơi. Họ không có nhu cầu vào thời điểm đó.

Lịch sử thực sự của động cơ hơi nước chỉ bắt đầu từ thế kỷ 17. Một trong những người đầu tiên tạonguyên mẫu làm việc của động cơ hơi nước, là Denis Papin. Thực chất động cơ hơi nước của Papen chỉ là một bản phác thảo, một mô hình. Anh ấy chưa bao giờ tạo ra được một động cơ hơi nước thực sự có thể sử dụng trong sản xuất. 1680 - Phát minh ra lò hơi vào năm 1681. - Cung cấp cho nó một van an toàn vào năm 1690. - Ông là người đầu tiên dùng hơi nước để nâng pít-tông và mô tả chu trình nhiệt động khép kín của động cơ hơi nước. 1707 - Cung cấp mô tả về động cơ của anh ta. Nhưng các tác phẩm của ông không bị lãng quên trong hàng thiên niên kỷ như của Heron. Tất cả những ý tưởng của ông đều được ứng dụng trong thế hệ động cơ hơi nước tiếp theo.

Nếu rất khó để xác định chính xác ai là người đầu tiên trong lịch sử công nghệ tạo ra động cơ hơi nước, thì chắc chắn ai là người đầu tiên cấp bằng sáng chế và đưa vào sử dụng động cơ hơi nước của ông. Năm 1698, Thomas Savery người Anh đăng ký đầu tiênbằng sáng chế cho một thiết bị "để nâng nước và chuyển động của tất cả các loại hình sản xuất với sự trợ giúp của động lực lửa ...". Như bạn có thể thấy mô tả của bằng sáng chế rất mơ hồ. Trên thực tế, ông đã tạo ra máy bơm hơi đầu tiên. Điều duy nhất anh ta có thể làm là tăng nước. Đồng thời, hiệu suất của máy bơm rất thấp, lượng than tiêu thụ đơn giản là rất lớn. Do đó, máy bơm được sử dụng chủ yếu trong các mỏ than. Họ bơm nước ngầm ra ngoài.

Năm 1712, thế giới chứng kiến máy hơi nước Thomas Newcomen. Động cơ hơi nước của Newcomen được kết hợp ý tưởng tốt nhất từ động cơ hơi nước Papin và máy bơm hơi nước Severi. Trong đó, một xi lanh hơi nước với một pít-tông được sử dụng để thực hiện chuyển động, như trong động cơ hơi nước Papin. Trong trường hợp này, hơi nước được thu riêng, trong nồi hơi, như trong máy bơm hơi Severi.

Mặc dù có một bước đột phá nghiêm trọng trong việc tạo ra động cơ hơi nước, máy Newcomen chỉ được phân phối chính như một bộ truyền động cho máy bơm nước. Nhược điểm chính của động cơ hơi nước Newcomen là kích thước khổng lồ và tiêu thụ nhiều than. Nỗ lực sử dụng nó để lái tàu hơi nước đã không thành công.

Trên 50 năm máy hơi nước Newcomen vẫn không thay đổi. Năm 1763, James Watt, một thợ cơ khí tại Đại học Glasgow, được yêu cầu sửa chữa động cơ hơi nước của Newcomen. Trong khi làm việc với máy của Newcomen, Watt đi đến kết luận rằng sẽ rất tốt nếu cải tiến nó.

Đầu tiên, Watt quyết định rằng xi lanh hơi nước phải được giữ nóng liên tục. Điều này sẽ làm giảm tiêu thụ than. Để làm điều này, anh ta tạo ra một bình ngưng để làm mát hơi nước. Việc tiếp theo anh ta làm là thay đổi cách thức hoạt động của xi lanh hơi nước. Nếu ở động cơ hơi nước Newcomen, máy thực hiện hành trình làm việc dưới tác dụng của áp suất khí quyển, thì ở động cơ hơi nước Watt, pít-tông thực hiện hành trình làm việc dưới tác dụng của áp suất hơi. Nhờ đó, người ta có thể tăng áp suất trong xilanh và giảm kích thước của động cơ hơi nước.

Năm 1773, Watt chế tạo chiếcđộng cơ hơi nước làm việc. Và vào năm 1774, cùng với nhà công nghiệp Matthew Bolton, Watt đã mở một công ty sản xuất động cơ hơi nước. Từ năm 1775 đến năm 1785, công ty của Watt đã chế tạo 56 động cơ hơi nước. Từ 1785 đến 1795 - cùng một công ty đã giao 144 chiếc máy như vậy. Mọi thứ đang diễn ra tốt đẹp và Bolton đề nghị Watt tạo ra một động cơ hơi nước cho nhà máy cán tấm mới của mình.

Năm 1884, Watt tạo ra chiếcđộng cơ hơi nước vạn năng.Mục đích chính của nó là để truyền động các máy công nghiệp. Kể từ thời điểm này, động cơ hơi nước không còn bị ràng buộc vào các mỏ than. Nó đang bắt đầu được sử dụng trong các nhà máy, được lắp đặt trên tàu và xe lửa đang được tạo ra.

Chính động cơ hơi nước của Watt đã tạo ra một bước đột phá về công nghệ. Nó đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lịch sử công nghệ - kỷ nguyên của động cơ hơi nước.

Chiếc xe hơi đầu tiên 1770. Jean Cugno - kỹ sư người Pháp, chế tạo xe đẩy tự hành đầu tiên được thiết kế để di chuyển các loại pháo

"Em trai" - đầu máy hơi nước 1803 - Nhà phát minh người Anh Richard Trevithick đã thiết kế ra đầu máy hơi nước đầu tiên. Sau 5 năm, Trevithick đã chế tạo một đầu máy hơi nước mới. anh ta đã phát triển tốc độ lên đến 30 km / h. Năm 1816, không còn chỗ dựa, Trevithick phá sản và bỏ đến Nam Mỹ.

Vai trò quyết định của 1781-1848. - Nhà thiết kế và phát minh người Anh George Stephenson 1814. - Bắt đầu đóng đầu máy xe lửa. 1823 Ông thành lập nhà máy chế tạo đầu máy xe lửa đầu tiên trên thế giới vào năm 1829. Trong cuộc thi của những đầu máy tốt nhất, đầu máy hơi nước "Tên lửa" của Stephenson đã giành vị trí đầu tiên. Sức mạnh của nó là 13 mã lực và tốc độ là 47 km / h.

Động cơ đốt trong 1860Người thợ máy người Pháp Lenoir đã phát minh ra động cơ đốt trong vào năm 1878. - Nhà phát minh người Đức Otto đã thiết kế ra động cơ đốt trong 4 kỳ. 1825 - Nhà phát minh người Đức Daimler đã tạo ra động cơ đốt trong chạy xăng cùng thời gian Máy chạy bằng xăngđược phát triển bởi Kostovich ở Nga.

Thiết bị đặc biệt. Bộ chế hòa khí.Kỹ sư người Đức Rudolf Diesel đã thiết kế một động cơ đốt trong, trong đó không phải nén hỗn hợp dễ cháy mà là không khí. Đây là những động cơ nhiệt tiết kiệm nhất 1) chạy bằng nhiên liệu rẻ tiền 2) có hiệu suất 31-44%. 29/09/1913. Lên một chiếc tàu hơi nước đến London. Sáng hôm sau họ không tìm thấy anh ta trong cabin. Người ta tin rằng anh ta đã tự sát bằng cách ném mình xuống vùng biển của eo biển Anh vào ban đêm.

1.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt.

Động cơ nhiệt có thể được bố trí theo nhiều cách khác nhau, nhưng trong bất kỳ động cơ nhiệt nào cũng phải có chất công tác hoặc cơ quan thực hiện công cơ học ở bộ phận làm việc của máy, bộ gia nhiệt nơi chất công tác nhận năng lượng và tủ lạnh lấy nhiệt từ bộ phận làm việc của máy. cơ quan làm việc.

Môi chất làm việc có thể là hơi nước hoặc khí.

1.3. Các loại máy nhiệt.

Có hai loại động cơ nhiệt - tùy thuộc vào hướng của các quá trình xảy ra trong chúng:
1. Động cơ nhiệtchuyển nhiệt từ nguồn bên ngoài thành công cơ học.

Máy lạnhtruyền nhiệt từ vật ít nóng hơn sang vật nóng hơn do công việc cơ khí nguồn bên ngoài.

Xem xét các loại động cơ nhiệt này chi tiết hơn.

1.3.1. Động cơ nhiệt.

Chúng ta biết rằng thực hiện công việc trên một cơ thể là một trong những cách để thay đổi năng lượng bên trong của nó: công việc được thực hiện, như nguyên trạng, tan biến trong cơ thể, biến thành năng lượng của chuyển động hỗn loạn và tương tác của các hạt của nó.

Động cơ nhiệt là một thiết bị, ngược lại, trích xuất công việc hữu ích từ nội năng “hỗn loạn” của cơ thể. Việc phát minh ra động cơ nhiệt thực sự đã làm thay đổi bộ mặt của nền văn minh nhân loại.

Một sơ đồ của động cơ nhiệt có thể được mô tả như sau:

Hãy xem các yếu tố của lược đồ này có ý nghĩa gì.

cơ quan làm việc động cơ là khí. Nó mở rộng, di chuyển piston và do đó thực hiện công cơ học hữu ích.

Nhưng để chất khí nở ra, thắng được ngoại lực thì phải nung nó đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường một cách rõ rệt. Để làm điều này, khí được đưa vào tiếp xúc với một lò sưởi - đốt cháy nhiên liệu.

Trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, năng lượng đáng kể được giải phóng, một phần được sử dụng để đốt nóng khí. Khí nhận được từ lò sưởi một nhiệt lượng Qn . Đó là do nhiệt này mà động cơ làm việc hữu ích. NHƯNG .

Điều này đã rõ ràng, nhưng tủ lạnh là gì và tại sao nó lại cần thiết?

Chỉ với một lần giãn nở của chất khí, chúng ta có thể sử dụng nhiệt lượng đến một cách hiệu quả nhất có thể và biến nó hoàn toàn thành công. Để làm được điều này, bạn cần làm giãn nở khí một cách đẳng nhiệt: định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, như chúng ta đã biết, cho chúng ta trong trường hợp này là A \ u003d Qn.

Nhưng không ai cần mở rộng một lần. Động cơ phải chạy theo chu kỳ, cung cấp sự lặp lại tuần hoàn của các chuyển động của piston. Vì vậy, khi kết thúc quá trình giãn nở, chất khí phải được nén lại, đưa nó trở lại trạng thái ban đầu.

Trong quá trình nở ra, chất khí thực hiện được một số công có ích A1. Trong quá trình nén, chất khí A2 thực hiện công dương (và chất khí tự thực hiện công âm A2). Sau cùng công việc hữu ích khí mỗi chu kỳ A = A1-A2.

Tất nhiên phải có A> 0 hoặc A2<А1 (иначе никакого смысла в двигателе нет). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении.

Làm thế nào để đạt được điều này? Trả lời: Nén chất khí ở áp suất thấp hơn lúc dãn nở. Nói cách khác, trên biểu đồ pV, quá trình co lại phải nằm dưới quá trình giãn nở, tức là chu trình phải chuyển động theo chiều kim đồng hồ.

Ví dụ, trong chu trình ở hình bên, công do chất khí thực hiện trong quá trình giãn nở bằng diện tích của hình thang cong V11a2V2. Tương tự, công thực hiện trong quá trình nén khí bằng diện tích hình thang cong V11b2V2 bằng một dấu trừ. Kết quả là công A của khí trong mỗi chu kỳ biến thành dương và bằng diện tích chu kỳ 1a2b1.

Được rồi, nhưng làm thế nào để bạn làm cho khí trở lại trạng thái ban đầu dọc theo một đường cong thấp hơn, tức là e.Thông qua các trạng thái có độ chia nhỏ hơn? Nhớ lại rằng đối với một thể tích nhất định, áp suất của một chất khí càng thấp thì nhiệt độ càng giảm. Do đó, trong quá trình nén, chất khí phải chuyển qua các trạng thái có nhiệt độ thấp hơn.

Đây chính xác là những gì một tủ lạnh được sử dụng. ngầu khí trong quá trình nén. Tủ lạnh có thể là bầu không khí (đối với động cơ đốt trong) hoặc nước chảy làm mát (đối với tuabin hơi nước).

Khi làm lạnh, chất khí tỏa ra một lượng nhiệt Q2 cho tủ lạnh. Tổng nhiệt lượng mà khí nhận được trong mỗi chu kỳ sẽ bằng Q1-Q2. Theo định luật đầu tiên của nhiệt động lực học:
Q 1- Q 2 \ u003d A + delta U,

trong đó deltaU là sự thay đổi nội năng của khí trong mỗi chu kỳ. Nó bằng không deltaU = 0, vì khí trở về trạng thái ban đầu (và nội năng, như chúng ta nhớ, là chức vụ Tiểu bang). Kết quả là công do khí thực hiện trong mỗi chu kỳ bằng:
A = Q 1 - Q 2.

Như bạn thấy, A

Một chỉ tiêu đánh giá hiệu suất chuyển hóa cơ năng của nhiên liệu cháy thành công cơ học là hiệu suất của động cơ nhiệt.

Hiệu suất động cơ nhiệtlà tỉ số giữa công cơ học A với nhiệt lượng Q1 nhận được từ lò sưởi.

Như chúng ta thấy, hiệu suất của động cơ nhiệt luôn kém hơn hiệu suất của động cơ nhiệt. Ví dụ, hiệu suất của tuabin hơi nước xấp xỉ 25%, và hiệu suất của động cơ đốt trong là khoảng 40%.

1.3.2. Máy lạnh.

Kinh nghiệm hàng ngày và các thí nghiệm vật lý cho chúng ta biết rằng trong quá trình truyền nhiệt, nhiệt lượng được truyền từ vật nóng hơn sang vật ít nóng hơn, nhưng không phải ngược lại. Người ta không bao giờ quan sát thấy các quá trình trong đó, do truyền nhiệt, năng lượng tự phát chuyển từ cơ thể lạnh sang cơ thể nóng, kết quả là cơ thể lạnh sẽ mát hơn, và cơ thể nóng sẽ nóng lên nhiều hơn.

Từ khóa ở đây là "tự phát". Nếu bạn sử dụng một nguồn năng lượng bên ngoài thì hoàn toàn có thể thực hiện quá trình truyền nhiệt từ vật lạnh sang vật nóng. Đây là những gì tủ lạnh làm.

So với động cơ nhiệt, các quá trình trong máy lạnh diễn ra theo chiều ngược lại. (Hình 86).

cơ quan làm việc máy điện lạnh còn được gọi là chất làm lạnh (trong các đơn vị làm lạnh thực, môi chất lạnh là một dung dịch dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp, nhiệt này lấy nhiệt trong quá trình bay hơi và thoát ra trong quá trình ngưng tụ). Để đơn giản, chúng ta sẽ coi nó là một chất khí hấp thụ nhiệt trong quá trình giãn nở và giải phóng nó trong quá trình nén.

Tủ lạnh (T2) trong một máy làm lạnh - một cơ thể mà từ đó nhiệt được loại bỏ. Tủ lạnh truyền nhiệt lượng Q2 cho chất lỏng làm việc (khí), do đó chất khí nở ra.

Trong quá trình nén, khí tỏa ra nhiệt Q1 cho vật nóng hơn - lò sưởi (T1). Để quá trình truyền nhiệt diễn ra như vậy thì chất khí phải được nén ở nhiệt độ cao hơn so với khi nó nở ra. Điều này chỉ có thể thực hiện được do công việc A được thực hiện bởi nguồn bên ngoài (ví dụ, động cơ điện) (trong các thiết bị lạnh thực, động cơ điện tạo ra áp suất thấp trong thiết bị bay hơi, do đó chất làm lạnh sôi và lấy nhiệt; ngược lại, động cơ điện tạo ra áp suất cao trong dàn ngưng, theo đó môi chất lạnh ngưng tụ và tỏa nhiệt). Do đó, nhiệt lượng truyền cho lò sưởi lớn hơn nhiệt lượng tủ lạnh lấy ra chỉ bằng giá trị A.

Q 1 \ u003d Q 2 + A.

Như vậy, trên giản đồ pV, chu trình hoạt động của máy điện lạnh đi ngược đồng hồ khôn ngoan. Khu vực chu trình là công việc A được thực hiện bởi một nguồn bên ngoài,

Mục đích chính của máy làm lạnh là làm lạnh một bể chứa nhất định (ví dụ, tủ đông lạnh). Trong trường hợp này, bể chứa này đóng vai trò như một tủ lạnh, và môi trường đóng vai trò như một lò sưởi - nhiệt thoát ra khỏi bể được tản vào trong đó.

Một chỉ số về hiệu quả của máy làm lạnh là hệ số hiệu suất, bằng tỷ số giữa nhiệt thoát ra khỏi tủ lạnh và công của nguồn bên ngoài:

A \ u003d Q 2 / A

Hệ số làm mát có thể lớn hơn một. Trong tủ lạnh thực, nó có các giá trị xấp xỉ từ 1 đến 3.

Có một ứng dụng thú vị khác: tủ lạnh có thể hoạt động như một máy bơm nhiệt. Sau đó, mục đích của nó là làm nóng một bể chứa nhất định (ví dụ, sưởi ấm một căn phòng) do nhiệt loại bỏ khỏi môi trường. Trong trường hợp này, bể chứa này sẽ là lò sưởi, và môi trường sẽ là tủ lạnh.

Một chỉ số về hiệu suất của máy bơm nhiệt là hệ số sưởi ấm, bằng tỉ số giữa nhiệt lượng truyền cho bình bị đốt nóng và công của nguồn bên ngoài.

Các giá trị của hệ số cấp nhiệt của máy bơm nhiệt thực thường nằm trong khoảng từ 3 đến 5.

1.4. Carnot động cơ nhiệt.

Đặc tính quan trọng của động cơ nhiệt là nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của chất lỏng làm việc trong chu trình. Các giá trị này được đặt tên tương ứngnhiệt độ lò sưởi và nhiệt độ tủ lạnh.

Chúng ta đã thấy rằng hiệu suất của động cơ nhiệt kém hơn hẳn. Một câu hỏi tự nhiên được đặt ra: hiệu suất tối đa có thể có của động cơ nhiệt với các giá trị cố định của nhiệt độ lò sưởi T1 và nhiệt độ lạnh T2 là bao nhiêu?

Ví dụ, nhiệt độ cơ thể lớn nhất của động cơ làm việc là 1000 K và nhiệt độ tối thiểu là 300 K. Giới hạn lý thuyết về hiệu suất của động cơ như vậy là bao nhiêu?

Câu trả lời cho câu hỏi này được đưa ra bởi nhà vật lý và kỹ sư người Pháp Sadi Carnot vào năm 1824. Ông đã phát minh và nghiên cứu ra một động cơ nhiệt tuyệt vời với khí lý tưởng làm chất lỏng hoạt động. Máy này hoạt động theo chu trình Carnot. , gồm hai đường đẳng nhiệt và hai đường đoạn nhiệt.

Xem xét chu trình trực tiếp máy carnot đi theo chiều kim đồng hồ. Trong trường hợp này, máy hoạt động như một động cơ nhiệt.

Isotherm 1-2. Ở phần 1-2, chất khí được đưa tiếp xúc nhiệt với lò sưởi có nhiệt độ T1 và nở ra đẳng nhiệt. Nhiệt lượng Q1 tỏa ra từ lò sưởi được biến đổi hoàn toàn thành công trong diện tích này là: A12 = Q1.

adiabat 2-3. Với mục đích của lần nén tiếp theo, cần chuyển khí sang vùng có nhiệt độ thấp hơn. Để làm điều này, chất khí được cách nhiệt, và sau đó giãn nở đoạn nhiệt trong phần 2-3. Khi nở ra, chất khí sinh công dương A23 và do đó, nội năng của nó giảm đi: deltaU23 \ u003d - A23.

Isotherm 3-4. Lớp cách nhiệt bị loại bỏ, khí được đưa vào tiếp xúc nhiệt với bộ làm mát ở nhiệt độ t2. Quá trình nén đẳng nhiệt xảy ra. Chất khí mang lại cho tủ lạnh nhiệt lượng Q2 và làm công âm A34 = - Q2.

adiabat 4-1. Phần này cần thiết để đưa khí trở lại trạng thái ban đầu. Trong quá trình nén đoạn nhiệt, khí thực hiện công âm A41. Khí được nung nóng đến nhiệt độ ban đầu T1.

Carnot nhận thấy hiệu quả của chu trình này (không may là các phép tính nằm ngoài phạm vi của chương trình giảng dạy ở trường).

Hơn nữa, anh ấy đã chứng minh rằngHiệu suất của chu trình Carnot là tối đa có thể đối với tất cả các động cơ nhiệt có nhiệt độ lò sưởi T1 và nhiệt độ lạnh hơn T2. Vì vậy, trong ví dụ trên (T1 = 1000 K, T2 = 300 K) chúng ta có:

Hiệu quả max = (1000-300): 1000 = 0,7 (= 70%)

Điểm của việc sử dụng chính xác các đường đẳng nhiệt và đoạn nhiệt, chứ không phải một số quá trình khác là gì?

Nó chỉ ra rằng các quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt làm cho máy Carnot có thể đảo ngược . Nó có thể được khởi chạy bởi chu kỳ ngược lại (ngược chiều kim đồng hồ) giữa cùng một lò sưởi và tủ lạnh mà không liên quan đến các thiết bị khác. Trong trường hợp này, máy Carnot sẽ hoạt động như một máy làm lạnh.

2. Tên lửa.

- (từ rocchetta của Ý - một trục quay nhỏ thông qua Rakete của Đức hoặc Hà Lan) - một máy bay di chuyển trong không gian do tác động của lực đẩy phản lực, chỉ xảy ra do sự loại bỏ một phần khối lượng của chính nó (chất lỏng làm việc) của bộ máy và không sử dụng vật chất từ môi trường. Vì quá trình bay của tên lửa không yêu cầu sự hiện diện của không khí hoặc môi trường khí xung quanh, nó có thể không chỉ trong khí quyển mà còn có thể trong chân không. Từ "tên lửa" dùng để chỉ một loạt các thiết bị bay từ pháo trong kỳ nghỉ đến các phương tiện phóng vào không gian.

Trong thuật ngữ quân sự, từ tên lửa dùng để chỉ một loại, theo quy luật, các phương tiện bay không người lái được sử dụng để tiêu diệt các mục tiêu từ xa và sử dụng nguyên tắc phản lực để bay. Liên quan đến việc sử dụng đa dạng tên lửa trong các lực lượng vũ trang, nhiều ngành khác nhau của lực lượng vũ trang, nhiều loại vũ khí tên lửa khác nhau đã hình thành.

1.1. Lịch sử khoa học tên lửa.

Có một giả định rằng một số loại tên lửa được thiết kế trongHy Lạp cổ đại của Alix Sin. Chúng ta đang nói về con chim bồ câu bằng gỗ bay Archytas của Tarentum.Phát minh của anh ấy được đề cập trongtác phẩm "Những đêm gác mái" của nhà văn La Mã cổ đại Aulus Gellius.Cuốn sách nói rằng con chim được nuôi dưỡng bằng trọng lượng và chuyển động nhờ một luồng không khí ẩn và tiềm ẩn. Nó vẫn chưa được thiết lập: con chim bồ câu chuyển động nhờ tác động của không khí bên trong nó hay không khí thổi vào nó từ bên ngoài? Vẫn chưa rõ bằng cách nào Archytas có thể lấy được khí nén bên trong con chim bồ câu. Trong truyền thống cổ xưakhí nén không có chất tương tự của việc sử dụng khí nén như vậy.

Hầu hết các nhà sử học cho rằng nguồn gốc của tên lửa vào thời đạiTriều đại Hán của Trung Quốc (206 trước Công nguyên - 220 sau Công nguyên), với việc phát hiện ra thuốc súng và bắt đầu sử dụng nó để bắn pháo hoa và giải trí. Lực tạo ra bởi sự bùng nổ của một lượng bột đủ để di chuyển các vật thể khác nhau.Sau đó, nguyên tắc này được áp dụng trong việc tạo rađại bác và súng hỏa mai. Đạn thuốc súngcó thể bay quãng đường dài, nhưng không phải là tên lửa, vì chúng không có nguồn dự trữ riêng nhiên liệu. Tuy nhiên, chính việc phát minh ra thuốc súng đã trở thành tiền đề chính cho sự xuất hiện của tên lửa thực sự.

Tên lửa đầu tiên được con người tạo ra cách đây ít nhất 700 năm. Vào thế kỷ 13, người Trung Quốc lần đầu tiên sử dụng tên lửa hay còn gọi là "những mũi tên rực lửa" chống lại quân xâm lược Mông Cổ và khiến kẻ thù hoang mang, hoảng sợ.

Trong trận chiến giành Kaiken năm 1232, người Trung Quốc đã hạ gục "những mũi tên rực lửa", một ống giấy nén được gắn vào chúng, chỉ mở ra ở phía sau và chứa đầy chất dễ cháy. Cước này được đốt cháy, và sau đó mũi tên được bắn ra với sự hỗ trợ của một cây cung. Những mũi tên như vậy đã được sử dụng trong một số trường hợp trong cuộc vây hãm công sự, chống lại tàu bè, kỵ binh. Sau trận Kaiken, người Mông Cổ bắt đầu sản xuất tên lửa của họ và phục vụ cho việc truyền bá công nghệ tên lửa đầu tiên ở châu Âu.

Từ thế kỷ 13 đến thế kỷ 15, đã có nhiều báo cáo về các thí nghiệm khác nhau với tên lửa. Ở Anh, một nhà sư tên là Roger Bacon đang nghiên cứu một công thức thuốc súng mới giúp tăng tầm bắn của đạn tên lửa. Tại Pháp, Jean Froissart phát hiện ra rằng đường bay của đạn có thể chính xác hơn nếu tên lửa được bắn qua một ống. Vài thế kỷ sau, ý tưởng của Froissart đã tạo động lực cho việc chế tạo tên lửa chống tăng như bazooka. Tại Ý, Gian de Fontana đã phát triển một loại đạn tên lửa hình ngư lôi di chuyển trên mặt nước để phóng hỏa vào tàu địch.

Tuy nhiên, hoàng tử Ấn Độ Haidar Ali, người trị vì ở vương quốc Mysore (hay Karnataka), miền nam Ấn Độ, có thể được gọi là một nhà cải tiến trong công nghệ tên lửa hiện đại. Trong các cuộc chiến tranh giữa Mysore và Công ty Thương mại Đông Ấn của Anh ở Haidar, Ali đã sử dụng tên lửa và các trung đoàn tên lửa trong hình thức quân đội chính quy. Sự đổi mới công nghệ chính là việc sử dụng một lớp vỏ làm bằng kim loại chất lượng cao, trong đó đặt một lượng thuốc súng (đây là cách buồng đốt đầu tiên xuất hiện). Haidar Ali cũng tạo ra các đội tên lửa được huấn luyện đặc biệt có thể nhắm tên lửa vào các mục tiêu ở xa với độ chính xác có thể chấp nhận được. Việc sử dụng tên lửa trong các cuộc chiến tranh Anh-Mysore đã khiến người Anh nảy sinh ý tưởng sử dụng loại vũ khí này. William Congreve, một sĩ quan trong lực lượng Anh, người đã chiếm được một số tên lửa của Ấn Độ, đã gửi những quả đạn này tới Anh để nghiên cứu và phát triển sau này. Năm 1804, Congreve, con trai của giám đốc kho vũ khí hoàng gia ở Woolwich, gần London, đã phát triển chương trình tên lửa và sản xuất hàng loạt tên lửa. Congreve đã tạo ra một hỗn hợp dễ cháy mới và phát triển một động cơ tên lửa và một ống kim loại có đầu hình nón. Những tên lửa này, nặng 15 kg, được gọi là "Tên lửa Congreve".

Pháo tên lửa được sử dụng rộng rãi cho đến cuối thế kỷ 19. Tên lửa nhẹ hơn và cơ động hơn so với pháo. Độ chính xác và độ chính xác khi bắn tên lửa tuy nhỏ, nhưng có thể so sánh với các loại pháo thời đó. Tuy nhiên, vào nửa sau của thế kỷ 19, súng trường pháo xuất hiện, mang lại độ chính xác và độ chính xác cao hơn khi bắn, và pháo tên lửa đã bị loại bỏ khỏi biên chế ở khắp mọi nơi. Chỉ có pháo hoa vàtên lửa tín hiệu.

Vào cuối thế kỷ 19, những nỗ lực bắt đầu giải thích về mặt toán học lực đẩy phản lực và tạo ra vũ khí tên lửa hiệu quả hơn. Ở Nga, một trong những người đầu tiên giải quyết vấn đề này là Nikolai Tikhomirov vào năm 1894.

Lý thuyết về lực đẩy phản lực được nghiên cứu bởi Konstanstin Tsiolkovsky. Ông đưa ra ý tưởng sử dụng tên lửa để bay vào vũ trụ và cho rằng nhiên liệu hiệu quả nhất cho chúng sẽ là sự kết hợp của oxy lỏng và hydro. Ông đã thiết kế một tên lửa để liên lạc giữa các hành tinh vào năm 1903.

Nhà khoa học người Đức Hermann Oberth cũng đã đặt ra các nguyên tắc bay liên hành tinh vào những năm 1920. Ngoài ra, ông còn tiến hành các cuộc thử nghiệm trên băng ghế dự bị của động cơ tên lửa.

Nhà khoa học người Mỹ Robert Goddart bắt đầu phát triển động cơ tên lửa đẩy chất lỏng vào năm 1923, và một nguyên mẫu đang hoạt động được chế tạo vào cuối năm 1925. 16 tháng 3 năm 1926 Ông đã phóng tên lửa đẩy chất lỏng đầu tiên, chạy bằng xăng và oxy lỏng.

Ngày 17/8/1933, tên lửa GIRD 9 được phóng đi, đây có thể coi là tên lửa phòng không đầu tiên của Liên Xô. Nó đạt đến độ cao 1,5 km. Và tên lửa GIRD 10 tiếp theo, được phóng vào ngày 25 tháng 11 năm 1933, đã đạt đến độ cao 5 km.

Vào ngày 14 tháng 3 năm 1931, thành viên Johannes Winkler của VfR đã thực hiện vụ phóng thành công tên lửa đẩy chất lỏng đầu tiên ở châu Âu.

Năm 1957 Tại Liên Xô, dưới sự lãnh đạo của Sergei Korolev, tên lửa đạn đạo xuyên lục địa đầu tiên trên thế giới R-7 đã được tạo ra như một phương tiện vận chuyển vũ khí hạt nhân, cùng năm đó, tên lửa này được sử dụng để phóng vệ tinh Trái đất nhân tạo đầu tiên trên thế giới. Do đó đã bắt đầu sử dụng tên lửa cho các chuyến bay vũ trụ.

2.2. Lực lượng tác động lên tên lửa đang bay.

Khoa học nghiên cứu các lực tác động lên tên lửa hoặc các tàu vũ trụ khác được gọi là thiên văn động lực học.

Các lực lượng chính tác động lên tên lửa trong chuyến bay:

Lực đẩy của động cơ.

Khi di chuyển trong khí quyển - bất kỳ lực cản nào.

lực nâng. Thường nhỏ, nhưng có ý nghĩa đối với máy bay tên lửa.

2.3. Việc sử dụng tên lửa.

2.3.1.Chiến tranh.

Tên lửa được sử dụng như một cách để đưa vũ khí đến mục tiêu.. Kích thước nhỏ và tốc độ di chuyển cao của tên lửa giúp chúng có khả năng bị tổn thương thấp. Vì không cần phi công điều khiển tên lửa chiến đấu, tên lửa có thể mang theo các vật thể có sức công phá lớn, bao gồm cả tên lửa hạt nhân. Hệ thống dẫn đường và dẫn đường hiện đại giúp tên lửa có độ chính xác và khả năng cơ động cao hơn.

Có nhiều loại tên lửa chiến đấu khác nhau về tầm bay, cũng như nơi phóng và nơi bắn trúng mục tiêu (“mặt đất” - “trên không”). Hệ thống phòng thủ chống tên lửa được sử dụng để chống lại tên lửa.

Ngoài ra còn có tín hiệu và pháo sáng.

2.3.2. Nghiên cứu khoa học.

Tên lửa địa vật lý và khí tượng được sử dụng thay thế cho máy bay và khinh khí cầu ở độ cao hơn 30 - 40 km. Tên lửa không có trần hạn chế và được sử dụng để thăm dò tầng trên của bầu khí quyển, chủ yếu là tầng trung lưu và tầng điện ly.

Có một bộ phận tên lửa thành khí tượng hạng nhẹ, có khả năng nâng một bộ thiết bị lên độ cao khoảng 100 km, và địa vật lý hạng nặng, có thể mang theo một số bộ thiết bị và độ cao bay thực tế là không giới hạn.

Thông thường, tên lửa khoa học được trang bị các thiết bị đo áp suất khí quyển, từ trường, bức xạ vũ trụ và thành phần không khí, cũng như thiết bị truyền kết quả đo bằng sóng vô tuyến xuống mặt đất. Có những mô hình tên lửa, trong đó các thiết bị có dữ liệu thu được trong quá trình bay lên được hạ xuống mặt đất bằng cách sử dụng dù.

Các nghiên cứu về khí tượng tên lửa có trước các vệ tinh, vì vậy các vệ tinh khí tượng đầu tiên có các thiết bị tương tự như trên các tên lửa khí tượng. Lần đầu tiên tên lửa được phóng để nghiên cứu các thông số của môi trường không khí vào ngày 11 tháng 4 năm 1937, nhưng các vụ phóng tên lửa thông thường bắt đầu từ những năm 1950, khi một loạt tên lửa khoa học chuyên dụng được tạo ra.

2.3.3. Du hành vũ trụ.

Tên lửa cho đến nay là phương tiện duy nhất có khả năng phóng tàu vũ trụ vào không gian. Các phương pháp thay thế để nâng tàu vũ trụ lên quỹ đạo, chẳng hạn như "thang máy vũ trụ", điện từ và súng thông thường, vẫn đang ở giai đoạn thiết kế.

2.3.4. Thể thao.

Có người thích thể thao mô hình tên lửa, có người thích chế tạo và bay mô hình tên lửa. Tên lửa cũng được sử dụng trong bắn pháo hoa nghiệp dư và chuyên nghiệp.

3. Động cơ phản lực.

Một động cơ tạo ra lực kéo cần thiết cho chuyển động bằng cách biến đổi nội năng của nhiên liệu thành động năng của dòng phản lực của chất lỏng làm việc. Chất lỏng công tác, liên quan đến động cơ, được hiểu là một chất (khí, lỏng, rắn), với sự trợ giúp của nhiệt năng giải phóng trong quá trình đốt cháy nhiên liệu được chuyển thành công cơ học hữu ích. Nhiều dạng năng lượng khác nhau (hóa học, hạt nhân, điện, mặt trời) có thể được chuyển đổi thành động năng (tốc độ) của dòng phản lực trong động cơ tên lửa. Cơ sở của động cơ phản lực là một buồng đốt nơi nhiên liệu được đốt cháy (nguồn năng lượng sơ cấp) và chất lỏng làm việc được tạo ra - khí nóng (sản phẩm đốt cháy nhiên liệu). Đặc điểm chính của lực phản kháng là nó phát sinh do sự tương tác của các bộ phận của hệ thống mà không có bất kỳ sự tương tác nào với các vật thể bên ngoài.

3.1. Lịch sử của động cơ phản lực.

Lịch sử của động cơ phản lực gắn bó chặt chẽ với lịch sử của ngành hàng không. Sự tiến bộ của ngành hàng không trong suốt quá trình tồn tại của nó chủ yếu được đảm bảo bởi sự tiến bộ của động cơ máy bay, và nhu cầu ngày càng cao của ngành hàng không về động cơ là một động lực mạnh mẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành chế tạo động cơ máy bay. Được coi là chiếc máy bay Flyer-1 đầu tiên, nó được trang bị động cơ đốt trong piston, và giải pháp kỹ thuật này vẫn không thể thiếu trong ngành hàng không trong suốt bốn mươi năm. Động cơ piston của máy bay được cải tiến, công suất và tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng của máy bay tự tăng lên.

Vào đầu những năm 1930, ở Liên Xô đã bắt đầu công việc liên quan đến việc tạo ra động cơ phản lực cho máy bay. Kỹ sư Liên Xô F.A. Zander, vào năm 1920, đã bày tỏ ý tưởng về một máy bay tên lửa tầm cao. Động cơ OR-2 của nó, chạy bằng xăng và oxy lỏng, được thiết kế để lắp đặt trên một máy bay thử nghiệm.

Năm 1939, các chuyến bay thử nghiệm động cơ phản lực (ramjet engine) trên máy bay I-15 do N.N. Polikarpov thiết kế đã diễn ra tại Liên Xô. Động cơ Ramjet do I.A. Merkulov thiết kế đã được lắp đặt trên các mặt dưới của máy bay như một động cơ bổ sung. Các chuyến bay đầu tiên được thực hiện bởi một phi công thử nghiệm giàu kinh nghiệm P.E. Loginov. Đến một độ cao nhất định, anh ta cho xe tăng tốc đến vận tốc tối đa và nổ máy phản lực. Lực đẩy của các động cơ phản lực bổ sung làm tăng tốc độ bay tối đa. Năm 1939, một động cơ khởi động đáng tin cậy trong chuyến bay và sự ổn định của quá trình đốt cháy đã được đưa ra. Trong chuyến bay, phi công có thể bật tắt động cơ liên tục và điều chỉnh lực đẩy của nó. Vào ngày 25 tháng 1 năm 1940, sau khi nhà máy thử nghiệm các động cơ và kiểm tra độ an toàn của chúng trong nhiều chuyến bay, một cuộc thử nghiệm chính thức đã diễn ra - chuyến bay của một chiếc máy bay có động cơ phản lực. Xuất phát từ Sân bay Trung tâm Frunze ở Moscow, phi công Loginov bật động cơ phản lực ở độ cao thấp và thực hiện nhiều vòng quanh khu vực sân bay.

Vào mùa hè năm 1940, những động cơ này đã được lắp đặt và thử nghiệm trên tiêm kích I-153 Chaika do N.N. Polikarpov thiết kế. Họ đã tăng tốc độ của máy bay lên 40-50 km / h.

Tuy nhiên, ở tốc độ bay mà máy bay dẫn động bằng cánh quạt có thể phát triển, các máy bay không nén bổ sung VJE tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu. Máy bay phản lực có một nhược điểm quan trọng khác: một động cơ như vậy không cung cấp lực đẩy tại chỗ và do đó, không thể cung cấp khả năng cất cánh độc lập của máy bay. Điều này có nghĩa là một máy bay có động cơ như vậy nhất thiết phải được trang bị một số loại nhà máy điện khởi động phụ trợ, ví dụ, một cánh quạt, nếu không nó sẽ không thể cất cánh.

Công việc chế tạo máy bay phản lực chiến đấu cũng được tiến hành rộng rãi ở nước ngoài.

Vào tháng 6 năm 1942, chuyến bay đầu tiên của tiêm kích đánh chặn phản lực Me-163 của Đức do Messerschmitt thiết kế đã diễn ra. Chỉ có phiên bản thứ 9 của loại máy bay này được đưa vào sản xuất hàng loạt vào năm 1944.

Lần đầu tiên, chiếc máy bay có động cơ tên lửa này được sử dụng trong tình huống chiến đấu vào giữa năm 1944 trong cuộc xâm lược Pháp của quân Đồng minh. Nó được thiết kế để chống lại máy bay ném bom và máy bay chiến đấu của đối phương trên lãnh thổ Đức. Máy bay là một chiếc máy bay đơn không có đuôi nằm ngang, có thể do cánh quét lớn.

Tại Ý, vào tháng 8 năm 1940, chuyến bay đầu tiên kéo dài 10 phút của máy bay phản lực một cánh Campini-Caproni SS-2 đã được thực hiện. Cái gọi là WFD động cơ-máy nén đã được lắp đặt trên máy bay này (loại WFD này không được xem xét trong quá trình đánh giá động cơ phản lực, vì hóa ra nó không có lãi và không được phân phối).

Vào tháng 5 năm 1941, tại Anh, đã diễn ra chuyến bay thử nghiệm đầu tiên của chiếc máy bay thử nghiệm Gloucester "E-28/39" với một động cơ tuốc bin phản lực với một máy nén ly tâm do Whittle thiết kế.

Với tốc độ 17 nghìn vòng / phút, động cơ này đã phát triển một lực đẩy khoảng 3800 Newton. Máy bay thử nghiệm là một máy bay chiến đấu một chỗ ngồi với một động cơ phản lực đặt ở thân sau buồng lái. Máy bay có bộ phận hạ cánh ba bánh có thể thu vào trong chuyến bay.

Một năm rưỡi sau, vào tháng 10 năm 1942, chuyến bay thử nghiệm đầu tiên của máy bay chiến đấu phản lực Erkomet R-59A của Mỹ với hai động cơ tuốc bin phản lực do Whittle thiết kế đã được thực hiện. Đó là một chiếc máy bay đơn cánh giữa với phần đuôi gắn trên cao. Trong các thử nghiệm bay, tốc độ 800 km / h đã đạt được.

Trong số các máy bay khác có động cơ phản lực thời kỳ này, máy bay chiến đấu Gloucester Meteor, chuyến bay đầu tiên diễn ra vào năm 1943, cần được lưu ý. Chiếc máy bay đơn một chỗ ngồi hoàn toàn bằng kim loại này đã được chứng minh là một trong những máy bay chiến đấu phản lực thành công nhất thời kỳ đó. Hai động cơ tuốc bin phản lực được lắp đặt trên một cánh công xôn nằm thấp. Máy bay chiến đấu nối tiếp đã phát triển tốc độ 810 km một giờ. Thời gian bay khoảng 1,5 giờ, trần bay 12 km. Máy bay có 4 pháo tự động cỡ nòng 20 mm. Chiếc xe có khả năng cơ động và kiểm soát tốt ở mọi tốc độ. Vào tháng 11 năm 1941, trên một phiên bản kỷ lục đặc biệt của chiếc máy này, một kỷ lục tốc độ bay thế giới đã được thiết lập - 975 km một giờ.

Đang trong thời kỳ đầu của sự phát triển của động cơ phản lực, các dạng máy bay quen thuộc trước đây đã trải qua ít nhiều thay đổi đáng kể. Ví dụ, máy bay chiến đấu phản lực tiếng Anh "Vampire" với thiết kế hai chùm trông rất khác thường.

Ở nước ta, trong Chiến tranh Vệ quốc vĩ đại, các công trình nghiên cứu sâu rộng đã bắt đầu về việc chế tạo máy bay chiến đấu với động cơ phản lực. Cuộc chiến đặt ra nhiệm vụ tạo ra một loại máy bay chiến đấu không chỉ có tốc độ cao mà còn phải có thời gian bay đáng kể: xét cho cùng, các máy bay chiến đấu phản lực được phát triển với động cơ đẩy chất lỏng có thời gian bay rất ngắn - chỉ 8-15 phút. Máy bay chiến đấu được phát triển với một nhà máy điện kết hợp - cánh quạt và máy bay phản lực. Vì vậy, chẳng hạn, máy bay chiến đấu La-7 và La-9 được trang bị tên lửa đẩy phản lực.

Công việc chế tạo một trong những chiếc máy bay phản lực đầu tiên của Liên Xô bắt đầu từ năm 1943-1944. Phương tiện chiến đấu này được tạo ra bởi một nhóm thiết kế do Tổng cục trưởng Dịch vụ Kỹ thuật Hàng không Artem Ivanovich Mikoyan đứng đầu. Đó là một máy bay chiến đấu I-250 với một nhà máy điện kết hợp, bao gồm một động cơ máy bay piston làm mát bằng chất lỏng của loại VK-107 A với một cánh quạt và một WFD, máy nén được dẫn động bởi một động cơ piston. I-250 thực hiện chuyến bay đầu tiên vào tháng 3 năm 1945. Trong các cuộc bay thử nghiệm, tốc độ đã đạt được vượt quá 800 km / h.

Ngay sau đó, cùng một nhóm các nhà thiết kế đã tạo ra máy bay chiến đấu phản lực MIG-9. Hai động cơ phản lực kiểu RD-20 đã được lắp đặt trên nó. Vào ngày 24 tháng 4 năm 1946, phi công lái thử A.N. Grinchik đã thực hiện chuyến bay đầu tiên trên máy bay MIG-9. Giống như máy bay BI, chiếc máy này có chút khác biệt về thiết kế so với máy bay piston. Tốc độ tối đa của MIG-9 vượt quá 900 km / h. Cuối năm 1946, chiếc máy này được đưa vào sản xuất hàng loạt.

Vào tháng 4 năm 1946, chuyến bay đầu tiên được thực hiện trên máy bay chiến đấu phản lực do A.S. Yakovlev thiết kế.

Công việc sáng tạo bền bỉ của đội ngũ nghiên cứu, thiết kế và sản xuất đã mang lại thành công: máy bay phản lực nội địa mới không thua kém gì công nghệ hàng không thế giới thời kỳ đó. Trong số các máy bay phản lực tốc độ cao của Liên Xô trong giai đoạn 1946-1947, máy bay chiến đấu phản lực MIG-15 do A.I. Mikoyan và M.I. Gurevich thiết kế, với cánh xuôi và bộ lông, nổi bật với các đặc tính kỹ chiến thuật và hoạt động cao. Việc sử dụng một cánh xuôi và sức nâng làm tăng tốc độ bay ngang mà không làm thay đổi đáng kể độ ổn định và khả năng điều khiển của nó. Việc tăng tốc độ của máy bay cũng phần lớn được tạo điều kiện bởi sự gia tăng nguồn cung cấp năng lượng của nó: một động cơ tuốc bin phản lực mới với máy nén ly tâm "RD-45" với lực đẩy khoảng 19,5 kilonewtons ở tốc độ 12 nghìn vòng / phút đã được lắp đặt trên nó. . Tốc độ ngang và dọc của cỗ máy này vượt qua mọi thứ đạt được trước đây trên máy bay phản lực.

Phòng thiết kế, làm việc dưới sự lãnh đạo của S.A. Lavochkin, đồng thời với việc phát hành MIG-15, đã tạo ra một máy bay chiến đấu phản lực mới La-15. Nó có một cánh xuôi nằm phía trên thân máy bay. Nó có vũ khí mạnh mẽ trên tàu. Trong số tất cả các máy bay chiến đấu cánh xuôi hiện có, La-15 có trọng lượng bay nhỏ nhất. Nhờ vậy, máy bay La-15 với động cơ RD-500, có lực đẩy nhỏ hơn động cơ RD-45 lắp trên MIG-15, có dữ liệu bay chiến thuật xấp xỉ với MIG-15 ”.

Sự quét và cấu trúc đặc biệt của cánh và bộ lông của máy bay phản lực đã làm giảm đáng kể lực cản của không khí khi bay với tốc độ âm thanh. Bây giờ, trong thời kỳ khủng hoảng sóng, mức kháng cự tăng không phải 8-12 lần, mà chỉ tăng 2-3 lần. Điều này đã được khẳng định qua các chuyến bay siêu thanh đầu tiên của máy bay phản lực Liên Xô.

3.2. Việc sử dụng công nghệ máy bay phản lực trong hàng không dân dụng.

Chẳng bao lâu, động cơ phản lực bắt đầu được lắp đặt trên các máy bay hàng không dân dụng.

Năm 1955, máy bay phản lực chở khách nhiều chỗ ngồi Kometa-1 bắt đầu hoạt động ở nước ngoài. Chiếc xe chở khách với bốn động cơ tuốc bin phản lực này có tốc độ khoảng 800 km một giờ ở độ cao 12 km. Máy bay có thể chở 48 hành khách. Phạm vi bay khoảng 4 nghìn km. Tuy nhiên, sau một vụ tai nạn lớn của chiếc máy bay này trên biển Địa Trung Hải, hoạt động của nó đã bị ngừng hoạt động. Chẳng bao lâu, một phiên bản chế tạo của chiếc máy bay này, Comet-3, bắt đầu được sử dụng.

Năm 1959, hoạt động của máy bay chở khách Caravel của Pháp bắt đầu. Máy bay có thân hình tròn với đường kính 3,2 mét, được trang bị khoang điều áp dài 25,4 mét. Nhà máy điện bao gồm hai động cơ tuốc bin phản lực với lực đẩy 40 kilonewtons mỗi động cơ. Tốc độ của máy bay là khoảng 800 km một giờ.

Tại Liên Xô, vào năm 1954, trên một trong những tuyến đường hàng không, việc vận chuyển hàng hóa và thư khẩn cấp đã được thực hiện bằng máy bay phản lực tốc độ cao Il-20.Máy bay này có hai động cơ tuốc bin phản lực với lực đẩy 80 kilonewtons, mỗi động cơ có hình dạng khí động học tuyệt vời.

"TU-104" được đánh giá cao ở cả nước ta và nước ngoài. Các chuyên gia nước ngoài, phát biểu trên báo chí, tuyên bố rằng bằng cách bắt đầu vận chuyển hành khách thường xuyên trên máy bay phản lực "TU-104", Liên Xô đã đi trước Hoa Kỳ, Anh và các nước phương Tây khác hai năm trong việc khai thác hàng loạt các máy bay phản lực phản lực chở khách. máy bay: máy bay phản lực của Mỹ "Boeing-707" và Comet-IV của Anh chỉ được đưa vào đường hàng không vào cuối năm 1958, và chiếc Caravel của Pháp vào năm 1959.

TVD là một loại trung gian của nhà máy điện máy bay. Mặc dù khí ra khỏi tuabin được thải ra ngoài qua vòi phun và phản ứng của chúng tạo ra một số lực đẩy, nhưng lực đẩy chính được tạo ra bởi cánh quạt đang hoạt động, giống như trong một máy bay truyền động bằng cánh quạt thông thường.

Hệ thống hoạt động đã không trở nên phổ biến trong hàng không chiến đấu, vì nó không thể cung cấp tốc độ như động cơ phản lực thuần túy. Nó cũng không phù hợp với các tuyến đường cao tốc của hàng không dân dụng, nơi tốc độ là yếu tố quyết định, và các vấn đề kinh tế và chi phí của chuyến bay mờ dần. Tuy nhiên, máy bay phản lực cánh quạt nên được sử dụng trên các tuyến đường có độ dài khác nhau, các chuyến bay được thực hiện với tốc độ 600-800 km một giờ. Đồng thời, cần lưu ý rằng, theo kinh nghiệm cho thấy, việc vận chuyển hành khách trên quãng đường 1000 km rẻ hơn 30% so với máy bay có động cơ piston.

3.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực.

Động cơ phản lực dựa trên thiết bị của một tên lửa thông thường. Nó hoạt động như sau. Trong một buồng đặc biệt, có một đầu ra với một ống hình nón - một vòi phun, nhiên liệu được đốt cháy. Các sản phẩm khí của quá trình cháy bay ra ngoài qua vòi phun với tốc độ cực lớn. Trong quá trình đốt cháy nhiên liệu trong buồng, áp suất tăng lên đến 80-100 atm được hình thành. Áp suất này tác dụng theo mọi phương với cùng một lực. Áp suất trên các thành bên của buồng cân bằng lẫn nhau. Lực tác dụng lên bức tường phía trước không được cân bằng bởi bất cứ thứ gì, vì ở phía đối diện, các khí tự do thoát ra qua lỗ. Do đó, kết quả của tất cả các lực ép lên thành buồng làm cho động cơ tên lửa thực hiện chuyển động tịnh tiến.

Kết quả của việc hết chất lỏng làm việc từ vòi phun của động cơ, một phản lực được hình thành dưới dạng phản lực (độ giật) của phản lực, làm chuyển động cơ và thiết bị có cấu trúc liên kết với nó theo hướng ngược lại. đối với dòng chảy của máy bay phản lực. Nhiều dạng năng lượng khác nhau (hóa học, hạt nhân, điện, mặt trời) có thể được chuyển đổi thành động năng (tốc độ) của dòng phản lực trong động cơ tên lửa. R. D. (động cơ phản ứng trực tiếp) kết hợp động cơ thực tế với động cơ, tức là, tạo ra chuyển động của chính nó mà không cần sự tham gia của các cơ cấu trung gian.

Để tạo ra lực đẩy phản lực R. d., Cần có: một nguồn năng lượng ban đầu (sơ cấp), được biến đổi thành động năng của dòng phản lực;

chất lỏng làm việc, được đẩy ra từ R. d. ở dạng dòng phản lực; Bản thân R. D. là một máy biến đổi năng lượng. Năng lượng ban đầu được lưu trữ trên máy bay hoặc thiết bị khác được trang bị RD (nhiên liệu hóa học, nhiên liệu hạt nhân), hoặc (về nguyên tắc) nó có thể đến từ bên ngoài (năng lượng mặt trời). Để có được một cơ quan làm việc trong R. d. Maymột chất lấy từ môi trường (ví dụ, không khí hoặc nước) được sử dụng; chất có trong các bể chứa của thiết bị hoặc trực tiếp trong buồng R. một hỗn hợp các chất đến từ môi trường và được lưu trữ trên thiết bị. Trong R. d. Hiện đại, năng lượng hóa học thường được sử dụng làm năng lượng chính. Trong trường hợp này, chất lỏng làm việc là các chất khí nóng sáng - sản phẩm cháy của nhiên liệu hóa học. Trong quá trình hoạt động của động cơ tên lửa, hóa năng của các chất cháy được chuyển thành nhiệt năng của các sản phẩm cháy, và nhiệt năng của khí nóng được chuyển thành cơ năng của chuyển động tịnh tiến của dòng phản lực và, do đó, bộ máy mà động cơ được lắp đặt trên đó. Phần chính của bất kỳ R. d. Là buồng đốt, trong đó chất lỏng làm việc được tạo ra. Phần cuối của buồng, phục vụ để tăng tốc chất lỏng làm việc và thu được dòng phản lực, được gọi là vòi phun tia.

Mọi người đều biết rằng sau một lần bắn, một khẩu súng hoặc một khẩu súng trường sẽ được trả lại. Điều này xảy ra do một viên đạn hoặc viên đạn bay ra khỏi họng súng hoặc nòng súng trường với tốc độ lớn. Và bản thân công cụ, do phản ứng, nhận được một chuyển động theo hướng ngược lại. Đạn được đẩy bằng các loại khí hình thành trong quá trình đốt cháy thuốc súng. Nếu chúng ta không gia cố nòng súng trên cỗ xe mà để nó di chuyển tự do, thì sau khi bắn xong, họng súng sẽ bay ngược trở lại như tên lửa.

Các chuyến bay của máy bay thông thường là không thể trong một không gian không có không khí. Lực nâng của máy bay chỉ được tạo ra do tác dụng của dòng khí lên cánh của nó. Khí cầu hoặc khinh khí cầu chỉ bay được nếu nó nhẹ hơn không khí có cùng thể tích.

Theo nghĩa này, động cơ tên lửa có lợi thế rất lớn so với máy bay thông thường. Động cơ tên lửa hoạt động độc lập với môi trường, nó không cần sự hỗ trợ của đường không. Các phương tiện được trang bị động cơ tên lửa không chỉ có thể bay trong không khí rất hiếm mà ngay cả trong không gian không có không khí.

Trong những năm gần đây, nhiều thí nghiệm ít nhiều thành công đã được thực hiện về việc ứng dụng động cơ phản lực vào nhiều loại phương tiện khác nhau.
Trong tất cả các động cơ đều diễn ra hai quá trình biến đổi năng lượng. Đầu tiên, hóa năng của nhiên liệu được chuyển hóa thành nhiệt năng của các sản phẩm cháy, sau đó nhiệt năng được sử dụng để thực hiện công cơ học. Những động cơ như vậy bao gồm động cơ pittông của ô tô, đầu máy diesel, tuabin hơi và khí của các nhà máy điện, v.v.

Hãy xem xét quá trình này trong mối quan hệ với động cơ phản lực. Hãy bắt đầu với buồng đốt của động cơ, trong đó hỗn hợp dễ cháy đã được tạo ra theo cách này hay cách khác, tùy thuộc vào loại động cơ và loại nhiên liệu. Ví dụ, điều này có thể là hỗn hợp không khí và dầu hỏa, như trong động cơ tuốc bin phản lực của máy bay phản lực hiện đại, hoặc hỗn hợp oxy lỏng và cồn, như trong một số động cơ tên lửa lỏng, hoặc cuối cùng là một số loại nhiên liệu đẩy rắn. đối với tên lửa bột. Hỗn hợp dễ cháy có thể cháy, tức là tham gia vào một phản ứng hóa học giải phóng năng lượng nhanh chóng dưới dạng nhiệt. Khả năng giải phóng năng lượng trong một phản ứng hóa học là thế năng hóa học của các phân tử của hỗn hợp. Năng lượng hóa học của các phân tử có liên quan đến các đặc điểm cấu trúc của chúng, chính xác hơn là cấu trúc của lớp vỏ electron của chúng, tức là đám mây electron bao quanh hạt nhân của các nguyên tử tạo nên phân tử. Kết quả của một phản ứng hóa học, trong đó một số phân tử bị phá hủy, trong khi những phân tử khác được hình thành, sự sắp xếp lại các lớp vỏ electron tự nhiên xảy ra. Trong sự chuyển dịch cơ cấu này, nó là nguồn năng lượng hóa học được giải phóng. Có thể thấy rằng chỉ những chất trong quá trình phản ứng hóa học trong động cơ (cháy) tỏa ra một lượng nhiệt đủ lớn, đồng thời tạo thành một lượng lớn chất khí, mới có thể làm nhiên liệu cho động cơ phản lực. Tất cả các quá trình này diễn ra trong buồng đốt, nhưng chúng ta hãy tập trung vào phản ứng không phải ở cấp độ phân tử (điều này đã được thảo luận ở trên), mà ở các "giai đoạn" của công việc. Cho đến khi quá trình đốt cháy bắt đầu, hỗn hợp có một nguồn cung cấp lớn năng lượng hóa học tiềm năng. Nhưng sau đó ngọn lửa đã nhấn chìm hỗn hợp, một khoảnh khắc khác - và phản ứng hóa học kết thúc. Giờ đây, thay vì các phân tử của hỗn hợp dễ cháy, buồng chứa chứa đầy các phân tử của các sản phẩm cháy, được "đóng gói" dày đặc hơn. Năng lượng liên kết dư thừa, là năng lượng hóa học của phản ứng đốt cháy đã diễn ra, đã được giải phóng. Các phân tử sở hữu năng lượng dư thừa này gần như ngay lập tức chuyển nó sang các phân tử và nguyên tử khác do va chạm thường xuyên với chúng. Tất cả các phân tử và nguyên tử trong buồng đốt bắt đầu chuyển động ngẫu nhiên, hỗn loạn với tốc độ lớn hơn nhiều, nhiệt độ của các chất khí tăng lên. Vì vậy đã có sự chuyển hóa năng lượng tiềm năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của các sản phẩm cháy.

Quá trình chuyển đổi tương tự đã được thực hiện trong tất cả các động cơ nhiệt khác, nhưng động cơ phản lực về cơ bản khác với chúng liên quan đến số phận xa hơn của các sản phẩm đốt nóng.

Sau khi các khí nóng đã hình thành trong động cơ nhiệt, chứa nhiệt năng lớn thì năng lượng này phải chuyển hóa thành cơ năng. Suy cho cùng, mục đích của các động cơ là thực hiện công cơ học, "chuyển động" một cái gì đó, đưa nó vào hoạt động, không quan trọng nó có phải là máy phát điện theo yêu cầu bổ sung bản vẽ của nhà máy điện, động cơ diesel hay không. đầu máy, ô tô hoặc máy bay.

Để nhiệt năng của các chất khí chuyển thành cơ năng thì thể tích của chúng phải tăng lên. Với sự giãn nở như vậy, các chất khí thực hiện công việc mà năng lượng bên trong và nhiệt năng của chúng được sử dụng.

Trong trường hợp động cơ có piston, các khí nở ra ép vào một piston chuyển động bên trong xylanh, piston đẩy thanh kết nối, trục khuỷu của động cơ đã quay. Trục được nối với rôto của máy phát điện, trục dẫn động của đầu máy diesel hoặc ô tô, hoặc cánh quạt của máy bay - động cơ thực hiện công việc hữu ích. Trong động cơ hơi nước hoặc tuabin khí, các khí nở ra làm cho bánh xe nối với trục quay - không cần cơ cấu truyền động tay quay và thanh truyền, đây là một trong những ưu điểm lớn của tuabin.

Tất nhiên, các chất khí nở ra trong động cơ phản lực, bởi vì nếu không có nó, chúng sẽ không hoạt động. Nhưng công mở rộng trong trường hợp đó không được chi cho chuyển động quay của trục. Liên kết với cơ cấu truyền động, như ở các động cơ nhiệt khác. Mục đích của động cơ phản lực thì khác - để tạo ra lực đẩy phản lực, và để làm được điều này thì cần một luồng khí - sản phẩm cháy chảy ra khỏi động cơ với tốc độ cao: phản lực của phản lực này là lực đẩy của động cơ. . Do đó, công việc mở rộng các sản phẩm khí của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ phải được dành cho việc tăng tốc bản thân các chất khí. Điều này có nghĩa là nhiệt năng của khí trong động cơ phản lực phải được chuyển thành động năng của chúng - chuyển động nhiệt hỗn loạn ngẫu nhiên của các phân tử phải được thay thế bằng dòng có tổ chức của chúng theo một hướng chung cho tất cả.

Vì mục đích này, một trong những bộ phận quan trọng nhất của động cơ, cái gọi là vòi phun, phục vụ. Bất kể động cơ phản lực cụ thể thuộc loại nào, nó nhất thiết phải được trang bị vòi phun mà qua đó khí nóng chảy ra khỏi động cơ với tốc độ lớn - sản phẩm của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ. Trong một số động cơ, khí đi vào vòi phun ngay sau buồng đốt, ví dụ, trong động cơ tên lửa hoặc máy bay phản lực. Trong một số khác, các máy bay phản lực tuabin, khí đầu tiên đi qua tuabin, nơi chúng từ bỏ một phần nhiệt năng. Trong trường hợp này, nó tiêu thụ để dẫn động máy nén, làm nhiệm vụ nén không khí phía trước buồng đốt. Nhưng dù sao thì vòi phun cũng là bộ phận cuối cùng của động cơ - các chất khí chảy qua nó trước khi rời khỏi động cơ.

Vòi phun tia có thể có nhiều hình dạng khác nhau và hơn nữa là thiết kế khác nhau, tùy thuộc vào loại động cơ. Điều chính là tốc độ mà khí chảy ra khỏi động cơ. Nếu vận tốc dòng ra này không vượt quá tốc độ truyền sóng âm trong khí chảy ra, thì vòi phun là một đoạn ống hình trụ hoặc ống thu hẹp đơn giản. Nếu tốc độ dòng chảy ra phải vượt quá tốc độ âm thanh, thì vòi phun có hình dạng của một đường ống đang giãn nở hoặc đầu tiên là thu hẹp, sau đó mở rộng (vòi phun của Tình yêu). Theo lý thuyết và kinh nghiệm cho thấy, chỉ trong một ống có hình dạng như vậy, mới có khả năng phân tán khí với tốc độ siêu âm, để bước qua "rào cản âm thanh".

Tủ lạnh

Cơm. 2,31. động cơ nhiệt

Lò sưởi

Chất lỏng làm việc động cơ

2.12 Động cơ nhiệt

Nói tóm lại, động cơ nhiệt chuyển nhiệt thành công hoặc ngược lại, công thành nhiệt.

Động cơ nhiệt có hai loại phụ thuộc vào hướng của các quá trình xảy ra trong chúng.

1. Động cơ nhiệt biến nhiệt từ nguồn bên ngoài thành công cơ học.

Động cơ đốt trong trên ô tô là một ví dụ về động cơ nhiệt. Nó chuyển hóa nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu thành cơ năng của ô tô.

2. Máy làm lạnh truyền nhiệt từ cơ thể ít được đốt nóng hơn sang cơ thể được làm nóng nhiều hơn do công cơ học của nguồn bên ngoài.

Chiếc tủ lạnh gia đình mà bạn có trong căn hộ của mình là một ví dụ về máy điện lạnh. Trong đó, nhiệt được lấy ra khỏi buồng lạnh và truyền ra không gian xung quanh.

Xem xét các loại động cơ nhiệt này chi tiết hơn.

2.12.1 Động cơ nhiệt

Động cơ nhiệt là một thiết bị, ngược lại, trích xuất công việc hữu ích từ ¾cotic¿ nội năng của cơ thể. Việc phát minh ra động cơ nhiệt đã thay đổi hoàn toàn bộ mặt của nền văn minh nhân loại.

Sơ đồ nguyên lý của động cơ nhiệt có thể được mô tả như sau (hình 2.31). Hãy hiểu các yếu tố của lược đồ này có nghĩa là gì.

Chất lỏng làm việc của động cơ là chất khí. Nó mở rộng, di chuyển pít-tông và do đó thực hiện cơ học hữu ích

việc làm nic.

Nhưng để chất khí nở ra, thắng được ngoại lực thì phải nung nó đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường một cách rõ rệt. Để làm được điều này, khí đốt được đưa nhiên liệu cháy tiếp xúc với lò sưởi.

Trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, năng lượng đáng kể được giải phóng, một phần được sử dụng để đốt nóng khí. Khí nhận được từ lò sưởi một nhiệt lượng Q1. Chính nhờ nhiệt lượng này mà động cơ thực hiện được công A có ích.

Đây là tất cả rõ ràng. Tủ lạnh là gì và tại sao lại cần nó?

Chỉ với một lần giãn nở của chất khí, chúng ta có thể sử dụng nhiệt lượng đến một cách hiệu quả nhất có thể và biến nó hoàn toàn thành công. Vì

Để làm được điều này, cần phải giãn nở khí một cách đẳng nhiệt: định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, như chúng ta đã biết, cho chúng ta trong trường hợp này A = Q1.

Nhưng không ai cần mở rộng một lần. Động cơ phải hoạt động theo chu kỳ, tạo sự lặp lại tuần hoàn cho các chuyển động của piston. Vì vậy, khi kết thúc quá trình giãn nở, chất khí phải được nén lại, đưa nó trở lại trạng thái ban đầu.

Trong quá trình dãn nở, chất khí thực hiện dương một số công A1. Trong quá trình nén, chất khí A2 thực hiện công dương (và chất khí tự thực hiện công âm A2). Kết quả là công của khí trong một chu kỳ: A = A1 A2.

Tất nhiên, phải có A> 0, hoặc A2< A1 (иначе никакого смысла в двигателе нет). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении.

Làm thế nào để đạt được điều này? Trả lời: nén khí ở áp suất thấp hơn trong quá trình nở. Nói cách khác, trên biểu đồ pV, quá trình nén phải đi dưới quá trình giãn nở, tức là chu kỳ phải đi theo chiều kim đồng hồ (Hình 2.32).

Cơm. 2,32. Chu trình động cơ nhiệt

Ví dụ, trong chu trình ở hình bên, công do chất khí thực hiện trong quá trình giãn nở bằng diện tích của hình thang lượn V1 1a2V2. Tương tự, công của chất khí trong quá trình nén bằng diện tích của hình thang lượn V1 1b2V2 bằng một dấu trừ. Kết quả là công A của khí trong mỗi chu kỳ biến thành dương và bằng diện tích chu kỳ 1a2b1.

Được rồi, nhưng làm cách nào để làm cho khí trở về trạng thái ban đầu dọc theo một đường cong thấp hơn, tức là qua các trạng thái có áp suất thấp hơn? Nhớ lại rằng đối với một thể tích nhất định, áp suất của một chất khí càng thấp thì nhiệt độ càng giảm. Do đó, trong quá trình nén, chất khí phải chuyển qua các trạng thái có nhiệt độ thấp hơn.

Đó chính xác là những gì một tủ lạnh dùng để làm lạnh khí gas trong quá trình nén. Tủ lạnh có thể là bầu không khí (đối với động cơ đốt trong) hoặc nước chảy làm mát (đối với tuabin hơi nước).

Khi làm lạnh, chất khí tỏa ra một lượng nhiệt Q2 cho tủ lạnh. Nhiệt lượng toàn phần mà khí nhận được trong mỗi chu kì bằng Q1 Q2. Theo định luật đầu tiên của nhiệt động lực học:

Q1 Q2 = A + U;

trong đó U là độ thay đổi nội năng của khí trong mỗi chu kỳ. Nó bằng không: U = 0, vì khí đã trở lại trạng thái ban đầu (và nội năng, như chúng ta nhớ, là một hàm của trạng thái). Kết quả là công do khí thực hiện trong mỗi chu kỳ bằng:

A = Q1 Q2:

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

ô tô

Tủ lạnh

Cơm. 2,33. Máy lạnh

Lò sưởi

Cơ quan làm việc của hệ thống lạnh

Một chỉ tiêu đánh giá hiệu suất chuyển hóa cơ năng của nhiên liệu cháy thành công cơ học là hiệu suất của động cơ nhiệt.

Hiệu suất của động cơ nhiệt là tỉ số giữa công cơ học A và nhiệt lượng

Q1 bạn nhận được từ máy sưởi:

A: Q1

Tính đến mối quan hệ (2.12), chúng ta cũng có

	Q1Q2

Như chúng ta thấy, hiệu suất của động cơ nhiệt luôn kém hơn hiệu suất của động cơ nhiệt. Ví dụ, hiệu suất của tuabin hơi nước là khoảng 25%, và hiệu suất của động cơ đốt trong là khoảng 40%.

2.12.2 Máy lạnh

Từ khóa ở đây là ¾ tự phát¿. Nếu bạn sử dụng một nguồn năng lượng bên ngoài thì hoàn toàn có thể thực hiện quá trình truyền nhiệt từ vật lạnh sang vật nóng. Đây là những gì tủ lạnh làm.

So với động cơ nhiệt, các quá trình trong máy điện lạnh có chiều ngược lại (Hình 2.33).

Chất lỏng làm việc của máy điện lạnh còn được gọi là

cái hấp thụ nhiệt khi nó nở ra và giải phóng nó khi nó co lại.

Tủ lạnh trong một máy làm lạnh là một cơ quan mà từ đó nhiệt được loại bỏ. Tủ lạnh truyền hoạt động

cho cơ thể (chất khí) một lượng nhiệt Q2, do đó chất khí nở ra.

Trong quá trình nén, chất khí toả nhiệt Q1 đến vật nóng hơn là lò sưởi. Để quá trình truyền nhiệt diễn ra như vậy thì chất khí phải được nén ở nhiệt độ cao hơn so với khi nó nở ra. Điều này chỉ có thể thực hiện được do công A0 được thực hiện bởi nguồn bên ngoài (ví dụ, động cơ điện) 22. Do đó, lượng nhiệt

bạn chuyển sang lò sưởi hóa ra nhiều hơn lượng nhiệt lấy từ máy lạnh

dilnik, chỉ bằng giá trị của A0:

Q1 = Q2 + A0:

21 Trong các hệ thống lạnh thực, chất làm lạnh là một dung dịch dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp, hấp thụ nhiệt trong quá trình bay hơi và giải phóng nó trong quá trình ngưng tụ.

22 Trong các thiết bị lạnh thực, động cơ điện tạo ra áp suất thấp trong dàn bay hơi, làm cho chất làm lạnh sôi và thu nhiệt; ngược lại, trong dàn ngưng, động cơ điện tạo ra áp suất cao, theo đó môi chất lạnh ngưng tụ và tỏa nhiệt.

Như vậy, trên giản đồ pV, chu trình hoạt động của máy điện lạnh đi ngược chiều kim đồng hồ. Vùng chu kỳ là công A0 được thực hiện bởi một nguồn bên ngoài (Hình 2.34).

Cơm. 2,34. Chu trình làm lạnh

Mục đích chính của máy làm lạnh là làm mát một bể chứa nhất định (ví dụ, tủ đông lạnh). Trong trường hợp này, bồn chứa này đóng vai trò là tủ lạnh, và môi trường đóng vai trò như một lò sưởi, nhiệt thoát ra từ bồn chứa sẽ được tản vào trong đó.

Một chỉ số đánh giá hiệu suất của máy làm lạnh là hệ số hiệu suất, bằng tỷ số giữa nhiệt thoát ra khỏi tủ lạnh và công của nguồn bên ngoài:

Q A 2 0:

Hệ số hiệu suất có thể lớn hơn một. Trong tủ lạnh thực, nó có các giá trị xấp xỉ từ 1 đến 3.

Một chỉ số đánh giá hiệu suất của bơm nhiệt là hệ số cấp nhiệt, bằng tỉ số giữa nhiệt lượng truyền vào bình được nung nóng để sinh công

nguồn bên ngoài:

Q A 1 0:

Các giá trị của hệ số cấp nhiệt của máy bơm nhiệt thực thường nằm trong khoảng từ 3 đến 5.

2.12.3 Động cơ nhiệt Carnot

Đặc tính quan trọng của động cơ nhiệt là nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của chất lỏng làm việc trong chu trình. Các giá trị này tương ứng được gọi là nhiệt độ lò sưởi và nhiệt độ tủ lạnh.

Ví dụ, nhiệt độ lớn nhất của chất lỏng làm việc của động cơ là 1000 K và nhiệt độ nhỏ nhất là 300 K. Giới hạn lý thuyết của hiệu suất của động cơ như vậy là bao nhiêu?

Câu trả lời cho câu hỏi này được đưa ra bởi nhà vật lý và kỹ sư người Pháp Sadi Carnot vào năm 1824. Ông đã phát minh và nghiên cứu ra một động cơ nhiệt tuyệt vời với khí lý tưởng như

cơ quan làm việc. Máy này hoạt động theo chu trình Carnot bao gồm hai đường đẳng nhiệt và hai đường đoạn nhiệt.

Hãy xem xét chu kỳ trực tiếp của máy Carnot, đi theo chiều kim đồng hồ (Hình 2.35). Trong trường hợp này, máy hoạt động như một động cơ nhiệt.

T 23

Cơm. 2,35. Chu trình carnot

Isotherm 1! 2. Trên trang web 1! 2, chất khí được đưa tiếp xúc nhiệt với lò sưởi có nhiệt độ T1 và nở ra đẳng nhiệt. Nhiệt lượng Q1 tỏa ra từ lò sưởi được biến đổi hoàn toàn thành công trong diện tích này là: A12 = Q1.

Adiabat 2! 3. Với mục đích nén tiếp theo, cần phải chuyển khí sang vùng có nhiệt độ thấp hơn. Để làm điều này, khí được cách nhiệt và sau đó giãn nở đoạn nhiệt trên khu vực 2! 3. Khi nở ra, chất khí sinh công dương A23 và do đó nội năng của nó giảm đi: U23 = A23.

Isotherm 3! 4. Lớp cách nhiệt bị loại bỏ, khí được đưa vào tiếp xúc nhiệt với giàn lạnh nhiệt độ T2. Quá trình nén đẳng nhiệt xảy ra. Chất khí mang lại cho tủ lạnh nhiệt lượng Q2 và làm công âm A34 = Q2.

Adiabat 4! 1. Phần này là cần thiết để đưa khí trở lại trạng thái ban đầu. Trong quá trình nén đoạn nhiệt, chất khí làm công âm A41, và nội năng biến thiên theo chiều dương: U41 = A41. Khí được nung nóng đến nhiệt độ ban đầu T1.

Carnot nhận thấy hiệu quả của chu trình này (không may là các phép tính nằm ngoài phạm vi của chương trình giảng dạy ở trường):

	T 1T 2

Ngoài ra, ông đã chứng minh rằng hiệu suất của chu trình Carnot là lớn nhất có thể đối với tất cả các động cơ nhiệt có nhiệt độ nóng T1 và nhiệt độ lạnh T2.

Vì vậy, trong ví dụ trên (T1 = 1000 K, T2 = 300 K) chúng ta có:

max = 1000 300 = 0; 7 (= 70%): 1000

Điểm của việc sử dụng chính xác các đường đẳng nhiệt và đoạn nhiệt, chứ không phải một số quá trình khác là gì? Nó chỉ ra rằng các quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt làm cho máy Carnot có thể đảo ngược. Nó có thể được chạy ngược lại (ngược chiều kim đồng hồ) giữa cùng một lò sưởi và tủ lạnh mà không liên quan đến các thiết bị khác. Trong trường hợp này, máy Carnot sẽ hoạt động như một máy làm lạnh.

Khả năng chạy máy Carnot theo cả hai chiều đóng một vai trò rất quan trọng trong nhiệt động lực học. Ví dụ, thực tế này đóng vai trò là một liên kết trong việc chứng minh hiệu quả tối đa của chu trình Carnot. Chúng ta sẽ trở lại vấn đề này trong bài tiếp theo về định luật thứ hai của nhiệt động lực học.