Miten Ramjetit Toimivat

{h1}

Ramjetin avulla ilma-autoliikenne heiluttaa ilman läpi uskomattomilla nopeuksilla. Lue lisää WordsSideKick.comin raporteista.

Kuten kaikki, jotka ovat koskaan vatsa floppasi suuresta sukelluksesta, voivat kertoa teille, kun osut fluidiin antamatta sille aikaa päästä pois tieltä, se pyrkii kärsimään. Divers voittavat fysiikan tekemällä virtaviivaisempia uppoumia ja nopeammin autoja ja ilma-aluksia tekevät urheilullisesti enemmän aerodynaamisia muotoja. Mutta on olemassa kohta, lähellä ääniraja, jossa virtaviivaistaminen ei riitä - nopeus, jossa hyvin ilma, joka pitää koneesi ylhäällä, alkaa vasara sinuun nähtävästi ylitsepääsemättömällä vetämällä, hampaiden hermostuneella turbulenssilla ja raa'illisilla iskuilla. Todellakin monet uskoivat tämän ääniesteen rikkoutumattomaksi, kunnes Chuck Yeagerin raketti-powered Bell X-1 todisti 14.10.1947 väärin.

Mutta entä jos voisit kääntää kaiken tuon paisutetun ilman eduksi? Entä jos sen sijaan, että kiertelisitte potkurin läpi tai poltettaisiin rakettien läpi, voit pakata sen erityisen muotoiseen putkeen, pumppaamaan sen räjähdyspaineeseen ja tulenkestävään suuttimeen ylisuurilla nopeuksilla, joilla ei ole suuria liikkuvia osia? Sinulla olisi erityinen tyyppinen suihkumoottori, "lentävä stovepipe", joka sopii leikkaamaan taivasta tuhansia kilometrejä tunnissa. Sinulla olisi a Patoputki.

Mutta raagalin näennäinen yksinkertaisuus on harhaanjohtava; se vie huippuluokan ilmailutekniikan, nykyaikaisen materiaalin ja tarkkuusvalmistuksen vetäytymään - mikä osittain selittää sen, miksi ajatus, joka oli lähes yhtä vanha kuin moottorikäyttöinen lento, otettiin toistuvasti käyttöön ja hylkäsi vuosikymmeniä ennen kylmän sodan aikana saavutettua vähäistä menestystä.

Toisin kuin sen tärkein nopeuskilpailu, raketti, joka polttaa polttoainetta käyttämällä aluksella hapettavia aineita, kuten ammoniumnitraattia, kaliumkloraattia tai ammoniumkloraattia, ramjets hengittää ilmaa. Näin ollen, vaikka raketit voivat toimia lähellä tyhjiä avaruutta, rafts on lentää ilmakehän läpi. Heidän täytyy tehdä niin hyvin suurilla nopeuksilla - noin 2,5-3,0 Mach tai 3 kertaa äänen nopeus - koska rafts työskentelevät valjastamalla ram paine, luonnollisen ilmakompression, jonka ilma-aluksen nopeus aiheuttaa. Toisin sanoen soturit tekevät liittolaisia ​​hyvin iskujaalloista ja puristusvoimista, jotka vastustivat kerran suurta nopeutta; ne kirjaimellisesti menevät virtaukselle [lähteet: Encyclopaedia Britannica; NASA].

Ramjetit ovat tehokkaampia pitkiä matkoja kuin raketit, mutta niillä on huomattava haitta: Ne ovat hyödyttömiä matalilla nopeuksilla. Niinpä he luottavat pelastusraketeihin tai muihin ajoneuvoihin nopeuden saavuttamiseksi. Itsenäiset raporti-ilma-alukset käyttävät tyypillisesti hybridimoottoreita [lähde: NASA].

Jos tämä selitys lensi ohi ylimpänä nopeudella, on luultavasti siksi, että ohitimme paljon viileitä ja kiinnostavia juttuja. Katsotaanpa, miten suihkumoottorit ovat kehittäneet tämän modernin ihmettelemisen.

Detonations and Arrivals

Kameramies, jolla on suurnopeuskaapeli, kertoo raketti I-40 -moottorin työntövoiman liekin Clevelandin Lewis Flight Propulsion Laboratoriossa. (Laboratorni tunnettiin myöhemmin John Glenn Research Centeriksi.)

Kameramies, jolla on suurnopeuskaapeli, kertoo raketti I-40 -moottorin työntövoiman liekin Clevelandin Lewis Flight Propulsion Laboratoriossa. (Laboratorni tunnettiin myöhemmin John Glenn Research Centeriksi.)

Jätit käyvät kontrolloiduissa räjähdyksissä. Tämä kuulostaa oudolta, kunnes huomaat, että useimmat automoottorit tekevätkin: Vedä ilmassa, pakkaa se, sekoita polttoaineeseen, sytytä se ja ärsytä! Olet työntänyt männän. Mutta kun bensiini- ja dieselmoottorit sisältävät suhdanteita tai ajoittainen palaminen, suihkukoneet edellyttävät jatkuva polttaminen, jossa polttoaine ja ilma sekoittuvat ja palavat pysähtyneenä. Kummassakin tapauksessa, enemmän kumiä polttaa, mikä tarkoittaa enemmän kaasua, ja se tarkoittaa imemistä enemmän happea saaden seoksen oikein. Souped-up autot tekevät tämän kanssa superchargers; suihkumoottoreissa se on monimutkaisempi [lähde: Encyclopaedia Britannica].

Ensimmäinen operatiivinen suihkukone ilmaantui taisteluun toisen maailmansodan loppupuolella käyttäen suihkuturbiini moottorit, yksinkertainen mutta nerokas muotoilu, joka perustuu Brayton (tai Joule) sykli: Kun lentokone lentää, ilmavirta kulkee sisään diffuusori, kammio, joka hidastaa ilmavirtausta ja estää iskuja. Sitten se kulkee läpi sarjan terälevyjä: kehruu roottorit, jotka pakottavat ilmaa taaksepäin ja pysyvät paikallaan staattorit, jotka ohjaavat ilmavirtaa. Yhdessä ne toimivat kompressorina, joka pumpottaa paineita suihkun polttokammiossa. Siellä polttoaine sekoittuu paineilman kanssa ja syttyy, räjäyttämällä lämpötilaa 1800-2800 F (980-1540 C) tai korkeammalle [lähteet: Encyclopaedia Britannica; Krueger; Spakovszky].

Paine nousee lämpötilan noustessa, joten tämä räjähdys luo paljon voimaa, jolla ei ole mitään tekemistä, vaan pyrkii nopeasti poistumaan. Kun pakoputki kulkee takasuuttimen läpi, se tuottaa työntövoimaa lentokoneen liikuttamiseksi. Tätä suutinta kohti kulkeva pakokaasukäyrä pyörii myös roottoreihin kytketyllä turbiinilla vääntömomenttiakselilla. Kun turbiini pyörii, se siirtää energiaa eteenpäin kompressoripaloihin, täydentämällä sykliä.

Lentokoneissa, joissa on potkuriturbiinikonetta tai helikopterien kanssa akseliturbiini- moottorit, myös turbiinit siirtävät voiman potkurille tai helikopterin roottorille sarjan vaihteita käyttäen.

Turbojets pakkaa paljon valtaa, mutta taistelee pienillä nopeuksilla. Näin ollen 1960- ja 1970-luvuilla alhaisen ylikansallisen ilma-alus alkoi suuntautua kohti turbofans että useimmat yksityiset suihkukoneet ja kaupalliset matkustajat käyttävät yhä. Turbomoottori on moottoreiden turbulenssi - lähinnä turbojet, joka on kiedottu suurempaan päällysteeseen, jossa iso tuuletin on löystynyt sen eteen. Tuuletin vetää enemmän ilmaa, jonka moottori sitten jakautuu kahteen virtaan: Jotkut ilma kulkee sisäkkäisen turbojetin läpi, kun taas loput virtaa tyhjän tilan ympärillä.Nämä kaksi virtaa yhdistyvät, kun ohjattu jäähdytysilma sekoittuu turbojetin pakokaasun kanssa ja hidastaa sitä, mikä luo suuremman, hitaamman työntövirran, joka on tehokkaampi pienillä nopeuksilla [lähteet: Encyclopaedia Britannica; Krueger].

Sillä välin, kun turbofanit tulivat omaansa, tutkimus raketti-ilma-autoille lyö lopulta askeleen. Se oli ollut pitkä tie.

jälkipolttimia

Joitakin turbojettejä ja turbofaneja yhdistyy jälkipolttimia, joka tuottaa enemmän energiaa pistämällä polttoaineen pakokaasuun sen jälkeen, kun se kulkee turbiinin läpi ja nostaa sen uudelleen. Tämä prosessi, joka tunnetaan myös nimellä lämmitä, on tehoton, mutta voi lisätä turbofaania jopa 50 prosenttia [lähteet: Encyclopaedia Britannica; Pratt & Whitney]. Kun jälkipolttoaineet ovat käteviä lentoonlähdön aikana tai epäsuotuisissa, matala- tai matalapaineisissa olosuhteissa. Ne löytyvät enimmäkseen ylikellotuskoneistosta, vaikka Concorde SST käytti niitä myös lentoonlähdössä [lähteet: Encyclopaedia Britannica; NASA; Pratt & Whitney].

Ramjet, ennen aikansa?

Jokainen, joka sanoi, että sinun täytyy kävellä ennen kuin voit ajaa, ei ole koskaan tavannut ranskalainen René Lorin. Hän näki ram-paineen propulsio-mahdollisuudet jo vuonna 1913, kun lentäjät olivat edelleen lentäneet kunnioitettuja puisten leijoja. Tietäen suunnittelun turhautuvuudesta subsonisillä nopeuksilla, hän suunnitteli raketti-avusteisen lentopommi. Ranskalainen armeija heitti hänet pois. Unkarin insinööri, toinen raporaajien edelläkävijä, Albert Fono, noudatti samanlaista ajatusta vuonna 1915 ja sai vastaavan vastaanoton Austro-Unkarin armeijalta [lähteet: Gyorgy; Heiser ja Pratt; Wolko].

Ramjet-mallit saivat lyhyen muodin maailmansodan välillä. Neuvostoliiton insinöörit ryhtyivät varhaisiin askeleisiin rakettiperusteisissa raporteissa (ks. Seuraava osio), mutta kiinnostus paloi ennen vuotta 1940. Saksan miehitys keskeytti ranskalaisen insinöörin René Leducin varhaisen työn, mutta hänen pysyvyytensä ja salaisuutensa maksoivat 21. huhtikuuta 1949, jolloin hänen Lorin -mallittu 010 -malli teki ensimmäisen lentokoneensa lennon. Löytyi ylhäällä Languedoc 161: n matkustajakoneella, se lensi 12 minuuttia ja saavutti 450 km / h (lähteet: Siddiqi; Ward; Wolko; Yust et ai.].

Ja jonkin aikaa, se oli se. Leducin menestyksestä huolimatta rahoituksen puute lopetti virallisen tuen tutkimukselleen vuonna 1957 [lähteet: Siddiqi; Ward; Wolko; Yust et ai.]. Räkkälä alkoi näyttää keksinnöltä ilman sovellusta. Sillä välin toisen maailmansodan aikana oli käynnistetty ensimmäisen sukupolven operatiivisia turbojettejä: British Gloster Meteor, saksalainen Messerschmitt Me 262 ja amerikkalainen Lockheed F-80 Shooting Star [lähteet: Encyclopaedia Britannica; Encyclopaedia Britannica; Encyclopaedia Britannica; USAF: n kansallismuseo; van Pelt].

Kun sota loppui ja kylmän sodan kuumeneminen tuli selväksi, että turbojet ja turbofanit esittivät käytännöllisempia subsonisia ja pienikokoisia ratkaisuja kuin rafts. Tämän jälkeen useimmat Yhdysvaltojen ja Neuvostoliiton raporteissa keskityttiin mannertenvälisten ohjusten rakentamiseen. Vuonna 1950 amerikkalainen insinööri William H. Avery ja Johns Hopkinsin yliopiston Applied Physics Laboratory tuotti Amerikan yhdysvaltalaisen merivoimien ensimmäisen raporti-ohjuksen talosta. Tulevat sukupolvet viimeistelisivät ja tehostaisivat suunnittelua ja ottaisivat käyttöön hybridiä ramrockets pystyy saavuttamaan korkeat ylinopeudet (Mach 3-5) (katso seuraava jakso) [lähteet: Hoffman; Kossiakoff; Ward].

Huolimatta Hiller XHOE-1 Hornet -helikopterista huolimatta, ehdotettu Republic XF-103 -pommitunnistin ja lyhytikäinen Lockheed D-21B miehittämättömät tiedustelujoukot, racer-ilma-alukset heikensivät vuoden 1964 debyyttinsä Lockheed SR-71 Blackbird. Nopeimmin miehitetyillä ilma-aluksilla, kunnes hän siirtyi eläkkeelle vuonna 1989, Mach 3+ Blackbird käytti myös hybridimoottoria, jota kutsuttiin turboramjet [lähteet: USAF: n kansallismuseo; Smithsonian; Ward].

Hyppäämme SR-71: een ja muihin ramjet hybrideihin ja alatyyppeihin seuraavassa osassa.

Rudi Ramjet?

Toisen maailmansodan loppuun mennessä Saksa oli alkanut tutkia lukuisia suihkukoneita, mukaan lukien rakettien avustuksella varustetut ramet, Fw 252 "Super Lorin" ja ramjet-powered Sänger-Bredt antipodal-pommikone. Tunnetuimmin he rakensivat onnistuneesti V-1 Buzz Bombin, höyrykatapulta käynnistetyn, pulssi-jet-ohjaavan pommi. Pulssisuihku ei ole raversi, mutta niillä on yhteisiä ominaisuuksia, mukaan lukien yksinkertaisuus ja vähäiset liikkuvat osat [lähteet: Encyclopaedia Britannica; Encyclopaedia Britannica; Encyclopaedia Britannica; USAF: n kansallismuseo; van Pelt].

Ramjets: Machin tekeminen

Lockheed SR-71A Blackbird-tiedustelu-ilma valmistelee lennon. The Blackbird pysähtyi Steven F. Udvar-Hazy Centerin lensi kerran Los Angelesista Washington, D.C., yhden tunnin, neljän minuutin ja 20 sekunnin.

Lockheed SR-71A Blackbird-tiedustelu-ilma valmistelee lennon. The Blackbird pysähtyi Steven F. Udvar-Hazy Centerin lensi kerran Los Angelesista Washington, D.C., yhden tunnin, neljän minuutin ja 20 sekunnin.

Jos ravat ovat niin fiddly, niin miksi vaivautua? No, Mach 2,5+: ssa syntyneissä paineissa ja lämpötiloissa suurin osa suihkumoottoreista tulee äärimmäisen epäkäytännöllisiksi - ja täysin hyödytön. Vaikka voisitte tehdä yhden työn, niin yhdistettäisiin vaarat, jotka johtaisivat tuulimyllyyn hirmumyrskyssä, ja aalikonseptin vetämisen turhamaisuutta Oahun North Shoreen.

Ramjetit ottavat muiden suuttimien perusperiaatteet ja pyöritä niitä jopa 11: een, ilman suuria liikkuvia osia. Ilma kulkee raderin diffuusorilla ylivoimaisilla nopeuksilla, hyökkäämällä sitä iskuilla, jotka auttavat rakentamaan paineita. Imukykyinen timanttimuotoinen keskikappale puristaa edelleen ilmaa ja hidastaa sitä ääntä hitaammin, jotta se sekoittuu tehokkaammin polttoaineeseen ja polttoon. Palaminen tapahtuu avoimessa kammiossa, joka muistuttaa jättimäistä jälkipoltinta, jossa nestemäistä polttoainetta ruiskutetaan tai kiinteää polttoainetta poistetaan kammion sivuilta [lähteet: Ashgriz; Encyclopaedia Britannica; SPG; Ward].

Ramjetin nopeusrajoitukset vähitellen inspiroivat hybridimoottoreita, jotka voisivat lentää alhaisemmilla nopeuksilla ja kiihdyttää yliäänien nopeuteen. Tunnetuin esimerkki, SR-71 Blackbird, käytti turbojet-ramjet hybridiä, jota kutsuttiin turboramjet. Nämä moottorit toimivat kuten jälkipoltto-turboahdon, kunnes hyvin Mach 1: n jälkeen, jonka jälkeen kanavat ohittavat turbojetin ja ohjaavat ram-kompressoidun ilmavirran jälkipolttoon, mikä tekee moottorista käyttäytyvän kuin ramjet [lähde: Ward].

Missile-malleja puolestaan ​​vähitellen irrottautuivat vahvistajiin siirtämällä niitä itse sisällä, luomalla ramrockets, alias integraalinen rakettirakenne. Rakennuksen kiihdytyksen aikana pistokkeet sulkevat tilapäisesti raderin imu- ja polttoainesuuttimet. Kun raketit viedään ja raversi nopeutuu, nämä ponnahtaa pois ja tyhjät raketit toimivat polttokammioina [lähde: Ward].

Odotan, että Mach 5 -linjan ylittäminen hypersonisiin nopeuksiin todennäköisesti merkitsee scramjets (supersonic combusting ramjets). Toisin kuin muut rajat, scramjetit eivät tarvitse hidastaa ilmaa subsonisiin nopeuksiin polttokammiossaan. Sytytyksen ja laajenemisen poistamiseksi 0,001 sekunnissa ennen kuin paineilma päästää pakokaasua, skramjetit käyttävät tyypillisesti vetypolttoainetta, jolla on korkea spesifinen impulssi (muutos momentissa yksikkömassaa kohti), syttyy laajan polttoaine-ilman suhteen ja vapauttaa valtavan energian purkauksen poltettaessa (lähteet: Bauer; Encyclopaedia Britannica; NASA].

Scramjetit pysyivät teoreettisina viime vuosikymmeninä, ja työ on edelleen kokeilevaa. Marraskuussa 2004 NASAn kahdeksanvuotisessa 230 miljoonan dollarin Hyper-X-ohjelmassa tuotettiin scramjet, joka saavutti 9,6 Machin viimeisellä lennollaan. Jotkut analyytikot uskovat, että teknologia voi saavuttaa Mach 15-24, mutta lentomatka hypersonisilla nopeuksilla merkitsee voimien voittamista toisin kuin edes nopeimmin ylittävillä käsityöaluksilla. Lyhyesti sanottuna meillä on pitkä matka ennen kuin voimme siirtyä New Yorkista Los Angelesiin 12 minuutissa [lähteet: Bauer; DARPA; Fletcher; NASA].

Interstellar Ramjet

Yksi suurimmista esteistä rakettipohjaiselle avaruusmatkailulle on kiihtyvyyden ja polttoaineen eksponentiaalinen suhde. Mitä nopeammin menet, sitä enemmän polttoainetta tarvitset; mitä enemmän polttoainetta kuljetat, sitä enemmän massaa, jonka lisäät, sitä enemmän ylimääräistä polttoainetta sinun täytyy voittaa [lähteet: pitkä; NASA].

Tässä mielessä fyysikot ovat ehdottaneet muita ratkaisuja, mukaan lukien kaikki aurinkopurjeista räjähtäviin irrotettuihin ydinpommeihin. Vuonna 1960 fyysikko Robert Bussard ehdotti tähtienvälistä ramjetia, joka keräisi veloitettuja hiukkasia avaruudessa sähkömagneettisen kentän kautta, lähentää niitä, luo fuusioreaktion ja käyttää energiaa propulsioon [lähteet: Long; NASA].

Tekijän huomautus: kuinka Ramjetit toimivat

Olen usein lumonnut tarinoita suurista innovaatioista, jotka eivät löytäneet sovellusta, kun ne keksittiin. Esimerkiksi tämän artikkelin kirjoittaessa muistutettiin toistuvasti laserista, jota kutsuttiin kerran ongelman etsimiseksi.

Voi, mikä ero muutaman vuosikymmenen aikana tekee.

Toisaalta joskus kummalliset keksinnöt tekevät miljoonia. Muina aikoina keksiä asioita yhdeksi tarkoitukseksi, joka osoittautuu ennalta arvaamattomista sovelluksista. Monien maksuosuuksiensa joukossa amerikkalainen avaruusohjelma keksi uimapuvun ja muuttui vaippoja ikuisesti. Nykyään materiaalitutkijat löytävät ominaisuuksia, joille emme vielä löydä käyttötapoja. Onnea he tulevat paremmin kuin Lorin.


Video Täydentää: .




Tutkimus


Math For Drrones, Itsensä Ajo-Autoja Voittaa Top Student Science -Palkinnon
Math For Drrones, Itsensä Ajo-Autoja Voittaa Top Student Science -Palkinnon

Uusi Kumi-Kaltainen Materiaali Voi Parantua Itsestään
Uusi Kumi-Kaltainen Materiaali Voi Parantua Itsestään

Tiede Uutiset


Miehet, Jotka Syyttävät Uhria Seksuaaliselle Häirinnälle, Ovat Usein Harassers
Miehet, Jotka Syyttävät Uhria Seksuaaliselle Häirinnälle, Ovat Usein Harassers

Watch Live: Nasa Julkistaa Uuden Maapallon Katselusatelliitin
Watch Live: Nasa Julkistaa Uuden Maapallon Katselusatelliitin

Alhainen Seksuaalinen Halu Syö Ihmisiä Myös
Alhainen Seksuaalinen Halu Syö Ihmisiä Myös

16. Vuosisadan Haaksirikko Pois Florida Coast Worth Millions. Mutta Se Kuuluu Ranskaan, Ei Yhdysvaltoihin.
16. Vuosisadan Haaksirikko Pois Florida Coast Worth Millions. Mutta Se Kuuluu Ranskaan, Ei Yhdysvaltoihin.

Fitbit Force Vs. Fitbit Flex: Head-To-Head Fitness Tracker Vertailu
Fitbit Force Vs. Fitbit Flex: Head-To-Head Fitness Tracker Vertailu


FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com