Jet Propulsion dans l'ingénierie et la nature - Exemples

Pour la plupart des gens, le terme «propulsion par réaction» est présenté sous la forme de progrès modernes dans la science et la technologie, en particulier en physique. La propulsion par réaction dans la technologie est souvent associée à des engins spatiaux, à des satellites et à des avions à réaction. Il s'avère que le phénomène de la propulsion par réaction existait beaucoup plus tôt que la personne elle-même, et indépendamment de lui. Les gens ont seulement réussi à comprendre, utiliser et développer ce qui est subordonné aux lois de la nature et de l'univers.

Qu'est-ce qu'un mouvement de jet?

En anglais, le mot "jet" sonne comme "jet". Par cela on entend le mouvement du corps qui se forme pendant la séparation d'une partie avec une certaine vitesse. Une force apparaît qui déplace le corps dans la direction opposée à la direction du mouvement, en séparant une partie de celui-ci. Chaque fois que la matière sort de l'objet et que l'objet se déplace dans la direction opposée, un mouvement de jet est observé. Afin de soulever des objets dans les airs, les ingénieurs doivent concevoir une installation à jet puissant. En libérant des flots de flammes, les moteurs de la fusée l'envoient dans l'orbite de la Terre. Parfois, les fusées lancent des satellites et des sondes spatiales.

En ce qui concerne les avions de ligne et les avions militaires, le principe de leur fonctionnement est un peu comme le décollage d'une fusée: le corps physique réagit au puissant jet de gaz éjecté, à la suite duquel il se déplace dans la direction opposée. C'est le principe de base de l'exploitation des avions à réaction.

Les lois de Newton en mouvement de jet

Les ingénieurs basent leur développement sur les principes de l'univers, d'abord détaillés décrits dans les travaux de l'éminent scientifique britannique Isaac Newton, qui a vécu à la fin du 17ème siècle. Les lois de Newton décrivent les mécanismes de la gravité et nous disent ce qui se passe quand les objets bougent. Ils expliquent particulièrement clairement le mouvement des corps dans l'espace.

La seconde loi de Newton détermine que la force d'un objet en mouvement dépend de la quantité de matière qu'il contient, en d'autres termes, de ses masses et des changements de la vitesse du mouvement (accélération). Par conséquent, afin de créer une fusée puissante, il est nécessaire qu'elle produit constamment une grande quantité d'énergie à haute vitesse. La troisième loi de Newton dit que pour chaque action, il y aura une force égale, mais une opposition opposée. Les moteurs à réaction dans la nature et la technologie sont soumis à ces lois. Dans le cas d'une fusée, la force d'action est une matière qui vole hors du tuyau d'échappement. La contre-action consiste à pousser la fusée vers l'avant. C'est la force des émissions qui pousse la fusée. Dans l'espace, où la fusée n'a pratiquement aucun poids, même une légère poussée des moteurs de la fusée peut faire avancer rapidement un gros navire.

Technique qui utilise la propulsion par réaction

La physique de la propulsion par réaction est que l'accélération ou la décélération du corps se produit sans l'influence des corps environnants. Le processus se produit en raison de la séparation d'une partie du système.

Des exemples de propulsion à réaction dans la technologie sont:

1. le phénomène de recul d'un tir;
2. des explosions;
3. coups pendant les accidents;
4. retour sur l'utilisation d'un tuyau puissant;
5. bateau à jet d'eau;
6. un avion à réaction et une fusée.

Les corps créent un système fermé s'ils n'interagissent que les uns avec les autres. Une telle interaction peut entraîner un changement de l'état mécanique des corps formant le système.

Quel est l'effet de la loi de conservation de l'impulsion?

Pour la première fois cette loi a été lue par le philosophe et physicien français R. Descartes. Lorsque deux corps ou plus interagissent, un système fermé se forme entre eux. Chaque corps a son impulsion quand il bouge. C'est la masse du corps, multipliée par sa vitesse. L'impulsion totale du système est égale à la somme vectorielle des impulsions des corps qui s'y trouvent . L'impulsion de l'un des corps à l'intérieur du système change en raison de leur influence mutuelle. L'impulsion totale des corps dans un système fermé reste inchangée pour divers déplacements et interactions de corps. C'est la loi de conservation de l'élan.

Des exemples du fonctionnement de cette loi peuvent être toute collision de corps (boules de billard, voitures, particules élémentaires), ainsi que des ruptures de corps et de tir. Quand un coup de feu est tiré d'une arme, il revient: l'obus se précipite vers l'avant et l'arme elle-même est repoussée. A cause de quoi cela se passe-t-il? La balle et les armes forment un système fermé entre elles, où opère la loi de conservation de l'élan. Lors du tir, les impulsions de l'arme elle-même et les balles changent. Mais l'impulsion totale de l'arme et de la balle avant le tir sera égale à l'élan total de l'arme qui roule et de la balle tirée après le tir. Si la balle et le fusil avaient la même masse, ils seraient dispersés dans des directions opposées avec la même vitesse.

La loi de conservation de l'impulsion a une large application pratique. Cela nous permet d'expliquer le mouvement du jet, grâce auquel les vitesses les plus élevées sont atteintes.

Propulsion par réaction en physique

L'exemple le plus frappant de la loi de conservation de l'impulsion est la propulsion par fusée. La chambre de combustion est la partie la plus importante du moteur. Dans l'une de ses parois, il y a une buse à jet, adaptée pour le dégagement de gaz qui se produit lorsque le combustible est brûlé. Sous l'influence de la haute température et de la pression, le gaz quitte la buse du moteur à une vitesse énorme. Avant le lancement de la fusée, son élan par rapport à la Terre est nul. Au moment du lancement, le missile reçoit également une impulsion égale à l'impulsion de gaz, mais opposée en direction.

Un exemple de la physique de la propulsion par réaction peut être vu partout. Pendant la célébration du ballon d'anniversaire peut facilement devenir une fusée. Comment? Gonflez le ballon, en serrant le trou ouvert de sorte que l'air ne le quitte pas. Maintenant, relâchez-le. Un ballon avec une vitesse énorme conduira autour de la pièce, conduit par l'air volant hors de lui.

Histoire de la propulsion par réaction

L'histoire des moteurs à réaction a commencé même dans 120 ans avant JC, lorsque Geron d'Alexandrie a conçu le premier moteur à réaction - eolipil. L'eau est versée dans le bol en métal, qui est chauffé par le feu. La vapeur qui s'échappe de cette boule la fait tourner. Cet appareil montre le mouvement du jet. Le moteur de Héron les prêtres utilisé avec succès pour ouvrir et fermer les portes du temple. Modification de eolipil - Segnerovo roue, qui est effectivement utilisé à notre époque pour l'irrigation des terres agricoles. Au 16ème siècle, Giovanni Branca a présenté la première turbine à vapeur du monde, qui fonctionnait sur le principe de la propulsion à réaction. Isaac Newton a proposé l'un des premiers modèles d'une voiture à vapeur.

Les premières tentatives d'utilisation de la propulsion par réaction dans la technique de déplacement le long de la terre remontent aux XVe et XVIIe siècles. Il y a 1000 ans, les Chinois avaient des missiles utilisés comme armes militaires. Par exemple, en 1232, selon la chronique, dans la guerre avec les Mongols, ils ont utilisé des flèches équipées de missiles.

Les premières tentatives de construction d'un avion à réaction ont commencé en 1910. La base a été prise de recherche de fusée des siècles passés, qui décrit en détail l'utilisation des accélérateurs de poudre, ce qui peut raccourcir considérablement la durée de post-combustion et de décollage. Le concepteur principal était l'ingénieur roumain Henri Coanda, qui a construit un avion basé sur un moteur à piston. Le premier découvreur de la propulsion à réaction en ingénierie peut à juste titre être appelé un ingénieur d'Angleterre - Frank Wheat, qui a proposé les premières idées pour créer un moteur à réaction et a obtenu son brevet pour eux à la fin du XIXe siècle.

Les premiers moteurs à réaction

Pour la première fois, le développement d'un moteur à réaction en Russie a été entrepris au début du 20ème siècle. La théorie du mouvement des avions à réaction et de la technologie des fusées capables de développer la vitesse supersonique a été avancée par le célèbre scientifique russe K. E. Tsiolkovski. Pour réaliser cette idée, le talentueux designer AM Lyulka a réussi. C'est lui qui a créé le projet du premier avion à réaction de l'URSS fonctionnant avec une turbine à réaction. Les premiers jets ont été créés par des ingénieurs allemands. La création de projets et la production ont été menées secrètement dans des usines déguisées. Hitler avec son idée de devenir une règle mondiale, connecté les meilleurs designers allemands pour produire les armes les plus puissantes, y compris les avions à grande vitesse. Le plus réussi d'entre eux était le premier jet allemand, le Messerschmitt-262. Cet avion est devenu le premier au monde à réussir tous les tests, monté librement dans les airs et a commencé à être sérialisé par la suite.

L'avion avait de telles caractéristiques:

• L'appareil avait deux turboréacteurs.
• Dans l'arc était situé radar.
• La vitesse maximale de l'avion atteint 900 km / heure.

Grâce à tous ces indicateurs et caractéristiques de conception, le premier avion à réaction "Messerschmitt-262" était un formidable moyen de lutte contre d'autres avions.

Prototypes d'avions de ligne modernes

Dans la période d'après-guerre, les concepteurs russes ont créé des avions à réaction qui sont devenus plus tard des prototypes d'avions de ligne modernes.

Le I-250, mieux connu sous le nom de légendaire MiG-13, est un combattant sur lequel AI Mikoyan a travaillé. Le premier vol a été fait au printemps de 1945, tandis que le chasseur à réaction a montré une vitesse record, atteignant 820 km / h. Les avions MiG-9 et Yak-15 ont été lancés.

En avril 1945, pour la première fois, un avion à réaction PO Sukhoi-Su-5 décolle pour le ciel, se lève et s'envole en raison d'un motocompresseur à réaction pneumatique et d'un moteur à piston situé dans la partie arrière de la structure.

Après la guerre et la capitulation de l'Allemagne fasciste, l'Union Soviétique reçut des jets allemands avec des moteurs à réaction JUMO-004 et BMW-003 comme trophées.

Les prototypes du premier monde

Le développement, l'essai de nouveaux avions de ligne et leur production ont impliqué non seulement des concepteurs allemands et soviétiques. Des ingénieurs des États-Unis, d'Italie, du Japon, de Grande-Bretagne ont également créé de nombreux projets couronnés de succès, la propulsion par réaction appliquée en ingénierie. Parmi les premiers développements avec différents types de moteurs sont:

• Le non-178 était un avion allemand avec un système de propulsion à turboréacteur, qui a décollé en août 1939.
• GlosterE. 28/39 - Un avion natif du Royaume-Uni, équipé d'un turboréacteur, a d'abord grimpé dans le ciel en 1941.
• Le chasseur non-176, créé en Allemagne avec l'utilisation d'un moteur-fusée, effectua son premier vol en juillet 1939.
• BI-2 - le premier avion soviétique, qui a été conduit par une centrale électrique de missiles.
• CampiniN.1 - un avion à réaction créé en Italie, qui est devenu la première tentative des concepteurs italiens de s'éloigner de l'homologue à piston.
• Yokosuka MXY7 Ohka ("Oka") avec un moteur Tsu-11 est un chasseur-bombardier japonais, une machine volante soi-disant unique avec un pilote kamikaze à bord.

L'utilisation de la propulsion par réaction dans la technologie a fortement stimulé la création rapide des avions à réaction suivants et le développement de la construction d'avions militaires et civils.

1. GlosterMeteor, un chasseur à réaction fabriqué au Royaume-Uni en 1943, a joué un rôle important dans la Seconde Guerre mondiale et après avoir achevé la tâche d'intercepter les fusées allemandes V-1.
2. LockheedF-80 est un avion à réaction fabriqué aux États-Unis à l'aide d'un moteur de type AllisonJ. Ces avions ont participé à plusieurs reprises à la guerre japonaise-coréenne.
3. B-45 Tornado - un prototype de bombardiers américains modernes B-52, créé en 1947.
4. MiG-15 - un disciple du chasseur à réaction MiG-9 reconnu, qui a activement participé au conflit militaire en Corée, a été produit en décembre 1947.
5. Tu-144 est le premier avion de transport aérien supersonique soviétique.

Véhicules à réaction modernes

Chaque année, les avions de ligne s'améliorent, car des designers du monde entier travaillent à la création d'une nouvelle génération de véhicules capables de voler à la vitesse du son et à des vitesses supersoniques. Maintenant, il ya des avions de ligne qui peuvent accueillir un grand nombre de passagers et de marchandises, qui ont des dimensions énormes et une vitesse inimaginable à plus de 3000 km / h, des avions militaires équipés d'équipements de combat modernes.

Mais parmi cette variété, il existe plusieurs modèles de porte-disques d'avions à réaction:

1. L'Airbus A380 est le véhicule le plus spacieux capable de recevoir à bord 853 passagers, grâce à sa conception à deux étages. Il est également l'un des avions de ligne modernes les plus luxueux et les plus chers. Le plus gros avion de ligne dans l'air.
2. Boeing 747 - plus de 35 ans a été considéré comme le plus grand paquebot de deux étages et pourrait transporter 524 passagers.
3. AN-225 Mriya est un avion cargo, qui dispose d'une capacité de charge utile de 250 tonnes.
4. LockheedSR-71 est un avion à réaction qui atteint une vitesse de 3529 km / h pendant le vol.

Les études aéronautiques ne s'arrêtent pas, car les avions à réaction constituent la base de l'aviation moderne qui se développe rapidement. Maintenant, plusieurs avions à réaction habités, sans équipage, avec des moteurs à réaction, de l'Ouest et de la Russie, sont en cours de conception, dont la sortie est prévue pour les prochaines années.

Pour le développement innovant russe de l'avenir peut être attribué un combattant de cinquième génération PAK FA-T-50, dont les premiers exemplaires arriveront dans les troupes prétendument à la fin de 2017 ou au début de 2018 après avoir testé un nouveau moteur à réaction.

La nature est un exemple de mouvement de jet

Le principe réactif du mouvement a été suggéré à l'origine par la nature elle-même. Son action est utilisée par les larves de certaines espèces de libellules, de méduses, de nombreux mollusques - pétoncles, seiches, poulpes, calmars. Ils appliquent une sorte de principe de "répulsion". La seiche dessine dans l'eau et la jette si vite qu'elle fait un bond en avant. Les calamars, en utilisant cette méthode, peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à 70 kilomètres par heure. C'est pourquoi cette méthode de mouvement nous a permis d'appeler des calmars "missiles biologiques". Les ingénieurs ont déjà inventé un moteur qui fonctionne sur le principe des mouvements de calmar. Un exemple de l'utilisation de la propulsion à réaction dans la nature et la technologie est un canon à eau.

Cet appareil, qui fournit un mouvement à l'aide de la force de l'eau, éjecté sous une forte pression. Dans le dispositif, de l'eau est pompée dans la chambre puis déchargée à travers la buse, et la cuve se déplace dans la direction d'éjection inverse du jet. L'eau est resserrée au moyen d'un moteur fonctionnant au diesel ou à l'essence.

Des exemples de propulsion à réaction nous offrent également le monde des plantes. Parmi eux, il y a des espèces qui utilisent ce mouvement pour répandre des graines, par exemple, un concombre enragé. Seulement extérieurement cette plante est semblable aux concombres qui sont habituels pour nous. Et le caractère "enragé" qu'il a reçu à cause d'une étrange façon de se reproduire. Maturation, les fruits rebondissent sur les tiges. En conséquence, une ouverture est ouverte à travers laquelle le concombre pousse une substance contenant des graines appropriées à la germination, en appliquant une réactivité. Et le concombre rebondit en même temps jusqu'à douze mètres dans la direction opposée au tir.

Manifestation dans la nature et la technologie du mouvement de jet est soumis aux mêmes lois de l'univers. L'humanité utilise de plus en plus ces lois pour atteindre ses objectifs, non seulement dans l'atmosphère de la Terre, mais aussi dans les étendues du cosmos, et le mouvement des jets est cet exemple brillant.