Artilerie de foc și de rachete
Mai devreme, toți cu zbor mai repede decât sunet și, în consecință, și cu o creștere bruscă spasmodică a rezistenței la aer întâlnită în tehnica de artilerie. Înapoi în secolul al XIX-lea. armele de artilerie au ajuns
viteza de zbor egală cu viteza de propagare a sunetului și acum zboară cu o viteză de zbor de peste 1100 m / sec.
Cercetare și filtrare fotografii gloanțe și proiectile (Fig. 65) a arătat că, în flux supersonic este format în fața capului glonț de etanșare a undei de aer, așa cum se vede în fotografia sub formă de dungi înguste, oblice și întunecate. Pe suprafața valului capului există deja un șoc de compresie cunoscut, în care presiunea, densitatea și temperatura jetului de aer devin brusc, iar viteza scade brusc. Venind din valul de șoc, fluxul de aer va începe să se accelereze.
În spatele coastei glonțului există un șoc caudal de compactare a aerului, care are o putere mai mică decât cea din cap. În spatele glonțului sau proiectilului, se formează o regiune de vid cu intensitate variabilă, la care se rupe un nenumărate vârfuri de aer, în urma căruia se formează o urmă de vârtej în spatele corpului. Pentru a reduce intensitatea undelor de șoc și, în consecință, pentru a reduce rezistența aerului, partea capului are o formă ascuțită. Ascuțirea părții capului și alungirea părții cilindrice a proiectilului au un efect benefic asupra creșterii intervalului de zbor.
Gama de zbor a proiectilului depinde puternic de viteza sa inițială.
În artileria cuțitului, cochilia este informată despre viteza inițială cu ajutorul presiunilor colosale (3000 ÷ 4000 atm) care se dezvoltă în cilindrul pistolului.
Creșterea suplimentară a presiunii în cilindrul pistolului este extrem de dificilă, deoarece provoacă o creștere semnificativă a temperaturii în explozia încărcăturii. Toate acestea, la rândul lor, determină necesitatea de a mări masivitatea cilindrului, greutatea armei devine prohibitiv mare, în plus, la presiunea ridicată și temperatura de tăiere în cilindru, sculele se uzează rapid. Aceste considerente limitează dezvoltarea în continuare a artileriei baril.
Sa născut mult mai devreme artileria de rachete de artilerie cu baril (China, India), dar dezvoltarea sa a fost foarte lentă. Numai în secolul al XIX-lea. racheta artilerie a dobândit din nou interes și sa dezvoltat acum în tehnologie reactivă. Și aici, onoarea multor descoperiri și îmbunătățiri aparține oamenilor de știință și inventatorilor ruși. Chiar și în timpul lui Peter I în Rusia, a fost înființată o unitate de rachete unde s-au fabricat semnal standard și rachete iluminatoare pentru armata rusă. În primii ani ai secolului XIX. Generalul Alexander Dmitrievich Zasyadko a creat un razboi militar rus care a fost pus in slujba armatei si folosit cu succes in conditii de lupta. La mijlocul secolului al XIX-lea. om de știință rus - Gunner general Konstantin Konstantinov îmbunătățit în mod semnificativ de rachete din Rusia, care a depășit atât lejeritatea străine, mobilitate, un prejudiciu de precizie și siguranță în manipulare.
În 1881, inventatorul rus al revoluționar Narodovolets Nikolai Kibalchich, care a fost executat pentru asasinarea lui Alexandru al II-lea a, din lume motivată mai întâi și a făcut un proiect îndrăzneț un avion cu reacție pentru ridicarea unei persoane în aer.
Din 1898, au apărut operele remarcabile ale tehnicii reactive a omului de știință și inventator rus al lui Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Pentru prima dată în lume, el a făcut calculul motorului cu reacție și a creat un proiect pentru prima rachetă cu combustibil lichid, unde pulberea a fost înlocuită cu combustibil lichid și un oxidant.
În 1903, Tsiolkovsky a dezvoltat teoria zborului cu rachete și a fundamentat științific utilizarea rachetelor pentru comunicații interplanetare. KE Tsiolkovsky a propus pentru prima dată un profil aerodinamic în formă de pană și a zdrobit aripile pentru zboruri supersonice. Ei au fost primii care au propus utilizarea rachetelor în scopuri meteorologice.
Un student al lui KE Tsiolkovsky, un om de știință și designer sovietic, MK Tikhonravov, în 1934 a creat o rachetă meteorologică care zboară cu succes cu un motor cu jet de lichid.
În timpul Marelui Război Patriotic, a apărut un Katyusha de lansare a rachetei sovietice de primă clasă, care a stârnit frica și panica în invadatorii germano-fasciști.
Racheta (Figura 66) constă dintr-un corp cilindric, alungit, alungit, cu o carcasă subțire. În carcasa rachetei sunt plasate: un motor cu reacție, combustibil și o încărcătură utilă.
Fig. 66. Principalele părți ale rachetei:
1 - locuințe; 2 - stabilizator; 3 - un volan de aer;
Motor 4-reactiv
La capătul coca, aripioarele de coadă sunt plasate pentru a stabiliza zborul. Uneori rachetele sunt adăugate aripi, iar apoi se numesc rachete de croazieră. Din cauza prezenței aripilor, gama zborului are mai mult decât rachetele fără aripi. Aripile vă permit să extindeți zborul în straturi rare și dense ale atmosferei.
În plus, aripile permit rachetei să manevreze mai bine în aer. Aceste manevre sunt necesare, de exemplu, rachetele ghidate antiaeriene pentru urmărirea unei avioane inamice. Ideea unei rachete de croazieră a fost inițial propusă de inginerul sovietic talentat F. A. Zander. O rachetă de croazieră are multe în comun cu un avion.
Care este diferența dintre o rachetă fără avion și un avion? Practic - modul de formare a ascensorului.
Dispozitivele care zboară mai grele decât aerul pot face zboruri în aer utilizând două metode dinamice de formare a ascensorului - aerodinamic și reactiv.
Metoda aerodinamică, după cum știm, constă în scăderea masei de aer în jos cu aripă, iar metoda reactivă este de a elimina masa gazelor din camera de combustie a motorului cu jet. După cum reiese din cea de-a doua lege a lui Newton, magnitudinea forței reactive va fi cea mai mare, cu atât mai mare este masa gazelor aruncate pe secundă și cu atât viteza acestor gaze este mai mare.
Modul aerodinamic de formare a unei forțe de ridicare este folosit pentru zborul său cu aeronave, elicoptere, planoare, păsări, insecte și unele animale.
O rachetă fără aripă folosește pentru ascensiune o metodă reactivă de generare a unei forțe de ridicare. Motorul cu jet instalat pe acesta dezvoltă o forță care depășește gravitatea rachetei.
Este clar că în spațiul fără aer, unde zboară rachetele, dispare modul aerodinamic de formare a forței de ridicare. Rămâne pentru utilizarea numai a metodei reactive. Pentru prima oară KE Tsiolkovsky a propus-o pentru mișcare în spațiul interplanetar.
Inima unei rachete este motorul său cu jet.
Forța reactivă a fluxului de gaze care se scurge este aplicată pereților camerei și împinge motorul în direcția opusă direcției gazelor de ieșire.
În camera motorului cu jet de forță, praful de pușcă poate arde, apoi motorul se numește praf.
Camera de ardere poate fi alimentat cu combustibil lichid - alcool, kerosen și oxidant lichid - acid azotic, oxigen lichid, iar apoi motorul este numit jet de lichid abreviat - LRE.
Și în final, kerosenul și aerul pot fi alimentate în camera de ardere, iar apoi motorul este denumit motor cu jet de aer, abreviat - WFD. Motorul cu jet de aer este întotdeauna caracterizat prin prezența unui canal de aer mare. Acesta nu este tubul mic prin care curge oxidantul lichid, ci un canal mare care are o suprafață de 1 m 2 sau mai mult în secțiunea transversală.
Motorul cu jet de aer este utilizat pe avioane. La rachete, motoarele cu jet de aer și pulberi sunt mai des folosite. Aceste motoare sunt teribil de "lacom". Motorul cu jet de lichid de pe racheta V-2 inghite 9 tone de alcool si oxigen lichid timp de un minut, dar in acest moment scoate racheta la o inaltime de 40 kilometri.
Rocket, care zboară numai în vidul din spațiu, ar putea da orice formă geometrică - sferă, cub, elipsoidală, etc. Dar la începutul și la sfârșitul zborului, cum ar fi rachete „V2“, se află în straturile dense ale atmosferei, dar .. partea de mijloc a zborului - într-o raritate, îi este dată o formă aerodinamică modernă, care are multe în comun cu forma unui glonț alungit sau a unui creion rotund ascuțit.
celebru romancier Jules Verne în SF romanul său „Călătorie spre Lună“ nu ia în calcul rezistența aerodinamică a aerului și de a da un dispozitiv suficient de formă alungită și ascuțită. Și dacă un astfel de dispozitiv a fost construit, atunci ar cheltui multă energie pentru a depăși rezistența aerului.
Racheta cu rază lungă de acțiune "Vau-2" cântărind aproximativ 13 T are o lungime de aproximativ 14 m, constă dintr-un corp în formă de țigară - o fuselaj cu un diametru de 1,7 m și o coadă orizontală și verticală. Pe stabilizatorii în formă de săgeată există rubrici de aer. În spațiul aerian, zborul său, precum și zborul unui avion, sunt stabilizate și controlate de cârme de aer.
Dar cum să operezi o rachetă într-un spațiu fără aer? La urma urmei, acolo, indiferent de modul în care opriți volanul, nu va exista forță aerodinamică. Pentru ajutor, vine din nou interacțiunea de forță a corpului cu gazul. KE Tsiolkovsky în 1903 a inventat așa-numitele cârme de gaz, care au fost aplicate universal în tehnologia modernă reactivă străină.
Cârma de gaz are o formă aproape de cârma aerului, dar nu este plasată în fluxul de aer, ci în fluxul de gaz fierbinte care iese din duza motorului cu jet (Figura 67). Respingerea într-o direcție sau alta, adică schimbarea unghiului de atac (unghiul cârmei cu fluxul de gaz), cârma de gaz va avea un flux asimetric. Și deja știm că, cu flux asimetric, există o forță aerodinamică îndreptată într-un unghi față de direcția de mișcare. Această forță, aplicată pe un umăr în raport cu centrul de greutate al rachetei, creează momentul în care va avea un efect de cotitură asupra corpului rachetei în zbor. Cârligele de gaz pot fi controlate prin pitch, roll și curs.
Racheta V-2 pornește vertical și zboară în aceeași poziție de ceva timp. În acest caz, poate ieși rapid din straturile dense din atmosferă, unde rezistența aerodinamică la zborul său este foarte mare. Spre deosebire de lansarea proiectilului din tubul pistolului (700 ÷ 900 m / sec), racheta se decolează la o viteză mică (3 ÷ 4 m / s) în primele secunde ale lansării. Zborul său inițial poate fi văzut cu un ochi simplu. Pe platforma de lansare, racheta tremura, apoi încet, ca și cum ar fi în mod reticent, se desprinde de masă și apoi repede și repede se lasă și dispare din ochii observatorului.
La o altitudine de aproximativ 30 km, dispozitivele de control transferă zborul către o înclinație înclinată. Până la sfârșitul motorului la o altitudine de aproximativ 40 km de rachete are o viteză maximă de 5500 km / h sau 1.5 km / sec, motorul termină activitatea, iar muștele de rachete prin inerție, ca o piatră aruncată. Mai mult de 200 de zboruri au loc la o altitudine de aproximativ 100 km la o viteză de aproximativ 5000 km / h. La sfârșitul zborului de racheta gravitație este returnat straturile dense ale atmosferei și căderea la sol, la o viteză de aproximativ 3000 km / h. Gama de rachete este de aproximativ 300 km.
Din considerația schemei de zbor (Figura 68), este evident că racheta V-2 va avea o viteză de aproape trei ori mai mare decât viteza de zgomot atunci când intră în straturile dense inferioare ale atmosferei. La această viteză de intrare
Fig. 68. Traiectoria zborului rachetei "FAU-2".
în salturi atmosferice apar sigiliu de aer puternic, ceea ce duce la forțe de rezistență a aerului mai mare la o creștere accentuată a sarcinilor aerodinamice de pe carcasa rachetelor, iar cel mai important și periculoase pentru temperaturi mai mari de încălzire cochilia corp subțire. La cap, se formează o puternică compresiune a aerului, însoțită de o creștere a temperaturii. Această temperatură este în continuare mărită de frecare a rachetei împotriva aerului comprimat.
Racheta V-2 era atât de fierbinte încât, potrivit observațiilor locuitorilor londonezilor, era roșu închis în timpul nopții.
Starea actuală a aerodinamicii și a motoarelor cu reacție ne permite să ne gândim în principal la viteza enormă de zbor a rachetelor.
În cazul în care zboară într-un vid astfel de viteze nu va provoca complicații, dar atunci când trece prin încălzirea rachete atmosfera va fi atât de puternic încât modelele de rachete necesită utilizarea de materiale rezistente la foc și răcirea suprafeței de rachete sau prin alte mijloace.
În mod firesc, utilizarea instalației de răcire va determina o creștere a greutății structurii rachetei și acest lucru este extrem de nedorit din următoarele motive.
Tsiolkovskiy derivat o formulă prin care viteza de zbor în spațiu liber (spațiul în care nu există nici o trage aer pe racheta și nu acționează forța gravitațională) depinde numai de viteza de evacuare din motor și raportul de greutate la capătul motorului rachetă (masa finală a rachetei ) la greutatea inițială (masa inițială). Viteza, conform lui Tsiolkovski,
unde: v este expirat. - viteza de ieșire de gaze din motorul rachetei,
Mnach - masa inițială a rachetei,
ICOS. Este masa finală a rachetei.
Din formula lui Tsiolkovsky rezultă că o creștere a greutății finale determină o scădere a vitezei de zbor a rachetei.
Prin urmare, dorința designerilor de a reduce raportul dintre greutatea finală și greutatea inițială a rachetei.
Pentru racheta V-2 acest raport a fost același:
Cu o scădere a acestui raport, viteza rachetei în spațiul liber va crește pe termen nelimitat.
Pentru a reduce raportul dintre greutatea finală la greutatea inițială a rachetei de dorit să se utilizeze trenuri de rachete sau rachete compozit. Acest tren a fiecărei motoare de racheta funcționează alternativ și o parte devastată a rachetelor de combustibil sunt separate în mod automat și, prin urmare, nu este o sarcină inutil inert prevenirea ratei capacității intensive.
Ultima rachetă a unui astfel de tren poate dezvolta o viteză imensă.
Prin principiul unei rachete compozite, a fost lansată prima rachetă intercontinentală de rază lungă sovietică pe scară lungă.
Primul satelit artificial sovietic al planetei, viteza cosmică, a fost raportat, de asemenea, cu ajutorul unei rachete compuse în mai multe etape.
Ultimul vehicul de lansare a raportat o viteză sferică artificială a pământului prin satelit de aproximativ 8 km / s la o altitudine de aproximativ 900 km. După cum este bine cunoscut aerodinamica de minge este forma corpului slab raționalizate, dar la această înălțime, din cauza densității scăzute a aerului, rezistența aerului este atât de mică încât satelitul activat pentru a efectua o sferă cu un diametru de 58 cm.
Vezi de asemenea
Trimiteți-le prietenilor: