Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 ньютон [Н] = 0,101971621297793 килограмм-сила [кгс]

Исходная величина

Преобразованная величина

ньютон эксаньютон петаньютон тераньютон гиганьютон меганьютон килоньютон гектоньютон деканьютон дециньютон сантиньютон миллиньютон микроньютон наноньютон пиконьютон фемтоньютон аттоньютон дина джоуль на метр джоуль на сантиметр грамм-сила килограмм-сила тонна-сила (короткая) тонна-сила (дл.) тонна-сила (метрическая) килофунт-сила килофунт-сила фунт-сила унция-сила паундаль фунт-фут в сек² грамм-сила килограмм-сила стен грав-сила миллиграв-сила атомная единица силы

Подробнее о силе

Общие сведения

В физике сила определяется как явление, которое изменяет движение тела. Это может быть как движение всего тела, так и его частей, например, при деформировании. Если, к примеру, поднять камень, а потом отпустить, то он упадет, потому что его притягивает к земле сила притяжения. Эта сила изменила движение камня - из спокойного состояния он перешел в движение с ускорением. Падая, камень пригнет к земле траву. Здесь сила, называемая весом камня, изменила движение травы и ее форму.

Сила - это вектор, то есть, у нее есть направление. Если на тело одновременно действует несколько сил, они могут быть в равновесии, если их векторная сумма равна нулю. В этом случае тело находится в состоянии покоя. Камень в предыдущем примере, вероятно, покатится по земле после столкновения, но, в конце концов, остановится. В этот момент сила тяжести будет тянуть его вниз, а сила упругости, наоборот, толкать наверх. Векторная сумма этих двух сил равна нулю, поэтому камень находится в равновесии и не движется.

В системе СИ сила измеряется в ньютонах. Один ньютон - это векторная сумма сил, которая изменяет скорость тела массой в один килограмм на один метр в секунду за одну секунду.

Архимед одним из первых начал изучать силы. Его интересовало воздействие сил на тела и материю во Вселенной, и он построил модель этого взаимодействия. Архимед считал, что если векторная сумма сил, действующих на тело, равна нулю, то тело находится в состоянии покоя. Позже было доказано, что это не совсем так, и что тела в состоянии равновесия также могут двигаться с постоянной скоростью.

Основные силы в природе

Именно силы приводят в движение тела, или заставляют их оставаться на месте. В природе существует четыре основные силы: гравитация, электромагнитное взаимодействие, сильное и слабое взаимодействие. Они также известны под названием фундаментальных взаимодействий. Все другие силы - производные этих взаимодействий. Сильное и слабое взаимодействия воздействуют на тела в микромире, в то время как гравитационное и электромагнитное воздействия действуют и на больших расстояниях.

Сильное взаимодействие

Самое интенсивное из взаимодействий - сильное ядерное взаимодействие. Связь между кварками, которые формируют нейтроны, протоны, и частицы, из них состоящие, возникает именно благодаря сильному взаимодействию. Движение глюонов, бесструктурных элементарных частиц, вызвано сильным взаимодействием, и передается кваркам благодаря этому движению. Без сильного взаимодействия не существовало бы материи.

Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие - второе по величине. Оно происходит между частицами с противоположными зарядами, которые притягиваются друг к другу, и между частицами с одинаковыми зарядами. Если обе частицы имеют положительный или отрицательный заряд, они отталкиваются. Движение частиц, которое при этом возникает - это электричество, физическое явление, которое мы используем каждый день в повседневной жизни и в технике.

Химические реакции, свет, электричество, взаимодействие между молекулами, атомами и электронами - все эти явления происходят благодаря электромагнитному взаимодействию. Электромагнитные силы препятствуют проникновению одного твердого тела в другое, так как электроны одного тела отталкивают электроны другого тела. Изначально считалось, что электрическое и магнитное воздействия - две разные силы, но позже ученые обнаружили, что это разновидность одного и того же взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие легко увидеть с помощью простого эксперимента: снять с себя шерстяной свитер через голову, или потереть волосы о шерстяную ткань. Большинство тел имеет нейтральный заряд, но если потереть одну поверхность об другую, можно изменить заряд этих поверхностей. При этом электроны передвигаются между двумя поверхностями, притягиваясь к электронам с противоположным зарядом. Когда на поверхности становится больше электронов, общий заряд поверхности также изменяется. Волосы, «встающие дыбом» когда человек снимает свитер - пример этого явления. Электроны на поверхности волос сильнее притягиваются к атомам с на поверхности свитера, чем электроны на поверхности свитера притягиваются к атомам на поверхности волос. В результате происходит перераспределение электронов, что приводит к появлению силы, притягивающей волосы к свитеру. В этом случае волосы и другие заряженные предметы притягиваются не только к поверхностям не только с противоположным но и с нейтральным зарядами.

Слабое взаимодействие

Слабое ядерное взаимодействие слабее электромагнитного. Как движение глюонов вызывает сильное взаимодействие между кварками, так движение W- и Z- бозонов вызывает слабое взаимодействие. Бозоны - испускаемые или поглощаемые элементарные частицы. W-бозоны участвуют в ядерном распаде, а Z-бозоны не влияют на другие частицы, с которыми приходят в контакт, а только передают им импульс. Благодаря слабому взаимодействию возможно определить возраст материи с помощью метода радиоуглеродного анализа. Возраст археологических находок можно определить, измерив содержание радиоактивного изотопа углерода по отношению к стабильным изотопам углерода в органическом материале этой находки. Для этого сжигают предварительно очищенный небольшой фрагмент вещи, возраст которой нужно определить, и, таким образом, добывают углерод, который потом анализируют.

Гравитационное взаимодействие

Самое слабое взаимодействие - гравитационное. Оно определяет положение астрономических объектов во вселенной, вызывает приливы и отливы, и из-за него брошенные тела падают на землю. Гравитационное взаимодействие, также известное как сила притяжения, притягивает тела друг к другу. Чем больше масса тела, тем сильнее эта сила. Ученые считают, что эта сила также как и другие взаимодействия, возникает благодаря движению частиц, гравитонов, но пока не удалось найти такие частицы. Движение астрономических объектов зависит от силы притяжения, и траекторию движения можно определить, зная массу окружающих астрономических объектов. Именно с помощью таких вычислений ученые обнаружили Нептун еще до того, как увидели эту планету в телескоп. Траекторию движения Урана нельзя было объяснить гравитационными взаимодействиями между известными в то время планетами и звездами, поэтому ученые предположили, что движение происходит под влиянием гравитационной силы неизвестной планеты, что позже и было доказано.

Согласно теории относительности, сила притяжения изменяет пространственно-временной континуум - четырехмерное пространство-время. Согласно этой теории, пространство искривляется силой притяжения, и это искривление больше около тел с большей массой. Обычно это более заметно возле больших тел, таких как планеты. Это искривление было доказано экспериментально.

Сила притяжения вызывает ускорение у тел, летящих по направлению к другим телам, например, падающих на Землю. Ускорение можно найти с помощью второго закона Ньютона, поэтому оно известно для планет, чья масса также известна. Например, тела, падающие на землю, падают с ускорением 9,8 метров в секунду.

Приливы и отливы

Пример действия силы притяжения - приливы и отливы. Они возникают благодаря взаимодействию сил притяжения Луны, Солнца и Земли. В отличие от твердых тел, вода легко меняет форму при воздействии на нее силы. Поэтому силы притяжения Луны и Солнца притягивают воду сильнее, чем поверхность Земли. Движение воды, вызванное этими силами, следует за движением Луны и Солнца относительно Земли. Это и есть приливы и отливы, а силы, при этом возникающие, - приливообразующие силы. Так как Луна ближе к Земле, приливы больше зависят от Луны, чем от Солнца. Когда приливообразующие силы Солнца и Луны одинаково направлены, возникает наибольший прилив, называемый сизигийным. Наименьший прилив, когда приливообразующие силы действуют в разных направлениях, называется квадратурным.

Частота приливов зависит от географического положения водяной массы. Силы притяжения Луны и Солнца притягивают не только воду, но и саму Землю, поэтому в некоторых местах приливы возникают, когда Земля и вода притягиваются в одном направлении, и когда это притяжение происходит в противоположных направлениях. В этом случае прилив-отлив происходит два раза в день. В других местах это происходит один раз в день. Приливы и отливы зависят от береговой линии, океанских приливов в этом районе, и расположения Луны и Солнца, а также взаимодействия их сил притяжения. В некоторых местах приливы и отливы происходят раз в несколько лет. В зависимости от структуры береговой линии и от глубины океана, приливы могут влиять на течения, шторма, изменение направления и силы ветра и изменение атмосферного давления. В некоторых местах используют специальные часы для определения следующего прилива или отлива. Настроив их в одном месте, приходится настраивать их заново при перемещении в другое место. Такие часы работают не везде, так как в некоторых местах невозможно точно предсказать следующий прилив и отлив.

Сила движущейся воды во время приливов и отливов используется человеком с древних времен как источник энергии. Мельницы, работающие на энергии приливов, состоят из водного резервуара, в который пропускается вода во время прилива, и выпускается во время отлива. Кинетическая энергия воды приводит в движение мельничное колесо, и полученная энергия используется для совершения работы, например помола муки. Существует ряд проблем с использованием этой системы, например экологических, но несмотря на это - приливы являются многообещающим, надежным и возобновляемым источником энергии.

Другие силы

Согласно теории о фундаментальных взаимодействиях, все остальные силы в природе - производные четырех фундаментальных взаимодействий.

Сила нормальной реакции опоры

Сила нормальной реакции опоры - это сила противодействия тела нагрузке извне. Она перпендикулярна поверхности тела и направлена против силы, действующей на поверхность. Если тело лежит на поверхности другого тела, то сила нормальной реакции опоры второго тела равна векторной сумме сил, с которой первое тело давит на второе. Если поверхность вертикальна поверхности Земли, то сила нормальной реакции опоры направлена противоположно силе притяжения Земли, и равна ей по величине. В этом случае их векторная сила равна нулю и тело находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью. Если же эта поверхность имеет уклон по отношению к Земле, и все другие силы, действующие на первое тело в равновесии, то векторная сумма силы тяжести и силы нормальной реакции опоры направлена вниз, и первое тело скользит по поверхности второго.

Сила трения

Сила трения действует параллельно поверхности тела, и противоположно его движению. Она возникает при движении одного тела по поверхности другого, когда их поверхности соприкасаются (трение скольжения или качения). Сила трения также возникает между двумя телами в неподвижном состоянии, если одно лежит на наклонной поверхности другого. В этом случае - это сила трения покоя. Эта сила широко используется в технике и в быту, например при движении транспорта с помощью колес. Поверхность колес взаимодействует с дорогой и сила трения не позволяет колесам скользить по дороге. Для увеличения трения на колеса надевают резиновые шины, а в гололед на шины надевают цепи, чтобы еще больше увеличить трение. Поэтому без силы трения невозможен автотранспорт. Трение между резиной шин и дорогой обеспечивает нормальное управление автомобилем. Сила трения качения меньше по величине сухой силы трения скольжения, поэтому последняя используется при торможении, позволяя быстро остановить автомобиль. В некоторых случаях, наоборот, трение мешает, так как из-за него изнашиваются трущиеся поверхности. Поэтому его убирают или сводят к минимуму с помощью жидкости, так как жидкостное трение намного слабее сухого. Именно поэтому механические детали, например, велосипедную цепь, часто смазывают маслом.

Силы могут деформировать твердые тела, а также изменять объем жидкостей и газов и давление в них. Это происходит когда действие силы распределяется по телу или веществу неравномерно. Если достаточно большая сила действует на тяжелое тело, его можно сжать его то до очень маленького шара. Если размер шаре меньше определенного радиуса, то тело становится черной дырой. Этот радиус зависит от массы тела и называется радиусом Шварцшильда . Объем этого шара настолько мал, что, по сравнению с массой тела, почти равен нулю. Масса черных дыр сконцентрирована в таком незначительно малом пространстве, что у них огромная сила притяжения, которая притягивает к себе все тела и материю в определенном радиусе от черной дыры. Даже свет притягивается к черной дыре и не отражается от нее, поэтому черные дыры действительно черны - и называются соответственно. Ученые считают, что большие звезды в конце жизни превращаются в черные дыры и растут, поглощая окружающие предметы в определенном радиусе.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Первый образец нашего жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), работающего на керосине и высококонцентрированной перекиси водорода, собран и готов к испытаниям на стенде в МАИ.

Все началось около года назад с создания 3D-моделей и выпуска конструкторской документации.

Готовые чертежи мы отправили нескольким подрядчикам, в том числе нашему основному партнеру по металлообработке «АртМеху». Все работы по камере дублировались, а изготовление форсунок вообще было поручено нескольким поставщикам. К сожалению, тут мы столкнулись со всей сложностью изготовления, казалось бы, простых металлических изделий.

Особенно много усилий пришлось потратить на центробежные форсунки для распыления горючего в камере. На 3D-модели в разрезе они видны как цилиндры синего цвета с гайками на конце. А вот так они выглядят в металле (одна из форсунок показана с открученной гайкой, карандаш дан для масштаба).

Об испытаниях форсунок мы уже . В результате, из многих десятков форсунок были выбраны семь. Через них в камеру будет поступать керосин. Сами керосиновые форсунки встроены в верхнюю часть камеры, которая является газификатором окислителя - областью, где пероксид водорода будет проходить через твердый катализатор и разлагаться на водяной пар и кислород. Затем получившаяся газовая смесь тоже поступит в камеру ЖРД.

Чтобы понять, почему изготовление форсунок вызвало такие сложности, надо заглянуть внутрь - внутри канала форсунки находится шнековый завихритель. То есть поступающий в форсунку керосин не просто ровно течет вниз, а закручивается. Шнековый завихритель имеет много мелких деталей, и от того, насколько точно удается выдержать их размеры, зависит ширина зазоров, через которые будет течь и распыляться в камеру керосин. Диапазон возможных исходов - от «через форсунку жидкость вообще не течет» до «распыляется равномерно во все стороны». Идеальный исход - керосин распыляется тонким конусом вниз. Примерно так, как на фото ниже.

Поэтому получение идеальной форсунки зависит не только от мастерства и добросовестности изготовителя, но и от используемого оборудования и, наконец, мелкой моторики специалиста. Несколько серий испытаний готовых форсунок под разным давлением позволили нам выбрать те, конус распыла которых близок к идеальному. На фото - завихритель, который не прошел отбор.

Посмотрим, как наш двигатель выглядит в металле. Вот крышка ЖРД с магистралями для поступления перекиси и керосина.

Если приподнять крышку, то можно увидеть, что через длинную трубку прокачивается перекись, а через короткую - керосин. Причем керосин распределяется по семи отверстиям.

Снизу к крышке присоединен газификатор. Посмотрим на него со стороны камеры.

То, что нам с этой точки представляется дном детали, на самом деле является ее верхней частью и будет присоединено к крышке ЖРД. Из семи отверстий керосин по форсункам польется в камеру, а из восьмого (слева, единственное несимметрично расположенное) на катализатор хлынет перекись. Точнее она хлынет не напрямую, а через специальную пластину с микроотверстиями, равномерно распределяющими поток.

На следующем фото эта пластина и форсунки для керосина уже вставлены в газификатор.

Почти весь свободный объем газификатора будет занят твердым катализатором, через который потечет пероксид водорода. Керосин будет идти по форсункам, не смешиваясь с перекисью.

На следующем фото мы видим, что газификатор уже закрыли крышкой со стороны камеры сгорания.

Через семь отверстий (специальные гайки на фото выше) потечет керосин, а через мелкие отверстия пойдет горячий парогаз, т.е. уже разложившаяся на кислород и водяной пар перекись.

Теперь давайте разберемся с тем, куда они потекут. А потекут они в камеру сгорания, которая представляет собой полый цилиндр, где керосин воспламеняется в кислороде, разогретом в катализаторе, и продолжает гореть.

Разогретые газы поступят в сопло, в котором разгонятся до высоких скоростей. Вот сопло с разных ракурсов. Большая (сужающаяся) часть сопла называется докритической, затем идет критическое сечение, а потом расширяющаяся часть - закритическая.

В итоге собранный двигатель выглядит так.

Красавец, правда?

Мы изготовим еще как минимум один экземпляр ЖРД из нержавеющей стали, а затем перейдем к изготовлению .

Внимательный читатель спросит, а для чего нужны штуцеры по бокам двигателя? У нашего ЖРД есть завеса - жидкость впрыскивается вдоль стенок камеры, чтобы камера не перегревалась. В полете в завесу будет течь перекись либо керосин (уточним по результатам испытаний) из баков ракеты. Во время огневых испытаний на стенде в завесу может впрыскиваться и керосин, и перекись, и вода, или вообще ничего не подаваться (для коротких тестов). Именно для завесы сделаны эти штуцера. Более того, завесы две: одна для охлаждения камеры, другая - докритической части сопла и критического сечения.

Если вы инженер или просто хотите узнать подробнее характеристики и устройство ЖРД, то далее специально для вас приведена инженерная записка.

ЖРД-100С

Двигатель предназначен для стендовой отработки основных конструктивных и технологических решений. Стендовые испытания двигателя запланированы на 2016 год.

Двигатель работает на стабильных высококипящих компонентах топлива. Расчетная тяга на уровне моря - 100 кгс, в вакууме - 120 кгс, расчетный удельный импульс тяги на уровне моря - 1840 м/с, в вакууме - 2200 м/с, расчетный удельный вес - 0,040 кг/кгс. Действительные характеристики двигателя будут уточняться в ходе испытаний.

Двигатель однокамерный, состоит из камеры, комплекта агрегатов системы автоматики, узлов и деталей общей сборки.

Двигатель крепится непосредственно к несущим элементам стенда через фланец в верхней части камеры.

Основные параметры камеры

топливо:

– окислитель - ПВ-85

– горючее - ТС-1

тяга, кгс:

– на уровне моря - 100,0

– в пустоте - 120,0

удельный импульс тяги, м/с:

– на уровне моря - 1840

– в пустоте - 2200

секундный расход, кг/с:

– окислителя - 0,476

– горючего - 0,057

весовое соотношение компонентов топлива (О:Г) - 8,43:1

коэффициент избытка окислителя - 1,00

давление газов, бар:

– в камере сгорания - 16

– в выходном сечении сопла - 0,7

масса камеры, кг - 4,0

внутренний диаметр двигателя, мм:

– цилиндрической части - 80,0

– в районе среза сопла - 44,3

Камера представляет собой сборную конструкцию и состоит из форсуночной головки с интегрированным в нее газификатором окислителя, цилиндрической камеры сгорания и профилированного сопла. Элементы камеры имеют фланцы и соединяются между собой болтами.

На головке размещены 88 однокомпонентных струйных форсунок окислителя и 7 однокомпонентных центробежных форсунок горючего. Форсунки расположены по концентрическим окружностям. Каждая форсунка горючего окружена десятью форсунками окислителя, оставшиеся форсунки окислителя размещены на свободном пространстве головки.

Охлаждение камеры внутреннее, двухступенчатое, осуществляется жидкостью (горючим или окислителем, выбор будет произведен по результатам стендовых испытаний), поступающей в полость камеры через два пояса завесы - верхний и нижний. Верхний пояс завесы выполнен в начале цилиндрической части камеры и обеспечивает охлаждение цилиндрической части камеры, нижний - выполнен в начале докритической части сопла и обеспечивает охлаждение докритической части сопла и области критического сечения.

В двигателе применяется самовоспламенение компонентов топлива. В процессе запуска двигателя обеспечивается опережение поступления окислителя в камеру сгорания. При разложении окислителя в газификаторе его температура поднимается до 900 K, что существенно выше температуры самовоспламенения горючего ТС-1 в атмосфере воздуха (500 К). Горючее, подаваемое в камеру в атмосферу горячего окислителя, самовоспламеняется, в дальнейшем процесс горения переходит в самоподдерживающийся.

Газификатор окислителя работает по принципу каталитического разложения высококонцентрированного пероксида водорода в присутствии твердого катализатора. Образующийся в результате разложения пероксида водорода парогаз (смесь водяного пара и газообразного кислорода) является окислителем и поступает в камеру сгорания.

Основные параметры газогенератора

компоненты:

– стабилизированный пероксид водорода (концентрация по весу), % - 85±0,5

расход пероксида водорода, кг/с - 0,476

удельная нагрузка, (кг/с пероксида водорода)/(кг катализатора) - 3,0

время непрерывной работы, не менее, с - 150

параметры парогаза на выходе из газификатора:

– давление, бар - 16

– температура, К - 900

Газификатор интегрирован в конструкцию форсуночной головки. Ее стакан, внутреннее и среднее днища образуют полость газификатора. Днища связаны между собой форсунками горючего. Расстояние между днищами регулируется высотой стакана. Объем между форсунками горючего заполнен твердым катализатором.

Сначала определим плечо силы тяги. Согласно рис.33 на стр.113 расстояние от оси колеса шасси до оси фюзеляжа в вывешенном состоянии (то есть обжатие амортизатора=0) = 320,2 см, расстояние от оси фюзеляжа до оси среднего двигателя = 64 см, а радиус колеса шасси согласно РТЭ 32.00.00 стр.1 - 46,5 см. Тогда получаем предварительно расстояние от земли до оси двигателя =320,2+46,5+64=430,7 см. Для определения плеча силы тяги относительно центра тяжести самолета эту величину нужно уменьшить на величину обжатия пневматика, амортизаторов основного шасси и высоту центра тяжести самолета относительно земли.

Учитывая что согласно рис.33 на стр. 113 база шасси составляет 15 метров и согласно определенному здесь в п.5.2.1 плечу реакции опор от главных стоек равному 1,37 м - на главные стойки из суммарной силы опирания шасси на бетон определенной здесь в п.5.5.1 будет приходиться нагрузка в размере 34000*(15-1,37)/15))=30900 кгс. Учитывая что на каждое колесо приходится 30900/8=3900 кгс нагрузки, а давление воздуха в пневматике согласно РТЭ 32.40.00 стр.205 - 9 кгс/см2, то площадь пятна контакта одного колеса составит 3900/9=433 см2. Что при ширине колеса 30,5 см даст хорду площади пятна контакта 433/30,5=14 см. Откуда при радиусе колеса 46,5 см обжатие пневматика будет незначительно и составит 0,5 см.

Обжатие амортизатора согласно РТЭ 32.10.00 стр.204 для нагрузки 34000 кгс

составит около 26 см. Тогда уменьшая ранее найденное значение 430,7 см на 0,5 и 26 см и на высоту центра тяжести самолета относительно земли 298 см (это есть ранее определенное плечо силы торможения) получим плечо силы тяги бокового двигателя относительно центра тяжести самолета =430,7-0,5-26-298=106 см.

Согласно РТЭ 8.10.00 стр.233 ось среднего двигателя находится ниже оси бокового на 64-35=29 см. Соответственно плечо силы тяги среднего двигателя будет меньше плеча боковых двигателей на 29 см и составит 106-29=77 см.

Определим тягу двигателей на взлетном режиме. Исходя из общеизвестных данных имеющихся во многих источниках (РТЭ 072.00.00, http://www.motorsich.com/rus/products/aircraft/tde/d-36/ , http://www.brazd.ru/dd36.html , М.И.Денисов, Л.Г.Уланова, Самолет Як-42 Двигатель Д-36,том 2, Северо-Кавказский УТЦ ГА,2000, стр.3-4,)тяга на взлетном режиме на стенде в стандартных условиях для двигателя Д-36 составляет 6500 кгс, расход воздуха 255 кг/с, степень двухконтурности -5,6, скорость истечения газов из турбины 410 м/с, из вентилятора -220 м/с, удельный расход топлива-0,375 кг/кгс*ч или массовый расход топлива 0,68 кг/с, тяга на номинальном режиме 5000 кгс.

Можно проверить эти данные рассчитав по ним тягу двигателя по известной формуле. Определяя расход воздуха по контурам получаем расход воздуха во внутреннем контуре=255/(5,6+1)=38,6 кг/с. Отсюда для вентилятора расход=5,6*38,6=216,4 кг/с. Добавляя к расходу внутреннего контура расход топлива и учитывая что тяга есть произведение массового расхода на скорость истечения газов (при скорости полета=0) получаем тягу =(38,6+0,68)*410+216,4*220=63713 Н или 6495 кгс что практически совпадает с паспортной величиной 6500 кгс. Следовательно это подтверждает достоверность примененных данных.

Определим тягу на взлетном режиме с учетом поправки на скорость для момента времени 40-50 секунды для которого скорость по МСРП=225 км/ч, откуда примем воздушную скорость как 225+5(аэродинамическая поправка)=230 км/ч или 64 м/с. Так как скоростной характеристики двигателя не имеется сделаем такую поправку приближенно учитывая формулу тяги двигателя на стр. 48 Шляхтенко С.М. " Теория и расчет ВРД ",1987 г. При увеличении скорости тяга увеличивается пропорционально увеличению полного давления на входе в двигатель. Скоростной напор очевидно будет равен 0,5*Ро*V^2=0.5*0.125*64^2=256 кгс/м2. Откуда для фактического статического давления 10164 кгс/м2 (747,9 мм.рт.ст.) коэффициент увеличения полного давления составит Кр=(10164+256)/10164=1,025.

Также тяга на скорости 230 км/ч будет меньше на величину определяемую как массовый расход воздуха через двигатель умноженный на скорость воздуха на входе двигателя =255*64=16320 Н или 1664 кгс. Таким образом тяга на взлетном режиме на скорости 230 определяется как 1,025*(6500-1664)=4957 кгс или округляя 5000 кгс, а тягу на номинальном режиме можно получить если применить ту же поправку на скорость что и для взлетного режима и тогда она будет=5000*5000/6500=3900 кгс.

Данная тяга реализуется при соответствии оборотов вентилятора взлетному и номинальному режимам, поэтому далее учтем поправки на фактические обороты вентиляторов. Согласно графику МСРП ПО МАК фактические обороты вентиляторов в указанный момент времени соответственно номеру двигателя имели следующие значения 89,5, 86, 84,1. Согласно фактическим метеоусловиям Т=+17,8 град и давлению=747,9 мм.рт.ст. или 997 гПа согласно РЛЭ разд. 6.1.1 стр.2 таблица 1 и стр.4а/4б таблица 1б обороты вентилятора на взлетном режиме должны быть 93,4 %, а на номинальном 84,3 %. Учитывая что разница в оборотах между взлетным и номинальным режимом составляет 9,1 % при разнице в тяге 5000-3900=1100 кгс, то на 1 % оборотов придется 1100/9,1=121 кгс. Данное значение практически точно соответствует данным МАК на стр.184:

-Один процент оборотов вентилятора на номинальном режиме соответствует примерно 120 кг тяги.

что подтверждает достоверность рассчитанных значений тяги. Таким образом учитывая что обороты 1 двигателя на 89,5-84,3=5,2 % больше номинальных, второго на 86-84,3=1,7 %, а третьего практически равны номинальным, получим тягу первого двигателя как 3900+5,2*120=4500 кгс, второго 3900+1,7*120=4100 кгс и третьего=3900 кгс.

Теперь определяем пикирующий момент от сил тяги двигателей как 4500*1,06+4100*0,77+3900*1,06=12060 кгс*м.

Как мы видим пикирующий момент от двигателей на графике МАК после вывода на взлетный режим колеблется в районе 10000-11000 кгс*м. Таким образом существенных расхождений не обнаружено и значит график момента от тяги двигателей МАК не содержит ошибок которые могут повлиять на его достоверность.

Тяга – сила, выработанная двигателем. Она толкает самолет сквозь воздушный поток. Единственное, что противостоит тяге – лобовое сопротивление. В прямолинейном горизонтально установившемся полете они сравнительно равны. Если летчик увеличивает тягу путем добавления оборотов двигателя и сохраняет постоянную высоту, тяга начинает превосходить сопротивление воздуха. Летательный аппарат (ЛА) при этом ускоряется. Очень быстро сопротивление увеличивается и снова уравнивает тягу. ЛА стабилизируется на постоянной высокой скорости. Тяга – один из самых важных факторов для определения скороподъемности самолета, а именно насколько быстро ЛА может подняться на определенную высоту. Вертикальная скорость зависит не от подъемной силы, а от запаса тяги, которым обладает самолет.

Тяга реактивного двигателя самолета

Сила тяги двигателя , или его движущая сила, равноценна всем силам давления воздуха на внутреннюю поверхность силовой установки. Тяга некоторых видов реактивных двигателей зависит от скорости и высоты полета. Для вычисления силы тяги реактивного двигателя часто приходится определять тягу на конкретной высоте, у земли, на взлете и во время какой-либо скорости. Для ЖРД сила тяги равноценна произведению массы исходящих газов на скорость, с которой они вылетают из сопла двигателя.

Для ВРД (воздушно-реактивный двигатель) сила тяги измеряется как результат массы газов на разность скоростей, а именно скорости воздушной струи, выходящей из сопла двигателя, и скорости поступающего воздуха в двигатель. Проще говоря, данная скорость уравнивается к скорости полета самолета с реактивным двигателем. Тяга ВРД обычно измеряется в тоннах или килограммах. Важным качественным показателем ВРД является его удельная тяга. Для турбореактивного двигателя – тяга, отнесенная к конкретной единице веса воздуха, который проходит через двигатель в секунду. Этот показатель позволяет понять, насколько высока эффективность эксплуатации воздуха в двигателе для образования тяги. Удельная тяга измеряется в килограммах тяги на 1 кг воздуха, расходуемого за секунду. В некоторых случаях применяется другой показатель, который также называется удельной тягой, показывающей отношение количества топлива, которое расходуется, к силе тяги за секунду. Естественно, что чем выше показатель удельной тяги ВРД, тем меньше поперечный вес и размеры самого двигателя.

Показатель полетной или тяговой мощности – это сила, которая задействует реактивный двигатель при конкретной скорости полета. Как правило, измеряется в лошадиных силах. Величина лобовой тяги говорит о степени конструктивного оптимума реактивного двигателя. Лобовая тяга – это отношение наибольшего показателя площади поперечного сечения к тяге. Лобовая тяга равна тяге, в кг поделенной на площадь в метрах квадратных.

В мировой авиации наиболее ценится тот двигатель, который обладает высокой лобовой тягой.

Чем совершеннее ВРД в конструктивном отношении, тем меньший показатель его удельного веса, а именно общий вес двигателя вместе с приборами и обслуживающими агрегатами, поделенный на величину собственной тяги.

Реактивные двигатели, как и тепловые вообще, отличаются друг от друга не только по мощности, весу, тяге и другим показателям. При оценивании ВРД огромную роль играют параметры, которые зависят от собственной экономичности, а именно от КПД (коэффициент полезного действия). Среди данных показателей главным считается удаленный расход топлива на конкретную единицу тяги. Он выражается в килограммах топлива, которое расходуется за час на образование одного килограмма тяги.

Первый образец нашего жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), работающего на керосине и высококонцентрированной перекиси водорода, собран и готов к испытаниям на стенде в МАИ.

Все началось около года назад с создания 3D-моделей и выпуска конструкторской документации.

Готовые чертежи мы отправили нескольким подрядчикам, в том числе нашему основному партнеру по металлообработке «АртМеху». Все работы по камере дублировались, а изготовление форсунок вообще было получено нескольким поставщикам. К сожалению, тут мы столкнулись со всей сложностью изготовления казалось бы простых металлических изделий.

Особенно много усилий пришлось потратить на центробежные форсунки для распыления горючего в камере. На 3D-модели в разрезе они видны как цилиндры с гайками синего цвета на конце. А вот так они выглядят в металле (одна из форсунок показана с открученной гайкой, карандаш дан для масштаба).

Об испытаниях форсунок мы уже писали . В результате из многих десятков форсунок были выбраны семь. Через них в камеру будет поступать керосин. Сами керосиновые форсунки встроены в верхнюю часть камеры, которая является газификатором окислителя — областью, где пероксид водорода будет проходить через твердый катализатор и разлагаться на водяной пар и кислород. Затем получившаяся газовая смесь тоже поступит в камеру ЖРД.

Чтобы понять, почему изготовление форсунок вызвало такие сложности, надо заглянуть внутрь — внутри канала форсунки находится шнековый завихритель. То есть поступающий в форсунку керосин не просто ровно течет вниз, а закручивается. Шнековый завихритель имеет много мелких деталей, и от того, насколько точно удается выдержать их размеры, зависит ширина зазоров, через которые будет течь и распыляться в камеру керосин. Диапазон возможных исходов — от «через форсунку жидкость вообще не течет» до «распыляется равномерно во все стороны». Идеальный исход — керосин распыляется тонким конусом вниз. Примерно так, как на фото ниже.

Поэтому получение идеальной форсунки зависит не только от мастерства и добросовестности изготовителя, но и от используемого оборудования и, наконец, мелкой моторики специалиста. Несколько серий испытаний готовых форсунок под разным давлением позволили нам выбрать те, конус распыла которых близок к идеальному. На фото — завихритель, который не прошел отбор.

Посмотрим, как наш двигатель выглядит в металле. Вот крышка ЖРД с магистралями для поступления перекиси и керосина.

Если приподнять крышку, то можно увидеть, что через длинную трубку прокачивается перекись, а через короткую — керосин. Причем керосин распределяется по семи отверстиям.

Снизу к крышке присоединен газификатор. Посмотрим на него со стороны камеры.

То, что нам с этой точки представляется дном детали, на самом деле является ее верхней частью и будет присоединено к крышке ЖРД. Из семи отверстий керосин по форсункам польется в камеру, а из восьмого (слева, единственное несимметрично расположенное) на катализатор хлынет перекись. Точнее она хлынет не напрямую, а через специальную пластину с микроотверстиями, равномерно распределяющими поток.

На следующем фото эта пластина и форсунки для керосина уже вставлены в газификатор.

Почти весь свободный объем газификатора будет занят твердым катализатором, через который потечет пероксид водорода. Керосин будет идти по форсункам, не смешиваясь с перекисью.

На следующем фото мы видим, что газификатор уже закрыли крышкой со стороны камеры сгорания.

Через семь отверстий, заканчивающихся специальными гайками, потечет керосин, а через мелкие отверстия пойдет горячий парогаз, т.е. уже разложившаяся на кислород и водяной пар перекись.

Теперь давайте разберемся с тем, куда они потекут. А потекут они в камеру сгорания, которая представляет собой полый цилиндр, где керосин воспламеняется в кислороде, разогретом в катализаторе, и продолжает гореть.

Разогретые газы поступят в сопло, в котором разгонятся до высоких скоростей. Вот сопло с разных ракурсов. Большая (сужающаяся) часть сопла называется докритической, затем идет критическое сечение, а потом расширяющаяся часть — закритическая.

В итоге собранный двигатель выглядит так.

Красавец, правда?

Мы изготовим еще как минимум один экземпляр ЖРД из нержавеющей стали, а затем перейдем к изготовлению ЖРД из инконеля .

Внимательный читатель спросит, а для чего нужны штуцеры по бокам двигателя? У нашего ЖРД есть завеса — жидкость впрыскивается вдоль стенок камеры, чтобы та не перегревалась. В полете в завесу будет течь перекись либо керосин (уточним по результатам испытаний) из баков ракеты. Во время огневых испытаний на стенде в завесу может как керосин, так и перекись, а также вода или вообще ничего не подаваться (для коротких тестов). Именно для завесы и сделаны эти штуцера. Более того, завесы две: одна для охлаждения камеры, другая — докритической части сопла и критического сечения.

Если вы инженер или просто хотите узнать подробнее характеристики и устройство ЖРД, то далее специально для вас приведена инженерная записка.

ЖРД-100С

Двигатель предназначен для стендовой отработки основных конструктивных и технологических решений. Стендовые испытания двигателя запланированы на 2016 год.

Двигатель работает на стабильных высококипящих компонентах топлива. Расчетная тяга на уровне моря — 100 кгс, в вакууме — 120 кгс, расчетный удельный импульс тяги на уровне моря — 1840 м/с, в вакууме — 2200 м/с, расчетный удельный вес — 0,040 кг/кгс. Действительные характеристики двигателя будут уточняться в ходе испытаний.

Двигатель однокамерный, состоит из камеры, комплекта агрегатов системы автоматики, узлов и деталей общей сборки.

Двигатель крепится непосредственно к несущим элементам стенда через фланец в верхней части камеры.

Основные параметры камеры
топливо:
- окислитель — ПВ-85
- горючее — ТС-1
тяга, кгс:
- на уровне моря — 100,0
- в пустоте — 120,0
удельный импульс тяги, м/с:
- на уровне моря — 1840
- в пустоте — 2200
секундный расход, кг/с:
- окислителя — 0,476
- горючего — 0,057
весовое соотношение компонентов топлива (О:Г) — 8,43:1
коэффициент избытка окислителя — 1,00
давление газов, бар:
- в камере сгорания — 16
- в выходном сечении сопла — 0,7
масса камеры, кг — 4,0
внутренний диаметр двигателя, мм:
- цилиндрической части — 80,0
- в районе среза сопла — 44,3

Камера представляет собой сборную конструкцию и состоит из форсуночной головки с интегрированным в нее газификатором окислителя, цилиндрической камеры сгорания и профилированного сопла. Элементы камеры имеют фланцы и соединяются между собой болтами.

На головке размещены 88 однокомпонентных струйных форсунок окислителя и 7 однокомпонентных центробежных форсунок горючего. Форсунки расположены по концентрическим окружностям. Каждая форсунка горючего окружена десятью форсунками окислителя, оставшиеся форсунки окислителя размещены на свободном пространстве головки.

Охлаждение камеры внутреннее, двухступенчатое, осуществляется жидкостью (горючим или окислителем, выбор будет произведен по результатам стендовых испытаний), поступающей в полость камеры через два пояса завесы — верхний и нижний. Верхний пояс завесы выполнен в начале цилиндрической части камеры и обеспечивает охлаждение цилиндрической части камеры, нижний — выполнен в начале докритической части сопла и обеспечивает охлаждение докритической части сопла и области критического сечения.

В двигателе применяется самовоспламенение компонентов топлива. В процессе запуска двигателя обеспечивается опережение поступления окислителя в камеру сгорания. При разложении окислителя в газификаторе его температура поднимается до 900 K, что существенно выше температуры самовоспламенения горючего ТС-1 в атмосфере воздуха (500 К). Горючее, подаваемое в камеру в атмосферу горячего окислителя, самовоспламеняется, в дальнейшем процесс горения переходит в самоподдерживающийся.

Газификатор окислителя работает по принципу каталитического разложения высококонцентрированного пероксида водорода в присутствии твердого катализатора. Образующийся в результате разложения пероксида водорода парогаз (смесь водяного пара и газообразного кислорода) является окислителем и поступает в камеру сгорания.

Основные параметры газогенератора
компоненты:
- стабилизированный пероксид водорода (концентрация по весу), % — 85±0,5
расход пероксида водорода, кг/с — 0,476
удельная нагрузка, (кг/с пероксида водорода)/(кг катализатора) — 3,0
время непрерывной работы, не менее, с — 150
параметры парогаза на выходе из газификатора:
- давление, бар — 16
- температура, К — 900

Газификатор интегрирован в конструкцию форсуночной головки. Ее стакан, внутреннее и среднее днища образуют полость газификатора. Днища связаны между собой форсунками горючего. Расстояние между днищами регулируется высотой стакана. Объем между форсунками горючего заполнен твердым катализатором.