Содержание
Что такое максимальная тяга двигателя
Рассмотрим вопрос о том, каким требованиям должны удовлетворять двигатели, приводящие в движение различные механизмы.
Предположим, что двигатель должен обеспечить движение автомобиля массой со скоростью Со стороны дороги на автомобиль действуют известные силы трения Сопротивление воздуха учитывать не будем.
Прежде всего двигателю необходимо разогнать автомобиль. Для этого он должен в момент начала движения развить силу тяги, намного превосходящую силу трения и достаточную для сообщения автомобилю необходимых ускорений. Чтобы разгон не занимал большого времени, эти ускорения должны быть большими. Таким образом, первое требование к двигателю — способность развивать большие силы тяги в начале движения.
Когда автомобиль движется с постоянной скоростью сила тяги двигателя становится равной силе трения. Вся работа силы тяги в это время расходуется против силы трения и зависит от скорости движения автомобиля. Действительно, при скорости автомобиль проходит в единицу времени расстояние, численно равное этой скорости. Поэтому сила тяги двигателя на этом пути за единицу времени совершает работу Если скорость о увеличить, то двигатель также должен увеличить ежесекундно совершаемую работу. Если он не сможет этого сделать, то достичь увеличения скорости не удастся Поэтому второе важное требование к двигателю — способность совершать достаточно большую работу за единицу времени.
Работа, которую двигатель может совершить за единицу времени, называется мощностью двигателя.
Если за какое-то время двигатель совершает работу то его мощность по определению будет равна
Мощность — одна из основных характеристик двигателя. Она определяет возможность применения двигателя для тех или иных целей.
Преобразуем формулу мощности так, чтобы в нее вошла сила тяги которую может развить двигатель. По определению работа где расстояние, на котором действовала сила Подставляя это значение в формулу для получим:
Но в нашем случае где модуль вектора скорости движения автомобиля. Вводя это выражение в формулу для окончательно получим
Мощность двигателя равна развиваемой им силе, умноженной на скорость перемещения точки приложения этой силы.
Из найденной формулы вытекает ряд важных для инженерного дела следствий:
1. Для получения большой мощности можно пойти двумя путями: или увеличивать силу тяги, развиваемую двигателем, или увеличивать его быстроходность. Первый путь связан с увеличением силовых нагрузок на все движущиеся части двигателя. Например, в автомобильном моторе такое увеличение мощности будет связано с увеличением сил давления на поршни, шатуны, коленчатый вал и т. д. Но все материалы обладают ограниченной прочностью. Поэтому, для того чтобы детали смогли выдерживать действие таких больших сил, нужно увеличивать размеры деталей, делать их более массивными. Все мощные тихоходные машины оказываются необычайно громоздкими.
Второй путь позволяет получить такие же большие мощности при малых силовых нагрузках на детали двигателя и при значительно меньших его размерах. Поэтому инженеры, создавая современные двигатели, стремятся сделать их возможно более быстроходными.
2. Формула указывает на возможность преобразования силы тяги двигателя с помощью передаточных механизмов. Примером такого механизма, изменяющего силу тяги, является коробка скоростей автомобиля. Мощный современный быстроходный мотор создает на валу не слишком большие усилия, вращая вал с большой скоростью. Коробка скоростей уменьшает эти скорости и передает на колеса машины большие силы. Таким образом, коробка скоростей
является механизмом, который, не изменяя величину мощности двигателя, передает ее на рабочие органы машины и одновременно преобразует силу тяги нужным образом.
3. Все двигатели (за исключением реактивных) рассчитываются на вполне определенную и постоянную мощность Но если мощность постоянна, то из формулы следует, что при увеличении скорости должно происходить изменение силы тяги, развиваемой двигателем. При сила тяги должна непрерывно убывать с ростом скорости. При каких-то значениях скоростей сила тяги двигателя будет равной силе трения.
Этим условием определяются максимальные скорости, которых можно достичь с данным двигателем. Например, известно, что наибольшая мощность, которую может развить двигатель автомобиля, равна Силы трения всех видов, действующие на автомобиль, известны и равны Какую максимальную скорость можно развить на таком автомобиле? Максимальная скорость определится из равенства силы тяги двигателя силе трения
Именно эта особенность двигателей не позволяет их использовать для космических кораблей.
В системе СИ за единицу мощности принята мощность, при которой за 1 с совершается работа Эта единица называется ватт
В системе СГС за единицу мощности принята мощность, при которой за 1 с совершается работа Эта единица называется в секунду
В технике используются также следующие единицы: киловатт и гектоватт соответственно в тысячу и сто раз большие, чем ватт Нередко применяется также единица килограмм-сила-метр в секунду Мощность автомобильных и ряда других двигателей все еще измеряют в старинных единицах мощности — лошадиных силах
Что надо знать про мощность и крутящий момент в автомобиле
Мощность двигателя – это величина, показывающая, какую работу способен совершить мотор в единицу времени. То есть то количество энергии, которую двигатель передает на трансмиссию за определенный временной промежуток. Измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с.).
Как рассчитывается мощность двигателя?
Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.
N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв
N_дв – мощность двигателя, кВт;
M – крутящий момент, Нм;
ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;
π – математическая постоянная, равная 3,14;
n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.
Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.
N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120
V_дв – объем двигателя, см3;
P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;
120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).
Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.
N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74
N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.
Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.
На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.
Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.
Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.
Видео: Простыми словами без сложных формул и расчетов, что такое мощность, крутящий момент и обороты двигателя.
Мощность ДВС определяет, насколько быстро автомобиль способен передвигаться или ускоряться (совершать работу). Полезная мощность двигателя рассчитывается с учетом потерь в трансмиссии, то есть указывает, сколько от изначальной мощности мотора по факту доходит до колес авто.
Что такое крутящий момент
Крутящий момент в двигателе автомобиля – это вращающая сила, которая численно равна произведению приложенной силы (давление раскаленных газов на поршень) на плечо (расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала в проекции, перпендикулярной оси вращения коленвала). Измеряется крутящий момент в ньютонах на метр (Нм).
Крутящий момент ДВС зависит от силы давления на поршень и расстояния между коренными и шатунными шейками. Зависимость здесь прямая. Чем больше плечо и чем больше давление на поршень – тем больше крутящий момент двигателя.
У дизельных двигателей степень сжатия больше. Больше и ход поршня в цилиндре (при равном с бензиновым мотором диаметре цилиндров). А это значит, что и расстояние между коренными и шатунными шейками будет больше. То есть длиннее плечо. За счет большей степени сжатия при рабочем такте у дизелей выше сила, давящая на поршень. Крутящий момент в дизельных моторах при прочих равных больше, чем в бензиновых.
Крутящий момент влияет на то, сколько энергии отдает мотор в текущий момент времени. Крутящий момент есть та величина, которая определяет фактически передаваемую в данный момент времени энергию на трансмиссию. Чем больше момент, тем сильнее тяга двигателя при текущих оборотах.
Что лучше: мощность или крутящий момент
Мощность и крутящий момент двигателя – величины взаимосвязанные. Это хорошо видно в формуле из первого пункта.
Пик крутящего момента на графике зависимости от частоты вращения мотора появляется раньше, чем пик мощности. Это справедливо как для дизельных, так и для бензиновых моторов. Однако у дизелей крутящий момент достигается раньше, и плато (интервал частоты вращения при пиковом значении) длиннее. У бензиновых ДВС мощность выше, хотя для ее достижения нужно раскрутить мотор почти до максимальных оборотов.
Сказать определенно, что лучше: мощность или крутящий момент, нельзя. Все зависит от случая. Трансмиссия современного авто способна трансформировать эти величины под требуемые условия. Поясним на примерах.
Для тяжелой техники, которой важна тяга в широком диапазоне оборотов, важнее крутящий момент. Мотор должен хорошо тянуть. Раскручивать его до предельных оборотов не нужно. Отчасти поэтому почти вся коммерческая техника оснащается дизельными моторами.
В гоночных автомобилях важнее мощность. Моторы этих авто по оборотам пилоты во время заездов держат в красной зоне. Двигатель отдает максимальную мощность. А трансмиссия преобразовывает мощность в тягу.
Для гражданских авто важен стиль вождения. Для езды на автомате подойдут оба мотора. Автоматическая трансмиссия будет держать мотор в диапазоне оборотов, при которых двигатель отдает максимум своего потенциала.
Для агрессивной езды на механике с раскручиванием двигателя в красную зону тахометра лучше подойдет бензиновый мотор. Но в этом случае нужно понимать, что для получения максимальной производительности от мотора потребуется держать его на пике оборотов и часто переключать передачи. Пик мощности у бензинового ДВС имеет малый диапазон и находится около максимальных оборотов. Для уверенных обгонов и ускорений нужно будет понижать передачу и раскручивать двигатель.
Для размеренной езды, особенно в городе, больше подходит дизель. Для обгона на дизельном авто зачастую не потребуется переходить на пониженную передачу, а высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов позволит реже переключаться.
Как посчитать тягу двигателя
Формула для расчета силы тяги по физике. Сила тяги – это внешняя сила, которую нужно реализовать при помощи машины для перемещения груза. Теория и примеры
- Определение и формула силы тяги
- Примеры решения задач по теме «Сила тяги»
- Первый и второй законы Ньютона
- Что такое сила тяги
- Определение тягового усилия
- Единицы измерения силы тяги
- Примеры из жизни
- Насколько вы сильны?
- Насколько силён ваш автомобиль?
- Формулы для определения силы тяги
- Какое условие должно соблюдаться
- Формула через мощность
- дальнейшее чтение
Определение и формула силы тяги
Исходя из формулы (1) силу тяги можно определить через полезную мощность, и скорость транспортного средства (v):
Для автомобиля, поднимающегося в горку, которая имеет уклон 
, масса автомобиля m сила тяги (FT) войдет в уравнение:
$$F_ -F_-m g sin alpha=m a(3)$$
где a – ускорение, с которым движется автомобиль.
Примеры решения задач по теме «Сила тяги»
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! |
Первый и второй законы Ньютона
Обратимся к законам Ньютона, которые хорошо описывают механическое движение тел. Из школьной программы мы знаем, что есть первый закон Ньютона, который описывает закон инерции. Он гласит, что любое тело, если на него не действуют силы, или если их равнодействующая равна нулю, движется прямолинейно и равномерно, или же находится в состоянии покоя. Это означает, что тело, пока на него ничто не действует, будет двигаться с постоянной скоростью v=const или пребывать в состоянии покоя сколько угодно долго, пока какое-то внешнее воздействие не выведет тело из этого состояния. Это и есть движение по инерции.
Надо сказать, что этот закон справедлив лишь в так называемых инерциальных системах отсчёта. В неинерциальных системах отсчёта этот закон не действует и нужно использовать второй закон Ньютона. В таких системах отсчёта тело тоже будет двигаться по инерции, но оно будет двигаться с ускорением, стремясь сохранять своё движение, т.е. на него также не будут действовать никакие внешние силы, кроме силы инерции, стремящейся двигать тело в том направлении, в каком оно двигалось до воздействия. Тут мы приходим к рассмотрению второго закона Ньютона, который также справедлив в инерциальных системах отсчёта, т. е. в таких системах отсчёта, в которых тело движется с постоянной скоростью либо находится в покое.
Этот закон утверждает, что для того, чтобы вывести тело из состояния покоя или равномерного движения, к нему необходимо приложить силу, равную F=m•a, где m — это масса тела, a — ускорение, сообщаемое телу. Зная эти законы, можно рассчитать силу тяги (двигателя автомобиля, ракетного двигателя или, например, лошади, тянущей нагруженную повозку).
Что такое сила тяги
Сила тяги — сила, прикладываемая к телу для поддержания его в постоянном движении.
Определение тягового усилия
Термин « тяговое усилие» часто определяется как начальное тяговое усилие , постоянное тяговое усилие и максимальное тяговое усилие . Эти термины относятся к различным условиям эксплуатации, но связаны общими механическими факторами: входной крутящий момент на ведущие колеса, диаметр колеса, коэффициент трения ( ц ) между ведущими колесами и опорной поверхностью, а вес наносят на ведущие колеса ( м ). Продукт из ц и т является фактором адгезии , который определяет максимальный крутящий момент , который может быть применен до наступления пробуксовки или wheelslip .
- Стартовое тяговое усилие : Стартовое тяговое усилие – это тяговое усилие, которое может быть создано в состоянии покоя. Этот показатель важен для железных дорог, потому что он определяет максимальный вес поезда, который локомотив может привести в движение.
- Максимальное тяговое усилие : максимальное тяговое усилие определяется как максимальное тяговое усилие, которое может быть создано при любых условиях, не причиняющих вред транспортному средству или машине. В большинстве случаев максимальное тяговое усилие развивается на низкой скорости и может быть таким же, как стартовое тяговое усилие.
- Непрерывное тяговое усилие : Непрерывное тяговое усилие – это тяговое усилие, которое может поддерживаться бесконечно, в отличие от более высокого тягового усилия, которое может поддерживаться в течение ограниченного периода времени до того, как система передачи мощности перегреется. Из-за взаимосвязи между мощностью ( P ), скоростью ( v ) и силой ( F ), описываемой как:
п знак равно v F или же п v знак равно F > = F>
Тяговое усилие обратно пропорционально скорости при любом заданном уровне доступной мощности. Непрерывное тяговое усилие часто отображается в виде графика в диапазоне скоростей как часть кривой тягового усилия .
Транспортные средства, имеющие гидродинамическую муфту , гидродинамический мультипликатор крутящего момента или электродвигатель как часть системы передачи мощности, также могут иметь максимальное постоянное тяговое усилие , которое является наивысшим тяговым усилием, которое может быть создано в течение короткого периода времени без повреждения компонентов. Период времени, в течение которого может быть безопасно создано максимальное непрерывное тяговое усилие, обычно ограничивается тепловыми соображениями. например, повышение температуры в тяговом двигателе .
Единицы измерения силы тяги
Основной единицей измерения силы в системе СИ является: [FT]=Н
Примеры из жизни
Насколько вы сильны?
Рассмотрим простейший пример. Ваш ребёнок сел на санки и просит вас его покатать. С какой силой вам нужно тянуть эти санки, чтобы ребёнок остался доволен быстрой ездой ? Пока санки с ребёнком остаются в состоянии покоя, все силы, действующие на них, уравновешены. Состояние покоя — это частный случай инерции. Здесь на санки действуют две силы: тяжести Fт = m•g, направленная вертикально вниз, и нормального давления N, направленная вертикально вверх. Поскольку санки не движутся, то N – m•g = 0. Тогда из этого равенства следует, что N = m•g.
Когда вы решили покатать своего ребёнка, вы прикладываете силу тяги (Fтяги) к санкам с ребёнком. Когда вы начинаете тянуть санки, возникает сопротивление движению, вызванное силой трения (Fтр.), направленной в противоположную сторону. Это так называемая сила трения покоя. Когда тело не движется, она равна нулю. Стоит потянуть за санки — и появляется сила трения покоя, которая меняется от нуля до некоторого максимального значения (Fтр. max). Как только Fтяги превысит Fтр.max, санки с ребёнком придут в движение.
Чтобы найти Fтяги, применим второй закон Ньютона: Fтяги – Fтр.max = m•a, где a – ускорение, с которым вы тянете санки, m – масса санок с ребёнком. Допустим, вы разогнали санки до определённой скорости, которая не изменяется. Тогда a = 0 и вышеприведённое уравнение запишется в виде: Fтяги – Fтр. max = 0, или Fтяги = Fтр.max. Есть известный закон из физики, который устанавливает определённую зависимость для Fтр.max и N. Эта зависимость имеет вид: Fтр.max = fmax • N, где fmax – максимальный коэффициент трения покоя.
Если в эту формулу подставить выражение для N, то мы получим Fтр.max = fmax•m•g. Тогда формула искомой силы тяги примет вид: Fтяги = fmax•m•g = fск•m•g, где fск = fmax – коэффициент трения скольжения, g – ускорение свободного падения. Допустим, fск = 0,7, m = 30 кг, g = 9,81 м/с², тогда Fтяги = 0,7 • 30 кг • 9,81 м/с² = 206,01 Н (Ньютона).
Насколько силён ваш автомобиль?
Рассмотрим ещё пример. У вас есть автомобиль, мощность двигателя которого N. вы едете со скоростью v. Как в этом случае узнать силу тяги двигателя вашего автомобиля ? Поскольку скорость автомобиля не меняется, то Fтяги уравновешена силами трения качения, лобового сопротивления, трения в подшипниках и т. д. (первый закон Ньютона). По второму закону Ньютона она будет равна Fтяги = m•a. Чтобы её вычислить, достаточно знать массу автомобиля m и ускорение a.
Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v за какое-то время t, проехав расстояние s. Тогда Fтяги будет легко рассчитана по формуле: Fтяги = m•v/t. Как и в примере с санками, справедлива также такая формула: Fтяги = f•m•g, где f – коэффициент трения качения, который зависит от скорости автомобиля (чем больше скорость, тем меньше этот коэффициент).
Но что делать, если масса автомобиля m, коэффициент трения качения f и время разгона t неизвестны ? Тогда можно поступить по-другому. Двигатель вашего автомобиля при разгоне совершил работу A = Fтяги • s. Поскольку формула расстояния имеет вид s = v•t, то выражение для работы будет таким: A = Fтяги • v • t. Разделив обе части этого равенства на t, получим A/t = Fтяги • v. Но A/t = N – это мощность двигателя вашего автомобиля, поэтому N = Fтяги • v. Отсюда уже получим искомую формулу: Fтяги =N/v.
Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v = 180 км/ч, а мощность его двигателя N = 200 л. с. (лошадиных сил). Чтобы вычислить Fтяги двигателя, необходимо прежде перевести указанные единицы измерения в единицы СИ, т. е. международной системы измерения. Здесь 1 л. с. = 735,499 Вт, поэтому мощность двигателя составит N = 200 л. с. • 735,499 Вт/л. с. = 147099,8 Вт. Скорость в системе СИ будет равна v = 180 км/ч = 180 • 1000 м/3600 с = 50 м/с. Тогда искомое значение будет равно Fтяги = 147099,8 Вт/50 (м/с) = 2941,996 Н
2,94 кН (килоньютона).
Около 3 килоньютонов. Много это или мало ? Допустим, вы жмёте 100 килограммовую штангу. Чтобы её поднять, вам нужно преодолеть её вес, равный P = m•g = 100 кг • 9,81 м/с² = 981 Н (ньютон)
0,98 кН. Полученное для автомобиля значение Fтяги больше веса штанги в 2,94/0,98 = 3 раза. Это равносильно тому, что вы будете поднимать штангу массой в 300 кг. Такова сила тяги двигателя вашего автомобиля (на скорости 180 км/ч).
Таким образом, зная школьный курс физики, мы можем с лёгкостью вычислить силу тяги:
- человека,
- лошади,
- паровоза,
- автомобиля,
- космической ракеты и всех прочих видов техники.
В нашем видео вы найдете интересные опыты, поясняющие, что такое сила тяги и сила сопростивления.
Формулы для определения силы тяги
Согласно второму закону Ньютона, сумма сил, воздействующих на движущееся тело, равна массе (m) , умноженной на ускорение (a) . Универсальной формулы, подходящей для любого сочетания сил, не существует. Чаще всего силу тяги находят с помощью общей формулы ( F_т-;F_ =m;times;a) , где (F_т) — сила тяги, (F_ ) — силы сопротивления.
При решении конкретной задачи силы, воздействующие на тело, схематически изображают в виде векторов. На схеме:
- сила тяжести mg;
- сила реакции опоры (N) ;
- сила трения ( F_ ) ;
- сила тяги (F) .
При нахождении тела на горизонтальной поверхности сила тяжести и сила реакции опоры уравновесят друг друга. Но если транспортное средство движется в гору или под гору, придется учесть влияние уклона. Тогда формула может выглядеть так: (F_т-;F_с-;mg;times;sinalpha=m;times;a.)
Работа A, которую должна совершить сила тяги, сдвигая тело, связана с ней соотношением (A;=;F;times;s) . (s) здесь — расстояние, на которое тело переместилось.
Какое условие должно соблюдаться
Сила тяги всегда должна быть больше противодействующих ей сил.
Формула через мощность
Полезную механическую мощность (N) можно вычислить по формуле (N=F_т;times;v) , где (v) — скорость. Для определения силы тяги нужно разделить мощность на скорость: (F_т;=;frac N v.)
Новинка – адаптивный авиадвигатель ХА100
AEX.RU — Американская компания General Electric провела серию испытаний перспективного реактивного двигателя изменяемого цикла с адаптивной технологией (ADVENT), сообщает Lenta.ru со ссылкой на Flightglobal. Проверка полноценного прототипа силовой установки проводилась в 2014 году.
Предистория и особенности
В настоящее время изучением полученных данных занимается Исследовательская лаборатория ВВС (AFRL) США; анализ планируется завершить в феврале 2015 года. 
В ходе испытаний двигатель в частности произвел несколько стабильных переходов из одного режима работы в другой. Во время таких переходов производилось переключение воздушного потока из высокого воздушного контура в низкий. При этом все параметры работы ADVENT соответствовали расчетным параметрам. Во время испытаний также была проведена проверка керамических матричных композитов, из которых изготовлены некоторые узлы ADVENT, на воздействие высоких температур.
Из керамических матричных композитов в двигателе изготовлено сопло турбины высокого давления. Во время испытаний эти элементы нагревались до температуры в 1650 градусов Цельсия. Это на несколько сотен градусов выше предельной температуры для стандартных элементов реактивных двигателей, изготовленных из различных никелевых сплавов. По итогам испытаний сопла турбины каких либо повреждений конструкции выявлено не было.
Между тем, 20 января 2015 года AFRL заключила с GE новый контракт на продолжение разработки и испытаний ADVENT. Сумма сделки составила 325 миллионов долларов. В целом программа разработки реактивного двигателя изменяемого цикла с адаптивной технологий рассчитана на десять лет и предполагает создание, в конечном итоге, адаптивных реактивных силовых установок для боевых и гражданских самолетов.
В конце 2015 года американская компания Northrop Grumman приступила к исследованиям, которые в перспективе позволят значительно снизить температуру боевых лазеров и их систем энергоснабжения, а также бортового оборудования и обычного вооружения перспективных боевых самолетов. В качестве одного из вариантов исследователи рассматривают возможность создания теплового аккумулятора. Тепло от боевых лазеров и систем подачи энергии будет накапливаться в нем, а при достижении полной емкости аккумулятора оно будет отводиться от него в рассеивающий контур.
Рассеивающий контур, помимо прочего, будет включать в себя теплоотводящие элементы в третьем контуре адаптивного двигателя , через который будет проходить воздух во время полета. По предварительной оценке, многоступенчатая система отвода тепла позволит добиться по меньшей мере неувеличения тепловой заметности боевого самолета при использовании большого количества систем — источников тепла.
Особенностью перспективного адаптивного двигателя является использование третьего (высокого) воздушного контура вдобавок к традиционному низкому (второму). При взлете и полете на максимальной скорости третий контур будет закрываться, чтобы двигатель мог поддерживать максимальный уровень тяги. При полете на крейсерской дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, что позволит несколько увеличить тягу двигателя и снизить потребление топлива.
- По предварительным данным, в целом улучшение основных параметров в ADVENT по сравнению с обычными реактивными двигателями составит 35 процентов.
- Экономичность двигателя увеличится на 25 процентов, диапазон рабочих режимов — на 30 процентов, а тяга — на 5-10 процентов.
Работы по ADVENT планировалось завершить в 2016 году, после чего GE переключится на следующий этап программы — создание двигателей AETD для американских боевых самолетов.
Разработку технологий реактивного двигателя изменяемого цикла ВВС США заказали у компании General Electric в сентябре 2012 года. Тогда сообщалось, что рабочий прототип нового двигателя AETD будет создан к 2017 году, а его установка на боевые самолеты начнется после 2020 года.
- По предварительной оценке, использование адаптивных двигателей позволит ВВС США экономить до 1,2 миллиарда галлонов топлива в год (4,5 миллиарда литров). Это чуть меньше половины ежегодного потребления топлива американскими ВВС.
Настоящее и будущее
Американские компании General Electric и Pratt & Whitney приступили к сборке первых опытных образцов адаптивных турбореактивных авиационных двигателей, которые в будущем будут устанавливаться на с амые разные классы летательных аппаратов:
- транспортные самолеты,
- истребители,
- самолеты-заправщики,
- бомбардировщики.
Как пишет Aviation Week, обе силовые установки создаются в габаритных размерах турбореактивного двигателя с форсажной камерой F135, силовой установки истребителя F-35 Lightning II.
Принцип работы турбореактивных моногоконтурных двигателей
Современные турбореактивные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессоры, камера сгорания и турбина высокого давления. В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.
- После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор. После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.
- Вторая часть двигателя — внешний контур — представляет собой направляющий аппарат, воздуховод и, в некоторых случаях, собственное кольцевое сопло.
- Во время полета часть немного сжат практически как турбовентиляторная силовая установка с большой степенью двухконтурности. В таком режиме силовая установка будет иметь несколько большую тягу и существенно меньшее потребление топлива.
По предварительной оценке, разработчиков, топливная экономичность адаптивного двигателя по сравнению с F135 будет выше на 25 процентов, диапазон рабочих режимов — на 30 процентов, а тяга — на 5-10 процентов.
Двигатели, сборкой которых занялись компании General Electric и Pratt & Whitney получили обозначение XA100 и XA101. Первые опытные образцы этих силовых установок смогут развивать тягу до 200 килоньютонов. Для сравнения, максимальная тяга двигателя F135 составляет 125 килоньютонов и 191 килоньютон в режиме форсажа.
Процесс сборки и испытания отдельных узлов перспективных двигателей должен завершиться в конце 2019 года, а с 2020 года разработчики приступят к испытаниям силовых установок в сборе.
По теме:
О Сайте:
Уважаемые посетители сайта!
Представляю свой сайт с целью расширения кругозора наиболее близких по интересам и духу в областях науки и техники: 
Выражаю свою благодарность коллективу WordPress за уникальную возможность само выразиться.
Как найти силу тяги
Из этой статьи вы узнаете о первом и втором законах Ньютона и силе тяги как силе, преодолевающей сопротивление для поддержания движения.
Определение и формула силы тяги
Исходя из формулы (1) силу тяги можно определить через полезную мощность, и скорость транспортного средства (v):
Для автомобиля, поднимающегося в горку, которая имеет уклон , масса автомобиля m сила тяги (FT) войдет в уравнение:
$$F_-m g sin alpha=m a(3)$$
где a – ускорение, с которым движется автомобиль.
Что такое сила тяги
Сила тяги — сила, прикладываемая к телу для поддержания его в постоянном движении.
См. также [ править | править код ]
- Сила тяги
- Тяга
Примеры решения задач по теме «Сила тяги»
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! |
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.
См. также
- Сила тяги
- Тяга
Действие силы тяги
Множество сил, действующих на движущийся объект, для упрощения вычислений делят на две группы: силу тяги и силы сопротивления.
Её прекращение
Когда действие силы тяги прекращается, движущееся тело замедляется и постепенно останавливается, так как на него воздействуют силы, мешающие продолжать двигаться, например, трение.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
1 закон Ньютона о действии
Согласно этому закону в формулировке самого Ньютона, любое тело остается в покое или равномерно движется по прямой, пока на него не воздействуют силы, заставляющие его изменить это состояние.
В современной физике в формулировку внесены уточнения:
- закон применим только в системах отсчета, называемых инерциальными;
- тело может вращаться на месте, не находясь под воздействием внешних сил, поэтому вместо термина «тело» следует использовать термин «материальная точка».
Чтобы переместить неподвижный предмет, на него должна воздействовать некая сила. Чтобы изменить скорость движения предмета, также необходимо воздействие силы, замедляющей его или ускоряющей. Так как предметы обладают разной массой и соответственно разной инертностью, силы, достаточные для эффективного воздействия, тоже будут различаться.
Состояние ускорения после воздействия силы тяги
Когда движение равномерное, сила тяги и сила трения совершают одинаковую работу, уравновешивая друг друга. Воздействие силы на тело в направлении движения придает ему ускорение. Если направить ту же силу в противоположном направлении, она замедлит движение тела, что можно назвать отрицательным ускорением.
Единицы измерения силы тяги
Основной единицей измерения силы в системе СИ является: [FT]=Н
Формулы для определения силы тяги
Согласно второму закону Ньютона, сумма сил, воздействующих на движущееся тело, равна массе (m) , умноженной на ускорение (a) . Универсальной формулы, подходящей для любого сочетания сил, не существует. Чаще всего силу тяги находят с помощью общей формулы ( F_т-;F_<с>=m;times;a) , где (F_т) — сила тяги, (F_<с>) — силы сопротивления.
При решении конкретной задачи силы, воздействующие на тело, схематически изображают в виде векторов. На схеме:
- сила тяжести mg;
- сила реакции опоры (N) ;
- сила трения ( F_<тр>) ;
- сила тяги (F) .
При нахождении тела на горизонтальной поверхности сила тяжести и сила реакции опоры уравновесят друг друга. Но если транспортное средство движется в гору или под гору, придется учесть влияние уклона. Тогда формула может выглядеть так: (F_т-;F_с-;mg;times;sinalpha=m;times;a.)
Работа A, которую должна совершить сила тяги, сдвигая тело, связана с ней соотношением (A;=;F;times;s) . (s) здесь — расстояние, на которое тело переместилось.
Какое условие должно соблюдаться
Сила тяги всегда должна быть больше противодействующих ей сил.
Формула через мощность
Полезную механическую мощность (N) можно вычислить по формуле (N=F_т;times;v) , где (v) — скорость. Для определения силы тяги нужно разделить мощность на скорость: (F_т;=;frac N v.)
Примеры из жизни
Насколько вы сильны?
Рассмотрим простейший пример. Ваш ребёнок сел на санки и просит вас его покатать. С какой силой вам нужно тянуть эти санки, чтобы ребёнок остался доволен быстрой ездой ? Пока санки с ребёнком остаются в состоянии покоя, все силы, действующие на них, уравновешены. Состояние покоя — это частный случай инерции. Здесь на санки действуют две силы: тяжести Fт = m•g, направленная вертикально вниз, и нормального давления N, направленная вертикально вверх. Поскольку санки не движутся, то N – m•g = 0. Тогда из этого равенства следует, что N = m•g.
Когда вы решили покатать своего ребёнка, вы прикладываете силу тяги (Fтяги) к санкам с ребёнком. Когда вы начинаете тянуть санки, возникает сопротивление движению, вызванное силой трения (Fтр.), направленной в противоположную сторону. Это так называемая сила трения покоя. Когда тело не движется, она равна нулю. Стоит потянуть за санки — и появляется сила трения покоя, которая меняется от нуля до некоторого максимального значения (Fтр. max). Как только Fтяги превысит Fтр.max, санки с ребёнком придут в движение.
Чтобы найти Fтяги, применим второй закон Ньютона: Fтяги – Fтр.max = m•a, где a – ускорение, с которым вы тянете санки, m – масса санок с ребёнком. Допустим, вы разогнали санки до определённой скорости, которая не изменяется. Тогда a = 0 и вышеприведённое уравнение запишется в виде: Fтяги – Fтр. max = 0, или Fтяги = Fтр.max. Есть известный закон из физики, который устанавливает определённую зависимость для Fтр.max и N. Эта зависимость имеет вид: Fтр.max = fmax • N, где fmax – максимальный коэффициент трения покоя.
Если в эту формулу подставить выражение для N, то мы получим Fтр.max = fmax•m•g. Тогда формула искомой силы тяги примет вид: Fтяги = fmax•m•g = fск•m•g, где fск = fmax – коэффициент трения скольжения, g – ускорение свободного падения. Допустим, fск = 0,7, m = 30 кг, g = 9,81 м/с², тогда Fтяги = 0,7 • 30 кг • 9,81 м/с² = 206,01 Н (Ньютона).
Насколько силён ваш автомобиль?
Рассмотрим ещё пример. У вас есть автомобиль, мощность двигателя которого N. вы едете со скоростью v. Как в этом случае узнать силу тяги двигателя вашего автомобиля ? Поскольку скорость автомобиля не меняется, то Fтяги уравновешена силами трения качения, лобового сопротивления, трения в подшипниках и т. д. (первый закон Ньютона). По второму закону Ньютона она будет равна Fтяги = m•a. Чтобы её вычислить, достаточно знать массу автомобиля m и ускорение a.
Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v за какое-то время t, проехав расстояние s. Тогда Fтяги будет легко рассчитана по формуле: Fтяги = m•v/t. Как и в примере с санками, справедлива также такая формула: Fтяги = f•m•g, где f – коэффициент трения качения, который зависит от скорости автомобиля (чем больше скорость, тем меньше этот коэффициент).
Но что делать, если масса автомобиля m, коэффициент трения качения f и время разгона t неизвестны ? Тогда можно поступить по-другому. Двигатель вашего автомобиля при разгоне совершил работу A = Fтяги • s. Поскольку формула расстояния имеет вид s = v•t, то выражение для работы будет таким: A = Fтяги • v • t. Разделив обе части этого равенства на t, получим A/t = Fтяги • v. Но A/t = N – это мощность двигателя вашего автомобиля, поэтому N = Fтяги • v. Отсюда уже получим искомую формулу: Fтяги =N/v.
Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v = 180 км/ч, а мощность его двигателя N = 200 л. с. (лошадиных сил). Чтобы вычислить Fтяги двигателя, необходимо прежде перевести указанные единицы измерения в единицы СИ, т. е. международной системы измерения. Здесь 1 л. с. = 735,499 Вт, поэтому мощность двигателя составит N = 200 л. с. • 735,499 Вт/л. с. = 147099,8 Вт. Скорость в системе СИ будет равна v = 180 км/ч = 180 • 1000 м/3600 с = 50 м/с. Тогда искомое значение будет равно Fтяги = 147099,8 Вт/50 (м/с) = 2941,996 Н
2,94 кН (килоньютона).
Около 3 килоньютонов. Много это или мало ? Допустим, вы жмёте 100 килограммовую штангу. Чтобы её поднять, вам нужно преодолеть её вес, равный P = m•g = 100 кг • 9,81 м/с² = 981 Н (ньютон)
0,98 кН. Полученное для автомобиля значение Fтяги больше веса штанги в 2,94/0,98 = 3 раза. Это равносильно тому, что вы будете поднимать штангу массой в 300 кг. Такова сила тяги двигателя вашего автомобиля (на скорости 180 км/ч).
Таким образом, зная школьный курс физики, мы можем с лёгкостью вычислить силу тяги:
- человека,
- лошади,
- паровоза,
- автомобиля,
- космической ракеты и всех прочих видов техники.
В нашем видео вы найдете интересные опыты, поясняющие, что такое сила тяги и сила сопростивления.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
<
Text is available under the CC BY-SA 4.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.
Источник https://gazykt.ru/dvigatel/chto-takoe-maksimalnaya-tyaga-dvigatelya.html
Источник https://skolkogramm.ru/info/kak-najti-silu-tyagi
Источник
Источник
